JP3657134B2 - 塗布膜形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程等において、基板上に塗布液を塗布して絶縁膜等を形成する塗布膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、例えば、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により、ウエハ上に塗布膜をスピンコートし、化学的処理または加熱処理等を施して層間絶縁膜を形成している。
【０００３】
上記ゾル−ゲル法により層間絶縁膜を形成する場合には、ＴＥＯＳのコロイドを有機溶媒に分散させた塗布液をウエハの表面に塗布し、その塗布膜をゲル化させた後、塗布膜中の溶媒を他の溶媒に置き換え、その後、乾燥させて層間絶縁膜を得ている。
【０００４】
また、上記シルク法、スピードフィルム法、およびフォックス法により層間絶縁膜を形成する場合には、冷却したウエハに塗布液を塗布し、加熱処理して冷却処理し、さらに、低酸素濃度雰囲気において加熱処理および冷却処理を施す硬化処理によって塗布膜を硬化（キュア）させ、層間絶縁膜を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記絶縁膜の形成方法は、層間絶縁膜の種類に応じて、適宜選択して採用されるものであり、多種類の層間絶縁膜をそれぞれ上記別々の方法に基づいて形成する際、一つの塗布膜形成システムにより行うことが求められている。また、各方法において塗布膜を高スループットで形成することが求められている。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、一つの装置で、種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができ、しかも、塗布膜形成のスループットが高い塗布膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、基板に塗布液を塗布して塗布膜を形成するための塗布膜形成装置であって、
基板に対して塗布膜を形成するための一連の処理を施す処理部と、
処理部内で基板を搬送する基板搬送機構と
を具備し、
前記処理部は、
基板に塗布液を塗布する塗布処理ユニットおよび基板に溶媒を塗布して塗布膜の溶媒を置換するソルベントイクスチェンジユニットを含む複数の液体処理系ユニットが多段配置されてなる第１の処理ユニット群と、
基板を冷却する冷却ユニット、基板を加熱する加熱処理ユニット、基板上の塗布膜をエージングしてゲル化処理するエージング処理ユニット、および低酸素濃度雰囲気において、基板に加熱および冷却処理を施して塗布膜を硬化させる硬化処理ユニットを含む熱処理系ユニットが多段配置されてなる第２の処理ユニット群とを有し、
前記搬送機構は、これら第１および第２の処理ユニット群に隣接して設けられ、各ユニットに対する基板の搬入出を行うことを特徴とする塗布膜形成装置が提供される。
【０００９】
本発明の塗布膜形成装置においては、種々の塗布方法に対応した複数の処理ユニットからなる第１および第２の処理ユニット群を備えているので、一つの装置で、種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができる。
【００１０】
具体的には、層間絶縁膜の形成にゾル−ゲル法を採用する場合には、冷却処理ユニット→塗布処理ユニット→エージングユニット→ソルベントイクスチェンジユニット→加熱処理ユニットの順序で基板をフローさせることにより、塗布膜を形成することができる。
【００１１】
また、シルク法およびスピードフィルム法を採用する場合には、冷却処理ユニット→塗布処理ユニット（アドヒージョンプロモータ塗布）→冷却処理ユニット→塗布処理ユニット（本薬液塗布）→加熱処理ユニット→冷却処理ユニット→硬化処理ユニットの順序で基板をフローさせることにより、塗布膜を形成することができる。
【００１２】
さらに、フォックス法を採用する場合には、冷却処理ユニット→塗布処理ユニット→加熱処理ユニット→冷却処理ユニット→硬化処理ユニットの順序で基板をフローさせることにより、塗布膜を形成することができる。
【００１３】
また、このように各処理ユニットを集約しているので、塗布膜形成のスループットが高い。特に、複数の液体処理系ユニットが多段配置されてなる第１の処理ユニット群と、複数の熱処理系ユニットが多段配置されてなる第２の処理ユニット群とを設け、これら処理ユニット群に隣接して基板の搬入出を行う搬送機構を設けた構成の場合には、装置自体をコンパクトにすることができ、搬送時間も短くなるので、塗布膜形成のスループットを著しく向上させることができる。
【００１４】
この場合に、前記処理部に連接して設けられ、処理前の基板および処理後の基板を待機させるとともに、前記処理部に対する基板の搬入出を行うキャリアステーションと、このキャリアステーションと前記処理部との間で基板の受け渡しを行う受け渡し部を有するように構成することができる。
【００１５】
また、前記処理部は、少なくとも２つの塗布処理ユニットを有することにより、スループットを一層向上させることができる。特に、上記シルク法およびスピードフィルム法の場合には、アドヒージョンプロモータを塗布した後に本薬液を塗布するが、この場合に少なくとも２つの塗布処理ユニットがあれば、高いスループットを維持することができる。
【００１６】
さらに、前記処理部が、少なくとも２つのエージング処理ユニットおよび少なくとも２つの硬化処理ユニットを有するように構成することにより、これらの処理におけるスループット低下を回避することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）について説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＳＯＤシステムの上段の平面図であり、図１（ｂ）は、そのＳＯＤシステムの下段の平面図であり、図２は、図１に示したＳＯＤシステムの側面図であり、図３は、図１に示したＳＯＤシステム内に装着された２個のユニット積層体の側面図である。
【００１９】
このＳＯＤシステムは、大略的に、処理部１と、サイドキャビネット２と、キャリアステーション（ＣＳＢ）３とを有している。
【００２０】
処理部１は、図１（ａ）および図２に示すように、その手前側の上段に設けられた、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１と、高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２とを有し、さらに、図１（ｂ）および図２に示すように、その手前側の下段に設けられた、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３と、薬品等を内蔵したケミカル室１４とを有している。
【００２１】
処理部１の中央部には、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、複数の処理ユニットを多段に積層してなる処理ユニット群１６，１７が設けられ、これらの間に、昇降してウエハＷを搬送するための搬送機構１８が設けられている。左側の処理ユニット群１６は、図３に示すように、その上側から順に、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９と、硬化（キュア）処理ユニットである２個のＤＣＣ処理ユニット（Dielectric Oxygen Density Controlled Cure and Cooling-off）２０と、２個のエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが積層されて構成されている。また、右側の処理ユニット群１７は、その上側から順に、２個の高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２と、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）２３と、２個のクーリングプレート（ＣＰＬ）２４と、受け渡し部（ＴＲＳ）２５と、クーリングプレート（ＣＰＬ）２６とが積層されて構成されている。なお、受け渡し部（ＴＲＳ）２５はクーリングプレートの機能を兼ね備えることも可能である。
【００２２】
また、サイドキャビネット２は、その上段に、薬液を供給するためのバブラー２７と、排気ガスの洗浄のためのトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有し、その下段に、電力供給源２９と、ＨＭＤＳやアンモニア等の薬液を貯留するための薬液室３０と、廃液を排出するためのドレイン３１とを有している。
