表面処理方法及び成膜方法
【課題】基板の表面にビアが形成された基板を密着促進剤により処理するときに、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる表面処理方法及び成膜方法を提供する。
【解決手段】処理容器２０内に搬入されており、表面に穴部が形成されている基板の表面を、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスにより処理する表面処理方法において、基板を加熱するとともに、処理容器２０内に密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された密着促進剤ガスと、加熱されている基板とを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、基板の表面を処理する表面処理工程を有する。
【解決手段】処理容器２０内に搬入されており、表面に穴部が形成されている基板の表面を、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスにより処理する表面処理方法において、基板を加熱するとともに、処理容器２０内に密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された密着促進剤ガスと、加熱されている基板とを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、基板の表面を処理する表面処理工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面を処理する表面処理方法、及び、基板に膜を成膜する成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。
【０００３】
このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは、絶縁性が高い。従って、基板の表面にポリイミドを成膜して得られるポリイミド膜は、絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。例えば、基板を貫通する電極、又は、基板の表面から深さ方向に沿って延在する電極を形成するときは、基板を貫通するビアを形成するか、又は、表面から所定の深さまでビアを形成し、形成したビアの側面に絶縁膜を形成することがある。
【０００４】
このようなポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして例えばピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と、例えば４，４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）を含む４，４'−ジアミノジフェニルエーテルを用いた蒸着重合による成膜方法が知られている。蒸着重合は、原料モノマーとして用いられるＰＭＤＡ及びＯＤＡを基板の表面で熱重合反応させる方法である（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、ＰＭＤＡ及びＯＤＡのモノマーを気化器で蒸発させ、蒸発させたそれぞれの蒸気を蒸着重合室に供給し、基板上で蒸着重合させてポリイミド膜を成膜する成膜方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４２８３９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなＰＭＤＡガスとＯＤＡガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する際には、以下のような問題がある。
【０００７】
基板に成膜されたポリイミド膜の密着性を向上させるために、成膜前の密着促進剤による表面処理が必要である。密着促進剤による表面処理は、基板表面を、例えばシランカップリング剤等の密着促進剤の液に浸漬させて処理するものである。
【０００８】
ところが、基板の表面に、表面から所定の深さまでビアが形成された基板を、密着促進剤の液に浸漬させて表面処理する場合、表面処理の後、密着促進剤が乾燥する際に、乾燥によって濃縮した密着促進剤がビアの底に溜まる液溜まりが形成されることがある。ビアの底に液溜まりが形成されると、ビアの側面のうち、底に近い側と遠い側とでは、表面状態が異なる。そのため、表面処理後、ビアの側面に成膜されるポリイミド膜を均一な膜厚で形成することができない。
【０００９】
更に、上記した課題は、ＰＭＤＡガスよりなる原料ガス、及び、ＯＤＡガスよりなる原料ガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する場合に限定されず、各種の原料ガスを基板に供給して各種の膜を成膜する場合にも共通する課題である。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基板の表面にビアが形成された基板を密着促進剤により処理するときに、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる表面処理方法及び成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、処理容器内に搬入されており、表面に穴部が形成されている基板の前記表面を、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスにより処理する表面処理方法において、前記基板を加熱するとともに、前記処理容器内に前記密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された前記密着促進剤ガスと、加熱されている前記基板とを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、前記基板の表面を処理する表面処理工程を有する、表面処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板の表面にビアが形成された基板を密着促進剤により処理するときに、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置を概略的に示す平面図である。
【図２】表面処理部の構成を示す正面図である。
【図３】成膜部の構成を示す平面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜処理方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】密着促進剤としてシランカップリング剤を用いたときのウェハの表面における反応を示す図である。
【図６】ＤＨＦ（希フッ酸）洗浄の後、ＳＣ１（アンモニア過水）洗浄して表面をヒドロキシ基で終端するときのウェハの表面の状態を示す図である。
【図７】比較例として表面にビアが形成されたウェハを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理した後のビアの周辺の状態を模式的に示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置を概略的に示す平面図である。
【図９】ローディングエリアを概略的に示す斜視図である。
【図１０】ボートの一例を概略的に示す斜視図である。
【図１１】成膜容器の構成の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、図１から図７を参照し、本発明の第１の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法について説明する。本実施の形態に係る成膜方法は、例えばピロメリット酸二無水物（Pyromellitic Dianhydride、以下「ＰＭＤＡ」と略す。）を気化させた第１の原料ガスと、例えば４，４'−３オキシジアニリン（4,4'-Oxydianiline、以下「ＯＤＡ」と略す。）を気化させた第２の原料ガスとを、成膜容器内に供給することによって、基板にポリイミド膜を成膜する成膜方法に適用することができる。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置１０を概略的に示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る成膜装置１０は、ポート１１Ａ〜１１Ｃ、ローダ１２、ロードロック１３Ａ、１３Ｂ、搬送室１４、複数の表面処理部１５、及び成膜部１６を有する。
【００１８】
ポート１１Ａ〜１１Ｃには、ローダ１２が接続されている。ローダ１２には、ロードロック１３Ａ、１３Ｂが接続されている。ロードロック１３Ａ、１３Ｂには、搬送室１４が接続されている。搬送室１４には、表面処理部１５が２つ接続されており、成膜部１６が１つ接続されている。また、搬送室１４には、ウェハをロードロック１３Ａ、１３Ｂと表面処理部１５及び成膜部１６との間で搬送するための搬送アーム１４ａが設けられている。
【００１９】
なお、表面処理部１５と成膜部１６の数は、特に限定されるものではなく、スループットを向上させるために、表面処理及び成膜処理の条件に応じて、任意の数に変更可能である。
【００２０】
図２は、表面処理部１５の構成を示す正面図である。
【００２１】
表面処理部１５は、処理容器２０、密着促進剤供給機構３０、水蒸気供給機構４０、供給管５０及び排気機構５５を有する。
【００２２】
処理容器２０は、処理室２１、ヒータ（加熱装置）２２及び基板保持部２３を有する。ヒータ２２は、抵抗体２２ａ及び電源２２ｂを有する。ヒータ（加熱装置）２２は、電源２２ｂから抵抗体２２ａに電力を供給することによって、表面処理の際にウェハＷを加熱する。基板保持部２３は、ウェハＷを保持する。基板保持部２３は、ウェハＷを１枚保持可能に設けられている。
【００２３】
密着促進剤供給機構３０は、気化器３１及び密着促進剤ガス供給管３２を含む。気化器３１は、バルブ３１ａを介し、密着促進剤ガス供給管３２に接続されている。密着促進剤ガス供給管３２は、合流点Ｇで後述する水蒸気供給管４２と合流し、処理容器２０内に設けられた供給管５０に接続されている。密着促進剤供給機構３０は、水蒸気供給機構４０により処理容器２０内に水蒸気を供給している状態で、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスを密着促進剤供給機構３０により処理容器２０内に供給し、水分を含む雰囲気で、ウェハＷの表面を密着促進剤ガスにより処理するためのものである。
【００２４】
なお、密着促進剤ガス供給管３２と水蒸気供給管４２とは、処理容器２０内で合流してもよい。すなわち、合流点Ｇは、処理容器２０内にあってもよい。
【００２５】
気化器３１は、保持容器３３、ガス導入部３４及びガス導出部３５を有する。
【００２６】
保持容器３３の内部には、例えばシランカップリング剤等の密着促進剤ＳＣが充填可能に設けられている。保持容器３３の内部には、加熱機構３６が設けられており、保持容器３３の内部に充填された密着促進剤ＳＣを、加熱機構３６により加熱して気化することができる。なお、加熱機構３６としてヒータ等を用いることができる。また、保持容器３３を加熱することができればよく、加熱機構３６は、保持容器３３の任意の場所に設けることができる。
【００２７】
