JP2011238841A - 金属膜形成システム - Google Patents

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Abstract

【課題】金属混合液を用いて基板上に金属膜を適切且つ効率よく形成する。
【解決手段】金属膜形成システム１は、ウェハＷを搬入出する搬入出ステーション２と、金属膜を形成する処理ステーション３と、搬入出ステーション２と処理ステーション３とを接続するロードロックユニット１０とを有している。処理ステーション３は、ウェハＷ上に金属混合液を塗布する塗布ユニット３０と、金属混合液が塗布されたウェハＷを熱処理する前熱処理ユニット３１と、前熱処理ユニット３１で熱処理されたウェハＷをさらに熱処理する後熱処理ユニット３２と、ウェハＷを搬送する搬送ユニット３３とを有する。塗布ユニット３０、前熱処理ユニット３１、後熱処理ユニット３２、搬送ユニット３３、ロードロックユニット１０は、それぞれ内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に金属膜を形成する金属膜形成システムに関する。
例えば半導体デバイスなどの電子デバイスに使用されている配線や電極の材料として、例えばアルミニウムが使用されている。従来、アルミニウムの配線や電極を形成するには、例えば基板上に所定のパターンを形成して配線又は電極となるべき部位にトレンチを形成し、当該トレンチ内を含む基板上にアルミニウム膜を形成した後、余剰の部分を化学機械研磨等により除去する方法が一般的に採用されていた。また、このアルミニウム膜を形成する方法として、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ、化学気相成長法）などの真空プロセスでアルミニウム膜を形成する方法が用いられていた。
ところで、近年、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、配線や電極の構造の微細化、複雑化が進んでおり、これらの形状に関する精度の向上が要求されている。かかる場合、基板上のトレンチの開口幅が小さくなり、またトレンチのアスペクト比（トレンチの深さをトレンチの表面開口部の最小距離で除した値）が大きくなる。このため、基板上にアルミニウム膜を形成する際に、従来のスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などを採用すると、トレンチの開口に近い領域に堆積したアルミニウムがトレンチの開口を閉塞し、その結果としてトレンチの内部にアルミニウムが充填されない欠陥部分が生じるおそれがある。
そこで、アルミニウム膜を形成する方法として、例えばアミン化合物と水酸化アルミニウムの錯体を溶媒に溶解した金属混合液を基板上に塗布した後、所定の温度で基板を熱処理して、基板上にアルミニウム膜を形成する方法が提案されている。（特許文献１）。かかる場合、金属混合液が流動性を有するため、基板上のトレンチが微小の場合でも、当該トレンチ内に金属混合液が流入し、アルミニウム膜の欠陥の発生を抑制できる。
特開２００９−２２７８６４号公報
特許文献１の方法を用いて基板上にアルミニウム膜を形成する場合、処理雰囲気中に微量の酸素や水分が存在すると、金属混合液はこれら酸素や水分と反応して劣化するおそれがある。このため、低酸素濃度且つ低水分濃度の処理雰囲気、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で、金属混合液の塗布処理や基板の熱処理を行う必要がある。
このように金属混合液を用いた方法では、各処理の処理雰囲気を厳格に制御する必要がある。しかしながら、現状は、かかる金属混合液を用いた方法が試験的に行われている段階であり、処理雰囲気を適切に制御しつつアルミニウム膜の形成を効率よく行うことまでは考慮されていない。例えば各処理を行う際に、都度処理雰囲気を制御しており、アルミニウム膜を形成するのに多大な時間を要している。したがって、複数の基板に対してアルミニウム膜を連続的に形成することは現実的に困難であり、半導体デバイスの量産化に対応できていない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、金属混合液を用いて基板上に金属膜を適切且つ効率よく形成することを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、基板上に金属膜を形成する金属膜形成システムであって、金属錯体と溶媒とを混合した金属混合液を基板上に塗布して、当該基板上に金属膜を形成する処理ステーションと、前記処理ステーションに対して基板を搬入出する搬入出ステーションと、前記搬入出ステーションと前記処理ステーションとに接続され、内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能で、且つ基板を一時的に収容するロードロックユニットと、を有し、前記処理ステーションは、基板上に前記金属混合液を塗布する塗布ユニットと、前記塗布ユニットと前記ロードロックユニットとに接続され、基板を搬送する基板搬送機構を備えた搬送ユニットと、を備え、前記塗布ユニットと前記搬送ユニットは、それぞれ内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されていることを特徴としている。
本発明の金属膜形成システムには、搬入出ステーションと処理ステーションとの間にロードロックユニットが設けられているので、搬入出ステーションの内部の雰囲気と処理ステーションの内部の雰囲気とを隔離することができる。また、処理ステーションは、各ユニットの内部の処理雰囲気を不活性ガスの大気圧雰囲気にすることができる。したがって、各処理の雰囲気を厳格に制御することができ、基板上に金属膜を適切に形成することができる。また、このように金属膜形成システムは、ロードロックユニットを介して、搬入出ステーションと処理ステーションが一体に接続された構成を有している。このため、当該金属膜形成システムにおいて、基板上に金属膜を連続的に形成することができ、しかも複数の基板を連続して処理することができる。さらに、処理ステーションは、各ユニットの内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されているので、例えばメンテナンス時に処理ステーションの内部を大気に開放した場合でも、メンテナンス終了後、処理ステーション内の雰囲気を一旦真空引きして減圧することで、迅速に不活性ガスの大気圧雰囲気にすることができる。したがって、メンテナンス後、直ぐに金属膜形成システムを立ち上げて基板を処理することができる。以上のように、本発明によれば、金属混合液を用いて基板上に金属膜を適切且つ効率よく形成することができる。
