KR20220116016A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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유미코 가와노
슈지 아즈모
신이치 이케
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

성막 방법은, 하기 (A) 내지 (C)를 포함한다. (A) 제1 재료가 노출되는 제1 영역, 및 상기 제1 재료와는 다른 제2 재료가 노출되는 제2 영역을 표면에 갖는 기판을 준비한다. (B) 자기 조직화 단분자막의 원료, 및 상기 원료를 용해하는 용매를 포함하는 용액의 증기를, 상기 기판의 상기 표면에 공급하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제1 영역에 선택적으로 자기 조직화 단분자막을 형성한다. (C) 상기 제1 영역에 형성된 상기 자기 조직화 단분자막을 사용하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제2 영역에 원하는 대상막을 형성한다.

Description

성막 방법 및 성막 장치
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1, 2에는, 포토리소그래피 기술을 사용하지 않고, 기판의 특정 영역에 선택적으로 대상막을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 구체적으로는, 대상막의 형성을 저해하는 자기 조직화 단분자막(Self-Assembled Monolayer: SAM)을 기판의 일부의 영역에 형성하고, 기판의 나머지 영역에 대상막을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는, SAM의 원료와 용매를 포함하는 용액 중에 기판을 침지하고, 노출된 규소 함유 표면에 SAM을 형성한다. SAM의 원료는, 예를 들어 오르가노실란이다. 규소 함유 표면은, 예를 들어 SiO2 표면이다. SAM은, 규소 함유 표면 상의 저유전율 유전체층의 형성을 억제한다. 저유전율 유전체층은, 규소 표면(Si 표면)에 선택적으로 퇴적된다.
특허문헌 2에서는, SAM의 원료와 용매를 포함하는 용액을 스핀 코트법으로 기판에 도포하고, 그 후, 기판을 회전시키는 방법, 또는 건조된 공기 혹은 질소 가스 등을 분사하는 방법으로 기판 표면을 건조시켜, 기판 표면에 SAM을 형성한다. SAM의 원료는, 예를 들어 알킬실란 화합물이다.
일본 특허 공표 제2018-512504호 공보 일본 특허 공개 제2009-290187호 공보
본 개시의 일 양태는, SAM의 원료와 용매를 포함하는 용액을 사용하여 SAM을 형성하는 경우에, SAM의 블록 성능을 향상시킬 수 있는, 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태의 성막 방법은, 하기 (A) 내지 (C)를 포함한다. (A) 제1 재료가 노출되는 제1 영역, 및 상기 제1 재료와는 다른 제2 재료가 노출되는 제2 영역을 표면에 갖는 기판을 준비한다. (B) 자기 조직화 단분자막의 원료, 및 상기 원료를 용해하는 용매를 포함하는 용액의 증기를, 상기 기판의 상기 표면에 공급하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제1 영역에 선택적으로 자기 조직화 단분자막을 형성한다. (C) 상기 제1 영역에 형성된 상기 자기 조직화 단분자막을 사용하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제2 영역에 원하는 대상막을 형성한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, SAM의 원료와 용매를 포함하는 용액을 사용하여 SAM을 형성하는 경우에, SAM의 블록 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 성막 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 도 1의 S2의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3의 (A)는 도 1의 S1에서의 기판의 일례를 나타내는 측면도, 도 3의 (B)는 도 2의 S21에서의 기판의 일례를 나타내는 측면도, 도 3의 (C)는 도 2의 S22에서의 기판의 일례를 나타내는 측면도, 도 3의 (D)는 도 1의 S3에서의 기판의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 4는, 일 실시 형태에 관한 성막 장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는, 도 4의 제1 처리부의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 6은, 도 4의 제1 처리부의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 도 4의 제2 처리부의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 실시예 1의 S21의 직후의, 기판의 표면 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 9는, 실시예 1의 S22의 직후의, 기판의 표면 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 10은, 참고예의 S22의 직후의, 기판의 표면 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 11은, 실시예 1 및 비교예 1에 대하여, AlO막의 성막 직전의 제1 영역의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시예 1 및 비교예 1에 대하여, AlO막의 성막 직후의 제1 영역의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 13은, 실시예 2 내지 4에 대하여, SAM의 성막 직후의 제1 영역의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시예 2 내지 4에 대하여, SAM의 성막 직후의 제2 영역의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 성막 방법은 S1 내지 S3을 갖는다. 우선, 도 1의 S1에서는, 도 3의 (A)에 도시한 기판(10)을 준비한다. 기판(10)은, 제1 재료가 노출되는 제1 영역(A1)과, 제1 재료와는 다른 제2 재료가 노출되는 제2 영역(A2)을 표면(10a)에 갖는다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은, 기판(10)의 판 두께 방향 편측에 마련된다.
제1 영역(A1)의 수는, 도 3의 (A)에서는 1개이지만, 복수여도 된다. 예를 들어 2개의 제1 영역(A1)이 제2 영역(A2)을 사이에 두도록 배치되어도 된다. 마찬가지로, 제2 영역(A2)의 수는, 도 3의 (A)에서는 1개이지만, 복수여도 된다. 예를 들어 2개의 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)을 사이에 두도록 배치되어도 된다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 인접하고 있지만, 이격되어 있어도 된다.
또한, 도 3의 (A)에 도시한 기판(10)은, 그 표면(10a)에, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)만을 갖지만, 제3 영역을 더 가져도 된다. 제3 영역은, 제1 재료 및 제2 재료와는 다른 제3 재료가 노출되는 영역이다. 제3 영역은, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 사이에 배치되어도 되고, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)의 밖에 배치되어도 된다.
제1 재료는, 예를 들어 금속이다. 금속은, 예를 들어 Cu, W, Co 또는 Ru이다. 제1 재료는, 본 실시 형태에서는 금속이지만, 반도체여도 된다. 반도체는, 예를 들어 아몰퍼스 실리콘 또는 다결정 실리콘이다. 반도체는, 도펀트를 포함해도 되고, 포함하지 않아도 된다.
제2 재료는, 예를 들어 절연 재료이다. 절연 재료는, 예를 들어 금속 화합물 또는 카본이다. 금속 화합물은, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 탄화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 또는 산화하프늄 등이다. 절연 재료는, SiO2보다도 유전율이 낮은 저유전율 재료(Low-k 재료)여도 된다.
기판(10)은, 예를 들어 상기 절연 재료로 형성되는 절연막(12)과, 상기 금속으로 형성되는 금속막(11)을 갖는다. 금속막(11) 대신에, 상기 반도체로 형성되는 반도체막이 형성되어도 된다. 또한, 기판(10)은, 절연막(12)과 금속막(11)이 형성되는 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.
또한, 기판(10)은, 하지 기판(14)과 절연막(12)의 사이에, 하지 기판(14) 및 절연막(12)과는 다른 재료로 형성되는 하지막을 더 가져도 된다. 마찬가지로, 기판(10)은, 하지 기판(14)과 금속막(11)의 사이에, 하지 기판(14) 및 금속막(11)과는 다른 재료로 형성되는 하지막을 더 가져도 된다.
다음으로, 도 1의 S2에서는, 도 3의 (B) 및 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 자기 조직화 단분자막(Self-Assembled Monolayer: SAM)(20)을 형성한다. 또한, SAM(20)의 일부에는, 다른 단분자막이 혼재해도 되고, 복수 분자막이 형성되어도 된다. 도 1의 S2는, 예를 들어 도 2에 도시한 S21 내지 S22를 갖는다.
