DE69838690T2

DE69838690T2 - Vorrichtung zum Härten einer Beschichtung und Vorrichtung zum Beschichten

Info

Publication number: DE69838690T2
Application number: DE1998638690
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Takeshita; Shinji Nagashima; Makoto Muramatsu; Yoji Mizutani; Kazutoshi Yano; Kyoshige Katayama
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: EP1523031B1; EP1523031A1; DE69838690D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Alterungseinheit zur Behandlung einer auf einem Substrat ausgebildeten Schicht gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Beschichtungvorrichtung zum Aufbringen einer Schicht, welche die Alterungseinheit aufweist.
Als Verfahren zur Bildung einer isolierenden Zwischenschicht eines Halbleiterbauelements sind chemische Aufdampfung (CVD) und thermische Oxidation bekannt. Andererseits gibt es außer diesen ein Verfahren, das als Sol-Gel-Verfahren bezeichnet wird. Bei diesem Sol-Gel-Verfahren wird eine Beschichtungsflüssigkeit mit darin dispergierten Kolloiden aus TEOS (Tetraethoxysilan; (Si(C2H5O)4)) in einem organischen Lösungsmittel, wie z. B. in Ethanollösung, auf die Oberfläche eines Halbleiterwafers (nachstehend einfach als Wafer bezeichnet) aufgetragen, die aufgetragene Schicht wird nach dem Gelieren getrocknet, um eine Siliciumoxidschicht zu erhalten. Die Beispiele dieses Sol-Gel-Verfahrens werden in den Offenlegungsschriften der japanischen Patenanmeldungen Nr. HEI-8-162450 und HEI-8-59362 offenbart.
Das Verhalten im Verlauf der Änderung der Überzugsschicht bei diesem Sol-Gel-Verfahren ist schematisch in 10A bis 10C dargestellt. Zunächst befinden sich die TEOS-Teilchen oder -Kolloide, wenn sie auf den Wafer aufgebracht werden, in einem dispergierten Zustand in einem Lösungsmittel 200 (10A). Dann wird in dieser Überzugsschicht durch Einwirkung einer basischen Atmosphäre oder durch Erhitzen die Polykondensation oder Hydrolyse des TEOS gefördert. Als Ergebnis geliert die Überzugsschicht zu einer netzartigen TEOS-Struktur 300 (10B).
Als nächstes wird zum Entfernen der in der Beschichtungsflüssigkeit enthaltenen Flüssigkeit das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch ein anderes Lösungsmittel 400 mit niedrigem Siedepunkt und niedriger Oberflächenspannung ersetzt (10C). Durch anschließendes weiteres Trocknen erhält man eine Überzugsschicht aus Siliciumoxid.
Übrigens wird ein in 10C dargestellter Schritt zum Austausch des Lösungsmittels ausgeführt, um Feuchtigkeit zu entfernen. Ferner wird der Schritt zum Austausch des Lösungsmittels mit dem Ziel ausgeführt, die Schicht hydrophob zu machen. Das heißt, da die OH-Gruppe zur Absorption der Feuchtigkeit neigt, wird die an einen endständigen Abschnitt der Si-O-Bindung gebundene OH-Gruppe durch eine andere organische Substanz ausgetauscht, indem die Schicht beispielsweise mit HMDS oder dergleichen gereinigt wird.
Ferner besteht eine weitere Aufgabe darin, das Zusammenfallen einer Schichtstruktur durch Verwendung eines Lösungsmittels von niedrigerer Oberflächenspannung als der von Ethanol zu unterdrücken, so daß beim Verdampfen des Lösungsmittels keine große Kraft auf die TEOS-Netzstruktur des ausgeübt wird.
Auf diese Weise werden durch das Sol-Gel-Verfahren zahllose winzige Poren in der Siliciumoxidschicht gebildet, in die Luft eindringt. Daher kommt die relative Dielektrizitätskonstante ⧠ der Oxidschicht derjenigen von Luft nahe. Daher wird der elektrische Widerstand der Oxidschicht, die solche winzigen Poren enthält, so hoch, daß er demjenigen von Luft nahekommt, wodurch eine ideale Isolierschicht entsteht.
Um ein solches Sol-Gel-Verfahren in einer konkreten Fertigungslinie anzuwenden, sind eine Beschichtungseinheit zum Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit auf einen Wafer, eine Alterungseinheit zum Gelieren der aufgetragenen Schicht durch Erhitzen des Wafers auf eine vorgegebene Temperatur, zum Beispiel auf 100°C, und eine Austauscheinheit zum Austauschen des Lösungsmittels in der aufgetragenen Schicht durch ein anderes Lösungsmittel notwendig. Ferner sind auch eine Vorbehandlungseinheit zum Durchführen der Vorbehandlung, wie zum Beispiel einer Hydrophobierungsbehandlung des Wafers, und eine Trocknungseinheit zum Trocknen des Wafers notwendig. Durch Anordnen einer Transportvorrichtung zum Transportieren der Wafer zwischen entsprechenden Einheiten wird dann eine Vorrichtung aufgebaut.
Nach dem Ausführen der Gelierbehandlung der aufgetragenen Schicht, ist es jetzt notwendig, daß durch Unterdrücken der Verdampfung des Lösungsmittels aus der aufgetragenen Schicht das Gelieren des TEOS nicht gestört wird. Dafür ist die Ausführung des Geliervorgangs in einem offenen System, wie bei dem herkömmlichen Verfahren, nicht wünschenswert. Statt dessen darf die Gelierbehandlung nur in einem abgedichteten Behälter mit einer Atmosphäre ausgeführt werden, die mit dem Dampf des Lösungsmittels gefüllt ist. Das heißt, nach dem Anordnen eines Wafers auf einem Tisch, der in dem abgedichteten Behälter auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt wird, darf nur Gas eingeleitet werden, das den Dampf des Lösungsmittels enthält.
Nun haben die Erfinder die Durchführung des Geliervorgangs mit einer Alterungseinheit 3 beispielsweise mit der in 11 dargestellten Struktur untersucht. Die Alterungseinheit 3 weist eine Heizplatte 30, eine mit einem Heizkörper versehene Abdeckung 33, einen Gaseinlaßweg 34 und einen Gasauslaßweg 35 auf.
Wie in 11 dargestellt, besteht in dieser Alterungseinheit 3 die Heizplatte 30 aus Keramik und enthält einen Heizkörper 3la.
Die Abdeckung 33 ist mit einem Heizkörper versehen. Diese Abdeckung 33 ist über ein Dichtungselement 32 eng mit einem Umfangsabschnitt der Heizplatte 30 verbunden und bildet zusammen mit der Heizplatte 30 einen abgedichteten Behälter, der eine Behandlungskammer S definiert.
In der Heizplatte 30 ist außen entlang dem Umfangsabschnitt des Wafers W schlitzförmig ein Gaseinlaß 34a ausgebildet. Dieser Gaseinlaß 34a durchdringt die Heizplatte 30 und ist mit einem Gaseinlaßweg 34 verbunden, auf dem Gas von außen eingeleitet wird.
Im Mittelabschnitt der Abdeckung 33 ist ein Absaugauslaß 35a angeordnet. Dieser Absaugauslaß 35a durchdringt die Abdeckung 33 und ist mit dem Auslaßweg 35 verbunden, der mit dem Außenraum in Verbindung steht. Zusätzlich zu der Alterungseinheit 3 sind beispielsweise 3 aufwärts und abwärts bewegliche Stifte 36 vorgesehen, und mit diesen aufwärts und abwärts beweglichen Stiften wird der Wafer W zwischen der Heizplatte 30 und der Position oberhalb der Heizplatte auf und ab bewegt.
Als hierbei zu verwendendes Gas wird ein Gas aus einer Lösungsmittelkomponente eingesetzt, zum Beispiel Ethylenglycoldampf, um die Verdampfung des Lösungsmittels innerhalb der Überzugsschicht zu unterdrücken, während die Atmosphäre für die Wärmebehandlung erhitzt wird.
Ferner ist der Gaseinlaßweg 34 so angeordnet, daß er die Heizplatte 30 durchdringt. Daher wird das Gas in den abgedichteten Behälter eingeleitet, nachdem es auf eine Temperatur von beispielsweise etwa 100°C oder eine Temperatur erhitzt wird, die dieser Temperatur sehr nahe kommt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Konzentration des Ethylenglycoldampfs beispielsweise gleich dem Sättigungsdampfdruck bei einer Behandlungstemperatur von etwa 100°C. Ferner kann zusätzlich zu dem Ethylenglycol gleichzeitig ein Gelierbeschleunigungsgas eingeleitet werden, zum Beispiel Ammoniakgas.
In einem solchen abgedichteten Behälter als der 11 dargestellten Alterungseinheit 3 tritt jedoch zu Beginn der Gaseinleitung das Problem auf, daß die Konzentration und die Temperatur des Gases schwanken, bis die Gaszufuhr einen stationären Zustand erreicht.
Falls ein Wafer bei einer vorgegebenen Temperatur verarbeitet wird, die höher als die Normaltemperatur ist, zum Beispiel 100°C, kommt außerdem, wie oben erwähnt, beim Einbringen des auf Raumtemperatur befindlichen Wafers in den abgedichteten Behälter mit vorgegebener Temperatur das Gas der Lösungsmittelkomponente, das in dem abgedichteten Behälter den Sättigungsdampfdruck aufweist, in Kontakt mit dem Wafer, und seine Temperatur nimmt ab. Als Ergebnis entsteht ein übersättigter Zustand, und das Gas wird wahrscheinlich aus der Lösungsmittelkomponente kondensieren. Wenn zum Beispiel Ethylenglycol auf dem Wafer kondensiert, nimmt die Dicke dieses Teils zu, wodurch das Problem auftritt, daß die Isolierschicht inhomogen wird.
Das erste Beispiel dient zur Lösung eines derartigen Problems.
Das heißt, ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht kann die Schwankung der Temperatur und die Konzentration zu Beginn der Gaseinleitung in einen abgedichteten Behälter unterdrücken, die Kondensation der Lösungsmittelkomponente unmittelbar nach dem Transport eines Substrats verhindern, z. B. nach dem Einbringen eines Wafers in den abgedichteten Behälter, und dadurch eine dünne Schicht, z. B. eine isolierende Zwischenschicht von hervorragender Qualität, eine Alterungseinheit und eine Beschichtungsvorrichtung erhalten.
Dafür weist ein Beschichtungsverfahren die folgenden Schritte auf:
einen Schritt zum Ausbilden einer Schicht durch Aufbringen einer Flüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide eines Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind, auf eine Oberfläche eines Substrats;
einen ersten Gelierschritt, um zusätzlich zum Einbringen des Substrats in einen abgedichteten Behälter das Substrat in einem Zustand zu gelieren, in dem das beschichtete Substrat einem Gas ausgesetzt wird, das Dampf des Lösungsmittels der Beschichtungsflüssigkeit in einer ersten mittleren Konzentration enthält; und
einen zweiten Gelierschritt zum Gelieren in einem Zustand, wo das Innere des abgedichteten Behälters mit einem Gas gefüllt ist, das den Dampf des Lösungsmittels der Beschichtungsflüssigkeit in einer zweiten mittleren Konzentration enthält, die höher ist als die erste mittlere Konzentration.
Ferner weist eine Alterungseinheit zur Ausführung dieses Schichtbildungsverfahrens auf:
eine Behandlungskammer, die ein Substrat aufnimmt, auf dem eine Schicht ausgebildet wird, die ein Lösungsmittel und Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente enthält;
einen Heizkörper zum Erhitzen des Substrats;
ein Trägergaszufuhrsystem, das der Behandlungskammer das Trägergas zuführt;
ein Lösungsmittelabgabesystem zur Abgabe eines Lösungsmittels zur Behandlungskammer;
ein Mischsystem zur Bildung eines Gasgemischs, das Dampf des Lösungsmittels aus dem Trägergaszufuhrsystem und dem Lösungsmittelabgabesystem enthält; und
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen der Konzentration des Lösungsmittels in dem Gasgemisch.
Ferner weist eine Schichtbildungsvorrichtung zur Ausführung des oben erwähnten Schichtbildungsverfahrens auf:
eine Beschichtungseinheit zum Aufbringen einer Flüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide eines Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente dispergiert sind, auf eine Substratoberfläche;
eine Alterungseinheit mit einer Behandlungskammer, die ein Substrat aufnimmt, auf dem eine Schicht gebildet wird, einen Heizkörper zum Erhitzen des Substrats, ein Trägergaszufuhrsystem, das der Behandlungskammer ein Trägergas zuführt, ein Lösungsmittelabgabesystem, welches das Lösungsmittel in die Behandlungskammer abgibt, ein Mischsystem, das ein Gasgemisch bildet, das Lösungsmitteldampf aus dem Trägergaszufuhrsystem und dem Lösungsmittelabgabesystem enthält, eine Einstellvorrichtung zum Einstellen der Konzentration des Lösungsmittels des Gasgemischs, und
eine Lösungsmittelaustauscheinheit, die das Lösungsmittel in der Überzugsschicht austauscht.
Bei dem oben erwähnten Verfahren ist die Temperatur des Gases, das im ersten Gelierschritt in den abgedichteten Behälter eingeleitet wird, vorzugsweise annähernd auf eine Temperatur einzustellen, die im Inneren des abgedichteten Behälters herrscht.
Nach dem Einbringen eines Substrats in einen abgedichteten Behälter wird die mittlere Konzentration der Lösungskomponente niedrig gehalten, bis die Temperatur des Substrats die vorgegebene Temperatur erreicht. Wenn andererseits die Temperatur des Substrats einen hohen Wert erreicht, wird die Konzentration der Lösungsmittelkomponente erhöht. Daher kann unmittelbar nach dem Einbringen des Substrats in den abgedichteten Behälter eine Kondensation der gasförmigen Lösungsmittelkomponente verhindert werden.
Übrigens wird vor dem Einbringen des Substrats in den abgedichteten Behälter während der Bildung eines Gemischs aus dem Dampf der Lösungsmittelkomponente und einem Trägergas vorzugsweise das Gasgemisch abgesaugt. Durch eine derartige Ausführung kann die Schwankung der Konzentration der Lösungsmittelkomponente und der Temperatur zu Beginn der Gaseinleitung unterdrückt werden.
Nachstehend werden konkrete Beispiele angeführt. Ein Schritt zum Gelieren von Teilchen oder Kolloiden der Überzugsschicht ist ein Schritt, in dem das Substrat erhitzt wird. Ferner wird das Gas, das in den abgedichteten Behälter eingeleitet werden soll, durch Vermischen eines Trägergases mit dem Dampf der Lösungsmittelkomponente hergestellt. Der erste Gelierschritt wird ausgeführt, indem die Durchflußgeschwindigkeit des Trägergases oder des Dampfes der Lösungsmittelkomponente oder beider reguliert wird. Ferner wird das Vermischen des Trägergases und des Dampfes der Lösungsmittelkomponente in einem Verdampfer ausgeführt, der Flüssigkeit der Lösungsmittelkomponente verdampft. Der erste Gelierschritt wird ausgeführt, indem die Durchflußgeschwindigkeit der in den Verdampfer eingeleiteten flüssigen Lösungsmittelkomponente reguliert wird.
In diesem Fall enthält der erste Gelierschritt den Schritt zur kontinuierlichen Konzentrationsänderung des Dampfen der Lösungsmittelkomponente. Ferner enthält der erste Gelierschritt den Schritt zum intermittierenden Vermischen des Dampfes der Lösungsmittelkomponente mit dem Trägergas.
Ferner enthält der zweite Gelierschritt den Schritt zum anschließenden Einbringen des Substrats in den abgedichteten Behälter nach Anführung des ersten Gelierschritts, Einleiten des Gases in den abgedichteten Behälter in einem Zustand, wo die mittlere Konzentration des Dampfes der Lösungsmittelkomponente höher ist als während des ersten Gelierschritts.
Ferner ist eine mittlere Konzentration des Lösungsmittels in dem Gas, dem das Substrat in jedem Schritt ausgesetzt wird, vorzugsweise die Konzentration, die dem Sättigungsdampfdruck bei der Substrattemperatur in jedem Schritt entspricht. Zum Beispiel ist die oben erwähnte erste mittlere Konzentration vorzugsweise die Konzentration, die dem Sättigungsdampfdruck bei der Substrattemperatur zum Zeitpunkt des Einbringens in den Behälter entspricht, und die zweite mittlere Konzentration ist vorzugsweise die Konzentration, die dem Sättigungsdampfdruck bei der Substrattemperatur während des Gelierens entspricht.
Der Grund dafür ist das Problem, daß, wenn die mittlere Konzentration des Lösungsmittels im Gas niedriger als der Sattigungsdampfdruck ist, das Lösungsmittel aus der auf das Substrat aufgebrachten Schicht verdampft, wodurch die Porenbildung in der Schicht erschwert wird.
Wenn andererseits die mittlere Konzentration des Lösungsmittels im Gas höher als der Sättigungsdampfdruck ist, entsteht das Problem, daß der Dampf auf dem Substrat oder an der Wand der Behandlungskammer kondensiert, die Kondensation auf dem Substrat zu einer Verschlechterung der Schichtqualität führt und die Kondensation an der Wand der Behandlungskammer gewöhnlich eine Verunreinigung der Vorrichtung oder ein Wiederanhalten an dem Substrat verursacht.
Als nächstes wird als zweites Beispiel die Bildung einer isolierenden Zwischenschicht durch Anwendung des in 10A bis 10C dargestellten Sol-Gel-Verfahrens untersucht.
Hier haben die Erfinder ferner versucht, das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch ein anderes Lösungsmittel 400 auszutauschen (10C). In diesem Austauschschritt des Lösungsmittels wird z. B. nach dem Austausch von Wasser in der Überzugsschicht durch Ethanol, HMDS (Hexamethyldisilan) zugeführt, um die OH-Gruppe zu entfernen, und schließlich wird ein Austausch durch Heptan ausgeführt.
Der Grund für die Verwendung von Heptan ist hier, das Zusammenfallen der Schichtstruktur zu unterdrücken, indem mit Hilfe eines Lösungsmittels von niedriger Oberflächenspannung vermieden wird, daß während der Verdampfung des Lösungsmittels eine hohe Energie an der Netzstruktur von TEOS angreift.
Bei der Anwendung eines solchen Sol-Gel-Verfahrens auf eine konkrete Fertigungslinie sind eine Beschichtungseinheit zum Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit auf einen Wafer, eine Geliereinheit zum Gelieren der Überzugsschicht und eine Austauscheinheit zum Austausch des Lösungsmittels in der Überzugsschicht durch ein anderes Lösungsmittel notwendig.
Im Lösungsmittelaustauschschritt haben die Erfinder wegen der oben erwähnten Verwendung von 3 Lösungsmitteln versucht, als Austauscheinheit eine herkömmliche Resistbeschichtungsvorrichtung zu verwenden.
Die Resistbeschichtungsvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
Die Vorrichtung weist auf: eine Vakuumspannvorrichtung 194, die nach oben und nach unten fahren kann und einen Wafer dreht, während sie ihn in horizontaler Lage hält, einen feststehenden Becher 195 und eine Düse 196 zur Abgabe eines Lösungsmittels auf den Wafer. Der feststehende Becher 195 ist so angeordnet, daß er den Wafer W auf der Spannvorrichtung 194 umgibt, und ein Öffnungsabschnitt an der Oberseite wird durch den Becher 195A geöffnet oder geschlossen.
Als Düse 196 sind drei Düseneinheiten 196a bis 196c angeordnet, die Ethanol, HMDS bzw. Heptan ausströmen lassen. Diese Düsen 196a bis 196c werden in dieser Reihenfolge aus Düsenaufnahmeabschnitten 198a bis 198c entnommen, indem sie durch einen Transportarm 197 ergriffen werden, und nach oben in Positionen rund um den Mittelabschnitt oberhalb des Wafers W transportiert.
Im Fall der Ausführung des Lösungsmittelaustauschschritts des Sol-Gel-Verfahrens mit einer derartigen Vorrichtung wird zunächst in einem Zustand mit geöffneter Abdeckung 195a der Wafer W zu der Spannvorrichtung 194 transportiert. Dann wird Ethanol am der Düse 196a auf den Wafer W getropft, danach wird der feststehende Becher 195 geschlossen, und der Wafer W wird gedreht. Auf diese Weise wird das Ethanol durch Zentrifugalkraft aber die gesamte Vorderfläche des Wafers W ausgebreitet. Danach wird die Abdeckung 195A geöffnet, und HMDS wird auf ähnliche Weise mit der Düse 196b auf die Oberfläche des Wafers W aufgebracht. Dann wird ferner Heptan durch die Düse 196c auf die Oberfläche des Wafers W aufgebracht, um die Behandlung auszuführen.
Da jedoch in der oben erwähnten Vorrichtung 3 Düseneinheiten 196, die für die entsprechenden Lösungsmittel vorbereitet sind, durch einen Transportarm 197 ergriffen werden, um sie zu transportieren, wenn das Lösungsmittel auf die Oberfläche des Wafers W aufgebracht wird, muß nach dem Transport der Düse 196a die Düse 196b transportiert werden. Das heißt, der Transportarm 197 mußte mehrmals wiederholt zwischen dem Düsenaufnahmeabschnitt 198 und einer Position oberhalb des Wafers W hin und hergehen. Ferner mußte jedesmal, wenn ein Lösungsmittel auf dem Wafer W ausgebreitet wurde, die Abdeckung 195a des feststehenden Bechers 195 geöffnet und geschlossen werden.
Daher kann im Anschluß an die Zufuhr eines Lösungsmittels das nächste Lösungsmittel unmöglich kontinuierlich zugeführt werden; die Zufuhr des Lösungsmittels wird unterbrochen, wodurch Leerlaufzeit entsteht.
Da außerdem bis zur nächsten Zufuhr des Lösungsmittels eine Fahrzeit des Transportarms 197 und eine Öffnungs-/Schließzeit der Abdeckung 195a verstreichen, wird eine gewisse Zeit benötigt.
Wenn zwischen dem Austausch der Lösungsmittel Zeit verstreicht und eine Leerlaufzeit bei der Zufuhr des Lösungsmittels auftritt, kommt das Lösungsmittel auf der Oberfläche des Wafers beispielsweise mit Luft in Kontakt. Daher tritt die Unannehmlichkeit auf, daß in der Luft enthaltene Feuchtigkeit in der Schicht eingeschlossen wird. Und als Ergebnis verschlechtert sich die Schichtqualität der gebildeten isolierenden Zwischenschicht.
Das zweite Beispiel dient zur Lösung eines solchen Problems.
Das heißt, ein Schichtbildungsverfahren weist auf: einen Schritt zur Durchführung des Austauschs von Lösungsmitteln, indem nacheinander zumindest mehrere Lösungsmittel auf einer Oberfläche eines Substrats verteilt werden, auf der eine Beschichtung auszubilden ist, ein Verfahren zur Ausbildung einer Schicht, eine Lösungsmittelaustauscheinheit und eine Schichtbildungsvorrichtung, in der ein vorhergehendes Lösungsmittel und ein nachfolgendes Lösungsmittel kontinuierlich zugeführt werden können, wodurch eine hervorragende Dünnschicht erzielt werden kann, wie z. B. eine isolierende Zwischenschicht.
Daher weist ein Schichtbildungsverfahren die folgenden Schritte auf:
einen Schritt zur Bildung einer Schicht auf einer Oberfläche eines Substrats durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide eines Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind;
einen Schritt zum Gelieren der Teilchen oder der Kolloide in der Überzugsschicht; und
einen Schritt zur Abgabe von mindestens zwei Arten von Austauschlösungsmitteln, die sich von dem oben erwähnten Lösungsmittel auf der Substratoberfläche unterscheiden, durch aufeinander folgendes Umschalten;
wobei das Umschalten des zuzuführenden Austauschlösungsmittels ausgeführt wird, indem die Abgabe des nachfolgenden Lösungsmittels gestartet wird, während das vorhergehende Austauschlösungsmittel abgegeben wird, und danach die Zufuhr des vorgehenden Austauschlösungsmittels unterbrochen wird.
Ferner weist eine Lösungsmittelaustauscheinheit zur Ausführung dieses Beschichtungsverfahrens auf:
einen Behandlungsbehälter, der ein Substrat aufnimmt, auf dem eine Schicht ausgebildet ist, die das Lösungsmittel und Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente enthält;
eine Schleuderspannvorrichtung, die das Substrat in seiner Anordnung im Behandlungsbehälter fixiert;
mehrere Lösungsmittelzufuhrsysteme, die Lösungsmittel an das Substrat abgeben; und
eine Umschaltvorrichtung zum Umschalten der mehreren Lösungsmittelabgabesysteme.
Ferner weist eine Schichtbildungsvorrichtung zur Ausführung des oben erwähnten Schichtbildungsverfahrens auf:
eine Beschichtungseinheit, die eine Schicht auf einer Substratoberfläche bildet, indem sie eine Flüssigkeit aufbringt, in der Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind;
eine Alterungseinheit zum Gelieren der Überzugsschicht; und
eine Lösungsmittelaustauscheinheit, bestehend aus einem Behandlungsbehälter, der ein Substrat aufnimmt, auf dem eine Schicht ausgebildet ist, die das Lösungsmittel und Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente enthält, einer Schleuderspannvorrichtung, die das Substrat in seiner Anordnung im Behandlungsbehälter fixiert, mehreren Lösungsmittelzufuhrsystemen, die Lösungsmittel zum Substrat abgeben, und einer Umschaltvorrichtung, welche die mehreren Lösungsmittelzufuhrsysteme umschaltet.
Da die Zufuhr des nachfolgenden Lösungsmittels beginnt, bevor die Zufuhr des vorhergehenden Lösungsmittels eingestellt wird, werden das vorhergehende Lösungsmittel und das nachfolgende Lösungsmittel ohne Unterbrechung kontinuierlich der Oberfläche der Überzugsschicht zugeführt. Daher wird in dem Lösungsmittelaustauschschritt die Zufuhr des Lösungsmittels zur Oberfläche des Substrats, auf der die Überzugsschicht ausgebildet ist, zu keiner Zeit unterbrochen. Daher kann das Auftreten einer Unannehmlichkeit wie z. B. derjenigen, die infolge der Unterbrechung der Lösungsmittelzufuhr und des Einschlusses von Feuchtigkeit in der Überzugsschicht auftritt, unterdrückt werden, was zur Bildung einer hervorragenden Dünnschicht auf dem Substrat führt.
In dem Lösungsmittelaustauschschritt können unter den mehreren Lösungsmittelarten mindestens 2 Arten von Lösungsmitteln aus einem gemeinsamen Lösungsmittelabgabeabschnitt auf ein Substrat aufgebracht werden, und jede der mehreren Lösungsmittelarten kann aus getrennten Lösungsmittelabgabeabschnitten auf das Substrat aufgebracht werden. Ferner werden in dem Lösungsmittelaustauschschritt z. B. Alkohol, eine Flüssigkeit zur hydrophobierenden Behandlung und ein Lösungsmittel mit niedrigerer Oberflächenspannung als der des in der Beschichtungsflüssigkeit enthaltenen Lösungsmittels in dieser Reihenfolge auf das Substrat aufgebracht.
Als nächstes wird als drittes Beispiel die Anwendung der Schleuderbeschichtung versucht, die bei der Resistbeschichtung als Auftragsverfahren angewandt wird. In dieser Einheit wird die Beschichtungsflüssigkeit auf den Mittelabschnitt des Wafers W aufgetropft, der an eine Schleuderspannvorrichtung angesaugt wird, die Schleuderspannvorrichtung wird in Drehung versetzt, um die aufgebrachte Schicht bzw. Überzugsschicht durch Zentrifugalkraft über die gesamte Oberfläche zu einem Überzug zu verdünnen.
Da während des Auftrags einer Beschichtungsflüssigkeit der Wafer mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, wird nun entlang der Oberfläche des Wafers ein Luftstrom erzeugt, der zum schnellen Verdampfen des Lösungsmittels in der Beschichtungsflüssigkeit führt. Daher wird versucht, das Verdampfen des Lösungsmittels durch Regulieren der Temperatur und Feuchtigkeit der Beschichtungseinheit und der Temperatur der Beschichtungsflüssigkeit zu unterdrücken. Es ist jedoch schwierig, die Verdampfung des Lösungsmittels ausschließlich durch Regulieren der Temperatur und der Feuchtigkeit ausreichend zu unterdrücken. Zusätzlich wird bei starker Verdampfung des Lösungsmittels das Gelieren des Lösungsmittels gestört, und die Schichtqualität der Siliciumoxidschicht verschlechtert sich.
