JP2003151969A - 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】塗布により形成する絶縁膜の成膜時間を短くす
ること。 【解決手段】塗布ユニット１と減圧乾燥チャンバ２と中
継ユニット７と電子線照射ユニット３を備え、電子線照
射ユニット３および中継ユニット７を予め真空状態にし
ておくことで、塗布膜が形成された基板５を、減圧雰囲
気下で減圧乾燥チャンバ２から電子線照射ユニット３へ
搬入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗布によって絶縁
膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法および
半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の多層配線を形成する際の絶
縁膜として、低誘電率の塗布膜を用いることが盛んに検
討されている。この種の塗布膜を形成する方法として、
最近、従来から使用されている回転塗布法に代わり、使
用薬液の削減と下地段差の平坦化に優れた、いわゆるス
キャン塗布法が検討されている。また、塗布膜の欠点で
ある架橋反応の困難さ（高温で長時間の加熱が必要）と
機械強度の低さを解決するために、塗布膜に電子線を照
射することが検討されている。

【０００３】スキャン塗布法においては、基板上に液状
膜を形成した後に、減圧雰囲気下で溶剤を除去すること
が望ましく、また、電子線照射も、基板の上方で発生さ
せた電子線が基板まで到達するために減圧雰囲気下で行
うことが望ましい。

【０００４】従来は、成膜装置による塗布から乾燥装置
による減圧乾燥までの工程が終了した後に、乾燥装置か
ら基板を一度大気圧下で電子線照射装置まで搬送し、そ
の後電子線照射装置にて再び減圧雰囲気を形成して電子
線の照射処理を行っていた。しかし、このようなプロセ
スでは総合的な処理時間が長くなり、生産性が低下して
しまう。これは、製造コストの増大を招くことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のス
キャン塗布法は、乾燥装置により減圧乾燥した基板を一
度大気圧下で電子線照射装置まで搬送し、その後電子線
照射装置にて再び減圧雰囲気を形成する必要があったの
で、処理時間が長くなり、生産性が低下するという問題
があった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、塗布により形成する絶
縁膜の成膜時間を短くすることができる半導体装置の製
造方法および半導体製造装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。すなわち、上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に絶
縁膜原料を含む液体を塗布し、液状膜を形成する工程
と、減圧雰囲気下で、前記液状膜を乾燥させ、前記絶縁
膜原料からなる絶縁膜を形成する工程と、減圧雰囲気下
で、前記絶縁膜にエネルギー線を照射する工程とを備
え、前記絶縁膜の形成工程から前記エネルギー線を照射
する工程への基板の搬送が減圧雰囲気下で行われること
を特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る半導体製造装置は、基
板上に絶縁膜原料を含む液体を塗布し、液状膜を形成す
るための第１の手段と、減圧雰囲気下で、前記液状膜を
乾燥させ、前記絶縁膜原料からなる絶縁膜を形成するた
めの第２の手段と、減圧雰囲気下で、前記絶縁膜にエネ
ルギー線を照射するための第３の手段と、前記第２の手
段から第３の手段への前記基板の搬送を減圧雰囲気下で
行う第４の手段とを具備してなることを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、減圧雰囲気下で液状膜を
乾燥させて絶縁膜を形成した後、減圧雰囲気下で前記絶
縁膜に電子線を照射するための搬送する際、減圧雰囲気
下で搬送することができるので、塗布による絶縁膜の成
膜時間を短くできるようになる。

【００１０】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施形態に係る塗布膜
形成装置を示す模式図である。本実施形態の塗布膜形成
装置は、大きく分けて、半導体基板上に塗布液を塗布
し、液状膜を形成する塗布ユニット１と、基板上の液状
膜から溶剤を除去し、乾燥した塗布膜を得るための減圧
乾燥チャンバ２と、基板上の乾燥した塗布膜に電子線を
照射する電子線照射ユニット３とから構成され、その特
徴は減圧乾燥チャンバ２から減圧雰囲気下で電子線照射
ユニット３内に、乾燥した塗布膜が形成された基板を搬
入できることにある。

【００１３】以下、本実施形態の塗布膜形成装置および
塗布膜の形成方法について詳細に説明する。

【００１４】図中、４は複数枚の基板（ウェハ）５がス
トックされた基板ホルダを示しており、基板ホルダ４に
ストックされた基板５は中継ユニット７にある搬送アー
ム６を介して塗布ユニット１に搬送されるようになって
いる。この搬送は、大気圧下で行われる。

【００１５】塗布ユニット１は、ノズルスキャン方式の
塗布装置を含み、一方向に往復運動するノズルから薬液
８を吐出しつつ、基板５をこれと直行する方向に移動さ
せることで、基板５上の全面に薬液による液状膜を形成
できるようになっている。

【００１６】ノズルスキャン方式の塗布装置は、図２に
示すように、基板５に対して薬液８を滴下する液体吐出
ノズル２１、パターン設計情報２２に基づいて液体吐出
ノズル２１を移動させるノズル駆動部２３とから構成さ
れている。

