KR20220059965A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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제유안 니
다이키 가토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

금속막 또는 상기 금속막의 산화 피막이 노출되는 제1 영역과, 절연성 막이 노출되는 제2 영역을 갖는 기판을 준비하는 것과, 명세서 중에 기재된 화학식 (1)로 표현되는 탄소 원자끼리의 삼중 결합을 헤드부 기에 포함하는 유기 화합물을, 상기 기판에 대하여 공급하는 것과, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제1 영역에, 선택적으로 상기 유기 화합물을 흡착시키는 것과, 상기 제1 영역에서, 상기 삼중 결합을 개열하고, 중합 반응에 의해 탄소 원자의 하니컴 구조를 갖는 소수성 막을 형성하는 것을 포함하는, 성막 방법.

Description

성막 방법 및 성막 장치
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 실리콘 표면과 유전체 표면 중 유전체 표면을 히드록실기로 종결시키고, 히드록실기를 소수성 관능기로 치환하고, 소수성 관능기를 사용하여, 실리콘 표면에 선택적으로 금속 함유층을 퇴적하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 2017-222928호 공보
본 개시의 일 양태는, 금속막 표면과 절연성 막 표면 중 금속막 표면에, 선택적으로 소수성 막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태의 성막 방법은,
금속막 또는 상기 금속막의 산화 피막이 노출되는 제1 영역과, 절연성 막이 노출되는 제2 영역을 갖는 기판을 준비하는 것과,
하기 화학식 (1)로 표현되는 탄소 원자끼리의 삼중 결합을 헤드부 기에 포함하는 유기 화합물을, 상기 기판에 대하여 공급하는 것과,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제1 영역에, 선택적으로 상기 유기 화합물을 흡착시키는 것과,
상기 제1 영역에서, 상기 삼중 결합을 개열하고, 중합 반응에 의해 탄소 원자의 하니컴 구조를 갖는 소수성 막을 형성하는 것을 포함한다.
Figure pct00001
상기 화학식 (1)에서, R은, 1 이상 16 이하의 탄소 원자를 포함하는 소수성 관능기이다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 금속막 표면과 절연성 막 표면 중 금속막 표면에, 선택적으로 소수성 막을 형성할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 성막 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2a는 산화 피막을 갖는 기판의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 2b는 산화 피막의 제거 후의 기판의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 2c는 소수성 막의 성막 후의 기판의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 2d는 제2 절연성 막의 성막 후의 기판의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 3a는 소수성 막의 성막 과정의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 이어서, 소수성 막의 성막 과정의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 3c는 도 3b에 이어서, 소수성 막의 성막 과정의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 3d는 도 3c에 이어서, 소수성 막의 성막 과정의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 3e는 도 3d에 이어서, 소수성 막의 성막 과정의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1의 성막 방법을 실시하는 성막 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 성막 방법은, 예를 들어 기판(10)의 준비(S1)와, 산화 피막(12)의 제거(S2)와, 소수성 막(20)의 성막(S3)과, 제2 절연성 막(30)의 성막(S4)을 이 순번으로 갖는다. 또한, 후술하는 바와 같이, 이들 처리의 순번은, 도 1에 도시하는 순번에 한정되지는 않는다. 또한, 도 1에 도시하는 복수의 처리가 동시에 행하여져도 된다. 또한, 도 1에 도시하는 복수의 처리의 일부는, 실시되지 않아도 된다.
도 1의 S1에서는, 도 2a에 도시하는 바와 같이 기판(10)을 준비한다. 기판(10)의 준비는, 예를 들어 기판(10)을 후술하는 처리 용기(120)의 내부에 설치하는 것을 포함한다. 기판(10)은, 금속막(11)의 산화 피막(12)이 노출되는 제1 영역(A1)과, 절연성 막(13)이 노출되는 제2 영역(A2)을 갖는다. 금속막(11)은, 통상 대기 중에서 자연스럽게 산화되므로, 산화 피막(12)으로 덮인다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은, 기판(10)의 판 두께 방향 편측에 마련된다.
제1 영역(A1)의 수는, 도 2a에서는 1개이지만, 복수이어도 된다. 예를 들어 2개의 제1 영역(A1)이 제2 영역(A2)을 사이에 두도록 배치되어도 된다. 마찬가지로, 제2 영역(A2)의 수는, 도 2a에서는 1개이지만, 복수이어도 된다. 예를 들어 2개의 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)을 사이에 두도록 배치되어도 된다.
