JP2002329719A

JP2002329719A - 基板の処理方法及び基板の処理装置

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Publication number: JP2002329719A
Application number: JP2002012018A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamaguchi; 正雄山口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2002-11-15
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP3813877B2

Abstract

(57)【要約】【課題】層間絶縁膜に関するウェハの処理時間を短縮
し，当該処理時間を各ウェハ間で一定にする。【解決手段】層間絶縁膜の硬化処理を，層間絶縁膜の
形成されたウェハＷをヒータ６１によって加熱された載
置台６０上に載置し，当該ウェハＷに電子線管６６から
電子線を照射することによって行う。これによって，層
間絶縁膜の硬化処理がより短時間で行われ，ウェハＷの
総処理時間が短縮される。また，当該硬化処理を枚葉式
で行うことができるので，バッチ式のようにウェハＷの
待ち時間が無くなり，ウェハＷの処理時間が一定にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，基板の処理方法及
び基板の処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層配線構造の半導体デバイスの製造工
程では，ウェハ上に層間絶縁膜を形成し，その後当該層
間絶縁膜を処理する工程が行われる。層間絶縁膜とは，
多層配線構造内の電気的に絶縁性を有する絶縁層であ
り，その絶縁材料として，例えばＭＳＱ（メチルシルセ
スキオキサン），ＨＳＱ（ハイドロゲンシルセスキオキ
サン）が用いられている。

【０００３】かかる層間絶縁膜に関する処理は，例えば
ＳＯＤ（ＳｐｉｎｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）装置
で行われ，このＳＯＤ装置では，ゾル−ゲル法，シルク
法，スピードフィルム法，およびフォックス法等の膜形
成方法が用いられ，かかる膜形成方法では，前記ＭＳＱ
等の塗布液をウェハ表面に塗布することによって層間絶
縁膜が形成される。そして，ゾル−ゲル法以外の上記方
法では，ウェハ上に層間絶縁膜が形成された後に，エッ
チング対象材料の選択比を向上させるために層間絶縁膜
を硬化させる硬化処理（アニール処理）が行われる。

【０００４】かかる硬化処理は，従来よりバッチ式の大
型加熱炉で行われており，複数枚のウェハをまとめて加
熱炉内に搬入し，高温で所定時間加熱することによって
行われている。そして，当該硬化処理では，加熱による
熱エネルギーによって，絶縁材料のＭＳＱが重合，架橋
といった高分子化反応を起こし，層間絶縁膜が硬化され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，かかる
加熱炉での硬化処理は，通常５００℃程度の高温度で行
われるが，それでもＭＳＱ等の高分子化反応が終了する
までに３０分〜６０分程度の長時間を要していた。この
ように硬化処理に長時間を要すると，ウェハの多品種，
変量生産で求められるウェハ処理時間の短縮化，すなわ
ち短ＴＡＴ（ＴｕｒｎＡｒｏｕｎｄＴｉｍｅ）化の
実現が困難となる。また，高温度での処理となるため，
高温に弱い絶縁材料は使用できないという欠点があっ
た。

【０００６】また，加熱炉での硬化処理では，複数枚の
ウェハをまとめて処理していたため，先に絶縁膜が形成
されたウェハは，後のウェハを待つ必要があり（すなわ
ち「待ち時間」が生じる），絶縁膜が形成されてから硬
化されるまでのトータルの処理時間がウェハ毎に異なっ
てくる。これによって，例えば塗布後に一旦溶剤を蒸発
させるための加熱処理が施された場合には，ウェハ間の
熱履歴が異なってしまい，層間絶縁膜の品質にばらつき
が生じることがある。

【０００７】さらに，加熱炉での硬化処理は，スループ
ットを向上させるために高分子反応が完了する最小限の
時間で行われており，層間絶縁膜の膜厚が厚いような場
合には，層間絶縁膜の深部において高分子化反応が十分
に行われていないことがある。

【０００８】本発明は，かかる点に鑑みてなされたもの
であり，より短時間でかつ低温度で上記硬化処理を行
い，ウェハ等の基板の総処理時間を短縮し，当該総処理
時間を基板間で一定にする基板の処理方法及び処理装置
を提供することをその目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば，基板の処理方法であって，基板に層間絶縁膜を形成
する工程と，処理室内の前記基板上の層間絶縁膜に対し
て電子線を照射し，当該層間絶縁膜を硬化させる工程と
を有することを特徴とする基板の処理方法が提供され
る。

【００１０】電子線による照射は，極めて高いエネルギ
ーを有する電子線を照射対象物に対して効果的に照射す
ることができる。請求項１によれば，当該高エネルギー
の電子線を基板上の層間絶縁膜に照射することによっ
て，層間絶縁膜の高分子化反応が短時間で開始され，層
間絶縁膜の硬化速度が向上される。これによって硬化処
理時間が大幅に短縮され，全処理時間も短縮される。ま
た，従来のように高温に加熱する必要がないため，硬化
処理を比較的低温度で行うことができ，耐熱性の弱い絶
縁材料も用いることができる。さらに，電子線の照射
は，枚葉式で行えるので，層間絶縁膜が形成されてから
硬化処理されるまでのトータルの処理時間がほぼ一定に
維持できる。また，電子線は，透過性に優れているの
で，層間絶縁膜の膜厚が厚い場合においても，均一な硬
化処理を行うことができる。