【００１７】液体吐出ノズル２１から薬液８を連続的に
吐出させるとともに、液体吐出ノズル２１を列方向に往
復移動させつつ、液体吐出ノズル２１が基板５上のパタ
ーン形成領域の領域外の折返し点で行方向に基板５を所
定の移動ピッチで移動させることにより、液状膜が形成
される。ここでは、薬液８として、ポリメチルシロキサ
ンを溶剤プロピレングリコールモノプロピルエーテルに
溶解させたものを用いた。

【００１８】その後、ゲートシャッタ９（第１の開閉可
能なシャッタ）が開かれた状態で、液状膜が形成された
基板５は中継ユニット７の搬送アーム６を介して、減圧
乾燥チャンバ２内に搬送され、減圧乾燥チャンバ２内の
図示しない支持台上に基板５は載置される。これは、大
気圧下で行われる。

【００１９】その後、搬送アーム６は中継ユニット７に
待避され、ゲートシャッタ９および減圧乾燥チャンバ２
と中継ユニット１０との間のゲートシャッタ１１（第２
の開閉可能なシャッタ）は閉じられ、減圧乾燥チャンバ
２内を真空ポンプ１２により減圧し、基板５上の液状膜
から溶剤を除去し、乾燥した塗布膜を得る。乾燥時の減
圧乾燥チャンバ２内は大気圧から減圧され、例えば１０
Ｔｏｒｒ以下、０．０１Ｔｏｒｒ以上の減圧雰囲気下と
なる。

【００２０】このとき、中継ユニット１０と電子線照射
ユニット３との間のゲートシャッタ１３も閉じられてお
り、さらに真空ポンプ１４，１５によって中継ユニット
１０および電子線照射ユニット３はそれぞれ真空排気さ
れ、それら１０，３の内部は減圧雰囲気下に保たれる。

【００２１】ここで、中継ユニット１０および電子線照
射ユニット３の減圧は、乾燥した塗布膜を得る前に終了
しておくことが好ましい。この場合、中継ユニット１０
および電子線照射ユニット３の真空排気の開始は、減圧
乾燥チャンバ２の真空排気の開始よりも後でも良い。

【００２２】好ましくは、処理すべき基板５が基板ホル
ダ４内にある時点から、ゲートシャッタ１３を閉じてお
き電子線照射ユニット３内を減圧雰囲気下するか、ある
いはゲートシャッタ１１，１３を閉じておき中継ユニッ
ト１０および電子線照射ユニット３内を減圧下の状態に
しておく。

【００２３】より好ましくは、処理すべき基板５が基板
ホルダ４内に導入される以前から電子線照射ユニット３
内を、あるいは中継ユニット１０および電子線照射ユニ
ット３内を減圧下の状態にしてく。すなわち、塗布膜の
形成工程中に、中継ユニット１０や電子線照射ユニット
３内の雰囲気が大気圧になることがないようにしておく
ことが好ましい。

【００２４】また、中継ユニット１０や電子線照射ユニ
ット３内をあらかじめ中途まで真空引きしておき、搬送
時や電子線照射時に所望の圧力まで減圧するようにして
も良い。

【００２５】その後、ゲートシャッタ１１，１３が開か
れ、塗布膜が形成された基板５は搬送アーム１６によっ
て、中継ユニット１０を介して、電子線照射ユニット３
内に減圧雰囲気下で、電子線照射装置１７の下方のホッ
トプレート１８上に配置される。搬送時の中継ユニット
１０内は、例えば１０Ｔｏｒｒ以下、０．０１Ｔｏｒｒ
以上（高真空）の減圧下雰囲気となる。

【００２６】その後、ゲートシャッタ１３が閉じられ、
減圧雰囲気下で、電子線照射装置１７により電子線１９
を塗布膜に照射するとともに、ホットプレート１８によ
り基板５を加熱することで、塗布膜を硬化（架橋）し
て、最終的な低誘電率の絶縁膜が得られる。電子線照射
時の電子線照射ユニット３内は、５００Ｔｏｒｒ以下
（微減圧雰囲気以下）、０．０１Ｔｏｒｒ以上（高真
空）の減圧雰囲気下となる。

【００２７】このとき、基板５は大気に曝されることな
く減圧雰囲気下のまま電子線照射装置１７内に搬入され
るので、従来とは異なり、電子線照射の前に、電子線照
射装置１７内を再度真空排気して減圧雰囲気下にする必
要は無い。したがって、本実施形態によれば、塗布膜の
成膜に要する総合的な処理時間を短くでき、生産性を向
上でき、さらには製造コストを削減することが可能とな
る。

【００２８】また、塗布膜の硬化のための電子線照射に
代えて他のエネルギー線、例えばイオンビーム装置によ
りイオンビームを照射することも可能である。

【００２９】低誘電率の絶縁膜が得られた後は、例え
ば、絶縁膜の表面に配線溝を形成し、バリアメタル膜、
Ｃｕ膜を順次堆積し、ＣＭＰにより配線溝外の不要なバ
リアメタル膜およびＣｕ膜を除去し、Ｃｕダマシン配線
を形成する工程などの周知の工程が続いて半導体装置が
完成する。