또한, 도 2a에서는 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)만이 존재하지만, 제3 영역이 더 존재해도 된다. 제3 영역은, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)과는 다른 재질의 막이 노출되는 영역이다. 제3 영역은, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 사이에 배치되어도 되고, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 밖에 배치되어도 된다.
금속막(11)의 재질은, 예를 들어 전이 금속이다. 그 전이 금속으로서는, 예를 들어 Cu, W, Co, Ru 또는 Ni이다.
한편, 절연성 막(13)의 재질은, 예를 들어 금속 화합물이다. 금속 화합물은, 산화알루미늄, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산탄화규소, 또는 탄화규소 등이다. 절연성 막(13)의 재질은, SiO2보다도 유전율이 낮은 저유전율 재료(Low-k 재료)이어도 된다.
기판(10)은, 금속막(11) 및 절연성 막(13) 이외에, 하지 기판(14)을 갖는다. 하지 기판(14)은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판이다. 또한, 하지 기판(14)은 유리 기판 등이어도 된다. 하지 기판(14)의 표면에, 금속막(11) 및 절연성 막(13)이 형성된다.
또한, 기판(10)은, 하지 기판(14)과 절연성 막(13) 사이에, 하지 기판(14) 및 절연성 막(13)과는 다른 재료로 형성되는 하지막을 더 가져도 된다. 마찬가지로, 기판(10)은, 하지 기판(14)과 금속막(11) 사이에, 하지 기판(14) 및 금속막(11)과는 다른 재료로 형성되는 하지막을 더 가져도 된다.
도 1의 S2에서는, 도 2b에 도시하는 바와 같이 산화 피막(12)을 제거한다. 산화 피막(12)의 제거에 의해, 제1 영역(A1)에서 금속막(11)이 노출된다. 금속막(11)의 노출 후에, 소수성 막(20)의 성막(S3)이 행하여진다.
산화 피막(12)의 제거는, 예를 들어 수소(H2) 가스를 기판(10)에 대하여 공급하는 것을 포함한다. 수소 가스는, 산화 피막(12)을 환원하여 제거한다. 수소 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 고온으로 가열되어도 된다. 또한, 수소 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 플라스마화되어도 된다.
수소 가스의 공급은, 예를 들어 200℃ 이상 400℃ 이하의 온도이면서 또한 0.5Torr 이상 760Torr 이하의 기압에서, 2분 이상 60분 이하의 시간동안 실시된다. 수소 가스는 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 희석되어도 되고, 수소 가스의 농도는 10질량％ 이상 100질량％ 이하이어도 된다.
산화 피막(12)의 제거는, 본 실시 형태에서는 드라이 처리이지만, 웨트 처리이어도 된다. 예를 들어, 산화 피막(12)의 제거는, 시트르산을 기판(10)에 대하여 공급하는 것을 포함해도 된다. 기판(10)은, 시트르산 중에 침지되어도 되고, 시트르산으로 스핀 세정되어도 된다.
시트르산에 의한 처리는, 예를 들어 25℃ 이상 60℃ 이하의 온도에서, 10초 이상 5분 이하의 시간동안 실시된다. 시트르산은 수용액의 형태로 공급되며, 시트르산의 농도는 0.5질량％ 이상 10질량％ 이하이어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 산화 피막(12)을 갖는 기판(10)이 준비되지만, 산화 피막(12)을 갖지 않는 기판(10)이 준비되어도 된다. 이 경우, 산화 피막(12)의 제거는 당연히 불필요하다. 금속막(11)의 노출 후에, 소수성 막(20)의 성막(S3)이 행하여진다.
도 1의 S3에서는, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 소수성 막(20)을 형성한다. 구체적으로는, 하기 화학식 (1)로 표현되는 탄소 원자끼리의 삼중 결합을 헤드부 기에 포함하는 유기 화합물을, 기판(10)에 대하여 공급한다.
Figure pct00002
상기 화학식 (1)에서, R은, 1 이상 16 이하의 탄소 원자를 포함하는 소수성 관능기이다. R은, 지방족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기이며, 수소 원자의 일부를 할로겐 원자로 치환한 관능기이어도 된다. 할로겐 원자는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 불소 원자이다. R은, 바람직하게는 알킬기이다. 알킬기의 직쇄가 길수록 소수성이 높아진다.