【００１１】前記層間絶縁膜の硬化処理において，基板
を所定温度に加熱するようにしてもよい。このように，
基板を加熱することによって，基板がより高いエネルギ
を有することになるため，層間絶縁膜の高分子化反応が
促進され，硬化処理時間をより短縮することができる。
これによって基板の全処理時間もより短縮される。

【００１２】また，前記層間絶縁膜の硬化処理を大気よ
りも酸素濃度の低い低酸素雰囲気で行うようにしてもよ
い。このように，かかる硬化処理を低酸素雰囲気内で行
うことによって，放射された電子線が酸素分子等に衝突
して，電子線が散乱したりエネルギーを損失したりする
ことを抑制できる。これによって，電子線が基板に適切
に照射され，層間絶縁膜の硬化処理が好適に行われる。
また，電子線の照射をより低出力で，より遠くから行う
ことができる。

【００１３】少なくとも前記基板周辺の雰囲気を酸素よ
りも分子量の小さい気体に置換することによって前記低
酸素雰囲気を作り出すようにしてもよい。このように，
酸素よりも分子量の小さい気体に置換することによっ
て，酸素分子の作る電場によって引き起こされる電子線
の散乱を抑制できるので，層間絶縁膜の硬化処理が好適
に行われる。なお，酸素よりも分子量の小さい気体と
は，例えばヘリウム，窒素等である。

【００１４】また，前記低酸素雰囲気は，前記処理室を
減圧することによって作り出してもよい。このように処
理室を減圧することによって，酸素分子等が減少され，
放射された電子線の散乱が抑制できる。

【００１５】層間絶縁膜を形成する工程は，基板に層間
絶縁膜となる塗布液を塗布する工程を有し，当該塗布工
程と前記層間絶縁膜を硬化させる工程との間に，プレ加
熱を行うようにしてもよい。このように，基板をプレ加
熱することによって，層間絶縁膜内に残存する溶剤等を
蒸発させることができる。これによって，後の硬化処理
の際に電子線等の高エネルギを受けて溶剤等が蒸発する
ことを防止できるので，硬化処理が適切に行われなかっ
たり，当該溶剤によって電子線の光源が汚染されたりす
ることが防止される。

【００１６】プレ加熱工程が終了してから基板に電子線
が照射されるまでの時間を一定に制御するようにしても
よい。このように，かかる時間を一定に制御することに
よって，プレ加熱から電子線の照射までにおける基板の
熱履歴が一定になる。これによって，基板間の熱履歴の
ばらつきが抑制されるので，各基板に所定の熱量が提供
され，一定の品質を有する適切な絶縁膜が形成される。

【００１７】前記プレ加熱は，層間絶縁膜の硬化処理時
の基板の温度よりも低い温度で行われるようにしてもよ
い。これによって，基板温度を段階的に上昇させること
ができるので，急激な温度上昇によるクラックの発生，
絶縁材料の変質及び絶縁性の低下等が抑制される。ま
た，比較的低温度でも層間絶縁膜中の溶剤を蒸発させる
ことができるので，このプレ加熱によって当該溶剤の蒸
発工程も好適に行うことができる。

【００１８】また，層間絶縁膜の硬化処理の後に，ポス
ト加熱を行ってもよく，当該ポスト加熱は，前記層間絶
縁膜の硬化処理時の基板の温度よりも高い温度で行うよ
うにしてもよい。かかる加熱を行うことによって，層間
絶縁膜の下層域における電子線によるダメージを復帰さ
せることができるので，層間絶縁膜の絶縁性が向上し，
より良質な層間絶縁膜が形成できる。

【００１９】前記した各処理方法において，電子線を照
射して層間絶縁膜を硬化させた後，前記処理室内でプラ
ズマを発生させるようにしてもよい。電子線の照射によ
って基板の電位が上昇（いわゆるチャージアップ）した
場合，かかるプラズマに曝すことによって，電位を下げ
ることができる。この場合，前記プラズマは電子線の照
射によって発生させてもよく，また高周波電力の供給に
よって発生させるようにしてもよい。

【００２０】また本発明によれば，基板の処理方法であ
って，基板に層間絶縁膜となる塗布液を塗布するの塗布
工程と，前記塗布工程の後，基板を加熱するプレ加熱工
程とを繰り返し行い，最終の塗布工程の後，処理室内で
前記基板上の複数の層間絶縁膜に対して電子線を照射し
て当該複数の層間絶縁膜を同時に硬化する工程とを有す
ることを特徴とする，基板の処理方法が提供される。か
かる発明によれば，複数の層間絶縁膜の硬化時間を従来
よりも短縮することが可能である。

【００２１】本発明の基板の処理装置は，処理室内で基
板を載置する載置台と，前記載置台上の基板に電子線を
照射する装置と，前記載置台と電子線を照射する装置と
の間に配置されるグリッド電極とを有していることを特
徴とする。かかる基板の処理装置によれば，電子線がグ
リッド電極を通過する際に，電子線のスピードが弱めら
れたり，通過する電子の数が減少され，基板に到達する
電子線のエネルギーを制御することができる。