前記処理ステーションは、前記搬送ユニットに接続され、前記金属混合液が塗布された基板を第１の温度まで熱処理する前熱処理ユニットと、前記搬送ユニットに接続され、前記第１の温度まで熱処理された基板をさらに第１の温度よりも高い第２の温度まで熱処理する後熱処理ユニットと、を有し、前記前熱処理ユニットと前記後熱処理ユニットは、それぞれ内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されていてもよい。
前記ロードロックユニットは、基板を所定の温度に調節する温度調節機構を有していてもよい。
前記ロードロックユニットには、上下２段にロードロック室が配置され、前記各ロードロック室は、内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能で、且つ基板を一時的に収容するように構成されていてもよい。
また、前記ロードロックユニットには、２室のロードロック室が水平方向に配置され、前記各ロードロック室は、内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能で、且つ基板を一時的に収容するように構成されていてもよい。
前記金属錯体はアルミニウム原子を有してもよい。
前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、前記金属膜形成システムは、前記金属錯体ノズルから吐出された金属錯体と前記溶媒ノズルから吐出された溶媒が基板に到達する前に混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有していてもよい。
また、前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、前記金属膜形成システムは、前記金属錯体ノズルから吐出された金属錯体と前記溶媒ノズルから吐出された溶媒が基板上で混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有していてもよい。
また、前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、前記金属膜形成システムは、前記溶媒ノズルから溶媒を吐出して基板上に拡散させた後、前記金属錯体ノズルから金属を吐出して基板上で金属錯体と溶媒が混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有していてもよい。
前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、前記金属膜形成システムは、前記溶媒ノズルから溶媒を吐出して基板上に拡散させた後、前記金属錯体ノズルから金属を吐出すると共に前記溶媒ノズルから溶媒を吐出し、基板上で金属錯体と溶媒が混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有していてもよい。
また、前記塗布ユニットは、前記金属混合液を吐出する金属混合液ノズルを有し、前記金属混合液ノズルには前記金属錯体と前記溶媒が供給され、当該金属混合液ノズルの内部では前記金属錯体と前記溶媒を混合して金属混合液が生成されるようにしてもよい。
また、前記塗布ユニットは、前記金属混合液を吐出する金属混合液ノズルと、内部で前記金属錯体と前記溶媒を混合して金属混合液を生成し、当該金属混合液を前記金属混合液ノズルに供給する金属混合液供給源と、を有していてもよい。
本発明によれば、金属混合液を用いて基板上に金属膜を適切且つ効率よく形成することができる。
本実施の形態にかかる金属膜形成システムの構成の概略を示す平面図である。 ロードロックユニットの構成の概略を示す縦断面図である。 金属混合液塗布ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。 金属錯体ノズルと溶媒ノズルの配置を示した説明図である。 前熱処理ユニットの構成の概略を示す縦断面図である。 金属膜形成処理の主な工程を示すフローチャートである。 金属膜形成処理の各工程におけるウェハの状態を示した説明図であり、（ａ）はウェハ上に金属混合液が塗布された様子を示し、（ｂ）はウェハ上に金属膜が形成された様子を示す。 他の実施の形態において、ウェハ上に金属混合液を塗布する様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、ウェハ上に金属混合液を塗布する様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、ウェハ上に金属混合液を塗布する様子を示し、（ａ）はウェハ上に溶媒が塗布された様子を示し、（ｂ）はウェハ上に金属混合液が生成された様子を示し、（ｃ）はウェハ上に金属混合液が塗布された様子を示す。 他の実施の形態において、ウェハ上に金属混合液を塗布する様子を示し、（ａ）はウェハ上に溶媒が塗布された様子を示し、（ｂ）はウェハ上に金属混合液が生成された様子を示し、（ｃ）はウェハ上に金属混合液が塗布された様子を示す。 他の実施の形態にかかる金属混合液ノズルの構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる金属混合液ノズルと金属混合液供給源の構成の概略を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる金属膜形成システムの構成の概略を示す平面図である。
以下、本発明の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金属膜形成システム１の構成の概略を示す平面図である。なお、基板としてのウェハＷ上には、所定のパターン（図示せず）が予め形成されている。さらに、所定のパターン上には、例えばウェハＷと金属膜との定着性を向上させるため、例えば有機金属化合物を有する下地膜（図示せず）が予め形成されている。また、本実施の形態の金属膜形成システム１では、金属膜として、アルミニウム膜をウェハＷ上に形成する。