상기 유기 화합물은, 탄소 원자끼리의 삼중 결합을 헤드부 기에 포함한다. 상기 헤드부 기는, OH기를 갖는 기판 표면에 흡착되기 어려운 성질을 갖는다. 제1 영역(A1)에서는 금속막(11)이 노출되는 것에 반해, 제2 영역(A2)에서는 절연성 막(13)이 노출된다. 일반적으로, 금속막(11)은 표면에 OH기를 거의 갖지 않는 것에 반해, 절연성 막(13)은 표면에 OH기를 갖는다. 따라서, 상기 헤드부 기는, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 흡착된다. 흡착 용이성은, 흡착 에너지(ΔE)의 절댓값(|ΔE|)으로 나타내어진다.
흡착 에너지(ΔE)는, 예를 들어 ΔE=Ea-Eb의 식으로부터 구한다. Ea는 유기 화합물의 기판 표면에 흡착된 상태의 에너지이며, Eb는 유기 화합물의 기판 표면으로부터 이격된 자유 상태의 에너지이다.
흡착 에너지(ΔE)는, 제1 원리 계산(first-principles calculation)에 의해 구해지며, 시뮬레이션에 의해 구해진다. 흡착 에너지(ΔE)의 절댓값(|ΔE|)이 클수록, 상기 유기 화합물이 기판 표면에 흡착되기 쉽다.
본 명세서에서는, 금속막(11)의 표면에서의 |ΔE|를 |ΔE1|이라고 칭하고, 절연성 막(13)의 표면에서의 |ΔE|를 |ΔE2|라고 칭한다. |ΔE1|은 |ΔE2|에 비하여 충분히 크다. 예를 들어, R이 C3H7이며, 금속막(11)의 재질이 Cu이며, 절연성 막(13)의 재질이 산화규소 및 산화알루미늄 중 어느 것일 경우, |ΔE1-ΔE2|는 약 1.1 내지 1.3eV이다.
그런데, 상기 유기 화합물과 마찬가지로, 티올계 화합물도, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 흡착된다. 티올계 화합물은, 수소화된 황을 말단에 가져, 화학식 「R-SH」로 표현된다. 티올계 화합물의 경우, 금속막(11)의 재질이 Cu이며, 절연성 막(13)의 재질이 산화규소 및 산화알루미늄 중 어느 것이라면, |ΔE1-ΔE2|는 약 1.0eV이다.
한편, 상기 유기 화합물의 경우, 금속막(11)의 재질이 Cu이며, 절연성 막(13)의 재질이 산화규소 및 산화알루미늄 중 어느 것이라면, 상기한 바와 같이, |ΔE1-ΔE2|는 약 1.1eV 이상이다. 따라서, 상기 유기 화합물은, 티올계 화합물과 비교해도, 선택적으로 제1 영역(A1)에 흡착될 수 있어, 선택성이 우수하다.
상기 유기 화합물은, 예를 들어 기체로서 기판(10)에 공급된다. 또한, 상기 유기 화합물은, 액체로서 기판(10)에 공급되어도 되고, 그 경우, 용매에 용해한 상태에서 기판(10)에 공급되어도 된다.
도 1의 S3에서는, 제1 영역(A1)에서, 상기 유기 화합물이 흡착되므로, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 3e에 도시하는 바와 같이, 헤드부 기의 탄소 원자끼리의 삼중 결합이 개열하고, 중합 반응에 의해 탄소 원자의 하니컴 구조를 갖는 소수성 막(20)이 형성된다. 탄소 원자끼리의 삼중 결합이 π 결합을 갖는 것에 반해, 탄소 원자의 하니컴 구조는 π 결합을 갖지 않는다. 또한, 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 3e에서, 「Cu/H」란 Cu 원자와 H 원자 중 어느 한쪽이라는 의미이다. 「Cu/H」의 Cu 원자는, 금속막(11)의 Cu 원자이다. 하니컴 구조의 복수의 C 원자 중 적어도 하나의 C 원자가 금속막(11)의 Cu 원자와 결합하고 있으면 되며, 나머지 C 원자는 H 원자와 결합하고 있어도 된다. 하니컴 구조의 모든 C 원자가 H 원자와 결합하고 있지 않으면 된다.