【００２２】また本発明の基板の処理装置は，処理室内
で基板を載置する載置台と，前記載置台上の基板に電子
線を照射する装置と，前記処理室内にプラズマを発生さ
せるプラズマ発生装置とを有していることを特徴とす
る。かかる基板の処理装置によれば，電子線の照射によ
って基板の電位が上昇（いわゆるチャージアップ）した
場合，かかるプラズマに曝すことによって，電位を下げ
ることができる。

【００２３】前記した各基板の処理装置における載置台
は，基板に対して逆バイアス電圧を印加することが可能
なように構成してもよい。これによって電子線の入射速
度を弱めて基板に対する電子線のエネルギーを制御する
ことが可能である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下，本発明の好ましい実施の形
態について説明する。図１は，本実施の形態にかかるウ
ェハＷの処理方法が実施される絶縁膜形成装置１の概略
を示す平面図であり，図２は，絶縁膜形成装置１の正面
図であり，図３は，絶縁膜形成装置１の背面図である。

【００２５】絶縁膜形成装置１は，図１に示すように，
例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から絶縁
膜形成装置１に対して搬入出したり，カセットＣに対し
てウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２
と，絶縁膜形成工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各
種処理ユニットを備えた第１処理ステーション３と，当
該第１処理ステーション３に隣接して設けられ，ウェハ
Ｗの受け渡し等を行うインターフェイス部４と，層間絶
縁膜の硬化処理を行う後述する硬化処理ユニット５５を
備えた第２処理ステーション５とを一体に接続した構成
を有している。

【００２６】カセットステーション２では，載置部とな
るカセット載置台６上の所定の位置に，複数のカセット
ＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在とな
っている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）と
カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ
方向；鉛直方向）に対して移送可能なウェハ搬送体７が
搬送路８に沿って移動自在に設けられており，各カセッ
トＣに対して選択的にアクセスできるようになってい
る。

【００２７】ウェハ搬送体７は，ウェハＷの位置合わせ
を行うアライメント機能を備えている。このウェハ搬送
体７は後述する第１処理ステーション３側の第３の処理
ユニット群G３に属する受け渡し部４１に対してもアク
セスできるように構成されている。

【００２８】第１処理ステーション３では，その中心部
に主搬送装置１３が設けられており，主搬送装置１３の
周辺には各種処理ユニットが多段に配置されて処理ユニ
ット群を構成している。当該絶縁膜形成装置１において
は，４つの処理ユニット群G1，G2，G3，G4，が配置され
ており，第１及び第２の処理ユニット群G1，G2は絶縁膜
形成装置１の正面側に配置され，第３の処理ユニット群
G3は，カセットステーション２に隣接して配置され，第
４の処理ユニット群G4は，インターフェイス部４に隣接
して配置されている。さらにオプションとして破線で示
した第５の処理ユニット群G5を背面側に別途配置可能と
なっている。前記主搬送装置１３は，これらの処理ユニ
ット群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に配置されている後述す
る各種処理ユニットに対して，ウェハＷを搬入出可能で
ある。なお，処理ユニット群の数や配置は，ウェハＷに
施される処理の種類によって異なり，処理ユニット群の
数は，１つ以上であれば４つで無くてもよい。

【００２９】第１の処理ユニット群G1には，図２に示す
ようにウェハＷに対して絶縁膜となる塗布液を塗布する
塗布ユニット１５，１６が２段に配置されている。第２
の処理ユニット群G2には，薬液のバッファタンク等を内
蔵したケミカル室１７及び塗布ユニット１８が２段に積
み重ねられている。

【００３０】第３の処理ユニット群G3では，例えば図３
に示すようにウェハＷを冷却するクーリングユニット４
０，カセットステーション２との間でウェハＷの受け渡
しを行う受け渡し部４１，ウェハＷを低温で加熱する低
温加熱ユニット４２，４３，ウェハＷを高温で加熱する
高温加熱ユニット４４等が下から順に例えば５段に積層
されている。

【００３１】第４の処理ユニット群G4では，例えばクー
リングユニット４５，インターフェイス部４との間でウ
ェハＷの受け渡しを行う受け渡し部４６，低温加熱ユニ
ット４７，高温加熱ユニット４８，４９等が下から順に
例えば５段に積み重ねられている。なお，硬化処理前の
プレ加熱は，低温加熱ユニット４２，４３又は４７及び
高温加熱ユニット４４，４８又は４９の二段階で行われ
る。

【００３２】インターフェイス部４には，ウェハ搬送体
５０が設けられている。ウェハ搬送体５０は，Ｘ方向
（図１中の上下方向），Ｚ方向（垂直方向）の移動とθ
方向（Ｚ軸を中心とする回転方向）の回転が自在にでき
るように構成されており，第４の処理ユニット群G4に属
する受け渡し部４６と後述する第２処理ステーション５
の載置部５６，５７に対してアクセスできるように構成
されている。

