TWI745675B

TWI745675B - 成膜裝置及成膜方法

Info

Publication number: TWI745675B
Application number: TW108113500A
Authority: TW
Inventors: 山口達也; 新納禮二; 飯塚洋二
Original assignee: 日商東京威力科創股份有限公司
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2021-11-11
Also published as: KR20190123684A; JP6981356B2; CN110396678A; US11136668B2; US20190323124A1; TW202000970A; JP2019192763A; KR102368231B1

Abstract

本發明提供一種成膜裝置及成膜方法，在往基板供給彼此反應而成為膜物質之成膜氣體，以將由膜物質構成的膜成膜之成膜裝置中，增高生產力，且提高成膜於基板的膜之膜厚的面內及面間均一性。於處理容器內設置使基板繞旋轉軸公轉之旋轉台，構成為將載置於旋轉台的基板加熱。此外，將朝向旋轉台噴吐成膜氣體之氣體供給部，配置為在使旋轉台旋轉時與基板所移動的移動區域相對向，將氣體供給孔，設置為涵蓋旋轉台的從中心側至邊緣側之範圍，與移動區域交叉。此外，將第1成膜氣體與第2成膜氣體，往移動區域中之彼此重疊的區域同時供給。因此，可連續地處理複數基板，故生產力改善，且成膜於基板的膜之膜厚的面內及面間的均一性變得良好。

Description

成膜裝置及成膜方法

本發明所揭露之內容，係關於一種成膜裝置及成膜方法。

在半導體裝置的製程中，有使對半導體晶圓（下稱「晶圓」）等基板供給之處理氣體反應，施行成膜處理的情況。

作為成膜處理之例子，例如於專利文獻1記載下述例子：藉由水平流通，往基板支持體所支持之基板，供給包含彼此反應之有機反應體之第一、第二反應體的蒸氣，而將有機膜成膜。 [習知技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2017－76784號公報

[本發明所欲解決的問題]

本發明所揭露之內容提供一種技術，在往基板供給彼此反應而成為膜物質之成膜氣體，以將由膜物質構成的膜成膜之成膜裝置中，增高生產力，且提高成膜於基板的膜之膜厚的面內及面間均一性。 [解決問題之技術手段]

本發明所揭露之成膜裝置，具備：處理容器，形成有真空氣體環境；旋轉台，設置於該處理容器內，於其頂面側形成用於載置複數基板之基板載置區域，具有用於使該基板載置區域繞旋轉軸公轉之旋轉機構；加熱機構，將載置於該基板載置區域的基板加熱；氣體供給部，設置為在使該旋轉台旋轉時與基板所移動的移動區域相對向，以涵蓋該旋轉台的從旋轉中心側至邊緣側之範圍而與該移動區域交叉的方式形成氣體噴吐孔，該氣體噴吐孔，用於將吸附於由該加熱機構加熱的基板之表面，彼此反應而形成膜物質所用的成膜氣體，即第1成膜氣體及第2成膜氣體，朝向該旋轉台側噴吐；以及排氣部，用於將該處理容器內排氣；其特徵為：該第1成膜氣體及第2成膜氣體，往該移動區域之彼此重疊的區域同時供給。 [本發明之效果]

依本發明所揭露之內容，可提供一種技術，在往基板供給彼此反應而成為膜物質之成膜氣體，以將由膜物質構成的膜成膜之成膜裝置中，增高生產力，且提高成膜於基板的膜之膜厚的面內及面間均一性。

對一實施形態之成膜裝置予以說明。此成膜裝置，施行成膜處理：朝向基板，即晶圓，供給彼此反應的包含第1單體之第1成膜氣體、包含第2單體之第2成膜氣體，於晶圓的表面將由反應物之膜物質構成的膜成膜。在實施形態中，作為第1單體使用雙官能性之酸酐，例如PMDA（C₁₀ H₂ O₆ ：1,2,4,5－苯四甲酸酐）；作為第2單體使用雙官能性之胺，例如ODA（C₁₂ H₁₂ N₂ O：4,4’－二胺二苯醚），產生由聚醯亞胺構成之膜物質。

對聚醯亞胺之合成予以說明。如圖1所示，PMDA，具體而言，具備由將4個碳元素（C）與1個氧元素（O）藉由環狀地單鍵結合（Single Bond）彼此連接的五員環所構成之2個官能基；將與該氧元素鄰接之碳元素，分別藉由雙鍵結合而連接其他氧元素。此外，將構成五員環之氧元素分別朝向外側地配置，並在此等2個官能基之間，插入共用各官能基之2個碳元素的苯，成為芳香族單體。該五員環，用於形成醯亞胺環。

於ODA，配置具備1個氮元素（N）與2個氫元素（H）的胺基（－NH₂ ），此等氮元素，分別結合在二苯醚之一端側及另一端側。另，圖1中省略關於碳元素及氫元素的記載。此外，若將此等2種單體彼此混合，則產生前驅物即聚醯胺酸，故藉由此前驅物之熱處理（加熱）引發脫水縮合，而合成圖1之下半部所示的聚醯亞胺。