우선, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 헤드부 기의 말단의 수소 원자가 탈리하고, 상기 유기 화합물의 분자끼리 중합한다. 이때, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 헤드부 기의 탄소 원자끼리의 삼중 결합이 개열하고, 중합 반응에 의해 탄소 원자의 하니컴 구조가 형성된다.
이어서, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 미리 형성된 탄소 원자의 하니컴 구조를 핵으로 해서 중합 반응이 진행하여, 핵을 기점으로 하는 성장이 시작된다. 구체적으로는, 도 3d에 도시하는 바와 같이, 새로운 탄소 원소의 하니컴 구조가 형성되어, 하니컴 구조가 기판(10)의 면내 방향으로 확산한다.
도 3c 및 도 3d에 도시하는 현상이 반복해서 생겨서, 도 3e에 도시하는 소수성 막(20)이 제1 영역(A1) 전체에 형성된다. 소수성 막(20)은, 그라판(graphane)의 수소 원자의 일부를, 관능기 R로 치환한 그라판 유도체이다.
관능기 R은, 환상으로 배열되는 6개의 탄소 원소에 대하여 1개 간격으로 결합하여, 3개의 탄소 원소에 대하여 결합한다. 관능기 R의 배향성은 정렬되어 있으며, 소수성 막(20)은, 자기 조직화 단분자 막(Self-Assembled Monolayer: SAM)이다.
관능기 R은, 탄소 원소의 하니컴 구조에 결합하고 있고, 그 하니컴 구조는 제1 영역(A1) 전체로 확산한다. 하니컴 구조는 제1 영역(A1) 전체로 확산하므로, 제1 영역(A1)로부터의 소수성 막(20)의 의도하지 않은 탈리를 억제할 수 있다.
소수성 막(20)의 성막 조건은, 상기 유기 화합물의 종류, 즉, 관능기 R의 종류에 따라 적절히 정해진다. 소수성 막(20)의 성막은, 예를 들어 20℃ 이상 200℃ 이하의 온도이면서 또한 0.1Torr 이상 300Torr 이하의 기압에서 실시된다.
또한, 상기 유기 화합물의 공급 중에, 유기 화합물의 분자끼리의 중합을 촉진하는 광을 기판(10)에 대하여 조사해도 된다. 조사하는 광은, 예를 들어 자외선 또는 적외선이다. 광의 조사에 의해, 하니컴 구조의 핵 형성, 및 핵을 기점으로 하는 성장을 촉진할 수 있어, 소수성 막(20)의 성막 시간을 단축할 수 있다. 혹은, 광의 조사에 의해, 저온에서의 소수성 막(20)의 성막이 가능해진다.
또한, 상기 유기 화합물의 공급 중에, 수소(H2) 가스를 공급해도 된다. 수소 가스의 공급에 의해, 결함이 없는 하니컴 구조가 광범위에 걸쳐서 얻어진다. 그 이유는, 수소 가스의 공급에 의해, 하니컴 구조의 핵 형성 속도에 대하여, 핵을 기점으로 하는 성장 속도가 상대적으로 빨라지기 때문이라고 추정된다. 또한, 수소 가스의 공급에 의해, 하니컴 구조의 다층화도 가능하다. 또한, 제1 영역(A1)에 산화 피막(12)이 존재하는 경우, 수소 가스의 공급에 의해 산화 피막(12)의 제거도 가능하다. 이 경우, 상기 유기 화합물의 공급 전에, 산화 피막(12)의 제거(S2)를 실시해도 되지만, 실시하지 않아도 된다.
또한, 상기 유기 화합물의 공급 중에, 아세틸렌(C2H2) 가스를 공급해도 된다. 아세틸렌은, 상기 유기 화합물과 마찬가지로 탄소 원자끼리의 삼중 결합을 갖는다. 가령, 상기 유기 화합물 대신에 아세틸렌 가스만을 기판(10)에 대하여 공급하면, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 그래핀(graphene)이 형성된다. 그래핀은, 그라판과 마찬가지로 탄소 원소의 하니컴 구조를 갖지만, 그라판과는 달리 탄소 원소 이외의 원자를 갖지 않는다.