우선, 도 2의 S21에서는, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, SAM(20)의 원료(21)를 포함하는 용액의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급하여, 원료(21)를 기판(10)의 표면(10a)에 퇴적한다. 원료(21)는, 유기 화합물이며, 예를 들어 티올계 화합물이다.
티올계 화합물은, 예를 들어 일반식 R-SH로 표시되는 화합물이다. 여기서, R은, 지방족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기이며, 수소의 일부를 할로겐으로 치환해도 된다. 할로겐은, 불소, 염소, 브롬, 또는 요오드 등을 포함한다. 티올계 화합물은, 예를 들어 CF3(CF2)X(CH2)2SH(X=0 내지 17), 또는 CH3(CH2)XSH(X=1 내지 19)이다.
티올계 화합물의 주쇄의 탄소수는, 예를 들어 20 이하, 바람직하게는 10 이하이다. 탄소수가 적을수록, 주쇄의 길이가 짧고, 증기압이 높다. 그 때문에, 탄소수가 적을수록, 증기의 공급량이 증가하기 쉽다.
티올계 화합물은, 상기 절연 재료에 화학 흡착되지 않고, 상기 금속 또는 반도체에 화학 흡착된다. 예를 들어, 티올계 화합물과, 상기 금속 또는 반도체가 반응하여, R-S-M의 결합이 생성된다. 여기서, M은, 상기 금속 또는 반도체이다. 티올계 화합물은, 상기 금속 또는 반도체와 반응하므로, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 화학 흡착된다.
용액은, SAM(20)의 원료(21) 외에, 그 원료(21)를 용해하는 용매를 포함한다. 원료(21)는, 상온 상압에서 액체여도 되고 고체여도 된다. 용매는, 원료(21)에 따라서 적절히 선택되지만, 예를 들어 톨루엔 등이다. 용매의 비점은, 예를 들어 40℃ 내지 120℃이다. 용액에서 차지하는 원료(21)의 농도는, 예를 들어 0.1체적％ 내지 10체적％이다.
본 실시 형태에 따르면, 종래와는 달리, 용액 그 자체가 아니라, 용액의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급한다. 그 때문에, 후술하는 실험 데이터로 나타낸 바와 같이, SAM(20)의 블록 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 도 2의 S21에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 처리 용기(210)의 내부에 기판(10)과 용액(22)의 양쪽을 수용하고, 용액(22)의 증기(23)를 기판(10)의 표면(10a)에 공급해도 된다. 이 경우, 기판(10)은, 용액(22)의 액적으로 젖지 않도록, 예를 들어 용액(22)의 액면보다도 상방에 배치된다.
또는, 도 2의 S21에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 용액(22)을 수용하는 제2 처리 용기(215)의 내부에서 증기(23)를 생성하고, 생성된 증기(23)를 제2 처리 용기(215)로부터 기판(10)을 수용하는 제1 처리 용기(210)로 보내도 된다. 제2 처리 용기(215)가 제1 처리 용기(210)의 외부에 마련되므로, 기판(10)의 온도 T1과, 용액(22)의 온도 T0을 각각 제어하기 쉽다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 처리 용기(215)의 내부에서 용액(22)을 버블링해도 된다. 버블링 관(216)은, 질소 가스 또는 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 용액(22)의 내부에 공급하여, 용액(22)의 내부에 기포를 형성한다. 용액(22)의 버블링에 의해, 증기(23)의 생성을 촉진시킬 수 있다.
도 2의 S21에서는, 기판(10)의 온도 T1을 용액(22)의 온도 T0보다도 높은 온도로 제어해도 된다. 증기(23)는, 온도 T0에서 생성되므로, 온도 T0보다도 낮은 온도가 되면 액화할 수 있다. 기판(10)의 온도 T1이 용액(22)의 온도 T0보다도 높으면, 기판(10)의 표면(10a)에서의 증기(23)의 액화를 방지할 수 있어, 액적의 부착을 방지할 수 있다.
또한, 도 2의 S21에서는, 제1 처리 용기(210)의 내벽면의 증기(23)에 접촉하는 부분의 온도 T2를, 용액(22)의 온도 T0보다도 높은 온도로 제어해도 된다. 제1 처리 용기(210)는, 기판(10)을 수용하는 것이다. 제1 처리 용기(210)의 내벽면의 온도 T2가 용액(22)의 온도 T0보다도 높으면, 제1 처리 용기(210)의 내벽면에서의 증기(23)의 액화를 방지할 수 있어, 액적의 부착을 방지할 수 있다.
용액(22)의 온도 T0은, 예를 들어 20℃ 내지 110℃이다. 기판(10)의 온도 T1은, 예를 들어 10℃ 내지 200℃, 바람직하게는 60℃ 내지 200℃이다. 제1 처리 용기(210)의 내벽면의 증기(23)에 접촉하는 부분의 온도 T2는, 예를 들어 10℃ 내지 200℃, 바람직하게는 60℃ 내지 200℃이다. 도 2의 S21에서 기판(10)의 표면(10a)에 증기(23)를 공급하는 시간은, 예를 들어 60초 내지 300초이다.
다음으로, 도 2의 S22에서는, 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 기판(10)의 표면(10a)에 퇴적된, 표면(10a)에 미반응인 원료(21)를 제거한다. 미반응의 원료(21)의 제거는, 예를 들어 원료(21)를 용해하는 용매로, 기판(10)의 표면(10a)을 세정하는 것을 포함한다. 세정력 향상을 위해서, 용매를 가열해도 된다. 용매의 가열 온도는, 예를 들어 65℃ 내지 85℃이다. 또한, 도 2의 S21에서 제1 영역(A1)에 형성된 SAM(20)은 반응이 완료되었으므로, 용매에 용해되지 않는다.
또한, 원료(21)의 제거는, 원료(21)를 용해하는 용매로 기판(10)의 표면(10a)을 세정하는 것 대신에, 대기압보다도 압력이 낮은 감압 분위기하에서 기판(10)을 가열하여, 미반응의 원료(21)를 기화시키는 것을 포함해도 된다. 기판(10)의 가열 온도는, 예를 들어 100℃ 정도이다. 또한, 도 2의 S21에서 제1 영역(A1)에 형성된 SAM(20)은 반응이 완료되었으므로, 기화되지 않는다.
또한, 본 실시 형태의 S2는, 도 2의 S21 내지 S22를 포함하지만, S21을 포함하면 되며, S22를 포함하지 않아도 된다. 예를 들어, S21에서, 제1 처리 용기(210)의 내부를 진공 펌프 등으로 배기하면서, 기판(10)을 가열하면, 미반응의 원료(21)를 증기의 상태로 제1 처리 용기(210)의 외부로 배출할 수 있고, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)을 형성할 수 있으므로, S22는 불필요하다. 단, 도 2의 S21에서, 제1 처리 용기(210)의 내부를 진공 펌프 등으로 배기하지 않는 경우, 진공 설비가 불필요해진다는 이점이 있다.
다음으로, 도 1의 S3에서는, 제1 영역(A1)에 형성된 SAM(20)을 사용하여, 도 3의 (D)에 도시한 바와 같이 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제2 영역(A2)에 원하는 대상막(30)을 형성한다. 대상막(30)은, SAM(20)과는 다른 재료로 형성된다. SAM(20)은 예를 들어 소수성을 갖고, 대상막(30)의 형성을 저해하므로, 대상막(30)은 제2 영역(A2)에 선택적으로 형성된다.