金属膜形成システム１は、図１に示すように例えば複数のウェハＷをカセット単位で外部と金属膜形成システム１との間で搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりする搬入出ステーション２と、ウェハＷ上に金属膜を形成するため、ウェハＷに対して所定の処理を施す複数の処理ユニットを備えた処理ステーション３とを有している。搬入出ステーション２と処理ステーション３との間には、ロードロックユニット１０が配置されている。ロードロックユニット１０は、ゲートバルブ１１を介して搬入出ステーション２に接続されると共に、ゲートバルブ１２を介して処理ステーション３に接続されている。金属膜形成システム１は、これら搬入出ステーション２、ロードロックユニット１０、処理ステーション３をＹ方向（図１中の左右方向）にこの順で並べて配置して、一体に接続した構成を有している。
なお、処理ステーション３は、後述するように、内部を例えば窒素ガスなどの不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。
搬入出ステーション２には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。すなわち、搬入出ステーション２は、複数のウェハＷを保有可能に構成されている。
搬入出ステーション２には、Ｘ方向に延伸する搬送路２１上を移動可能なウェハ搬送体２２が設けられている。ウェハ搬送体２２は、水平方向に伸縮自在、且つ鉛直方向及び鉛直周り（θ方向）にも移動自在であり、カセットＣとロードロックユニット１０との間でウェハＷを搬送できる。
処理ステーション３は、ウェハＷ上に金属混合液を塗布する塗布ユニット３０と、金属混合液が塗布されたウェハＷを熱処理する前熱処理ユニット３１と、前熱処理ユニット３１で熱処理されたウェハＷをさらに熱処理する後熱処理ユニット３２と、塗布ユニット３０、前熱処理ユニット３１、後熱処理ユニット３２及びロードロックユニット１０に接続され、各ユニットにウェハＷを搬送する搬送ユニット３３とを有している。塗布ユニット３０は、搬送ユニット３３のＸ方向負方向側において、ゲートバルブ３４を介して搬送ユニット３３に接続されている。前熱処理ユニット３１は、搬送ユニット３３のＹ方向正方向側において、ゲートバルブ３５を介して搬送ユニット３３に接続されている。後熱処理ユニット３２は、搬送ユニット３３のＸ方向正方向側において、ゲートバルブ３６を介して搬送ユニット３３に接続されている。
搬送ユニット３３の内部には、ウェハＷを搬送する基板搬送機構としてのウェハ搬送機構３７が設けられている。ウェハ搬送機構３７は、ウェハＷを支持するための一対の搬送アーム３８、３８を有している。ウェハ搬送機構３７は、水平方向に伸縮自在、且つ鉛直方向及び鉛直周り（θ方向）に移動自在であり、塗布ユニット３０、前熱処理ユニット３１、後熱処理ユニット３２及びロードロックユニット１０にウェハＷを搬送できる。
また、搬送ユニット３３には、内部に例えば窒素ガスなどの不活性ガスを供給するガス供給管（図示せず）と、内部の雰囲気を真空引きする吸気管（図示せず）が接続されている。すなわち、搬送ユニット３３は、その内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。
次に、ロードロックユニット１０の構成について説明する。ロードロックユニット１０には、図２に示すように上下２段にロードロック室１００、１０１が配置されている。以下、上段のロードロック室を上段ロードロック室１００といい、下段のロードロック室を下段ロードロック室１０１という場合がある。
上段ロードロック室１００は、内部を密閉可能なケーシング１１０を有している。ケーシング１１０の側面にはウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には上述したゲートバルブ１１、１２が設けられている。ケーシング１１０の内部には、ウェハＷを支持する支持ピン１１１が設けられ、ウェハＷを一時的に収容できるように構成されている。
ケーシング１１０の側壁内部には、支持ピン１１１に支持されたウェハＷを温度調節する温度調節機構１１２が設けられている。温度調節機構１１２には、例えばペルチェ素子や水冷ジャケットなどの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。温度調節機構１１２の冷却温度は、例えば後述する制御部２５０により制御される。
ケーシング１１０の側面には、当該ケーシング１１０の内部に例えば窒素ガスなどの不活性ガスを供給するガス供給口１２０が形成されている。ガス供給口１２０には、ガス供給源１２１に連通するガス供給管１２２が接続されている。ガス供給管１２２には、不活性ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１２３が設けられている。また、ケーシング１１０の側面には、当該ケーシング１１０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧するための吸気口１２４が形成されている。吸気口１２４は、例えば真空ポンプ１２５に連通する吸気管１２６が接続されている。したがって、上段ロードロック室１００は、その内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。
なお、下段ロードロック室１０１の構成は、上述した上段ロードロック室１００の構成と同様であるので説明を省略する。下段ロードロック室１０１のケーシング１１０の側面に形成されたウェハＷの搬入出口（図示せず）にも、上述したゲートバルブ１１、１２が別途設けられている。
次に、処理ステーション３の塗布ユニット３０の構成について説明する。塗布ユニット３０は、図３に示すように内部を密閉可能なケーシング１３０を有している。ケーシング１３０の側面にはウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には上述したゲートバルブ３４が設けられている。