接著，對成膜裝置之構成予以說明。如圖2、圖3所示，成膜裝置，具備形成真空氣體環境之扁平略圓形的真空容器（處理容器）10，真空容器10，由構成側壁及底部之容器本體12、及頂板11所構成。於真空容器10內，設置水平地載置直徑300mm之複數片晶圓W的圓形之旋轉台2。如圖2所示，於旋轉台2的頂面（一面側），沿著旋轉台2之圓周方向（旋轉方向），設置以6個圓形之凹部構成的載置部（基板載置區域）24，於各載置部24之凹部內載置晶圓W。

於旋轉台2的背面中央部，隔著旋轉軸22設置旋轉機構23，旋轉台2，在成膜處理中，從上方觀察時呈繞鉛直軸（圖2所示之旋轉台2的中心C）往順時針方向旋轉。因此，旋轉台2，構成為使載置晶圓W的載置部24繞旋轉軸22公轉。若使載置晶圓W之旋轉台2旋轉，則載置於載置部24之晶圓W公轉，藉而在圖3中以一點鏈線表示的移動區域A移動。圖2中的20，為收納旋轉軸22及旋轉機構23之殼體。於此殼體20連接吹掃氣體供給管72，其係用於往旋轉台2的下方區域供給氮氣以作為吹掃氣體。

如圖2所示，於真空容器10的底部之旋轉台2的下方，同心圓狀地設置加熱機構，即複數加熱器7，其等構成為將載置於各載置部24的晶圓W加熱。另，圖2中的70，為覆蓋加熱器7之上方側的覆蓋構件。此外，如圖3所示，於真空容器10的側壁，將晶圓W之搬運口15開口，構成為藉由閘閥16而可任意開閉。真空容器10內的與搬運口15相臨之位置，成為晶圓W之傳遞位置，在與該傳遞位置對應的部位，於旋轉台2之下方側，設置貫通載置部24而用於將晶圓W從背面往上抬之傳遞用的升降銷及其升降機構（皆未圖示）。而將晶圓W，經由搬運口15，藉由設置於真空容器10的外部之未圖示的基板搬運機構，往傳遞位置搬運，藉由基板搬運機構與升降銷的協同作用，往載置部24傳遞。

此外，於真空容器10的側壁，設置用於將包含PMDA之第1成膜氣體及包含ODA之第2成膜氣體朝向旋轉台2供給的氣體供給部，即氣體供給噴嘴3。氣體供給噴嘴3，構成為前端密封之筒狀，從真空容器10的外周壁向中心延伸，以在使旋轉台2旋轉時與晶圓W所移動的上述移動區域A交叉之方式，朝向旋轉台2的徑方向而設置。此外，氣體供給噴嘴3，在該旋轉台2的上方位置，設置為與晶圓W的移動區域A相對向。

在構成為筒狀之氣體供給噴嘴3的底面，沿著其長度方向設置等間隔地並排之複數氣體噴吐孔30。若依上述氣體供給噴嘴3的配置，則可說是此等氣體噴吐孔30，與該移動區域A交叉之涵蓋旋轉台2的從旋轉中心側至邊緣側之範圍而形成。

在位於真空容器10外側之氣體供給噴嘴3的基端部，連接氣體供給管31。氣體供給管31，於上游側分支為2根氣體導入管53、63。氣體導入管53之上游側，依序經由流量調整部M1、閥V1，而與PMDA氣化部51連接。

在PMDA氣化部51內，將PMDA以固體狀態貯藏，PMDA氣化部51具備將此PMDA加熱之未圖示的加熱器。此外，PMDA氣化部51，與載氣供給管54之一端連接，依序經由閥V2、氣體加熱部58，將載氣供給管54之另一端，與N₂ （氮）氣體供給源52連接。藉由此等構成，將載氣即N₂ 氣體以加熱的狀態往PMDA氣化部51供給，在該PMDA氣化部51內加熱、氣化之PMDA，與N₂ 氣體混合而成為混合氣體，將其作為第1成膜氣體，往氣體供給噴嘴3導入。

進一步，使載氣供給管54中之氣體加熱部58的下游側且係閥V2的上游側分支，形成氣體供給管55，此氣體供給管55的下游端，經由閥V3，而與氣體導入管53之閥V1的下游側且係流量調整部M1的上游側連接。藉由此等構成，在未將上述第1成膜氣體往氣體供給噴嘴3供給時，可使藉由氣體加熱部58加熱之N₂ 氣體在PMDA氣化部51繞行，往氣體供給噴嘴3導入。

另一方面，將氣體導入管63之另一端，依序經由流量調整部M2、閥V4，而與ODA氣化部61連接。在ODA氣化部61內，將ODA以液體（抑或顆粒狀之固體）狀態儲存，ODA氣化部61具備將此ODA加熱之未圖示的加熱器。此外，該ODA氣化部61，與載氣供給管64之一端連接，依序經由閥V5、氣體加熱部68，將載氣供給管64之另一端，與N₂ 氣體供給源62連接。藉由此等構成，將加熱之載氣N₂ 氣體以加熱的狀態往ODA氣化部61供給，在該ODA氣化部61內加熱、氣化之ODA，與N₂ 氣體混合而成為混合氣體，可將其作為第2成膜氣體，往氣體供給噴嘴3導入。