ガス導入部３４は、保持容器３３に、保持容器３３で気化した密着促進剤ガスを搬送するための例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスよりなる密着促進剤キャリアガスを、密着促進剤キャリアガス供給部３７から導入する。ガス導入部３４は、ガス導入管３４ａ及びガス導入口３４ｂを有する。ガス導入管３４ａは、密着促進剤ガスを搬送する密着促進剤キャリアガスを保持容器３３の外部から保持容器３３の内部へ導入するための配管である。ガス導入管３４ａは、保持容器３３の上面を貫通するように保持容器３３の上面に取り付けられるとともに、保持容器３３の内部を上方から下方に延在するように設けられている。また、ガス導入管３４ａは、一端が保持容器３３の底部において開口するとともに、他端が保持容器３３の外部で密着促進剤キャリアガス供給部３７に接続されている。ガス導入口３４ｂは、ガス導入管３４ａの下端に形成された開口である。
【００２８】
図２では、ガス導入口３４ｂが密着促進剤ＳＣの液面よりも下方にあり、ガス導入口３４ｂから供給された密着促進剤キャリアガスが密着促進剤ＳＣをバブリングする場合を例示している。しかし、ガス導入口３４ｂは、密着促進剤ＳＣの液面よりも上方にあってもよく、ガス導入口３４ｂから供給された密着促進剤キャリアガスが密着促進剤ＳＣをバブリングしなくてもよい。
【００２９】
ガス導出部３５は、保持容器３３から、密着促進剤キャリアガスとともに気化した密着促進剤ガスを導出する。ガス導出部３５は、ガス導出管３５ａ及びガス導出口３５ｂを有する。ガス導出管３５ａは、密着促進剤ガスおよび密着促進剤キャリアガスを保持容器３３の内部から保持容器３３の外部へ導出するための配管である。ガス導出管３５ａは、保持容器３３の上面を貫通するように保持容器３３の上面に取り付けられている。また、ガス導出管３５ａは、一端が保持容器３３の内部上方で開口されるように設けられており、他端が保持容器３３の外部で密着促進剤ガス供給管３２に接続されている。ガス導出口３５ｂは、ガス導出管３５ａの下端に形成された開口である。
【００３０】
水蒸気供給機構４０は、気化器４１及び水蒸気供給管４２を含む。気化器４１は、バルブ４１ａを介し、水蒸気供給管４２に接続されている。水蒸気供給管４２は、合流点Ｇで前述した密着促進剤ガス供給管３２と合流し、処理容器２０内に設けられた供給管５０に接続されている。水蒸気供給機構４０は、密着促進剤供給機構３０により密着促進剤ガスを供給するとともに、水蒸気供給機構４０により水蒸気を処理容器２０内に供給し、水分を含む雰囲気で、ウェハＷの表面を密着促進剤ガスにより処理するためのものである。
【００３１】
気化器４１は、保持容器４３、ガス導入部４４及びガス導出部４５を有する。
【００３２】
保持容器４３の内部には、水ＤＩＷが充填可能に設けられている。保持容器４３の内部には、加熱機構４６が設けられており、保持容器４３の内部に充填された水ＤＩＷを、加熱機構４６により加熱して気化することができる。なお、加熱機構４６としてヒータ等を用いることができる。また、保持容器４３を加熱することができればよく、加熱機構４６は、保持容器４３の任意の場所に設けることができる。
【００３３】
ガス導入部４４は、保持容器４３に、保持容器４３で気化した水蒸気を搬送するための例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスよりなる水蒸気キャリアガスを、水蒸気キャリアガス供給部４７から導入する。ガス導入部４４は、ガス導入管４４ａ及びガス導入口４４ｂを有する。ガス導入管４４ａは、水蒸気を搬送する水蒸気キャリアガスを保持容器４３の外部から保持容器４３の内部へ導入するための配管である。ガス導入管４４ａは、保持容器４３の上面を貫通するように保持容器４３の上面に取り付けられるとともに、保持容器４３の内部を上方から下方に延在するように設けられている。また、ガス導入管４４ａは、一端が保持容器４３の底部において開口するとともに、他端が保持容器４３の外部で水蒸気キャリアガス供給部４７に接続されている。ガス導入口４４ｂは、ガス導入管４４ａの下端に形成された開口である。
【００３４】
図２では、ガス導入口４４ｂが水ＤＩＷの液面よりも下方にあり、ガス導入口４４ｂから供給された水蒸気キャリアガスが水ＤＩＷをバブリングする場合を例示している。しかし、ガス導入口４４ｂは、水ＤＩＷの液面よりも上方にあってもよく、ガス導入口４４ｂから供給された水蒸気キャリアガスが水ＤＩＷをバブリングしなくてもよい。
【００３５】
ガス導出部４５は、保持容器４３から、水蒸気キャリアガスとともに気化した水蒸気を導出する。ガス導出部４５は、ガス導出管４５ａ及びガス導出口４５ｂを有する。ガス導出管４５ａは、水蒸気および水蒸気キャリアガスを保持容器４３の内部から保持容器４３の外部へ導出するための配管である。ガス導出管４５ａは、保持容器４３の上面を貫通するように保持容器４３の上面に取り付けられている。また、ガス導出管４５ａは、一端が保持容器４３の内部上方で開口されるように設けられており、他端が保持容器４３の外部で水蒸気供給管４２に接続されている。ガス導出口４５ｂは、ガス導出管４５ａの下端に形成された開口である。
【００３６】
供給管５０は、処理室２１の上面を貫通して下方向へ延びるように設けられている。供給管５０の先端には、処理容器２０内に開口する供給孔５０ａが形成されている。供給管５０は、密着促進剤供給機構３０及び水蒸気供給機構４０から合流して供給管５０を流れる気化した密着促進剤ガス及び水蒸気を、供給孔５０ａを介して処理容器２０内に供給する。供給孔５０ａは、基板保持部２３に保持されたウェハＷの近傍に、１箇所設けられているのが好ましい。これにより、供給孔５０ａより吐出された密着促進剤ガス及び水蒸気を、処理容器２０内に一様に拡散させることができる。
【００３７】
排気機構５５は、排気装置５６及び排気管５７を含む。排気機構５５は、処理容器２０内から排気管５７を介してガスを排気するためのものである。
【００３８】
図３は、成膜部１６の構成を示す平面図である。
【００３９】
成膜部１６は、成膜容器６０、供給機構７０、パージガス供給機構９０及び排気機構９５を有する。
【００４０】
成膜容器６０は、反応室６１、ヒータ（加熱装置）６２及び基板保持部６３を有する。基板保持部６３は、ウェハＷを保持可能であってかつ回転可能に設けられている。ただし、基板保持部６３は、ウェハＷを１枚保持可能に設けられている。ヒータ（加熱装置）６２は、反応室６１の周囲を覆うように設けられており、反応室６１内を所定の温度例えば５０〜１２００℃に加熱制御可能である。
【００４１】
供給機構７０は、原料ガス供給部７１、及び、成膜容器６０内に設けられたインジェクタ７２を含む。インジェクタ７２は、供給管７３ａを含む。原料ガス供給部７１は、インジェクタ７２の供給管７３ａに接続されている。
【００４２】
本実施の形態では、供給機構７０は、第１の原料ガス供給部７１ａ及び第２の原料ガス供給部７１ｂを有していてもよい。このとき、第１の原料ガス供給部７１ａ及び第２の原料ガス供給部７１ｂは、それぞれバルブ７１ｃ、７１ｄを介し、インジェクタ７２（供給管７３ａ）に接続されている。第１の原料ガス供給部７１ａは、例えばＰＭＤＡ原料を気化するための第１の気化器７４ａを有し、ＰＭＤＡガスを供給することができる。また、第２の原料ガス供給部７１ｂは、例えばＯＤＡ原料を気化するための第２の気化器７４ｂを有し、ＯＤＡガスを供給することができる。
【００４３】
供給管７３ａには成膜容器６０内に開口する供給孔７５が形成されている。インジェクタ７２は、原料ガス供給部７１から供給管７３ａを流れる第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、供給孔７５を介して成膜容器６０内に供給する。
【００４４】
また、供給管７３ａは、水平方向に延在するように設けられていてもよい。そして、供給管７３ａには、複数の供給孔７５が形成されていてもよい。なお、供給孔７５の形状は、円形、楕円形、矩形等各種の形状であってもよい。
【００４５】
インジェクタ７２は、内側供給管７３ｂを含むことが好ましい。内側供給管７３ｂは、供給管７３ａの供給孔７５が形成されている部分よりも上流側の部分に収容されていてもよい。そして、内側供給管７３ｂの下流側の端部付近には、供給管７３ａの内部空間に第１の原料ガス及び第２の原料ガスのいずれか一方の原料ガスを供給するための開口７６が形成されていてもよい。このような構造を有する内側供給管７３ｂを含むことによって、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを供給孔７５から成膜容器６０内に供給する前に、予め供給管７３ａの内部空間において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを十分混合させることができる。
【００４６】
なお、以下では、供給管７３ａに第１の原料ガスを供給し、内側供給管７３ｂに第２の原料ガスを供給する場合を例示して、説明する。しかし、内側供給管７３ｂに第１の原料ガスを供給し、供給管７３ａに第２の原料ガスを供給してもよい。
【００４７】
また、開口７６の形状は、円形、楕円形、矩形等各種の形状であってもよい。
【００４８】
供給機構７０は、例えば供給管７３ａに第１の原料ガスを流すとともに、内側供給管７３ｂに第２の原料ガスを流す。そして、内側供給管７３ｂを流れる第２の原料ガスを、開口７６を介して供給管７３ａに合流させ、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを混合させた状態で、供給孔７５を介して成膜容器６０内に供給する。
【００４９】
パージガス供給機構９０は、パージガス供給部９１、及びパージガス供給管９２を含む。パージガス供給部９１は、パージガス供給管９２を介して成膜容器６０に接続されており、成膜容器６０内にパージガスを供給する。また、パージガス供給管９２の途中には、パージガス供給部９１と成膜容器６０の内部とを連通又は遮断するためのバルブ９３が設けられている。
【００５０】
排気機構９５は、排気装置９６及び排気管９７を含む。排気機構９５は、成膜容器６０内から排気管９７を介してガスを排気するためのものである。
【００５１】
制御部１００は、例えば、図示しない演算処理部、記憶部及び表示部を有する。演算処理部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータである。記憶部は、演算処理部に、各種の処理を実行させるためのプログラムを記録した、例えばハードディスクにより構成されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。表示部は、例えばコンピュータの画面よりなる。演算処理部は、記憶部に記録されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、成膜装置１０を構成する表面処理部１５及び成膜部１６等の各部に制御信号を送り、後述するような表面処理及び成膜処理を実行する。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜処理方法について説明する。図４は、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜処理方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【００５３】
始めに、ステップＳ１１では、表面処理部１５の処理容器２０に搬入されているウェハＷの表面を密着促進剤により処理する（表面処理工程）。なお、表面処理工程は、本発明における処理工程に相当する。
【００５４】
図１に示した成膜装置１０の例では、予め、表面にビアが形成されたウェハＷをポート１１Ａ〜１１Ｃに収納しておく。そして、ローダ１２に設けられた図示しない搬送アームによりウェハＷをロードロック１３Ａ、１３Ｂに受け渡す。更に、搬送アーム１４ａにより、ロードロック１３Ａ、１３Ｂに受け渡されたウェハＷを受け取る。そして、受け取ったウェハＷを搬送アーム１４ａにより表面処理部１５の処理容器２０内に設けられた基板保持部２３に受け渡すことによって、処理容器２０内にウェハＷを搬入する。
【００５５】
なお、ウェハＷの表面に形成されたビアは、本発明における穴部に相当する。