【００３３】第２処理ステーション５は，インターフェ
イス部４に隣接して設けられている。第２処理ステーシ
ョンは，層間絶縁膜の硬化処理が行われる硬化処理ユニ
ット５５と，インターフェイス部４と硬化処理ユニット
５５間で搬送されるウェハＷを一旦載置する載置部５
６，５７と，当該載置部５６，５７と硬化処理ユニット
５５間のウェハＷの搬送を行う搬送アーム５８とを有し
ている。

【００３４】次に，上述した硬化処理ユニット５５の構
成について詳しく説明する。図４は，硬化処理ユニット
５５の構成の概略を示す縦断面の説明図である。

【００３５】硬化処理ユニット５５は，その全体を覆
い，処理室Ｓを形成するケーシング５５ａを有してお
り，硬化処理ユニット５５内の雰囲気を所定の雰囲気に
維持できるようになっている。ケーシング５５ａの中央
部には，ウェハＷを載置する載置台６０が設けられてい
る。載置台６０は，厚みのある円盤状に形成されてお
り，その材質には，熱伝導性の優れたもの，例えばセラ
ミックである炭化ケイ素や窒化アルミニウム等が用いら
れている。

【００３６】載置台６０には，載置台６０を昇温させる
加熱手段である，例えばヒータ６１が内蔵されている。
ヒータ６１は，図示しないコントローラによってその発
熱量が制御されており，載置台６０の温度を所定温度に
維持できるようになっている。

【００３７】また，載置台６０の下部には，載置台６０
を回転可能させるための回転手段である，例えばモータ
等を備えた駆動機構６３が設けられている。これによっ
て，後述する電子線管６６から電子線を照射する際に載
置台６０を回転させ，載置台６０上のウェハＷ全面に均
一に電子線を照射することができる。なお，後述する電
子線管６６との距離を調節可能にする距離調節手段とし
て，駆動機構６３に，載置台６０を上下動可能とする昇
降機構を設けてもよい。

【００３８】載置台６０には，載置台６０上に突出自在
で，ウェハＷを支持して昇降させる複数，例えば３本の
昇降ピン６４が設けられている。これによって，昇降ピ
ン６４が上昇してウェハＷを受け取り，昇降ピン６４が
下降してウェハＷを載置台６０上に載置することができ
る。

【００３９】硬化処理ユニット５５は，載置台６０上の
ウェハＷに対して電子線を照射する照射装置６５を有し
ている。照射装置６５は，電子線を照射する複数の電子
線管６６と電子線の出力や照射時間を制御する照射制御
装置６７とを有している。電子線管６６は，ケーシング
５５ａの上面であって，載置台６０と対向する位置に設
けられており，ウェハＷの上方から層間絶縁膜に向けて
電子線を照射できるようになっている。各電子線管６６
からの電子線は，ウェハＷに近づくにつれ広がり，全電
子線管６６からの照射によって，ウェハＷ全面に照射で
きるようになっている。

【００４０】また，ケーシング５５ａの上面には，酸素
以外の気体，例えば不活性気体，ヘリウムガス，窒素ガ
ス等を供給する供給管６８ａ，６８ｂが設けられてい
る。供給管６８ａは，後述する搬送口７１側に設けら
れ，供給管６８ｂは，後述する搬送口７１の反対側に設
けられる。これによって，図示しない供給源からの不活
性気体がケーシング５５ａ内に供給され，ケーシング５
５ａ内を不活性気体に置換し，硬化処理の行われる雰囲
気を低酸素雰囲気にすることができる。また，供給管６
８ａ，６８ｂには，不活性気体の供給量を調節するバル
ブ６８ｃ，６８ｄがそれぞれ設けられており，ケーシン
グ５５ａ内に供給される不活性気体の供給量を調節する
ことができる。一方，ケーシング５５ａの下面には，硬
化処理ユニット５５外部に配置された吸引ポンプ６９に
接続された排気管７０ａ，７０ｂが設けられており，ケ
ーシング５５ａ内をパージできるようになっている。

【００４１】また，排気管７０ａ，７０ｂには，排気量
を調節するバルブ７０ｃ，７０ｄがそれぞれ設けられて
いる。上述のバルブ６８ｃ，６８ｄとバルブ７０ｃ，７
０ｄは，制御部Ｇによってその開閉度が操作可能に構成
されている。ケーシング５５ａ内には，ケーシング５５
ａ内の気圧や酸素濃度を検出する検出センサＫが設けら
れており，その検出データを制御部Ｇに送信可能になっ
ている。かかる構成によって，検出センサＫによって検
出されたデータが制御部Ｇに送信され，かかるデータに
基づいて制御部Ｇがバルブ６８ｃ，６８ｄとバルブ７０
ｃ，７０ｄとを操作することができる。したがって，ケ
ーシング５５ａ内に供給される不活性気体の供給量とケ
ーシング５５ａ外に排気される排気量が調節可能とな
り，ケーシング５５ａ内の気圧や酸素濃度を所定の値に
制御することができる。また，ウェハＷを搬送口７１か
ら搬入出する際に，搬送口７１側の供給管６８ａからの
供給量を増大させることができ，これによって，搬送口
７１から漏れた不活性気体分を補充し，ケーシング５５
ａ内を所定の雰囲気に維持することができる。