【００３０】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では、液体吐出
ノズルおよび基板を移動させていたが、基板の位置を固
定して液体吐出ノズルを移動させても良いし、あるいは
逆に液体吐出ノズルの位置を固定して、基板を移動させ
ても良い。また、相対的な移動方向は、上記実施形態に
限るものではなく、例えばノズルから吐出された液体が
螺旋を描くように移動させても良い。

【００３１】また、基板はＳｉ基板でもＳＯＩ基板でも
良いし、さらにＳｉＧｅ等の他の半導体を含む基板でも
良い。また、薬液として、ポリメチルシロキサンを溶剤
プロピレングリコールモノプロピルエーテルに溶解させ
たものを用いたが、低誘電率の塗布膜が得られるのであ
れば、薬液は特に限定されない。

【００３２】さらに、本発明は、非低誘電率の塗布膜に
も適用可能であり、具体的にはＳＴＩ（Shallow Trench
Isolation）の埋込み用の絶縁膜や、Ａｌ配線間（ＲＩ
Ｅにより加工されたＡｌ配線の間）の埋込み用の絶縁膜
など、必ずしも低誘電率である必要はない、段差のある
領域の埋め込み用の絶縁膜にも適用可能である。

【００３３】また、各ゲートシャッタの開閉のタイミン
グ、真空排気の開始および終了のタイミングは上記実施
形態のもには限定されず、要は、乾燥した塗布膜を形成
した後に、電子線照射装置１７内を減圧雰囲気下にする
ために要する時間が従来よりも短くなれば良く、好まし
くは乾燥した塗布膜を形成した後、上記実施形態のよう
に、電子線照射装置１７内を再度真空排気する工程がな
いようにする。

【００３４】さらに、上実施形態では各ユニット毎に真
空ポンプを設けたが、一つの真空ポンプを共通に使用し
ても良い。この場合、装置コストを削減できる。各ユニ
ット毎に真空ポンプを設けた場合、各ユニット毎に最適
な真空排気を容易に行えるようになる。また、ゲートシ
ャッタ１３は省略可能である。

【００３５】さらに、上記実施形態には種々の段階の発
明が含まれており、開示される複数の構成要件における
適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例
えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成
要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄
で述べた課題を解決できる場合には、この構成要件が削
除された構成が発明として抽出され得る。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施でき
る。

【００３６】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、塗
布により形成する絶縁膜の成膜時間を短くすることがで
きる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を実現
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る塗布膜形成装置を示
す模式図

【図２】図１の塗布膜形成装置の塗布ユニットの具体的
な構成を示す模式図

【符号の説明】

１…塗布ユニット ２…減圧乾燥チャンバ ３…電子線照射ユニット ４…基板ホルダ ５…基板 ６…搬送アーム ７…中継ユニット ８…薬液 ９…ゲートシャッタ １０…中継ユニット １１…ゲートシャッタ １２…真空ポンプ １３…ゲートシャッタ １４，１５…真空ポンプ １６…搬送アーム １７…電子線照射装置 １８…ホットプレート １９…電子線 ２１…液体吐出ノズル ２２…パターン設計情報 ２３…ノズル駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 依田 孝 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4F042 AA07 DB02 DB12 DB14 DB52 DC00 DF31 5F033 QQ54 QQ74 QQ85 SS22 5F045 BB10 BB17 DC61 DC63 DP02 DP21 EB02 EB19

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に絶縁膜原料を含む液体を塗布し、
   液状膜を形成する工程と、 減圧雰囲気下で、前記液状膜を乾燥させ、前記絶縁膜原
   料からなる絶縁膜を形成する工程と、 減圧雰囲気下で、前記絶縁膜にエネルギー線を照射する
   工程とを備え、 前記絶縁膜の形成工程から前記エネルギー線を照射する
   工程への基板の搬送が減圧雰囲気下で行われることを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】前記絶縁膜は、ＳｉＯ₂ よりも誘電率の低
   い低誘電率絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記
   載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記エネルギー線は電子線であることを特
   徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】基板上に絶縁膜原料を含む液体を塗布し、
   液状膜を形成するための第１の手段と、 減圧雰囲気下で、前記液状膜を乾燥させ、前記絶縁膜原
   料からなる絶縁膜を形成するための第２の手段と、 減圧雰囲気下で、前記絶縁膜にエネルギー線を照射する
   ための第３の手段と、前記第２の手段から第３の手段へ
   の前記基板の搬送を減圧雰囲気下で行う第４の手段とを
   具備してなることを特徴とする半導体製造装置。
5. 【請求項５】前記第３の手段は、前記基板を加熱する手
   段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の半導
   体製造装置。
6. 【請求項６】前記第３の手段は、電子線照射装置である
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
7. 【請求項７】前記第２の手段は、前記第２の手段側に第
   １の開閉可能なシャッタを有し、かつ前記第３の手段側
   に第２の開閉可能なシャッタを有することを特徴とする
   請求項４に記載の半導体製造装置。