【００２３】
次に、上記のように構成されたＳＯＤシステムにおいて、ゾル−ゲル方法により層間絶縁膜を形成する場合について詳細に説明する。
【００２４】
ゾルーゲル法では、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３→エージングユニット（ＤＡＣ）２１→ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２の順序により、塗布膜が形成される。したがって、ゾル−ゲル法にて層間絶縁膜を形成する場合には、処理部１において、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３、エージングユニット（ＤＡＣ）２１、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１が主要のユニットとなる。
【００２５】
低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３は、図４に示すように、上面が蓋４１によって開閉される固定カップ４２と、この固定カップ４２の底面から挿入され、駆動部４３によって昇降および回転できる回転軸４４と、この回転軸４４の上端に設けられたウエハ保持部であるバキュームチャック４５と、蓋４１に組み合わせて設けられて、ウエハＷの中心部に塗布液を供給するための塗布液ノズル４６とを具備している。固定カップ４２には、塗布液で用いられている溶媒、例えばエチレングリコールの蒸気を供給するための溶媒蒸気供給管４８が接続されているとともに、ドレイン管４９、排気管５０が接続されている。なお、このユニットにおいて用いられる塗布液および溶媒は、ケミカル室１４から供給される。このケミカル室１４は、アンモニアやＨＭＤＳのような処理に悪影響を及ぼす薬液以外の薬液が収容されている。なお、高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２も低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３とほぼ同様に構成されている。
【００２６】
エージングユニット（ＤＡＣ）２１は、図５に示すように、ヒータ５１ａを内蔵した例えばセラミックスからなる加熱プレート５１と、この加熱プレート５１の上方に処理室をなす空間Ｓを形成するように、この加熱プレート５１の周縁部にシール部材５２を介して密接するとともに、加熱プレート５１に対して接離する蓋５３と、加熱プレート５１に置かれたウエハを囲むように、この加熱プレート５１の表面に供給口が形成されたガス供給路５４と、蓋５３の中央部に吸い込み口が形成された排気路５５と、加熱プレート５１とのその上方位置との間でウエハＷを昇降する３本の昇降ピン５６とを具備している。
【００２７】
このエージングユニット（ＤＡＣ）２１では、後述するように、アンモニアがサイドキャビネット２内のバブラー２７およびマスフローコントローラ（図示せず）により蒸気化されて、上述したガス供給路５４を介して処理室Ｓ内に供給され、排気路５５からの排気は、サイドキャビネット２内のドレンタンク３１によりトラップされる。
【００２８】
ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１は、図６に示すように、ウエハＷを水平に保持して回転させるバキュームチャック６１と、このチャック６１上のウエハＷを囲むように設けられ、排液孔６３を有する回転カップ６２と、この回転カップ６２の外側に設けられ、排液路６５および排気路６６が接続された固定カップ６４と、ウエハＷに溶媒を供給するためのノズル６７とを具備している。また、図中、符号６８は、チャック６１の回転軸６１ａを回転および昇降させるための駆動部であり、符号６９は、回転カップ６２を回転させるための駆動部である。
【００２９】
上述した固定カップ６４の上面の開口部は、昇降可能な蓋７０により開閉されるようになっている。また、ノズル６７は、エタノール、ＨＭＤＳ、およびヘプタンをそれぞれ吐出する３個の交換ノズル６７ａ，６７ｂ，６７ｃを有しており、これら交換ノズル６７ａ，６７ｂ，６７ｃは、この順にそれぞれノズル受け部７１ａ，７１ｂ，７１ｃから把持して取り出され、ウエハＷの中心部の上方側に搬送されるようになっている。また、ノズル６７の交換ノズル６７ｂにＨＭＤＳが供給される際には、サイドキャビネット２のＨＭＤＳタンク３０ａからＨＭＤＳが直接供給されるようになっており、また、排気路６６からの液体が混合した排気は、キャビネット２内のミストトラップ２８により気液分離され、排液路６５からの排液は、ドレンタンク３１に排出されるようになっている。
【００３０】
サイドキャビネット２は、処理部１に隣接した位置に処理部１とは隔離されて設けられ、その上段に、薬液を供給するためのバブラー２７と、気液混合流を気液分離して排気ガスを排出するためのミストトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有し、その下段に、電力供給源２９と、ＨＭＤＳやアンモニア等の薬液を貯留するための薬液室３０と、排液を排出するためのドレイン３１とを有している。
【００３１】
サイドキャビネット２がこのように構成されているため、エージングユニット（ＤＡＣ）２１にアンモニアが供給される際には、アンモニアのタンク３０ｂからバブラー２７にアンモニアが充填されており、アンモニアがバブラー２７によりバブリングされ、蒸気化されてエージングユニット（ＤＡＣ）２１に供給される。また、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１にＨＭＤＳが供給される際には、ＨＭＤＳのタンク３０ａからＨＭＤＳが直接供給される。
【００３２】
また、エージングユニット（ＤＡＣ）２１からの排気は、サイドキャビネット２内のドレンタンク３１によりトラップされる。さらに、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１からの液体が混合した排気は、キャビネット２内のミストトラップ２８により気液分離され、排液はドレンタンク３１へ排出される。
【００３３】
このように、サイドキャビネット２から供給されるアンモニアおよびＨＭＤＳをそれぞれ必要とするエージングユニット（ＤＡＣ）２１およびソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１が、サイドキャビネット２に隣接して設けられているため、薬液供給系の短縮化を図ることができる。
【００３４】
また、塗布液をウエハＷに塗布した後には、即座に（例えば１０秒以内に）ゲル化処理を施すことが好ましいため、図１〜図３に示すように、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３とエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが比較的近接して配置されており、また、ゲル化処理の後には、溶媒の置換を即座に行うことが好ましいため、エージングユニット（ＤＡＣ）２１とソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１とが比較的近接して配置されている。
【００３５】
次に、上記ＳＯＤシステムを用いてゾル−ゲル法により層間絶縁膜を形成する場合のメカニズムについて、図７を参照しながら説明する。
図７（ａ）に示すように、塗布液をウエハに塗布したときには、ＴＥＯＳの粒子あるいはコロイド１００が溶媒１０１中に分散された状態になっており、次いで、この塗布液をアルカリ性雰囲気に晒すことにより、図７（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳを縮重合するとともに加水分解して塗布膜がゲル化され、ＴＥＯＳの網状構造１０２が形成される。次いで、図７（ｃ）に示すように、塗布液中の水分を除去するため、塗布膜中の溶媒を他の溶媒１０３に置き換え、その後、乾燥させて層間絶縁膜を得る。
【００３６】
次に、上記ＳＯＤシステムにおいて、ゾル−ゲル法により層間絶縁膜を形成する場合の処理動作について説明する。
まず、キャリアステーション（ＣＳＢ）３から受け渡し部（ＴＲＳ）２５に搬送されたウエハＷは、搬送機構１８によりクーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。これにより塗布前のウエハ温度を一致にすることができ、膜厚および膜質の均一化を図ることができる。
【００３７】