Nachstehend werden ein Schichtbildungsverfahren, eine Beschichtungseinheit und eine Schichtbildungsvorrichtung beschrieben, die bei der Herstellung einer Schicht durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit mit einem darin dispergierten Ausgangsmaterial aus Schichtkomponenten in Form von Kolloiden oder Teilchen in einem Lösungsmittel auf das Substrat die Herstellung einer Dünnschicht von hervorragender Qualität ermöglichen, wie z. B. einer isolierenden Zwischenschicht.
Dafür weist das dritte Schichtbildungsverfahren die folgenden Schritte auf:
einen Schritt zur Schichtbildung durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind, auf einer Substratoberfläche unter einer Atmosphäre, die mit dem Lösungsmitteldampf gefüllt ist; und
einen Schritt zum Gelieren der Teilchen oder Kolloide in der Überzugsschicht;
wobei der Lösungsmitteldampf einen Dampf irgendeiner der Lösungsmittelkomponenten enthält.
Als Beispiel kann ein Schichtbildungsverfahren angeführt werden, das die folgenden Schritte aufweist:
einen Schritt zum Einbringen eines Substrats in einen Behandlungsbehälter von einem Einlaß aus;
einen Schritt zum Schließen des Einlasses des Behandlungsbehälters;
einen Schritt zum Füllen des Behandlungsbehälters mit Dampf eines Lösungsmittels;
einen Schritt zum Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente in dem Lösungsmittel dispergiert sind, auf die Oberfläche des Substrats in dem mit Dampf gerollten Behandlungsbehälter; und
einen Schritt zum Gelieren der Teilchen oder Kolloide in der aufgebrachten Schicht.
Als weiteres Beispiel des Verfahrens kann ein Schichtbildungsverfahren angeführt werden, das die folgenden Schritte aufweist:
einen Schritt zum Anordnen eines Substrats auf einem Drehtisch durch Einbringen in den Behandlungsbehälter vom Einlaß aus;
einen Schritt zum Schließen des Substrateinlasses des Behandlungsbehälters;
einen Schritt zum Einfüllen von Dampf durch Einleiten des Lösungsmitteldampfes in den Behandlungsbehälter;
einen Schritt, in dem bei gleichzeitiger Drehung des Drehtisches eine Beschichtungsflüssigkeit auf der Oberfläche des Substrats ausgebreitet wird, indem die Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente in dem Lösungsmittel dispergiert sind, auf eine Oberfläche des Substrats abgegeben wird; und
einen Schritt zum Gelieren der Teilchen oder Kolloide in der aufgebrachten Schicht.
Ferner weist eine Beschichtungseinheit zur Ausführung dieses Beschichtungsverfahrens auf:
einen Behandlungsbehälter, der ein Substrat aufnimmt;
eine Schleuderspannvorrichtung, die das Substrat in seiner Anordnung im Behandlungsbehälter fixiert;
eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse, die eine Beschichtungsflüssigkeit auf das Substrat abgibt;
ein Beschichtungsflüssigkeitszufuhrsystem, das eine Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente in dem Lösungsmittel dispergiert sind, an die Beschichtungsflüssigkeitsdüse abgibt;
eine Lösungsmitteldüse, die das Lösungsmittel in den Behandlungsbehälter abgibt; und
ein Lösungsmittelzufuhrsystem, welches das Lösungsmittel an die Lösungsmitteldüse abgibt.
Ferner weist eine Schichtbildungsvorrichtung zur Ausführung des oben erwähnten Schichtbildungsverfahrens auf:
eine Beschichtungseinheit, welche die Schicht auf dem Substrat ausbildet und einen Behandlungsbehälter, der ein Substrat aufnimmt, eine Schleuderspannvorrichtung, die das Substrat in seiner Anordnung in dem Behandlungsbehälter fixiert, eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse, welche die Beschichtungsflüssigkeit auf das Substrat abgibt, ein Beschichtungsflüssigkeitszufuhrsystem, das eine Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente in dem Lösungsmittel dispergiert sind, an die Beschichtungsflüssigkeitsdüse abgibt, eine Lösungsmitteldüse, die das Lösungsmittel in den Behandlungsbehälter abgibt, und ein Lösungsmittelabgabesystem aufweist, welches das Lösungsmittel an die Lösungsmitteldüse abgibt;
eine Alterungseinheit zum Gelieren der Überzugsschicht; und
eine Lösungsmittelaustauscheinheit, die das Lösungsmittel in der Überzugsschicht austauscht.
Nach der Ausbildung einer Schicht auf einer Substratoberfläche kann, während das Substrat weiterhin in einer mit Lösungsmitteldampf gefüllten Atmosphäre belassen wild, auf den Umfangsabschnitt des Substrats eine Reinigungsflüssigkeit zum Entfernen der Überzugsschicht aufgebracht werden, um die Überzugsschicht von dem Umfangsabschnitt zu entfernen.
In diesem Fall enthält das Lösungsmittel mehrere Arten von organischen Lösungsmitteln. Das dritte Beispiel schließt den Fall ein, wo der Dampf mindestens ein Dampf von mehreren organischen Lösungsmittelarten ist.
Zum Beispiel enthält das Lösungsmittel Ethylenglycol und Alkohol, und der Lösungsmitteldampf besteht aus Ethylenglycol. Das Ausgangsmaterial der Schichtkomponente ist beispielsweise ein Metallalkoxid.
Als nächstes wird im vierten Beispiel versucht, das oben erwähnte Sol-Gel-Verfahren in einer konkreten Fertigungslinie anzuwenden. Das heißt, die Erfinder versuchten, in dem Schichtbildungsschritt eine Schicht auszubilden, indem eine Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide von Tetraethoxysilan (TEOS) in dem Lösungsmittel dispergiert sind, annähernd auf den Drehungsmittelpunkt der Waferoberfläche aufgebracht wurde, der Wafer dann um einen vertikale Achse in Drehung versetzt wurde und dadurch mit Hilfe der Zentrifugalkraft der Drehung eine Beschichtungsflüssigkeit über die gesamte Oberfläche des Wafers ausgebreitet wurde.
Nach dem Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf den Wafer muß nun die Verdampfung des Lösungsmittels unterdrückt werden, um das Gelieren von TEOS nicht zu stören. Dafür wird als eine Lösungsmittelkomponente der Beschichtungsflüssigkeit ein Lösungsmittel verwendet, das einen hohen Siedepunkt aufweist und schwer zu verdampfen ist, wie z. B. Ethylenglycol.
Wegen der hohen Viskosität von Ethylenglycol verursacht jedoch seine Verwendung als Lösungsmittel einen Viskositätsanstieg der Beschichtungsflüssigkeit selbst.
Andererseits tritt auf der Oberfläche des Wafers, auf der eine isolierende Zwischenschicht gebildet wird, wegen der Anordnung der Aluminiumverdrahtung eine leichte Unebenheit auf. Daher ist nach dem Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Wafers, wie oben beschrieben, die Ausbreitung der Beschichtungsflüssigkeit wegen ihrer Viskosität ausschließlich durch Drehen des Wafers schwierig. Dementsprechend kann die Beschichtungsflüssigkeit schwer in die leichten Unebenheiten der Waferoberfläche eindringen, so daß das Problem auftritt, daß das Aufbringen einer Schicht auf die gesamte Waferoberfläche schwierig ist. In den letzten Jahren gab es eine Tendenz besonders zu feineren Strukturen. Mit fortschreitender Tendenz zu feineren Strukturen und abnehmender Breite der Aluminiumverdrahtung wird das Eindringen der Beschichtungsflüssigkeit noch schwieriger.
Das vierte Beispiel wurde ausgeführt, um dieses Problem zu lösen.
Das heißt, ein Gegenstand des vierten Beispiels besteht darin, ein Schichtbildungsverfahren, eine Beschichtungseinheit und eine Schichtbildungsvorrichtung bereitzustellen, in der sich die Beschichtungsflüssigkeit leicht auf die Oberfläche des Substrats aufbringen läßt, wodurch eine Schicht ausnahmslos über der gesamten Oberfläche des Substrats ausgebildet wird und als Ergebnis eine hervorragende Dünnschicht erzielt werden kann, wie z. B. eine isolierende Zwischenschicht.
Dafür weist ein Verfahren zur Schichtbildung gemäß dem vierten Beispiel die folgenden Schritte auf:
einen Schritt zum Aufbringen eines Lösungsmittels von niedrigerer Viskosität als derjenigen der Komponente mit der höchsten Viskosität unter den Lösungsmittelkomponenten der Beschichtungsflüssigkeiten, in denen die Teilchen oder Kolloide des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind und die das Ausgangsmaterial auflösen können, auf die Oberfläche des Substrats;
einen Schritt zum Ausbilden einer Schicht durch Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Substrats; und
einen Schritt zum Gelieren von Teilchen oder Kolloiden in der aufgebrachten Schicht.
Hierbei kann als Ausgangsmaterial Tetraethoxysilan verwendet werden. Ferner wird nach dem Gelierschritt auf die Substratoberfläche, auf der eine Schicht ausgebildet ist, ein anderes als das oben erwähnte Lösungsmittel aufgebracht, wodurch der Lösungsmittelaustauschschritt zum Austauschen des Lösungsmittels in der aufgebrachten Schicht durch das andere Lösungsmittel ausgeführt werden kann.
Ferner weist eine Beschichtungseinheit zur Ausführung dieses Schichtbildungsverfahren auf:
einen Behandlungsbehälter, der ein Substrat aufnimmt;
eine Schleuderspannvorrichtung, die das Substrat in seiner Position im Behandlungsbehälter fixiert;
eine Lösungsmitteldüse, die Lösungsmittel an das Substrat abgibt;
ein Lösungsmittelzufuhrsystem, welches das Lösungsmittel an die Lösungsmitteldüse abgibt;
eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse, welche die Beschichtungsflüssigkeit an das Substrat abgibt, dem das Lösungsmittel zugeführt wird; und
ein Beschichtungsflüssigkeitszufuhrsystem, das die Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide der Ausgangsmaterialien von Schichtkomponenten im Lösungsmittel dispergiert sind, an die Beschichtungsflüssigkeitsdüse abgibt.
Ferner weist eine Schichtbildungsvorrichtung zur Ausführung des oben erwähnten Schichtbildungsverfahrens auf:
eine Beschichtungseinheit, die einen Behandlungsbehälter aufweist, der ein Substrat aufnimmt, eine Schleuderspannvorrichtung, die das Substrat in seiner Anordnung im Behandlungsbehälter fixiert, eine Lösungsmitteldüse, die Lösungsmittel an das Substrat abgibt, ein Lösungsmittelzufuhrsystem, das Lösungsmittel an die Lösungsmitteldüse abgibt, eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse, die Beschichtungsflüssigkeit an das Substrat abgibt, dem das Lösungsmittel zugeführt wird, und ein Beschichtungsflüssigkeitszufuhrsystem, das die Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide der Ausgangsmaterialien von Schichtkomponenten in dem Lösungsmittel dispergiert sind, an die Beschichtungsflüssigkeitsdüse abgibt;
eine Alterungseinheit zum Gelieren der Überzugsschicht; und
eine Lösungsmittelaustauscheinheit zum Austausch des Lösungsmittels in der aufgebrachten Schicht.
In dem Schichtbildungsschritt wird vor dem Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit auf ein Substrat ein Lösungsmittel von niedrigerer Viskosität als derjenigen der Komponente mit der höchsten Viskosität unter den Lösungsmittelkomponenten der Beschichtungsflüssigkeit über der gesamten Oberfläche des Substrats aufgetragen. Dementsprechend werden, wenn die Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche aufgebracht wird, zunächst das Ausgangsmaterial der Beschichtungsflüssigkeit und Wasser in der über der gesamten Oberfläche des Substrats aufgebrachten Lösung aufgelöst.
Dadurch wird wegen der Vermischung der Beschichtungsflüssigkeit und der Lösung die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit niedrig. Folglich wird die Ausbreitung der Beschichtungsflüssigkeit auf dem Substrat erleichtert, die ausnahmslos über der gesamten Oberfläche des Substrats aufzubringen ist. Als Ergebnis kann eine Dünnschicht von hervorragender Qualität gebildet werden.
Gemäß dem Verfahren des vierten Beispiels kann als Lösung, die vor dem Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf die Substratoberfläche auf eine Substratoberfläche aufzubringen ist, eine Komponente mit niedrigerer als der höchsten Viskosität unter den oben erwähnten Lösungsmittelkomponenten verwendet werden. Da in diesem Fall eine Lösungsmittelkomponente aufgetragen ist, wenn die Beschichtungsflüssigkeit aufgebracht wird, vermischen sich diese Komponente und die Beschichtungsflüssigkeit wahrscheinlich leicht miteinander. Ferner treten bei ihrer Vermischung keine Blasen auf, und folglich kann eine Überzugsschicht von besserer Qualität gebildet werden. Ferner kann als Lösung, die vor dem Schritt zum Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Substrats auf die Substratoberfläche aufzubringen ist, Alkohol verwendet werden. Da Alkohol die oben erwähnten Ausgangsmaterialien und Wasser lösen kann, läßt sich die gleiche Wirkung erzielen wie bei dem oben erwähnten Verfahren gemäß der ersten Offenbarung des vierten Beispiels.
Als nächstes haben die Erfinder als fünftes Beispiel ein Verfahren zur Bildung einer isolierenden Zwischenschicht durch Anwendung des oben erwähnten Sol-Gel-Verfahrens untersucht.
Im Fall der Anwendung des oben erwähnten Sol-Gel-Verfahrens in einer konkreten Fertigungslinie wird im Schichtbildungsschritt die Beschichtungsflüssigkeit annähernd im Drehungsmittelpunkt der Waferoberfläche aufgebracht, und dann wird der Wafer in Drehung versetzt. Daher wird durch Ausbreiten der Beschichtungsflüssigkeit über die gesamte Waferoberfläche mittels der Zentrifugalkraft der Drehung eine Schicht gebildet. In diesem Fall wird die Beschichtungsflüssigkeit durch vorheriges Mischen von TEOS und Lösungsmittel hergestellt, das Flüssigkeitsgemisch (die Beschichtungsflüssigkeit) wird in einem Behälter oder dergleichen gespeichert, und die gespeicherte Beschichtungsflüssigkeit wird auf die Waferoberfläche aufgebracht.
Im Fall einer Schichtbildung mit der zuvor hergestellten und einem Behälter gespeicherten Beschichtungsflüssigkeit gibt es jedoch einige Fälle, wo durch Sichtprüfung Ungleichmäßigkeit der Schichtdicke oder der Schichtqualität festgestellt wird. Wie die Erfinder beobachtet haben, wurde im Falle der Beschichtungsflüssigkeit, die nach dem Vermischen von TEOS und dem Lösungsmittel eine bestimmte Zeit lang gestanden hat und dann auf den Wafer aufgebracht wurde, erfahrungsgemäß bestätigt, daß eine Verschlechterung der Schichtqualität auftrat. Dies ist ein Problem.
Das fünfte Beispiel wurde ausgeführt, um dieses Problem zu lösen.
Das heißt, ein Ziel des fünften Beispiels besteht darin, ein Schichtbildungsverfahren bereitzustellen, das die Verschlechterung der Schichtqualität der Überzugsschicht unterdrücken kann und als Ergebnis eine Dünnschicht, wie z. B. eine isolierende Zwischenschicht, von hervorragender Qualität erzielen kann.
Dafür weist ein Schichtbildungsverfahren die folgenden Schritte auf:
einen Schritt zum Vermischen einer ersten Flüssigkeit, die Teilchen oder Kolloide eines Ausgangsmaterials einer in Wasser unlöslichen oder schwer löslichen Schichtkomponente und Wasser enthält, und einer zweiten Flüssigkeit, die aus einem organischen Lösungsmittel besteht, das Wasser und die Schichtkomponente lösen kann;
einen Schritt, um nach Beendigung des oben erwähnten Mischens vor Ablauf der Zeit, in der sich die Qualität der durch das Mischen erzielten Schicht verschlechtert, das Flüssigkeitsgemisch, das die erste Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit enthält, auf die Oberfläche des Substrats aufzubringen; und
einen Schritt zum Gelieren der Teilchen oder der Kolloide in der auf das Substrat aufgebrachten Schicht.
Nach dem Vermischen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit wird vor Ablauf der Zeitspanne, in der sich die Schichtqualität der erhaltenen Überzugsschicht verschlechtert, z. B. innerhalb von 6 Minuten nach dem Mischen, die Beschichtungsflüssigkeit auf die Substratoberfläche aufgebracht. Dadurch kann eine Verschlechterung der Schichtqualität der Überzugsschicht unterdrückt werden, wodurch eine hervorragende Dünnschicht entsteht, wie z. B. eine Siliciumoxidschicht.
Nach einem Schritt zum Aufbringen des Flüssigkeitsgemischs, das nach Beendigung des Vermischens der ersten und zweiten Flüssigkeiten nicht während der Zeitspanne bis zur Verschlechterung der Schichtqualität stehenbleibt, kann vor dem Auftragen des Flüssigkeitsgemischs auf die Oberfläche des nächsten Substrats ein Schritt zum Reinigen des Mischungsabschnitts der ersten und zweiten Flüssigkeiten und der Innenseiten des Flüssigkeitswegs in Strömungsrichtung hinter dem Mischungsabschnitt mit einem organischen Lösungsmittel wie z. B. Alkohol ausgeführt werden.
In diesem Fall wird das Flüssigkeitsgemisch, das im Flüssigkeitsweg zurückgeblieben ist und für das die Zeit bis zur Verschlechterung der Schichtqualität nach dem Mischen abgelaufen ist, durch das organische Lösungsmittel entfernt. Daher wird bei Behandlung des nächsten Substrats das alte, im Flüssigkeitsweg zurückgebliebene Flüssigkeitsgemisch nicht aufgetragen, und folglich kann eine Verschlechterung der Schichtqualität unterdrückt werden.
Ferner kann bei Verwendung von Alkohol als organisches Lösungsmittel, da Alkohol die Ausgangsmaterialien der Schichtkomponenten und Wasser löst, die Reinigung der Innenseiten des Flüssigkeitswegs leicht ausgeführt werden.
Als nächstes haben die Erfinder ein weiteres Schichtbildungsverfahren mit Anwendung des oben erwähnten Sol-Gel-Verfahrens untersucht.
Das heißt, in dem oben erwähnten Sol-Gel-Verfahren wird nach dem Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf den Wafer, zum Beispiel durch Stehenlassen über Nacht, die Überzugsschicht geliert. Für die Massenproduktion sollte das Gelieren jedoch so schnell wie möglich ausgeführt werden. Als ein Verfahren dafür kann das Erhitzen des Wafers in Frage kommen, jedoch wird in diesem Fall das Lösungsmittel in der Überzugsschicht beim Verdampfen aktiviert.
Dafür haben die Erfinder die Ausführung des Gelierens beispielsweise bei Raumtemperatur unter Verwendung von Ammoniakgas (NH₃) untersucht, das Wasserdampf enthält.
Der Grund dafür, daß das Ammoniakgas Wasser enthält, ist der folgende. Ein Teil des wasserdampfhaltigen Ammoniakgases wird beim Anhaften an der Überzugsschicht ionisiert, beispielsweise gemäß NH₃ + H₂O → NH₄ ⁺ + OH^–
Das heißt, in Gegenwart von Wasser wird die basische Hydroxylgruppe gebildet. Ein Alkali ist ein Katalysator, der die Polykondensation beschleunigt und zum Gelieren beiträgt. Daher muß Wasserdampf enthalten sein. Außerdem ist bei einer Annäherung an den gesättigten Zustand wegen einer großen Wasserdampfmenge die Erzeugung einer großen Menge von OH-Gruppen zu erwarten, und entsprechend wird eine hohe Geliergeschwindigkeit in Betracht gezogen.
In 35 ist eine Vorrichtung dargestellt, die bei der Ausführung des Gelierens mit wasserdampfhaltigem Ammoniakgas in der Nähe des gesättigten Zustands eingesetzt wird.
Die Vorrichtung 501 weist auf: einen Tisch 511 zum Anbringen eines Wafers W, einen dicht verschließbaren Behandlungsbehälter 510 mit einem Dichtungselement 512 und einer Abdeckung 513, einen Behälter 521, in dem handelsübliches Ammoniakwasser 520 gespeichert wird (NH₄OH) (Ammoniakkonzentration: 30 Gew.-% bei Normaltemperatur), ein Einperlgaszuflußrohr 522 zum Einblasen von Ammoniakgas in Ammoniakwasser 520 in dem Behälter 521, einen Absaugauslaß 523 zum Absaugen des durch das Einperlen erzeugten Behandlungsgases und eine Rohrleitung 525, die den Absaugauslaß 523 mit dem an dem Auflagetisch 511 angeordneten Gaseinlaß 514 verbindet.
Bei Normaltemperatur enthält Ammoniakwasser etwa 33 Gew.-% Ammoniak im gesättigten Zustand. Wenn daher das Einblasen bei Normaltemperatur mit dem handelsüblichen Ammoniakwasser im Anlieferungszustand gestartet wird, dann wird zunächst Ammoniakgas in dem Ammoniakwasser absorbiert. Dabei wird kein Ammoniakgas entwickelt oder nicht in ausreichender Menge entwickelt, um die gewünschte Durchflußmenge zu erzielen; folglich dauert das Gelieren eine lange Zeit. Wenn ferner die Konzentration von Ammoniak in dem Ammoniakwasser annähernd 33 Gew.-% erreicht, dann wird der ammoniakgashaltige Wasserdampf in annähernd gesättigter Konzentration als Behandlungsgas entwickelt. Das entwickelte Behandlungsgas wird durch die Rohrleitung 525 in den Behandlungsbehälter 510 eingeleitet und durch einen Absaugweg 515 abgesaugt, der sich in einer Abdeckung 513 des Behandlungsbehälters 510 öffnet.
In dieser Vorrichtung wird jedoch, wie oben erwähnt, das handelsübliche Ammoniakwasser unverändert eingesetzt. Daher wird bei der Durchführung einer kontinuierlichen Behandlung des Wafers, wenn in dem Behälter 521 Ammoniakwasser 520 nachgefüllt wird, die Konzentration des Ammoniakwassers 520 vorübergehend abgesenkt, und Ammoniakgas wird absorbiert. Folglich wird kein Ammoniakgas entwickelt, oder wenn es entwickelt wird, kann die gewünschte Durchflußmenge nicht erzielt werden. Daher besteht das Problem, daß das Gelieren nicht abgeschlossen werden kann und folglich die gewünschte Schichtdicke und Schichtqualität nicht erzielt werden können.
Um dies zu verhindern, wird ein Verfahren in Betracht gezogen, bei dem unmittelbar vor dem Auffüllen von Ammoniakwasser die Gelierbehandlung unterbrochen wird und, nachdem die Entwicklung des Behandlungsgases wieder beginnt, das Gelieren wieder gestartet wird. Wenn man so vorgeht, tritt jedoch das Problem auf, daß der Nutzbarkeitsgrad der Vorrichtung abnimmt, wodurch auch der Durchsatz abnimmt.
Die Erfindung gemäß der vorliegenden Patentanmeldung dient zur Lösung eines solchen Problems.
Das heißt, eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, beim Gelieren der Überzugsschicht mit Ammoniakgas ein Gasbehandlungsverfahren bereitzustellen, das imstande ist, eine stabile Behandlung auszuführen und die zu behandelnden Objekte gleichmäßig zu behandeln.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das auch im Fall der Behandlung der zu behandelnden Gegenstände mit dem Behandlungsgas imstande ist, ohne Einschränkung im Fall der Ausführung der Gelierbehandlung mit einem Ammoniakgas eine stabile Behandlung auszuführen.
US-Patent Nr. 5670210 offenbart eine Schleuderbeschichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine erfindungsgemäße Alterungseinheit ist in Anspruch 1 definiert. Eine Schichtbildungsvorrichtung, die eine derartige Alterungseinheit aufweist, ist in Anspruch 4 definiert. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 und 3.
Da die Ammoniakkonzentration in Ammoniakwasser niedriger ist als die Sättigungskonzentration, wird hier, wenn Ammoniakwasser aufgefüllt wird, beim Durchblasen von Ammoniakgas dieses Ammoniakgas eine Weile durch Ammoniakwasser absorbiert. Daher dauert es eine gewisse Zeit, bis ammoniakgashaltiger Wasserdampf stabil erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird, wenn in dem vorhergehenden Behälter, z. B. im ersten Behälter, Ammoniakwasser aufgefüllt wird, Ammoniakgas aus dem nachfolgenden Behälter, z. B. dem zweiten Behälter entwickelt, und folglich wird die Zufuhr des ammoniakgashaltigen Wasserdampfs nicht unterbrochen, wodurch eine stabile Behandlung ausgeführt werden kann.
Ferner kann beim Umschalten des Wegs die Schwankung von Durchflußgeschwindigkeit und Druck des Ammoniakgases unterdrückt werden, indem der Strömungsleitwert des Wegs beim Gasdurchfluß aus dem vorhergehenden Behälter durch den Behandlungsbehälter, der Strömungsleitwert des Wegs beim Gasdurchfluß aus dem vorhergehenden Behälter durch den ersten Absaugweg, der Strömungsleitwert des Wegs beim Gasdurchfluß aus dem nachfolgenden Behälter durch den Behandlungsbehälter und der Strömungsleitwert des Wegs beim Gasdurchfluß aus dem nachfolgenden Behälter durch den zweiten Absaugweg aneinander angeglichen werden. Daher kann eine stabilere Behandlung ausgeführt werden.
Erfindungsgemäß kann die Schwankung von Durchflußmengen und Druck des Gases beim Umschalten des Gaswegs unterdrückt werden, und folglich kann eine stabile Behandlung ausgeführt werden.
Als nächstes wird ein weiteres Beispiel zur Anwendung bei der Erfindung beschrieben.
Wenn das oben beschriebene Sol-Gel-Verfahren in einer konkreten Fertigungslinie angewandt wird, werden eine Beschichtungseinheit zum Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit auf einen Wafer, eine Geliereinheit zum Gelieren der Überzugsschicht und eine Austauscheinheit zum Austausch des Lösungsmittels in der Überzugsschicht durch ein anderes Lösungsmittel benötigt.
Außerdem sind auch eine Vorbehandlungseinheit zum Ausführen einer Vorbehandlung, wie z. B. einer hydrophobierenden Behandlung des Wafers, und eine Trocknungseinheit zum Trocknen des Wafers notwendig. Die Vorrichtung wird aufgebaut, indem ferner ein Transportmechanismus zum Transport des Wafers zwischen entsprechenden Eknheiten angeordnet wird.
Wenn nun die Beschichtungsflüssigkeit auf den Wafer aufgebracht wird, verdampft das Lösungsmittel, das ein organisches Lösungsmittel ist. Bei starker Verdampfung besteht das Problem, dass die angestrebte Schichtdicke und Schichtqualität nicht erzielt werden können.
Das nachstehende Beispiel dient zur Lösung dieses Problems.
Die Schichtbildungsvorrichtung ist imstande, den folgenden Schritt so schnell wie möglich auszuführen, nachdem eine Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide eines Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind, auf ein Substrat aufgebracht wird, und eine hervorragende Dünnschicht herzustellen, wie z. B. eine isolierende Zwischenschicht.