【００５６】
次いで、ヒータ２２によりウェハＷを加熱し、密着促進剤供給機構３０により処理容器２０内に密着促進剤ガスを供給するとともに、水蒸気供給機構４０により処理容器２０内に水蒸気を供給する。そして、供給された密着促進剤ガスと、加熱されているウェハＷとを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、ウェハＷの表面を処理する。
【００５７】
図５は、密着促進剤としてシランカップリング剤を用いたときのウェハＷの表面における反応を示す図である。
【００５８】
シランカップリング剤として、分子中に例えばアルコキシ基（ＲＯ−（Ｒ；アルキル基））を有するオルガノシランを用いることが好ましい。図５では、分子中に例えばメトキシ基（ＣＨ３Ｏ−）を有するオルガノシランを用いた例を示す。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、シランカップリング剤のメトキシ基が、雰囲気中の水蒸気により加水分解することによって、水酸基すなわちヒドロキシ基（−ＯＨ）になる。そして、ウェハＷとして、表面がヒドロキシ基で終端されたＳｉウェハを用いるときは、図５（ｂ）に示すように、シランカップリング剤のメトキシ基が、ウェハ表面のヒドロキシ基と脱水縮合することによって、ウェハ表面に吸着する。従って、ウェハＷがＳｉウェハよりなるときは、表面がヒドロキシ基で終端されていることが好ましい。
【００６０】
オルガノシランとして、下記式（１）
【００６１】
【化１】
に示す、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン（以下、「ＳＣ剤Ａ」という。）を用いることができる。または、オルガノシランとして、下記式（２）
【００６２】
【化２】
に示す、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（以下、「ＳＣ剤Ｂ」という。）を用いることができる。
【００６３】
表面処理工程では、気化器３１において例えばＳＣ剤Ａ又はＳＣ剤Ｂよりなる密着促進剤を気化させ、気化した密着促進剤ガスを供給管５０に形成された供給孔５０ａを介して処理容器２０内に供給する。
【００６４】
なお、図６に示すように、予めＳｉウェハよりなるウェハＷをＤＨＦ（希フッ酸）洗浄して表面を水素原子で終端した後、ＳＣ１（アンモニア過水）洗浄することによって、ウェハＷの表面をヒドロキシ基で終端することができる。
【００６５】
ここで、比較例として、ウェハＷを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理する場合を考える。図７は、比較例として表面にビアＶＨが形成されたウェハＷを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理した後のビアＶＨの周辺の状態を模式的に示す断面図である。
【００６６】
図７に示すように、比較例に係る表面処理では、ウェハＷを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理するため、表面処理の後、密着促進剤が乾燥し、乾燥によって濃縮した密着促進剤ＳＣがビアＶＨの底に溜まる液溜まりが形成されることがある。例えば５４μｍの内径を有し、例えば５２μｍの深さを有するビアＶＨの場合、底から例えば１μｍの高さまで密着促進剤ＳＣの液溜まりが形成されるおそれがある。一方、本実施の形態に係る表面処理では、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスをウェハＷに供給するため、密着促進剤ＳＣがビアＶＨの底に溜まることがなく、ビアＶＨの底に密着促進剤ＳＣの液溜まりが形成されるおそれがない。
【００６７】
次に、ステップＳ１２では、搬送アーム１４ａにより、成膜容器６０内にウェハＷを搬入する（搬入工程）。図１に示した成膜装置１０の例では、搬送アーム１４ａにより、処理容器２０内に設けられた基板保持部２３から表面処理されたウェハＷを受け取る。そして、受け取ったウェハＷを搬送アーム１４ａにより成膜容器６０内に設けられた基板保持部６３に受け渡すことによって、成膜容器６０内にウェハＷを搬入する。
【００６８】
次に、ステップＳ１３では、成膜容器６０の内部を減圧する（減圧工程）。排気装置９６の排気能力又は排気装置９６と排気管９７との間に設けられている図示しない流量調整バルブを調整することにより、排気管９７を介して成膜容器６０を排気する排気量を増大させる。そして、成膜容器６０の内部を所定圧力例えば大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から例えば０．３Ｔｏｒｒに減圧する。
【００６９】
次に、ステップＳ１４では、ウェハの温度を、ウェハＷにポリイミド膜を成膜するときの所定温度（成膜温度）まで上昇させる（リカバリ工程）。ヒータ６２に電力を供給することによって、基板保持部６３に保持されているウェハＷの温度を成膜温度まで上昇させる。
【００７０】
次に、ステップＳ１５では、ポリイミド膜を成膜する（成膜工程）。
【００７１】
制御部１００により、供給管７３ａに第１の原料ガスを流す第１の流量Ｆ１と、内側供給管７３ｂに第２の原料ガスを流す第２の流量Ｆ２とを予め設定しておく。そして、設定した第１の流量Ｆ１で第１の原料ガス供給部７１ａから第１の原料ガスを供給管７３ａに流し、設定した第２の流量Ｆ２で第２の原料ガス供給部７１ｂから第２の原料ガスを内側供給管７３ｂに流すことによって、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを所定の混合比で混合させた状態で成膜容器６０内に供給する。そして、ウェハＷの表面でＰＭＤＡとＯＤＡを重合反応させ、ポリイミド膜を成膜する。具体的には、例えば第１の流量Ｆ１を９００ｓｃｃｍとし、第２の流量Ｆ２を９００ｓｃｃｍとすることができる。
【００７２】
このときの、ＰＭＤＡとＯＤＡとの重合反応は、次の式（３）に従う。
【００７３】
【化３】
次に、ステップＳ１６では、第１の原料ガス供給部７１ａからのＰＭＤＡガスの供給及び第２の原料ガス供給部７１ｂからのＯＤＡガスの供給を停止し、成膜容器６０の内部をパージガスによりパージする（パージ工程）。
【００７４】
バルブ７１ｃを閉じ、第１の原料ガス供給部７１ａからの第１の原料ガスの供給を停止する。また、バルブ７１ｄを閉じ、第２の原料ガス供給部７１ｂからの第２の原料ガスの供給を停止する。そして、パージガス供給機構９０と排気機構９５とを制御することにより、成膜容器６０の内部の原料ガスをパージガスに置換する。
【００７５】
例えば、排気装置９６の排気能力又は排気装置９６と排気管９７との間に設けられている図示しない流量調整バルブを調整して排気量を増やすことにより、成膜容器６０の内部を例えば０．３Ｔｏｒｒに減圧する。その後、排気量を減少させるか、又は排気量を０にして排気を停止した状態で、成膜容器６０内の内部の圧力が例えば５．０Ｔｏｒｒになるまで、バルブ９３を開いてパージガス供給機構９０によりパージガスを成膜容器６０内に供給する。これにより、成膜容器６０内の原料ガスをパージガスに置換できる。また、排気機構９５による減圧と、パージガス供給機構９０によるパージガスの供給とを１回行った後、更に減圧とパージガスの供給を複数回繰り返してもよい。これにより、成膜容器６０内の原料ガスを、更に確実にパージガスに置換できる。
【００７６】
本実施の形態では、パージ工程において、ウェハＷ上に成膜されたポリイミド膜をヒータ６２により熱処理してもよい。熱処理は、成膜後、膜中のイミド化していない部分をイミド化するために行う。ポリイミドは高い絶縁性を有するため、膜中のポリイミドの割合であるイミド化率を上昇させることによって、成膜したポリイミド膜の絶縁性を向上させることができる。
【００７７】
次に、ステップＳ１７では、成膜容器６０の内部を大気圧に復圧する（復圧工程）。排気装置９６の排気能力又は排気装置９６と排気管９７との間に設けられている図示しない流量調整バルブを調整することにより、成膜容器６０を排気する排気量を減少させ、成膜容器６０の内部を例えば０．３Ｔｏｒｒから例えば大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）に復圧する。
【００７８】
なお、ポリイミド膜の熱処理は、ポリイミド膜を成膜した後、後述する搬出工程の前に、成膜容器の内部で行えばよく、復圧工程の際、又は、復圧工程の後に行ってもよい。
【００７９】
次に、ステップＳ１８では、成膜容器６０からウェハＷを搬出する（搬出工程）。図１に示した成膜装置１０の例では、搬送アーム１４ａにより、成膜容器６０内に設けられた基板保持部６３からポリイミド膜が成膜されたウェハＷを受け取る。そして、受け取ったウェハＷを搬送アーム１４ａによりロードロック１３Ａ、１３Ｂに受け渡す。更に、ローダ１２に設けられた図示しない搬送アームによりウェハＷをポート１１Ａ〜１１Ｃに収納することによって、成膜容器６０からウェハＷを搬出する。その後、成膜処理を終了する。
【００８０】
このようにして成膜したポリイミド膜について、密着性を評価するためのピール試験を行った。粘着テープとして、３．７Ｎ／ｃｍの粘着力を有する６１０−１ＰＫ（商品名：３Ｍ社製）を用い、ポリイミド膜が成膜されたウェハからポリイミド膜を剥がすピール試験を行った。そして、ピール試験後、ポリイミド膜が残った試験数をｎ１とし、全試験数をｎ０とするとき、（ｎ１／ｎ０）×１００により、ピール歩留を求めた。その結果を、気化器条件、表面処理条件とともに、表１に示す。
【００８１】
【表１】
表１では、水蒸気を供給する場合を上段に示し、水蒸気を供給しない場合を下段に示している。
【００８２】
表１に示すように、ＳＣ剤の気化量を０．３ｇ／時とし、水蒸気の気化量を１．６ｇ／分として供給し、９０℃のウェハ温度で６０秒表面処理したときは、ピール歩留は１００％であった。一方、ＳＣ剤の気化量を０．３ｇ／時とし、水蒸気を供給せず（水蒸気の気化量が０ｇ／分）、９０℃のウェハ温度で６０秒表面処理したときは、ピール歩留は０％であった。従って、本実施の形態による表面処理を行うことにより、ポリイミド膜の密着性が向上する。
【００８３】
以上より、表面に穴部が形成されているウェハを加熱した状態で密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された密着促進剤ガスと加熱されているウェハとを水分を含む雰囲気中で反応させることによって、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる。また、表面処理されたウェハ上に密着促進剤ガスと水蒸気とを供給することによって、密着性に優れたポリイミド膜を成膜することができる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、Ｓｉウェハの表面を処理する場合について説明した。しかし、本実施の形態に係る表面処理方法は、ガラス等各種の基板の表面を処理する表面処理に適用可能である。
（第２の実施の形態）
次に、図８から図１１を参照し、本発明の第２の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法について説明する。
【００８５】
本実施の形態に係る成膜方法を行うための成膜装置は、ウェハの表面処理を行う表面処理装置と別に設けられており、成膜容器がバッチ処理を行うものである点で、第１の実施の形態に係る成膜方法を行うための成膜装置と相違する。
【００８６】
なお、本実施の形態においてウェハの表面処理を行う表面処理装置は、枚葉処理を行うものであり、例えば第１の実施の形態における表面処理部と同一とすることができるため、説明を省略する。
【００８７】