상기 유기 화합물의 가스 공급 중에 아세틸렌 가스를 공급하면, 소수성 막(20)의 관능기 R의 밀도를 제어할 수 있다. 관능기 R의 밀도는, 상기 유기 화합물의 가스 유량과 아세틸렌 가스의 가스 유량의 비율에 의해 제어할 수 있다. 아세틸렌 가스의 비율이 높을수록, 즉, 상기 유기 화합물의 가스의 비율이 낮을수록, 관능기 R의 밀도가 낮다.
아세틸렌 가스는, 관능기 R의 밀도를 제어하는 역할뿐만 아니라, 탄소 원자의 하니컴 구조의 핵 형성을 촉진하는 역할도 갖는다. 따라서, 아세틸렌 가스를 공급하면, 소수성 막(20)의 성막 시간을 단축할 수 있다. 또한, 저온에서의 소수성 막(20)의 성막도 가능하다.
아세틸렌 가스는, 상기 유기 화합물의 공급 전에 기판(10)에 대하여 공급되어도 된다. 이 경우도, 관능기 R의 밀도를 제어하는 효과 및 하니컴 구조의 핵 형성을 촉진하는 효과가 얻어진다. 아세틸렌 가스는, 산화 피막(12)의 제거 후에 기판(10)에 대하여 공급되면 된다.
도 1의 S4에서는, 도 2d에 도시하는 바와 같이, 소수성 막(20)을 사용하여, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제2 영역(A2)에 선택적으로 제2 절연성 막(30)을 성막한다. 소수성 막(20)은 제2 절연성 막(30)의 성막을 저해하므로, 제2 절연성 막(30)은 제2 영역(A2)에 선택적으로 형성된다.
제2 절연성 막(30)은, 예를 들어 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 형성된다. 제2 영역(A2)에 원래 존재하는 절연성 막(13)에 제2 절연성 막(30)을 적층할 수 있다.
제2 절연성 막(30)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 산화알루미늄으로 형성된다. 이하, 산화알루미늄을, 산소와 알루미늄의 조성비에 관계없이 「AlO」라고도 표기한다. 제2 절연성 막(30)으로서 AlO막을 ALD법으로 형성하는 경우, 처리 가스로서, 트리메틸알루미늄(TMA: (CH3)3Al) 가스 등의 Al 함유 가스와, 수증기(H2O 가스) 등의 산화 가스가, 기판(10)에 대하여 교대로 공급된다. 수증기는 소수성 막(20)에 흡착되지 않으므로, AlO는 제2 영역(A2)에 선택적으로 퇴적된다. Al 함유 가스 및 산화 가스 이외에, 수소(H2) 가스 등의 개질 가스가 기판(10)에 대하여 공급되어도 된다. 이들 처리 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 플라스마화되어도 된다. 또한, 이들 처리 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 가열되어도 된다.
또한, 제2 절연성 막(30)은 산화규소로 형성되어도 된다. 이하, 산화규소를, 산소와 규소의 조성비에 관계없이 「SiO」라고도 표기한다. 제2 절연성 막(30)으로서 SiO막을 ALD법으로 형성하는 경우, 처리 가스로서, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스 등의 Si 함유 가스와, 오존(O3) 가스 등의 산화 가스가, 기판(10)에 대하여 교대로 공급된다. Si 함유 가스 및 산화 가스 이외에, 수소(H2) 가스 등의 개질 가스가 기판(10)에 대하여 공급되어도 된다. 이들 처리 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 플라스마화되어도 된다. 또한, 이들 처리 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 가열되어도 된다.
또한, 제2 절연성 막(30)은 질화규소로 형성되어도 된다. 이하, 질화규소를, 질소와 규소의 조성비에 관계없이 「SiN」이라고도 표기한다. 제2 절연성 막(30)으로서 SiN막을 ALD법으로 형성하는 경우, 처리 가스로서, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스 등의 Si 함유 가스와, 암모니아(NH3) 가스 등의 질화 가스가, 기판(10)에 대하여 교대로 공급된다. Si 함유 가스 및 질화 가스 이외에, 수소(H2) 가스 등의 개질 가스가 기판(10)에 대하여 공급되어도 된다. 이들 처리 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 플라스마화되어도 된다. 또한, 이들 처리 가스는, 화학 반응을 촉진하기 위해서 가열되어도 된다.