次いで、ウエハＷは、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３に搬送されて、図４に示すように、チャック４５に受け渡され、蓋４１により回転カップ４２が密閉される。ここで用いられる塗布液は、ＴＥＯＳのコロイドまたは粒子を有機溶媒に分散させて、水および微量の塩酸を含ませたものである。排気管５０から排気しながら、溶媒蒸気供給管４８から有機溶媒の蒸気が回転カップ４２内に供給され、回転カップ４２内が有機溶媒の蒸気で充満された後に、排気が停止されて、ノズル４６から塗布液がウエハＷの中心部に滴下される。次いで、ウエハＷがチャック４５により回転されて、塗布液がウエハＷ表面に伸展されて、塗布膜が形成される。このように、回転カップ４２内を有機溶剤の蒸気で充満させた状態で塗布処理を行うのは、塗布液中の溶媒の蒸発を抑制するためである。
【００３８】
このようにして塗布膜が形成されたウエハＷは、エージングユニット（ＤＡＣ）２１に搬送される。この場合に、塗布液をウエハＷに塗布した後には、即座にゲル化処理を施すことが好ましいため、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３とエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが近接して配置されている。
【００３９】
エージングユニット（ＤＡＣ）２１においては、図５に示すように、蓋５３が上昇されて、ウエハＷが昇降ピン５６に受け渡されて、加熱プレート５１に近接される。蓋５３が閉鎖された後、排気路５５から排気されながら、キャビネット２内のバブラー２７からガス供給路５４を介してアンモニアが処理室Ｓ内に供給される。この時、ウエハＷは例えば１００℃で加熱されている。これにより、ウエハＷの塗布膜に含まれるコロイドがゲル化されて、網目状に連鎖される。
【００４０】
次いで、ウエハＷは、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１に搬送される。なお、この際、ゲル化処理の後には、溶媒の置換を即座に行うことが好ましいため、エージングユニット（ＤＡＣ）２１とソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１とが近接して配置されている。
【００４１】
ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１においては、図６に示すように、ウエハＷがバキュームチャック６１に受け渡され、ノズル６７の交換ノズル６７ａから水分が可溶な薬品例えばエタノールがウエハＷの中心部に滴下され、ウエハＷと回転カップ６２が回転されて、エタノールがウエハＷ全面に拡散される。これにより、塗布膜中の水分にエタノールが溶け込み、結果として水分がエタノールで置換される。
【００４２】
続いて、蓋７０が開けられ、同様にしてＨＭＤＳがウエハＷの中心部に滴下され、塗布膜中の水酸塩が除去される。さらに、ヘプタンがウエハＷに滴下され、塗布膜中の溶媒がヘプタンによって置換される。ヘプタンを用いる理由は、表面張力が小さい溶媒を用いることによりポーラスな構造体すなわちＴＥＯＳの網状構造体に加わる力を小さくして崩れないようにするためである。
【００４３】
その後、ウエハＷは、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３、高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２により適宜加熱処理され、層間絶縁膜が完成する。このようにして層間絶縁膜が形成されたウエハＷは、受け渡し部（ＴＣＰ）２５を介してキャリアステーション（ＣＳＢ）３に戻される。
【００４４】
なお、上記エージングユニット（ＤＡＣ）２１ではアンモニアを使用し、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１ではＨＭＤＳおよびヘプタンを使用したが、これらに限定されない。
【００４５】
次に、上記ＳＯＤシステムにおいて、シルク方法およびスピードフィルム方法方法により層間絶縁膜を形成する場合について詳細に説明する。
【００４６】
シルク方法およびスピードフィルム方法では、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→第１の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３（アドヒージョンプロモータの塗布）→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→第２の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２（本薬液塗布）→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２→ＤＣＣ処理ユニット（ＤＣＣ）２０の順序により、塗布膜が形成される。
【００４７】
これらの中で、ＤＣＣ処理ユニット２０は、上記ゾル−ゲル法では用いる必要がなかったが、シルク方法およびスピードフィルム法では必要なユニットである。このＤＣＣ処理ユニット２０について、図８および図９を参照して説明する。
【００４８】
図８および図９に示すように、ＤＣＣ処理ユニット２０は、加熱処理室８１と、これに隣接して設けられた冷却処理室８２とを有しており、この加熱処理室８１には、設定温度が２００〜４７０℃とすることが可能なホットプレート８３を有している。また、このＤＣＣ処理ユニット２０は、さらに、メインの搬送機構１８（図１および図３）との間でウエハＷを受け渡しする際に開閉される第１のゲートシャッター８４と、加熱処理室８１と冷却処理室８２との間を開閉するための第２のゲートシャッター８５と、ホットプレート８３の周囲でウエハＷを包囲しながら第２のゲートシャッター８５と共に昇降されるリングシャッター８６とを有している。さらに、ホットプレート８３には、ウエハＷを載置して昇降するための３個のリフトピン８７が昇降自在に設けられている。なお、ホットプレート８３とリングシャッター８６との間に遮蔽板スクリーンを設けてもよい。
【００４９】
加熱処理室８１の下方には、上記３個のリフトピン８７を昇降するための昇降機構８８と、リングシャッター８６を第２のゲートシャッター８５と共に昇降するための昇降機構８９と、第１のゲートシャッター８４を昇降して開閉するための昇降機構９０とが設けられている。
【００５０】
また、加熱処理室８１内には、図示しない供給源から、Ｎ２等の不活性ガスが供給されるように構成され、さらに、その中が排気管９１を介して排気されるように構成されている。そして、このように不活性ガスを供給しながら排気することにより、加熱処理室８１内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持されるようになっている。
【００５１】
この加熱処理室８１と冷却処理室８２とは、連通口９２を介して連通されており、ウエハＷを載置して冷却するためのクーリングプレート９３がガイドプレート９４に沿って移動機構９５により水平方向に移動自在に構成されている。これにより、クーリングプレート９２は、連通口９２を介して加熱処理室８１内に進入することができ、加熱処理室８１内のホットプレート８３により加熱された後のウエハＷをリフトピン８７から受け取って冷却処理室８２内に搬入し、ウエハＷの冷却後、ウエハＷをリフトピン８７に戻すようになっている。
【００５２】
なお、クーリングプレート９３の設定温度は、例えば１５〜２５℃であり、冷却されるウエハＷの適用温度範囲は、例えば２００〜４７０℃である。
【００５３】
冷却処理室８２は、供給管９５を介してその中にＮ２等の不活性ガスが充填されるように構成され、さらに、冷却処理室８２内は、排気管９７を介して外部に排気されるように構成されている。これにより、加熱処理室８１と同様に、冷却処理室８２内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持されるようになっている。
【００５４】
次に、シルク方法およびスピードフィルム方法により層間絶縁膜を形成する処理動作について説明する。
キャリアステーション（ＣＳＢ）３から受け渡し部（ＴＲＳ）２５に搬送されたウエハＷは、搬送機構１８によりクーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。この場合にも、上述のゾル−ゲル法の場合と同様、塗布前に冷却することによりウエハＷの温度を一定にすることができ、膜厚および膜質の均一化を図ることができる。
【００５５】