図８は、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置１１０を概略的に示す縦断面図である。図９は、ローディングエリア１４０を概略的に示す斜視図である。図１０は、ボート１４４の一例を概略的に示す斜視図である。
【００８８】
成膜装置１１０は、載置台（ロードポート）１２０、筐体１３０、及び制御部１００を有する。
【００８９】
載置台（ロードポート）１２０は、筐体１３０の前部に設けられている。筐体１３０は、ローディングエリア（作業領域）１４０及び成膜容器６０ａを有する。ローディングエリア１４０は、筐体１３０内の下方に設けられており、成膜容器６０ａは、筐体１３０内であってローディングエリア１４０の上方に設けられている。また、ローディングエリア１４０と成膜容器６０ａとの間には、ベースプレート１３１が設けられている。
【００９０】
ベースプレート１３１は、成膜容器６０ａの後述する反応管１６１を設置するための例えばＳＵＳ製のベースプレートであり、反応管１６１を下方から上方に挿入するための図示しない開口部が形成されている。
【００９１】
載置台（ロードポート）１２０は、筐体１３０内へのウェハＷの搬入搬出を行うためのものである。載置台（ロードポート）１２０には、収納容器１２１、１２２が載置されている。収納容器１２１、１２２は、前面に図示しない蓋を着脱可能に備えた、複数枚例えば５０枚程度のウェハＷを所定の間隔で収納可能な密閉型収納容器（フープ）である。
【００９２】
また、載置台１２０の下方には、後述する移載機構１４７により移載されたウェハＷの外周に設けられた切欠部（例えばノッチ）を一方向に揃えるための整列装置（アライナ）１２３が設けられていてもよい。
【００９３】
ローディングエリア（作業領域）１４０は、収納容器１２１、１２２と後述するボート１４４との間でウェハＷの移載を行い、ボート１４４を成膜容器６０ａ内に搬入（ロード）し、ボート１４４を成膜容器６０ａから搬出（アンロード）するためのものである。ローディングエリア１４０には、ドア機構１４１、シャッター機構１４２、蓋体１４３、ボート１４４、基台１４５ａ、１４５ｂ、昇降機構１４６、及び移載機構１４７が設けられている。
【００９４】
なお、蓋体１４３及びボート１４４は、本発明における基板保持部に相当する。
【００９５】
ドア機構１４１は、収納容器１２１、１２２の蓋を取外して収納容器１２１、１２２内をローディングエリア１４０内に連通開放するためのものである。
【００９６】
シャッター機構１４２は、ローディングエリア１４０の上方に設けられている。シャッター機構１４２は、蓋体１４３を開けているときに、後述する成膜容器６０ａの開口１６３から高温の炉内の熱がローディングエリア１４０に放出されるのを抑制ないし防止するために開口１６３を覆う（又は塞ぐ）ように設けられている。
【００９７】
蓋体１４３は、保温筒１４８及び回転機構１４９を有する。保温筒１４８は、蓋体１４３上に設けられている。保温筒１４８は、ボート１４４が蓋体１４３側との伝熱により冷却されることを防止し、ボート１４４を保温するためのものである。回転機構１４９は、蓋体１４３の下部に取り付けられている。回転機構１４９は、ボート１４４を回転するためのものである。回転機構１４９の回転軸は蓋体１４３を気密に貫通し、蓋体１４３上に配置された図示しない回転テーブルを回転するように設けられている。
【００９８】
昇降機構１４６は、ボート１４４のローディングエリア１４０から成膜容器６０ａに対する搬入、搬出に際し、蓋体１４３を昇降駆動する。そして、昇降機構１４６により上昇させられた蓋体１４３が成膜容器６０ａ内に搬入されているときに、蓋体１４３は、後述する開口１６３に当接して開口１６３を密閉するように設けられている。そして、蓋体１４３に載置されているボート１４４は、成膜容器６０ａ内でウェハＷを水平面内で回転可能に保持することができる。
【００９９】
なお、成膜装置１１０は、ボート１４４を複数有していてもよい。以下、本実施の形態では、図８を参照し、ボート１４４を２つ有する例について説明する。
【０１００】
ローディングエリア１４０には、ボート１４４ａ、１４４ｂが設けられている。そして、ローディングエリア１４０には、基台１４５ａ、１４５ｂ及びボート搬送機構１４５ｃが設けられている。基台１４５ａ、１４５ｂは、それぞれボート１４４ａ、１４４ｂが蓋体１４３から移載される載置台である。ボート搬送機構１４５ｃは、ボート１４４ａ、１４４ｂを、蓋体１４３から基台１４５ａ、１４５ｂに移載するためのものである。
【０１０１】
ボート１４４ａ、１４４ｂは、例えば石英製であり、大口径例えば直径３００ｍｍのウェハＷを水平状態で上下方向に所定の間隔（ピッチ幅）で搭載するようになっている。ボート１４４ａ、１４４ｂは、例えば図１０に示すように、天板１５０と底板１５１の間に複数本例えば３本の支柱１５２を介設してなる。支柱１５２には、ウェハＷを保持するための爪部１５３が設けられている。また、支柱１５２と共に補助柱１５４が適宜設けられていてもよい。
【０１０２】
移載機構１４７は、収納容器１２１、１２２とボート１４４ａ、１４４ｂの間でウェハＷの移載を行うためのものである。移載機構１４７は、基台１５７、昇降アーム１５８、及び、複数のフォーク（移載板）１５９を有する。基台１５７は、昇降及び旋回可能に設けられている。昇降アーム１５８は、ボールネジ等により上下方向に移動可能（昇降可能）に設けられ、基台１５７は、昇降アーム１５８に水平旋回可能に設けられている。
【０１０３】
図１１は、成膜容器６０ａの構成の概略を示す断面図である。
【０１０４】
成膜容器６０ａは、例えば、複数枚の被処理基板例えば薄板円板状のウェハＷを収容して所定の処理例えばＣＶＤ処理等を施すための縦型炉とすることができる。成膜容器６０ａは、反応管１６１、ヒータ１６２、供給機構７０、パージガス供給機構９０及び排気機構９５を有する。
【０１０５】
反応管１６１は、例えば石英製であり、縦長の形状を有しており、下端に開口１６３が形成されている。ヒータ（加熱装置）１６２は、反応管１６１の周囲を覆うように設けられており、反応管１６１内を所定の温度例えば５０〜１２００℃に加熱制御可能である。
【０１０６】
供給機構７０は、第１の原料ガス供給部７１ａ、第２の原料ガス供給部７１ｂ、インジェクタ７２を含む。第１の原料ガス供給部７１ａ、第２の原料ガス供給部７１ｂは第１の実施の形態における供給機構７０と同様にすることができる。
【０１０７】
インジェクタ７２は、供給管７３ａ及び内側供給管７３ｂを含む。原料ガス供給部７１は、インジェクタ７２の供給管７３ａに接続されている。供給管７３ａと内側供給管７３ｂとは、上下方向に延在するように設けられている点を除き、第１の実施の形態に係るインジェクタ７２と同様にすることができる。すなわち、供給管７３ａには、複数の供給孔７５が形成されている。内側供給管７３ｂの下流側の端部付近には、供給管７３ａの内部空間に第１の原料ガスを供給するための開口７６が形成されている。
【０１０８】
パージガス供給機構９０は、パージガス供給部９１、パージガス供給管９２、及びバルブ９３を含み、第１の実施の形態におけるパージガス供給機構９０と同様にすることができる。排気機構９５は、排気装置９６及び排気管９７を含み、第１の実施の形態における排気機構９５と同様にすることができる。
【０１０９】
なお、図１０では、供給管７３ａに第１の原料ガス供給部７１ａから第１の原料ガスを供給し、内側供給管７３ｂに第２の原料ガス供給部７１ｂから第２の原料ガスを供給する例を示している。しかし、内側供給管７３ｂに第１の原料ガスを供給し、供給管７３ａに第２の原料ガスを供給してもよい。
【０１１０】
なお、制御部１００は、第１の実施の形態と同様にすることができる。
【０１１１】
本実施の形態に係る表面処理及び成膜処理も、図４を用いて説明した第１の実施の形態に係る表面処理及び成膜処理と同様の手順で行うことができる。
【０１１２】
始めに、成膜装置１１０により成膜処理を行う前に、例えば第１の実施の形態における表面処理部１５と同様に設けられた表面処理装置を用い、第１の実施の形態におけるステップＳ１１と同様に、密着促進剤による表面処理を行う。
【０１１３】
次に、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１２（搬入工程）を行う。
【０１１４】
図８に示した成膜装置１１０の例では、例えばローディングエリア１４０において、移載機構１４７により収納容器１２１からボート１４４ａへウェハＷを搭載し、ウェハＷを搭載したボート１４４ａをボート搬送機構１４５ｃにより蓋体１４３に載置することができる。そして、ボート１４４ａを載置した蓋体１４３を昇降機構１４６により上昇させて成膜容器６０ａ内に挿入することにより、ウェハＷを搬入することができる。
【０１１５】
次に、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１３（減圧工程）、ステップＳ１４（リカバリ工程）、ステップＳ１５（成膜工程）、ステップＳ１６（パージ工程）及びステップＳ１７（復圧工程）を行う。各工程は、成膜処理が枚葉処理に代えバッチ処理である点を除き、第１の実施の形態の成膜処理における各工程と同様にすることができる。
【０１１６】
次に、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１８（搬出工程）を行う。
【０１１７】
図８に示した成膜装置１１０の例では、例えばボート１４４ａを載置した蓋体１４３を昇降機構１４６により下降させて成膜容器６０ａ内からローディングエリア１４０に搬出することができる。そして、移載機構１４７により、搬出した蓋体１４３に載置されているボート１４４ａから収納容器１２１へウェハＷを移載することによって、ウェハＷを成膜容器６０ａから搬出することができる。その後、成膜処理を終了する。
【０１１８】
本実施の形態でも、表面に穴部が形成されているウェハを加熱した状態で密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された密着促進剤ガスと加熱されているウェハとを水分を含む雰囲気中で反応させることによって、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる。また、密着促進剤ガスと水蒸気とを供給することによって、密着性に優れたポリイミド膜を成膜することができる。
【０１１９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０ 成膜装置
２０ 処理容器
２２ ヒータ（加熱装置）
２３ 基板保持部
３０ 密着促進剤供給機構
４０ 水蒸気供給機構
６０ 成膜容器
７０ 供給機構
９０ パージガス供給機構
９５ 排気機構
１００ 制御部
Ｗ ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面を処理する表面処理方法、及び、基板に膜を成膜する成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに用いられる材料は、近年無機材料から有機材料へと幅を広げつつあり、無機材料にはない有機材料の特質等から半導体デバイスの特性や製造プロセスをより最適なものとすることができる。
【０００３】
このような有機材料の１つとして、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドは、絶縁性が高い。従って、基板の表面にポリイミドを成膜して得られるポリイミド膜は、絶縁膜として用いることができ、半導体デバイスにおける絶縁膜として用いることも可能である。例えば、基板を貫通する電極、又は、基板の表面から深さ方向に沿って延在する電極を形成するときは、基板を貫通するビアを形成するか、又は、表面から所定の深さまでビアを形成し、形成したビアの側面に絶縁膜を形成することがある。
【０００４】