進一步，使載氣供給管64中之氣體加熱部68的下游側且係閥V5的上游側分支，形成氣體供給管65，此氣體供給管65的下游端，經由閥V6，而與氣體導入管63之閥V4的下游側且係流量調整部M2的上游側連接。藉由此等構成，在未將上述第2成膜氣體往氣體供給噴嘴3供給時，可使藉由氣體加熱部68加熱之N₂ 氣體在ODA氣化部61繞行，往氣體供給噴嘴3導入。

於氣體供給管31及氣體導入管53、63，為了防止流通中之成膜氣體中的PMDA及ODA液化或附著，例如在管周圍，分別設置用於將管內加熱的配管加熱器32、57、67。藉由此等配管加熱器32、57、67，調整從氣體供給噴嘴3噴吐出之成膜氣體的溫度。另，為了圖示方便，僅於配管之一部分顯示配管加熱器32、57、67，但可將其例如設置於配管全體俾防止液化。此外，將用於供給清洗用氣體的清洗氣體供給管33之一端，與氣體供給管31連接。清洗氣體供給管33之另一端側，分支為2根，分別將各端部與N₂ 氣體供給源34、O₂ （氧）氣體供給源35連接。另，圖2、3中的V7、V8為閥。藉由此等構成，可經由氣體供給噴嘴3，往真空容器10內，供給藉由N₂ 氣體稀釋之O₂ 氣體以作為清洗氣體。

此外，從真空容器10的底面之邊緣的氣體供給噴嘴3之位置觀察，在旋轉台2之旋轉方向的下游側之位置，設置排氣口4。朝向旋轉台2的徑方向設置之氣體供給噴嘴3，與從排氣口4往旋轉台2的中心C拉出之直線所夾的角度θ，宜為30～90°之範圍，例如設定為60°。此外，排氣口4之位置，亦可構成為該角度θ在30～90°之範圍成為可變。例如在變更材料的選擇，或氣體的流量、溫度、壓力等製程參數時，在氣體濃度的均一性發生偏差之情況，藉由調整排氣口4之位置而可改善氣體濃度的均一性。排氣口4，與排氣管42之一端連接，將排氣管42之另一端，與真空泵43連接。

進一步，於頂板11設置容器加熱部71，將真空容器10加熱至較晶圓W之加熱溫度（200℃）更高溫，且阻礙成膜氣體的吸附，抑制聚醯亞胺的形成之成膜阻礙溫度（240℃）。藉此，抑制聚醯亞胺之往真空容器10內的形成。

其他，成膜裝置具備紫外線照射部8，用於向旋轉台2照射紫外線，施行旋轉台2的清洗。如圖2所示，從頂面側觀察時，紫外線照射部8，包夾旋轉台2的中心C，沿著其直徑方向而設置。紫外線照射部8，成為在燈罩82之內部配置紫外線燈83的構造，構成為可經由形成在頂板11的透射窗81往旋轉台2之表面照射紫外線。

具備上述構成之成膜裝置，具備電腦即控制部90，此控制部90，具備程式、記憶體、CPU。於程式，納入命令（各步驟：步驟群）以進行後述對晶圓W之處理。此程式，收納於電腦記錄媒體，例如光碟、硬碟、磁光碟、DVD等，安裝於控制部90。控制部90，藉由該程式而往成膜裝置之各部輸出控制訊號，控制圖2所顯示加熱器各部分a～h及圖3所顯示加熱器各部分a～f、j的運作。具體而言，藉由控制訊號，控制真空泵43的排氣流量、流量調整部M1與M2之往真空容器10內供給之各氣體的流量、來自N₂ 氣體供給源52與62之N₂ 氣體的供給、往各加熱器的供給電力等各控制對象。

在具備以上說明之構成的實施形態之成膜裝置中，將晶圓W的加熱溫度、及第1成膜氣體及第2成膜氣體的供給量（第1成膜氣體及第2成膜氣體的分壓）作為操作變數，控制成膜於晶圓W之表面的聚醯亞胺膜之膜厚。

將彼此反應的單體吸附在晶圓W之表面以形成膜物質的吸附反應中，膜物質的形成量（以下亦稱作「成膜量」），取決於對於晶圓W之各單體的吸附量。而對於晶圓W之單體的吸附量，取決於單體即第1成膜氣體或第2成膜氣體的各分子之碰撞頻率（每單位時間之碰撞量）。因此，可藉由第1成膜氣體及第2成膜氣體之分壓，控制對於晶圓W之各單體的吸附量。

另一方面，從分子層級觀察單體時，若吸附於晶圓W之表面的單體之振動能變大，則從晶圓W之表面脫離。因此，附著於晶圓W之表面的單體之淨吸附量，如圖4所示，係由單體在單位時間碰撞晶圓W之表面的量、及吸附的單體從晶圓W之表面脫離的量之平衡所決定。而若兩成膜氣體的單體吸附於晶圓W之時間（吸附滯留時間）變長，則吸附於晶圓W的單體彼此反應之機率增大，成膜量增加。

因此，例如，在藉由PMDA與ODA的吸附反應產生聚醯亞胺之情況，若將構件的溫度加熱至240℃以上，則相較於每單位時間之單體的吸附量，脫離量變得更多，該構件的表面之單體的淨吸附量幾乎成為零。因而，藉由將成膜對象即晶圓W以外之氣體供給噴嘴3、其上游側之管路、真空容器10的溫度，加熱至例如240℃（相當於上述成膜阻礙溫度），即便將第1、第2成膜氣體混合供給，仍可抑制膜物質往此等構件之表面的堆積。