次いで、ウエハＷは、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３に搬送されて、第１の塗布液としてアドヒージョンプロモータが上述したスピンコートにより塗布される。このアドヒージョンプロモータを本塗布液に先立って塗布することにより、膜の密着性を促進する。その後、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて温調される。
【００５６】
次いで、ウエハＷは、高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２に搬送されて、第２の塗布液として層間絶縁膜用の本塗布液が上述したスピンコートにより塗布される。その後、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３により適宜加熱処理され、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。
【００５７】
この塗布の際、特に、シルク法を採用した場合に、回転カップ４２内の温度・湿度、モータフランジの温度、および塗布前のクーリング温度を一括して制御しつつ処理することにより、ムラの発生を抑制することができ、膜厚および膜質の均一化の向上を図ることができる。このような制御を上述のゾル−ゲル法および以下に示すフォックス法、およびスピードフィルム法に採用してもよいが、シルク法に適用することによりその効果が大きい。
【００５８】
なお、この第２の塗布液である本塗布液の塗布の直前に、第１の塗布液であるアドヒージョンプロモータを塗布するレシピを作成することにより、つまり同一の処理ユニットで２液を吐出するレシピを作成することにより、膜の密着性を一層向上させることができるとともに、最初の塗布処理工程を省くことができるので、工程スループットの向上およびユニット数の減少が可能となる。
【００５９】
次いで、ウエハＷは、ＤＣＣ処理ユニット２０により硬化（キュア）処理が施される。具体的には、まず、第１のゲートシャッター８４が開かれ、メインの搬送機構１８（図１および図３）からウエハＷが加熱処理室８１内の３個のリフトピン８７上に搬入される。第１のゲートシャッター８４が閉じられ、リングシャッター８６および第２のゲートシャッター８５が上昇され、ウエハＷがリングシャッター８６により包囲される。この時、加熱処理室８１内へのＮ２等の不活性ガスの充填が開始され、加熱処理室８１内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持される。
【００６０】
その後、リフトピン８７が降下されて、ウエハＷがホットプレート８３に近接され、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において加熱処理される。この加熱温度は、例えば、２００〜４７０℃である。また、加熱炉による加熱ではなく、ホットプレート８３による加熱であるため、面内均一性が良好である。
【００６１】
加熱処理の終了後、リングシャッター８６および第２のゲートシャッター８５が降下され、リフトピン８７が上昇される。この時、加熱処理室８１内へのＮ２等の不活性ガスの供給が停止され、また、冷却処理室８２内へのＮ２等の不活性ガスの供給が開始され、冷却処理室８２内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持される。その後、クーリングプレート９３が加熱処理室８１内に進入して、リフトピン８７からウエハＷを受け取り、リフトピン８７が降下される。
【００６２】
そして、クーリングプレート９３が冷却処理室８２内に戻され、第２のゲートシャッター８５が上昇され、ウエハＷが低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において冷却される。この時の冷却温度は、例えば、２００〜４００℃であり、また、低酸素濃度雰囲気で冷却されているため、膜の酸化が効果的に防止される。冷却処理の終了後、冷却処理室８２内へのＮ２等の不活性ガスの供給が停止される。
【００６３】
その後、第２のゲートシャッター８５が降下され、クーリングプレート９３が加熱処理室８１に進入する。次いで、リフトピン８７が上昇され、ウエハＷがクーリングプレート９３からリフトピン８７に戻される。ウエハＷを搬出した後のクーリングプレート９３が冷却処理室８２内に戻され、第１のゲートシャッター８４が開かれる。そして、ウエハＷがメインの搬送機構１８（図１および図３）に戻される。以上により、塗布膜硬化（キュア）のための加熱処理および冷却処理が終了する。その後、層間絶縁膜が完成したウエハＷは、受け渡し部（ＴＲＳ）２５を介して搬送機構１８によりキャリアステーション（ＣＳＢ）３に戻される。
【００６４】
次に、上記ＳＯＤシステムにおいて、フォックス方法により層間絶縁膜を形成する場合について詳細に説明する。
【００６５】
フォックス方法では、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２→ＤＣＣ処理ユニット（ＤＣＣ）２０の順序により、塗布膜が形成される。
【００６６】
この際の層間絶縁膜を形成する動作について具体的に説明する。
キャリアステーション（ＣＳＢ）３から受け渡し部（ＴＲＳ）２５を介して、ウエハＷがクーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。上述したように、この冷却処理により、ウエハＷの温度を一定にすることができ、膜厚および膜質の均一化を図ることができる。
【００６７】
次いで、ウエハＷは、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２または１３に搬送されて、塗布液が塗布される。その後、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３により適宜加熱処理され、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。
【００６８】
次いで、ウエハＷは、ＤＣＣ処理ユニット２０により硬化処理が施される。具体的には、上述したのと同様の手順に従って、ウエハＷが低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において加熱処理され、加熱処理の終了後、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において冷却され、塗布膜が硬化（キュア）される。冷却後、ウエハＷは、加熱処理室４１を介してメインの搬送機構１８（図１および図３）に戻される。その後、層間絶縁膜が完成したウエハＷは、受け渡し部（ＴＲＳ）２５を介して搬送機構１８によりキャリアステーション（ＣＳＢ）３に戻される。
【００６９】
以上のように、上記ＳＯＤシステムにおいては、ゾル−ゲル法、シルク法、スピードフィルム法、フォックス法の種々の塗布方法に対応した処理ユニットを備えているので、一つのシステムで、上述のように種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができる。
【００７０】
また、上記ＳＯＤシステムでは、各処理ユニットを集約しているので、塗布膜形成のスループットが高い。特に、搬送装置１８の周囲に、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２，１３およびソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１といった液体処理系ユニットを多段配置してなるユニット群、および熱処理系ユニットを多段に積層してなる処理ユニット群１６，１７を設けたので、システム自体がコンパクトであり、各ユニット間の搬送時間も短くなるので、塗布膜形成のスループットを著しく向上させることができる。
【００７１】
さらに、キャリアステーション３との間の受け渡しをユニット群１７に設けた受け渡し部２５を介して行うようにしたので、ウエハＷの搬入出をスムースに行うことができる。
【００７２】
さらにまた、処理部１に、２つの塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２，１３を設けたので、特に上記シルク法およびスピードフィルム法のように２回の塗布処理を行う場合に、スループットを高める上で効果的である。
【００７３】
さらに、２つのエージングユニット（ＤＡＣ）２１および２つのＤＣＣ処理ユニット２０を設けたので、これらの処理におけるスループット低下を回避することができる。