このようなポリイミド膜を成膜する方法としては、原料モノマーとして例えばピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と、例えば４，４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）を含む４，４'−ジアミノジフェニルエーテルを用いた蒸着重合による成膜方法が知られている。蒸着重合は、原料モノマーとして用いられるＰＭＤＡ及びＯＤＡを基板の表面で熱重合反応させる方法である（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、ＰＭＤＡ及びＯＤＡのモノマーを気化器で蒸発させ、蒸発させたそれぞれの蒸気を蒸着重合室に供給し、基板上で蒸着重合させてポリイミド膜を成膜する成膜方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４２８３９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなＰＭＤＡガスとＯＤＡガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する際には、以下のような問題がある。
【０００７】
基板に成膜されたポリイミド膜の密着性を向上させるために、成膜前の密着促進剤による表面処理が必要である。密着促進剤による表面処理は、基板表面を、例えばシランカップリング剤等の密着促進剤の液に浸漬させて処理するものである。
【０００８】
ところが、基板の表面に、表面から所定の深さまでビアが形成された基板を、密着促進剤の液に浸漬させて表面処理する場合、表面処理の後、密着促進剤が乾燥する際に、乾燥によって濃縮した密着促進剤がビアの底に溜まる液溜まりが形成されることがある。ビアの底に液溜まりが形成されると、ビアの側面のうち、底に近い側と遠い側とでは、表面状態が異なる。そのため、表面処理後、ビアの側面に成膜されるポリイミド膜を均一な膜厚で形成することができない。
【０００９】
更に、上記した課題は、ＰＭＤＡガスよりなる原料ガス、及び、ＯＤＡガスよりなる原料ガスを基板に供給してポリイミド膜を成膜する場合に限定されず、各種の原料ガスを基板に供給して各種の膜を成膜する場合にも共通する課題である。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基板の表面にビアが形成された基板を密着促進剤により処理するときに、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる表面処理方法及び成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、処理容器内に搬入されており、表面に穴部が形成されている基板の前記表面を、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスにより処理する表面処理方法において、前記基板を加熱するとともに、前記処理容器内に前記密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された前記密着促進剤ガスと、加熱されている前記基板とを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、前記基板の表面を処理する表面処理工程を有する、表面処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板の表面にビアが形成された基板を密着促進剤により処理するときに、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置を概略的に示す平面図である。
【図２】表面処理部の構成を示す正面図である。
【図３】成膜部の構成を示す平面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜処理方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】密着促進剤としてシランカップリング剤を用いたときのウェハの表面における反応を示す図である。
【図６】ＤＨＦ（希フッ酸）洗浄の後、ＳＣ１（アンモニア過水）洗浄して表面をヒドロキシ基で終端するときのウェハの表面の状態を示す図である。
【図７】比較例として表面にビアが形成されたウェハを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理した後のビアの周辺の状態を模式的に示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置を概略的に示す平面図である。
【図９】ローディングエリアを概略的に示す斜視図である。
【図１０】ボートの一例を概略的に示す斜視図である。
【図１１】成膜容器の構成の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
最初に、図１から図７を参照し、本発明の第１の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法について説明する。本実施の形態に係る成膜方法は、例えばピロメリット酸二無水物（Pyromellitic Dianhydride、以下「ＰＭＤＡ」と略す。）を気化させた第１の原料ガスと、例えば４，４'−３オキシジアニリン（4,4'-Oxydianiline、以下「ＯＤＡ」と略す。）を気化させた第２の原料ガスとを、成膜容器内に供給することによって、基板にポリイミド膜を成膜する成膜方法に適用することができる。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置１０を概略的に示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る成膜装置１０は、ポート１１Ａ〜１１Ｃ、ローダ１２、ロードロック１３Ａ、１３Ｂ、搬送室１４、複数の表面処理部１５、及び成膜部１６を有する。
【００１８】
ポート１１Ａ〜１１Ｃには、ローダ１２が接続されている。ローダ１２には、ロードロック１３Ａ、１３Ｂが接続されている。ロードロック１３Ａ、１３Ｂには、搬送室１４が接続されている。搬送室１４には、表面処理部１５が２つ接続されており、成膜部１６が１つ接続されている。また、搬送室１４には、ウェハをロードロック１３Ａ、１３Ｂと表面処理部１５及び成膜部１６との間で搬送するための搬送アーム１４ａが設けられている。
【００１９】
なお、表面処理部１５と成膜部１６の数は、特に限定されるものではなく、スループットを向上させるために、表面処理及び成膜処理の条件に応じて、任意の数に変更可能である。
【００２０】
図２は、表面処理部１５の構成を示す正面図である。
【００２１】
表面処理部１５は、処理容器２０、密着促進剤供給機構３０、水蒸気供給機構４０、供給管５０及び排気機構５５を有する。
【００２２】
処理容器２０は、処理室２１、ヒータ（加熱装置）２２及び基板保持部２３を有する。ヒータ２２は、抵抗体２２ａ及び電源２２ｂを有する。ヒータ（加熱装置）２２は、電源２２ｂから抵抗体２２ａに電力を供給することによって、表面処理の際にウェハＷを加熱する。基板保持部２３は、ウェハＷを保持する。基板保持部２３は、ウェハＷを１枚保持可能に設けられている。
【００２３】
密着促進剤供給機構３０は、気化器３１及び密着促進剤ガス供給管３２を含む。気化器３１は、バルブ３１ａを介し、密着促進剤ガス供給管３２に接続されている。密着促進剤ガス供給管３２は、合流点Ｇで後述する水蒸気供給管４２と合流し、処理容器２０内に設けられた供給管５０に接続されている。密着促進剤供給機構３０は、水蒸気供給機構４０により処理容器２０内に水蒸気を供給している状態で、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスを密着促進剤供給機構３０により処理容器２０内に供給し、水分を含む雰囲気で、ウェハＷの表面を密着促進剤ガスにより処理するためのものである。
【００２４】
なお、密着促進剤ガス供給管３２と水蒸気供給管４２とは、処理容器２０内で合流してもよい。すなわち、合流点Ｇは、処理容器２０内にあってもよい。
【００２５】
気化器３１は、保持容器３３、ガス導入部３４及びガス導出部３５を有する。
【００２６】
保持容器３３の内部には、例えばシランカップリング剤等の密着促進剤ＳＣが充填可能に設けられている。保持容器３３の内部には、加熱機構３６が設けられており、保持容器３３の内部に充填された密着促進剤ＳＣを、加熱機構３６により加熱して気化することができる。なお、加熱機構３６としてヒータ等を用いることができる。また、保持容器３３を加熱することができればよく、加熱機構３６は、保持容器３３の任意の場所に設けることができる。
【００２７】
ガス導入部３４は、保持容器３３に、保持容器３３で気化した密着促進剤ガスを搬送するための例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスよりなる密着促進剤キャリアガスを、密着促進剤キャリアガス供給部３７から導入する。ガス導入部３４は、ガス導入管３４ａ及びガス導入口３４ｂを有する。ガス導入管３４ａは、密着促進剤ガスを搬送する密着促進剤キャリアガスを保持容器３３の外部から保持容器３３の内部へ導入するための配管である。ガス導入管３４ａは、保持容器３３の上面を貫通するように保持容器３３の上面に取り付けられるとともに、保持容器３３の内部を上方から下方に延在するように設けられている。また、ガス導入管３４ａは、一端が保持容器３３の底部において開口するとともに、他端が保持容器３３の外部で密着促進剤キャリアガス供給部３７に接続されている。ガス導入口３４ｂは、ガス導入管３４ａの下端に形成された開口である。
【００２８】
図２では、ガス導入口３４ｂが密着促進剤ＳＣの液面よりも下方にあり、ガス導入口３４ｂから供給された密着促進剤キャリアガスが密着促進剤ＳＣをバブリングする場合を例示している。しかし、ガス導入口３４ｂは、密着促進剤ＳＣの液面よりも上方にあってもよく、ガス導入口３４ｂから供給された密着促進剤キャリアガスが密着促進剤ＳＣをバブリングしなくてもよい。
【００２９】
ガス導出部３５は、保持容器３３から、密着促進剤キャリアガスとともに気化した密着促進剤ガスを導出する。ガス導出部３５は、ガス導出管３５ａ及びガス導出口３５ｂを有する。ガス導出管３５ａは、密着促進剤ガスおよび密着促進剤キャリアガスを保持容器３３の内部から保持容器３３の外部へ導出するための配管である。ガス導出管３５ａは、保持容器３３の上面を貫通するように保持容器３３の上面に取り付けられている。また、ガス導出管３５ａは、一端が保持容器３３の内部上方で開口されるように設けられており、他端が保持容器３３の外部で密着促進剤ガス供給管３２に接続されている。ガス導出口３５ｂは、ガス導出管３５ａの下端に形成された開口である。
【００３０】
水蒸気供給機構４０は、気化器４１及び水蒸気供給管４２を含む。気化器４１は、バルブ４１ａを介し、水蒸気供給管４２に接続されている。水蒸気供給管４２は、合流点Ｇで前述した密着促進剤ガス供給管３２と合流し、処理容器２０内に設けられた供給管５０に接続されている。水蒸気供給機構４０は、密着促進剤供給機構３０により密着促進剤ガスを供給するとともに、水蒸気供給機構４０により水蒸気を処理容器２０内に供給し、水分を含む雰囲気で、ウェハＷの表面を密着促進剤ガスにより処理するためのものである。
【００３１】
気化器４１は、保持容器４３、ガス導入部４４及びガス導出部４５を有する。
【００３２】
保持容器４３の内部には、水ＤＩＷが充填可能に設けられている。保持容器４３の内部には、加熱機構４６が設けられており、保持容器４３の内部に充填された水ＤＩＷを、加熱機構４６により加熱して気化することができる。なお、加熱機構４６としてヒータ等を用いることができる。また、保持容器４３を加熱することができればよく、加熱機構４６は、保持容器４３の任意の場所に設けることができる。