대상막(30)은, 예를 들어 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 형성된다. 대상막(30)은, 예를 들어 절연 재료로 형성된다. 제2 영역(A2)에 원래 존재하는 절연막(12)에, 절연성의 대상막(30)을 더 적층할 수 있다. 절연성의 대상막(30)은, 예를 들어 금속 화합물로 형성된다. 금속 화합물은, 예를 들어 금속 산화물 또는 금속 산질화물이다. 금속 산질화물은 예를 들어 실리콘 산질화물이다.
절연성의 대상막(30)은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 산화알루미늄으로 형성된다. 이하, 산화알루미늄을, 산소와 알루미늄의 조성비에 관계없이 「AlO」라고도 표기한다. 대상막(30)으로서 AlO막을 ALD법으로 형성하는 경우, 트리메틸알루미늄(TMA: (CH3)3Al) 가스 등의 Al 함유 가스와, 수증기(H2O 가스) 등의 산화 가스가, 기판(10)에 대해서 교호로 공급된다. 수증기는 소수성의 SAM(20)에 흡착되지 않으므로, AlO는 제2 영역(A2)에 선택적으로 퇴적된다. Al 함유 가스 및 산화 가스 외에, 수소(H2) 가스 등의 개질 가스가 기판(10)에 대해서 공급되어도 된다. 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 플라스마화되어도 된다. 또한, 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 가열되어도 된다.
절연성의 대상막(30)은, 산화하프늄으로 형성되어도 된다. 이하, 산화하프늄을, 산소와 하프늄의 조성비에 관계없이 「HfO」라고도 표기한다. 대상막(30)으로서 HfO막을 ALD법으로 형성하는 경우, 테트라키스디메틸아미도하프늄(TDMAH: Hf[N(CH3)2]4) 가스 등의 Hf 함유 가스와, 수증기(H2O 가스) 등의 산화 가스가, 기판(10)에 대해서 교호로 공급된다. 수증기는 소수성의 SAM(20)에 흡착되지 않으므로, HfO는 제2 영역(A2)에 선택적으로 퇴적된다. Hf 함유 가스 및 산화 가스 외에, 수소(H2) 가스 등의 개질 가스가 기판(10)에 대해서 공급되어도 된다. 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 플라스마화되어도 된다. 또한, 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 가열되어도 된다.
또한, 절연성의 대상막(30)은, 질화바나듐으로 형성되어도 된다. 이하, 질화바나듐을, 질소와 바나듐의 조성비에 관계없이 「VN」이라고도 표기한다. 대상막(30)으로서 VN막을 ALD법으로 형성하는 경우, 테트라키스에틸메틸아미노바나듐(V [(CH3)C2H5]4) 가스 등의 V 함유 가스와, 암모니아 가스(NH3 가스) 등의 질화 가스가, 기판(10)에 대해서 교호로 공급된다. VN은 제2 영역(A2)에 선택적으로 퇴적된다. V 함유 가스 및 질화 가스 외에, 수소(H2) 가스 등의 개질 가스가 기판(10)에 대해서 공급되어도 된다. 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 플라스마화되어도 된다. 또한, 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 가열되어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 영역(A1)의 제1 재료는 금속 또는 반도체이며, 제2 영역(A2)의 제2 재료는 절연 재료이며, SAM(20)의 원료(21)는 티올계 화합물이지만, 본 개시의 기술은 이 조합에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1 영역(A1)의 제1 재료는 절연 재료이며, 제2 영역(A2)의 제2 재료는 금속 또는 반도체이며, SAM(20)의 원료(21)는 실란계 화합물이어도 된다.
실란계 화합물은, 예를 들어 일반식 R-SiH3-xClx(x=1, 2, 3)로 표시되는 화합물, 또는 R'-Si(O-R)3으로 표시되는 화합물(실란 커플링제)이다. 여기서, R, R'는, 알킬기 또는 알킬기의 수소의 적어도 일부를 불소로 치환한 기 등의 관능기이다. 그 관능기의 말단기는 CH계, CF계 중 어느 것이어도 된다. 또한, O-R은, 가수분해 가능한 관능기, 예를 들어 메톡시기, 에톡시기이다. 실란 커플링제의 일례로서, 옥타메틸트리메톡시실란(OTS)을 들 수 있다.
실란계 화합물은, OH기를 갖는 표면에 화학 흡착되기 쉬우므로, 금속이나 반도체에 비하여, 금속 화합물이나 카본에 화학 흡착되기 쉽다. 따라서, 실란계 화합물은, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 화학 흡착된다. 그 결과, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)이 형성된다.
SAM(20)의 원료가 실란계 화합물인 경우, 대상막(30)은 예를 들어 도전 재료로 형성된다. 제2 영역(A2)에 원래 존재하는 도전성의 금속막에, 도전성의 대상막(30)을 더 적층할 수 있다. 도전성의 대상막(30)은, 예를 들어 금속, 금속 화합물, 또는 도펀트를 포함하는 반도체로 형성된다.
또한, 상기한 바와 같이, 제2 영역(A2)에는, 금속막 대신에 반도체막이 원래 존재해도 되고, 그 반도체막은 도펀트를 포함하는 것이어도 되며, 도전성이 부여된 것이어도 된다. 도전성의 반도체막에, 도전성의 대상막(30)을 적층할 수 있다.
도전성의 대상막(30)은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 질화티타늄으로 형성된다. 이하, 질화티타늄을, 질소와 티타늄의 조성비에 관계없이 「TiN」이라고도 표기한다. 대상막(30)으로서 TiN막을 ALD법으로 형성하는 경우, 테트라키스디메틸아미노티타늄(TDMA: Ti[N(CH3)2]4) 가스 또는 사염화티타늄(TiCl4) 가스 등의Ti 함유 가스와, 암모니아(NH3) 가스 등의 질화 가스가, 기판(10)에 대해서 교호로 공급된다. Ti 함유 가스 및 질화 가스 외에, 수소(H2) 가스 등의 개질 가스가 기판(10)에 대해서 공급되어도 된다. 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 플라스마화되어도 된다. 또한, 이들 가스는, 화학 반응을 촉진시키기 위해서, 가열되어도 된다.
또한, 성막 방법은, 도 1에 도시한 처리 이외의 처리를 더 포함해도 된다. 예를 들어, 성막 방법은, 도 1의 S1의 전에, 전처리로서, 기판(10)의 표면(10a)에 붙은 이물을 세정액으로 제거해도 된다. 유기물을 제거하는 세정액으로서, 예를 들어 과산화수소(H2O2)의 수용액이 사용된다. 또한, 도 1의 S1의 전에 행해지는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 슬러리에 첨가되는 산화 방지제에 의해 형성된 벤조트리아졸제2구리((C6H4N3)2Cu), 및 금속막(11)(또는 반도체막)의 표면의 자연 산화막을 제거하는 세정액으로서, 포름산(HCOOH) 또는 시트르산(C(OH) (CH2COOH)2COOH) 등의 수용액이 사용된다. 기판(10)은, 세정액으로 세정된 후, 건조되어, S2에 제공된다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 상기 성막 방법을 실시하는 성막 장치(100)에 대하여 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 성막 장치(100)는, 제1 처리부(200)와, 제2 처리부(300)와, 반송부(400)와, 제어부(500)를 갖는다. 제1 처리부(200)는, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)을 형성한다. 제2 처리부(300)는, 제1 처리부(200)에 의해 형성된 SAM(20)을 사용하여, 제2 영역(A2)에 선택적으로 원하는 대상막(30)을 형성한다. 반송부(400)는, 제1 처리부(200) 및 제2 처리부(300)에 대하여, 기판(10)을 반송한다. 제어부(500)는, 제1 처리부(200), 제2 처리부(300) 및 반송부(400)를 제어한다.