【００４２】ケーシング５５ａの搬送アーム５８側に
は，ウェハＷを搬入出するための搬送口７１が設けられ
ている。この搬送口７１には，当該搬送口７１を開閉自
在とするシャッタ７２が設けられている。これによっ
て，ケーシング５５ａ内の雰囲気と外部雰囲気とを遮断
し，ケーシング５５ａ内を所定の雰囲気に維持できるよ
うになっている。

【００４３】次に，以上のように構成された絶縁膜形成
装置１で行われるウェハＷの処理プロセスについて説明
する。

【００４４】先ず，ウェハ搬送体７によってカセットス
テーション２から取り出されたウェハＷは，受け渡し部
４２に搬送され，そこから主搬送装置１３によって温度
管理が行われるクーリングユニット４１に搬送される。
そして，主搬送装置１３によって塗布ユニット１５，１
６又は１８に搬送され，ウェハＷに層間絶縁膜となる所
定の塗布液，例えばＭＳＱを含む塗布液が塗布される。
当該塗布処理は，例えばウェハを所定速度で回転させ，
当該回転されたウェハＷの中央部に塗布液を供給するこ
とによって行われ，当該供給された塗布液は，遠心力に
よってウェハＷ全面に広げられる。

【００４５】そして，塗布液が塗布されたウェハＷは，
例えば低温加熱ユニット４２に搬送され，例えば１５０
℃で２分間の加熱処理が行われる。その後，ウェハＷは
高温加熱ユニット４８に搬送され，例えば２００℃で１
分間加熱される。この低温加熱ユニット４２及び高温加
熱ユニット４８でのプレ加熱によって，塗布液中の溶剤
が蒸発，除去され，ウェハＷ上に層間絶縁膜が形成され
る。

【００４６】次に，ウェハＷは主搬送装置１３によって
受け渡し部４６に搬送される。そして，インターフェイ
ス部４のウェハ搬送体５０によって，第２処理ステーシ
ョン５の載置部５７に搬送される。次いで，ウェハＷ
は，搬送アーム５８に保持され，硬化処理ユニット５５
のシャッタ７２が開放されると同時に硬化処理ユニット
５５内に搬送される。

【００４７】ここで，ウェハＷ上の層間絶縁膜を硬化処
理する硬化処理ユニット５５の作用について説明する。
先ず，ウェハＷが硬化処理ユニット５５内に搬送される
前に，例えば図示しないコントローラによってヒータ６
１の発熱量を制御し，載置台６０の温度を，上述した高
温加熱ユニット４８の加熱温度よりも高い，例えば２５
０℃に維持しておく。

【００４８】そして，搬送アーム５８によってウェハＷ
が搬送口７１からケーシング５５ａ内に搬入されると，
ウェハＷは，載置台６０の中央部上方まで移動され，予
め上昇して待機していた昇降ピン６４に受け渡される。
その後，搬送アーム５８がケーシング５５ａ内から退避
し，シャッタ７２が閉鎖される。次いで，ウェハＷは，
昇降ピン６４の下降と共に下降され，載置台６０上に載
置される。これによって，ウェハＷが昇温され始める。
このとき供給管６８ａ，６８ｂからケーシング５５ａ内
に，例えばヘリウムガスが供給され，排気管７０ａ，７
０ｂからはケーシング５５ａ内の雰囲気が排気される。
これによって，ケーシング５５ａ内がヘリウムガスに置
換される。そして，検出センサＫによってケーシング５
５ａ内の酸素濃度がモニターされ，その検出データに基
づいて制御部Ｇがバルブ６８ｃ，６８ｄ及びバルブ７０
ｃ，７０ｄを操作する。これによって，ケーシング５５
ａ内の雰囲気が低酸素濃度，例えば酸素濃度が３ｐｐｍ
以下の雰囲気に維持される。なお，ウェハＷが搬入出さ
れる際に，バルブ６８ｃを調節して供給管６８からのヘ
リウムガスの供給量を増大させてもよい。

【００４９】その後所定時間が経過し，載置台６０上の
ウェハＷの温度が２５０℃に安定すると，駆動機構６３
によってウェハＷが低速度で回転される。次に，図４に
示すように各電子線管６６からウェハＷ表面の層間絶縁
膜に対して所定出力，例えば１０ｋｅＶの電子線が所定
時間，例えば２分照射される。これによって，電子線の
エネルギーが層間絶縁膜に提供され，層間絶縁膜を形成
するＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）の高分子重合
を誘発して，層間絶縁膜が硬化される。なお，このとき
の電子線の出力，照射時間は，膜厚，処理雰囲気等によ
って定められる。

【００５０】２分間の電子線の照射が終了すると，載置
台６０の回転が停止され，再び昇降ピン６４によって上
昇される。このとき，ヘリウムガスの供給と排気が停止
される。そして，シャッタ７２が開放され，搬送アーム
５８がケーシング５５ａ内に進入し，ウェハＷが搬送ア
ーム５８に受け渡される。