【００３３】
ガス導入部４４は、保持容器４３に、保持容器４３で気化した水蒸気を搬送するための例えば窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスよりなる水蒸気キャリアガスを、水蒸気キャリアガス供給部４７から導入する。ガス導入部４４は、ガス導入管４４ａ及びガス導入口４４ｂを有する。ガス導入管４４ａは、水蒸気を搬送する水蒸気キャリアガスを保持容器４３の外部から保持容器４３の内部へ導入するための配管である。ガス導入管４４ａは、保持容器４３の上面を貫通するように保持容器４３の上面に取り付けられるとともに、保持容器４３の内部を上方から下方に延在するように設けられている。また、ガス導入管４４ａは、一端が保持容器４３の底部において開口するとともに、他端が保持容器４３の外部で水蒸気キャリアガス供給部４７に接続されている。ガス導入口４４ｂは、ガス導入管４４ａの下端に形成された開口である。
【００３４】
図２では、ガス導入口４４ｂが水ＤＩＷの液面よりも下方にあり、ガス導入口４４ｂから供給された水蒸気キャリアガスが水ＤＩＷをバブリングする場合を例示している。しかし、ガス導入口４４ｂは、水ＤＩＷの液面よりも上方にあってもよく、ガス導入口４４ｂから供給された水蒸気キャリアガスが水ＤＩＷをバブリングしなくてもよい。
【００３５】
ガス導出部４５は、保持容器４３から、水蒸気キャリアガスとともに気化した水蒸気を導出する。ガス導出部４５は、ガス導出管４５ａ及びガス導出口４５ｂを有する。ガス導出管４５ａは、水蒸気および水蒸気キャリアガスを保持容器４３の内部から保持容器４３の外部へ導出するための配管である。ガス導出管４５ａは、保持容器４３の上面を貫通するように保持容器４３の上面に取り付けられている。また、ガス導出管４５ａは、一端が保持容器４３の内部上方で開口されるように設けられており、他端が保持容器４３の外部で水蒸気供給管４２に接続されている。ガス導出口４５ｂは、ガス導出管４５ａの下端に形成された開口である。
【００３６】
供給管５０は、処理室２１の上面を貫通して下方向へ延びるように設けられている。供給管５０の先端には、処理容器２０内に開口する供給孔５０ａが形成されている。供給管５０は、密着促進剤供給機構３０及び水蒸気供給機構４０から合流して供給管５０を流れる気化した密着促進剤ガス及び水蒸気を、供給孔５０ａを介して処理容器２０内に供給する。供給孔５０ａは、基板保持部２３に保持されたウェハＷの近傍に、１箇所設けられているのが好ましい。これにより、供給孔５０ａより吐出された密着促進剤ガス及び水蒸気を、処理容器２０内に一様に拡散させることができる。
【００３７】
排気機構５５は、排気装置５６及び排気管５７を含む。排気機構５５は、処理容器２０内から排気管５７を介してガスを排気するためのものである。
【００３８】
図３は、成膜部１６の構成を示す平面図である。
【００３９】
成膜部１６は、成膜容器６０、供給機構７０、パージガス供給機構９０及び排気機構９５を有する。
【００４０】
成膜容器６０は、反応室６１、ヒータ（加熱装置）６２及び基板保持部６３を有する。基板保持部６３は、ウェハＷを保持可能であってかつ回転可能に設けられている。ただし、基板保持部６３は、ウェハＷを１枚保持可能に設けられている。ヒータ（加熱装置）６２は、反応室６１の周囲を覆うように設けられており、反応室６１内を所定の温度例えば５０〜１２００℃に加熱制御可能である。
【００４１】
供給機構７０は、原料ガス供給部７１、及び、成膜容器６０内に設けられたインジェクタ７２を含む。インジェクタ７２は、供給管７３ａを含む。原料ガス供給部７１は、インジェクタ７２の供給管７３ａに接続されている。
【００４２】
本実施の形態では、供給機構７０は、第１の原料ガス供給部７１ａ及び第２の原料ガス供給部７１ｂを有していてもよい。このとき、第１の原料ガス供給部７１ａ及び第２の原料ガス供給部７１ｂは、それぞれバルブ７１ｃ、７１ｄを介し、インジェクタ７２（供給管７３ａ）に接続されている。第１の原料ガス供給部７１ａは、例えばＰＭＤＡ原料を気化するための第１の気化器７４ａを有し、ＰＭＤＡガスを供給することができる。また、第２の原料ガス供給部７１ｂは、例えばＯＤＡ原料を気化するための第２の気化器７４ｂを有し、ＯＤＡガスを供給することができる。
【００４３】
供給管７３ａには成膜容器６０内に開口する供給孔７５が形成されている。インジェクタ７２は、原料ガス供給部７１から供給管７３ａを流れる第１の原料ガス及び第２の原料ガスを、供給孔７５を介して成膜容器６０内に供給する。
【００４４】
また、供給管７３ａは、水平方向に延在するように設けられていてもよい。そして、供給管７３ａには、複数の供給孔７５が形成されていてもよい。なお、供給孔７５の形状は、円形、楕円形、矩形等各種の形状であってもよい。
【００４５】
インジェクタ７２は、内側供給管７３ｂを含むことが好ましい。内側供給管７３ｂは、供給管７３ａの供給孔７５が形成されている部分よりも上流側の部分に収容されていてもよい。そして、内側供給管７３ｂの下流側の端部付近には、供給管７３ａの内部空間に第１の原料ガス及び第２の原料ガスのいずれか一方の原料ガスを供給するための開口７６が形成されていてもよい。このような構造を有する内側供給管７３ｂを含むことによって、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを供給孔７５から成膜容器６０内に供給する前に、予め供給管７３ａの内部空間において第１の原料ガスと第２の原料ガスとを十分混合させることができる。
【００４６】
なお、以下では、供給管７３ａに第１の原料ガスを供給し、内側供給管７３ｂに第２の原料ガスを供給する場合を例示して、説明する。しかし、内側供給管７３ｂに第１の原料ガスを供給し、供給管７３ａに第２の原料ガスを供給してもよい。
【００４７】
また、開口７６の形状は、円形、楕円形、矩形等各種の形状であってもよい。
【００４８】
供給機構７０は、例えば供給管７３ａに第１の原料ガスを流すとともに、内側供給管７３ｂに第２の原料ガスを流す。そして、内側供給管７３ｂを流れる第２の原料ガスを、開口７６を介して供給管７３ａに合流させ、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを混合させた状態で、供給孔７５を介して成膜容器６０内に供給する。
【００４９】
パージガス供給機構９０は、パージガス供給部９１、及びパージガス供給管９２を含む。パージガス供給部９１は、パージガス供給管９２を介して成膜容器６０に接続されており、成膜容器６０内にパージガスを供給する。また、パージガス供給管９２の途中には、パージガス供給部９１と成膜容器６０の内部とを連通又は遮断するためのバルブ９３が設けられている。
【００５０】
排気機構９５は、排気装置９６及び排気管９７を含む。排気機構９５は、成膜容器６０内から排気管９７を介してガスを排気するためのものである。
【００５１】
制御部１００は、例えば、図示しない演算処理部、記憶部及び表示部を有する。演算処理部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータである。記憶部は、演算処理部に、各種の処理を実行させるためのプログラムを記録した、例えばハードディスクにより構成されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。表示部は、例えばコンピュータの画面よりなる。演算処理部は、記憶部に記録されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、成膜装置１０を構成する表面処理部１５及び成膜部１６等の各部に制御信号を送り、後述するような表面処理及び成膜処理を実行する。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜処理方法について説明する。図４は、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜処理方法における各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【００５３】
始めに、ステップＳ１１では、表面処理部１５の処理容器２０に搬入されているウェハＷの表面を密着促進剤により処理する（表面処理工程）。なお、表面処理工程は、本発明における処理工程に相当する。
【００５４】
図１に示した成膜装置１０の例では、予め、表面にビアが形成されたウェハＷをポート１１Ａ〜１１Ｃに収納しておく。そして、ローダ１２に設けられた図示しない搬送アームによりウェハＷをロードロック１３Ａ、１３Ｂに受け渡す。更に、搬送アーム１４ａにより、ロードロック１３Ａ、１３Ｂに受け渡されたウェハＷを受け取る。そして、受け取ったウェハＷを搬送アーム１４ａにより表面処理部１５の処理容器２０内に設けられた基板保持部２３に受け渡すことによって、処理容器２０内にウェハＷを搬入する。
【００５５】
なお、ウェハＷの表面に形成されたビアは、本発明における穴部に相当する。
【００５６】
次いで、ヒータ２２によりウェハＷを加熱し、密着促進剤供給機構３０により処理容器２０内に密着促進剤ガスを供給するとともに、水蒸気供給機構４０により処理容器２０内に水蒸気を供給する。そして、供給された密着促進剤ガスと、加熱されているウェハＷとを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、ウェハＷの表面を処理する。
【００５７】
図５は、密着促進剤としてシランカップリング剤を用いたときのウェハＷの表面における反応を示す図である。
【００５８】
シランカップリング剤として、分子中に例えばアルコキシ基（ＲＯ−（Ｒ；アルキル基））を有するオルガノシランを用いることが好ましい。図５では、分子中に例えばメトキシ基（ＣＨ３Ｏ−）を有するオルガノシランを用いた例を示す。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、シランカップリング剤のメトキシ基が、雰囲気中の水蒸気により加水分解することによって、水酸基すなわちヒドロキシ基（−ＯＨ）になる。そして、ウェハＷとして、表面がヒドロキシ基で終端されたＳｉウェハを用いるときは、図５（ｂ）に示すように、シランカップリング剤のメトキシ基が、ウェハ表面のヒドロキシ基と脱水縮合することによって、ウェハ表面に吸着する。従って、ウェハＷがＳｉウェハよりなるときは、表面がヒドロキシ基で終端されていることが好ましい。
【００６０】
オルガノシランとして、下記式（１）
【００６１】
【化１】
に示す、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン（以下、「ＳＣ剤Ａ」という。）を用いることができる。または、オルガノシランとして、下記式（２）
【００６２】
【化２】
に示す、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（以下、「ＳＣ剤Ｂ」という。）を用いることができる。
【００６３】
表面処理工程では、気化器３１において例えばＳＣ剤Ａ又はＳＣ剤Ｂよりなる密着促進剤を気化させ、気化した密着促進剤ガスを供給管５０に形成された供給孔５０ａを介して処理容器２０内に供給する。
【００６４】
なお、図６に示すように、予めＳｉウェハよりなるウェハＷをＤＨＦ（希フッ酸）洗浄して表面を水素原子で終端した後、ＳＣ１（アンモニア過水）洗浄することによって、ウェハＷの表面をヒドロキシ基で終端することができる。
【００６５】
ここで、比較例として、ウェハＷを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理する場合を考える。図７は、比較例として表面にビアＶＨが形成されたウェハＷを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理した後のビアＶＨの周辺の状態を模式的に示す断面図である。