Daher weist die Schichtbildungsvorrichtung auf: einen Beschichtungsabschnitt zur Ausbildung einer Schicht durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide eines Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind, auf ein Substrat; einen Gelierbehandlungsabschnitt, der in der Nachbarschaft dieses beschichteten Abschnitts angeordnet ist und die Teilchen oder Kolloide in der auf dem beschichteten Abschnitt ausgebildeten Überzugsschicht geliert; mehrere Vorbehandlungsabschnitte zur Vorbehandlung vor dem Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf das Substrat; mehrere Erhitzungsabschnitte zum Trocknen des Substrats nach der Behandlung im Gelierbehandlungsabschnitt; einen Aufnahmeabschnitt, der das Substrat von außen aufnimmt; einen Haupttransportabschnitt, der außer dem Transport durch den Vorbehandlungsabschnitt zum Beschichtungsabschnitt nach Empfang des Substrats vom Aufnahmeabschnitt das Substrat nach der Behandlung im Gelierbehandlungsabschnitt zum Erhitzungsabschnitt transportiert, und einen Hilfstransportabschnitt, der das im Beschichtungsabschnitt beschichtete Substrat zum Gelierbehandlungsabschnitt transportiert.
Das Substrat wird durch einen ausschließlichen Hilfstransportabschnitt vom Beschichtungsabschnitt zum Gelierbehandlungsabschnitt transportiert. Daher wird das Substrat unmittelbar nach dem Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit zum nächsten Schritt transportiert, wodurch das Verdampfen des Lösungsmittels unterdrückt werden kann, was zu einer Dünnschicht von hervorragender Schichtqualität führt.
Hierbei kann in der oben erwähnten Schichtbildungsvorrichtung auf dem Transportweg des Substrats im Hilfstransportabschnitt eine Einrichtung zum Einspeisen von Dampf einer Lösungsmittelkomponente, z. B. von Ethylenglycol, vorgesehen werden. Ferner können ein Gehäuse zum Abdecken des Beschichtungsabschnitts und des Gelierbehandlungsabschnitts und eine Einrichtung zum Einspeisen von Dampf der Lösungsmittelkomponente in das Gehäuse vorgesehen werden. In diesem Fall kann die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht beim Transport des Substrats weiter unterdrückt werden.
In der oben erwähnten Schichtbildungsvorrichtung kann ein Lösungsmittelaustausch-Behandlungsabschnitt vorgesehen werden, der in der Nachbarschaft des Gelierabschnitts angeordnet ist, dem im Gelierbehandlungsabschnitt behandelten Substrat ein anderes Lösungsmittel zuführt, das sich von dem oben erwähnten Lösungsmittel unterscheidet, und das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch ein anderes Lösungsmittel austauscht, und das im Gelierbehandlungsabschnitt behandelte Substrat kann durch einen Hilfstransportabschnitt zum Lösungsmittelaustausch-Behandlungsabschnitt transportiert werden. Da in diesem Fall die Zeitspanne verkürzt wird, während der eine hohe Oberflächenspannung des Lösungsmittels auf die Netzstruktur von TEOS einwirkt, wird das Zusammenfallen der Schichtstruktur unterdrückt, wodurch eine Dünnschicht von hervorragender Qualität entsteht.
Die Erfindung wird nachstehend durch die unter Bezugnahme auf die 1 und 32 bis 34 beschriebene Ausführungsform und unter weiterer Bezugnahme auf Hintergrundbeispiele erläutert, die in Verbindung mit den 2 bis 31, 34 und 36 bis 45 beschrieben werden. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht, die schematisch eine Gesamtkonfiguration eines Beispiels einer Schichtbildungsvorrichtung darstellt;
2A, 2B, 2C und 2D Diagramme zur Erläuterung des Behandlungsablaufs bei der Bildung einer Schicht, wobei die oben erwähnte Schichtbildungsvorrichtung verwendet wird;
3 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Alterungseinheit und einer Gaszufuhreinrichtung in der oben erwähnten Schichtbildungsvorrichtung;
4 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Ablaufs einer Gelierbehandlung darstellt;
5 ein Kennliniendiagramm, das die Änderung der Wafertemperatur und der Konzentration des Lösungsmitteldampfs beim Stehen des Wafers während der Gelierbehandlung darstellt;
6 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels der Gaszufuhreinrichtung;
7 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels der Gaszufuhreinrichtung;
8 ein Kennliniendiagramm, das die zeitliche Änderung der Wafertemperatur und der Konzentration des Lösungsmitteldampfs während der Gelierbehandlung bei Verwendung der in 7 dargestellten Gaszufuhreinrichtung darstellt;
9 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels der Gaszufuhreinrichtung;
10A, 10B und 10C Diagramme zur Erläuterung der Änderungssituation einer Überzugsschicht beim Sol-Gel-Verfahren;
11 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Alterungseinheit, die gegenwärtig von den Erfindern untersucht wird;
12 eine Seitenansicht eines Profils, die ein Beispiel einer Lösungsmittelaustauscheinheit darstellt, in der ein Lösungsmittelaustauschschritt praktisch ausgeführt wird;
13 eine Draufsicht, die eine Düse für die Lösungsmittelzufuhr darstellt, die in der oben erwähnten Lösungsmittelaustauscheinheit verwendet wird;
14 ein Diagramm, das eine Folge von Zeittakten zum Schließen und Öffnen von Ventilen darstellt;
15 eine Seitenansicht eines Profils, die ein weiteres Beispiels einer Lösungsmittelaustauscheinheit darstellt, in der ein Lösungsmittelaustauschschritt praktisch ausgeführt wird;
16 eine Draufsicht, die einen Lösungsmitteldosierabschnitt darstellt, der in der Lösungsmittelaustauscheinheit verwendet wird;
17 eine Seitenansicht eines Profils, die ein weiteres Beispiel einer Lösungsmittelaustauscheinheit darstellt, in der ein Lösungsmittelaustauschschritt praktisch ausgeführt wird;
18 eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Resistbeschichtungsvorrichtung darstellt;
19 eine Seitenansicht eines Profils, die eine Schichtbildungsvorrichtung darstellt;
20 eine Draufsicht eines Schnitts entlang der Linie A-A der Beschichtungseinheit von 19;
21A, 21B und 21C Ablaufdiagramme, die sequentiell einen Teil eines Verfahrensbeispiels nach einem Verfahren des dritten Beispiels darstellen;
22A, 22B und 22C sind Ablaufdiagramme, die Prozesse im Anschluß an die in 21A bis 21C gezeigten Prozesse darstellen;
23 eine auseinandergezogene Darstellung, die eine Situation darstellt, wo die Überzugsschicht des Umfangsabschnitts eines Wafers durch eine Kantenspülbehandlung entfernt wird;
24A und 24B Ablaufdiagramme, die Prozesse nach der Beschichtungsbehandlung darstellen;
25 eine Seitenansicht eines Profils, die ein Beispiel darstellt, in dem ein Dreiwegeventil an einem Lösungsmitteldampfzuflußrohr der Beschichtungseinheit in der Schichtbildungsvorrichtung befestigt ist;
26 eine Seitenansicht eines Profils, die ein Beispiel einer Beschichtungseinheit darstellt, wo das Schichtbildungsverfahren praktisch ausgeführt wird;
27A, 27B, 27C und 27D Ablaufdiagramme zur Erläuterung des Lösungsmittelaustauschvorgangs;
28A und 28B Ablaufdiagramme zur Erläuterung eines Geliervorgangs und eines Lösungsmittelaustauschvorgangs;
29 eine Seitenansicht eines Profils, die ein Beispiel einer Beschichtungseinheit darstellt, in der die zur Schichtbildung führende Behandlung ausgeführt wird;
30A, 30B, 30C und 30D Ablaufdiagramme zur Erläuterung der Schichtbildungsbehandlung;
31 ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen Beschichtungsflüssigkeiten und Schichtqualität der Überzugsschicht darstellt;
32 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Alterungseinheit in der die Erfindung verwirklichenden Schichtbildungsvorrichtung;
33 eine schematische Darstellung eines Beispiels des Gasströmungswegs in der in 32 dargestellten Alterungseinheit;
34 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels des Gasströmungswegs in einer Alterungseinheit;
35 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Alterungseinheit;
36 eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform einer Schichtbildungsvorrichtung nach einem weiteren Beispiel darstellt;
37 eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Beschichtungs-/Alterungseinheit der Schichtbildungsvorrichtung darstellt;
38 eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Beschichtungseinheit der Beschichtungs-/Alterungseinheit darstellt;
39 eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Alterungseinheit der Beschichtungs-/Alterungseinheit darstellt;
40 eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Lösungsmittelaustauscheinheit der Schichtbildungsvorrichtung darstellt;
41 eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer Beschichtungs-/Alterungseinheit darstellt;
42 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Beschichtungs-/Alterungseinheit darstellt;
43 eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer Schichtbildungsvorrichtung darstellt;
44 eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer Schichtbildungsvorrichtung darstellt; und
45 eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer Schichtbildungsvorrichtung darstellt.
In der Beschreibung der Zeichnungen dürfte klar sein, daß Beispiel 8 die Erfindung verwirklicht, während die Beispiele 1 bis 7 und 9 dies nicht tun.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht als auf den Bereich der folgenden Beispiele beschränkt aufzufassen, sondern auf den in den Ansprüchen 1 bis 4 definierten Umfang der Erfindung.
BEISPIEL 1
1 zeigt eine Draufsicht, die schematisch eine Schichtbildungsvorrichtung darstellt, die bei der praktischen Ausführung des Verfahrens von Beispiel 1 eingesetzt wird.
Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Eintritts-/Austrittsöffnung für Wafer W, die Substrate sind. An dieser Eintritts-/Austrittsöffnung 11 entnimmt ein Transportarm 12 einen Wafer W aus einer Kassette C, die auf einem Kassettentisch CS angeordnet ist, und übergibt den Wafer an einem Hauptarm 13.
Auf einer Seite von Führungsschienen 14, die den Transportweg eines Hauptarms 13 bilden, sind eine Beschichtungseinheit 2, die einen Beschichtungsabschnitt darstellt, der einen Hauptabschnitt der Vorrichtung bildet, zusammen mit einer Alterungseinheit 3, die einen Gelierbehandlungsabschnitt bildet, und einer Lösungsmittelaustauscheinheit 4, die einen Lösungsmittelaustauschabschnitt bildet, in dieser Reihenfolge angeordnet. Außerdem sind auf der anderen Seite des Transportwegs 14 Behandlungseinheiten U1 bis U4 angeordnet. Diesen Behandlungseinheiten U1 bis U4 sind Einheiten zur Durchführung einer Hydrophobierungsbehandlung, die dem Auftrag einer Beschichtungsflüssigkeit auf das Substrat vorausgeht, einer Abkühlungsbehandlung bzw. einer Wärmebehandlung (Trocknungsbehandlung) nach der Ausbildung einer Schicht auf dem Substrat oder dergleichen zugeordnet.
Nachstehend wird der gesamte Vorgang von Beispiel 1 beschrieben, das diese Schichtbildungsvorrichtung verwendet.
In 2A bis 2D ist der Behandlungsablauf zur Ausbildung einer Schicht der Reihe nach schematisch dargestellt. Ein unbehandelter Wafer W, der durch einen Hauptarm 13 aus dem Inneren einer Kassette C eines Kassettentischs CS entnommen wird, wird in einer Beschichtungseinheit 2 abgelegt. In der Beschichtungseinheit 2 wird dann eine Beschichtungsflüssigkeit T auf eine Oberfläche des Wafers W aufgetropft (2A). Als Beschichtungsflüssigkeit kann eine Flüssigkeit verwendet werden, in der Kolloide und/oder Teilchen, beispielsweise aus TEOS (Tetraoxysilan) in einem Lösungsmittel dispergiert sind, das Ethylenglycol, Ethylalkohol, Wasser und eine Spur Chlorwasserstoffsäure enthält.
Anschließend wird das Innere der Beschichtungseinheit 2 mit Dampf des Lösungsmittels gefüllt, beispielsweise von Ethylenglycol. Wenn in diesem Zustand der Wafer mit hoher Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, dann wird die Beschichtungsflüssigkeit über die Waferoberfläche ausgebreitet und bildet eine Überzugsschicht F (2B).
Dann wird der Wafer W auf einer Heizplatte 31 der Alterungseinheit angeordnet, und anschließend wird zum Abdichten eine Abdeckung 33 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Wafer W durch die Heizplatte 31 auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt, beispielsweise von etwa 100°C. Danach werden Ethylenglycoldampf und ein Trägergas in die Alterungseinheit 3 eingeleitet, um die Überzugsschicht zu gelieren (2C).
Dann wird in der Lösungsmittelaustauscheinheit 4 mit Ethylalkohol, HMDS (Hexamethyldisilan) und Heptan ein Lösungsmittelaustausch der gelierten Schicht durchgeführt. Durch diesen Lösungsmittelaustausch wird die Feuchtigkeit in der Überzugsschicht durch Ethylalkohol ersetzt. Ferner werden durch HMDS Hydroxylgruppen in der aufgetragenen Schicht entfernt. Ferner wird das Lösungsmittel in der aufgetragenen Schicht durch Heptan ersetzt. Der Grund für die Verwendung von Heptan ist, daß durch die Verwendung eines Lösungsmittels mit niedrigerer Oberflächenspannung die Spannung vermindert werden kann, die an einer porösen Struktur, d. h. einer Netzstruktur von TEOS angreift. Dadurch wird ein Zusammenfallen der Netzstruktur verhindert. Der Zustand bis zu diesem Schritt ist in 2D dargestellt. Danach wird der Wafer W in einer Trocknungseinheit behandelt, beispielsweise etwa 1 Minute lang. Auf diese Weise wird auf der Oberfläche des Wafers W eine Isolierzwischenschicht gebildet, die aus einer Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von beispielsweise 6000 Å besteht.
In 3 ist ein Beispiel der Alterungseinheit (des Gelierbehandlungsabschnitts) 3 und einer Gaszufuhreinrichtung 5 dargestellt, die beide wesentliche Teile des vorliegenden Beispiels sind. Wie in 3 gezeigt, ist die Gaszufuhreinrichtung 5 mit einem Gaseinlaßweg 34 der Alterungseinheit 3 verbunden.
Die Gaszufuhreinrichtung weist einen Gasmengendurchflußregler 51, einen Flüssigkeitsmengendurchflußregler 52, einen Verdampfer 53, ein Dreiwegeventil 54 und Rohre oder Röhren auf, welche diese Einrichtungen verbinden.
Der Gasmengendurchflußregler 51 regelt die Durchflußmenge des Trägergases, das aus einem Stickstoffgas oder einem Ammoniakgas besteht, das von einer Trägergaszufuhreinrichtung (in der Figur nicht dargestellt) zugeführt wird.
Der Flüssigkeitsmengendurchflußregler 52 regelt die Durchflußmenge des Lösungsmittels, wie z. B. Ethylenglycol, die aus einer Lösungsmittelabgabevorrichtung (in der Figur nicht dargestellt) abgegeben wird.
Ein Verdampfer 53 verdampft das Lösungsmittel, dessen Durchflußmenge durch den Gasmengendurchflußregler 51 und den Flüssigkeitsmengendurchflußregler 52 geregelt wird.
Das Dreiwegeventil 54 schaltet die Förderrichtung des Gases, das Dampf der durch den Verdampfer 53 verdampften Lösungsmittelkomponente enthält, zwischen der Kammerseite und der Auslaßseite der Alterungseinheit 3 um.
Die Alterungseinheit 3 weist eine Konfiguration auf, die identisch mit derjenigen der in 11 dargestellten Einheit ist.
Daher wird eine ausführliche Beschreibung der Alterungseinheit 3 hier weggelassen. Übrigens wird das Gas von dem Gaseinlaßweg 34 in einem Verteilungsraum 34a verteilt und aus einem Gaseinlaß 34b, der in Umfangsrichtung schlitzförmig ausgebildet ist, in einen Behandlungsraum eingeleitet.
Als nächstes wird der Ablauf der Gelierbehandlung beschrieben.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm der Gelierbehandlung. Zunächst wird ein Dreiwegeventil 54 zur Auslaßseite geschaltet. Dann werden ein Trägergas und ein Lösungsmittel aus einer Trägergaszufuhreinrichtung (in der Figur nicht dargestellt) bzw. einer Lösungsmittelzufuhreinrichtung (in der Figur nicht dargestellt) zugeführt. Dann wird in dem Verdampfer 53 ein Gasgemisch aus Dampf der Lösungsmittelkomponente und dem Trägergas gebildet. Das so erzeugte Gasgemisch wird durch das Dreiwegeventil 54 abgesaugt (Schritt 1).
Wenn der Erzeugungszustand, wie z. B. die Konzentration, die Temperatur oder dergleichen, des Gasgemischs stabil wird, wird in der Beschichtungseinheit 2 der Wafer W mit einer darauf aufgetragenen Schicht auf die Heizplatte 31 aufgelegt, die auf der vorgegebenen Temperatur gehalten wird, und die Abdeckung 33 wird geschlossen (Schritt 2).
Dann wird das Dreiwegeventil 54 zur Kammerseite umgeschaltet. Eine Zeitlang nach dem Umschalten zur Kammerseite, d. h. bis der Gaseinlaßweg 34 der Alterungseinheit 3 und das Innere der Behandlungskammer S durch das Gasgemisch gefüllt werden, wird die Konzentration der Lösungsmittelkomponente in dem Gasgemisch auf die Sättigungskonzentration bei der Behandlungstemperatur, z. B. bei 100°C, reguliert (Zeitpunkt A in 5).
Nach der allmählichen Erhöhung der Temperatur des Wafers W von der Normaltemperatur aus, um das Innere der Behandlungskammer S mit dem Gasgemisch zu füllen, bis die Temperatur des Wafers W die vorgegebene Temperatur T₀ erreicht, z. B. 100°C, wird dann die mittlere Konzentration der Lösungsmittelkomponente in dem Gasgemisch erniedrigt (Zeitpunkt B in 5). Während der Zeitspanne, in der die Lösungsmittelkonzentration niedrig ist, wird mit der Erhöhung der Wafertemperatur die Konzentration der Lösungsmittelkomponente kontinuierlich erhöht. Die Konzentration der Lösungsmittelkomponente wird vorzugsweise so geregelt, daß der Partialdruck der Lösungsmittelkomponente immer gleich dem Sättigungsdampfdruck bei der Wafertemperatur ist, d. h. gleich 100% (Schritt S3).
Übrigens kann die Konzentrationsregelung der Lösungsmittelkomponente durch Regelung der Durchflußmenge des Trägergases mit dem Gasmengendurchflußregler 51 ausgeführt werden. Oder sie kann durch Regelung des Flüssigkeitsmengendurchflußreglers 52 ausgeführt werden. Ferner können beide Regler gleichzeitig verwendet werden.
Wenn die Temperatur des Wafers W die vorgegebene Temperatur erreicht hat, wird kontrolliert, ob die Konzentration der Lösungsmittelkomponente gleich der Sättigungskonzentration ist (100%) (Schritt 4). Dann wird dieser Zustand gehalten, bis die Gelierbehandlung der aufgetragenen Schicht abgeschlossen ist (Zeitpunkt C in 5). Danach wird durch Umschalten des Dreiwegeventils 54 zur Auslaßseite das vom Verdampfer 53 zugeführte Gas abgelassen (Schritt S5). Dann wird durch Öffnen der Abdeckung 33 der Alterungseinheit 3 der Wafer W aus der Alterungseinheit 3 entnommen (Schritt 6). Damit ist die Gelierbehandlung beendet.
Da gemäß Beispiel 1 nach der Stabilisierung des Erzeugungszustands des Gasgemischs das Gasgemisch in einen abgedichteten Behälter der Alterungseinheit 3 eingeleitet wird, kann zu Beginn der Gaseinleitung die Schwankung der Konzentration und der Temperatur der Lösungsmittelkomponente unterdrückt werden. Ferner wird, bis die Temperatur des Wafers nach dem Transport des Wafers in den abgedichteten Behälter auf die vorgegebene Temperatur erhöht wird, die Gaskonzentration der Lösungsmittelkomponente in dem Gasgemisch allmählich entsprechend der Temperatur des Wafers erhöht. Daher kann verhindert werden, daß das Gas der Lösungsmittelkomponente unmittelbar nach dem Einbringen des Wafers W in den abgedichteten Behälter kondensiert, wodurch man eine hervorragende Dünnschicht erhalten kann, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.
In 6 ist ein anderes Beispiel der Gaszufuhreinrichtung dargestellt. Gemäß der Darstellung in 6 weist die Gaszufuhreinrichtung 6 einen Gasmengendurchflußregler 61, ein Zweiwegeventil 62, eine Kammer 63, einen Heizkörper 64, eine Zuflußleitung 65, einen Gasmengendurchflußregler 66, ein Zweiwegeventil 66a, ein Zweiwegeventil 67 und Rohre oder Röhren auf, welche die Verbindungen dazwischen herstellen.
Der Gasmengendurchflußregler 61 regelt die Durchflußmenge des Trägergases, das aus einem Stickstoffgas, einem Ammoniakgas oder dergleichen besteht, das von der Trägergaszufuhreinrichtung (in der Figur nicht dargestellt) zugeführt wird.
Das Zweiwegeventil 62 schaltet zwischen Zufuhr oder Sperrung des Trägergases um, dessen Durchflußmenge zu einer Kammer der Alterungseinheit 3 durch den Gasmengendurchflußregler 61 geregelt wird.
Der Behälter 63 speichert das Lösungsmittel, wie z. B. Ethylenglycol oder dergleichen.
Der Heizkörper 64 erhitzt das Lösungsmittel.
Die Zuflußleitung 65 dient zum Einleiten eines Spülgases, wie z. B. eines Stickstoffgases (N₂-Gases), das von der Spülgaszuflußeinrichtung (in der Figur nicht dargestellt) zugeführt wird, in das Lösungsmittel, wie z. B. in Ethylenglycollösung.
Der Gasmengendurchilußregler 66 dient zur Regelung der Durchflußmenge des Lösungsmitteldampfs, der durch einen Behälter 63 erzeugt wird, der ein Erhitzungs-Gasentwickler ist.
Das Zweiwegeventil 66a dient zum Umschalten zwischen Zufluß und Sperrung des Lösungsmitteldampfs, dessen Durchflußmenge durch den Mengendurchflußregler 66 geregelt wird.
Das Zweiwegeventil 67 schaltet zwischen Auslaß und Sperrung des durch den Erhitzungs-Gasentwickler erzeugten Lösungsmitteldampfs um.
Das Trägergas und der Lösungsmitteldampf werden nach dem Mischen in die Kammer 3 eingeleitet.
Falls die in 6 dargestellte Gaszufuhreinrichtung verwendet wird, dann wird beispielsweise gleichzeitig mit dem Öffnen der Zweiwegeventile 62 und 66a das Zweiwegeventil 67 der Lösungsmitteldampfleitung geschlossen und durch Betätigung eines oder beider Mengendurchflußregler 61, 66 kann die Konzentration der Lösungsmittelkomponente in dem Gasgemisch kontinuierlich variiert werden. Wenn jedoch die Durchflußmenge des Spülgases (N₂) konstant gehalten wird, während durch Öffnen des Zweiwegeventils 67 der Dampf abgelassen wird, kann durch Regelung des Mengendurchflußreglers 66 nur die notwendige Durchflußmenge durchgelassen werden. In diesem Fall ist eine Stabilisierung des Drucks in dem Behälter 63 vorteilhaft. Ferner kann durch Öffnen des Zweiwegeventils 67 der Lösungsmitteldampfleitung und durch Abklemmen des Zweiwegeventils 66a, um die Durchflußmenge auf Null zu bringen, der Zufluß des Lösungsmitteldampfs zur Kammer 3 gesperrt werden. Übrigens kann, wenn die Mengendurchflußregler 61, 66 eine vollständige Absperrfunktion aufweisen, auf die Zweiwegeventile 62 und 66a verzichtet werden.
Auch in dem in 6 dargestellten Beispiel kann die Konzentration der Lösungsmittelkomponente in dem Gasgemisch kontinuierlich entsprechend der Wafertemperatur geregelt werden. Wie beispielsweise in der oben erwähnten 5 dargestellt, wird die Konzentration des Ethylenglycols geregelt. Ferner wird vor dem Einbringen des Wafers W auf die gleiche Weise wie im oben erwähnten Beispiel der Lösungsmitteldampf aus Ethylenglycol ständig erzeugt und abgelassen. Daher kann zu Beginn der Gaseinleitung eine Schwankung der Temperatur und der Konzentration der Lösungsmittelkomponente unterdrückt werden; außerdem wird die Kondensation der gasförmigen Lösungsmittelkomponente infolge der niedrigen Temperatur des Wafers verhindert; daher kann man eine hervorragende Dünnschicht erhalten, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.
Ferner wird bei der in 7 dargestellten Gaszufuhreinrichtung 7 der Mengendurchflußregler 61 der Trägergasleitung im Vergleich zu der in 6 dargestellten Gaszufuhreinrichtung 6 weggelassen. Im übrigen ist der Aufbau der gleiche wie bei der in 6 dargestellten Gaszufuhreinrichtung 6.
Um in diesem Fall die Konzentration der Lösungsmittelkomponente in dem Gasgemisch in einem Zustand zu regeln, wo das Zweiwegeventil 62 der Trägergasleitung geöffnet ist und die Durchflußmenge der Lösungsmittelkomponente durch den Mengendurchflußregler 66 geregelt wird, kann nur das Zweiwegeventil 67 der Lösungsmitteldampfleitung entsprechend zwischen Öffnen/Schließen umgeschaltet werden.
Das heißt, wie in 8 dargestellt, bis zum Transport des Wafers W in die Kammer 3 und nachdem das Innere des Gaseinlaßwegs 34 und der Behandlungskammer S mit dem Gasgemisch gefüllt sind, wird die Temperatur des Wafers auf die vorgegebene Temperatur erhöht, z. B. auf etwa 100°C (Zeitpunkt B in 8), und das Zweiwegeventil 67 wird intermittierend zur Kammerseite 3 geschaltet. Dadurch kann die zeitlich gemittelte Konzentration der Lösungsmittelkomponente in der Gasatmosphäre innerhalb der Kammer 3 reguliert werden. In dem in 8 dargestellten Zeitintervall B kann diesmal durch relative und allmähliche Verlängerung der Zeittakte der Umschaltung des Zweiwegeventils 67 zur Kammerseite 3 die mittlere Konzentration der Lösungsmittelkomponente in der Gasatmosphäre innerhalb der Kammer 3 entsprechend der Erhöhung der Wafertemperatur auf eine geeignete Konzentration geregelt werden. Übrigens wird in 8 der Strömumgsleitwert des Gasströmungsweges ignoriert, und die Abbildung beruht auf der Annahme, daß die Konzentration des Gases entsprechend der Umschaltung des Ventils 67 variiert.
Auch in diesem Fall wird vor dem Einbringen des Wafers W vorzugsweise der Lösungsmitteldampf ständig erzeugt und abgelassen. Auch in diesem Beispiel kann die Schwankung der Konzentration und der Temperatur der Lösungsmittelkomponente zur Beginn der Gaseinleitung unterdrückt werden; ferner kann eine Kondensation des Gases der Lösungsmittelkomponente infolge der niedrigen Temperatur des Wafers verhindert werden. Dadurch kann man eine hervorragende Dünnschicht erhalten, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht. Ferner kann bei dem in 7 dargestellten Beispiel durch Anordnung eines temperaturgesteuerten Pufferraums 71 die Konzentrationsschwankung des Lösungsmitteldampfs gemittelt werden.
Ferner wird die in 9 dargestellte Gaszufuhreinrichtung 8 im Vergleich zu der in 7 dargestellten Gaszufuhreinrichtung 7 anstelle des Mengendurchflußreglers 66 und des Zweiwegeventils 67 mit einem Dreiwegeventil 81 ausgestattet, das den Lösungsmitteldampf entweder zur Kammerseite 3 oder zur Auslaßseite leitet. Durch entsprechendes Umschalten der Zuflußrichtung des Lösungsmitteldampfs zwischen der Kammerseite 3 und der Auslaßseite kann der Lösungsmitteldampf intermittierend der Kammer 3 zugeführt werden, wie in 8 dargestellt. Dadurch kann die Konzentration der Lösungsmittelkomponente in der Gasatmosphäre innerhalb der Kammer 3 so geregelt werden, daß die geeignete Konzentration erzielt wird, die dem Temperaturanstieg des Wafers entspricht.
Übrigens können in allen 3, 6 und 7 von der Erzeugung des Lösungsmitteldampfs bis zur Kammer die Rohrleitungen beheizt werden, mit dem Ziel, das Auftreten einer Kondensation in den Rohrleitungen zu verhindern.