ケーシング１３０の天井面には、当該ケーシング１３０の内部に例えば窒素ガスなどの不活性ガスを供給するガス供給口１３１が形成されている。ガス供給口１３１には、ガス供給源１３２に連通するガス供給管１３３が接続されている。ガス供給管１３３には、不活性ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１３４が設けられている。
ケーシング１３０の内部には、ウェハＷを吸着保持するスピンチャック１４０が設けられている。スピンチャック１４０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック１４０上に吸着保持できる。
スピンチャック１４０には、シャフト１４１を介して、ケーシング１３０の外部に設けられた駆動機構１４２が取り付けられている。駆動機構１４２は例えばモータなどを備え、この駆動機構１４２によりスピンチャック１４０は所定の速度に回転できる。また、駆動機構１４２にはシリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック１４０は昇降自在になっている。なお、シャフト１４１がケーシング１３０を挿通する部分には、ケーシング１３０の内部を密閉するために例えばＯリングやグリスが設けられている。
スピンチャック１４０の下方側には断面形状が山形のガイドリング１５０が設けられており、このガイドリング１５０の外周縁は下方側に屈曲して延びている。前記スピンチャック１４０、スピンチャック１４０に保持されたウェハＷ及びガイドリング１５０を囲むようにカップ１５１が設けられている。カップ１５１は、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収することができる。
このカップ１５１は上面にスピンチャック１４０が昇降できるようにウェハＷよりも大きい開口部が形成されていると共に、側周面とガイドリング１５０の外周縁との間に排出路をなす隙間１５２が形成されている。前記カップ１５１の下方側は、ガイドリング１５０の外周縁部分と共に屈曲路を形成して気液分離部を構成している。カップ１５１の底部の内側領域には、カップ１５１内の雰囲気及びケーシング１３０内の雰囲気を所定の真空度まで減圧するための吸気口１５３が形成されている。吸気口１５３には、例えば真空ポンプ１５４に連通する吸気管１５５が接続されている。さらに前記カップ１５１の底部の外側領域には、回収した液体を排出する排液口１５６が形成されており、この排液口１５６には排液管１５７が接続されている。かかる構成により、塗布ユニット３０は、その内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。
ケーシング１３０の内部であってスピンチャック１４０の上方には、ウェハＷ上に金属錯体を吐出する金属錯体ノズル１６０と、その金属錯体を溶解させるための溶媒を吐出する溶媒ノズル１６１が配置されている。なお、金属錯体には、アルミニウム原子を有する錯体が用いられる。本実施の形態においては、例えばアミン化合物と水酸化アルミニウムの錯体が用いられる。また、金属錯体を溶解させる溶媒としては、金属錯体を溶解させるものであれば限定されないが、例えばエーテル類や炭化水素類が用いられる。
金属錯体ノズル１６０には、金属錯体供給源１６２に連通する供給管１６３が接続されている。金属錯体供給源１６２内には、上述した金属錯体が貯留されている。供給管１６３には、金属錯体の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１６４が設けられている。金属錯体ノズル１６０は、アーム１６５を介して移動機構（図示せず）に接続されている。金属錯体ノズル１６０は、移動機構により、ケーシング１３０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って、カップ１５１の一端側（図３の右側）の外側に設けられた待機領域１６６からカップ１５１の一端側に向かって移動できると共に、上下方向に移動できる。
溶媒ノズル１６１には、溶媒供給源１７０に連通する供給管１７１が接続されている。溶媒供給源１７０内には、上述した溶媒が貯留されている。供給管１７１には、溶媒の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１７２が設けられている。溶媒ノズル１６１は、アーム１７３を介して移動機構（図示せず）に接続されている。溶媒ノズル１６１は、移動機構により、ケーシング１３０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って、カップ１５１の一端側（図３の左側）の外側に設けられた待機領域１７４からカップ１５１の一端側に向かって移動できると共に、上下方向に移動できる。
金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１は、図４に示すように金属錯体ノズル１６０から吐出される金属錯体の吐出流の中心線（図中の点線）と、溶媒ノズル１６１から吐出される溶媒の吐出流の中心線（図中の点線）とがウェハＷ上で交わるように配置される。すなわち、金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１は、それらの軸方向が鉛直方向から所定の角度、傾斜して配置されている。このように金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１を配置することにより、後述するとおり金属錯体ノズル１６０から吐出された金属錯体と溶媒ノズル１６１から吐出された溶媒がウェハＷに到達する前に混合されて、金属混合液が生成される。
なお、以上の構成では、金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１が別々のアーム１６５、１７３に支持されていたが、同じアームに支持され、そのアームの移動の制御により、金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１の移動と供給タイミングを制御してもよい。
次に、処理ステーション３の前熱処理ユニット３１の構成について説明する。前熱処理ユニット３１は、図５に示すように内部を密閉可能なケーシング１９０を有している。ケーシング１９０の側面にはウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には上述したゲートバルブ３５が設けられている。