반송부(400)는, 제1 반송실(401)과, 제1 반송 기구(402)를 갖는다. 제1 반송실(401)의 내부 분위기는, 대기 분위기이다. 제1 반송실(401)의 내부에, 제1 반송 기구(402)가 마련된다. 제1 반송 기구(402)는, 기판(10)을 보유 지지하는 암(403)을 포함하고, 레일(404)을 따라 주행한다. 레일(404)은, 캐리어 C의 배열 방향으로 연장되어 있다. 제1 반송실(401)에는, 게이트 밸브 G를 통해 제1 처리부(200)가 접속된다. 게이트 밸브 G는, 기판(10)의 반송 경로를 개폐한다. 게이트 밸브 G는, 기본적으로 반송 경로를 폐색하고 있으며, 기판(10)의 통과 시에만 반송 경로를 개방한다.
또한, 반송부(400)는, 제2 반송실(411)과, 제2 반송 기구(412)를 갖는다. 제2 반송실(411)의 내부 분위기는, 진공 분위기이다. 제2 반송실(411)의 내부에, 제2 반송 기구(412)가 마련된다. 제2 반송 기구(412)는, 기판(10)을 보유 지지하는 암(413)을 포함하고, 암(413)은, 연직 방향 및 수평 방향으로 이동 가능하게, 또한 연직축 주위로 회전 가능하게 배치된다. 제2 반송실(411)에는, 게이트 밸브 G를 통해 제2 처리부(300)가 접속된다.
또한, 반송부(400)는, 제1 반송실(401)과 제2 반송실(411)의 사이에, 로드 로크실(421)을 갖는다. 로드 로크실(421)의 내부 분위기는, 진공 분위기와 대기 분위기의 사이에서 전환된다. 이에 의해, 제2 반송실(411)의 내부를 항상 진공 분위기로 유지할 수 있다. 또한, 제1 반송실(401)로부터 제2 반송실(411)로 가스가 유입되는 것을 억제할 수 있다. 제1 반송실(401)과 로드 로크실(421)의 사이, 및 제2 반송실(411)과 로드 로크실(421)의 사이에는, 게이트 밸브 G가 마련된다.
제어부(500)는, 예를 들어 컴퓨터이며, CPU(Central Processing Unit)(501)와, 메모리 등의 기억 매체(502)를 갖는다. 기억 매체(502)에는, 성막 장치(100)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(500)는, 기억 매체(502)에 기억된 프로그램을 CPU(501)에 실행시킴으로써, 성막 장치(100)의 동작을 제어한다.
다음으로, 성막 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 제1 반송 기구(402)가, 캐리어 C로부터 기판(10)을 취출하고, 취출한 기판(10)을 제1 처리부(200)로 반송한다. 제1 처리부(200)는, 도 2의 S21 내지 S22를 실시한다. 즉, 제1 처리부(200)는, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 중 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)을 형성한다.
다음으로, 제1 반송 기구(402)가, 제1 처리부(200)로부터 기판(10)을 취출하고, 제1 반송실(401)에서 기판(10)을 반송한다. 그 후, 제1 반송 기구(402)는, 기판(10)을 로드 로크실(421)로 반송하고, 로드 로크실(421)로부터 퇴출한다.
다음으로, 로드 로크실(421)의 내부 분위기가 대기 분위기로부터 진공 분위기로 전환된다. 그 후, 제2 반송 기구(412)가, 로드 로크실(421)로부터 기판(10)을 취출하고, 취출한 기판(10)을 제2 처리부(300)로 반송한다.
다음으로, 제2 처리부(300)는, 도 1의 S3을 실시한다. 즉, 제2 처리부(300)는, 제1 처리부(200)에 의해 형성된 SAM(20)을 사용하여, 제2 영역(A2)에 선택적으로 원하는 대상막(30)을 형성한다.
다음으로, 제2 반송 기구(412)가, 제2 처리부(300)로부터 기판(10)을 취출하고, 취출한 기판(10)을 로드 로크실(421)로 반송하고, 로드 로크실(421)로부터 퇴출한다. 계속해서, 로드 로크실(421)의 내부 분위기가 진공 분위기로부터 대기 분위기로 전환된다. 그 후, 제1 반송 기구(402)가, 로드 로크실(421)로부터 기판(10)을 취출하고, 취출한 기판(10)을 캐리어 C에 수용한다.
또한, 성막 장치(100)의 구성은, 도 4에 도시한 구성에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1 처리부(200)는, 제1 반송실(401)에 인접 설치되어 있지 않고, 하나의 장치로서, 별도 마련되어 있어도 된다. 후자의 경우, 기판(10)은, 제1 처리부(200)에서 처리된 후, 캐리어 C에 수용되고, 그 후, 캐리어 C로부터 로드 로크실(421)로 반송된다.
또한, 반송부(400)와 제1 처리부(200)의 내부에 불활성 가스를 공급하고, 이들의 내부 분위기를 불활성 분위기로 해도 된다. 제1 처리부(200)에서 불활성 분위기에서 SAM(20)을 형성한 후, SAM(20)을 대기에 폭로하지 않고, 제2 처리부(300)에서 대상막(30)을 형성할 수 있다. SAM(20)의 열화를 억제할 수 있어, 대상막(30)을 제2 영역(A2)에 선택적으로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 제1 처리부(200)에 대하여 설명한다. 제1 처리부(200)는, 제1 처리 용기(210)와, 기판 보유 지지부(220)와, 제1 온도 조절기(230)와, 제2 온도 조절기(231)와, 제3 온도 조절기(232)와, 가스 공급 장치(240)와, 가스 배출 장치(250)를 갖는다. 제1 처리 용기(210)는, 기판(10)과 용액(22)의 양쪽을 수용한다. 기판 보유 지지부(220)는, 제1 처리 용기(210)의 내부에서 기판(10)을 보유 지지한다. 제1 온도 조절기(230)는, 용액(22)의 온도를 조절한다. 제2 온도 조절기(231)는, 기판(10)의 온도를 조절한다. 제3 온도 조절기(232)는, 제1 처리 용기(210)의 내벽면의 증기(23)에 접하는 부분의 온도를 조절한다. 가스 공급 장치(240)는, 제1 처리 용기(210)의 내부에 불활성 가스 등의 가스를 공급한다. 가스 배출 장치(250)는, 제1 처리 용기(210)의 내부로부터 가스를 배출한다.
제1 처리 용기(210)는, 기판(10)의 반입출구(212)를 갖는다. 반입출구(212)는, 용액(22)의 액면보다도 높은 위치에 배치된다. 반입출구(212)에는, 반입출구(212)를 개폐하는 게이트 밸브 G가 마련된다. 게이트 밸브 G는, 기본적으로 반입출구(212)를 폐쇄하고 있으며, 기판(10)이 반입출구(212)를 통과할 때에 반입출구(212)를 개방한다. 반입출구(212)의 개방 시에, 제1 처리 용기(210)의 내부의 처리실(211)과, 제1 반송실(401)이 연통된다.
제1 처리 용기(210)는, 증기(23)의 통로를 개폐하는 개폐기(213)를 가져도 된다. 개폐기(213)가 통로를 개방하면, 용액(22)의 액면으로부터 기판(10)을 향해서 증기(23)가 흐르고, 기판(10)의 표면(10a)에 증기가 공급된다. 한편, 개폐기(213)가 통로를 폐색하면, 기판(10)에 대한 증기(23)의 공급이 중단된다. 제1 처리 용기(210)에 대한 기판(10)의 반입출 시에, 개폐기(213)가 증기(23)의 통로를 폐쇄하고, 가스 배출 장치(250)를 사용하여 증기(23)를 배기하면서, 가스 공급 장치(240)로부터 Ar이나 N2 등의 불활성 가스를 공급하면, 제1 반송 기구(402)의 암(403)이 증기(23)에 노출되는 것을 억제할 수 있다.