【００５１】次いで，ウェハＷは，硬化処理ユニット５
５から載置部５６に搬送され，載置される。そして，ウ
ェハＷは，例えばウェハ搬送体５０及び主搬送装置１３
によってカセットステーション２まで搬送され，カセッ
トＣに戻されて，一連のウェハＷ処理が終了する。

【００５２】以上の実施の形態では，ウェハＷ上の層間
絶縁膜に対して高エネルギーの電子線を照射することに
よって，層間絶縁膜の硬化処理を行ったので，従来に比
べて硬化処理に要する時間が著しく短縮される。また，
電子線は，透過性に優れているため層間絶縁膜の内部ま
で行き渡り，層間絶縁膜全体に渡って均一な硬化処理が
行われる。

【００５３】また，ウェハＷ処理を枚葉式で行えるの
で，バッチ式で見られたようなウェハＷの待ち時間が無
くなり，従来に比べて一連のウェハ処理の総処理時間が
短縮される。また，待ち時間が無いため，プレ加熱から
電子線が照射されるまでの時間がほぼ一定に維持され，
ウェハＷの熱履歴がウェハ間において一定に維持され
る。

【００５４】さらに，層間絶縁膜の硬化処理において，
載置台６０によってウェハＷを加熱するようにしたの
で，ウェハＷに熱エネルギーも与えられ，硬化処理が促
進され，より短時間で硬化処理を行うことができる。

【００５５】また，硬化処理において，ケーシング５５
ａ内をヘリウムガスによって低酸素雰囲気に維持したの
で，酸素分子による電子線の散乱，エネルギーの減衰等
が抑制され，電子線の照射を好適に行うことができる。

【００５６】硬化処理が行われる前に，低温加熱ユニッ
ト４２及び高温加熱ユニット４８においてプレ加熱を行
うようにしたので，塗布液中の溶剤が十分に蒸発され
る。これによって硬化処理時に溶剤が蒸発して電子線管
６６等を汚染することを防止できる。また，プレ加熱の
温度を硬化処理時の加熱温度よりも低くすることによっ
て，ウェハＷを徐々に昇温していくことができる。これ
によって，ウェハＷを急激に昇温したときに発生するク
ラックや，層間絶縁膜の変質等を防止することができ
る。なお，本実施の形態におけるプレ加熱は，低温処理
ユニット４２と高温処理ユニット４８とで二段階に分け
て行われたが，プレ加熱を，塗布液が塗布されたウェハ
Ｗを所定温度で一回のみ加熱することによって行っても
よい。このときの所定温度は，加熱処理時の加熱温度よ
りも低くする方が望ましい。

【００５７】以上の実施の形態では，硬化処理ユニット
５５内の低酸素雰囲気を，ヘリウムガスを供給すること
によって実現していたが，硬化処理ユニット５５の処理
室Ｓを減圧することによって実現してもよい。この場
合，例えばケーシング５５ａ内の気密性を確保してお
き，吸引ポンプ６９によって排気管７０ａ，７０ｂから
ケーシング５５ａ内の雰囲気を吸引する。これによっ
て，硬化処理ユニット５５内が減圧され，低酸素雰囲気
に維持される。また，ケーシング５５ａ内を酸素以外の
気体に置換しつつ，減圧して低酸素雰囲気を実現しても
よい。

【００５８】また，上述の実施の形態においてプレ加熱
から電子線照射までの時間をより一定になるように制御
してもよい。このような場合，例えば図５に示すように
高温加熱ユニット４８に，ウェハＷが当該高温加熱ユニ
ット４８から搬出されたことを検出するセンサ８０を設
ける。センサ８０のかかる検出信号は，搬送アーム５８
を制御する制御装置８１に出力されるようにする。ま
た，制御装置８１には，予め設定された所定時間をカウ
ントするタイマー機能が設けられる。そして，センサ８
０から制御装置８１に前記検出信号が出力されると，タ
イマー機能のカウントが開始され，その間にウェハＷ
は，載置部５７まで搬送される。そして，設定時間が経
過しタイマー機能がＯＦＦになった時に，搬送アーム５
８が載置部上のウェハＷを保持し，硬化処理ユニット５
５内に当該ウェハＷを搬送する。これによって，プレ加
熱終了から電子線が照射されるまでの時間がより一定に
制御され，ウェハＷの熱履歴が一定に保たれる。

【００５９】また，以上の実施の形態では，硬化処理の
終了したウェハＷは，そのままカセットステーション２
に戻されていたが，硬化処理後にポスト加熱を行っても
よい。この場合，例えば硬化処理の終了したウェハＷ
を，一旦受け渡し部４６に戻し，そこから主搬送装置１
３によって例えば高温加熱処理４４に搬送し，加熱処理
を行うようにする。当該加熱処理は，硬化処理時の加熱
温度よりも高い温度，例えば３００℃で行うようにす
る。これによって，層間絶縁膜の下層における電子線に
よるダメージを復帰することができるので，層間絶縁膜
の絶縁性が向上し，より良質な層間絶縁膜が形成され
る。