【００６６】
図７に示すように、比較例に係る表面処理では、ウェハＷを密着促進剤の液に浸漬させて表面処理するため、表面処理の後、密着促進剤が乾燥し、乾燥によって濃縮した密着促進剤ＳＣがビアＶＨの底に溜まる液溜まりが形成されることがある。例えば５４μｍの内径を有し、例えば５２μｍの深さを有するビアＶＨの場合、底から例えば１μｍの高さまで密着促進剤ＳＣの液溜まりが形成されるおそれがある。一方、本実施の形態に係る表面処理では、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスをウェハＷに供給するため、密着促進剤ＳＣがビアＶＨの底に溜まることがなく、ビアＶＨの底に密着促進剤ＳＣの液溜まりが形成されるおそれがない。
【００６７】
次に、ステップＳ１２では、搬送アーム１４ａにより、成膜容器６０内にウェハＷを搬入する（搬入工程）。図１に示した成膜装置１０の例では、搬送アーム１４ａにより、処理容器２０内に設けられた基板保持部２３から表面処理されたウェハＷを受け取る。そして、受け取ったウェハＷを搬送アーム１４ａにより成膜容器６０内に設けられた基板保持部６３に受け渡すことによって、成膜容器６０内にウェハＷを搬入する。
【００６８】
次に、ステップＳ１３では、成膜容器６０の内部を減圧する（減圧工程）。排気装置９６の排気能力又は排気装置９６と排気管９７との間に設けられている図示しない流量調整バルブを調整することにより、排気管９７を介して成膜容器６０を排気する排気量を増大させる。そして、成膜容器６０の内部を所定圧力例えば大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から例えば０．３Ｔｏｒｒに減圧する。
【００６９】
次に、ステップＳ１４では、ウェハの温度を、ウェハＷにポリイミド膜を成膜するときの所定温度（成膜温度）まで上昇させる（リカバリ工程）。ヒータ６２に電力を供給することによって、基板保持部６３に保持されているウェハＷの温度を成膜温度まで上昇させる。
【００７０】
次に、ステップＳ１５では、ポリイミド膜を成膜する（成膜工程）。
【００７１】
制御部１００により、供給管７３ａに第１の原料ガスを流す第１の流量Ｆ１と、内側供給管７３ｂに第２の原料ガスを流す第２の流量Ｆ２とを予め設定しておく。そして、設定した第１の流量Ｆ１で第１の原料ガス供給部７１ａから第１の原料ガスを供給管７３ａに流し、設定した第２の流量Ｆ２で第２の原料ガス供給部７１ｂから第２の原料ガスを内側供給管７３ｂに流すことによって、第１の原料ガスと第２の原料ガスとを所定の混合比で混合させた状態で成膜容器６０内に供給する。そして、ウェハＷの表面でＰＭＤＡとＯＤＡを重合反応させ、ポリイミド膜を成膜する。具体的には、例えば第１の流量Ｆ１を９００ｓｃｃｍとし、第２の流量Ｆ２を９００ｓｃｃｍとすることができる。
【００７２】
このときの、ＰＭＤＡとＯＤＡとの重合反応は、次の式（３）に従う。
【００７３】
【化３】
次に、ステップＳ１６では、第１の原料ガス供給部７１ａからのＰＭＤＡガスの供給及び第２の原料ガス供給部７１ｂからのＯＤＡガスの供給を停止し、成膜容器６０の内部をパージガスによりパージする（パージ工程）。
【００７４】
バルブ７１ｃを閉じ、第１の原料ガス供給部７１ａからの第１の原料ガスの供給を停止する。また、バルブ７１ｄを閉じ、第２の原料ガス供給部７１ｂからの第２の原料ガスの供給を停止する。そして、パージガス供給機構９０と排気機構９５とを制御することにより、成膜容器６０の内部の原料ガスをパージガスに置換する。
【００７５】
例えば、排気装置９６の排気能力又は排気装置９６と排気管９７との間に設けられている図示しない流量調整バルブを調整して排気量を増やすことにより、成膜容器６０の内部を例えば０．３Ｔｏｒｒに減圧する。その後、排気量を減少させるか、又は排気量を０にして排気を停止した状態で、成膜容器６０内の内部の圧力が例えば５．０Ｔｏｒｒになるまで、バルブ９３を開いてパージガス供給機構９０によりパージガスを成膜容器６０内に供給する。これにより、成膜容器６０内の原料ガスをパージガスに置換できる。また、排気機構９５による減圧と、パージガス供給機構９０によるパージガスの供給とを１回行った後、更に減圧とパージガスの供給を複数回繰り返してもよい。これにより、成膜容器６０内の原料ガスを、更に確実にパージガスに置換できる。
【００７６】
本実施の形態では、パージ工程において、ウェハＷ上に成膜されたポリイミド膜をヒータ６２により熱処理してもよい。熱処理は、成膜後、膜中のイミド化していない部分をイミド化するために行う。ポリイミドは高い絶縁性を有するため、膜中のポリイミドの割合であるイミド化率を上昇させることによって、成膜したポリイミド膜の絶縁性を向上させることができる。
【００７７】
次に、ステップＳ１７では、成膜容器６０の内部を大気圧に復圧する（復圧工程）。排気装置９６の排気能力又は排気装置９６と排気管９７との間に設けられている図示しない流量調整バルブを調整することにより、成膜容器６０を排気する排気量を減少させ、成膜容器６０の内部を例えば０．３Ｔｏｒｒから例えば大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）に復圧する。
【００７８】
なお、ポリイミド膜の熱処理は、ポリイミド膜を成膜した後、後述する搬出工程の前に、成膜容器の内部で行えばよく、復圧工程の際、又は、復圧工程の後に行ってもよい。
【００７９】
次に、ステップＳ１８では、成膜容器６０からウェハＷを搬出する（搬出工程）。図１に示した成膜装置１０の例では、搬送アーム１４ａにより、成膜容器６０内に設けられた基板保持部６３からポリイミド膜が成膜されたウェハＷを受け取る。そして、受け取ったウェハＷを搬送アーム１４ａによりロードロック１３Ａ、１３Ｂに受け渡す。更に、ローダ１２に設けられた図示しない搬送アームによりウェハＷをポート１１Ａ〜１１Ｃに収納することによって、成膜容器６０からウェハＷを搬出する。その後、成膜処理を終了する。
【００８０】
このようにして成膜したポリイミド膜について、密着性を評価するためのピール試験を行った。粘着テープとして、３．７Ｎ／ｃｍの粘着力を有する６１０−１ＰＫ（商品名：３Ｍ社製）を用い、ポリイミド膜が成膜されたウェハからポリイミド膜を剥がすピール試験を行った。そして、ピール試験後、ポリイミド膜が残った試験数をｎ１とし、全試験数をｎ０とするとき、（ｎ１／ｎ０）×１００により、ピール歩留を求めた。その結果を、気化器条件、表面処理条件とともに、表１に示す。
【００８１】
【表１】
表１では、水蒸気を供給する場合を上段に示し、水蒸気を供給しない場合を下段に示している。
【００８２】
表１に示すように、ＳＣ剤の気化量を０．３ｇ／時とし、水蒸気の気化量を１．６ｇ／分として供給し、９０℃のウェハ温度で６０秒表面処理したときは、ピール歩留は１００％であった。一方、ＳＣ剤の気化量を０．３ｇ／時とし、水蒸気を供給せず（水蒸気の気化量が０ｇ／分）、９０℃のウェハ温度で６０秒表面処理したときは、ピール歩留は０％であった。従って、本実施の形態による表面処理を行うことにより、ポリイミド膜の密着性が向上する。
【００８３】
以上より、表面に穴部が形成されているウェハを加熱した状態で密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された密着促進剤ガスと加熱されているウェハとを水分を含む雰囲気中で反応させることによって、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる。また、表面処理されたウェハ上に密着促進剤ガスと水蒸気とを供給することによって、密着性に優れたポリイミド膜を成膜することができる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、Ｓｉウェハの表面を処理する場合について説明した。しかし、本実施の形態に係る表面処理方法は、ガラス等各種の基板の表面を処理する表面処理に適用可能である。
（第２の実施の形態）
次に、図８から図１１を参照し、本発明の第２の実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法について説明する。
【００８５】
本実施の形態に係る成膜方法を行うための成膜装置は、ウェハの表面処理を行う表面処理装置と別に設けられており、成膜容器がバッチ処理を行うものである点で、第１の実施の形態に係る成膜方法を行うための成膜装置と相違する。
【００８６】
なお、本実施の形態においてウェハの表面処理を行う表面処理装置は、枚葉処理を行うものであり、例えば第１の実施の形態における表面処理部と同一とすることができるため、説明を省略する。
【００８７】
図８は、本実施の形態に係る表面処理方法及び成膜方法を行うための成膜装置１１０を概略的に示す縦断面図である。図９は、ローディングエリア１４０を概略的に示す斜視図である。図１０は、ボート１４４の一例を概略的に示す斜視図である。
【００８８】
成膜装置１１０は、載置台（ロードポート）１２０、筐体１３０、及び制御部１００を有する。
【００８９】
載置台（ロードポート）１２０は、筐体１３０の前部に設けられている。筐体１３０は、ローディングエリア（作業領域）１４０及び成膜容器６０ａを有する。ローディングエリア１４０は、筐体１３０内の下方に設けられており、成膜容器６０ａは、筐体１３０内であってローディングエリア１４０の上方に設けられている。また、ローディングエリア１４０と成膜容器６０ａとの間には、ベースプレート１３１が設けられている。
【００９０】
ベースプレート１３１は、成膜容器６０ａの後述する反応管１６１を設置するための例えばＳＵＳ製のベースプレートであり、反応管１６１を下方から上方に挿入するための図示しない開口部が形成されている。
【００９１】
載置台（ロードポート）１２０は、筐体１３０内へのウェハＷの搬入搬出を行うためのものである。載置台（ロードポート）１２０には、収納容器１２１、１２２が載置されている。収納容器１２１、１２２は、前面に図示しない蓋を着脱可能に備えた、複数枚例えば５０枚程度のウェハＷを所定の間隔で収納可能な密閉型収納容器（フープ）である。
【００９２】
また、載置台１２０の下方には、後述する移載機構１４７により移載されたウェハＷの外周に設けられた切欠部（例えばノッチ）を一方向に揃えるための整列装置（アライナ）１２３が設けられていてもよい。
【００９３】
ローディングエリア（作業領域）１４０は、収納容器１２１、１２２と後述するボート１４４との間でウェハＷの移載を行い、ボート１４４を成膜容器６０ａ内に搬入（ロード）し、ボート１４４を成膜容器６０ａから搬出（アンロード）するためのものである。ローディングエリア１４０には、ドア機構１４１、シャッター機構１４２、蓋体１４３、ボート１４４、基台１４５ａ、１４５ｂ、昇降機構１４６、及び移載機構１４７が設けられている。
【００９４】
なお、蓋体１４３及びボート１４４は、本発明における基板保持部に相当する。
【００９５】
ドア機構１４１は、収納容器１２１、１２２の蓋を取外して収納容器１２１、１２２内をローディングエリア１４０内に連通開放するためのものである。
【００９６】
シャッター機構１４２は、ローディングエリア１４０の上方に設けられている。シャッター機構１４２は、蓋体１４３を開けているときに、後述する成膜容器６０ａの開口１６３から高温の炉内の熱がローディングエリア１４０に放出されるのを抑制ないし防止するために開口１６３を覆う（又は塞ぐ）ように設けられている。
【００９７】
蓋体１４３は、保温筒１４８及び回転機構１４９を有する。保温筒１４８は、蓋体１４３上に設けられている。保温筒１４８は、ボート１４４が蓋体１４３側との伝熱により冷却されることを防止し、ボート１４４を保温するためのものである。回転機構１４９は、蓋体１４３の下部に取り付けられている。回転機構１４９は、ボート１４４を回転するためのものである。回転機構１４９の回転軸は蓋体１４３を気密に貫通し、蓋体１４３上に配置された図示しない回転テーブルを回転するように設けられている。