Im Vorstehenden ist die Einrichtung zur Erzeugung des Lösungsmitteldampfs nicht auf einen Erhitzungs-Gasentwickler beschränkt. Ferner wird bei den in 6 und 7 dargestellten Gaszufuhreinrichtungen auf die Trägergasleitung verzichtet. Falls keine Trägergasleitung vorhanden ist, können in dem Erhitzungs-Gasentwickler die Lösungsmittelkonzentration und die Durchflußmenge des Spülgases gesteuert werden. Ferner kann als zu behandelndes Substrat ohne Beschränkung auf den Wafer das Glassubstrat für einen Flüssigkristallbildschirm verwendet werden.
Folglich kann die Konzentration- und Temperaturschwankung der Lösungsmittelkomponente zu Beginn der Gaseinleitung unterdrückt werden. Ferner kann verhindert werden, daß unmittelbar nach dem Einbringen des Substrats eine Kondensation des Gases der Lösungsmittelkomponente auftritt, wodurch man eine hervorragende Dünnschicht erhalten kann, wie z. B. die Isolierzwischenschicht.
Nachstehend wird Beispiel 2 beschrieben. Übrigens werden bei der Erläuterung der folgenden Beispiele die Teile weggelassen, die bereits in den vorstehenden Beispielen vorkommen.
BEISPIEL 2
In einer Schichtbildungsvorrichtung wie der in 1 dargestellten wird der Wafer W, nachdem er einer Hydrophobierungsbehandlung und einer Abkühlungsbehandlung ausgesetzt wurde, durch den Hauptarm 13 nacheinander zur Beschichtungseinheit 2, Alterungseinheit 3 und Lösungsmittelaustauscheinheit 4 transportiert, und nach der Ausführung entsprechender vorgegebener Behandlungen in diesen Einheiten wird eine Trocknungsbehandlung ausgeführt.
Die Schritte zur Bildung einer Schicht und zum Gelieren, die in der Beschichtungseinheit 2 bzw. in der Alterungseinheit 3 ausgeführt werden, werden nachstehend unter Bezugnahme auf 2A bis 2D kurz beschrieben.
Im Schichtbildungsschritt wird, um die Verdampfung des in der Beschichtungsflüssigkeit enthaltenen Lösungsmittels zu unterdrücken, in der nicht dargestellten Behandlungskammer, die z. B. mit dem Dampf von Ethylenglycol gefüllt ist, in der Nähe des Drehungsmittelpunkts auf der Oberfläche des auf der Drehspannvorrichtung 21 angesaugten Wafers W die Beschichtungsflüssigkeit T zugeführt (2A). Als nächstes wird durch Rotation des Wafers W die Beschichtungsflüssigkeit T durch die Zentrifugalkraft über die gesamte Oberfläche des Wafers ausgebreitet, um eine Schicht zu bilden (2B). Hierbei handelt es sich um eine Beschichtungsflüssigkeit T, in der Kolloide oder Teilchen aus TEOS, einem Metallalkoxid, in einem Lösungsmittel dispergiert sind, wie z. B. in Ethylenglycol oder Ethylalkohol, in dem außerdem Wasser und eine Spur Chlorwasserstoffsäure enthalten sind.
Ferner werden in dem Gelierschritt die in der auf den Wafer aufgetragenen Schicht enthaltenen TEOS-Kolloide geliert, um die Kolloide zu einer Retikel bzw. Netzstruktur zu verbinden. Daher wird in der Behandlungskammer, die mit Ethylenglycoldampf gefüllt ist, der Wafer W durch die Heizplatte auf etwa 100°C erhitzt (2C). Hierbei wird die Einleitung des Ethylenglycoldampfs in die Behandlungskammer durchgeführt, um eine Verdampfung des Lösungsmittels in der aufgetragenen Schicht zu unterdrücken. Daher wird die Kammer so geregelt, daß bei der Temperatur in der Behandlungskammer z. B. der Dampfdruck gleich 100% wird.
In diesem Gelierschritt kann durch Verwendung von Ammoniakgas, das ein Allkali-Katalysator ist, das Gelieren der TEOS-Kolloide beschleunigt werden, indem anstelle des Erhitzen die Behandlung bei normaler Temperatur in der mit Ammoniakgas gefüllten Behandlungskammer durchgeführt wird.
Nachstehend wird die Lösungsmittelaustauscheinheit 4 unter Bezugnahme auf die Seitenansicht eines Profils in 12 und die Draufsicht in 13 beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 131 eine Spannvorrichtung zum Fixieren eines Wafers W in waagerechter Position (dies kann eine annähernd waagerechte Position einschließen). Die Spannvorrichtung 131 wird z. B. durch eine Vakuumspannvorrichtung gebildet und saugt den Wafer W an und fixiert ihn. Annähernd im Mittelabschnitt der Bodenfläche der Spannvorrichtung 131 ist eine Drehachse 133 angebracht, die nach oben und nach unten fahren kann und durch einen Antriebsabschnitt 132 in Drehung versetzt werden kann. Bei einer solchen Konfiguration ist die Spannvorrichtung 131 in der Lage, zwischen einer Übergabeposition des Wafers W, die durch die gestrichelte Linie in der Zeichnung dargestellt ist und oberhalb eines weiter unten zu beschreibenden Bechers liegt, und einer Behandlungsposition des Wafers W, die durch die ausgezogene Linie in der Zeichnung dargestellt ist, nach oben und nach unten zu fahren. Ferner ist die Spannvorrichtung 131 für eine Drehung um eine vertikale Achse konstruiert.
Am Umfang der Spannvorrichtung 131, die sich in der Behandlungsposition befindet, und des Wafers W ist ein Becher 134 so angeordnet, daß er diese umgibt. An der Oberseite dieses Bechers 134 ist eine Öffnung 134a ausgebildet, durch die der Wafer W hindurchgehen kann. Die Öffnung 134a kann durch eine Abdeckung 135 geöffnet und geschlossen werden, die so angeordnet ist, daß sie sich nach oben und nach unten bewegen kann. Ferner sind am Bodenabschnitt des Bechers 134 ein Flüssigkeitsauslaßweg 136a und ein Gasauslaßweg 136b angeschlossen.
Innerhalb des Bechers 134 sind oberhalb der Außenseite des Wafers W drei Düsen 140A bis 140C angeordnet, wenn sich die Spannvorrichtung 131, die den Wafer W fixiert, beispielsweise in einer Behandlungsposition befindet.
Von diesen Düsen von 140A bis 140C ist 140A die erste Düse zur Abgabe von Alkohol, wie z. B. Ethanol, auf die Oberfläche des Wafers W. Entsprechend ist 140B die zweite Düse zur Abgabe einer Hydrophobierungsbehandlungsflüssigkeit, wie z. B. HMDS. Ferner ist die Düse 140C die dritte Düse zur Abgabe eines Lösungsmittels, wie z. B. Heptan, das eine niedrigere Oberflächenspannung aufweist als das in der Beschichtungsflüssigkeit enthaltene Lösungsmittel. Diese Düsen 140A bis 140C sind im gleichen Abstand voneinander in Umfangsrichtung angeordnet, wie in 13 dargestellt. Diese Düsen 140A bis 140C entsprechen den jeweiligen Lösungsmittelabgabeabschnitten.
Diese Düsen 140 (140A bis 140C) sind mit den entsprechenden Befestigungsvorrichtungen 141 an der Innenwand des Bechers 140 befestigt, und das Spitzenende jeder Düse ist schräg angeordnet, so daß es annähernd auf den Drehungsmittelpunkt 0 der Oberfläche des Wafers W gerichtet ist (der Oberfläche, auf der eine Überzugsschicht ausgebildet wird). Damit wird aus jeder Düse 140, wie durch die gestrichelten Linien in der Zeichnung dargestellt, das Lösungsmittel um den Drehungsmittelpunkt 0 der Oberfläche des Wafers W herum abgegeben. Ferner sind die Spitzenenden dieser Düsen außerhalb des Wafers W angeordnet, der durch die Spannvorrichtung 131 fixiert wird. Wenn sich daher die Spannvorrichtung 131, die den Wafer W fixiert, nach oben und nach unten bewegt, sind der Wafer W und jede Düse 140 so konstruiert, daß sie einander nicht stören.
Die Düsen 140 sind mit dem Ethanolbehälter 143a, dem HMDS-Behälter 143b bzw. dem Heptan-Behälter 143c (in 12 nicht dargestellt) verbunden, die durch den Lösungsmittelverteilungsweg 142 (142a bis 142c), der z. B. von der Unterseite des Bechers 134 aus eingefügt wird, außerhalb des Bechers 134 angeordnet sind. Die Lösungsmittelverteilungswege 142a bis 142c sind jeweils mit Ventilen Va bis Vc ausgestattet. Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte und der Öffnungsgrad dieser Ventile Va bis Vc werden durch eine Steuereinrichtung 144 gesteuert.
In dieser Lösungsmittelaustauscheinheit 4 wird der Lösungsmittelaustauschschritt wie folgt ausgeführt. Das heißt, die Abdeckung 135 wird bis in die Position angehoben, die in 12 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Gleichzeitig wird die Spannvorrichtung 131 bis in die Position oberhalb des Bechers 134 angehoben. Dann wird in der in 12 durch die gestrichelte Linie dargestellten Position durch den Hauptarm 13 der bis zur Einheit 4 transportierte Wafer W an die Spannvorrichtung 131 übergeben. Dann wird die Spannvorrichtung 131 in die Behandlungsposition abgesenkt. Gleichzeitig wird die Abdeckung 135 abgesenkt, um den Becher 134 zu schließen. Danach wird der Wafer W in Drehung versetzt. Anschließend wird mit der Steuereinrichtung 144 das Ventil Va geöffnet, wodurch Ethanol aus der ersten Düse 140A um den Drehungsmittelpunkt 0 der Oberfläche des Wafers W herum abgegeben wird. Durch Zentrifugalkraft verbreitet sich das Ethanol über die gesamte Oberfläche des Wafers W. Dadurch löst sich Ethanol in der Feuchtigkeit auf, die in der aufgetragenen Schicht enthalten ist. Als Ergebnis wird die Feuchtigkeit durch das Ethanol ausgetauscht. Übrigens kann Ethanol vor der Drehung des Wafers W um den Drehungsmittelpunkt 0 der Oberfläche des Wafers W herum verteilt werden.
Nachdem auf diese Weise Ethanol bei rotierendem Wafer W auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben wird, wird entsprechend das Ventil Vb geöffnet. Dadurch wird HMDS aus der zweiten Düse 140B auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben, um sich zu verteilen. Dadurch werden Hydroxylgruppen in der Überzugsschicht entfernt. Ferner wird danach das Ventil Vc geöffnet, um Heptan aus der dritten Düse 140C zur Ausbreitung auf die Oberfläche des Wafers W abzugeben. Dadurch wird das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch Heptan ausgetauscht. Der Grund für die Verwendung von Heptan besteht darin, die an der porösen Struktur, d. h. der Netzstruktur von TEOS angreifende Kraft durch Verwendung des Lösungsmittels mit niedrigerer Oberflächenspannung zu vermindern, wodurch verhindert wird, daß die TEOS-Netzstruktur zusammenfällt.
Hier sind die Öffnungs- und Schließzeitpunkte jedes Ventils Va, Vb und Vc in 14 dargestellt. Das heißt, unmittelbar vor dem Schließen des Ventils Va wird das Ventil Vb geöffnet, ferner wird unmittelbar vor dem Schließen des Ventils Vb das Ventil Vc geöffnet. Das heißt, unmittelbar vor dem Ende der Zufuhr von Ethanol beginnt die Zufuhr von HMDS. Entsprechend beginnt unmittelbar vor dem Ende der Zufuhr von HMDS die Zufuhr von Heptan. Die Konstruktion ist folglich so beschaffen, daß kein Zustand auftritt, in dem die Zufuhr des Lösungsmittels unterbrochen ist, wenn die Lösungsmittelabgabe auf den Wafer W umgeschaltet wird. Hierbei kann, wenn zwei Lösungsmittelarten gleichzeitig abgegeben werden, durch Verkleinerung des Ventilöffnungsgrades des Lösungsmittels, dessen Zufuhr unterbrochen werden soll, die Durchflußmenge des Lösungsmittels verringert werden.
Der Wafer W, der die vorgegebene Behandlung in der Lösungsmittelaustauscheinheit durchgemacht hat, wird dann durch den Hauptarm 13 zur Trocknungseinheit transportiert. In dieser Einheit wird der Wafer W einer Trocknungsbehandlung unterworfen, wodurch auf der Oberfläche des Wafers W eine Isolierzwischenschicht gebildet wird, die am einer Siliciumoxidschicht besteht.
Da gemäß dem oben erwähnten Beispiel 2 drei Düsen 140, die drei Arten von Lösungsmitteln entsprechen, innerhalb des Bechers 134 angebracht sind, kann das Lösungsmittel auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben werden, ohne die Abdeckung 135 zu öffnen und zu schließen und die Düsen 140 zu bewegen. Daher wird bei der Umschaltung des auf den Wafer W abzugebenden Lösungsmittels mit der Zufuhr des nachfolgenden Lösungsmittels begonnen, bevor die Zufuhr des vorhergehenden Lösungsmittels unterbrochen wird, wodurch ein Zustand realisiert werden kann, in dem beide Lösungsmittel gleichzeitig abgegeben werden. Da die Lösungsmittel kontinuierlich zugeführt werden können, gibt es folglich keinen Zeitpunkt, in dem die Zufuhr des Lösungsmittels unterbrochen wird.
Dadurch kann von vornherein das Auftreten ungünstiger Erscheinungen infolge Unterbrechung der Lösungsmittelzufuhr verhindert werden, d. h. Erscheinungen wie z. B. der Einschluß von Luftfeuchtigkeit in der Überzugsschicht infolge des Kontakts zwischen dem Lösungsmittel auf der Waferoberfläche und Luft, oder die Verdampfung von Lösungsmitteln. Als Ergebnis kann ein Zusammenfallen der TEOS-Schichtstruktur verhindert werden, und auf dem Wafer W kann eine hervorragende Siliciumoxidschicht ausgebildet werden.
Ferner können in Beispiel 2 die Lösungsmittel kontinuierlich abgegeben werden. Daher kann beim Austausch der vorhergehenden Lösungsmittel im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren, wo das Öffnen und Schließen der Abdeckung und der Transportvorgang des Transportarms notwendig sind, die für die gesamte Lösungsmittelaustauschbehandlung notwendige Zeit merklich verkürzt werden, und der Durchsatz der gesamten Behandlung kann verbessert werden. Ferner kann auf diese Weise die für den Lösungsmittelaustauschschritt benötigte Zeit verkürzt werden. Als Ergebnis kann die Zeitspanne verkürzt werden, während der das Lösungsmittel mit hoher Oberflächenspannung auf die TEOS-Netzstruktur einwirkt. Daher wird auch unter diesem Geschichtspunkt ein Zusammenfallen der Schicht unterdrückt.
Im obigen Beispiel 2 können bei der Abgabe von Ethanol, HMDS und Heptan die Unterbrechung der Zufuhr des vorhergehenden Lösungsmittels und der Beginn der Zufuhr des nachfolgenden Lösungsmittels gleichzeitig ausgeführt werden. Ferner kann durch extreme Verkürzung der Zeitspanne zwischen der Unterbrechung der Zufuhr des vorhergehenden Lösungsmittels und dem Beginn der Zufuhr des nachfolgenden Lösungsmittels die Zufuhr beider Lösungsmittel kontinuierlich durchgeführt werden, ohne im wesentlichen unterbrochen zu werden. Auch in einem solchen Fall wird die Zufuhr des vorhergehenden Lösungsmittels und des nachfolgenden Lösungsmittels ohne wesentliche Unterbrechung durchgeführt. Als Ergebnis kann das Auftreten der oben erwähnten ungünstigen Erscheinungen unterdrückt werden, und daher kann auf dem Substrat eine hervorragende Dünnschicht ausgebildet werden.
BEISPIEL 3
Als nächstes wird ein weiteres Beispiel einer Lösungsmittelaustauscheinheit zur Durchführung des Lösungsmittelaustauschschritts, d. h. Beispiel 3, unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben.
Der Punkt, indem sich diese Lösungsmittelaustauscheinheit von der oben erwähnten Lösungsmittelaustauscheinheit unterscheidet, besteht darin, daß drei Lösungsmittelarten durch einen gemeinsamen, ringförmig angeordneten Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 auf die Oberfläche des Wafers abgegeben werden. Der Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 ist innerhalb des Bechers 134 an der Oberseite und außerhalb des Wafers W angeordnet, wenn sich die Spannvorrichtung 131, die den Wafer W hält, z. B. in der Behandlungsposition befindet. Das heißt, der ringförmig angeordnete Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 ist an mehreren Stellen durch die Befestigungselemente 151 an der Innenseite des Bechers 134 befestigt.
Die Innenseite des Lösungsmittelabgabeabschnitts 150 ist schräg angeordnet, wobei ihr Durchmesser beispielsweise nach unten hin größer wird. An dieser schrägen Oberfläche wird in gleichmäßigen Abständen voneinander in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Abgabelöchern 152 ausgebildet. Dadurch wird das Lösungsmittel aus den entsprechenden Abgabelöchern 152 auf einen Bereich um den Drehungsmittelpunkt 0 der Oberfläche des Wafers W herum abgegeben. Ferner ist die Innenseite des Lösungsmittelabgabeabschnitts 150 außerhalb des durch die Spannvorrichtung 131 fixierten Wafers W angeordnet. Wenn daher die Spannvorrichtung 131, die den Wafer W fixiert, sich nach oben und unten bewegt, sind der Wafer W und der Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 so konstruiert, daß sie einander nicht behindern.
An diesen Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 ist ein Ende des Lösungsmittelabgabewegs 153 angeschlossen, der z. B. von der Unterseite des Bechers 134 aus eingefügt wird. Andererseits verzweigt sich das andere Ende des Lösungsmittelabgabewegs 153 außerhalb des Bechers 134 in drei Abgabewege 153a bis 153c. Die anderen Enden dieser verzweigten Abgabewege 153a bis 153c sind mit einem Ethanolbehälter 154a, einem HMDS-Behälter 154b bzw. einem Heptanbehälter 154c verbunden. In die verzweigten Abgabewege 153a bis 153c sind jeweils Ventile Va bis Vc eingesetzt. Die Öffnungs- oder Schließzeitpunkte und der Öffnungsgrad dieser Ventile Va bis Vc werden durch eine Steuereinrichtung 144 gesteuert. Im übrigen ist die Konfiguration identisch mit der des oben erwähnten Beispiels 2.
Bei dieser Lösungsmittelaustauscheinheit 4 wird nach der Aufnahme des Wafers W durch die Spannvorrichtung 131 der Becher 134 geschlossen. Danach wird das Ventil Va durch die Steuereinrichtung 144 geöffnet, und über die Lösungsmittelabgabewege 153a und 153 wird Ethanol dem Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 zugeführt. Dann wird durch die Abgabelöcher 152 aus dem Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 Ethanol in den Bereich um den Drehungsmittelpunkt 0 herum auf der Oberfläche des Wafers W abgegeben. Dann wird auf die gleiche Weise wie in den oben erwähnten Ausführungsformen Ethanol über die gesamte Oberfläche des Wafers W verteilt.
Dann wird durch Öffnen des Ventils Vb HMDS über die Lösungsmittelabgabewege 153b, 153 und den Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben. Anschließend wird durch Öffnung des Ventils Vc über die Lösungsmittelabgabewege 153c, 153 und den Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 Heptan auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben. In diesem Fall sind die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile Va, Vb und Vc die gleichen wie im obigen Beispiel 2.
BEISPIEL 4
Nachstehend wird ein weiteres Beispiel der Lösungsmittelaustauscheinheit zur Durchführung des Lösungsmittelaustauschschritts, d. h. Beispiel 4, unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. Der Punkt, in dem sich diese Lösungsmittelaustauscheinheit von der oben erwähnten Lösungsmittelaustauscheinheit unterscheidet, besteht darin, daß drei Lösungsmittelarten durch eine gemeinsame Lösungsmitteldüse 160 auf die Oberfläche des Wafers abgegeben werden. Die Lösungsmitteldüse 160 ist, kombiniert mit der Abdeckung 135, so angeordnet, daß das Spitzenende der Düse 160 den Deckel 135 des Bechers 134 durchstößt und dem Bereich in der Nähe des Drehungsmittelpunkts auf der Oberfläche des Wafers W gegenüberliegt. Dadurch wird das Lösungsmittel in der Nähe des Drehungsmittelpunkts auf der Oberfläche des Wafers W ausgestoßen. In diesem Beispiel entspricht die Lösungsmitteldüse 160 einem gemeinsamen Lösungsmittelabgabeabschnitt.
An diese Lösungsmitteldüse 160 ist ein Ende des Lösungsmittelabgabewegs 161 angeschlossen. Andererseits verzweigt sich das andere Ende des Lösungsmittelabgabewegs 161 in drei Abgabewege 161a, 161b und 161c. Die anderen Enden dieser verzweigten Abgabewege 161a bis 161c sind mit einem Ethanolbehälter 162a, einem HMDS-Behälter 162b und einem Heptanbehälter 162c verbunden.
Ferner sind in die verzweigten Abgabewege 161a bis 161c jeweils Ventile Va bis Vc eingesetzt. Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte dieser Ventile Va bis Vc und ihr Öffnungsgrad werden durch eine Steuereinrichtung 144 gesteuert. Im übrigen ist die Konfiguration die gleiche wie in dem oben erwähnten Beispiel.
In diesem Beispiel 4 wird nach der Aufnahme des Wafers W durch die Spanneinrichtung 131 der Becher 134 geschlossen. Danach wird das Ventil Va durch die Steuereinrichtung 144 geöffnet, durch die Lösungsmittelabgabeabschnitt 161a und 161 und die Lösungsmitteldüse 160 wird Ethanol in den Bereich in der Nähe des Drehungsmittelpunkts 0 der Oberfläche des Wafers W abgegeben. Dann wird nach dem Öffnen des Ventils Vb über die Lösungsmittelabgabewege 161b und 161 und die Lösungsmitteldüse 160 HMDS auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben. Anschließend wird nach dem Öffnen des Ventils Vc über die Lösungsmittelabgabewege 161c und 161 und die Lösungsmitteldüse 160 Heptan auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben. Hierbei sind die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventile Va, Vb und Vc die gleichen wie im Beispiel 2.
Auch bei den in den 15 und 17 dargestellten Lösungsmittelabgabeeinheiten werden Ethanol, HMDS und Heptan in dieser Reihenfolge durch den gemeinsamen Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 oder die Düse 160 kontinuierlich auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben. Daher kann der gleiche Effekt wie im Fall der Verwendung der in 12 dargestellten Lösungsmittelaustauscheinheit erreicht werden. Ferner können der in 15 dargestellte Lösungsmittelabgabeabschnitt und die in 17 dargestellte Lösungsmitteldüse 160 kombiniert werden. Das heißt, bei dem Lösungsmittel, das durch den Lösungsmittelabgabeabschnitt 150 abgegeben wird, kann eine mangelhafte Abgabe in der Nähe des Drehungsmittelpunkts des Wafers W durch eine Zufuhr durch die Lösungsmitteldüse 160 ausgeglichen werden.
Bei dem Schichtbildungsverfahren mit einem Schritt zum Austausch des Lösungsmittels durch Abgabe mehrerer Lösungsmittel auf das Substrat können das vorhergehende Lösungsmittel und das nachfolgende Lösungsmittel kontinuierlich abgegeben werden. Als Ergebnis kann man eine hervorragende Dünnschicht erhalten, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.
BEISPIEL 5
Als nächstes wird Beispiel 5 beschrieben.
In 19 ist ein Beispiel einer Beschichtungseinheit 2 dargestellt.
Wie in 19 dargestellt, weist die Beschichtungseinheit 2 auf: einen Becher 22, der eine Behandlungskammer ist, eine Vakuumspannvorrichtung 25, die innerhalb des Bechers 22 angeordnet ist und als Drehtisch funktioniert, der den Wafer fixiert, und eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse 26 zur Verteilung der Beschichtungsflüssigkeit auf dem Mittelabschnitt des Wafers W.
An der Oberseite des Bechers 22 befindet sich ein offener Einlaß für das Einbringen eines Substrats 22a. Dieser Einlaß für das Einbringen des Substrats 22a wird durch einen Deckel 21 geöffnet und geschlossen, der sich frei nach oben nach unten bewegen kann. An der Unterseite des Bechers 22 ist ein Durchbruch 22b angeordnet. Von diesem Durchbruch 22b wird eine Drehachse 24 eingeführt. Das obere Ende der Drehachse 24 ist mit der Vakuumspannvorrichtung 25 verbunden, das untere Ende der Drehachse ist mit einem Antriebsteil 23 verbunden. Die Drehantriebskraft des Antriebsteils 23 wird über die Drehachse 24 auf die Vakuumspannvorrichtung 25 übertragen. Ferner ist die Drehachse 24 so konstruiert, daß sie sich nach oben oder nach unten bewegen kann.
An dem Deckel 21 ist eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse 26 zur Abgabe von Beschichtungsflüssigkeit auf den Mittelabschnitt des Wafers W befestigt.
Mit dem Becher 22 sind Lösungsmitteldampfabgabeleitungen 27 zur Abgabe vom Dampf des in der Beschichtungsflüssigkeit verwendeten Lösungsmittels verbunden. An der Unterseite der Lösungsmitteldampfabgabeleitung 27 ist ein Lösungsmitteldampferzeuger 27a angeschlossen. Diese Lösungsmitteldampfabgabeleitungen 27 sind so angeordnet, daß der Lösungsmitteldampf von einer Position aus in den Becher 22 abgegeben wird, die z. B. höher ist als der in der vorgegebenen Position im Becher 22 angeordnete Wafer W. Ferner sind, wie in 20 dargestellt, die Leitungen im Becher 22 so angeordnet, daß der Lösungsmitteldampf von beiden Seiten des Wafers W aus abgegeben werden kann.
Ferner werden an der Bodenfläche und am Deckel 21 des Bechers 22, wie in 19 dargestellt, die Lösungsmitteldüsen 262 und 263 zur Abgabe des Lösungsmittels aus der Lösungsmittelabgabequelle 261 eingefügt, wobei es sich um ein Reinigungsmittel zum Entfernen der Überzugsschicht am Umfangsabschnitt des Wafers handelt (Kantenspülbehandlung). Die am Deckel 21 angeordnete Lösungsmitteldüse 263 dient dazu, das Lösungsmittel in Richtung des Umfangs auf der Oberseite des Wafers W auszustoßen. Die am Becher 22 angeordnete Lösungsmitteldüse 262 dient dazu, die um die Rückseite des Wafers fließende Beschichtungsflüssigkeit zu entfernen, indem das Lösungsmittel in Richtung zum Umfang der Rückseite des Wafers W ausgestoßen wird.
Ferner sind ein Abflußrohr 28 und ein Absaugrohr 29 an den Becher 22 angeschlossen. In der Mitte des Absaugrohrs 29 befindet sich ein Schaltventil 29a.
Nachstehend wird die Behandlung zum Auftrag einer Beschichtungsflüssigkeit auf einen Wafer W nach dem Verfahren gemäß der dritten Erfindung der Reihe nach beschrieben. Zunächst wird der Wafer W durch den Hauptarm 13 zur Beschichtungseinheit 2 transportiert. Der transportierte Wafer W wird in der Position, die z. B. in 19 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, an die Spannvorrichtung 25 übergeben. Dieser Zustand ist in 21A dargestellt. Anschließend wird nach dem Absenken der Spannvorrichtung 25 der Becher 22 mit dem Deckel 21 verschlossen. Die hier verwendete Beschichtungsflüssigkeit ist eine Flüssigkeit, in der Kolloide oder Teilchen aus TEOS, einem Metallalkoxid, in einem Lösungsmittel dispergiert sind, das ein organisches Lösungsmittel wie z. B. Ethylenglycol und Ethylalkohol und ferner Wasser und eine Spur Chlorwasserstoffsäure enthält.