統整上述說明之機制，若各成膜氣體的供給量（分壓）提高，則該成膜氣體之單體的吸附量增加，成膜量增大；若供給量（分壓）降低，則吸附量減少，成膜量減少。此外，若晶圓W之溫度提高則單體之振動能變大，單體的脫離量增大，且吸附滯留時間變短，因而成膜量減少。相反地，若晶圓W之溫度降低（然則，加熱至反應溫度以上），則單體的脫離量減少，且吸附滯留時間變長，因而觀察到成膜量增大之傾向。

如同以上檢討，在改變各成膜氣體的供給量、晶圓W的溫度而施行成膜之情況，必須注意此等成膜氣體之飽和蒸氣壓。在溫度一定的條件下，壓力超過該成膜氣體之飽和蒸氣壓曲線的情況，有成膜氣體液化，變得無法施行精密的膜厚控制之疑慮。因此，在增加成膜氣體的吸附量時，必須於成膜氣體未液化之範圍中調整成膜氣體的分壓及晶圓W的加熱溫度。

圖5為，顯示第1成膜氣體及第2成膜氣體之飽和蒸氣壓曲線的特性圖，橫軸表示溫度，縱軸以對數方式表示壓力。同圖中，以實線表示第1成膜氣體之飽和蒸氣壓曲線，以虛線表示第2成膜氣體之飽和蒸氣壓曲線。另，圖5所示的第1成膜氣體及第2成膜氣體之飽和蒸氣壓曲線僅為示意，並非記載PMDA或ODA之實際飽和蒸氣壓曲線。

如同利用圖1所說明，第1單體與第2單體一對一地反應，形成聚醯亞胺之重複單位構造，例如以第1成膜氣體之飽和蒸氣壓較第2成膜氣體之飽和蒸氣壓更高的例子進行說明。

於此一情況，首先，關於飽和蒸氣壓低的成膜氣體（圖5所示之例子為第1成膜氣體），在該成膜氣體可維持氣體之狀態的溫度、分壓條件下，施行成膜處理。亦即，圖5之例子中，若可在較第1成膜氣體之飽和蒸氣壓曲線更為下方側的溫度、分壓條件下施行成膜處理即可。

例如以在圖5由一點鏈線表示的晶圓W之溫度範圍內的既定加熱溫度施行成膜處理之情況，在第1成膜氣體之分壓未滿飽和蒸氣壓的範圍，盡可能使兩成膜氣體之分壓上升，增加單體碰撞晶圓W之表面的量。藉此，能夠盡可能增加單體的吸附量。

此外，以在圖5由二點鏈線表示的分壓範圍之既定成膜氣體分壓施行成膜處理的情況，相同地，在第1成膜氣體之分壓未滿飽和蒸氣壓之範圍，盡可能降低加熱溫度，減少單體的脫離量。藉此，可減少單體的脫離量，並拉長吸附滯留時間。

如此地，以成為不超過飽和蒸氣壓低的低蒸氣壓氣體之飽和蒸氣壓的分壓之方式，設定低蒸氣壓氣體的供給量。另一方面，關於飽和蒸氣壓高的成膜氣體（圖5所示之例子為第2成膜氣體），亦認為供給在化學計量比上與低蒸氣壓氣體同量（與分壓一致）的高蒸氣壓氣體即可。然而，與分壓一致之狀態的情況，相較於低蒸氣壓氣體，高蒸氣壓氣體往晶圓W的吸附量亦變少。因而，關於高蒸氣壓氣體，宜在不超過飽和蒸氣壓的分壓範圍，供給較低蒸氣壓氣體過量的量。

另，上述之成膜氣體的供給量（分壓）設定法，亦同樣可應用在防止成膜氣體超過昇華曲線而固化之情況。

此處，如同上述，本實施形態中，將氣體供給噴嘴3，與從排氣口4往旋轉台2的中心C拉出之直線所夾的角度θ，設定為30°～90°之範圍。換而言之，氣體供給噴嘴3與排氣口4配置在較接近的位置，故從氣體噴吐孔30噴吐出之各成膜氣體，在擴散至旋轉台2的上方側之空間全體前，於短時間從排氣口4排出。

如此地，為了在從供給至排氣之時間短的短期間中施行成膜，於利用圖4說明的示意圖中，單體在單位時間碰撞晶圓W之表面的量多者較佳。此外，宜拉長單體吸附於晶圓W之時間（吸附滯留時間），增大吸附於晶圓W之單體彼此反應的機率。

在前者（增大每單位時間之單體的碰撞量）之觀點中，關於供給之成膜氣體，宜為接近飽和蒸氣壓的值。另一方面，如同上述，若成膜氣體的供給壓超過飽和蒸氣壓，則成膜氣體液化。因而，著眼於第1、第2成膜氣體中之飽和蒸氣壓低的成膜氣體（低蒸氣壓氣體），施行成膜氣體的供給壓之控制。亦即，若使低蒸氣壓氣體之飽和蒸氣壓為P0，使從該氣體供給噴嘴3供給的低蒸氣壓氣體之分壓為P1，則低蒸氣壓氣體之供給壓力，宜設定成為P1／P0的值為1以下之盡可能高的值。