【００７４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、処理する基板は半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基板等の他のものであってもよい。また、膜の種類は層間絶縁膜に限らない。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、種々の塗布方法に対応した処理ユニットを備えているので、一つの装置で、種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができる。具体的には、層間絶縁膜を形成する際に、ゾル−ゲル法、シルク法、スピードフィルム法、フォックス法に対応したフローで基板に対して塗布膜を形成することが可能となる。
【００７６】
また、本発明では各処理ユニットを集約しているので、塗布膜形成のスループットが高い。特に、複数の液体処理系ユニットが多段配置されてなる第１の処理ユニット群と、複数の熱処理系ユニットが多段配置されてなる第２の処理ユニット群とを設け、これら処理ユニット群に隣接して基板の搬入出を行う搬送機構を設けた構成の場合には、装置自体をコンパクトにすることができ、搬送時間も短くなるので、塗布膜形成のスループットを著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）の上段の平面図および下段の平面図。
【図２】図１に示した塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）の側面図。
【図３】図１に示した塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）内に装着された、複数の処理ユニットを多段に積層してなる２つの処理ユニット群を示す側面図。
【図４】低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）を模式的に示す断面図。
【図５】エージングユニット（ＤＡＣ）を模式的に示す断面図。
【図６】ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）を模式的に示す断面図。
【図７】ゾルーゲル法における塗布膜の変性の様子を示す説明図。
【図８】ＤＣＣ処理ユニットを模式的に示す平面図。
【図９】図８に示したＤＣＣ処理ユニットを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１；処理部
２；サイドキャビネット
３；キャリアステーション（ＣＳＢ）
１１；ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）
１２：高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１３；低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１９，２３；低温用のホットプレート（ＬＨＰ）
２０；ＤＣＣ処理ユニット（ＤＣＣ）
２１；エージングユニット（ＤＡＣ）
２２；高温用のホットプレート（ＯＨＰ）
２３，２６；クーリングプレート（ＣＰＬ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程等において、基板上に塗布液を塗布して絶縁膜等を形成する塗布膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、例えば、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により、ウエハ上に塗布膜をスピンコートし、化学的処理または加熱処理等を施して層間絶縁膜を形成している。
【０００３】
上記ゾル−ゲル法により層間絶縁膜を形成する場合には、ＴＥＯＳのコロイドを有機溶媒に分散させた塗布液をウエハの表面に塗布し、その塗布膜をゲル化させた後、塗布膜中の溶媒を他の溶媒に置き換え、その後、乾燥させて層間絶縁膜を得ている。
【０００４】
また、上記シルク法、スピードフィルム法、およびフォックス法により層間絶縁膜を形成する場合には、冷却したウエハに塗布液を塗布し、加熱処理して冷却処理し、さらに、低酸素濃度雰囲気において加熱処理および冷却処理を施す硬化処理によって塗布膜を硬化（キュア）させ、層間絶縁膜を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記絶縁膜の形成方法は、層間絶縁膜の種類に応じて、適宜選択して採用されるものであり、多種類の層間絶縁膜をそれぞれ上記別々の方法に基づいて形成する際、一つの塗布膜形成システムにより行うことが求められている。また、各方法において塗布膜を高スループットで形成することが求められている。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、一つの装置で、種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができ、しかも、塗布膜形成のスループットが高い塗布膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、基板に塗布液を塗布して塗布膜を形成するための塗布膜形成装置であって、
基板に対して塗布膜を形成するための一連の処理を施す処理部と、
処理部内で基板を搬送する基板搬送機構と
を具備し、
前記処理部は、
基板に塗布液を塗布する塗布処理ユニットおよび基板に溶媒を塗布して塗布膜の溶媒を置換するソルベントイクスチェンジユニットを含む複数の液体処理系ユニットが多段配置されてなる第１の処理ユニット群と、
基板を冷却する冷却ユニット、基板を加熱する加熱処理ユニット、基板上の塗布膜をエージングしてゲル化処理するエージング処理ユニット、および低酸素濃度雰囲気において、基板に加熱および冷却処理を施して塗布膜を硬化させる硬化処理ユニットを含む熱処理系ユニットが多段配置されてなる第２の処理ユニット群とを有し、
前記搬送機構は、これら第１および第２の処理ユニット群に隣接して設けられ、各ユニットに対する基板の搬入出を行うことを特徴とする塗布膜形成装置が提供される。
【０００９】
本発明の塗布膜形成装置においては、種々の塗布方法に対応した複数の処理ユニットからなる第１および第２の処理ユニット群を備えているので、一つの装置で、種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができる。
【００１０】
具体的には、層間絶縁膜の形成にゾル−ゲル法を採用する場合には、冷却処理ユニット→塗布処理ユニット→エージングユニット→ソルベントイクスチェンジユニット→加熱処理ユニットの順序で基板をフローさせることにより、塗布膜を形成することができる。
【００１１】
また、シルク法およびスピードフィルム法を採用する場合には、冷却処理ユニット→塗布処理ユニット（アドヒージョンプロモータ塗布）→冷却処理ユニット→塗布処理ユニット（本薬液塗布）→加熱処理ユニット→冷却処理ユニット→硬化処理ユニットの順序で基板をフローさせることにより、塗布膜を形成することができる。
【００１２】
さらに、フォックス法を採用する場合には、冷却処理ユニット→塗布処理ユニット→加熱処理ユニット→冷却処理ユニット→硬化処理ユニットの順序で基板をフローさせることにより、塗布膜を形成することができる。
【００１３】
また、このように各処理ユニットを集約しているので、塗布膜形成のスループットが高い。特に、複数の液体処理系ユニットが多段配置されてなる第１の処理ユニット群と、複数の熱処理系ユニットが多段配置されてなる第２の処理ユニット群とを設け、これら処理ユニット群に隣接して基板の搬入出を行う搬送機構を設けた構成の場合には、装置自体をコンパクトにすることができ、搬送時間も短くなるので、塗布膜形成のスループットを著しく向上させることができる。
【００１４】
この場合に、前記処理部に連接して設けられ、処理前の基板および処理後の基板を待機させるとともに、前記処理部に対する基板の搬入出を行うキャリアステーションと、このキャリアステーションと前記処理部との間で基板の受け渡しを行う受け渡し部を有するように構成することができる。
【００１５】
また、前記処理部は、少なくとも２つの塗布処理ユニットを有することにより、スループットを一層向上させることができる。特に、上記シルク法およびスピードフィルム法の場合には、アドヒージョンプロモータを塗布した後に本薬液を塗布するが、この場合に少なくとも２つの塗布処理ユニットがあれば、高いスループットを維持することができる。
【００１６】