이어서, 도 4를 참조하여, 도 1에 도시하는 기판 처리 방법을 실시하는 기판 처리 장치에 대해서 설명한다. 성막 장치(100)는, 처리 유닛(110)과, 반송 장치(170)와, 제어 장치(180)를 구비한다. 처리 유닛(110)은, 처리 용기(120)와, 기판 보유 지지부(130)와, 온도 조절기(140)와, 광원(142)과, 가스 공급 장치(150)와, 가스 배출 장치(160)를 갖는다.
처리 유닛(110)은, 도 4에는 1개만 도시하지만, 복수이어도 된다. 복수의 처리 유닛(110)은, 소위 멀티 챔버 시스템을 형성한다. 복수의 처리 유닛(110)은 진공 반송실(101)을 둘러싸도록 배치된다. 진공 반송실(101)은 진공 펌프에 의해 배기되어, 미리 설정된 진공도로 유지된다. 진공 반송실(101)에는, 반송 장치(170)가 연직 방향 및 수평 방향으로 이동 가능하게 또한 연직축 주위로 회전 가능하게 배치된다. 반송 장치(170)는, 복수의 처리 용기(120)에 대하여 기판(10)을 반송한다. 처리 용기(120)의 내부의 처리실(121)과, 진공 반송실(101)은, 이들의 기압이 모두 대기압보다도 낮은 기압일 때 연통하여, 기판(10)의 반입출이 행하여진다. 기판(10)의 반입출 시에, 처리실(121)에 잔류하는 가스 성분이 진공 반송실(101)로 들어오는 것을 억제하고 싶을 경우, 진공 반송실(101)의 기압이 처리실(121)의 기압보다도 약간 높아지도록, 진공 반송실(101)에 미량의 불활성 가스가 공급되어도 된다.
처리 용기(120)는, 기판(10)이 통과하는 반입출구(122)를 갖는다. 반입출구(122)에는, 반입출구(122)를 개폐하는 게이트(G)가 마련된다. 게이트(G)는, 기본적으로 반입출구(122)를 닫고 있으며, 기판(10)이 반입출구(122)를 통과할 때 반입출구(122)를 개방한다. 반입출구(122)의 개방 시에, 처리 용기(120)의 내부의 처리실(121)과, 진공 반송실(101)이 연통한다. 반입출구(122)의 개방 전에, 처리실(121)과 진공 반송실(101)은, 모두 진공 펌프에 의해 배기되어, 미리 설정된 기압으로 유지된다.
기판 보유 지지부(130)는, 처리 용기(120)의 내부에서 기판(10)을 보유 지지한다. 기판 보유 지지부(130)는, 기판(10)의 처리 가스에 노출되는 표면을 위로 향하게 하여, 기판(10)을 하방으로부터 수평하게 보유 지지한다. 기판 보유 지지부(130)는 매엽식으로, 1매의 기판(10)을 보유 지지한다. 또한, 기판 보유 지지부(130)는 뱃치식이어도 되어, 동시에 복수매의 기판(10)을 보유 지지해도 된다. 뱃치식 기판 보유 지지부(130)는, 복수매의 기판(10)을 연직 방향으로 간격을 두고 보유 지지해도 되고, 수평 방향으로 간격을 두고 보유 지지해도 된다.
온도 조절기(140)는, 기판 보유 지지부(130)에서 보유 지지된 상태의 기판(10)의 온도를 조절한다. 예를 들어, 온도 조절기(140)는, 기판 보유 지지부(130)를 가열하는 전기 히터이며, 전력 공급에 의해 발열한다. 전기 히터는, 예를 들어 기판 보유 지지부(130)의 내부에 매립되어, 기판 보유 지지부(130)를 가열하여 기판(10)을 원하는 온도로 가열한다. 또한, 온도 조절기(140)는, 석영창을 통해서 기판 보유 지지부(130)를 가열하는 램프를 포함해도 된다. 이 경우, 석영창이 퇴적물로 불투명해지는 것을 방지하기 위해서, 기판 보유 지지부(130)와 석영창의 사이에 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 공급되어도 된다. 또한, 온도 조절기(140)는, 처리 용기(120)의 외부에 설치되어, 처리 용기(120)의 외부로부터 기판(10)의 온도를 조절해도 된다.