Ethylenglycol wird verwendet, um die Viskosität auf den Wert einzustellen, der für den Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit am besten geeignet ist.
Abgesehen von der Viskositätseinstellung kann Ethylenglycol ferner wegen seines niedrigen Dampfdrucks mit dem Ziel verwendet werden, das Auftreten einer Schrumpfung der Schicht infolge Verdampfung des Lösungsmittels im Alterungsschritt zu verhindern.
Außerdem wird in diesem Beispiel, wie in 21B dargestellt, während der Absaugung durch das Absaugrohr 29 beispielsweise Ethylenglycoldampf 260 aus der Lösungsmitteldampfabgabeleitung 27 ins Innere des Bechers 22 abgegeben. Dann wird die Absaugung gestoppt, nachdem das Innere des Bechers 22 mit dem Dampf 260 gefallt wird. Günstigerweise hat der Lösungsmitteldampf 260 innerhalb des Bechers 22 zu diesem Zeitpunkt den Sättigungsdampfdruck. Der Grand dafür ist, daß bei einem niedrigeren Dampfdruck als dem Sättigungsdampfdruck das Lösungsmittel aus der Beschichtungsflüssigkeit verdampft. Der andere Grund ist, daß bei einem höheren Dampfdruck als dem Sättigungsdampfdruck, d. h. wenn der Dampf sich in einem übersättigten Zustand befindet, das Lösungsmittel kondensiert.
Anschließend wird, wie in 21C dargestellt, die Beschichtungsflüssigkeit S aus der Düse 26 auf den Mittelabschnitt des Wafers W abgegeben. Dann wird, wie in 22A dargestellt, durch Rotation des Wafers W mit hoher Geschwindigkeit durch die Spannvorrichtung 25 die Beschichtungsflüssigkeit durch Zentrifugalkraft über die Oberfläche des Wafers W verteilt, um eine Überzugsschicht zu bilden. Danach wird die Rotationsgeschwindigkeit verringert, und aus den Düsen 262 und 263 wird das Lösungsmittel auf den Rand des Wafers W aufgesprüht. Dadurch wird, wie in 23 dargestellt, der Randabschnitt f der über die Oberfläche des Wafers W verteilten Überzugsschicht F entfernt. Auf diese Weise wird wegen der Entfernung der Überzugsschicht im Randabschnitt des Wafers eine Verunreinigung des Transportarms durch die Beschichtungsflüssigkeit verhindert, da der Transportarm und die Beschichtungsflüssigkeit während des Transports des beschichteten Wafers W nicht in Kontakt miteinander kommen. Ferner wird das Auftreten von Teilchen verhindert, die sich wegen der Nut des Transportarms von einem Teil der Überzugsschicht ablösen, wenn der Wafer W nach Beendigung des Prozesses an den Transportarm übergeben wird. Auch bei dieser Kantenspülbehandlung ist das Innere des Bechers 22 mit dem Lösungsmitteldampf 260 gefüllt.
Danach wird, wie in 22C dargestellt, die Absaugung durch das Absaugrohr 29 durchgeführt, während der Deckel 21 ein wenig angehoben und Luft in den Becher 22 eingelassen wird. Auf diese Weise wird die Atmosphäre im Inneren des Bechers 22 durch Luft ausgetauscht. Dann wird durch Anheben des Deckels 21 und der Spannvorrichtung 25 der Wafer W an den Transportarm übergeben, um den Wafer von der Spannvorrichtung 25 zu entfernen. Danach wird der Wafer zum Gelierschritt transportiert.
Im folgenden wird die Behandlung im Gelierschritt kurz beschrieben. Im Gelierschritt wird, wie in 24A dargestellt, nach dem Auflegen des Wafers W auf die Heizplatte 71 der Deckel 72 aufgesetzt, um einen geschlossenen Raum zu bilden. Auf diese Weise wird der Wafer W auf eine Temperatur von beispielsweise 100°C erhitzt, um das oben erwähnte Gelieren zu beschleunigen. In diesem Fall wird gesättigter Ethylenglycoldampf aus dem Gaseinleitungsweg 73 eingeleitet, der z. B. innerhalb der Heizplatte 71 verlegt ist, und wird durch den Absaugweg 74 abgesaugt. Übrigens kann der Gelierschritt auch durch Einleiten von basischem Gas, wie z. B. Ammoniakgas, in die Behandlungskammer ausgeführt werden.
Danach wird mit der gleichen Vorrichtung, wie sie beispielsweise bei der Beschichtungsbehandlung verwendet wurde, wie in 24B dargestellt, der Wafer W auf die Drehspannvorrichtung 75 aufgelegt, und auf seine Oberfläche werden Ethanol und HMDS (Hexamethyldisilan) in dieser Reihenfolge abgegeben. Dadurch werden Feuchtigkeit und OH-Gruppen entfernt. Anschließend wird durch Abgabe einer Flüssigkeit von niedriger Oberflächenspannung, wie z. B. Heptan, der Austausch des Lösungsmittels durchgeführt. Danach wird der Wafer W im Trocknungsschritt behandelt, um eine poröse Siliciumoxidschicht zu bilden.
Gemäß Beispiel 5 kann die Verdampfung des Lösungsmittels aus der Überzugsschicht unterdrückt werden, indem das Innere des Bechers 22 während der Beschichtungsbehandlung und der Kantenspülbehandlung mit Ethylenglycoldampf gefüllt wird. Als Ergebnis wird das Gelieren nicht behindert, und die vorgegebene Dicke kann sichergestellt werden. Übrigens kann die Kantenspülbehandlung auch an einer anderen Stelle als im Becher 22 durchgeführt werden.
Hierbei muß während der Durchführung der Schleuderbeschichtung gemäß der obigen Beschreibung, zumindest während der Drehung des Wafers W, das Innere des Bechers 22 mit dem Lösungsmitteldampf gefüllt sein. In diesem Fall kann die Düse z. B. anders als am Becher 22 angeordnet werden. Dann wird nach dem Auftropfen der Beschichtungsflüssigkeit aus der Düse auf den Wafer W der Deckel geschlossen, und der Lösungsmitteldampf wird in den Becher 22 abgegeben. Dies ist gleichfalls in der dritten Erfindung enthalten.
Übrigens kann zur Abgabe in den Becher 22 durch Umschalten zwischen Lösungsmitteldampf und der Atmosphäre, wie in 25 dargestellt, in der Mitte der Lösungsmitteldampfabgabeleitung 27 ein Dreiwegeventil 264 angebracht werden, dessen eines Ende zur Atmosphäre hin offen ist. Dadurch kann durch Umschalten des Dreiwegeventils 264 zur Atmosphärendurchflußseite beim Einleiten von atmosphärischer Luft in den Becher 22 nach der Beschichtung das Innere des Bechers 22 abgesaugt werden. Durch Anschluß des oben erwähnten einen Endes des Dreiwegeventils 264 an eine Stickstoffgasquelle kann anstelle der Atmosphäre Stickstoffgas abgegeben werden.
In dem oben beschriebenen Beispiel kann die Lösungsmitteldampfabgabeleitung 27 so angeordnet werden, daß der Lösungsmitteldampf beispielsweise aus drei oder mehr Richtungen in den Becher 22 abgegeben wird. Ferner wird durch Verwendung eines Bechers mit offenem Ende und indem dieser durch einen luftdichten Behälter umgeben wird, in seinem Inneren eine Lösungsmitteldampfatmosphäre erzeugt, und die Beschichtung kann darin ausgeführt werden. Ferner kann die Kantenspülbehandlung in der offenen Atmosphäre durchgeführt werden, und die Beschichtung kann mit einem anderen Verfahren als der Schleuderbeschichtung ausgeführt werden. Ferner können als zu behandelndes Substrat ohne Beschränkung auf den Wafer Glassubstrate für Flüssigkristallbildschirme verwendet werden.
Da gemäß der obigen Beschreibung die Beschichtungsflüssigkeit, in der Kolloide oder Teilchen der Ausgangssubstanzen der Schichtkomponente in dem Lösungsmittel dispergiert sind, auf das Substrat aufgetragen werden kann, während eine Verdampfung des Lösungsmittels verhindert wird, kann man eine hervorragende Dünnschicht erhalten, wie z. B. die Isolierzwischenschicht.
Da ferner die Überzugsschicht am Randabschnitt des Substrats in der Lösungsmitteldampfatmosphäre entfernt wird, kann die Verdampfung des Lösungsmittels der Beschichtungsflüssigkeit weiter unterdrückt werden.
BEISPIEL 6
Als nächstes wird Beispiel 6 beschrieben.
26 zeigt eine Seitenansicht eines Profils der Beschichtungseinheit 2, die das Beispiel 6 beinhaltet.
In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 331 eine Spannvorrichtung, die einen Wafer W in horizontaler Lage fixiert (dies schließt einen Zustand mit annähernd horizontaler Lage ein). Diese Spannvorrichtung 331 besteht z. B. aus einer Vakuumspannvorrichtung und ist so konstruiert, daß sie die Rückseite des Wafers W ansaugt und festhält. Annähernd in der Mitte der Unterseite der Spannvorrichtung 331 ist eine Drehachse 333 angebracht, die durch einen Antriebsabschnitt 332 nach oben und nach unten bewegt und in Drehung versetzt werden kann. Dadurch bewegt sich die Spannvorrichtung 331 nach oben und nach unten zwischen einer Übergabeposition des Wafers W oberhalb des Bechers, die in der Figur durch die gestrichelte Linie dargestellt ist und weiter unten beschrieben wird, und einer Behandlungsposition des Wafers W, die in der Figur durch die ausgezogene Linie dargestellt ist. Ferner kann sich die Spannvorrichtung 331 um eine vertikale Achse drehen.
Im Umkreis der Spannvorrichtung 331 und des Wafers W, die sich in der Behandlungsposition befinden, ist ein Becher 340 so angeordnet, daß er diese umgibt. An der Oberseite des Bechers 340 ist eine Öffnung 341 ausgebildet, durch die der Wafer W passieren kann. Diese Öffnung 341 wird durch einen Deckel 342 geöffnet oder geschlossen, der so angeordnet ist, daß er sich nach oben oder nach unten bewegen kann. Ferner ist am Seitenwandabschnitt des Bechers 340 eine Lösungsmitteldampfabgabeleitung 351 angeschlossen, um den Dampf der Lösungsmittelkomponente, wie z. B. Ethylenglycol, die in der Beschichtungsflüssigkeit X verwendet und weiter unten beschrieben wird, in den Becher 340 abzugeben. Ferner wird der Ethylenglycoldampf in der Lösungsmitteldampfquelle 352 erzeugt. Ferner sind im Boden des Bechers 340 ein Abflußrohr 353 und ein Absaugrohr 354 angeschlossen.
Am Deckel 342 sind eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse 361 zur Abgabe der Beschichtungsflüssigkeit X in einen Bereich in der Nähe des Drehungsmittelpunkts der Waferoberfläche (der Oberfläche, auf der die Überzugsschicht ausgebildet wird) und eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse 362 zur Abgabe der Lösung S in einen Bereich in der Nähe des Drehungsmittelpunkts der Waferoberfläche angeordnet. Diese Düsen 361 und 362 sind in Verbindung mit dem Deckel 342 schräg angeordnet, so daß das entsprechende Spitzenende annähernd auf den Drehungsmittelpunkt der Waferoberfläche gerichtet ist.
Nachstehend wird die Beschichtungsflüssigkeit X beschrieben. In dieser Beschichtungsflüssigkeit X sind Kolloide oder Teilchen eines Metallalkoxids, wie z. B. TEOS, das eine Ausgangskomponente ist, in einem Lösungsmittel dispergiert, und als Lösungsmittel werden Ethylenglycol, Ethylalkohol, Wasser und eine Spur Chlorwasserstoffsäure verwendet. Ein Beispiel für das Verhältnis der entsprechenden Komponenten in der Beschichtungsflüssigkeit ist das folgende. Zum Beispiel werden TEOS und Wasser in gleichem Molverhältnis eingesetzt, und Ethylenglycollösung und Ethanollösung werden in einem Molverhältnis eingesetzt, das dem Mehrfachen des Wasseranteils entspricht.
Ferner ist die Lösung S, die aus der Lösungsdüse 62 auf die Oberfläche des Wafers abgegeben wird, vorzugsweise eine Lösung von niedrigerer Viskosität als derjenigen der Komponente mit der höchsten Viskosität in den Lösungsmittelbestandteilen der Beschichtungsflüssigkeit X und ist imstande, das Metallalkoxid und Wasser zu lösen. Hier ist Ethylenglycol die Komponente mit der höchsten Viskosität von den Lösungsmittelbestandteilen der Beschichtungsflüssigkeit X. Ferner ist bekannt, daß das Metallalkoxid, wie z. B. TEOS oder dergleichen, im allgemeinen im Wasser unlöslich ist, während es in Alkohol und organischem Lösungsmittel löslich ist. Daher können als Lösung S, die in dem vorliegenden Beispiel 6 verwendbar ist, Alkohol oder ein organisches Lösungsmittel von niedrigerer Viskosität als Ethylenglycol verwendet werden. Darunter ist die Verwendung von Ethanol, einer der Lösungsmittelkomponenten der Beschichtungsflüssigkeit X, besonders wünschenswert.
Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, das an der oben erwähnten Schichtbildungsvorrichtung ausgeführt wird.
In dieser Schichtbildungsvorrichtung wird der Wafer W, nachdem er der Hydrophobierungsbehandlung und der Abkühlungsbehandlung ausgesetzt worden ist, nacheinander durch einen Hauptarm 13 zu einer Beschichtungseinheit 2, einer Alterungseinheit 3 und einer Lösungsmittelaustauscheinheit 4 transportiert und nach Ausführung der entsprechenden vorgegebenen Behandlungen in diesen Einheiten einer Trocknungsbehandlung ausgesetzt.
Im folgenden werden Schritte zur Ausbildung einer Schicht, die in der Beschichtungseinheit 2 durchgeführt werden, unter Bezugnahme auf 26 und 27A bis 27D beschrieben. Zunächst wird der Deckel 342 in die Position der gestrichelten Linie in 26 angehoben. Gleichzeitig wird die Spannvorrichtung in eine Position oberhalb des Bechers 340 angehoben. Dann wird in der Position der gestrichelten Linie in 26 der durch den Hauptarm 13 zur Einheit 2 transportierte Wafer W an die Spannvorrichtung 331 übergeben. Dann wird die Spannvorrichtung 331 in die Behandlungsposition abgesenkt, und der Deckel 342 wird abgesenkt, um den Becher 340 abzudichten.
Außerdem wird in diesem Beispiel, z. B. während des Absaugen durch das Absaugrohr 354, Ethylenglycoldampf aus der Lösungsmittelabgabeleitung 351 in den Becher 340 abgegeben. Nachdem die Innenseite des Bechers mit dem Dampf gefüllt ist, wird dann die Absaugung gestoppt. Dann wird, wie in 27A dargestellt, die Lösung S, wie z. B. 99,9%-ige Ethanollösung, annähernd am Drehungsmittelpunkt des Wafers W aus der Lösungsdüse 362 abgegeben. Dann wird, wie in 27B dargestellt, der Wafer W durch die Spannvorrichtung 331 in Drehung versetzt. Dadurch wird die Lösung S durch Zentrifugalkraft über die gesamte Oberfläche des Wafers W ausgebreitet, um sich zu verteilen.
Anschließend wird, wie in 27C dargestellt, die Beschichtungsflüssigkeit X aus der Beschichtungsflüssigkeitsdüse 361 annähernd auf den Drehungsmittelpunkt des Wafers W aufgebracht. In diesem Fall wird die Beschichtungsflüssigkeit X vorzugsweise aufgebracht, wenn die aufgetragene Lösung S sich in einem Zustand befindet, in dem sie nicht verdampft und auf der Oberfläche des Wafers W vorhanden ist.
Dann wird, wie in 27D dargestellt, der Wafer W durch die Spannvorrichtung 331 in Drehung versetzt, die Beschichtungsflüssigkeit X wird durch Zentrifugalkraft ausgebreitet und über die gesamte Oberfläche des Wafers W verteilt, um die Überzugsschicht zu bilden.
Übrigens wird danach, obwohl in der Figur nicht dargestellt, aus einer Verdünnerdüse im Becher 340 Verdünner auf den Randabschnitt des Wafers W aufgesprüht, wodurch die Überzugsschicht vom Randabschnitt entfernt wird.
Ferner wird in diesem Beispiel das Innere des Bechers deshalb mit Ethylenglycoldampf gefüllt, um die Verdampfung des Lösungsmittels in der Beschichtungsflüssigkeit zu unterdrücken.
Danach wird unter Aufrechterhaltung eines Zustands, in dem der Deckel 342 ein wenig angehoben wird, das Innere des Bechers 340 abgesaugt. Dann wird durch Anheben des Deckels 342 und der Spannvorrichtung 331 der Wafer W von der Spannvorrichtung 331 an den Transportarm 13 übergeben und nacheinander zur Alterungseinheit 3 und zur Lösungsmittelaustauscheinheit 4 transportiert. In den Einheiten 3 bzw. 4 werden Gelierschritt bzw. der Lösungsmittelaustauschschritt ausgeführt. Nachstehend werden diese Schritte unter Bezugnahme auf 28A und 28B kurz beschrieben.
Zunächst wird in dem Gelierschritt die Behandlung zum Gelieren der TEOS-Kolloide durchgeführt, die in der Überzugsschicht auf dem Wafer enthalten sind, um die Kolloide in einer Netzstruktur zu verbinden. Dazu wird in einer mit Ethylenglycoldampf gefüllten Behandlungskammer 371 der Wafer W durch die Heizplatte auf etwa 100°C erhitzt (28A). Der Grund für das Einleiten des Ethylenglycoldampfs in die Behandlungskammer 371 ist hierbei, die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht zu unterdrücken. Daher wird beispielsweise bei der Temperatur des Inneren der Behandlungskammer 371 der Dampf auf einen Sättigungsgrad von 100% eingestellt. Bei diesem Gelierschritt kann anstelle des Erhitzen ein Katalysator verwendet werden, wie z. B. Ammoniak.
In diesem Fall wird beispielsweise in der mit Ammoniak gefüllten Behandlungskammer 371 die Behandlung bei Normaltemperatur ausgeführt; das Gelieren der TEOS-Kolloide kann durch das Ammoniakgas, das ein basischer Katalysator ist, beschleunigt werden.
Anschließend wird im Lösungsmittelaustauschschritt das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch ein anderes Lösungsmittel ausgetauscht, indem nacheinander Ethanol, HMDS (Hexamethyldisilan) und Heptan annähernd auf den Drehungsmittelpunkt der Oberfläche des Wafers W aufgebracht werden. Daher wird in der Lösungsmittelaustauscheinheit 4, wie in 28B dargestellt, der Wafer W in horizontaler Lage auf der Waferaufnahmevorrichtung 372 fixiert, die so aufgebaut ist, daß sie um die vertikale Achse drehbar ist. Andererseits werden drei Düsen 373 (373a, 373b, 373c) bereitgestellt, die Ethanol, HMDS bzw. Heptan ausstoßen. Dann werden diese Düsen 373 (373a, 373b, 373c) der Reihe nach durch den Transportarm 374 ergriffen und aus den entsprechenden, in der Figur nicht dargestellten Düsenbehältern herausgezogen und zum Mittelabschnitt des Wafers W transportiert.
In diesem Schritt wird zunächst der Wafer W in Drehung versetzt. In diesem Zustand wird annähernd auf den Drehungsmittelpunkt der Oberfläche des Wafers W Ethanol aufgetropft, um sich durch Zentrifugalkraft über die gesamte Oberfläche des Wafers W auszubreiten.
Dadurch löst sich Ethanol in der Feuchtigkeit, die in der Überzugsschicht enthalten ist. Als Ergebnis wird die Feuchtigkeit durch Ethanol ausgetauscht. Anschließend wird bei entsprechender Rotation des Wafers W HMDS auf die Oberfläche des Wafers W aufgetropft. Dadurch werden OH-Gruppen in der Überzugsschicht entfernt. Ferner wird Heptan auf die Oberfläche des Wafers W aufgebracht. Dadurch wird das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch Heptan ausgetauscht. Der Grund für die Verwendung von Heptan ist, daß durch die Verwendung eines Lösungsmittels von niedriger Oberflächenspannung die Kraft verringert werden kann, die an einer porösen Struktur angreift, die eine TEOS-Netzstruktur ist, und die TEOS-Netzstruktur nicht zum Zusammenfallen gebracht wird.
Der Wafer W, auf dem die vorgegebene Behandlung in der Lösungsmittelaustauscheinheit 4 ausgeführt worden ist, wird durch den Hauptarm 13 zur Trocknungseinheit transportiert. In dieser Einheit wird der Wafer W der Trocknungsbehandlung ausgesetzt. Dadurch wird auf der Oberfläche des Wafers W eine Isolierzwischenschicht ausgebildet, die aus einer Siliciumoxidschicht besteht.
Gemäß dem oben erwähnten Beispiel 6 wird im Schichtbildungsschritt vor dem Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit die gesamte Oberfläche des Wafers mit Ethanol beschichtet. In einem Zustand, in dem sich das Ethanol auf der Oberfläche des Wafers W befindet, wird die Beschichtungsflüssigkeit X darauf aufgebracht. Da Ethanol eine niedrigere Viskosität als Ethylenglycol aufweist, verteilt sich das Ethanol selbst leicht über die gesamte Oberfläche des Wafers. Daher zerfällt das Ethanol völlig in winzige konkav/konvexe Portionen, die auf der Oberfläche des Wafers W ausgebildet sind.
In einem Zustand, wo Ethanol auf der gesamten Oberfläche des Wafers vorhanden ist, wird daher die Beschichtungsflüssigkeit X auf die Oberfläche des Wafers W aufgebracht, um sich auszubreiten. Die Bestandteile der Beschichtungsflüssigkeit X, d. h. TEOS, Wasser, Ethylenglycol und Chlorwasserstoffsäure, sind alle in Ethanol löslich. Daher vermischt sich die Beschichtungsflüssigkeit X mit Ethanol auf der Oberfläche des Wafers W. Als Ergebnis entsteht ein Zustand, in dem die Beschichtungsflüssigkeit sich mit Ethanol vermischen kann und dadurch an die Stellen gelangt, wo Ethanol vorhanden ist.
Außerdem weist Ethanol, wie oben erwähnt, eine niedrigere Viskosität als Ethylenglycol auf. Daher erlangt die mit Ethanol vermischte Beschichtungsflüssigkeit X eine niedrige Viskosität und breitet sich leicht aus. Wenn daher der Wafer W in Drehung versetzt wird, verteilt sich die Beschichtungsflüssigkeit X generell über die gesamte Oberfläche des Wafers und zerfällt in die winzigen konkav/konvexen Portionen. Daher wird auf der gesamten Waferoberfläche die Überzugsschicht gebildet.
Auch wenn zu diesem Zeitpunkt als Beschichtungsflüssigkeit S die Lösung oder Alkohol verwendet wird, die eine niedrigere Viskosität als Ethylenglycol aufweist und Metallalkoxid und Wasser löst, vermischen sich die Komponenten der Beschichtungsflüssigkeit X und der Lösung S miteinander. Als Ergebnis verringert sich die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit X, die über die Oberfläche des Wafers W zu verteilen ist, wodurch eine ähnliche Wirkung wie die von Ethylenglycol erzielt werden kann.
Wenn ferner als Lösung S Ethanol verwendet wird, das einer der Lösungsmittelbestandteile der Beschichtungsflüssigkeit X ist, erfolgt eine schnelle Vermischung der Lösung S und der Beschichtungsflüssigkeit X auf der Oberfläche des Wafers, da Ethanol bereits vorher als Lösungsmittel enthalten ist. Daher entstehen während der Vermischung der Lösung S und der Beschichtungsflüssigkeit X keine Blasen, und in der Überzugsschicht bleiben keine Blasen zurück. Daher kann eine Überzugsschicht von besserer Qualität ausgebildet werden.
Wenn nun eine Lösung von höherer Viskosität als der von Ethylenglycol verwendet worden wäre, wäre die Ausbreitung der Lösung S selbst schwierig. Daher würde das Eindringen in die winzigen konkav/konvexen Portionen auf der Oberfläche des Wafers W schwierig. Da ferner die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit nach dem Vermischen der Lösung S und der Beschichtungsflüssigkeit X erhöht würde, wäre die Beschichtungsflüssigkeit X noch schwerer zu verteilen. Als Ergebnis würde ein gleichmäßiger Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit X auf die gesamte Oberfläche des Wafers W schwierig werden.
Wenn ferner als Lösung S eine Lösung verwendet wird, in der sich ein Metallalkoxid oder Wasser nicht auflösen, vermischen sich die Lösung S und die Beschichtungsflüssigkeit X nicht. Daher kann die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit X nicht verringert werden. Außerdem kann wegen der Hinderung der Beschichtungsflüssigkeit X durch die Lösung S der Auftrag auf die Oberfläche des Wafers W nicht ausgeführt werden. Übrigens ist das Beimischen von Wasser zu dem Lösungsmittel der Beschichtungsflüssigkeit nicht beschränkt. Wenn jedoch Wasser enthalten ist, muß die Lösung imstande sein, die Ausgangssubstanz, und Wasser zu lösen.
Folglich wird gemäß dem oben erwähnten Beispiel 6 eine Beschichtungsflüssigkeit X leicht auf die Oberfläche des Wafers W auftragbar, wodurch die Beschichtungsflüssigkeit X generell auf die gesamte Oberfläche des Wafers W aufgebracht werden kann. Da die Ausbildung der Schicht auf der gesamten Oberfläche sichergestellt werden kann, läßt sich daher als Ergebnis eine Dünnschicht von hervorragender Qualität, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht, ausbilden.
Bei dem oben erwähnten Verfahren zur Ausbildung einer Schicht ist der zuvor erwähnte Lösungsmittelaustauschschritt nicht immer notwendig. Durch Ausführung des Gelierschritts nach dem Schichtbildungsschritt kann eine Dünnschicht ausgebildet werden, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.
Vor dem Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit, in der Teilchen oder Kolloide einer Ausgangssubstanz einer Schichtkomponente in einem Lösungsmittel dispergiert sind, wird auf die Oberfläche des Substrats eine Lösung aufgebracht, deren Viskosität kleiner ist als die der Komponente mit der höchsten Viskosität unter den Lösungsmitteln der Beschichtungsflüssigkeit, und die imstande ist, die Ausgangssubstanz zu lösen. Dadurch wird der Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit auf die Substratoberfläche erleichtert, wodurch die Schicht generell über der gesamten Substratoberfläche ausgebildet werden kann. Als Ergebnis kann man eine hervorragende Dünnschicht erhalten, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.
BEISPIEL 7
Als nächstes wird Beispiel 7 beschrieben.
1 zeigt eine Draufsicht, die eine Vorrichtung darstellt, die das Beispiel 7 beinhaltet.
2A bis 2D zeigen schematische Darstellungen jedes Verfahrensschritts zur Ausbildung einer Schicht gemäß Beispiel 7.
Bei dieser Vorrichtung wird ein Wafer W, nachdem er einer Hydrophobierungsbehandlung und einer Abkühlungsbehandlung ausgesetzt wurde, nacheinander durch einen Hauptarm 13 zu einer Beschichtungseinheit 2, einer Alterungseinheit 3 und einer Lösungsmittelaustauscheinheit 4 transportiert, und in diesen Einheiten werden jeweils die vorgegebenen Behandlungen durchgeführt.
Das heißt, in der Einheit 2 wird eine Beschichtungsflüssigkeit X durch die weiter unten beschriebene Beschichtungsflüssigkeitsdüse 5 annähernd auf den Drehungsmittelpunkt der Oberfläche des Wafers W aufgebracht, der durch einen weiter unten beschriebenen Waferhalter 21 angesaugt und festgehalten wird. Dann wird, wie in 2B dargestellt, durch Rotation des Wafers W die Beschichtungsflüssigkeit X durch Zentrifugalkraft über die gesamte Oberfläche des Wafers W ausgebreitet, um eine Schicht zu bilden (Schichtbildungsbehandlung).