기판 보유 지지부(220)는, 제1 처리 용기(210)의 내부에서, 기판(10)을 보유 지지한다. 기판(10)은, 용액(22)으로 젖지 않도록, 용액(22)의 액면의 상방에 배치된다. 기판 보유 지지부(220)는, 기판(10)의 표면(10a)을 위로 향하여, 기판(10)을 하방으로부터 수평으로 보유 지지한다. 기판 보유 지지부(220)는, 매엽식이며, 1매의 기판(10)을 보유 지지한다. 또한, 기판 보유 지지부(220)는, 배치식이어도 되고, 동시에 복수매의 기판(10)을 보유 지지해도 된다. 배치식 기판 보유 지지부(220)는, 복수매의 기판(10)을, 연직 방향으로 간격을 두고 보유 지지해도 되고, 수평 방향으로 간격을 두고 보유 지지해도 된다.
제1 온도 조절기(230), 제2 온도 조절기(231), 및 제3 온도 조절기(232)는, 각각, 예를 들어 전기 히터를 포함하고, 독립적으로 제어된다. 제1 온도 조절기(230)는, 예를 들어 제1 처리 용기(210)의 저벽 등에 매립되고, 저벽을 가열함으로써, 용액(22)을 원하는 온도로 가열한다. 또한, 제2 온도 조절기(231)는, 예를 들어 기판 보유 지지부(220)에 매립되고, 기판 보유 지지부(220)를 가열함으로써, 기판(10)을 원하는 온도로 가열한다. 또한, 제3 온도 조절기(232)는, 제1 처리 용기(210)의 측벽 및 천장 등에 매립되고, 측벽 및 천장을 가열함으로써, 그것들의 내벽면의 증기(23)에 접촉하는 부분을 원하는 온도로 가열한다.
또한, 제1 온도 조절기(230), 제2 온도 조절기(231), 및 제3 온도 조절기(232)는, 도 5에 도시한 배치에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1 온도 조절기(230)는, 용액(22)의 내부에 침지되어도 된다. 또한, 제2 온도 조절기(231)는, 석영창을 통해 기판 보유 지지부(220)를 가열하는 램프를 포함해도 된다. 제3 온도 조절기(232)는, 제1 처리 용기(210)의 외부에 설치되어도 된다.
가스 공급 장치(240)와 가스 배출 장치(250)는, 기판(10)의 반입 시, 또는 반출 시에, 제1 처리 용기(210)의 내부의 분위기를 조절하고, 원료(21)의 퇴적 시에 비하여, 증기(23)의 농도를 낮춘다. 제1 반송 기구(402)의 암(403)이 증기(23)에 노출되는 것을 억제할 수 있다.
제1 처리부(200)는, 용액(22)의 증기(23)를 기판(10)의 표면(10a)에 공급함으로써, 도 2의 S21을 실시한다. 또한, 제1 처리부(200)는, 가스 배출 장치(250)에 의해 기판(10)의 주변 분위기를 감압 분위기로 함과 함께, 제2 온도 조절기(231)로 기판(10)을 가열함으로써, 도 2의 S22를 실시한다.
또한, 제1 처리부(200)는, 도 2의 S22를 실시하기 위해서, 도시하지 않은 노즐을 더 가져도 된다. 노즐은, 원료(21)를 용해시키는 용매를, 기판(10)의 표면(10a)을 향해서 토출한다. 후술하는 도 6에 도시한 제1 처리부(200)에 있어서도, 마찬가지이다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 제1 처리부(200)의 변형예에 대하여 설명한다. 제1 처리부(200)는, 제1 처리 용기(210)와, 제2 처리 용기(215)와, 기판 보유 지지부(220)와, 제1 온도 조절기(230)와, 제2 온도 조절기(231)와, 제3 온도 조절기(232)와, 가스 공급 장치(240)와, 가스 배출 장치(250)를 갖는다. 제1 처리 용기(210)는 기판(10)을 수용하고, 제2 처리 용기(215)는 용액(22)을 수용한다. 이하, 본 변형예의 제1 처리부(200)와, 도 5의 제1 처리부(200)의 상위점에 대하여, 주로 설명한다.
제2 처리 용기(215)는, 제1 처리 용기(210)의 외부에 배치된다. 그 때문에, 기판(10)의 온도 T1과, 용액(22)의 온도 T0을 각각 제어하기 쉽다. 또한, 제1 처리 용기(210)의 내벽면의 온도 T2와, 용액(22)의 온도 T0을 각각 제어하기 쉽다. 제1 온도 조절기(230)는, 예를 들어 제2 처리 용기(215)의 저벽, 측벽 및 천장에 마련되고, 저벽, 측벽 및 천장을 가열함으로써, 용액(22)을 원하는 온도로 가열한다. 또한, 제1 온도 조절기(230)는, 용액(22)의 내부에 침지되어도 된다.
제1 처리부(200)는, 버블링 관(216)을 더 가져도 된다. 버블링 관(216)은, 질소 가스 또는 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 용액(22)의 내부에 공급하여, 용액(22)의 내부에 기포를 형성한다. 용액(22)의 버블링에 의해, 증기(23)의 생성을 촉진시킬 수 있다. 증기(23)는, 배관(217)을 통해 제2 처리 용기(215)로부터 제1 처리 용기(210)로 보내진다. 배관(217)의 도중에는 개폐 밸브(218)가 마련되어도 된다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 제2 처리부(300)에 대하여 설명한다. 제2 처리부(300)는, 처리 용기(310)와, 기판 보유 지지부(320)와, 온도 조절기(330)와, 가스 공급 장치(340)와, 가스 배출 장치(350)를 갖는다. 처리 용기(310)는, 기판(10)을 수용한다. 기판 보유 지지부(320)는, 처리 용기(310)의 내부에서 기판(10)을 보유 지지한다. 온도 조절기(330)는, 기판(10)의 온도를 조절한다. 가스 공급 장치(340)는, 처리 용기(310)의 내부에 가스를 공급한다. 가스는, CVD 또는 ALD에서 사용되는 가스를 포함한다. 가스 배출 장치(350)는, 처리 용기(310)의 내부로부터 가스를 배출한다.
처리 용기(310)는, 기판(10)의 반입출구(312)를 갖는다. 반입출구(312)에는, 반입출구(312)를 개폐하는 게이트 밸브 G가 마련된다. 게이트 밸브 G는, 기본적으로 반입출구(312)를 폐쇄하고 있으며, 기판(10)이 반입출구(312)를 통과할 때에 반입출구(312)를 개방한다. 반입출구(312)의 개방 시에, 처리 용기(310)의 내부 처리실(311)과, 제2 반송실(411)이 연통된다.
기판 보유 지지부(320)는, 처리 용기(310)의 내부에서 기판(10)을 보유 지지한다. 기판 보유 지지부(320)는, 기판(10)의 표면(10a)을 위로 향하여, 기판(10)을 하방으로부터 수평으로 보유 지지한다. 기판 보유 지지부(320)는, 매엽식이며, 1매의 기판(10)을 보유 지지한다. 또한, 기판 보유 지지부(320)는, 배치식이어도 되고, 동시에 복수매의 기판(10)을 보유 지지해도 된다. 배치식 기판 보유 지지부(320)는, 복수매의 기판(10)을, 연직 방향으로 간격을 두고 보유 지지해도 되고, 수평 방향으로 간격을 두고 보유 지지해도 된다.