광원(142)은, 기판(10)에 대한 상기 유기 화합물의 공급 중에, 상기 유기 화합물의 분자끼리의 중합을 촉진하는 광을, 기판(10)에 대하여 조사한다. 조사하는 광은, 예를 들어 자외선 또는 적외선이다. 광원(142)은, 기판 보유 지지부(130)와 대향해서 배치된다. 광원(142)은 막대 형상이어도 되며, 그 경우, 기판(10)의 상면 전체에 대하여 균일하게 광을 조사할 수 있도록 복수 배열된다. 광원(142)은, 예를 들어 샤워 헤드(152)의 상방에 설치되어, 샤워 헤드(152)를 통해서 기판(10)에 대하여 광을 조사한다. 이 경우, 샤워 헤드(152)는, 광을 투과하는 재료로 형성되며, 예를 들어 석영 유리 등으로 형성된다. 또한, 성막 장치(100)는, 처리 유닛(110)과는 다른 처리 유닛에 광원(142)을 가져도 되고, 반송 장치(170)가 광원(142)을 갖는 처리 유닛과 처리 유닛(110) 사이에서 기판(10)을 반송해도 된다. 또한, 광의 조사 없이 분자끼리의 중합 반응이 충분히 진행될 경우, 성막 장치(100)는 광원(142)을 갖지 않아도 된다.
가스 공급 장치(150)는, 기판(10)에 대하여 미리 설정된 처리 가스를 공급한다. 처리 가스는, 도 1에 도시하는 처리(예를 들어 상기 S2, S3 및 S4)마다 준비된다. S2, S3 및 S4는, 각각이 서로 다른 처리 용기(120)의 내부에서 실시되어도 되고, 임의의 조합의 2개 이상의 처리가 동일한 처리 용기(120)의 내부에서 연속적으로 실시되어도 된다. 후자의 경우, 가스 공급 장치(150)는, 처리의 순번에 따라서, 복수 종류의 처리 가스를 미리 설정된 순번으로 기판(10)에 대하여 공급한다.
가스 공급 장치(150)는, 예를 들어 가스 공급관(151)을 통해서 처리 용기(120)와 접속된다. 가스 공급 장치(150)는, 처리 가스의 공급원과, 각 공급원으로부터 개별로 가스 공급관(151)까지 연장되는 개별 배관과, 개별 배관의 도중에 마련되는 개폐 밸브와, 개별 배관의 도중에 마련되는 유량 제어기를 갖는다. 개폐 밸브가 개별 배관을 개방하면, 공급원으로부터 가스 공급관(151)에 처리 가스가 공급된다. 그 공급량은 유량 제어기에 의해 제어된다. 한편, 개폐 밸브가 개별 배관을 닫으면, 공급원으로부터 가스 공급관(151)에의 처리 가스의 공급이 정지된다.
가스 공급관(151)은, 가스 공급 장치(150)로부터 공급되는 처리 가스를, 처리 용기(120)의 내부에 공급한다. 가스 공급관(151)은, 가스 공급 장치(150)로부터 공급되는 처리 가스를, 예를 들어 샤워 헤드(152)에 공급한다.
샤워 헤드(152)는, 기판 보유 지지부(130)의 상방에 마련된다. 샤워 헤드(152)는, 내부에 공간(153)을 갖고, 공간(153)에 저류된 처리 가스를 다수의 가스 토출 구멍(154)으로부터 연직 하방을 향해서 토출한다. 샤워 형상의 처리 가스가 기판(10)에 대하여 공급된다.
가스 배출 장치(160)는, 처리 용기(120)의 내부로부터 가스를 배출한다. 가스 배출 장치(160)는, 배기관(163)을 통해서 처리 용기(120)와 접속된다. 가스 배출 장치(160)는, 진공 펌프 등의 배기원(161)과, 압력 제어기(162)를 갖는다. 배기원(161)을 작동시키면, 처리 용기(120)의 내부로부터 가스가 배출된다. 처리 용기(120)의 내부의 기압은, 압력 제어기(162)에 의해 제어된다. 압력 제어기(162)는, 예를 들어 밸브의 개방도를 제어함으로써, 처리 용기(120)의 내부의 기압을 제어한다. 밸브의 개방도가 클수록, 처리 용기(120)의 내부의 기압이 낮아진다.