Dann wird in der Alterungseinheit 3 eine Gelierbehandlung der TEOS-Kolloide in der Überzugsschicht auf dem Wafer W durchgeführt, um dadurch die Kolloide zu verbinden und eine Netzstruktur auszubilden (Gelierbehandlung). Zur Ausführung dieses Gelierens wird in einer Behandlungskammer 37, die mit Ethylenglycoldampf gefüllt ist, der Wafer W durch eine Heizplatte auf etwa 100°C erhitzt (2C). In diesem Schritt kann anstelle des Erhitzens in der mit Ammoniakgas gefüllten Behandlungskammer 37 die Behandlung bei Normaltemperatur durchgeführt werden, wodurch das Gelieren der TEOS-Kolloide durch das Ammoniakgas, das ein basischer Katalysator ist, beschleunigt werden kann. Übrigens wird das Innere der Behandlungskammer 37 deshalb mit dem Ethylenglycoldampf gefüllt, um die Verdampfung des Lösungsmittels in der Beschichtungsflüssigkeit zu unterdrücken.
Anschließend werden in der Lösungsmittelaustauscheinheit 4 nacheinander Ethanol, HMDS (Hexamethyldisilan) und Heptan annähernd auf den Drehmittelpunkt der Oberfläche der Überzugsschicht M auf dem Wafer W aufgebracht, wodurch die Lösungsmittel in der Überzugsschicht M durch andere Lösungsmittel ausgetauscht werden (Lösungsmittelaustauschbehandlung). Dazu wird in der Lösungsmittelaustauscheinheit 4, wie in 2D dargestellt, der Wafer W durch einen Waferhalter 21, der so aufgebaut ist, daß er um eine vertikale Achse drehbar ist, in horizontaler Lage gehalten. In diesem Zustand wird zunächst Ethanol annähernd auf den Drehungsmittelpunkt der Oberfläche des Wafers W aufgetropft, danach wird der Wafer W in Drehung versetzt, damit sich das Ethanol durch Zentrifugalkraft auf die gesamte Oberfläche des Wafers ausbreitet. Dadurch löst sich Ethanol in der Feuchtigkeit auf, die in der Überzugsschicht M enthalten ist, wodurch die Feuchtigkeit durch Ethanol ausgetauscht wird.
Anschließend werden auf ähnliche Weise OH-Gruppen in der Überzugsschicht durch Abgabe von HMDS auf die Oberfläche des Wafers W entfernt. Dann wird durch Abgabe von Heptan auf die Oberfläche des Wafers W das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch Heptan ausgetauscht. Der Grund für die Verwendung von Heptan ist, daß wegen der Verwendung eines Lösungsmittels von niedrigerer Oberflächenspannung die an der porösen Struktur, d. h. der TEOS-Netzstruktur angreifende Kraft reduziert wird, wodurch verhindert wird, daß die TEOS-Netzstruktur zusammenfällt.
Der Wafer, an dem auf diese Weise die vorgegebene Behandlung in der Lösungsmittelaustauscheinheit 4 durchgeführt wurde, wird durch den Hauptarm 13 zu einer Trocknungseinheit transportiert. In dieser Einheit wird der Wafer W einer Trocknungsbehandlung ausgesetzt, wodurch auf der Oberfläche des Wafers W eine Isolierzwischenschicht ausgebildet wird, die aus einer Siliciumoxidschicht besteht.
Das Verfahren zur Ausbildung einer Schicht ist durch die Schichtbildungsbehandlung charakterisiert.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Profilseitenansicht von 29 die Beschichtungseinheit 2 beschrieben, in der diese Behandlung ausgeführt wird. Das Bezugszeichen 431 in der Figur bezeichnet z. B. eine Spannvorrichtung, welche die Rückseite des Wafers W ansaugt und fixiert. Etwa in der Mitte der Bodenfläche der Spannvorrichtung 431 ist eine Drehachse 433 angebracht, die durch einen Antriebsteil 432 nach oben und unten bewegt und in Drehung versetzt werden kann. Bei dieser Konstruktion kann sich die Spannvorrichtung 431 zwischen einer Übergabeposition des Wafers W oberhalb des weiter unten beschriebenen feststehenden Bechers und einer Behandlungsposition des Wafers W, die durch die ausgezogene Linie in 29 dargestellt ist, nach oben und unten bewegen und kann sich um die vertikale Achse drehen.
Im Umkreis der Spannvorrichtung 431 und des Wafers W, die in der Behandlungsposition angeordnet sind, ist ein feststehender Becher 440 so angebracht, daß er diese umgibt. An der Oberseite des feststehenden Bechers 440 ist eine Öffnung 441 für den Durchgang des Wafers W ausgebildet. Der Öffnungsabschnitt 441 wird durch einen Deckel 440 geöffnet und geschlossen, der so angeordnet ist, daß er sich nach oben und nach unten bewegen kann. Ferner sind an der Unterseite des feststehenden Deckels 440 ein Abflußrohr 443 und ein Absaugrohr 444 angeschlossen.
Oberhalb des Wafers W, der sich in einer Behandlungsposition befindet, ist eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 angebracht, um die weiter unten zu beschreibende Beschichtungsflüssigkeit annähernd auf die Mitte der Oberfläche des Wafers W abzugeben (der Oberfläche, wo eine Überzugsschicht ausgebildet wird). Diese Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 ist so an einem Trägerarm 451 angebracht, daß ihr Spitzenende annähernd auf den Drehungsmittelpunkt der Waferoberfläche gerichtet ist. Der Trägerarm 451 ist so aufgebaut, daß er sich durch einen Antriebsabschnitt 452 in horizontaler Richtung bewegen kann. Infolgedessen kann sich die Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 zwischen einer Abgabeposition (einer in 29 dargestellten Position) zur Abgabe einer Beschichtungsflüssigkeit auf die Waferoberfläche und einem Düsenreinigungsabschnitt 453 bewegen kann, der außerhalb des in der Behandlungsposition befindlichen Wafers W angeordnet ist. Der Düsenreinigungsabschnitt 453 nimmt die aus der Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 überlaufende Flüssigkeit auf und ist beispielsweise so aufgebaut, daß an der Unterseite eines zylinderförmigen Flüssigkeitsaufnahmebehälters 453a ein Flüssigkeitsabsaugweg 453b angeschlossen ist.
Die Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 ist mit einem Ende einer Lösungsmittelabgabeleitung 461 zur Abgabe einer Beschichtungsflüssigkeit X an die Düse 450 verbunden. Das andere Ende der Beschichtungsflüssigkeitsabgabeleitung 461 ist mit einem Mischabschnitt 462 verbunden. Diese Beschichtungsflüssigkeitsabgabeleitung weist beispielsweise eine ummantelte Struktur mit einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr auf. Durch das äußere Rohr wird Temperaturregelungsflüssigkeit geleitet.
Mit dem Mischabschnitt 462 sind mehrere, beispielsweise zwei, Reservebehälter 463 und 464 über Lösungsmittelabgabeleitungen 463a bzw. 463b mit Pumpen P1 bzw. P2 verbunden, um die erste Flüssigkeit bzw. die zweite Flüssigkeit aufzunehmen, die Bestandteile der Beschichtungsflüssigkeit X sind. Die in diesen ersten bzw. zweiten Reservebehältern 463, 464 gespeicherten Flüssigkeiten werden im Mischabschnitt 462 vermischt und durch die Beschichtungsflüssigkeitsabgabeleitung 461 an die Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 abgegeben.
Nachstehend wird die Beschichtungsflüssigkeit X beschrieben. In dieser Beschichtungsflüssigkeit sind Kolloide oder Teilchen eines Metallalkoxids, wie z. B. TEOS, das eine Ausgangssubstanz einer Schichtkomponente ist, in einem Lösungsmittel dispergiert. Als Lösungsmittel kann eine Ethanollösung, Ethylenglycol, Wasser und eine Spur Chlorwasserstoffsäure (HCl) verwendet werden.
In einer solchen Beschichtungsflüssigkeit X sind die TEOS-Kolloide oder -Teilchen in Wasser unlöslich oder schwer löslich. Die Flüssigkeit, in der die TEOS-Kolloide oder -Teilchen, Ethylenglycol, Wasser und Chlorwasserstoffsäure vermischt sind, wird im ersten Reservebehälter 463 als erste Flüssigkeit S1 gespeichert. Ferner ist eine Ethanollösung ein organisches Lösungsmittel, das Wasser und die TEOS-Kolloide und dergleichen löst, und wird in dem zweiten Reservebehälter 464 als zweite Flüssigkeit S2 gespeichert.
Als nächstes wird die in der Beschichtungseinheit 2 ausgeführte Schichtbildungsbehandlung unter Bezugnahme auf 30A bis 30D beschrieben. Zunächst wird ein Deckel 442 in die Position angehoben, die in 29 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Gleichzeitig wird eine Spannvorrichtung 431 in die Position oberhalb des feststehenden Bechers 440 angehoben. In diesem Zustand wird in der Position der gestrichelten Linie in 29 der durch den Hauptarm 13 zur Einheit 3 transportierte Wafer W an die Spannvorrichtung 431 übergeben. Dann wird die Spannvorrichtung 431 in die Behandlungsposition abgesenkt, und der Deckel 442 wird abgesenkt, um den feststehenden Becher 440 abzudichten.
Dann wird zunächst, wie in 30A dargestellt, die Beschichtungsflüssigkeit X aus der Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 annähernd auf den Drehungsmittelpunkt auf der Oberfläche des Wafers W abgegeben, um einem Überzugsschicht auf der Oberfläche zu bilden. Das heißt, die Beschichtungsflüssigkeit X (Mischflüssigkeit) wird durch Vermischen der ersten Flüssigkeit S1 und der zweiten Flüssigkeit S2 im Mischabschnitt 462 hergestellt, dann wird diese Beschichtungsflüssigkeit innerhalb von 6 Minuten nach dem Vermischen der entsprechenden Flüssigkeiten auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben, um einen Überzug zu bilden.
Konkret werden durch Betätigen der Pumpen P1 und P2 die vorgegebenen Anteile der ersten Flüssigkeit S1 und der zweiten Flüssigkeit S2 aus den ersten und zweiten Reservebehältern 463 und 464 in den Mischabschnitt 462 abgegeben. Im Mischabschnitt 462 werden diese ersten und zweiten Flüssigkeiten S1 und S2 vermischt, um die Beschichtungsflüssigkeit X herzustellen, dann wird die Beschichtungsflüssigkeit X durch die Beschichtungsflüssigkeitsabgabeleitung 461 auf die Oberfläche des Wafers W aufgebracht. Dann wird durch Rotation des Wafers W die Beschichtungsflüssigkeit X durch Zentrifugalkraft über die gesamte Oberfläche des Wafers W ausgebreitet und verteilt, um eine Überzugsschicht zu bilden. Auf diese Weise wird durch Abgabe der Beschichtungsflüssigkeit X auf die Oberfläche der Wafer innerhalb von 6 Minuten nach dem Vermischen der ersten und der zweiten Beschichtungsflüssigkeit S1 und S2 eine Schichtbildung auf der vorgegebenen Anzahl von Wafern W durchgeführt.
Übrigens wird nach Ausbildung der Schichten aus einer in der Figur nicht dargestellten Verdünnerdüse in dem feststehenden Becher 440 ein Verdünner auf den Randabschnitt des Wafers W aufgesprüht, um die Überzugsschicht vom Randabschnitt zu entfernen. Danach werden der Deckel 442 und die Spannvorrichtung 431 angehoben, um den Wafer von der Spannvorrichtung 431 an den Transportarm 13 zu übergeben, und dann wird der Wafer der Reihe nach zur Alterungseinheit 3 und Lösungsmittelaustauscheinheit 4 transportiert.
Anschließend wird in der Beschichtungseinheit 2 vor dem Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit X auf die Oberfläche des folgenden Wafers W, wie in 30B dargestellt, das Innere des Wegs der Beschichtungsflüssigkeit X, der sich aus dem Mischabschnitt 462 und der Beschichtungsflüssigkeitsleitung 461 zusammensetzt, durch ein organisches Lösungsmittel gereinigt. Das heißt, nachdem die Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 über den Düsenreinigungsabschnitt 453 bewegt wird, wird die Zufuhr der ersten Flüssigkeit zum Mischabschnitt 462 unterbrochen. Dann wird nur die zweite Flüssigkeit durch den Mischabschnitt 462 an die Beschichtungsflüssigkeitsabgabeleitung 461 abgegeben.
Durch diesen Vorgang wird die Beschichtungsflüssigkeit X von der Zuflußseite her allmählich durch ein organisches Lösungsmittel ersetzt, in diesem Beispiel durch die Ethanollösung S2 (30B), und wird bald vollständig durch die Ethanollösung S2 ausgetauscht (30C). Dadurch wird das Innere des Strömungsweges durch die Ethanollösung S2 gereinigt. In dieser Zeit werden die Beschichtungsflüssigkeit X und die Ethanollösung S2, die aus der Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 ausfließen, über den Flüssigkeitsaufnahmebehälter 453a durch den Flüssigkeitsabsaugweg 453 abgesaugt. Hierbei wird als organisches Lösungsmittel zum Reinigen des Durchflußweges vorzugsweise eine Komponente eingesetzt, welche die Ausgangssubstanz der Filmkomponente und Wasser löst. Als derartige organische Lösungsmittel können Alkohol, wie z. B. eine Ethanollösung, IPA (Isopropylalkohol) oder dergleichen verwendet werden.
Nachdem auf diese Weise die Flüssigkeit im Inneren des Durchflußweges durch die Ethanollösung S2 ausgetauscht worden ist, wie in 30C und 30D dargestellt, werden die ersten und zweiten Flüssigkeiten S1 und S2 ins Innere des Durchflußweges abgegeben. Folglich wird durch Auffüllen des Durchflußweges mit der Beschichtungsflüssigkeit X und anschließendes Bewegen der Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 in die Abgabeposition der Wafer W wieder der Schichtbildungsbehandlung ausgesetzt. Diesmal kann nach der Bewegung der Beschichtungsflüssigkeitsdüse 450 in die Abgabeposition die Flüssigkeit im Inneren des Durchflußwegs durch die Beschichtungsflüssigkeit X ersetzt werden, oder auf der Oberfläche des Wafers W können die Ethanollösung und die Beschichtungsflüssigkeit X ausgetauscht werden.
Da gemäß dem oben erwähnten Beispiel 7 die Beschichtungsflüssigkeit X innerhalb der Qualitätsminderungszeit der Schicht nach Beendigung des Mischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit S1, S2, z. B. innerhalb von 6 Minuten nach Beendigung des Mischens, auf die Oberfläche des Wafers W aufgetragen wird, wie aus den weiter unten beschriebenen Versuchsergebnissen ersichtlich, kann die Verschlechterung der Schichtqualität der Überzugsschicht unterdrückt werden.
Hierbei wurden von den Erfindern die folgenden Experimente durchgeführt. Die oben erwähnte erste Flüssigkeit S1 und die zweite Flüssigkeit S2 werden zur Beschichtungsflüssigkeit X vermischt. Dann werden die Überzugsschichten auf den Waferoberflächen W nach dem oben erwähnten Verfahren ausgebildet, wobei die Zeitspannen bis zur Abgabe der Beschichtungsflüssigkeit X auf die Oberfläche des Wafers W nach dem Mischen variiert werden. Dann wird der Zustand der so gebildeten Überzugsschichten durch visuelle Beobachtung geprüft.
Dabei hatten die Erfinder aus der Erfahrung gelernt, daß die Schichtqualität der zu bildenden Schichten sich verschlechtert, wenn die Zeitspanne nach dem Vermischen der ersten Flüssigkeit S1 mit der zweiten Flüssigkeit S2 bis zur Abgabe auf die Oberfläche des Wafers W länger als etwa 6 Minuten war. Zur Bestätigung des kritischen Punktes wurde daher das Experiment ausgeführt, indem die Zeitspannen nach dem Mischen bis zur Abgabe auf die Oberfläche des Wafers W variiert wurden, wie von z. B. 1 min, 2 min, 3 min, 4 min, 5 min, 6 min, 10 min bzw. 30 min.
Für die unter den entsprechenden Bedingungen aufgetragenen Schichten erhält man die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke in der Ebene = (Standardabweichung der Schichtdicke in der Waferebene)/(Mittlere Schichtdicke in der Waferebene) × 100 (%). Andererseits werden die erzielten Überzugsschichten durch visuelle Beobachtung geprüft. Die Ergebnisse sind in 31 dargestellt. Hierbei bezeichnet 0 einen Zustand, wo in der Überzugsschicht keine Unregelmäßigkeit beobachtet wird, und × bezeichnet einen Zustand, wo eine radiale Spur ähnlich der Laufspur eines Teilchens auf der Oberfläche zu sehen ist. Diese Ergebnisse bestätigen, daß durch Verwendung der Beschichtungsflüssigkeit X innerhalb von 6 Minuten nach dem Vermischen der ersten und der zweiten Flüssigkeiten S1 und S2 eine Verschlechterung der Schichtqualität und der Ungleichmäßigkeit der Schichtdicke in der Ebene der ausgebildeten Schicht unterdrückt werden können.
Wenn daher die Beschichtungsflüssigkeit X später als 5 Minuten nach dem Vermischen des TEOS und des Lösungsmittels, wie z. B. Ethanollösung oder dergleichen, verwendet wird, tritt eine Schwankung der Schichtdicke oder der Schichtqualität der Überzugsschicht auf. Der Mechanismus dieser Schwankung ist allerdings nicht geklärt, wird aber von den Erfindern wie folgt angenommen. Die Beschichtungsflüssigkeit X ist ein Gemisch aus TEOS und dem Lösungsmittel. Wenn TEOS und Lösungsmittel vermischt werden, treten eine Hydrolyse und Polymerisation des TEOS auf. Wenn eine bestimmte Zeitspanne nach dem Mischen verstrichen ist, wachsen die Kolloide zu stark und weichen von dem für die Erzielung der besten Schichtqualität geeigneten kolloidalen Zustand ab. Es wird angenommen, daß als Ergebnis die Schwankung der Schichtdicke oder der Schichtqualität der Überzugsschicht auftreten.
Hierbei ist TEOS zwar in Wasser schwer löslich, aber in Alkohol löslich; dementsprechend besteht die Auffassung, daß die Hydrolyse oder die Polymerisation von TEOS nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne nach der Auflösung von TEOS, Wasser und Chlorwasserstoffsäure in der Ethanollösung auftritt.
Es wird z. B. angenommen, daß die Hydrolyse nach Ablauf der Zeitspanne von mehr als 6 Minuten nach dem Vermischen der Ethanollösung mit den anderen Komponenten auftritt.
Daher kann, wie in Beispiel 7, durch Trennen der Komponenten der Beschichtungsflüssigkeit X in eine Ethanollösung (die zweite Flüssigkeit) und die anderen Komponenten (die erste Flüssigkeit) und durch Ausbildung der Schicht unter Verwendung der Beschichtungsflüssigkeit X innerhalb von 6 Minuten nach deren Vermischung die Beschichtungsflüssigkeit X verwendet werden, bevor die Kolloide zu stark wachsen. Es wird angenommen, daß infolgedessen die Verschlechterung der Schichtqualität der Überzugsschicht unterdrückt werden kann.
Ferner werden, wie in Beispiel 7, nach der Schichtbildung auf den vorgegebenen Waferstücken W mit einer Beschichtungsflüssigkeit X innerhalb von 5 Minuten nach dem Vermischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit S1 und S2 vor dem Austrag der Beschichtungsflüssigkeit auf den nächsten Wafer W der Mischabschnitt 462 und der Durchflußweg stromabwärts vom Mischabschnitt 462 gereinigt. Dadurch bleibt in dem Durchflußweg keine alte Beschichtungsflüssigkeit zurück, die älter ist als 5 Minuten nach dem Vermischen. Wenn daher der nachfolgende Wafer W verarbeitet wird, besteht keine Möglichkeit, daß die alte Beschichtungsflüssigkeit X auf den Wafer W aufgebracht wird, und dementsprechend wird eine Verschlechterung der Schichtqualität der Überzugsschicht verhindert.
Wenn ferner in diesem Fall Alkohol, wie z. B. eine Ethanollösung oder dergleichen, als organisches Lösungsmittel verwendet wird, wie oben erwähnt, dann lösen sich TEOS, Wasser und Chlorwasserstoffsäure in der Ethanollösung auf. Daher kann die Reinigung des Durchflußwegs leicht ausgeführt werden, da die entsprechenden Komponenten der Beschichtungsflüssigkeit X, die im Durchflußweg vorhanden sind, sich in der Ethanollösung auflösen. Ferner kann, wie im Beispiel 7, durch den Eintrag der ersten bzw. der zweiten Beschichtungsflüssigkeit S1, S2 aus den getrennten Reservebehältern 463, 464 in den Mischabschnitt 462 durch Pumpen P1, P2 das Mischungsverhältnis der ersten und der zweiten Flüssigkeiten S1, S2 vorteilhaft und mühelos variiert werden.
Daher kann gemäß Beispiel 7 eine Verschlechterung der Schichtqualität der Überzugsschicht infolge Zersetzung der Beschichtungsflüssigkeit X unterdrückt werden, da die Hydrolyse und die Polymerisation der Beschichtungsflüssigkeit X, die auf die Oberfläche des Wafers W abgegeben wird, unterdrückt werden können. Als Ergebnis können hervorragende Dünnschichten ausgebildet werden, wie z. B. Isolierzwischenschichten.
In dem oben beschriebenen Beispiel 7 können statt der Anordnung der ersten und zweiten Reservebehälter 463, 464 oder des Mischabschnitts 462 die ersten und zweiten Flüssigkeiten S1, S2 an einer anderen Stelle vermischt werden. Dann kann innerhalb von 6 Minuten nach Herstellung des Flüssigkeitsgemischs (der Beschichtungsflüssigkeit X) die Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Wafers W aufgetragen werden. Ferner wird Ethylenglycoldampf ins Innere des feststehenden Bechers 440 eingeleitet, und nachdem das Innere des Bechers 440 mit dem Dampf gefüllt ist, kann die Beschichtungsflüssigkeit X abgegeben werden. Die Auswirkung in diesem Fall ist, daß die Verdampfung des Lösungsmittels am der Beschichtungsflüssigkeit X unterdrückt werden kann.
Bei dem oben erwähnten Schichtbildungsverfahren ist die oben erwähnte Lösungsmittelaustauschbehandlung nicht unbedingt erforderlich. Das heißt, durch Ausführung der Gelierbehandlung nach der Bildung einer Überzugsschicht kann eine Dünnschicht ausgebildet werden, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.
Die erste Flüssigkeit, die Teilchen oder Kolloide eines Ausgangsmaterials einer Schichtkomponente und Wasser enthält, und die zweite Flüssigkeit, die aus einem organischen Lösungsmittel besteht, das Wasser und die Schichtkomponente lösen kann, werden miteinander vermischt, das Flüssigkeitsgemisch wird innerhalb von 6 Minuten nach der Herstellung auf die Oberfläche aufgetragen, um eine Überzugsschicht zu bilden. Dadurch kann die Verschlechterung der Schichtqualität unterdrückt werden. Als Ergebnis kann man eine hervorragende Dünnschicht erhalten, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.
Übrigens ist im Beispiel 7 aufgrund empirischer Tatsachen oder Experimente die Zeitspanne für die Verschlechterung der Schichtqualität auf 6 Minuten festgesetzt; die Zeitspanne für die Verschlechterung der Schichtqualität variiert jedoch in Abhängigkeit von einzusetzenden Chemikalien oder Lösungsmitteln, Behandlungsbedingungen oder dergleichen.
Daher wird im Falle von Bedingungen, die sich von denen im Beispiel 7 unterscheiden, der geeignete Wert der Zeitspanne für die Verschlechterung der Schichtqualität jedesmal durch Experiment oder dergleichen ermittelt. Folglich werden die Zeitspannen für die Verschlechterung der Schichtqualität entsprechend den jeweiligen Bedingungen bestimmt. Daher ist die Zeitspanne für die Verschlechterung der Schichtqualität nicht auf 6 Minuten beschränkt.
BEISPIEL 8 – ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Als eine Ausführungsform der Erfindung wird Beispiel 8 beschrieben.
1 zeigt eine Draufsicht, die eine Vorrichtung darstellt, die Beispiel 8 beinhaltet.
2A bis 2D zeigen schematische Darstellungen der entsprechenden Schritte eines Schichtbildungsverfahrens, das Beispiel 8 beinhaltet.
In 2A bis 2D ist der Behandlungsablauf der Schichtbildung der Reihe nach schematisch dargestellt. Ein Wafer W, der vor der Behandlung durch einen Hauptarm 13 aus dem Inneren einer Kassette C eines Kassettentischs CS entnommen wird, wird in einer Beschichtungseinheit 2 untergebracht. Dann wird in einem Zustand, in dem das Innere der Beschichtungseinheit 2 mit Lösungsmitteldampf gefüllt ist, eine Beschichtungsflüssigkeit T auf die Oberfläche des Wafers W aufgetropft (vgl. 2A). In der hier verwendeten Beschichtungsflüssigkeit sind Kolloide oder Teilchen von TEOS, einem Metallalkoxid, in einem Lösungsmittel dispergiert, das organische Lösungsmittel enthält, wie z. B. Ethylenglycol und Ethylalkohol, und das ferner Wasser und eine Spur Chlorwasserstoffsäure enthält. Wegen des niedrigen Dampfdrucks von Ethylenglycol bleibt dieses auch nach der Verdampfung von Ethylalkohol in der Schicht zurück, um eine Unterdrückung der Schrumpfung der Schicht zu bewirken.
Anschließend wird, wenn der Wafer W in einem Zustand, in dem das Innere der Beschichtungseinheit 2 mit Lösungsmitteldampf gefüllt ist, mit hoher Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, die Beschichtungsflüssigkeit, in der ein TEOS-Sol in dem Lösungsmittel dispergiert ist, über die Oberfläche des Wafers W ausgebreitet, um eine Schicht F zu bilden (2B).
Als nächstes wird der Wafer W auf den Tisch 31 der Alterungseinheit 3 aufgelegt, und diese wird durch den Deckel 33 abgedichtet. Dann wird bei Normaltemperatur ein Behandlungsgas zur Beschleunigung des Gelieren der Überzugsschicht in die Alterungseinheit eingelassen, um die Schicht zum Gelieren zu bringen (2C). Das Behandlungsgas ist ein Ammoniakgas, das Wasserdampf enthält.
Anschließend wird in der Lösungsmittelaustauscheinheit 4 der Lösungsmittelaustausch der gelierten Schicht mit Ethylalkohol, HMDS (Hexamethyldisilan) und Heptan ausgeführt (2D). Dadurch wird die Feuchtigkeit in der Überzugsschicht durch Ethylalkohol ersetzt. Ferner werden OH-Gruppen in der Überzugsschicht durch HMDS entfernt. Ferner wird das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch Heptan ausgetauscht. Der Grund für die Verwendung von Heptan besteht übrigens darin, ein Zusammenfallen der Netzstruktur von TEOS zu verhindern, indem durch Verwendung eines Lösungsmittels mit niedriger Oberflächenspannung die Kraft vermindert wird, die an der porösen Struktur angreift, d. h. an der Netzstruktur von TEOS. Danach wird der Wafer W beispielsweise 1 Minute in der Trocknungseinheit behandelt. Auf diese Weise wird auf der Oberfläche des Wafers W eine Zwischenisolierschicht gebildet, die aus einer Siliciumoxidschicht besteht.
32 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels der oben erwähnten Alterungseinheit 3. Wie in 32 dargestellt, weist diese Alterungseinheit 3 einen Tisch 561, auf den der Wafer W aufgelegt wird, einen Deckel 563, der den Raum über dem Tisch 561 zusammen mit dem Wafer abdichtet, und einen Absaugweg 565 mit einer Öffnung im Mittelabschnitt des Deckels 563 auf.
Der Deckel 563 ist über ein Dichtungselement 562 eng mit dem Umfangsabschnitt des Tischs 561 verbunden und bildet zusammen mit dem Tisch 561 die Behandlungskammer 560.