온도 조절기(330)는, 기판(10)의 온도를 조절한다. 온도 조절기(330)는, 예를 들어 전기 히터를 포함한다. 온도 조절기(330)는, 예를 들어 기판 보유 지지부(320)에 매립되고, 기판 보유 지지부(320)를 가열함으로써, 기판(10)을 원하는 온도로 가열한다. 또한, 온도 조절기(330)는, 석영창을 통해 기판 보유 지지부(320)를 가열하는 램프를 포함해도 된다. 이 경우, 석영창이 퇴적물로 불투명해지는 것을 방지하기 위해서, 기판 보유 지지부(320)와 석영창의 사이에 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 공급되어도 된다. 또한, 온도 조절기(330)는, 처리 용기(310)의 외부에 설치되고, 처리 용기(310)의 외부로부터 기판(10)의 온도를 조절해도 된다.
가스 공급 장치(340)는, 기판(10)에 대해서 미리 설정된 가스를 공급한다. 가스 공급 장치(340)는, 예를 들어 가스 공급관(341)을 통해 처리 용기(310)와 접속된다. 가스 공급 장치(340)는, 가스의 공급원과, 각 공급원으로부터 개별로 가스 공급관(341)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(341)에 가스가 공급된다. 그 공급량은 유량 제어기에 의해 제어된다. 한편, 개폐 밸브가 개별 배관을 폐쇄하면, 공급원으로부터 가스 공급관(341)에 대한 가스의 공급이 정지된다.
가스 공급관(341)은, 가스 공급 장치(340)로부터 공급되는 가스를, 처리 용기(310)의 내부에 공급한다. 가스 공급관(341)은, 가스 공급 장치(340)로부터 공급되는 가스를, 예를 들어 샤워 헤드(342)에 공급한다. 샤워 헤드(342)는, 기판 보유 지지부(320)의 상방에 마련된다. 샤워 헤드(342)는, 내부에 공간(343)을 갖고, 공간(343)에 저류된 가스를 다수의 가스 토출 구멍(344)으로부터 연직 하방을 향해서 토출한다. 샤워상의 가스가, 기판(10)에 대해서 공급된다.
제2 처리부(300)는, 가스 공급 장치(340)와는 별도로, 가스 공급 장치(360)를 더 가져도 된다. 가스 공급 장치(340)는, TMA 등의 유기 금속 가스를, 샤워 헤드(342)를 통해 처리실(311)에 공급한다. 한편, 가스 공급 장치(360)는, H2O, O2, O3 등의 산화 가스를, 샤워 헤드(362)를 통해 처리실(311)에 공급한다. 2개의 샤워 헤드(342, 362)는, 따로따로 형성된다. 그 때문에, 이들의 공간(343, 363)에서의 유기 금속 가스와 산화 가스의 혼합을 억제할 수 있어, 이들의 공간(343, 363)에서의 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 가스 공급 장치(360)는, 가스 공급관(361)을 통해 샤워 헤드(362)에 산화 가스를 공급한다. 산화 가스는, 샤워 헤드(362)의 내부의 공간(363)으로부터, 가스 토출 구멍(364)을 통과하여, 처리실(311)에 공급된다.
가스 배출 장치(350)는, 처리 용기(310)의 내부로부터 가스를 배출한다. 가스 배출 장치(350)는, 배기관(353)을 통해 처리 용기(310)와 접속된다. 가스 배출 장치(350)는, 진공 펌프 등의 배기원(351)과, 압력 제어기(352)를 갖는다. 배기원(351)을 작동시키면, 처리 용기(310)의 내부로부터 가스가 배출된다. 처리 용기(310)의 내부의 기압은, 압력 제어기(352)에 의해 제어된다.
<실시예 1 및 비교예 1>
실시예 1에서는 용액(22)의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급한 데 반하여, 비교예 1에서는 스핀 코트법으로 용액(22)을 기판(10)의 표면(10a)에 도포하였다. 이하, 상세에 대하여 설명한다.
(실시예 1)
우선, 도 1의 S1에서는, 기판(10)으로서, Cu가 노출되는 제1 영역(A1)과, SiOC가 노출되는 제2 영역(A2)을 표면(10a)에 갖는 것을 준비하였다. SAM(20)의 선택 성막의 전처리로서, 기판(10)의 표면(10a)을 시트르산 수용액에 의해 5분간 60℃에서 세정하였다. 또한, 용액(22)으로서, 원료(21)인 CH3(CH2)5SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비하였다.
다음으로, 도 2의 S21에서는, 기판(10)과 용액(22)의 양쪽을 용기의 내부에 수용하고, 기판(10)을 용액(22)의 액면보다도 상방에 배치하였다. 그 상태에서, 용기의 전체를 외측으로부터 히터로 균일하게 가열하였다. 가열 온도는 85℃, 가열 시간은 5분(300초)이었다. 이에 의해, 용액(22)의 증기(23)를, 기판(10)의 표면(10a)에 공급하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 양쪽에, SAM(20)의 원료(21)의 퇴적이 확인되었다.
다음으로, 도 2의 S22에서는, 기판(10)을 65℃의 톨루엔으로 세정하여, 기판(10)의 표면(10a)에 퇴적된, 표면(10a)에 미반응인 원료(21)를 제거하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)이 형성되었음을 확인할 수 있었다. SAM(20)이 톨루엔으로 제거되지 않은 것은, 원료(21)인 CH3(CH2)5SH와 Cu가 반응하여, CH3(CH2)5S-Cu의 결합이 생성되었기 때문이라고 추정된다.
또한, 기판(10)을 65℃의 톨루엔으로 세정하는 대신에, 상온의 톨루엔으로 세정한 경우, 도 10에 도시한 바와 같이, 제2 영역(A2) 등에 미반응의 원료(21)가 남아버렸다. 따라서, 미반응의 원료(21)를 제거하는 데에는, 용매를 65℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
마지막으로, 도 1의 S3에서는, ALD법으로, AlO막을, 기판(10)의 표면(10a)에 퇴적하였다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 처리 용기(310)의 내부에 기판(10)을 수용하고, 처리 용기(310)의 내부의 기압을 400Pa로 제어함과 함께, 기판(10)의 온도를 150℃로 제어하면서, TMA 가스와 수증기를 교호로 기판(10)의 표면(10a)에 공급하는 것을 30회 반복하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제2 영역(A2)에 선택적으로 AlO막이 형성되었음을 확인할 수 있었다. AlO막의 막 두께는 3㎚였다.
(비교예 1)
비교예 1에서는, 용액(22)의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급하는 것 대신에, 스핀 코트법으로 용액(22)을 기판(10)의 표면(10a)에 도포한 것 이외에, 실시예 1과 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 스핀 코트법으로는, 기판(10)을 50pm으로 회전시키면서, 기판(10)의 상면인 표면(10a)의 중심에 용액(22)을 적하하였다. 기판(10)의 온도는 27℃였다.
(평가 1)
도 11에, 실시예 1 및 비교예 1에 대하여, AlO막의 성막 직전의 제1 영역(A1)의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타낸다. 도 11로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에 의하면, 비교예 1에 비하여, SAM(20)의 구성 원소인 황(S)의 피크의 강도가 강하여, SAM(20)의 표면 밀도가 높은 것을 알 수 있다.
도 12에, 실시예 1 및 비교예 1에 대하여, AlO막의 성막 직후의 제1 영역(A1)의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타낸다. 도 12로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에 의하면, 비교예 1에 비하여, Al의 피크에 대한 Cu의 피크의 상대적인 강도가 강하여, AlO막의 성막이 저해되었음을 알 수 있다.