【００９８】
昇降機構１４６は、ボート１４４のローディングエリア１４０から成膜容器６０ａに対する搬入、搬出に際し、蓋体１４３を昇降駆動する。そして、昇降機構１４６により上昇させられた蓋体１４３が成膜容器６０ａ内に搬入されているときに、蓋体１４３は、後述する開口１６３に当接して開口１６３を密閉するように設けられている。そして、蓋体１４３に載置されているボート１４４は、成膜容器６０ａ内でウェハＷを水平面内で回転可能に保持することができる。
【００９９】
なお、成膜装置１１０は、ボート１４４を複数有していてもよい。以下、本実施の形態では、図８を参照し、ボート１４４を２つ有する例について説明する。
【０１００】
ローディングエリア１４０には、ボート１４４ａ、１４４ｂが設けられている。そして、ローディングエリア１４０には、基台１４５ａ、１４５ｂ及びボート搬送機構１４５ｃが設けられている。基台１４５ａ、１４５ｂは、それぞれボート１４４ａ、１４４ｂが蓋体１４３から移載される載置台である。ボート搬送機構１４５ｃは、ボート１４４ａ、１４４ｂを、蓋体１４３から基台１４５ａ、１４５ｂに移載するためのものである。
【０１０１】
ボート１４４ａ、１４４ｂは、例えば石英製であり、大口径例えば直径３００ｍｍのウェハＷを水平状態で上下方向に所定の間隔（ピッチ幅）で搭載するようになっている。ボート１４４ａ、１４４ｂは、例えば図１０に示すように、天板１５０と底板１５１の間に複数本例えば３本の支柱１５２を介設してなる。支柱１５２には、ウェハＷを保持するための爪部１５３が設けられている。また、支柱１５２と共に補助柱１５４が適宜設けられていてもよい。
【０１０２】
移載機構１４７は、収納容器１２１、１２２とボート１４４ａ、１４４ｂの間でウェハＷの移載を行うためのものである。移載機構１４７は、基台１５７、昇降アーム１５８、及び、複数のフォーク（移載板）１５９を有する。基台１５７は、昇降及び旋回可能に設けられている。昇降アーム１５８は、ボールネジ等により上下方向に移動可能（昇降可能）に設けられ、基台１５７は、昇降アーム１５８に水平旋回可能に設けられている。
【０１０３】
図１１は、成膜容器６０ａの構成の概略を示す断面図である。
【０１０４】
成膜容器６０ａは、例えば、複数枚の被処理基板例えば薄板円板状のウェハＷを収容して所定の処理例えばＣＶＤ処理等を施すための縦型炉とすることができる。成膜容器６０ａは、反応管１６１、ヒータ１６２、供給機構７０、パージガス供給機構９０及び排気機構９５を有する。
【０１０５】
反応管１６１は、例えば石英製であり、縦長の形状を有しており、下端に開口１６３が形成されている。ヒータ（加熱装置）１６２は、反応管１６１の周囲を覆うように設けられており、反応管１６１内を所定の温度例えば５０〜１２００℃に加熱制御可能である。
【０１０６】
供給機構７０は、第１の原料ガス供給部７１ａ、第２の原料ガス供給部７１ｂ、インジェクタ７２を含む。第１の原料ガス供給部７１ａ、第２の原料ガス供給部７１ｂは第１の実施の形態における供給機構７０と同様にすることができる。
【０１０７】
インジェクタ７２は、供給管７３ａ及び内側供給管７３ｂを含む。原料ガス供給部７１は、インジェクタ７２の供給管７３ａに接続されている。供給管７３ａと内側供給管７３ｂとは、上下方向に延在するように設けられている点を除き、第１の実施の形態に係るインジェクタ７２と同様にすることができる。すなわち、供給管７３ａには、複数の供給孔７５が形成されている。内側供給管７３ｂの下流側の端部付近には、供給管７３ａの内部空間に第１の原料ガスを供給するための開口７６が形成されている。
【０１０８】
パージガス供給機構９０は、パージガス供給部９１、パージガス供給管９２、及びバルブ９３を含み、第１の実施の形態におけるパージガス供給機構９０と同様にすることができる。排気機構９５は、排気装置９６及び排気管９７を含み、第１の実施の形態における排気機構９５と同様にすることができる。
【０１０９】
なお、図１０では、供給管７３ａに第１の原料ガス供給部７１ａから第１の原料ガスを供給し、内側供給管７３ｂに第２の原料ガス供給部７１ｂから第２の原料ガスを供給する例を示している。しかし、内側供給管７３ｂに第１の原料ガスを供給し、供給管７３ａに第２の原料ガスを供給してもよい。
【０１１０】
なお、制御部１００は、第１の実施の形態と同様にすることができる。
【０１１１】
本実施の形態に係る表面処理及び成膜処理も、図４を用いて説明した第１の実施の形態に係る表面処理及び成膜処理と同様の手順で行うことができる。
【０１１２】
始めに、成膜装置１１０により成膜処理を行う前に、例えば第１の実施の形態における表面処理部１５と同様に設けられた表面処理装置を用い、第１の実施の形態におけるステップＳ１１と同様に、密着促進剤による表面処理を行う。
【０１１３】
次に、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１２（搬入工程）を行う。
【０１１４】
図８に示した成膜装置１１０の例では、例えばローディングエリア１４０において、移載機構１４７により収納容器１２１からボート１４４ａへウェハＷを搭載し、ウェハＷを搭載したボート１４４ａをボート搬送機構１４５ｃにより蓋体１４３に載置することができる。そして、ボート１４４ａを載置した蓋体１４３を昇降機構１４６により上昇させて成膜容器６０ａ内に挿入することにより、ウェハＷを搬入することができる。
【０１１５】
次に、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１３（減圧工程）、ステップＳ１４（リカバリ工程）、ステップＳ１５（成膜工程）、ステップＳ１６（パージ工程）及びステップＳ１７（復圧工程）を行う。各工程は、成膜処理が枚葉処理に代えバッチ処理である点を除き、第１の実施の形態の成膜処理における各工程と同様にすることができる。
【０１１６】
次に、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１８（搬出工程）を行う。
【０１１７】
図８に示した成膜装置１１０の例では、例えばボート１４４ａを載置した蓋体１４３を昇降機構１４６により下降させて成膜容器６０ａ内からローディングエリア１４０に搬出することができる。そして、移載機構１４７により、搬出した蓋体１４３に載置されているボート１４４ａから収納容器１２１へウェハＷを移載することによって、ウェハＷを成膜容器６０ａから搬出することができる。その後、成膜処理を終了する。
【０１１８】
本実施の形態でも、表面に穴部が形成されているウェハを加熱した状態で密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された密着促進剤ガスと加熱されているウェハとを水分を含む雰囲気中で反応させることによって、ビアの底に液溜まりを形成せずに表面処理できる。また、密着促進剤ガスと水蒸気とを供給することによって、密着性に優れたポリイミド膜を成膜することができる。
【０１１９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０ 成膜装置
２０ 処理容器
２２ ヒータ（加熱装置）
２３ 基板保持部
３０ 密着促進剤供給機構
４０ 水蒸気供給機構
６０ 成膜容器
７０ 供給機構
９０ パージガス供給機構
９５ 排気機構
１００ 制御部
Ｗ ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に搬入されており、表面に穴部が形成されている基板の前記表面を、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスにより処理する表面処理方法において、
前記基板を加熱するとともに、前記処理容器内に前記密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された前記密着促進剤ガスと、加熱されている前記基板とを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、前記基板の表面を処理する表面処理工程を有する、表面処理方法。
【請求項２】
前記密着促進剤は、シランカップリング剤である、請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記シランカップリング剤は、オルガノシランを含有するものである、請求項２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記基板は、シリコン基板である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記シリコン基板は、表面が水酸基で終端されたものである、請求項４に記載の表面処理方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の表面処理方法により前記基板を処理する処理工程と、
前記処理工程の後、前記基板を成膜容器内に搬入する搬入工程と、
前記成膜容器内に原料ガスを供給することによって、前記成膜容器内に搬入されている前記基板に膜を成膜する成膜工程を有する、成膜方法。
【請求項７】
前記成膜工程は、前記成膜容器内に、酸二無水物よりなる第１の原料を気化させた第１の原料ガスと、ジアミンよりなる第２の原料を気化させた第２の原料ガスとを供給することによって、前記基板にポリイミド膜を成膜するものである、請求項６に記載の成膜方法。
【請求項１】
処理容器内に搬入されており、表面に穴部が形成されている基板の前記表面を、密着促進剤を気化させた密着促進剤ガスにより処理する表面処理方法において、
前記基板を加熱するとともに、前記処理容器内に前記密着促進剤ガスと水蒸気とを供給し、供給された前記密着促進剤ガスと、加熱されている前記基板とを、水分を含む雰囲気中で反応させることによって、前記基板の表面を処理する表面処理工程を有する、表面処理方法。
【請求項２】
前記密着促進剤は、シランカップリング剤である、請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記シランカップリング剤は、オルガノシランを含有するものである、請求項２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記基板は、シリコン基板である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記シリコン基板は、表面が水酸基で終端されたものである、請求項４に記載の表面処理方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の表面処理方法により前記基板を処理する処理工程と、
前記処理工程の後、前記基板を成膜容器内に搬入する搬入工程と、
前記成膜容器内に原料ガスを供給することによって、前記成膜容器内に搬入されている前記基板に膜を成膜する成膜工程を有する、成膜方法。
【請求項７】
前記成膜工程は、前記成膜容器内に、酸二無水物よりなる第１の原料を気化させた第１の原料ガスと、ジアミンよりなる第２の原料を気化させた第２の原料ガスとを供給することによって、前記基板にポリイミド膜を成膜するものである、請求項６に記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２０４５１９（Ｐ２０１２−２０４５１９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６４６２（Ｐ２０１１−６６４６２）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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