ケーシング１９０の天井面には、当該ケーシング１９０の内部に例えば窒素ガスなどの不活性ガスを供給するガス供給口１９１が形成されている。ガス供給口１９１には、ガス供給源１９２に連通するガス供給管１９３が接続されている。ガス供給管１９３には、不活性ガスの流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群１９４が設けられている。
ケーシング１９０の底面には、当該ケーシング１９０の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧するための吸気口１９５が形成されている。吸気口１９５には、例えば真空ポンプ１９６に連通する吸気管１９７が接続されている。かかる構成により、前熱処理ユニット３１は、その内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。
ケーシング１９０の内部には、ウェハＷを載置して熱処理する熱処理板２００が設けられている。熱処理板２００の外周部には、当該熱処理板２００を保持する保持部材２０１が設けられている。また、保持部材２０１の外周には、当該保持部材を支持する略円筒状のサポートリング２０２が設けられている。熱処理板２００の加熱温度は、例えば後述する制御部２５０により制御される。
サポートリング２０２の内部であって熱処理板２００の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン２０３が設けられている。昇降ピン２０３は、熱板２００に形成された貫通孔２００ａを挿通するように設けられている。昇降ピン２０３には、ケーシング１９０の外部に設けられた支持部材２０４を介して、駆動機構２０５が取り付けられている。駆動機構２０５は例えばモータなどを備え、この駆動機構２０５により、昇降ピン２０３は昇降自在になっている。なお、昇降ピン２０３がケーシング１９０を挿通する部分には、ケーシング１９０の内部を密閉するために例えばＯリングやグリスが設けられている。
なお、後熱処理ユニット３２の構成は、上述した前熱処理ユニット３１の構成と同様であるので説明を省略する。
以上の金属膜形成システム１には、図１に示すように制御部２５０が設けられている。制御部２５０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、金属膜形成システム１におけるウェハＷの金属膜形成処理を実行するプログラムが格納されている。なお、このプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２５０にインストールされたものであってもよい。
本実施にかかる金属膜形成システム１は以上のように構成されている。次に、その金属膜形成システム１で行われる金属膜を形成する処理について説明する。図６は、かかる金属膜形成処理の主な工程を示すフローチャートであり。図７は、各工程におけるウェハＷの状態を示している。
なお、金属膜形成処理中、処理ステーション３の塗布ユニット３０、前熱処理ユニット３１、後熱処理ユニット３２及び搬送ユニット３３の内部は、それぞれ不活性ガスが充満されて大気圧に維持されている。
先ず、ウェハ搬送体２２によって、搬入出ステーション２のカセット載置台２０上のカセットＣからウェハＷが取り出され、ロードロックユニット１０の上段ロードロック室１００に搬送される。その後、ゲートバルブ１１、１２を閉じた状態で真空ポンプ１２５を作動させ、上段ロードロック室１００の内部の雰囲気を所定の真空度、例えば１３．３Ｐａに減圧する。その後、不活性ガス供給源１２１から上段ロードロック室１００の内部に不活性ガスを供給し、内部を不活性ガスで充満させて大気圧に均圧する（図６の工程Ｓ１）。なお、上段ロードロック室１００の内部の雰囲気を減圧するのは、当該上段ロードロック室１００の内部の雰囲気を迅速に不活性ガス雰囲気にするためである。このため、雰囲気の減圧は厳格に真空雰囲気にすることまでは要求されず、上述の通り例えば１３．３Ｐａの真空度まで減圧すればよい。したがって、極めて短時間、例えば１０秒間で上段ロードロック室１００の内部の雰囲気を所定の真空度まで減圧することができる。
その後、ゲートバルブ１２、３４を順に開き、搬送ユニット３３のウェハ搬送機構３７によって、ウェハＷが塗布ユニット３０に搬送される。塗布ユニット３０内に搬送されたウェハＷは、スピンチャック１４０に吸着保持される。このとき、ゲートバルブ３４が閉じられる。次に、スピンチャック１４０によってウェハＷを所定の位置まで下降させ、当該ウェハＷを所定の回転数で回転させる。そして、図７（ａ）に示すように回転中のウェハＷに対して、金属錯体ノズル１６０から金属錯体３００が吐出されると共に、溶媒ノズル１６１から溶媒３０１が吐出される。これら金属錯体３００と溶媒３０１は、ウェハＷに到達する前に混合され、金属混合液３０２が生成される。ここで、金属混合液３０２は、金属であるアルミニウムが析出し易いため、一旦混合された後少なくとも９０秒以内にウェハＷ上に塗布する必要がある。本実施の形態では、ウェハＷに供給される直前に金属混合液３０２が生成されるので、適切な金属混合液３０２をウェハＷ上に供給することができる。そして、供給された金属混合液３０２は遠心力によってウェハＷ上を拡散し、ウェハＷの表面全面に金属混合液３０２が塗布される（図６の工程Ｓ２）。このとき、金属混合液３０２は流動性を有するため、ウェハＷ上に所定のパターンが形成されていても、金属混合液３０２は当該パターンのトレンチ内に適切に流入する。なお、この金属混合液の塗布処理中、塗布ユニット３０の内部には、ガス供給源１３２から不活性ガスが供給されると共に、真空ポンプ１５４によって内部の雰囲気が吸気される。そして、塗布ユニット３０の内部は、大気圧の不活性ガス雰囲気に維持されている。
その後、ゲートバルブ３４、３５を順に開き、搬送ユニット３３のウェハ搬送機構３７によって、ウェハＷが前熱処理ユニット３１に搬送される。前熱処理ユニット３１内に搬送されたウェハＷは、昇降ピン２０３に受け渡される。このとき、ゲートバルブ３５が閉じられる。次に、昇降ピン２０３を下降させ、ウェハＷを熱処理板２００上に載置する。そして、熱処理板２００上のウェハＷは例えば、第１の温度である、１５０℃で５分間加熱される（図６の工程Ｓ３）。そうすると、金属混合液３０２中の有機成分が揮発し、ウェハＷ上にコロイド状のアルミニウムが析出する。なお、この熱処理中、前熱処理ユニット３１の内部には、ガス供給源１９２から不活性ガスが供給されると共に、真空ポンプ１９６によって内部の雰囲気が吸気される。そして、前熱処理ユニット３１の内部は、大気圧の不活性ガス雰囲気に維持されている。