Außerdem öffnen sich außerhalb des Randes des auf den Tisch 561 aufgelegten Wafers W mehrere schlitzähnliche Gaseinlässe 564. Ferner sind in der Bodenfläche der Alterungseinheit 3 beispielsweise drei Stifte 567 angeordnet, die sich nach oben und nach unten bewegen und frei hervortreten und sich zurückziehen können. Diese nach oben und nach unten beweglichen Stifte 567 werden durch eine Antriebsquelle 566 in ihrer Auf- und Abwärtsbewegung zwischen dem Tisch 561 und einer Position oberhalb des Tisches angetrieben, um den Wafer nach oben und nach unten zu befördern.
Der Gaseinlaß 564a ist mit einer Behandlungsgasabgabeleitung 581 verbunden. Die Abgabeleitung 581 verzweigt sich in der Mitte, die Abzweigleitungen sind über Schaltventile V1 bzw. V2 mit der ersten Gasentwicklungsquelle 571 bzw. der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 verbunden. Die erste Gasentwicklungsquelle 571 und die zweite Gasentwicklungsquelle 572 sind identisch aufgebaut.
Diese erste Gasentwicklungsquelle 571 und die zweite Gasentwicklungsquelle 572 weisen einen Reservebehälter 574a für handelsübliches Ammoniakwasser (NH₄OH) (Ammoniakkonzentration: 30 Gew.-% bei Normaltemperatur) 573, eine Spülgaszuflußleitung 575 zur Durchführung der Gasspülung durch Einleiten eines Ammoniakgases in das Ammoniakwasser 573 in den Behälter 574b, einen Auslaß 576, durch den das durch Gasspülung erzeugte Behandlungsgas austritt, und eine Einrichtung 577 auf, um die Temperatur des Ammoniakwassers 573 auf einem konstanten Wert zu halten, z. B. auf der Normaltemperatur. Übrigens entsprechen die Behälter 574a bzw. 574b der ersten Kammer bzw. der zweiten Kammer in Anspruch 37.
Die Einrichtung zum Konstanthalten der Temperatur unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Wie schematisch in 32 dargestellt, kann der Behälter 574 z. B. eine Rohrspirale enthalten, die einen Wasserzirkulationsweg bildet. In diesem Fall ist das Rohr mit einer in der Figur nicht dargestellten Wasserumwälzeinrichtung verbunden und wird ständig von Wasser durchströmt, das auf Nominaltemperatur eingestellt ist. Dadurch wird die Temperatur des in dem Behälter 574 gespeicherten Ammoniakwassers ständig auf Normaltemperatur gehalten.
Die Behandlungsgaszuflußleitung 581 verzweigt sich zwischen der ersten Gasentwicklungsquelle 571 und dem Ventil V1 bzw. zwischen der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 und dem Ventil V2 in Umgehungsleitungen 582 bzw. 583, die über Schaltventile V3 bzw. V4 zu den Absaugwegen führen.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Alterungseinheit 6 der oben erwähnten Konfiguration beschrieben. Das Ammoniakwasser in den ersten und zweiten Gasentwicklungsquellen 571, 572 wird vorher durch Umwälzen des temperaturgeregelten Wassers auf Normaltemperatur gehalten. Jetzt wird in der ersten Gasentwicklungsquelle 571 Ammoniakgas durchgeblasen, und das Ammoniakgas 573 der ersten Gasentwicklungsquelle hat bereits die Sättigungskonzentration von Ammoniak (etwa 33 Gew.-%) erreicht. Dadurch wird das aus wasserdampfhaltigem Ammoniakgas bestehende Behandlungsgas entwickelt (von dem angenommen wird, daß es sich in einem nahezu gesättigten Zustand befindet) und durch das Ventil V3 abgesaugt. Währenddessen ist das Schaltventil V2 auf der Seite der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 geschlossen.
Dann wird der Wafer W von der Beschichtungseinheit 2 in die Behandlungskammer 560 transportiert, wonach die Behandlung während eines vorgegebenen Zeitraums ausgeführt wird. Während der Behandlung ist das Schaltventil V1 auf der Seite der ersten Gasentwicklungsquelle 571 geöffnet, und das Ventil V3 zur Auslaßseite ist geschlossen, und das Behandlungsgas wird am der ersten Gasentwicklungsquelle 571 ins Innere der Behandlungskammer 560 abgegeben (erster Behandlungsschritt).
Falls das Ammoniakwasser in der ersten Gasentwicklungsquelle 571 abnimmt und Ammoniakwasser nachgefüllt wird, wird vorher zu einem vorgegebenen Zeitpunkt auch in der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 mit dem Durchblasen von Ammoniakgas begonnen, wodurch das Ammoniakwasser 573 die Ammoniaksättigungskonzentration erreicht und wasserdampfhaltiges Ammoniakgas entwickelt. Währenddessen wird auf der Seite der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 das Schaltventil V2 geschlossen gehalten, und durch Öffnen des Ventils V4 zur Auslaßseite wird das entwickelte Gas aus der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 durch die Umgehung 583 direkt in den Auslaßweg abgelassen (vorbereitender Absaugschritt).
In diesem Zustand wird das vorher geöffnete Ventil V1 auf der Seite der ersten Gasentwicklungsquelle 571 geschlossen, um die Zufuhr von Behandlungsgas aus der ersten Gasentwicklungsquelle 571 zur Behandlungskammer 560 zu unterbrechen. Gleichzeitig wird das vorher geschlossene Ventil V2 auf der Seite der zweiten Gasentwicklungsquelle geöffnet, um das Behandlungsgas aus der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 der Behandlungskammer 560 zuzuführen. Dabei wird gleichzeitig mit dem Umschalten der Ventile V1, V2 das vorher geschlossene Ventil V3 auf der Seite der ersten Gasentwicklungsquelle 571 geöffnet. Dadurch wird das in der ersten Gasentwicklungsquelle 571 entwickelte Gas zum Absaugweg abgelassen. Gleichzeitig wird das vorher geöffnete Ventil V4 auf der Seite der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 geschlossen (zweiter Behandlungsschritt).
Danach wird das Ammoniakwasser in die erste Gasentwicklungsquelle 571 nachgefüllt, um durch Durchblasen von Ammoniakgas die Entwicklung von wasserdampfhaltigem Ammoniakgas aus dem Ammoniakwasser einzuleiten, das die Sättigungskonzentration von Ammoniak erreicht. Andererseits wird, falls das Ammoniakwasser in der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 abnimmt und Ammoniakwasser nachgefüllt wird, unter fortgesetztem Durchblasen an der ersten Gasentwicklungsquelle 571 die Behandlungsgaszuflußleitung entsprechend wieder von der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 zur ersten Gasentwicklungsquelle 571 umgeschaltet.
Hierbei wird der Startzeitpunkt des Durchblasens in der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 während des Nachfüllens von Ammoniakwasser in die erste Gasentwicklungsquelle 571 so gewählt, daß, wenn das Ammoniakwasser in die erste Gasentwicklungsquelle 571 nachgefüllt wird, ein Zustand erreicht ist, in dem in der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 das wasserdampfhaltige Ammoniakgas entwickelt wird. Dieser Zeitpunkt, oder die Zeitpunkte, in denen das Ammoniakwasser in der ersten bzw. der zweiten Gasentwicklungsquelle 571, 572 nachgefüllt wird, können durch eine Bedienungsperson festgelegt werden. Alternativ können Wasserfüllstandssensoren an den entsprechenden Gasentwicklungsquellen 571, 572 angebracht werden, wodurch der Wasserspiegel des Ammoniakwassers automatisch erfaßt werden kann, um den geeigneten Zeitpunkt zu ermitteln.
Ferner können die Schaltventile V1, V2, V3 und V4 so konstruiert sein, daß sie durch eine Bedienungsperson von Hand umgeschaltet werden. Alternativ kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Umschalten dieser Ventile vorgesehen werden, um sie automatisch entsprechend den vorgegebenen Zeitpunkten umzuschalten.
33 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Gasdurchflußwegs in der Alterungseinheit 3 mit der in 32 dargestellten Konfiguration. In diesem Beispiel wird Ammoniakgas einer gemeinsamen Gaszuflußquelle 570 den ersten und zweiten Gasentwicklungsquellen zugeführt. Wie außerdem in 33 dargestellt, ist zwischen dem Ventil V1 und dem Verzweigungspunkt der Behandlungsgaszuflußleitung 581 ein Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC1 angeordnet. Dieser Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC1 ist so angeordnet, daß er den Strömungsleitwert von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 zur Behandlungskammer 560 an den Strömungsleitwert von der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 zur Behandlungskammer 560 anpaßt. Dieser Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC1 ist mit einer Struktur ausgestattet, durch die der Querschnitt des Gasdurchflußwegs, d. h. der Widerstand gegen Gasdurchfluß, gesteuert werden kann. Die konkrete Steuerung des Slrömungsleitwerts wird so ausgeführt, daß durch Verwendung eines Durchflußmeßgeräts 580, das an der Gasleitung 581 angebracht ist, die Durchflußmenge beim Durchfluß des Gases von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 auf den gleichen Wert wie die Durchflußmenge beim Durchfluß des Gases aus der zweiten Gasentwicklungsquelle gebracht wird. Übrigens kann der Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC1, statt in der oben erwähnten Position, in Positionen zwischen dem Ventil V2 und dem oben erwähnten Verzweigungspunkt oder in beiden Positionen angeordnet werden.
Außerdem ist auch an der ersten Umgehungsleitung (dem ersten Absaugweg) 582, die von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 nicht durch die Behandlungskammer 560, sondern über das Ventil V3 direkt zum Auslaßweg 565 führt, ein Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC2 angeordnet. Der Strömungsleitwert dieses Strömungsleitwertregelungsabschnitts CC2 wird so eingestellt, daß der Strömungsleitwert des gesamten Gasdurchflußwegs von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 über das Ventil V3 auf der Auslaßseite, den Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC2 und die erste Umgehungsleitung 582 bis zum Auslaßweg 565 gleich dem Strömungsleitwert des gesamten Gasdurchflußwegs von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 über das Ventil V1 auf der Seite der Behandlungskammer und die Behandlungskammer 560 bis zum Auslaßweg 565 ist.
Ferner ist auch an der zweiten Umgehungsleitung (dem zweiten Auslaßweg) 583, der von der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 nicht durch die Behandlungskammer 560, sondern über das Ventil V4 direkt zum Auslaßweg 565 führt, der Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC3 angeordnet. Der Strömungsleitwert dieses Strömungsleitwertregelungsabschnitts CC3 wird so eingestellt, daß der Strömungsleitwert des gesamten Gasdurchflußwegs von der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 über das Ventil V4 auf der Auslaßseite und die zweite Umgehungsleitung 583 bis zum Auslaßweg 565 gleich dem Strömungsleitwert des gesamten Gasdurchflußwegs von der zweiten Gasentwicklungsquelle über das Ventil V2 auf der Seite der Behandlungskammer 560 und die Behandlungskammer 560 bis zum Auslaßweg 565 ist.
Durch Steuerung des Strömungsleitwerts des Gasdurchflußweges auf diese Weise, während man z. B. Gas von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 zur Umgehungsleitung 582 fließen läßt, ein Wafer in die Behandlungskammer 560 eingebracht und der Gasdurchflußweg zur Seite der Behandlungskammer 560 umgeschaltet wird, oder wenn die Zuflußquelle des Behandlungsgases zur Behandlungskammer 560 zwischen der ersten Gasentwicklungsquelle 571 und der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 umgeschaltet wird, kann die Schwankung der Durchflußmenge des Behandlungsgases und des Drucks innerhalb der Behandlungskammer 560 unterdrückt werden. Wenn beispielsweise eine Umschaltung von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 zur zweiten Gasentwicklungsquelle 572 angenommen wird, dann wird der Gasdurchfluß von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 zur Behandlungskammer 560 unterbrochen, und gleichzeitig wird der Gasdurchfluß von der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 zur Umgehungsleitung 583 zum Ventil V2 umgeschaltet. Da in diesem Fall, wie oben erwähnt, die Strömungsleitwerte der entsprechenden Durchflußwege aneinander angeglichen wurden, weisen der Druck und die Durchflußmenge des Gases, das in die Behandlungskammer 560 fließt, kaum eine Schwankung auf, obwohl sie durch die Umschaltung des Ventils ein wenig verändert wurden. Die gleiche Situation liegt vor, wenn die Quelle des Behandlungsgases von der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 auf die erste Gasentwicklungsquelle 571 zurückgeschaltet wird.
Gemäß dem oben erwähnten Beispiel 8 wird gleichzeitig mit dem ersten Behandlungsschritt, in dem ein Wafer W durch Zuführen eines wasserdampfhaltigen Ammoniakgases aus der ersten Gasentwicklungsquelle 571 ins Innere der Behandlungskammer 560 behandelt wird, auch in der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 durch Erzeugen des wasserdampfhaltigen Ammoniakgases ein vorbereitender Absaugschritt durchgeführt, in dem das wasserdampfhaltige Ammoniakgas durch die Umgehungsleitung 583 direkt zum Auslaßweg 565 abgelassen wird, und wenn Ammoniakwasser in die erste Gasentwicklungsquelle 571 nachgefüllt wird, wird die Zuflußquelle des Behandlungsgases zur Behandlungskammer 560 von der ersten Gasentwicklungsquelle 571 zur zweiten Gasentwicklungsquelle 572 umgeschaltet, wodurch der zweite Behandlungsschritt zur Behandlung des Wafers W durchgeführt wird, und dementsprechend wird beim Nachfüllen des Ammoniakwassers die Zufuhr des Behandlungsgases nicht unterbrochen.
Ferner kann gemäß dem oben erwähnten Beispiel 8 die Temperaturschwankung infolge Verdampfung und Absorption von Ammoniak unterdrückt werden, da das Ammoniakwasser 573 in den ersten und zweiten Gasentwicklungsquellen 571, 572 durch das Temperaturregelungswasser immer auf Normaltemperatur gehalten wird, wodurch die Schwankung von Wasserdampf unterdrückt wird, was zur Stabilisierung des Verfahrens führt. Da besonders im Fall des Ammoniakwassers eine leichte Temperaturänderung zu einer großen Änderung der Sättigungstemperatur führt, wird angenommen, daß die Gasentwicklungsmenge infolge einer Störung der Außentemperatur schwankt. Gemäß Beispiel 8 kann jedoch die Durchflußmenge des Ammoniakgases stabilisiert werden.
Ferner wird beim Einleiten des Ammoniakgases nach dem Einbringen eines Wafers in die Behandlungskammer 560 das Ammoniakgas von Anfang an mit dem vorgegebenen Druck und der vorgegebenen Durchflußmenge eingeleitet, da der Strömungsleitwert jedes Gasdurchflußweges auf der Seite der Umgehungsleitung 582 und der Seite der Behandlungskammer 560 beim Umschalten der Ventile V1 und V3 aneinander angeglichen ist. Ferner tritt auch beim Umschalten zwischen der ersten Gasentwicklungsquelle und der zweiten Gasentwicklungsquelle 571, 572 kaum einem Schwankung des Drucks und der Durchflußmenge des Ammoniakgases auf, und dementsprechend kann die Gelierbehandlung stabil durchgeführt werden. Als Ergebnis kann eine Schwankung der Schichtdicke und der Schichtqualität der Überzugsschichten unterdrückt werden, und es kann eine gleichmäßige Behandlung zwischen den Wafern ausgeführt werden. Da ferner das Ammoniakwasser nachgefüllt werden kann, ohne den Betrieb jedesmal zu unterbrechen, kann dadurch eine Verringerung des Durchsatzes verhindert werden.
Es können eine Anzahl von Varianten anwendbar sein. Die Temperaturregelungseinrichtung 577 kann z. B. das Ammoniakwasser 573 in dem Behälter 574 durch eine Widerstandsheizspirale in dem Behälter 574 der ersten Gasentwicklungsquelle 571 und der zweiten Gasentwicklungsquelle 572 oder durch Verwendung eines Tauchheizkörpers auf der normalen Temperatur halten. Ferner können die Ventile V1 und V2 durch ein einziges Dreiwegeventil ausgetauscht werden.
Ferner kann die Erfindung, wie in 34 dargestellt, eine Konfiguration sein, in der eine einzige Gasentwicklungsquelle 579, die ein mit Wasserdampf gesättigtes Ammoniakgas erzeugt, mit der Behandlungskammer 560 verbunden ist. Die Gasentwicklungsquelle 579 kann den gleichen Aufbau wie die erste Gasentwicklungsquelle 571 oder die zweite Gasentwicklungsquelle 572 aufweisen, die in 33 dargestellt sind. In diesem Beispiel ist in der Mitte der Behandlungsgaszuflußleitung 581 ein Umschaltventil V5 angeordnet, das mit der Gasentwicklungsquelle 579 und der Behandlungskammer 560 in Verbindung steht und diese miteinander verbindet. Außerdem zweigt zwischen dem Ventil V5 und der Gasentwicklungsquelle 579 eine Umgehungsleitung 584 ab. Diese Umgehungsleitung 584 ist über das Schaltventil V6 und den Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC4 mit dem Auslaßweg 565 verbunden. Durch den Strömungsleitwertregelungsabschnitt CC4 werden der Strömungsleitwert der Durchflußwegs über die Behandlungskammer 560 und derjenige des Durchflußwegs über die Umgehungsleitung 584 aneinander angeglichen.
Nach dem in 34 dargestellten Beispiel wird nach dem Nachfüllen des Ammoniakwassers der vorbereitende Absaugschritt zum Ablassen über die Umgehungsleitung 584 direkt zum Auslaßweg 565 durchgeführt, bis sich die Konzentration des Ammoniakwassers bei der vorgegebenen Konzentration stabilisiert, und wenn anschließend der Durchflußweg zur Seite der Behandlungskammer 560 umgeschaltet wird, kann das Ammoniakgas von Anfang an mit der vorgegebenen Durchflußmenge in die Behandlungskammer eingeleitet werden, da der Strömungsleitwert des Durchflußweges vor und nach der Umschaltung gleich ist; daher kann eine stabile Gelierbehandlung ausgeführt werden. Um den Behandlungsschritt zur Behandlung des Wafers W durch Zuführung des mit Wasserdampf gesättigten Ammoniakgases zur Behandlungskammer 560 mittels Umschalten des Ventils V5 bzw. des Ventils V6 in dem geöffneten bzw. geschlossenen Zustand stabil durchzuführen, kann das wasserdampfhaltige Ammoniakgas immer in die Behandlungskammer 560 eingeleitet werden. Da ferner durch die Temperaturregelung des Ammoniakwassers der Gasentwicklungsquelle 579 und die Regelung des Strömungsleitwerts des Gasdurchflußwegs die Behandlungstemperatur, die Durchflußmenge des Behandlungsgases und der Druck in der Behandlungskammer 560 auf konstanten Werten gehalten werden können, kann zwischen den Wafern eine einheitliche Behandlung durchgeführt werden, wodurch die Schwankung der Schichtqualität zwischen den Wafern unterdrückt werden kann.
Übrigens ist der zu behandelnde Gegenstand nicht auf den Wafer beschränkt, sondern kann ein Glassubstrat für einen Flüssigkristallbildschirm sein. Ferner ist die sechste Erfindung nicht auf den Fall des Gelierens unter Verwendung des Ammoniakgases beschränkt. Es kann auch bei der Vorrichtung angewandt werden, in der z. B. bei gleichzeitigem Absaugen des Behandlungsgases aus der Umgehungsleitung der zu behandelnde Gegenstand in die Behandlungskammer transportiert wird und danach durch Umschalten des Durchflußweges von der Umgehungsleitung zur Seite der Behandlungskammer das Behandlungsgas eingeleitet wird.
Ferner wird in dem oben erwähnten Beispiel 8 durch Anordnung von zwei Ammoniakbehältern 574 das daraus erzeugte Ammoniakgas der Reihe nach umgeschaltet, aber es können auch drei oder mehr Behälter 574 vorgesehen werden. In diesem Fall kann unter Verschiebung der Zeiten, während derer Ammoniak aus den entsprechenden Behältern erzeugt wird, und indem drei Behälter 574 und die Zuführungsleitung 581 der Reihe nach umgeschaltet werden, das Ammoniakgas immer mit konstanter Durchflußgeschwindigkeit fließen.
Wie oben dargestellt, kann erfindungsgemäß im Fall einer Ausführung der Behandlung durch Einleiten von Behandlungsgas in die Behandlungskammer eine stabile Behandlung durchgeführt werden.
BEISPIEL 9
Als nächstes wird Beispiel 9 beschrieben.
36 zeigt eine Draufsicht, die schematisch die Gesamtkonfiguration der Schichtbildungsvorrichtung von Beispiel 7 darstellt.
In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 611 eine Eintrags-/Austragsöffnung von Wafern W, die Substrate sind, das Bezugszeichen 612 bezeichnet einen Transportarm, der einen Aufnahmeabschnitt bildet, und das Bezugszeichen 613 bezeichnet einen Hauptarm, der einen Haupttransportabschnitt bildet. Auf einer Seite eines Transportwegs (Führungsschiene) 614 des Hauptarms 613 sind eine Beschichtungs-/Alterungseinheit 620, die mit einer Beschichtungseinheit 620 als Beschichtungsabschnitt und einer Alterungseinheit 630 als Gelierbehandlungsabschnitt ausgestattet ist, und eine Lösungsmittelaustauscheinheit 640 als Lösungsmittelaustauschabschnitt in dieser Reihenfolge angeordnet.
Ferner sind auch auf der anderen Seite des Transportwegs 614 die Behandlungseinheiten U1 bis U4 angeordnet.
Diesen Behandlungseinheiten U1 bis U4 sind die Einheiten zur Durchführung der Hydrophobierungsbehandlung, der Abkühlungsbehandlung bzw. der Wärmebehandlung (Trocknungsbehandlung) zugeordnet. In diesem Beispiel 9 entspricht die Einheit zur Durchführung der Hydrophobierungsbehandlung und der Abkühlungsbehandlung dem Vorbehandlungsabschnitt zur Durchführung der Behandlung, die dem Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit auf den Wafer W vorausgeht. Ferner entspricht die Einheit zur Durchführung der Wärmebehandlung dem Erhitzungsabschnitt zum Trocknen des Wafers W, der in der Alterungseinheit 630 behandelt wird.
Der Transportarm 612 und der Hauptarm 613 sind so aufgebaut, daß sie sich frei in X-Richtung und Y-Richtung bewegen und frei drehen können. Ein Wafer W wird durch den Transportarm 612 aus einer Kassette C entnommen, die auf einem Kassettentisch CS angeordnet ist, und an den Hauptarm 613 übergeben. Ferner wird der Wafer W durch den Hauptarm 613 nacheinander zu den entsprechenden Einheiten 620, 640 und U1 bis U4 transportiert.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 37 bis 39 die Beschichtungs-/Alterungseinheit 620 beschrieben. Angrenzend an diese Beschichtungs-/Alterungseinheit 620, wie in 37 dargestellt, sind z. B. eine Beschichtungseinheit 620 und eine Alterungseinheit 630 angeordnet.
Zunächst wird die Beschichtungseinheit 620 unter Bezugnahme auf 38 beschrieben. Die Beschichtungseinheit 620 weist einen feststehenden Becher 622 zur Aufnahme eines Wafers W, einen Deckel 621, der eine obere Öffnung des Bechers öffnet und schließt, eine Vakuumspannvorrichtung 625, die so angeordnet ist, daß sie in dem feststehenden Becher 622 rotieren kann, und eine Beschichtungsflüssigkeitsdüse 626 zur Abgabe der Beschichtungsflüssigkeit auf den Wafer auf, der auf der Vakuumspannvorrichtung 625 fixiert ist.
Am Bodenabschnitt des feststehenden Bechers öffnet sich ein Durchbruch, durch eine Drehachse 624 eingeführt wird. Das obere Ende dieser Drehachse 624 ist mit der Vakuumspannvorrichtung 625 verbunden, das untere Ende der Drehachse 624 ist mit einem Antriebsteil 623 verbunden, der unterhalb der Unterseite des feststehenden Bechers 622 angeordnet ist. Durch diese Drehachse 624 wird eine Drehantriebskraft vom Antriebsteil 623 auf die Vakuumspannvorrichtung 625 übertragen. Ferner kann sich die Drehachse 624 aufwärts und abwärts bewegen. Die Beschichtungsflüssigkeitsdüse 626 ist in Verbindung mit dem Deckel 621 angeordnet, und die Beschichtungsflüssigkeit wird auf den Mittelabschnitt des Wafers W aufgebracht.
Mit dem Becher 622 ist eine Lösungsmitteldampfzuflußleitung 627 verbunden, um den Lösungsmitteldampf einzuleiten, der von der Lösungsmitteldampferzeugungsquelle 627a zugeführt und in der Beschichtungsflüssigkeit verwendet wird. Ferner sind an den Becher ein Ablaßrohr 628 und ein Absaugrohr 629 angeschlossen.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 39 die Alterungseinheit 630 beschrieben. Diese Alterungseinheit 630 weist eine Heizplatte 631, die z. B. aus Keramik besteht und einen Heizkörper 631a enthält, und einen Deckel 633 auf, der angrenzend an die Oberseite der Heizplatte 631 angeordnet ist, um durch Abgrenzen des Raums über der Heizplatte 631 eine Raum S zu bilden, der dort eine Behandlungskammer bildet.
Der Deckel 633 kann zusätzlich zu der engen Verbindung mit dem Randabschnitt der Heizplatte 631 über ein Dichtungselement 632 frei mit der Heizplatte 631 in Kontakt gebracht oder davon gelöst werden.
Auf der Oberseite der Heizplatte 631 ist eine nutähnliche Gaszufuhr so ausgebildet, daß sie den äußeren Umfang des auf die Heizplatte 631 aufzulegenden Wafers umgibt, wobei der untere Abschnitt dieser Gaszufuhr mit dem Gaszuflußweg 634 verbunden ist.
Auf dem Mittelabschnitt des Deckels 633 ist ein Einlaß zum Absaugen eines Gases ausgebildet, und dieser Einlaß ist mit einem nach außen fahrenden Absaugweg 635 verbunden.
Im unteren Abschnitt der Heizplatte 631 sind drei aufwärts und abwärts bewegliche Stifte 636 angeordnet, die frei aus der Platte austreten und sich zurückziehen können. Diese aufwärts und abwärts beweglichen Stifte 636 bewegen den Wafer W zwischen der Heizplatte 631 und einer Position oberhalb der Heizplatte auf und ab. Übrigens ist eine Heizvorrichtung, wie z. B. ein Heizkörper, vorzugsweise gleichmäßig bezüglich des Deckels 633 angeordnet.
Dieser feststehende Becher 622 und die Alterungseinheit 630 der Beschichtungseinheit 620, wie in 37 dargestellt, sind aneinander angrenzend auf einer gemeinsamen horizontalen Grundplatte 650 angeordnet. Außerdem ist zwischen diesen Einheiten 620 und 630 auf der Grundplatte 650 eine Hilfsarmvorrichtung 5 angeordnet, die einen Hilfstransportabschnitt bildet.
Diese Hilfsarmvorrichtung 5 dient ausschließlich zum Transport des in der Beschichtungseinheit 620 behandelten Wafers W zur Alterungseinheit 630. Dafür, zusammen mit der Einrichtung beispielsweise eines Hilfsarms 651 zur Aufnahme eines Teils des Umfangsabschnitts der Unterseite des Wafers W, ist der Hilfsarm 651 so aufgebaut, daß er sich in horizontaler Richtung (der X-Richtung in 1) entlang einer Führungsschiene 652 bewegen kann; außerdem ist die Führungsschiene 652 selbst so aufgebaut, daß sie sich durch den Antriebsabschnitt 653 in horizontaler Richtung um eine vertikale Drehachse 654 drehen kann. Daher kann der Hilfsarm 651 zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 die Richtung umkehren, um den Wafer W aufzunehmen. Gleichzeitig kann sich der Hilfsarm zwischen einer Warteposition (der in 37 durch die ausgezogene Linie dargestellten Position) und einer Position zur Aufnahme des Wafers W von der Beschichtungseinheit 620 und zwischen der Warteposition und einer Position zur Übergabe des Wafers W an die Alterungseinheit 630 bewegen. Ferner ist in diesem Beispiel die Führungsschiene 652 an der Oberseite der Grundplatte 650 angeordnet.