【００６０】次に他の図６は基板の処理装置としての硬
化処理ユニット５５の他の例を示しており，この例で
は，処理室Ｓを形成するユニットケーシング５５ａ内
に，グリッド電極１０１が配置されている。グリッド電
極１０１は電子線管６６と載置台６０との間に位置して
いる。グリッド電極１０１に対しては電源１０２から所
定の電力が供給される。載置台６０には電源１０３から
所定の電圧が印加され，載置台６０上のウエハＷに対し
て逆バイアスの電圧が印加される。

【００６１】かかる硬化処理ユニット５５によれば，電
子線管６６からの電子線はグリッド電極を通過する際
に，電子線のスピードが弱められたり，通過する電子の
数が減少してウエハＷに到達する電子線のエネルギーを
制御することができる。これによってウエハＷ上に塗布
されている絶縁膜の厚さの如何に関わらず，所定の深度
のところの絶縁膜を適切に硬化することができる。例え
ば硬化すべき絶縁膜が薄い場合にはエネルギーを弱め，
硬化すべき絶縁膜が熱い場合にはエネルギーを弱めない
ように制御することで，適切な硬化処理が可能になる。
かかるコントロールは，多層絶縁膜の硬化処理に有効で
ある。

【００６２】また載置台６０にウエハＷに対する逆バイ
アス電圧を印加することによっても，電子線の入射速度
を弱めることができる。したがって電源１０３の調整に
よってウエハＷに到達する電子線のエネルギーを制御す
ることができる。以上のことから，グリッド電極１０１
と電源１０３の双方の制御によって，より精密なコント
ロールが可能である。

【００６３】ところで電子線によって硬化処理した際，
ウエハＷがチャージアップされることがある。許容範囲
を超えてウエハＷがチャージアップした場合には，製品
不良の原因となるおそれがある。したがって必要に応じ
て電子線による硬化処理が終了した後，ユニットケーシ
ング５５ａ内にプラズマを発生させ，このプラズマによ
ってチャージアップしたウエハＷの電位を下げることが
好ましい。

【００６４】プラズマを発生させるソースとしては，電
子線管６６をそのまま用いることができる。またプラズ
マをより発生しやすくするためユニットケーシング５５
ａ内に，Ａｒ（アルゴン）ガスを導入するとよい。

【００６５】さらに電子線によってプラズマを発生させ
た際にウエハＷへの直接照射を嫌うなら，電子線の照射
角度を変えたり，あるいは図７に示したように，高周波
電源１１１からの高周波によってプラズマを発生させる
電極やアンテナ等のプラズマ発生装置１１２をユニット
ケーシング５５ａ内に配置してもよい。

【００６６】ところで通常の硬化処理は，多層絶縁膜の
場合であっても，従来は絶縁膜の材料となる塗布液の塗
布した後，加熱して硬化処理し，その後再度絶縁膜の材
料となる他の塗布液を塗布し，その後再び加熱して硬化
処理している。そして既述したように，従来はバッチ式
の加熱炉内に硬化処理すべきウエハをその都度搬入し
て，長時間加熱による硬化処理をしていた。この点本願
発明によれば，既述したように電子線によって硬化処理
するので従来より遙かに短い時間で硬化処理が行える。

【００６７】しかしながら電子線による硬化処理は，電
子線のエネルギーの調整により，膜厚と硬化時間とは直
接比例しない。したがって，例えば第１の塗布液を塗布
した後，ソフトベーキングとも言える溶剤を蒸発させる
だけのプレ加熱を行った後，直ちに次の塗布液を塗布
し，後はそのまま電子線による硬化処理を行えば，多層
絶縁膜の硬化についてさらに効率のよい処理が実行でき
る。なお現像処理が終わった後のウエハＷに対して，電
子線を照射することにより，リソグラフィ工程によって
形成された膜を強化することができる。

【００６８】なお，以上の実施の形態は，ＳＯＤの層間
絶縁膜について適用したものであったが，本発明は他の
層間膜，例えばＳＯＧ（ｓｐｉｎｏｎｇｌａｓ
ｓ），Ｌｏｗ―ｋ膜（有機シリコン酸化膜），レジスト
膜等のウェハ処理においても適用できる。

【００６９】また，以上で説明した実施の形態は，半導
体ウェハデバイス製造プロセスの層間絶縁膜形成工程に
おけるウェハの処理方法について適用したものであった
が，本発明は半導体ウェハ以外の基板例えばＬＣＤ基板
の処理方法においても適用できる。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば，基板の処理時間を大幅
に短縮することができ，スループットが向上し，短ＴＡ
Ｔ化が図られる。また，一連の基板の処理が枚葉式で行
えるので，基板処理時間が安定し，一定となり，これに
よって品質のばらつきが抑制されるので，歩留まりの向
上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかるウェハの処理方法が実施
される絶縁膜形成装置の構成の概略を示す横断面の説明
図である。