その後、ゲートバルブ３５、３６を順に開き、搬送ユニット３３のウェハ搬送機構３７によって、ウェハＷが後熱処理ユニット３２に搬送される。後熱処理ユニット３２内に搬送されたウェハＷは、昇降ピン２０３に受け渡される。このとき、ゲートバルブ３６が閉じられる。次に、昇降ピン２０３を下降させ、ウェハＷを熱処理板２００上に載置する。そして、熱処理板２００上のウェハＷは、第１の温度よりも高い第２の温度である、例えば４００℃で５分間加熱される（図６の工程Ｓ４）。そうすると、図７（ｂ）に示すようにコロイド状のアルミニウムが金属化し、ウェハＷ上にアルミニウム膜の金属膜３１０が所定のパターンに沿って形成される。なお、この熱処理中、後熱処理ユニット３２の内部には、ガス供給源１９２から不活性ガスが供給されると共に、真空ポンプ１９６によって内部の雰囲気が吸気される。そして、後熱処理ユニット３２の内部は、大気圧の不活性ガス雰囲気に維持されている。
その後、ゲートバルブ３６、１２を順に開き、搬送ユニット３３のウェハ搬送機構３７によって、ウェハＷがロードロックユニット１０の下段ロードロック室１０２に搬送される。下段ロードロック室１０２では、温度調節機構１１２によって、ウェハＷを例えば常温まで冷却する。その後、ウェハ搬送体２２によって、搬入出ステーション２のカセット載置台２０上のカセットＣにウェハＷが搬送される（図７の工程Ｓ５）。こうして、金属膜形成システム１における一連の金属膜形成処理が終了する。
以上の実施の形態の金属膜形成システム１には、搬入出ステーション２と処理ステーション３との間にロードロックユニット１０が設けられているので、搬入出ステーション２の内部の雰囲気と処理ステーション３の内部の雰囲気とを隔離することができる。また、処理ステーション３は、各ユニットの内部の処理雰囲気を不活性ガスの大気圧雰囲気にすることができる。したがって、各処理の雰囲気を厳格に制御することができ、ウェハＷ上に金属膜３１０を適切に形成することができる。
また、金属膜形成システム１は、ロードロックユニット１０を介して、搬入出ステーション２と処理ステーション３が一体に接続された構成を有している。このため、当該金属膜形成システム１において、ウェハＷ上に金属膜３１０を連続的に形成することができ、しかも複数のウェハＷを連続して処理することができる。したがって、ウェハＷ上に金属膜３１０を効率よく形成することができる。
また、処理ステーション３において、塗布ユニット３０、前熱処理ユニット３１及び後熱処理ユニット３２は、搬送ユニット３３を挟んで近接して設けられているので、ウェハＷ上に金属膜３１０を効率よく形成することができる。
また、処理ステーション３において、ウェハＷ上に金属混合液３０２を塗布した後、前熱処理ユニット３１と後熱処理ユニット３２において２段階でウェハＷを熱処理している。かかる場合、１つの熱処理ユニットでウェハＷを所定の温度まで熱処理する場合に比べて、各熱処理ユニット３１、３２でのウェハＷの熱処理の時間を短縮できる。したがって、複数のウェハＷを連続して効率よく熱処理することができる。
さらに、処理ステーション３は、内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されているので、例えばメンテナンス時に処理ステーション３の内部を大気に開放した場合でも、メンテナンス終了後、処理ステーション３内の雰囲気を一旦真空引きして減圧することで、迅速に不活性ガスの大気圧雰囲気にすることができる。したがって、メンテナンス後、直ぐに金属膜形成システム１を立ち上げてウェハＷを処理することができる。
また、ロードロックユニット１０は、ウェハＷを所定の温度に調節する温度調節機構１１２を有しているので、当該ロードロックユニット１０においてウェハＷを一時的に収容している間に、当該ウェハＷを温度調節することができる。これにより、ウェハＷをより効率よく処理することができる。
また、ロードロックユニット１０には、上下２段にロードロック室１００、１０１が配置されているので、２枚のウェハＷを同時に収容して処理することができる。したがって、ウェハＷをより効率よく処理することができる。
また、塗布ユニット３０において、金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１は、金属錯体ノズル１６０から吐出された金属錯体３００と溶媒ノズル１６１から吐出された溶媒３０１がウェハＷに到達する前に混合されるように配置されている。したがって、ウェハＷに供給される直前に金属混合液３０２が生成されるので、当該金属混合液３０２の金属（アルミニウム）が析出せず、適切な金属混合液３０２をウェハＷ上に供給することができる。
以上の実施の形態の塗布ユニット３０では、金属錯体ノズル１６０から吐出された金属錯体３００と溶媒ノズル１６１から吐出された溶媒３０１がウェハＷに到達する前に混合されて金属混合液３０２を生成し、当該金属混合液３０２をウェハＷ上に塗布していたが、金属混合液３０２の塗布方法は本実施の形態に限定されず、種々の方法を取り得る。
例えば図８に示すように金属錯体ノズル１６０から吐出された金属錯体３００と溶媒ノズル１６１から吐出された溶媒３０１がウェハＷ上で混合されるように、金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１を配置してもよい。かかる場合、ウェハＷの中心部で金属混合液３０２が生成される。そして、生成された金属混合液３０２は遠心力によってウェハＷ上を拡散し、ウェハＷの表面全面に金属混合液３０２が塗布される。なお、図示の例では、金属錯体ノズル１６０と溶媒ノズル１６１は、それらの軸方向が鉛直方向から所定の角度、傾斜して配置されていたが、図９に示すようにそれらの軸方向が鉛直方向になるように配置されていてもよい。