도 11 및 도 12로부터, 용액(22)의 증기(23)를 기판(10)의 표면(10a)에 공급하면, 스핀 코트법으로 용액(22)을 기판(10)의 표면(10a)에 도포하는 것보다도, SAM(20)의 블록 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 기판(10)이 가열되면서 증기(23)에 폭로되므로, 폭로와 동시에 CH3(CH2)5SH와 Cu의 반응이 진행되고, CH3(CH2)5S-Cu의 결합이 진행되어, 강한 결합이 얻어지기 때문이다.
<실시예 2 내지 4>
실시예 2 내지 4에서는, 티올계 화합물의 주쇄의 카본 수와, SAM의 블록 성능의 관계에 대하여 조사하였다.
(실시예 2)
우선, 도 1의 S1에서는, 기판(10)으로서, Cu가 노출되는 제1 영역(A1)과, SiO2가 노출되는 제2 영역(A2)을 표면(10a)에 갖는 것을 준비하였다. SAM(20)의 선택 성막의 전처리로서, 기판(10)의 표면(10a)을 포름산 수용액에 의해 5분간 25℃에서 세정하였다. 또한, 용액(22)으로서, 원료(21)인 CH3(CH2)5SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비하였다.
다음으로, 도 2의 S21에서는, 기판(10)과 용액(22)의 양쪽을 용기의 내부에 수용하고, 기판(10)을 용액(22)의 액면보다도 상방에 배치하였다. 그 상태에서, 용기의 전체를 외측으로부터 히터로 균일하게 가열하였다. 가열 온도는 85℃, 가열 시간은 5분(300초)이었다. 이에 의해, 용액(22)의 증기(23)를, 기판(10)의 표면(10a)에 공급하였다.
다음으로, 도 2의 S22에서는, 기판(10)을 65℃의 톨루엔으로 세정하여, 기판(10)의 표면(10a)에 퇴적된, 표면(10a)에 미반응인 원료(21)를 제거하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 용액(22)으로서 원료(21)인 CH3(CH2)17SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비한 것 이외에, 실시예 2와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리를 실시하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
(실시예 4)
실시예 4에서는, 용액(22)으로서 원료(21)인 CF3(CF2)7(CH2)2SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비한 것 이외에, 실시예 2와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리를 실시하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
(평가 2)
도 13에, 실시예 2 내지 4에 대하여, SAM의 성막 직후의 제1 영역(A1)의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타낸다. 도 11로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2에 의하면, 실시예 3 내지 4에 비하여, SAM(20)의 구성 원소인 황(S)의 피크의 강도가 강하여, SAM(20)의 표면 밀도가 높은 것을 알 수 있다. 이것은, 실시예 2의 원료(21)는, 실시예 3 내지 4의 원료(21)와는 달리, 티올계 화합물의 주쇄의 탄소수가 10 이하이고, 증기압이 높기 때문이라고 추정된다. 증기압이 높으면, 증기의 공급량이 증가한다.
도 14에, 실시예 2 내지 4에 대하여, SAM의 성막 직후의 제2 영역(A2)의 표면 상태를 X선 광전자 분광(XPS) 장치로 측정한 데이터를 나타낸다. 도 14로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2 내지 4 중 어느 것에서도, 제2 영역(A2)에는, SAM(20)의 구성 원소인 황(S)의 피크가 확인되지 않았다.
도 13 및 도 14로부터, 용액(22)의 증기(23)를 기판(10)의 표면(10a)에 공급하면, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 티올계 화합물의 주쇄의 탄소수가 10 이하이면 SAM(20)의 표면 밀도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. SAM(20)의 표면 밀도를 향상시킬 수 있으면, SAM(20)의 블록 성능도 향상시킬 수 있다.
<실시예 5 내지 7 및 비교예 2 내지 7>
실시예 5 내지 7에서는 용액(22)의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급한 데 반하여, 비교예 2 내지 7에서는 딥 코트법으로 용액(22)을 기판(10)의 표면(10a)에 도포하였다. 이하, 상세에 대하여 설명한다.
(실시예 5)
우선, 도 1의 S1에서는, 기판(10)으로서, Cu가 노출되는 제1 영역(A1)과, SiOC가 노출되는 제2 영역(A2)을 표면(10a)에 갖는 것을 준비하였다. SAM(20)의 선택 성막의 전처리로서, 기판(10)의 표면(10a)을 과산화수소 수용액에 의해 5분간 60℃에서 세정하였다. 또한, 용액(22)으로서, 원료(21)인 CH3(CH2)5SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비하였다.
다음으로, 도 2의 S21에서는, 기판(10)과 용액(22)의 양쪽을 용기의 내부에 수용하고, 기판(10)을 용액(22)의 액면보다도 상방에 배치하였다. 그 상태에서, 용기의 전체를 외측으로부터 히터로 균일하게 가열하였다. 가열 온도는 85℃, 가열 시간은 5분(300초)이었다. 이에 의해, 용액(22)의 증기(23)를, 기판(10)의 표면(10a)에 공급하였다.
다음으로, 도 2의 S22에서는, 기판(10)을 65℃의 톨루엔으로 세정하여, 기판(10)의 표면(10a)에 퇴적된, 표면(10a)에 미반응인 원료(21)를 제거하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제1 영역(A1)에 선택적으로 SAM(20)이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
마지막으로, 도 1의 S3에서는, ALD법으로, AlO막을, 기판(10)의 표면(10a)에 퇴적하였다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 처리 용기(310)의 내부에 기판(10)을 수용하고, 처리 용기(310)의 내부의 기압을 400Pa로 제어함과 함께, 기판(10)의 온도를 120℃로 제어하면서, TMA 가스와 수증기를 교호로 기판(10)의 표면(10a)에 공급하는 것을 40회 반복하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제2 영역(A2)에 선택적으로 AlO막이 형성되었음을 확인할 수 있었다. AlO막의 막 두께는 3㎚였다.
또한, 실시예 5에서는, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 처리 용기(310)의 내부에 기판(10)을 수용하고, 처리 용기(310)의 내부의 기압을 400Pa로 제어함과 함께, 기판(10)의 온도를 150℃로 제어하면서, TDMAH 가스와 수증기를 교호로 기판(10)의 표면(10a)에 공급하는 것을 16회 반복하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제2 영역(A2)에 선택적으로 HfO막이 형성되었음을 확인할 수 있었다. HfO막의 막 두께는 3㎚였다.
또한, 실시예 5에서는, AlO막 대신에 VN막의 성막 처리도 실시하였다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 처리 용기(310)의 내부에 기판(10)을 수용하고, 처리 용기(310)의 내부의 기압을 133Pa로 제어함과 함께, 기판(10)의 온도를 200℃로 제어하면서, 테트라키스에틸메틸아미노바나듐(V[(CH3)C2H5]4) 가스와 암모니아 가스를 교호로 기판(10)의 표면(10a)에 공급하는 것을 13회 반복하였다. 그 후, 주사 전자 현미경(SEM)으로 기판(10)의 표면(10a)을 관찰한바, 제2 영역(A2)에 선택적으로 VN막이 형성되었음을 확인할 수 있었다. VN막의 막 두께는 3.5㎚였다.
(실시예 6)
실시예 6에서는, 전처리의 세정액으로서 포름산 수용액을 사용한 것, 및 용액(22)으로서 CH3(CH2)17SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비한 것 이외에, 실시예 5와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다.