另一方面，如同上述，第1、第2成膜氣體中之飽和蒸氣壓高的成膜氣體（高蒸氣壓氣體），在使高蒸氣壓氣體之分壓為P0’，使分壓為P1’時，使P1’／P0’的值為1以下，且以較低蒸氣壓氣體更高之分壓供給即可。

此外，在後者（拉長單體的吸附滯留時間）之觀點中，適度降低晶圓W之加熱溫度，調整為先吸附的單體變得不易脫離之溫度即可。總合考量此等觀點，在本例中，設定加熱器7之加熱溫度，俾將晶圓W加熱至反應效率E成為70%以上，例如成為90%之溫度，反應效率E，即相對於供給之成膜氣體（以低蒸氣壓氣體為基準）的該成膜氣體之消耗量的比例。

具體而言，使從氣體供給噴嘴3供給之低蒸氣壓氣體的供給流量為L1，使到達排氣口4之該成膜氣體的排氣流量為L1’，使在成膜處理消耗之成膜氣體的比例為反應效率E（%）。此時，可藉由低蒸氣壓氣體的供給流量L1，與低蒸氣壓氣體的排氣流量L1’之差分值，求出在成膜處理消耗之該成膜氣體的量。依據此一思考模式，設定晶圓W之加熱溫度，俾使以下式（1）表示之反應效率E成為70%以上。藉此，於供給成膜氣體的區域，在晶圓W效率良好地吸附成膜氣體，使其反應，能夠以至到達排氣口為止之短時間施行成膜。 E（%）＝{（L1－L1’）／L1}×100　　…（1）

依據以上說明之思考模式，對施行聚醯亞胺的成膜之本例的成膜裝置之作用予以說明。例如，藉由未圖示的外部搬運機構，將6片晶圓W載置於旋轉台2之各載置部24，關閉閘閥16。將載置於載置部24的晶圓W，藉由加熱器7加熱至既定溫度，例如140℃。接著，藉由真空泵43，經由排氣口4施行排氣，藉由從N₂ 氣體供給源52、62供給之N₂ 氣體，將真空容器10內的壓力（總壓力），例如調節為50Pa（0.4Torr），使旋轉台2例如以10rpm～30rpm旋轉。

接著，維持上述總壓力，並分別將包含PMDA之第1成膜氣體（低蒸氣壓氣體）例如以1.33Pa（0.01Torr）的分壓，將包含ODA之第2成膜氣體（高蒸氣壓氣體）例如以1.46Pa（0.011Torr）的分壓，往氣體供給噴嘴3供給。此等成膜氣體，在氣體供給噴嘴3的上游側之導入管內合流而混合，例如以加熱至較成膜阻礙溫度更高溫之260℃的狀態，從氣體供給噴嘴3噴吐。PMDA及ODA，在成膜處理的期間中，持續地供給。

藉由上述運作，使繞旋轉台2的中心C公轉之各晶圓W，重複通過氣體供給噴嘴3的下方。此一結果，將第1成膜氣體所包含的第1單體即PMDA、第2成膜氣體所包含的第2單體即ODA，分別同時吸附在各晶圓W之表面。此一結果，在晶圓W之表面，PMDA與ODA反應而成為聚醯亞胺，堆積該聚醯亞胺藉以施行成膜。

此時，如同上述，在實施形態之成膜裝置中，設定使第1、第2成膜氣體之分壓P1，與低蒸氣壓氣體之飽和蒸氣壓P0的比，即P1／P0的值，成為1以下。此一結果，可防止低蒸氣壓氣體之液化，並在成膜氣體往排氣口4排氣為止之短時間施行成膜處理。

更詳而言之，如圖6所示，本例之成膜裝置，以與晶圓W的移動區域A交叉之方式，配置氣體供給噴嘴3。此外，於氣體供給噴嘴3之底面，與該移動區域A交叉之涵蓋旋轉台2的從中心側至邊緣側之範圍，設置氣體噴吐孔30。進一步，設定晶圓W之加熱溫度，俾使第1、第2成膜成為氣體反應效率E為70%以上。

藉由此等構成及成膜條件，從各噴吐孔30噴吐出之成膜氣體，在該成膜氣體碰撞晶圓W的區域（在圖6中記為「區域D」）之附近，大量進行吸附、反應。此一結果，以掃描晶圓W的方式形成聚醯亞胺。而藉由使旋轉台2旋轉，而使各晶圓W重複通過區域D，藉以緩緩地堆積聚醯亞胺，施行成膜。

此外，在以反應效率E成為70%以上之方式設定反應溫度的條件下，於區域D附近中，大量吸附、消耗成膜氣體。因此，流入排氣口4之氣體的大部分為載氣。

如此地，本實施形態之成膜裝置，可在局部區域有效率地施行往晶圓W的成膜，生產力高。

依據以上說明之運作，將預先設定之膜厚的膜成膜後，停止成膜氣體之供給、旋轉台2之旋轉、及晶圓W之加熱，以與搬入時相反的順序，將成膜處理結束之晶圓W搬出後，等待下一次成膜處理的開始。此時，在下一次成膜處理開始前，例如往真空容器10內供給清洗氣體即O₂ 氣體，並藉由紫外線燈83照射紫外線。藉此，亦可將活性化的O₂ 氣體往旋轉台2之表面供給，施行形成在載置部24以外之未受晶圓W覆蓋的區域之聚醯亞胺的膜之分解處理。此外，形成在旋轉台2的膜之分解，亦可在施行預先設定的次數之成膜處理後施行。