また、例えば図１０に示すように、いわゆる溶媒３０１によるプリウェットを行った後、金属錯体３００をウェハＷ上に吐出してもよい。かかる場合、先ず、図１０（ａ）に示すように溶媒ノズル１６１からウェハＷの中心部に溶媒３０１が吐出される。吐出された溶媒３０１は遠心力によってウェハＷ上を拡散し、ウェハＷの表面全面に溶媒３０１が塗布される。次に、図１０（ｂ）に示すように金属錯体ノズル１６０からウェハＷの中心部に金属錯体３００を吐出する。そうすると、ウェハＷの中心部において、金属錯体３００と溶媒３０１が混合し、金属混合液３０２が生成される。その後、図１０（ｃ）に示すように生成された金属混合液３０２は遠心力によってウェハＷ上を拡散し、ウェハＷの表面全面に金属混合液３０２が塗布される。
また、例えば図１１に示すように、いわゆる溶媒３０１によるプリウェットを行った後、金属錯体３００と溶媒３０１をウェハＷ上に吐出してもよい。かかる場合、先ず、図１１（ａ）に示すように溶媒ノズル１６１からウェハＷの中心部に溶媒３０１が吐出される。吐出された溶媒３０１は遠心力によってウェハＷ上を拡散し、ウェハＷの表面全面に溶媒３０１が塗布される。次に、図１１（ｂ）に示すように金属錯体ノズル１６０からウェハＷの中心部に金属錯体３００を吐出すると共に、溶媒ノズル１６０からウェハＷの中心部に溶媒３０１を吐出する。そうすると、ウェハＷの中心部において、金属錯体３００と溶媒３０１が混合し、金属混合液３０２が生成される。その後、図１１（ｃ）に示すように生成された金属混合液３０２は遠心力によってウェハＷ上を拡散し、ウェハＷの表面全面に金属混合液３０２が塗布される。なお、本実施の形態においても、上述したように金属錯体ノズル１６０から吐出された金属錯体３００と溶媒ノズル１６１から吐出された溶媒３０１がウェハＷに到達する前に混合されて金属混合液３０２を生成してもよい。
また、例えば図１２に示すように金属混合液ノズル３５０内で金属混合液３０２を生成してもよい。かかる場合、金属混合液ノズル３５０には、上述した金属錯体供給源１６２に連通する供給管１６３と、溶媒供給源１７０に連通する供給管１７１とが接続されている。そして、金属錯体供給源１６２からの金属錯体３００と溶媒供給源１７０からの溶媒３０１が金属混合液ノズル３５０内に供給される。金属混合液ノズル３５０内では、攪拌機構（図示せず）によって金属錯体３００と溶媒３０１が混合され、金属混合液３０２が生成される。このように生成された金属混合液３０２は、金属混合液ノズル３５０からウェハＷ上に吐出される。
また、例えば図１３に示すように金属混合液供給源３６０において金属混合液３０２を生成してもよい。かかる場合、金属混合液供給源３６０には、上述した金属錯体供給源１６２に連通する供給管１６３と、溶媒供給源１７０に連通する供給管１７１とが接続されている。そして、金属錯体供給源１６２からの金属錯体３００と溶媒供給源１７０からの溶媒３０１が、金属混合液供給源３６０内に供給される。金属混合液供給源３６０内では、攪拌機構（図示せず）によって金属錯体３００と溶媒３０１が混合され、金属混合液３０２が生成される。このように生成された金属混合液３０２は、供給管３６１を介して金属混合液ノズル３６２に供給され、当該金属混合液ノズル３６２からウェハＷ上に吐出される。
以上の実施の形態では、金属錯体３００はアルミニウム原子を有していたが、他の金属原子、例えば銅原子や金原子、銀原子などを有していてもよい。
また、以上の実施の形態のロードロックユニット１０には、上下２段のロードロック室１００、１０１が設けられていたが、ロードロック室の数はこれに限定されない。例えば上下３段以上のロードロック室を設けてもよい。
さらに、以上の実施の形態のロードロックユニット１０には、上下２段のロードロック室１００、１０１が設けられていたが、これら２室のロードロック室は水平方向に配置されていてもよい。かかる場合、図１４に示すようにロードロックユニット１０には、２室のロードロック室３７０、３７１が水平方向（図１４のＸ方向）に並べて配置されている。そして、Ｘ方向正方向側に配置されたロードロック室３７０は、上述の上段ロードロック室１００に相当し、当該上段ロードロック室１００と同様の構成を有している。また、Ｘ方向負方向側に配置されたロードロック室３７１は、上述の下段ロードロック室１０１に相当し、当該下段ロードロック室１０１と同様の構成を有している。なお、これらロードロック室３７０、３７１は、その両端部に上述のゲートバルブ１１、１２がそれぞれ設けられ、搬入出ステーション２と処理ステーション３に接続されている。そして、搬入出ステーション２から処理ステーション３へウェハＷを搬送する際に行われる上述の工程Ｓ１は、ロードロック室３７０において行われる。また、処理ステーション３から搬入出ステーション２へウェハＷを搬送する際に行われる上述の工程Ｓ５は、ロードロック室３７１において行われる。
なお、主処理ステーション３には、予備の熱処理ユニット３８０が設けられていてもよい。熱処理ユニット３８０は、ゲートバルブ３８１を介して搬送ユニット３３に接続されている。熱処理ユニット３８０は、その内部に熱処理板（図示せず）や温度調節機構（図示せず）が設けられ、且つその内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。そして、熱処理ユニット３８０は、ウェハＷを所定の温度に熱処理することができ、例えば前熱処理ユニット３１や後熱処理ユニット３２のメンテナンス時などに使用される。
なお、金属膜形成システム１のその他の構成は、前記実施の形態における金属膜形成システム１の構成と同様であるので説明を省略する。本実施の形態においても、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。また、ロードロックユニット１０にはロードロック室３７０、３７１が水平方向に配置されているので、搬送ユニット３３のウェハ搬送機構３７の鉛直方向への移動を省略することが可能となる。したがって、搬送ユニット３３の装置構成を簡略化することができる。
また、以上の実施の形態の塗布ユニット３０は、ウェハＷの裏面を洗浄するバックリンスノズルを備えていてもよく、またカップ１５１を洗浄するカップリンスノズルを備えていてもよい。
また、以上の実施の形態では、基板としてウェハＷを用いた場合について説明したが、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。さらに、本発明は、例えば有機太陽電池の製造プロセスや低酸素雰囲気下での成膜プロセスにも適用することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。