(실시예 7)
실시예 7에서는, 용액(22)으로서 원료(21)인 CF3(CF2)7(CH2)2SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비한 것 이외에, 실시예 5와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다.
(비교예 2)
비교예 2에서는, 용액(22)의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급하는 것 대신에, 딥 코트법으로 용액(22)을 기판(10)의 표면(10a)에 도포한 것 이외에, 실시예 5와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 딥 코트법으로는, 85℃에서 30분간, 기판(10)의 전체를 용액(22)에 침지하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 VN막의 성막 처리도 실시하였다.
(비교예 3)
비교예 3에서는, 전처리의 세정액으로서 포름산 수용액을 사용한 것 이외에, 비교예 2와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 VN막의 성막 처리도 실시하였다.
(비교예 4)
비교예 4에서는, 전처리의 세정액으로서 이소프로필알코올(IPA)을 사용한 것, 및 용액(22)으로서 CH3(CH2)17SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비한 것 이외에, 비교예 2와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 VN막의 성막 처리도 실시하였다.
(비교예 5)
비교예 5에서는, 용액(22)으로서 원료(21)인 CF3(CF2)7(CH2)2SH를 1체적％, 용매인 톨루엔을 99체적％ 포함하는 것을 준비한 것 이외에, 비교예 4와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 VN막의 성막 처리도 실시하였다.
(비교예 6)
비교예 6에서는, 전처리의 세정액으로서 과산화수소 수용액을 사용한 것 이외에, 비교예 5와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 VN막의 성막 처리도 실시하였다.
(비교예 7)
비교예 7에서는, 딥 코트 시의 기판(10)의 온도를 20℃, 침지 시간을 24시간으로 설정한 것 이외에, 비교예 2와 마찬가지로, SAM(20)의 성막 처리와, AlO막의 성막 처리를 실시하였다. 또한, AlO막 대신에 HfO막의 성막 처리도 실시하였다.
(평가 3)
표 1에, 실시예 5 내지 7 및 비교예 2 내지 7의 실험 조건과 실험 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 있어서, 「T1」은 CH3(CH2)5SH를 나타내고, 「T2」는 CH3(CH2)17SH를 나타내고, 「T3」은 CF3(CF2)7(CH2)2SH를 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서, Al2s의 광전자의 수는 AlO막의 성막 직후의 제1 영역(A1)의 표면 상태를 나타내고, Hf4f의 광전자의 수는 HfO막의 성막 직후의 제1 영역(A1)의 표면 상태를 나타내고, V2p의 광전자의 수는 VN막의 성막 직후의 제1 영역(A1)의 표면 상태를 나타낸다. 제1 영역(A1)은 SAM(20)이 형성되는 영역이므로, Al2s 등의 광전자의 수가 적을수록, SAM(20)의 블록 성능이 높다.
표 1에 있어서, 예를 들어 실시예 5와 비교예 2를 비교하면 명백한 바와 같이, 딥 코트법으로 용액(22)을 기판(10)의 표면(10a)에 도포하는 대신에, 용액(22)의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급하면, SAM(20)의 블록 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 이 효과는, AlO막의 성막 시에 특히 현저하다. 마찬가지의 경향은, 실시예 7과 비교예 6을 비교해서도 알 수 있다.
또한, 표 1에 있어서, 예를 들어 실시예 5와 비교예 7을 비교하면 명백한 바와 같이, 딥 코트법으로 용액(22)을 기판(10)의 표면(10a)에 도포하는 대신에, 용액(22)의 증기를 기판(10)의 표면(10a)에 공급하면, 단시간에 충분한 블록 성능을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 개시에 관한 성막 방법 및 성막 장치의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되지는 않는다. 청구범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경, 수정, 치환, 부가, 삭제 및 조합이 가능하다. 그것들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다.
본 출원은, 2019년 12월 27일에 일본 특허청에 출원한 일본 특허 출원 제2019-239349호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2019-239349호의 전체 내용을 본 출원에 원용한다.
10: 기판
10a: 표면
A1: 제1 영역
A2: 제2 영역
20: SAM(자기 조직화 단분자막)
21: 원료
22: 용액
23: 증기
30: 대상막

Claims (11)

  1. 제1 재료가 노출되는 제1 영역, 및 상기 제1 재료와는 다른 제2 재료가 노출되는 제2 영역을 표면에 갖는 기판을 준비하는 것과,
    자기 조직화 단분자막의 원료, 및 상기 원료를 용해하는 용매를 포함하는 용액의 증기를, 상기 기판의 상기 표면에 공급하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제1 영역에 선택적으로 자기 조직화 단분자막을 형성하는 것과,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 자기 조직화 단분자막을 사용하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제2 영역에 원하는 대상막을 형성하는 것
    을 갖는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용액의 상기 증기를 상기 기판의 상기 표면에 공급하는 것은, 상기 기판의 온도를 상기 용액의 온도보다도 높은 온도로 제어하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용액의 상기 증기를 상기 기판의 상기 표면에 공급하는 것은, 상기 기판을 수용하는 제1 처리 용기의 내벽면의 상기 증기에 접촉하는 부분의 온도를, 상기 용액의 온도보다도 높은 온도로 제어하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용액의 상기 증기를 상기 기판의 상기 표면에 공급하는 것은, 상기 용액을 수용하는 제2 처리 용기의 내부에서 상기 증기를 생성하고, 생성된 상기 증기를 상기 제2 처리 용기로부터 상기 기판을 수용하는 제1 처리 용기에 보내는 것을 포함하는, 성막 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용액의 상기 증기를 생성하는 것은, 상기 제2 처리 용기의 내부에서 상기 용액을 버블링하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용액에 포함되는 상기 용매의 비점은 40℃ 내지 120℃인, 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용액의 상기 증기를 상기 기판의 상기 표면에 공급하는 시간은 60초 내지 300초인, 성막 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역에 선택적으로 상기 자기 조직화 단분자막을 형성하는 것은, 상기 용액의 상기 증기를 상기 기판의 상기 표면에 공급하여, 상기 표면에 상기 원료를 퇴적하는 것과, 상기 표면에 퇴적된 상기 표면에 미반응인 상기 원료를 제거하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 상기 제1 재료는 금속 또는 반도체이며,
    상기 제2 영역의 상기 제2 재료는 절연 재료이며,
    상기 자기 조직화 단분자막의 상기 원료는 티올계 화합물인, 성막 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 상기 제1 재료는 절연 재료이며,
    상기 제2 영역의 상기 제2 재료는 금속 또는 반도체이며,
    상기 자기 조직화 단분자막의 상기 원료는 실란계 화합물인, 성막 방법.
  11. 제1 재료가 노출되는 제1 영역, 및 상기 제1 재료와는 다른 제2 재료가 노출되는 제2 영역을 표면에 갖는 기판 상에 원하는 대상막을 성막하는 성막 장치이며,
    자기 조직화 단분자막의 원료, 및 상기 원료를 용해하는 용매를 포함하는 용액의 증기를, 상기 기판의 상기 표면에 공급하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제1 영역에 선택적으로 상기 자기 조직화 단분자막을 형성하는 제1 처리부와,
    상기 제1 처리부에 의해 형성된 상기 자기 조직화 단분자막을 사용하여, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 상기 제2 영역에 원하는 대상막을 형성하는 제2 처리부와,
    상기 제1 처리부 및 상기 제2 처리부에 대하여, 상기 기판을 반송하는 반송부와,
    상기 제1 처리부, 상기 제2 처리부, 및 상기 반송부를 제어하는 제어부
    를 구비하는, 성막 장치.
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