さらに、前記処理部が、少なくとも２つのエージング処理ユニットおよび少なくとも２つの硬化処理ユニットを有するように構成することにより、これらの処理におけるスループット低下を回避することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）について説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るＳＯＤシステムの上段の平面図であり、図１（ｂ）は、そのＳＯＤシステムの下段の平面図であり、図２は、図１に示したＳＯＤシステムの側面図であり、図３は、図１に示したＳＯＤシステム内に装着された２個のユニット積層体の側面図である。
【００１９】
このＳＯＤシステムは、大略的に、処理部１と、サイドキャビネット２と、キャリアステーション（ＣＳＢ）３とを有している。
【００２０】
処理部１は、図１（ａ）および図２に示すように、その手前側の上段に設けられた、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１と、高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２とを有し、さらに、図１（ｂ）および図２に示すように、その手前側の下段に設けられた、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３と、薬品等を内蔵したケミカル室１４とを有している。
【００２１】
処理部１の中央部には、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、複数の処理ユニットを多段に積層してなる処理ユニット群１６，１７が設けられ、これらの間に、昇降してウエハＷを搬送するための搬送機構１８が設けられている。左側の処理ユニット群１６は、図３に示すように、その上側から順に、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９と、硬化（キュア）処理ユニットである２個のＤＣＣ処理ユニット（Dielectric Oxygen Density Controlled Cure and Cooling-off）２０と、２個のエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが積層されて構成されている。また、右側の処理ユニット群１７は、その上側から順に、２個の高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２と、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）２３と、２個のクーリングプレート（ＣＰＬ）２４と、受け渡し部（ＴＲＳ）２５と、クーリングプレート（ＣＰＬ）２６とが積層されて構成されている。なお、受け渡し部（ＴＲＳ）２５はクーリングプレートの機能を兼ね備えることも可能である。
【００２２】
また、サイドキャビネット２は、その上段に、薬液を供給するためのバブラー２７と、排気ガスの洗浄のためのトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有し、その下段に、電力供給源２９と、ＨＭＤＳやアンモニア等の薬液を貯留するための薬液室３０と、廃液を排出するためのドレイン３１とを有している。
【００２３】
次に、上記のように構成されたＳＯＤシステムにおいて、ゾル−ゲル方法により層間絶縁膜を形成する場合について詳細に説明する。
【００２４】
ゾルーゲル法では、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３→エージングユニット（ＤＡＣ）２１→ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２の順序により、塗布膜が形成される。したがって、ゾル−ゲル法にて層間絶縁膜を形成する場合には、処理部１において、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３、エージングユニット（ＤＡＣ）２１、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１が主要のユニットとなる。
【００２５】
低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３は、図４に示すように、上面が蓋４１によって開閉される固定カップ４２と、この固定カップ４２の底面から挿入され、駆動部４３によって昇降および回転できる回転軸４４と、この回転軸４４の上端に設けられたウエハ保持部であるバキュームチャック４５と、蓋４１に組み合わせて設けられて、ウエハＷの中心部に塗布液を供給するための塗布液ノズル４６とを具備している。固定カップ４２には、塗布液で用いられている溶媒、例えばエチレングリコールの蒸気を供給するための溶媒蒸気供給管４８が接続されているとともに、ドレイン管４９、排気管５０が接続されている。なお、このユニットにおいて用いられる塗布液および溶媒は、ケミカル室１４から供給される。このケミカル室１４は、アンモニアやＨＭＤＳのような処理に悪影響を及ぼす薬液以外の薬液が収容されている。なお、高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２も低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３とほぼ同様に構成されている。
【００２６】
エージングユニット（ＤＡＣ）２１は、図５に示すように、ヒータ５１ａを内蔵した例えばセラミックスからなる加熱プレート５１と、この加熱プレート５１の上方に処理室をなす空間Ｓを形成するように、この加熱プレート５１の周縁部にシール部材５２を介して密接するとともに、加熱プレート５１に対して接離する蓋５３と、加熱プレート５１に置かれたウエハを囲むように、この加熱プレート５１の表面に供給口が形成されたガス供給路５４と、蓋５３の中央部に吸い込み口が形成された排気路５５と、加熱プレート５１とのその上方位置との間でウエハＷを昇降する３本の昇降ピン５６とを具備している。
【００２７】
このエージングユニット（ＤＡＣ）２１では、後述するように、アンモニアがサイドキャビネット２内のバブラー２７およびマスフローコントローラ（図示せず）により蒸気化されて、上述したガス供給路５４を介して処理室Ｓ内に供給され、排気路５５からの排気は、サイドキャビネット２内のドレンタンク３１によりトラップされる。
【００２８】
ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１は、図６に示すように、ウエハＷを水平に保持して回転させるバキュームチャック６１と、このチャック６１上のウエハＷを囲むように設けられ、排液孔６３を有する回転カップ６２と、この回転カップ６２の外側に設けられ、排液路６５および排気路６６が接続された固定カップ６４と、ウエハＷに溶媒を供給するためのノズル６７とを具備している。また、図中、符号６８は、チャック６１の回転軸６１ａを回転および昇降させるための駆動部であり、符号６９は、回転カップ６２を回転させるための駆動部である。
【００２９】
上述した固定カップ６４の上面の開口部は、昇降可能な蓋７０により開閉されるようになっている。また、ノズル６７は、エタノール、ＨＭＤＳ、およびヘプタンをそれぞれ吐出する３個の交換ノズル６７ａ，６７ｂ，６７ｃを有しており、これら交換ノズル６７ａ，６７ｂ，６７ｃは、この順にそれぞれノズル受け部７１ａ，７１ｂ，７１ｃから把持して取り出され、ウエハＷの中心部の上方側に搬送されるようになっている。また、ノズル６７の交換ノズル６７ｂにＨＭＤＳが供給される際には、サイドキャビネット２のＨＭＤＳタンク３０ａからＨＭＤＳが直接供給されるようになっており、また、排気路６６からの液体が混合した排気は、キャビネット２内のミストトラップ２８により気液分離され、排液路６５からの排液は、ドレンタンク３１に排出されるようになっている。
【００３０】
サイドキャビネット２は、処理部１に隣接した位置に処理部１とは隔離されて設けられ、その上段に、薬液を供給するためのバブラー２７と、気液混合流を気液分離して排気ガスを排出するためのミストトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有し、その下段に、電力供給源２９と、ＨＭＤＳやアンモニア等の薬液を貯留するための薬液室３０と、排液を排出するためのドレイン３１とを有している。
【００３１】
サイドキャビネット２がこのように構成されているため、エージングユニット（ＤＡＣ）２１にアンモニアが供給される際には、アンモニアのタンク３０ｂからバブラー２７にアンモニアが充填されており、アンモニアがバブラー２７によりバブリングされ、蒸気化されてエージングユニット（ＤＡＣ）２１に供給される。また、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１にＨＭＤＳが供給される際には、ＨＭＤＳのタンク３０ａからＨＭＤＳが直接供給される。