依上述實施形態，將複數晶圓W載置於旋轉台2使其公轉，並將氣體供給噴嘴3，設置為與晶圓W的移動區域A相對向，該氣體供給噴嘴3所具備之氣體噴吐孔30，將用於彼此反應而形成膜物質的成膜氣體，即第1成膜氣體及第2成膜氣體，朝向下方噴吐。藉由此一構成，可對複數晶圓W連續地施行成膜處理，故生產力改善。此外，於氣體供給噴嘴3，將用於朝向旋轉台2側噴吐成膜氣體之氣體噴吐孔30，以涵蓋旋轉台2的從旋轉中心側至邊緣側之範圍與該移動區域A交叉的方式形成。藉由此一構成，在旋轉台2的徑方向中，成膜於晶圓W的膜之膜厚的均一性變得良好。

進一步，此外，利用實施形態之成膜裝置形成的膜，亦可如圖7A所示，使包含具備胺基的單體之成膜氣體、與包含具備環氧基的單體之成膜氣體反應，由具有環氧鍵結的膜物質形成。此外，亦可如圖7B所示，藉由包含具備胺基的單體之成膜氣體、與包含具備異氰酸酯的單體之成膜氣體，由具有尿素鍵結的膜物質施行膜之形成。抑或，亦可如圖7C所示，藉由包含具備胺基的單體之成膜氣體、與包含酸酐的單體之成膜氣體，由具有醯亞胺鍵結的膜物質形成膜。進一步，亦可由包含醇的單體之成膜氣體、與包含異氰酸酯的單體之成膜氣體所產生的具有胺酯鍵結之膜物質形成膜，或由包含具備胺基的單體之成膜氣體、與包含羧酸的單體之成膜氣體所產生的具有醯胺鍵結之膜物質形成膜。進一步，亦可藉由共聚、雙分子反應、三分子反應，抑或此3種混合而形成聚合物，形成膜。

而第1成膜氣體及第2成膜氣體，除了為異氰酸酯基或胺基等官能基彼此為單一官能性之單體以外，亦可為使雙官能性以上之單體彼此互相結合而形成膜物質者。進一步，作為用於將膜物質成膜之單體的骨架結構，可使用芳香族、脂環族、脂肪族，或芳香族及脂肪族的結合體等。

此外，實施形態之成膜裝置中，供給第1成膜氣體的氣體供給部、與供給第2成膜氣體的氣體供給部，亦可彼此獨立而單獨地設置。在此等構成的情況，亦藉由將第1成膜氣體及第2成膜氣體，往移動區域A之彼此重疊的區域同時供給，而可獲得相同效果。

另，此時，從單獨地設置的2個氣體供給部（將圖3所示之氣體供給噴嘴3在彼此相鄰的位置配置2根之情況等）供給之第1、第2成膜氣體的往晶圓W表面之到達位置，不必重合。例如，即便為各成膜氣體的到達位置形成在彼此相鄰的區域之情況，在碰撞晶圓W後之成膜氣體流入雙方的到達位置，吸附於晶圓W之情況，此等第1、第2成膜氣體，仍可往移動區域A之彼此重疊的區域同時供給。

此外，於真空容器10內，亦可將氣體供給噴嘴3與排氣口4之組合設置複數組：氣體供給噴嘴3，涵蓋旋轉台2的從旋轉中心側至邊緣側之範圍，設置有複數氣體噴吐孔30；排氣口4，配置在從該氣體供給噴嘴3觀察時，該角度θ為30～90°之範圍。例如亦可沿著旋轉台2的直徑配置氣體供給噴嘴3，從該旋轉中心側觀察時涵蓋兩邊緣側之範圍（旋轉台2的半徑），分別設置複數氣體噴吐孔30，在從各半徑觀察時該角度θ成為30～90°之位置，分別設置排氣口4。

其他，亦可藉由上述紫外線照射部8，向載置於旋轉台2的晶圓W照射紫外線，將成膜的膜改質。抑或，亦可為取代紫外線照射部8，往旋轉台2之表面照射紅外線，藉由熱將附著於旋轉台2的膜物質除去之構成。此外，亦可一併具備清洗用之照射部、晶圓W改質用之照射部。如同上述檢討，應知曉本次揭露之實施形態其全部觀點僅為例示，而非用於限制本發明。上述實施形態，亦可不脫離添附之申請專利範圍及其主旨，而以各式各樣的形態省略、置換、變更。

接著，對於施行預備實驗之結果予以說明，預備實驗係用於確認如同圖6所說明地從氣體供給噴嘴3供給之成膜氣體快速地吸附於晶圓W。如圖8所示，在預備實驗利用單片式成膜裝置，其於真空容器100內具備載置晶圓W的載置台101，在載置台101埋設加熱器102。此外，於真空容器100之側壁，設置供給第1成膜氣體（PMDA）及第2成膜氣體（ODA）的氣體供給噴嘴3a，構成為可朝向載置在載置台101的晶圓W之表面往橫向供給成膜氣體。另一方面，在包夾載置台101而與從氣體供給噴嘴3噴吐成膜氣體之方向相對向的位置，設置成為排氣部之排氣口4a。