제어 장치(180)는, 예를 들어 컴퓨터로 구성되며, CPU(Central Processing Unit)(181)와, 메모리 등의 기억 매체(182)를 구비한다. 기억 매체(182)에는, 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어 장치(180)는, 기억 매체(182)에 기억된 프로그램을 CPU(181)에 실행시킴으로써, 성막 장치(100)의 동작을 제어한다. 또한, 제어 장치(180)는, 입력 인터페이스(183)와, 출력 인터페이스(184)를 구비한다. 제어 장치(180)는, 입력 인터페이스(183)에서 외부로부터의 신호를 수신하고, 출력 인터페이스(184)에서 외부에 신호를 송신한다.
제어 장치(180)는, 도 1에 도시하는 성막 방법을 실시하도록, 가스 공급 장치(150), 가스 배출 장치(160) 및 반송 장치(170)를 제어한다. 제어 장치(180)는, 온도 조절기(140) 및 광원(142)도 제어한다.
또한, 도 1에 도시하는 처리 S2, S3 및 S4는, 모두가 동일한 처리 용기(120)의 내부에서 실시되지 않아도 되며, 모두가 다른 처리 용기(120)의 내부에서 실시되어도 되고, 2개(예를 들어 S2와 S3)만이 동일한 처리 용기(120)의 내부에서 실시되어도 된다.
이상, 본 개시에 관한 성막 방법 및 성막 장치의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되지 않는다. 특허 청구 범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경, 수정, 치환, 부가, 삭제 및 조합이 가능하다. 그것들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다.
본 출원은, 2019년 9월 24일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2019-173418호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2019-173418호의 전체 내용을 본 출원에 원용한다.
10: 기판
11: 금속막
12: 산화 피막
13: 절연성 막
14: 하지 기판
20: 소수성 막
30: 제2 절연성 막
100: 성막 장치
120: 처리 용기
130: 기판 보유 지지부
150: 가스 공급 장치
160: 가스 배출 장치
170: 반송 장치
180: 제어 장치

Claims (9)

  1. 금속막 또는 상기 금속막의 산화 피막이 노출되는 제1 영역과, 절연성 막이 노출되는 제2 영역을 갖는 기판을 준비하는 것과,
    하기 화학식 (1)로 표현되는 탄소 원자끼리의 삼중 결합을 헤드부 기에 포함하는 유기 화합물을, 상기 기판에 대하여 공급하는 것과,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중의 상기 제1 영역에, 선택적으로 상기 유기 화합물을 흡착시키는 것과,
    상기 제1 영역에서, 상기 삼중 결합을 개열하고, 중합 반응에 의해 탄소 원자의 하니컴 구조를 갖는 소수성 막을 형성하는 것을 포함하는, 성막 방법.
    Figure pct00003

    상기 화학식 (1)에서, R은, 1 이상 16 이하의 탄소 원자를 포함하는 소수성 관능기이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판에 대한 상기 유기 화합물의 공급 전에, 상기 제1 영역에 노출되는 상기 산화 피막을 제거하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판에 대한 상기 유기 화합물의 공급 전, 또는 상기 기판에 대한 상기 유기 화합물의 공급 중에, 상기 기판에 대하여 수소(H2) 가스를 공급하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판에 대한 상기 유기 화합물의 공급 전, 또는 상기 기판에 대한 상기 유기 화합물의 공급 중에, 상기 기판에 대하여 아세틸렌(C2H2) 가스를 공급하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판에 대한 상기 유기 화합물의 공급 중에, 상기 유기 화합물의 분자끼리의 중합을 촉진하는 광을, 상기 기판에 대하여 조사하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속막은 구리막인, 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연성 막은 산화알루미늄막인, 성막 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소수성 막을 사용하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제2 영역에 선택적으로 제2 절연성 막을 형성하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  9. 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에서 상기 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,
    상기 처리 용기의 내부에 상기 유기 화합물의 가스를 공급하는 가스 공급 장치와,
    상기 처리 용기의 내부로부터 가스를 배출하는 가스 배출 장치와,
    상기 처리 용기에 대하여 상기 기판을 반입출하는 반송 장치와,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 성막 방법을 실시하도록, 상기 가스 공급 장치, 상기 가스 배출 장치 및 상기 반송 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하는, 성막 장치.
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