【００３２】
また、エージングユニット（ＤＡＣ）２１からの排気は、サイドキャビネット２内のドレンタンク３１によりトラップされる。さらに、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１からの液体が混合した排気は、キャビネット２内のミストトラップ２８により気液分離され、排液はドレンタンク３１へ排出される。
【００３３】
このように、サイドキャビネット２から供給されるアンモニアおよびＨＭＤＳをそれぞれ必要とするエージングユニット（ＤＡＣ）２１およびソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１が、サイドキャビネット２に隣接して設けられているため、薬液供給系の短縮化を図ることができる。
【００３４】
また、塗布液をウエハＷに塗布した後には、即座に（例えば１０秒以内に）ゲル化処理を施すことが好ましいため、図１〜図３に示すように、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３とエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが比較的近接して配置されており、また、ゲル化処理の後には、溶媒の置換を即座に行うことが好ましいため、エージングユニット（ＤＡＣ）２１とソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１とが比較的近接して配置されている。
【００３５】
次に、上記ＳＯＤシステムを用いてゾル−ゲル法により層間絶縁膜を形成する場合のメカニズムについて、図７を参照しながら説明する。
図７（ａ）に示すように、塗布液をウエハに塗布したときには、ＴＥＯＳの粒子あるいはコロイド１００が溶媒１０１中に分散された状態になっており、次いで、この塗布液をアルカリ性雰囲気に晒すことにより、図７（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳを縮重合するとともに加水分解して塗布膜がゲル化され、ＴＥＯＳの網状構造１０２が形成される。次いで、図７（ｃ）に示すように、塗布液中の水分を除去するため、塗布膜中の溶媒を他の溶媒１０３に置き換え、その後、乾燥させて層間絶縁膜を得る。
【００３６】
次に、上記ＳＯＤシステムにおいて、ゾル−ゲル法により層間絶縁膜を形成する場合の処理動作について説明する。
まず、キャリアステーション（ＣＳＢ）３から受け渡し部（ＴＲＳ）２５に搬送されたウエハＷは、搬送機構１８によりクーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。これにより塗布前のウエハ温度を一致にすることができ、膜厚および膜質の均一化を図ることができる。
【００３７】
次いで、ウエハＷは、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３に搬送されて、図４に示すように、チャック４５に受け渡され、蓋４１により回転カップ４２が密閉される。ここで用いられる塗布液は、ＴＥＯＳのコロイドまたは粒子を有機溶媒に分散させて、水および微量の塩酸を含ませたものである。排気管５０から排気しながら、溶媒蒸気供給管４８から有機溶媒の蒸気が回転カップ４２内に供給され、回転カップ４２内が有機溶媒の蒸気で充満された後に、排気が停止されて、ノズル４６から塗布液がウエハＷの中心部に滴下される。次いで、ウエハＷがチャック４５により回転されて、塗布液がウエハＷ表面に伸展されて、塗布膜が形成される。このように、回転カップ４２内を有機溶剤の蒸気で充満させた状態で塗布処理を行うのは、塗布液中の溶媒の蒸発を抑制するためである。
【００３８】
このようにして塗布膜が形成されたウエハＷは、エージングユニット（ＤＡＣ）２１に搬送される。この場合に、塗布液をウエハＷに塗布した後には、即座にゲル化処理を施すことが好ましいため、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３とエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが近接して配置されている。
【００３９】
エージングユニット（ＤＡＣ）２１においては、図５に示すように、蓋５３が上昇されて、ウエハＷが昇降ピン５６に受け渡されて、加熱プレート５１に近接される。蓋５３が閉鎖された後、排気路５５から排気されながら、キャビネット２内のバブラー２７からガス供給路５４を介してアンモニアが処理室Ｓ内に供給される。この時、ウエハＷは例えば１００℃で加熱されている。これにより、ウエハＷの塗布膜に含まれるコロイドがゲル化されて、網目状に連鎖される。
【００４０】
次いで、ウエハＷは、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１に搬送される。なお、この際、ゲル化処理の後には、溶媒の置換を即座に行うことが好ましいため、エージングユニット（ＤＡＣ）２１とソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１とが近接して配置されている。
【００４１】
ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１においては、図６に示すように、ウエハＷがバキュームチャック６１に受け渡され、ノズル６７の交換ノズル６７ａから水分が可溶な薬品例えばエタノールがウエハＷの中心部に滴下され、ウエハＷと回転カップ６２が回転されて、エタノールがウエハＷ全面に拡散される。これにより、塗布膜中の水分にエタノールが溶け込み、結果として水分がエタノールで置換される。
【００４２】
続いて、蓋７０が開けられ、同様にしてＨＭＤＳがウエハＷの中心部に滴下され、塗布膜中の水酸塩が除去される。さらに、ヘプタンがウエハＷに滴下され、塗布膜中の溶媒がヘプタンによって置換される。ヘプタンを用いる理由は、表面張力が小さい溶媒を用いることによりポーラスな構造体すなわちＴＥＯＳの網状構造体に加わる力を小さくして崩れないようにするためである。
【００４３】
その後、ウエハＷは、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３、高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２により適宜加熱処理され、層間絶縁膜が完成する。このようにして層間絶縁膜が形成されたウエハＷは、受け渡し部（ＴＣＰ）２５を介してキャリアステーション（ＣＳＢ）３に戻される。
【００４４】
なお、上記エージングユニット（ＤＡＣ）２１ではアンモニアを使用し、ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１ではＨＭＤＳおよびヘプタンを使用したが、これらに限定されない。
【００４５】
次に、上記ＳＯＤシステムにおいて、シルク方法およびスピードフィルム方法方法により層間絶縁膜を形成する場合について詳細に説明する。
【００４６】
シルク方法およびスピードフィルム方法では、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→第１の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３（アドヒージョンプロモータの塗布）→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→第２の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２（本薬液塗布）→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２→ＤＣＣ処理ユニット（ＤＣＣ）２０の順序により、塗布膜が形成される。
【００４７】
これらの中で、ＤＣＣ処理ユニット２０は、上記ゾル−ゲル法では用いる必要がなかったが、シルク方法およびスピードフィルム法では必要なユニットである。このＤＣＣ処理ユニット２０について、図８および図９を参照して説明する。
【００４８】