利用此等成膜裝置，將晶圓W之溫度分別設定為140、160、180及200℃而施行成膜處理，調查沿著往成膜氣體的噴吐方向延伸而通過晶圓W的中心之直線的位置中之膜厚的分布。另，對真空容器100內之壓力、及第1與第2成膜氣體之分壓，與利用圖2、圖3等說明的實施形態之成膜裝置同樣地設定，關於此等成膜氣體的供給程序，使用與實施形態同樣地將第1成膜氣體及第2成膜氣體混合後，從氣體供給噴嘴3a連續地供給的程序。圖9為，顯示將晶圓W之加熱溫度分別設定為140、160、180及200℃時之膜厚分布的特性圖。圖9之橫軸表示從成膜氣體的噴吐位置算起之距離，縱軸表示成膜於各位置的聚醯亞胺之膜厚。

如圖9所示，得知在任一加熱溫度中，成膜於晶圓W的膜之膜厚，皆隨著從氣體供給噴嘴3算起之距離變長而減少。例如，晶圓W之加熱溫度最低的140℃時，成膜於晶圓W的膜之膜厚，在從氣體供給噴嘴3算起之接近噴吐位置的區域，相較於其他加熱溫度形成更厚的膜，隨著從該噴吐位置算起之距離變大，而急遽地減少。發明人認為此係因，如同利用圖5所說明之內容，在加熱溫度為較低溫的情況，吸附於晶圓W之單體脫離的脫離量變少，故接近噴吐位置之區域的膜變厚，另一方面，往下游側流動的成膜氣體中之單體的量急遽地減少，膜伴隨於此而變薄。

相對於此，在晶圓W之加熱溫度例如提高至200℃的情況，膜厚以相對於從噴吐位置算起之距離畫出一次函數直線的方式減少，但其減少量少。發明人認為此係因隨著加熱溫度成為高溫，而單體之從晶圓W的脫離量變多之緣故。進一步，發明人認為，由於單體之從晶圓W的脫離量變多，即便從氣體供給噴嘴3算起之距離變長，氣體中仍容易殘留成膜氣體，而可說是即便在遠離氣體供給噴嘴3之位置中仍容易成膜。

如此地，藉由改變晶圓W之加熱溫度，而可改變成膜於晶圓W的膜之膜厚分布。而此外，確認在使用PMDA及ODA作為第1成膜氣體及第2成膜氣體的情況，藉由將晶圓W之加熱溫度設定為140℃程度，而可使成膜氣體的供給位置中成膜之膜厚增厚，隨著遠離供給位置，成膜之膜厚急遽地減薄。此外，即便為使用其他單體作為第1、第2單體的情況，藉由設定因應反應能量之適當的加熱溫度，仍可與圖9所示之例子同樣地，調節從成膜氣體的噴吐位置算起之距離與膜厚的關係。因此，可說是在利用圖3、圖6說明的實施形態之氣體供給噴嘴3施行成膜處理時，藉由適當地選擇晶圓W之加熱溫度，而可在成膜氣體碰撞的區域D附近進行成膜處理。

10、100‧‧‧真空容器 101‧‧‧載置台 102‧‧‧加熱器 11‧‧‧頂板 12‧‧‧容器本體 15‧‧‧搬運口 16‧‧‧閘閥 2‧‧‧旋轉台 20‧‧‧殼體 22‧‧‧旋轉軸 23‧‧‧旋轉機構 24‧‧‧載置部 3、3a‧‧‧氣體供給噴嘴 30‧‧‧氣體噴吐孔 31、55、65‧‧‧氣體供給管 32、57、67‧‧‧配管加熱器 33‧‧‧清洗氣體供給管 34、52、62‧‧‧N₂氣體供給源 35‧‧‧O₂氣體供給源 4、4a‧‧‧排氣口 42‧‧‧排氣管 43‧‧‧真空泵 53、63‧‧‧氣體導入管 54、64‧‧‧載氣供給管 51、61、61b‧‧‧氣化部 58、68‧‧‧氣體加熱部 7‧‧‧加熱器 70‧‧‧覆蓋構件 71‧‧‧容器加熱部 72‧‧‧吹掃氣體供給管 8‧‧‧紫外線照射部 81‧‧‧透射窗 82‧‧‧燈罩 83‧‧‧紫外線燈 90‧‧‧控制部 A‧‧‧移動區域 C‧‧‧中心 D‧‧‧區域 M1、M2‧‧‧流量調整部 V1～V8‧‧‧閥 W‧‧‧晶圓

圖1係顯示本發明所揭露的實施形態之聚醯亞胺產生的過程之反應圖。圖2係本發明所揭露的實施形態之成膜裝置的縱斷側視圖。圖3係上述成膜裝置的橫斷俯視圖。圖4係吸附於晶圓之成膜氣體的吸附量改變之機制的說明圖。圖5係顯示該成膜裝置的成膜氣體之分壓及晶圓之加熱溫度的設定之思考模式的說明圖。圖6係說明該成膜裝置的成膜氣體供給區域及成膜氣體的流動之俯視圖。圖7A係顯示實施形態之成膜氣體的第1例之說明圖。圖7B係顯示上述成膜氣體的第2例之說明圖。圖7C係顯示上述成膜氣體的第3例之說明圖。圖8係顯示預備實驗所利用之成膜裝置的縱斷側視圖。圖9係顯示預備測試中之每一溫度的對從氣體供給噴嘴算起之距離成膜的膜之膜厚的特性圖。