Ferner ist oberhalb des Hilfsarms 651 über der Führungsschiene 652 des Transportwegs des Wafers W zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 ein Lösungsmitteldampfzufuhrabschnitt 655 angeordnet, d. h. eine Einrichtung zur Zufuhr von Dampf der Lösungsmittelkomponente, die in der Beschichtungsflüssigkeit verwendet wird. Dieser Lösungsmitteldampfzufuhrabschnitt 655 weist einen Verteilungsraum 656 zur Verteilung des Lösungsmitteldampfs und eine Dampfzerstäuberplatte 657 auf. Der Verteilungsraum 656 ist so angeordnet, daß er dem Hilfsarm 651 in der Warteposition gegenüberliegt, und die Zerstäuberplatte 657 ist an der Unterseite des Verteilungsraums 656 befestigt und weist eine Struktur auf, in der eine Vielzahl von Dampflöchern 657a gebohrt sind. Mit dem Verteilungsraum 656 ist z. B. eine Lösungsmitteldampfzuflußleitung 658 für die Zufuhr des Lösungsmitteldampfs verbunden, der in einer in der Figur nicht dargestellten Lösungsmitteldampferzeugungsquelle erzeugt wird.
Nachstehend wird die Lösungsmittelaustauscheinheit 640 unter Bezugnahme auf 40 beschrieben.
Diese Einheit 640 weist auf: eine Vakuumspannvorrichtung 641, die den Wafer W in Drehung versetzt und ihn dabei in horizontaler Lage hält, einen rotierenden Becher 642, der so angeordnet ist, daß er den Wafer W auf dieser Ansaugvorrichtung 641 umgibt, und der eine Öffnung zum Absaugen von Flüssigkeit aufweist, einen feststehenden Becher 643, der außerhalb des rotierenden Bechers 642 angeordnet ist und in dem ein Abfallflüssigkeitsweg 641a und ein Abgasweg 641b angeschlossen sind, und eine Düse 644 zur Abgabe des Lösungsmittels auf den Wafer W. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 645 in der Figur einen Antriebsabschnitt zur Drehung und Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Drehachse 641a der Spannvorrichtung 641, und das Bezugszeichen 642a bezeichnet einen Antriebsabschnitt zur Drehung des rotierenden Bechers 640.
Die Öffnung an der Oberseite des feststehenden Bechers 643 wird durch einen Deckel 646 geöffnet und geschlossen, der sich aufwärts und abwärts bewegen kann. Ferner werden als Düse 644 in diesem Beispiel drei Düsen 644a, 644b und 644c zum Ausstoßen von Ethanol, HMDS (Hexamethyldisilan) bzw. Heptan vorbereitet. Diese Düsen 644a, 644b bzw. 644c werden ergriffen und aus den Düsenaufnahmeabschnitten 648a, 648b bzw. 648c entnommen und in eine Position oberhalb des Mittelabschnitts des Wafers W transportiert.
In dieser Schichtbildungsvorrichtung wird der Wafer W, der die Hydrophobierungsbehandlung und die Abkühlungsbehandlung erfahren hat, der Reihe nach zur Beschichtungs-/Alterungseinheit 620, zur Lösungsmittelaustauscheinheit 640 und zur Einheit für die Durchführung der Trocknungsbehandlung transportiert, und durch Ausführung der vorgegebenen Behandlung in den entsprechenden Einheiten wird auf der Oberfläche des Wafers W eine Isolierzwischenschicht gebildet, die aus einer Siliciumoxidschicht besteht.
Nachstehend werden die Behandlungen beschrieben, die in der Beschichtungs-/Alterungseinheit 620 und der Lösungsmittelaustauscheinheit durchgeführt werden. Zunächst wird in der Beschichtungs-/Alterungseinheit 620 die Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Wafers W in der Beschichtungseinheit 620 aufgetragen, um eine Überzugsschicht zu bilden. Danach wird der Wafer W durch den Hilfsarm 651 zur Alterungseinheit 630 transportiert. Dann werden die Teilchen oder die Kolloide der auf dem Wafer W ausgebildeten Überzugsschicht in der Einheit 630 geliert.
Konkret wird in der Beschichtungseinheit 620 der durch den Hauptarm 613 zur Beschichtungseinheit 620 transportierte Wafer W an die Spannvorrichtung 625 übergeben, z. B. in der Position, die in 38 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist; danach wird die Spannvorrichtung 625 abgesenkt, und der Becher 622 wird durch den Deckel 621 verschlossen. Die hier verwendete Beschichtungsflüssigkeit kann hergestellt werden, indem die Kolloide oder Teilchen von TEOS, einem Metallalkoxid, in dem Lösungsmittel dispergiert werden, das organisches Lösungsmittel, wie z. B. Ethylenglycol und Ethylalkohol, Wasser und eine Spur Chlorwasserstoffsäure enthält. Außer der Funktion, bei der Beschichtung die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit auf einen geeigneten Wert einzustellen, hat Ethylenglycol eine weitere Funktion, die Verdampfung von Ethylalkohol zu unterdrücken, indem es darin als Lösungsmittel verbleibt, da in den Schritten nach dem Beschichtungsschritt Ethylalkohol, dessen Dampfdruck niedrig ist, fast vollständig verdampft. Dies basiert auf dem höheren Dampfdruck von Ethylenglycol.
Außerdem wird in diesem Beispiel unter gleichzeitiger Absaugung durch die Absaugleitung 629 Ethylenglycoldampf aus der Lösungsmitteldampfzuflußleitung 627 in den Becher 622 eingeleitet. Nachdem das Innere des Bechers 622 mit Ethylenglycoldampf gerillt ist, wird die Absaugung beendet, und aus der Düse 626 wird die Beschichtungsflüssigkeit auf den Mittelabschnitt des Wafers W aufgebracht. Dann wird der Wafer W durch die Spannvorrichtung 625 in Drehung versetzt, die Beschichtungsflüssigkeit wird durch Zentrifugalkraft auf der Oberfläche des Wafers W ausgebreitet, um eine Schicht zu bilden. Die Behandlung wird deshalb in einem Zustand ausgeführt, in dem das Innere des Bechers 622 mit dem Ethylenglycoldampf gefüllt ist, um die Verdampfung des Lösungsmittels in der Beschichtungsflüssigkeit zu unterdrücken. Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, wird übrigens danach das Lösungsmittel aus der Düse im Becher 622 auf den Umfangsabschnitt des Wafers W aufgesprüht, um die Überzugsschicht vom Umfangsabschnitt zu entfernen.
Nachdem auf diese Weise die Beschichtungsbehandlung in der Beschichtungseinheit 620 ausgeführt worden ist, wird der Wafer W durch den Hilfsarm 651 zur Alterungseinheit 630 transportiert. Zunächst wird in einem Zustand, in dem der Deckel 621 beispielsweise ein wenig angehoben wird, das Innere des Bechers 622 abgesaugt, danach werden der Deckel 621 und die Spannvorrichtung 625 angehoben, der Wafer W wird von der Spannvorrichtung 625 an den Hilfsarm 651 übergeben. Das heißt, der Lösungsmitteldampf, wie z. B. der Ethylenglycoldampf, wird vom Lösungsmitteldampfzuflußabschnitt 655 auf der Führungsschiene 652 zugeführt, die Richtung des Hilfsarms 651 wird zur Seite der Beschichtungseinheit 620 gedreht, der Hilfsarm 651 wird aus der Warteposition in die Position bewegt, wo der Wafer W von der Beschichtungseinheit 620 übernommen wird, und der Wafer wird von der Spannvorrichtung 625 an den Hilfsarm 651 übergeben.
Dann wird der Deckel 633 der Alterungseinheit 630 angehoben, der Hilfsarm 651 wird in die Richtung der Alterungseinheit 630 gedreht, der Hilfsarm 651 wird zu der Position bewegt, wo der Wafer W an die Alterungseinheit 630 übergeben wird, und durch Zusammenwirken mit den Stiften 636 zur Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Hilfsarms 651 wird der Wafer vom Hilfsarm 651 an die Heizplatte 631 übergeben.
Als nächstes werden in der Alterungseinheit 630 die in der Überzugsschicht auf dem Wafer W enthaltenen TEOS-Kolloide geliert, um die Kolloide zu einer Netzstruktur zu verbinden. Das heißt, in der Alterungseinheit 630 wird nach dem Auflegen des Wafers W auf die Heizplatte 631 der Deckel 633 geschlossen, während vom Absaugweg 635 her abgesaugt wird, der Dampf, beispielsweise von Ethylenglycol, wird aus dem Gaszuflußweg 634 in die Behandlungskammer eingeleitet. Hierbei wird der Wafer W auf die Temperatur von beispielsweise etwa 100°C erhitzt.
Die Behandlung zur Verbindung der Kolloid-Netzstruktur durch Gelieren der TEOS-Kolloide wird durch Erhitzen der Überzugsschicht beschleunigt; bei Verwendung eines Ammoniakgases anstelle des Erhitzens wirkt jedoch das Ammoniakgas auf TEOS als Katalysator, wodurch das Gelieren beschleunigt werden kann. Ferner besteht der Grund für die Einleitung des Ethylenglycoldampfs in die Behandlungskammer darin, die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht zu unterdrücken; daher wird die Temperatur der Rohrleitung und der Dampferzeugungsquelle so geregelt, daß der Dampf beispielsweise bei der Temperatur der Behandlungskammer gesättigt ist (100% relative Feuchtigkeit von Ethylenglycol).
Nachstehend wird die Behandlung beschrieben, die in der Lösungsmittelaustauscheinheit 640 durchgeführt wird. Der in der Alterungseinheit 630 behandelte Wafer wird von der Heizplatte 631 an den Hauptarm 613 übergeben und wird dann durch diesen Hauptarm 613 zur Lösungsmittelaustauscheinheit 640 transportiert. In dieser Einheit 640 wird außerdem ein anderes Lösungsmittel als das der Beschichtungsflüssigkeit zugeführt, wodurch das Lösungsmittel in der auf dem Wafer W ausgebildeten Überzugsschicht durch das andere Lösungsmittel ersetzt wird.
Konkret wird in einem Zustand mit geöffnetem Deckel 646 in der Position oberhalb des feststehenden Bechers 643 der Wafer W vom Hauptarm 613 an die Spannvorrichtung 641 übergeben, und die Spannvorrichtung 641 wird abgesenkt. Dann werden zunächst Chemikalien, in denen Feuchtigkeit löslich ist, z. B. Ethanol, aus der Düse 644a annähernd auf den Mittelabschnitt des Wafers W aufgetropft, und gleichzeitig werden der Wafer W und der rotierende Becher 642 in Drehung versetzt, wodurch Ethanol durch die Zentrifugalkraft über die gesamte Oberfläche des Wafers W verteilt wird. Dadurch löst sich Ethanol in der Feuchtigkeit der Überzugsschicht, was zum Austausch der Feuchtigkeit durch Ethanol führt.
Anschließend wird der Deckel 646 geöffnet, auf ähnliche Weise wird HMDS annähernd auf den Drehungsmittelpunkt des Wafers W aufgebracht, um OH-Gruppen in der Überzugsschicht zu entfernen. Ferner wird durch Aufbringen von Heptan annähernd auf den Drehungsmittelpunkt des Wafers W das Lösungsmittel in der Überzugsschicht durch Heptan ausgetauscht. Der Grund für die Verwendung von Heptan ist hierbei, durch Verwendung des Lösungsmittels von niedriger Oberflächenspannung ein Zusammenfallen der TEOS-Netzstruktur zu verhindern, indem die Kraft vermindert wird, die an der porösen Struktur, d. h. der TEOS-Netzstruktur, angreift. Übrigens wird das obige Beispiel der Lösungsmittelaustauscheinheit 640 als ummantelte Becherstruktur beschrieben, die aus dem feststehenden Becher 643 und dem rotierenden Becher 642 besteht, jedoch kann ebenso wie bei der Beschichtungseinheit 620 eine Struktur mit nur einem feststehenden Becher verwendet werden.
In dem oben erwähnten Beispiel 9 sind die Beschichtungseinheit 620 und die Alterungseinheit 630 angrenzend aneinander innerhalb der gleichen Einheit 620 angeordnet, wobei der Wafer W durch einen ausschließlich dafür vorgesehenen Hilfsarm 615 von der Beschichtungseinheit 620 zur Alterungseinheit 630 umgesetzt wird. Daher wird der Wafer W, an dem die Beschichtungsbehandlung in der Beschichtungseinheit 620 ausgeführt wird, sofort zur Alterungseinheit 630 umgesetzt, ohne den Transport des Wafers abzuwarten, und wird behandelt. Da die Gelierbehandlung in einem Zustand ausgeführt werden kann, in dem die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht unterdrückt wird, können dementsprechend die gewünschte Schichtdicke und die Schichtqualität sichergestellt werden.
Ferner ist der Umsetzungsweg zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 kurz, und dementsprechend wird die Umsetzungszeit kurz. Entsprechend kann die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht während der Umsetzung noch weiter verringert werden. Da ferner auf dem Umsetzungsweg Ethylenglycoldampf zugeführt wird, wird die Verdampfung des Lösungsmittels während der Umsetzung durch dieses Ethylenglycol weiter unterdrückt.
Wenn kein Hilfsarm 651 vorhanden ist, wird die Umsetzung zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 durch den Hauptarm 613 durchgeführt. Falls der Hauptarm 613 gerade für einen Transport zwischen den anderen Einheiten verwendet wird, ist es daher erforderlich, auf den Hauptarm 613 zu warten, auch wenn die Beschichtungsbehandlung beendet ist. Da sich ferner der Hauptarm 613 entlang der Führungsschiene 614 in der Mitte bewegt, wird der Transportweg zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 lang, wodurch sich eine längere Transportzeit ergibt. Daher dauert die Umsetzung des Wafers W von der Beschichtungseinheit 620 zur Alterungseinheit 630 eine lange Zeit, und es ist damit zu rechnen, daß der Verdampfungsgrad des Lösungsmittels in der Überzugsschicht zunimmt.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 41 und 42 ein Modifikationsbeispiel von Beispiel 9 beschrieben. Dieses Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit der Abdeckung der gesamten Beschichtungs- und Alterungseinheit 620 durch die Behandlungskammer (das Gehäuse) 660 das Innere der Behandlungskammer 660 mit dem Dampf der Lösungsmittelkomponente der Überzugsschicht, wie z. B. Ethylenglycol, gefüllt wird. An der Seitenwand gegenüber der Führungsschiene 614 der Behandlungskammer 660 sind in den geeigneten Positionen eine Öffnung 661a zur Übergabe des Wafers W von dem Hauptarm 613 zur Beschichtungseinheit 620 bzw. eine Öffnung 661b zur Übergabe des Wafers W von der Alterungseinheit 630 zum Hauptarm 613 angeordnet, und diese Öffnungen 661a, 661b werden stets durch die Türen 662a, 662b verschlossen.
Ferner sind an die Behandlungskammer 660 eine Lösungsmitteldampfzuflußleitung 664 zur Zuführung des in der Lösungsmitteldampferzeugungsquelle 663 erzeugten Ethylenglycoldampfs und eine Absaugleitung 665 angeschlossen. In diesem Beispiel besteht eine Einrichtung zum Einleiten des Dampfs der Lösungsmittelkomponente in die Behandlungskammer 660 aus der Lösungsmitteldampferzeugungsquelle 663 und der Lösungsmitteldampfzuflußleitung 664.
In diesem Beispiel wird unter gleichzeitigem Absaugen des Inneren der Behandlungskammer 660 das Innere der Behandlungskammer durch Einleiten des Ethylenglycoldampfs in die Behandlungskammer 660 so eingestellt, daß es mit dem Ethylenglycoldampf gesättigt ist. Dann wird in einem Zustand, in dem das Innere der Behandlungskammer 660 mit der Ethylenglycol-Atmosphäre gefüllt ist, die Tür 662a geöffnet, der Wafer W wird vom Hauptarm 613 auf die Spannvorrichtung 625 der Beschichtungseinheit 620 abgelegt, und die Tür 662a wird geschlossen. Dann wird die Behandlung zur Bildung einer Überzugsschicht gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt, der Wafer W wird durch den Hilfsarm 651 von der Beschichtungseinheit 620 zur Alterungseinheit 630 umgesetzt, und in der Alterungseinheit 630 wird die Gelierbehandlung ausgeführt. Danach wird die Tür 662 geöffnet, und der Wafer W wird von der Heizplatte 631 zum Hauptarm 613 übergeben.
Da in einer solchen Konfiguration die Behandlungskammer während der gesamten Schritte von der Ausführung der Beschichtungsbehandlung in der Beschichtungseinheit 620 bis zur Ausführung der Gelierbehandlung in der Alterungseinheit 630 mit dem Ethylenglycoldampf gefüllt ist, kann die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht unterdrückt werden. Da das Gelieren der Überzugsschicht dadurch weiter unterdrückt wird, kann eine Dünnschicht von hervorragender Qualität ausgebildet werden.
Nachstehend wird ein weiteres Modifikationsbeispiel von Beispiel 9 unter Bezugnahme auf 43 beschrieben. In diesem Beispiel sind eine Beschichtungseinheit 620, eine Alterungseinheit 630 und eine Lösungsmittelaustauscheinheit 640 aneinander angrenzend in dieser Reihenfolge in der gleichen Einheit 670 angeordnet, und zwischen der Alterungseinheit 630 und der Lösungsmittelaustauscheinheit 640 ist ein Hilfsarmmechanismus 672 angeordnet, der einen Hilfstransportabschnitt ausschließlich zum Umsetzen des in der Alterungseinheit 630 behandelten Wafers W zur Lösungsmittelaustauscheinheit bildet.
Außerdem ist in diesem Beispiel zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 ein Hilfsarmmechanismus 650 ausschließlich zum Umsetzen des in der Beschichtungseinheit 620 behandelten Wafers W zur Alterungseinheit 630 angeordnet, und der Hilfsarmmechanismus 670 zwischen der Alterungseinheit 630 und der Lösungsmittelaustauscheinheit 640 ist auf die gleiche Weise wie der Hilfsarmmechanismus 650 aufgebaut. Das heißt, der Hilfsarm 671 ist, zusammen mit der Richtungsumkehr zwischen der Alterungseinheit 630 und der Lösungsmittelaustauscheinheit 640, so aufgebaut, daß er sich entlang der Führungsschiene (dem Transportweg) 672 zwischen den beiden Einheiten 630, 640 bewegen kann.
In diesem Beispiel wird der Wafer W vom Hauptarm 613 auf die Spannvorrichtung 625 der Beschichtungseinheit 620 abgelegt, danach wird in der Beschichtungseinheit 620 die Beschichtungsbehandlung durchgeführt, der Wafer W wird durch den Hilfsarm 651 zur Alterungseinheit 630 umgesetzt und auf die Heizplatte 631 abgelegt. Dann wird nach der Ausführung der Gelierbehandlung in dieser Einheit 630 der Wafer W für die Umsetzung zur Lösungsmittelaustauscheinheit 640 an den Hilfsarm 671 übergeben und dann auf die Spannvorrichtung 641 abgelegt. Nach Ausführung der Lösungsmittelaustauschbehandlung in dieser Einheit 640 wird dann der Wafer W von der Spannvorrichtung 641 an den Hauptarm 613 übergeben, und der Wafer W wird durch den Hauptarm 613 zu einer Einheit zur Durchführung der Trocknungsbehandlung transportiert.
In einer solchen Konfiguration wird die Umsetzung des Wafers W nicht nur zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630, sondern auch zwischen der Alterungseinheit 630 und der Lösungsmittelaustauscheinheit 640 ohne Verzögerung ausgeführt. Da die Gelierbehandlung in einem Zustand ausgeführt werden kann, wo zusätzlich zur Unterdrückung der Schichtschrumpfung und der Verschlechterung der Schichtqualität die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht unterdrückt wird, greift die hohe Oberflächenspannung des Lösungsmittels nur kurze Zeit an der TEOS-Netzstruktur an, und dementsprechend wird das Zusammenfallen der Schichtstruktur unterdrückt, wodurch eine Dünnschicht von noch besserer Qualität entsteht.
Der Hilfstransportabschnitt kann so aufgebaut sein, wie in 44 dargestellt. In diesem Beispiel sind eine Beschichtungseinheit 620, eine Alterungseinheit 630 und Lösungsmittelaustauscheinheit 640 beispielsweise als voneinander verschiedene Einheiten aufgebaut. Der Hilfstransportabschnitt 680 ist mit zwei Armelementen 681a, 681b ausgestattet, die den Wafer W ergreifen, indem sie z. B. einen Teil beider Umfangsabschnitte des Wafers W einklemmen, und diese Armelemente 681a, 681b sind so aufgebaut, daß sie sich beispielsweise durch einen Öffnungs- und Schließmechanismus 682 in Y-Richtung frei öffnen und schließen können. Ferner ist der Öffnungs- und Schließmechanismus 682 so aufgebaut, daß er sich in X-Richtung entlang der Führungsschiene 683 in eine Position oberhalb der Einheiten 620, 630 bzw. 640 bewegen kann.
In einer solchen Konfiguration wird der durch die Armelemente 681a, 681b gehaltene Wafer ausschließlich entlang der Führungsschiene 683 von der Beschichtungseinheit 620 zur Alterungseinheit 630 und von der Alterungseinheit 630 zur Lösungsmittelaustauscheinheit 640 transportiert.
Daher wird auch in dem Fall, wo diese Einheiten 620, 630 und 640 als getrennte Einheiten aufgebaut sind, der Wafer W ohne Verzögerung zwischen diesen Einheiten transportiert, und als Ergebnis kann die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht unterdrückt werden, und entsprechend kann eine Verschlechterung der Schichtqualität der Dünnschicht verhindert werden.
Übrigens kann dieser Hilfstransportabschnitt auch in dem Fall eingesetzt werden, wo die Beschichtungseinheit 620, die Alterungseinheit 630 und die Lösungsmittelaustauscheinheit 640 als die gleiche Einheit aufgebaut sind, und er kann auch nur für den Transport zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 eingesetzt werden.
Ferner kann die Schichtbildungsvorrichtung vom vertikalen Typ sein, wie in 45 dargestellt. Die Vorrichtung wird nachstehend in Bezugnahme auf 45 kurz beschrieben. Das Bezugszeichen 691 in der Figur bezeichnet einen Hauptarm, der so aufgebaut ist, daß er sich frei nach oben und unten bewegen, frei vorwärts und rückwärts bewegen und frei drehen kann, und auf einer Seite (der linken Seite) des Hauptarms 691 sind eine Hydrophobierungsbehandlungseinheit 692, die einen Vorbehandlungsschritt für die Durchführung der Hydrophobierungsbehandlung des Wafers W ausführt, und beispielsweise fünf Erhitzungseinheiten 693a bis 693e, die den Erhitzungsabschnitt zur Durchführung der Hitzebehandlung (Trocknungsbehandlung) an dem Wafer bilden, von unten an in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt.
Andererseits sind auf der anderen Seite (der rechten Seite) des Hauptarms 691 ein Aufnahmeabschnitt 694 für die Aufnahme des Wafers W von außerhalb der Vorrichtung eine Beschichtungseinheit 620, eine Alterungseinheit 630 und Lösungsmittelaustauscheinheit 640 von unten an in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt. Folglich sind auf beiden Seiten des Hauptarms 691 jeweils mehrere Einheitengruppen angeordnet, und zwischen diesen Einheitengruppen ist ein Transportweg des Hauptarms 691 ausgebildet. Auf dem Seitenabschnitt der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 ist z. B. gegenüber dem Transportweg des Hauptarms 691 in einem Gehäuse 695 der Hilfsarm 696, der den Hilfstransportabschnitt bildet, so angeordnet, daß er sich frei nach oben und unten bewegen, frei vorwärts und rückwärts bewegen und frei drehen kann, und das Innere des Gehäuses 695 bildet einen Transportweg des Hilfsarms 696.
Auch in einer derartigen Konfiguration wird der Transport zwischen diesen Einheiten 620, 630 ohne Verzögerung ausgeführt, da der Wafer W durch den Hilfsarm 696 ausschließlich zwischen der Beschichtungseinheit 620 und der Alterungseinheit 630 umgesetzt wird. Dementsprechend kann die Verdampfung des Lösungsmittels in der Überzugsschicht unterdrückt und eine Verschlechterung der Schichtqualität der Dünnschicht verhindert werden. Auch in diesem Beispiel kann das Innere des Gehäuses 695 mit einer Ethylenglycolatmosphäre gefüllt werden, oder durch Erweiterung de Gehäuses 695 nach oben zur Seite der Lösungsmittelaustauscheinheit 640 kann der Wafer durch den Hilfsarm 696 ausschließlich zwischen der Alterungseinheit 630 und der Lösungsmittelaustauscheinheit 640 umgesetzt werden. Übrigens ist in der siebenten Ausführungsform der Erfindung das Substrat nicht auf den Wafer beschränkt, sondern kann ein Glassubstrat für einen Flüssigkristallbildschirm sein.
Nach dem Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit, in der Kolloide oder Teilchen des Ausgangsmaterials der Schichtkomponente in dem Lösungsmittel dispergiert sind, kann der nachfolgende Schritt ohne Verzögerung ausgeführt werden, und dementsprechend kann man eine Dünnschicht von hervorragender Qualität erhalten, wie z. B. eine Isolierzwischenschicht.

Claims

Alterungseinheit (3) zur Behandlung einer auf einem Substrat (W) ausgebildeten Schicht, wobei die Einheit aufweist: eine Behandlungskammer (560), die das Substrat (W) aufnimmt; ein erstes Ammoniakbad (574a), das Ammoniakwasser (573) in Reserve hält; ein Spülgaszuflußsystem (575) für das Einleiten eines Trägergases zum Durchspülen des ersten Ammoniakbads (574a); ein Ammoniakgaszuflußsystem (581) zum Zuführen des im ersten Ammoniakbad (574a) entwickelten Gases zur Behandlungskammer (560) und ein Ammoniakgasventil (V1, V2) zum Umschalten des Ammoniakgaszuflußsystems (581); dadurch gekennzeichnet, daß die Alterungseinheit (3) ferner aufweist: ein zweites Ammoniakbad (574b), das Ammoniakwasser (573) in Reserve hält; ein Spülgasventil zum Umschalten des Spülgaszuflußsystems (575); ein Absaugsystem (582, 583) zum Absaugen von Gas, das von jedem der ersten und zweiten Ammoniakbäder (574a, 574b) entwickelt wird; ein Absaugsystemventil (V3, V4) zum Umschalten des Absaugsystems (582, 583); und Mittel, um zusammen mit dem aufeinanderfolgenden Öffnen jedes Spülgasventils und synchron mit dem Umschalten jedes Spülgasventils der Reihe nach jedes Absaugsystemventil zu schließen und der Reihe nach jedes Ammoniakgasventil zu öffnen; wobei das Spülgaszuflußsystem (575) so eingerichtet ist, daß es ferner das Trägergas zum Durchspülen bzw. Durchperlen dem zweiten Ammoniakbad (574b) zuführt; und wobei das Ammoniakgaszuflußsystem (581) so eingerichtet ist, daß es ferner das im zweiten Ammoniakbad (574b) entwickelte Gas der Behandlungskammer (560) zuführt.
Alterungseinheit (3) nach Anspruch 1, wobei die Alterungseinheit (3) ferner einen Strömungsleitwertregelungsabschnitt (CC1) zur Regelung eines Strömungsleitwerts einer Gasströmung von mindestens einem der ersten und zweiten Ammoniakbäder (574a, 574b) durch das Ammoniakgasventil (V1, V2) zum Ammoniakgaszuflußsystem (581) aufweist.
Alterungseinheit (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Alterungseinheit (3) ferner einen Strömungsleitwertregelungsabschnitt (CC2, CC3) zur Regelung eines Strömungsleitwerts einer Gasströmung von einem der ersten und zweiten Ammoniakbäder (574a, 574b) durch das Absaugsystemventil (V3, V4) zum Absaugsystem (582) aufweist.
Vorrichtung zur Bildung einer Schicht, welche die Alterungseinheit gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 aufweist und ferner aufweist: eine Beschichtungseinheit zum Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit auf das Substrat; und eine Lösungsmittelaustauscheinheit zum Austausch vom Lösungsmittel in der Schicht.