１ 金属膜形成システム
２ 搬入出ステーション
３ 処理ステーション
１０ ロードロックユニット
３０ 塗布ユニット
３１ 前熱処理ユニット
３２ 後熱処理ユニット
３３ 搬送ユニット
３７ ウェハ搬送機構
１００ 上段ロードロック室
１０１ 下段ロードロック室
１１２ 温度調節機構
１２１ ガス供給源
１２５ 真空ポンプ
１３２ ガス供給源
１５４ 真空ポンプ
１６０ 金属錯体ノズル
１６１ 溶媒ノズル
１９２ ガス供給源
１９６ 真空ポンプ
２００ 熱処理板
２５０ 制御部
３００ 金属錯体
３０１ 溶媒
３０２ 金属混合液
３１０ 金属膜
３５０ 金属混合液ノズル
３６０ 金属混合液供給源
３６２ 金属混合液ノズル
３７０、３７１ ロードロック室
Ｗ ウェハ

Claims (12)

  1. 基板上に金属膜を形成する金属膜形成システムであって、
    金属錯体と溶媒とを混合した金属混合液を基板上に塗布して、当該基板上に金属膜を形成する処理ステーションと、
    前記処理ステーションに対して基板を搬入出する搬入出ステーションと、
    前記搬入出ステーションと前記処理ステーションとに接続され、内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能で、且つ基板を一時的に収容するロードロックユニットと、を有し、
    前記処理ステーションは、
    基板上に前記金属混合液を塗布する塗布ユニットと、
    前記塗布ユニットと前記ロードロックユニットとに接続され、基板を搬送する基板搬送機構を備えた搬送ユニットと、を備え、
    前記塗布ユニットと前記搬送ユニットは、それぞれ内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されていることを特徴とする、金属膜形成システム。
  2. 前記処理ステーションは、
    前記搬送ユニットに接続され、前記金属混合液が塗布された基板を第１の温度まで熱処理する前熱処理ユニットと、
    前記搬送ユニットに接続され、前記第１の温度まで熱処理された基板をさらに第１の温度よりも高い第２の温度まで熱処理する後熱処理ユニットと、を有し、
    前記前熱処理ユニットと前記後熱処理ユニットは、それぞれ内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の金属膜形成システム。
  3. 前記ロードロックユニットは、基板を所定の温度に調節する温度調節機構を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属膜形成システム。
  4. 前記ロードロックユニットには、上下２段にロードロック室が配置され、
    前記各ロードロック室は、内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能で、且つ基板を一時的に収容するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  5. 前記ロードロックユニットには、２室のロードロック室が水平方向に配置され、
    前記各ロードロック室は、内部を不活性ガスの大気圧雰囲気又は減圧雰囲気に切り替え可能で、且つ基板を一時的に収容するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  6. 前記金属錯体はアルミニウム原子を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  7. 前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、
    前記金属膜形成システムは、前記金属錯体ノズルから吐出された金属錯体と前記溶媒ノズルから吐出された溶媒が基板に到達する前に混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  8. 前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、
    前記金属膜形成システムは、前記金属錯体ノズルから吐出された金属錯体と前記溶媒ノズルから吐出された溶媒が基板上で混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  9. 前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、
    前記金属膜形成システムは、前記溶媒ノズルから溶媒を吐出して基板上に拡散させた後、前記金属錯体ノズルから金属を吐出して基板上で金属錯体と溶媒が混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  10. 前記塗布ユニットは、前記金属錯体を吐出する金属錯体ノズルと、前記溶媒を吐出する溶媒ノズルと、を有し、
    前記金属膜形成システムは、前記溶媒ノズルから溶媒を吐出して基板上に拡散させた後、前記金属錯体ノズルから金属を吐出すると共に前記溶媒ノズルから溶媒を吐出し、基板上で金属錯体と溶媒が混合されるように、前記金属錯体ノズルと前記溶媒ノズルを制御する制御部を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  11. 前記塗布ユニットは、前記金属混合液を吐出する金属混合液ノズルを有し、
    前記金属混合液ノズルには前記金属錯体と前記溶媒が供給され、当該金属混合液ノズルの内部では前記金属錯体と前記溶媒を混合して金属混合液が生成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属膜形成システム。
  12. 前記塗布ユニットは、前記金属混合液を吐出する金属混合液ノズルと、内部で前記金属錯体と前記溶媒を混合して金属混合液を生成し、当該金属混合液を前記金属混合液ノズルに供給する金属混合液供給源と、を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属膜形成システム。
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