10‧‧‧真空容器

11‧‧‧頂板

12‧‧‧容器本體

2‧‧‧旋轉台

20‧‧‧殼體

22‧‧‧旋轉軸

23‧‧‧旋轉機構

24‧‧‧載置部

3‧‧‧氣體供給噴嘴

30‧‧‧氣體噴吐孔

31、55、65‧‧‧氣體供給管

32、57、67‧‧‧配管加熱器

33‧‧‧清洗氣體供給管

34、52、62‧‧‧N₂氣體供給源

35‧‧‧O₂氣體供給源

53、63‧‧‧氣體導入管

54、64‧‧‧載氣供給管

51、61‧‧‧氣化部

58、68‧‧‧氣體加熱部

7‧‧‧加熱器

70‧‧‧覆蓋構件

71‧‧‧容器加熱部

72‧‧‧吹掃氣體供給管

8‧‧‧紫外線照射部

81‧‧‧透射窗

82‧‧‧燈罩

83‧‧‧紫外線燈

90‧‧‧控制部

M1、M2‧‧‧流量調整部

V1~V8‧‧‧閥

W‧‧‧晶圓

Claims

一種成膜裝置，包含：處理容器，形成真空氣體環境；旋轉台，設置於該處理容器內，於其頂面側形成用於載置複數基板之基板載置區域，具備用於使該基板載置區域繞旋轉軸公轉之旋轉機構；加熱機構，將載置於該基板載置區域的基板加熱；氣體供給部，設置成在使該旋轉台旋轉時與基板所移動的移動區域相對向，以涵蓋該旋轉台的從旋轉中心側至邊緣側之範圍而與該移動區域交叉的方式形成氣體噴吐孔，該氣體噴吐孔用於將吸附於由該加熱機構加熱的基板之表面且用以彼此反應而形成膜物質的成膜氣體亦即第1成膜氣體及第2成膜氣體，朝向該旋轉台側噴吐；排氣部，用於將該處理容器內排氣；紫外線照射部，設於該處理容器之頂棚面側，該紫外線照射部朝向該旋轉台側照射用於施行膜之處理的光線；以及控制部，其包含程式，以使：該氣體供給部將該第1成膜氣體及第2成膜氣體同時供給至該移動區域之彼此重疊的區域，其中該紫外線照射部包含燈罩、設置在該燈罩內部的紫外線燈、及形成在該頂棚面側上的透射窗。
如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，若使該第1成膜氣體及第2成膜氣體中之飽和蒸氣壓低的低蒸氣壓氣體之飽和蒸氣壓為P0，而使飽和蒸氣壓高的高蒸氣壓氣體之飽和蒸氣壓為P0’，並令該低蒸氣壓氣體及高蒸氣壓氣體之分壓分別為P1、P1’，則該第1、第2成膜氣體之各供給壓力設定成P1/P0為1以下，P1’/P0’為1以下且較P1更高的值；該加熱機構，將基板加熱至反應效率成為70%以上之溫度，該反應效率即該成膜氣體之消耗量相對於所供給之各成膜氣體的比例。
如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，該紫外線照射部係用於將經由該氣體供給部供給的清洗氣體活性化，以施行附著於該旋轉台之表面的膜之清洗。
如申請專利範圍第1項之成膜裝置，其中，該紫外線照射部係用於將該膜改質。
一種成膜方法，包含如下步驟：在設置於形成有真空氣體環境之處理容器內且形成於旋轉台的一面側之複數基板載置區域載置基板，使該旋轉台旋轉，而令基板繞其旋轉軸公轉；接著，將載置於該基板載置區域的基板加熱，並將吸附於該加熱的基板之表面且彼此反應而形成膜物質用的成膜氣體，亦即第1成膜氣體及第2成膜氣體，以涵蓋該旋轉台的從旋轉中心側至邊緣方向側之範圍，而與基板伴隨該公轉而移動的移動區域交叉之方式，從與該旋轉台相對向的位置供給；以及將該處理容器內排氣；其特徵為：該第1成膜氣體及第2成膜氣體，係同時分別供給至基板的移動區域之彼此重疊的區域。
如申請專利範圍第5項之成膜方法，其中，在供給成膜氣體的步驟中，若使該第1成膜氣體及第2成膜氣體中之飽和蒸氣壓低的低蒸氣壓氣體之飽和蒸氣壓為P0，而使飽和蒸氣壓高的高蒸氣壓氣體之飽和蒸氣壓為P0’，並使該低蒸氣壓氣體及高蒸氣壓氣體之分壓分別為P1、P1’，則該第1、第2成膜氣體之各供給壓力設定成P1/P0為1以下，P1’/P0’為1以下，且較P1更高的值；將基板加熱至反應效率成為70%以上之溫度，該反應效率即該成膜氣體之消耗量相對於對該處理容器供給之各成膜氣體的比例。