【図２】図１の絶縁膜形成装置の正面図である。

【図３】図１の絶縁膜形成装置の背面図である。

【図４】硬化処理ユニットの縦断面の説明図である。

【図５】絶縁膜形成装置の他の構成例を示す横断面の説
明図である。

【図６】硬化処理ユニット内にグリッド電極を配置した
構成を示す縦断面の説明図である。

【図７】硬化処理ユニット内にプラズマ発生装置を配置
した構成を示す縦断面の説明図である。

【符号の説明】

１絶縁膜形成装置１５，１６，１８塗布ユニット４２，４３，４７低温加熱ユニット４４，４８，４９高温加熱温度５５硬化処理ユニット６４照射装置６６電子線管６８ａ，６８ｂ供給管７０ａ，７０ｂ排気管Ｓ処理室Ｗウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 5F031 CA02 CA05 DA01 FA01 FA02 FA07 FA11 FA12 FA15 GA38 GA43 GA47 GA48 GA49 HA02 HA33 HA37 HA58 HA59 JA01 JA10 JA21 JA22 JA40 JA45 JA47 KA02 KA11 LA07 MA26 MA30 NA04 NA09 PA30 5F033 QQ54 RR09 RR21 RR25 SS00 SS21 SS22 TT03 XX34 5F045 AB32 AC11 AC16 AF01 BB03 BB08 CA15 CB05 EB08 EB20 EN04 GB05 HA19 HA25 5F046 KA01 5F058 AC03 AF04 AH02 BA20 BD07 BF46 BG03 BG04 BH01 BH16 BH20 BJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の処理方法であって，基板に層間絶
縁膜を形成する工程と，処理室内で前記基板上の層間絶
縁膜に対して電子線を照射し，当該層間絶縁膜を硬化さ
せる工程とを有することを特徴とする，基板の処理方
法。
【請求項２】前記層間絶縁膜を硬化させる工程におい
て，基板が所定温度に加熱されることを特徴とする，請
求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項３】前記層間絶縁膜を硬化させる工程は，少
なくとも大気よりも酸素濃度の低い低酸素雰囲気で行わ
れることを特徴とする，請求項１又は２のいずれかに記
載の基板の処理方法。
【請求項４】少なくとも前記基板周辺の雰囲気を酸素
よりも分子量の小さい気体に置換することによって，前
記低酸素雰囲気を作り出すことを特徴とする，請求項３
に記載の基板の処理方法。
【請求項５】前記処理室内を減圧することによって，
前記低酸素雰囲気を作り出すことを特徴とする，請求項
３又は４のいずれかに記載の基板の処理方法。
【請求項６】前記層間絶縁膜を形成する工程は，基板
に層間絶縁膜となる塗布液を塗布する工程を有し，当該
塗布工程と前記層間絶縁膜を硬化させる工程との間に，
基板を加熱するプレ加熱工程が行われることを特徴とす
る，請求項１，２，３，４又は５のいずれかに記載の基
板の処理方法。
【請求項７】前記プレ加熱工程が終了してから基板に
電子線が照射されるまでの時間が一定に制御されること
を特徴とする，請求項６に記載の基板の処理方法。
【請求項８】前記プレ加熱は，前記層間絶縁膜を硬化
させる工程における基板の温度よりも低い温度で行われ
ることを特徴とする，請求項６又は７のいずれかに記載
の基板の処理方法。
【請求項９】前記層間絶縁膜を硬化させる工程後に，
基板を加熱するポスト加熱工程を有することを特徴とす
る，請求項１，２，３，４，５，６，７又は８のいずれ
かに記載の基板の処理方法。
【請求項１０】前記ポスト加熱は，前記層間絶縁膜を
硬化させる工程における基板の温度よりも高い温度で行
われることを特徴とする，請求項９に記載の基板の処理
方法。
【請求項１１】電子線を照射して層間絶縁膜を硬化さ
せた後，前記処理室内でプラズマを発生させる工程を有
することを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，
６，７，８，９又は１０のいずれかに記載の基板の処理
方法。
【請求項１２】前記プラズマは電子線の照射によって
発生させることを特徴とする，請求項１１に記載の基板
の処理方法。
【請求項１３】前記プラズマは高周波電力の供給によ
って発生させることを特徴とする，請求項１１に記載の
基板の処理方法。
【請求項１４】基板の処理方法であって，基板に層間
絶縁膜となる塗布液を塗布するの塗布工程と，前記塗布
工程の後，基板を加熱するプレ加熱工程とを繰り返し行
い，最終の塗布工程の後，処理室内で前記基板上の複数
の層間絶縁膜に対して電子線を照射して当該複数の層間
絶縁膜を同時に硬化する工程とを有することを特徴とす
る，基板の処理方法。
【請求項１５】基板の処理装置であって，処理室内で
基板を載置する載置台と，前記載置台上の基板に電子線
を照射する装置と，前記載置台と電子線を照射する装置
との間に配置されるグリッド電極とを有していることを
特徴とする，基板の処理装置。
【請求項１６】基板の処理装置であって，処理室内で
基板を載置する載置台と，前記載置台上の基板に電子線
を照射する装置と，前記処理室内にプラズマを発生させ
るプラズマ発生装置とを有していることを特徴とする，
基板の処理装置。
【請求項１７】前記載置台は，基板に対して逆バイア
ス電圧を印加することが可能であることを特徴とする，
請求項１６又は１７に記載の基板の処理装置。