図８および図９に示すように、ＤＣＣ処理ユニット２０は、加熱処理室８１と、これに隣接して設けられた冷却処理室８２とを有しており、この加熱処理室８１には、設定温度が２００〜４７０℃とすることが可能なホットプレート８３を有している。また、このＤＣＣ処理ユニット２０は、さらに、メインの搬送機構１８（図１および図３）との間でウエハＷを受け渡しする際に開閉される第１のゲートシャッター８４と、加熱処理室８１と冷却処理室８２との間を開閉するための第２のゲートシャッター８５と、ホットプレート８３の周囲でウエハＷを包囲しながら第２のゲートシャッター８５と共に昇降されるリングシャッター８６とを有している。さらに、ホットプレート８３には、ウエハＷを載置して昇降するための３個のリフトピン８７が昇降自在に設けられている。なお、ホットプレート８３とリングシャッター８６との間に遮蔽板スクリーンを設けてもよい。
【００４９】
加熱処理室８１の下方には、上記３個のリフトピン８７を昇降するための昇降機構８８と、リングシャッター８６を第２のゲートシャッター８５と共に昇降するための昇降機構８９と、第１のゲートシャッター８４を昇降して開閉するための昇降機構９０とが設けられている。
【００５０】
また、加熱処理室８１内には、図示しない供給源から、Ｎ２等の不活性ガスが供給されるように構成され、さらに、その中が排気管９１を介して排気されるように構成されている。そして、このように不活性ガスを供給しながら排気することにより、加熱処理室８１内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持されるようになっている。
【００５１】
この加熱処理室８１と冷却処理室８２とは、連通口９２を介して連通されており、ウエハＷを載置して冷却するためのクーリングプレート９３がガイドプレート９４に沿って移動機構９５により水平方向に移動自在に構成されている。これにより、クーリングプレート９２は、連通口９２を介して加熱処理室８１内に進入することができ、加熱処理室８１内のホットプレート８３により加熱された後のウエハＷをリフトピン８７から受け取って冷却処理室８２内に搬入し、ウエハＷの冷却後、ウエハＷをリフトピン８７に戻すようになっている。
【００５２】
なお、クーリングプレート９３の設定温度は、例えば１５〜２５℃であり、冷却されるウエハＷの適用温度範囲は、例えば２００〜４７０℃である。
【００５３】
冷却処理室８２は、供給管９５を介してその中にＮ２等の不活性ガスが充填されるように構成され、さらに、冷却処理室８２内は、排気管９７を介して外部に排気されるように構成されている。これにより、加熱処理室８１と同様に、冷却処理室８２内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持されるようになっている。
【００５４】
次に、シルク方法およびスピードフィルム方法により層間絶縁膜を形成する処理動作について説明する。
キャリアステーション（ＣＳＢ）３から受け渡し部（ＴＲＳ）２５に搬送されたウエハＷは、搬送機構１８によりクーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。この場合にも、上述のゾル−ゲル法の場合と同様、塗布前に冷却することによりウエハＷの温度を一定にすることができ、膜厚および膜質の均一化を図ることができる。
【００５５】
次いで、ウエハＷは、低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１３に搬送されて、第１の塗布液としてアドヒージョンプロモータが上述したスピンコートにより塗布される。このアドヒージョンプロモータを本塗布液に先立って塗布することにより、膜の密着性を促進する。その後、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて温調される。
【００５６】
次いで、ウエハＷは、高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２に搬送されて、第２の塗布液として層間絶縁膜用の本塗布液が上述したスピンコートにより塗布される。その後、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３により適宜加熱処理され、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。
【００５７】
この塗布の際、特に、シルク法を採用した場合に、回転カップ４２内の温度・湿度、モータフランジの温度、および塗布前のクーリング温度を一括して制御しつつ処理することにより、ムラの発生を抑制することができ、膜厚および膜質の均一化の向上を図ることができる。このような制御を上述のゾル−ゲル法および以下に示すフォックス法、およびスピードフィルム法に採用してもよいが、シルク法に適用することによりその効果が大きい。
【００５８】
なお、この第２の塗布液である本塗布液の塗布の直前に、第１の塗布液であるアドヒージョンプロモータを塗布するレシピを作成することにより、つまり同一の処理ユニットで２液を吐出するレシピを作成することにより、膜の密着性を一層向上させることができるとともに、最初の塗布処理工程を省くことができるので、工程スループットの向上およびユニット数の減少が可能となる。
【００５９】
次いで、ウエハＷは、ＤＣＣ処理ユニット２０により硬化（キュア）処理が施される。具体的には、まず、第１のゲートシャッター８４が開かれ、メインの搬送機構１８（図１および図３）からウエハＷが加熱処理室８１内の３個のリフトピン８７上に搬入される。第１のゲートシャッター８４が閉じられ、リングシャッター８６および第２のゲートシャッター８５が上昇され、ウエハＷがリングシャッター８６により包囲される。この時、加熱処理室８１内へのＮ２等の不活性ガスの充填が開始され、加熱処理室８１内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持される。
【００６０】
その後、リフトピン８７が降下されて、ウエハＷがホットプレート８３に近接され、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において加熱処理される。この加熱温度は、例えば、２００〜４７０℃である。また、加熱炉による加熱ではなく、ホットプレート８３による加熱であるため、面内均一性が良好である。
【００６１】
加熱処理の終了後、リングシャッター８６および第２のゲートシャッター８５が降下され、リフトピン８７が上昇される。この時、加熱処理室８１内へのＮ２等の不活性ガスの供給が停止され、また、冷却処理室８２内へのＮ２等の不活性ガスの供給が開始され、冷却処理室８２内は、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持される。その後、クーリングプレート９３が加熱処理室８１内に進入して、リフトピン８７からウエハＷを受け取り、リフトピン８７が降下される。
【００６２】
そして、クーリングプレート９３が冷却処理室８２内に戻され、第２のゲートシャッター８５が上昇され、ウエハＷが低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において冷却される。この時の冷却温度は、例えば、２００〜４００℃であり、また、低酸素濃度雰囲気で冷却されているため、膜の酸化が効果的に防止される。冷却処理の終了後、冷却処理室８２内へのＮ２等の不活性ガスの供給が停止される。
【００６３】
その後、第２のゲートシャッター８５が降下され、クーリングプレート９３が加熱処理室８１に進入する。次いで、リフトピン８７が上昇され、ウエハＷがクーリングプレート９３からリフトピン８７に戻される。ウエハＷを搬出した後のクーリングプレート９３が冷却処理室８２内に戻され、第１のゲートシャッター８４が開かれる。そして、ウエハＷがメインの搬送機構１８（図１および図３）に戻される。以上により、塗布膜硬化（キュア）のための加熱処理および冷却処理が終了する。その後、層間絶縁膜が完成したウエハＷは、受け渡し部（ＴＲＳ）２５を介して搬送機構１８によりキャリアステーション（ＣＳＢ）３に戻される。
【００６４】
次に、上記ＳＯＤシステムにおいて、フォックス方法により層間絶縁膜を形成する場合について詳細に説明する。
【００６５】
フォックス方法では、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２→低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３→高温用のホットプレート（ＯＨＰ）２２→ＤＣＣ処理ユニット（ＤＣＣ）２０の順序により、塗布膜が形成される。
【００６６】
この際の層間絶縁膜を形成する動作について具体的に説明する。
キャリアステーション（ＣＳＢ）３から受け渡し部（ＴＲＳ）２５を介して、ウエハＷがクーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。上述したように、この冷却処理により、ウエハＷの温度を一定にすることができ、膜厚および膜質の均一化を図ることができる。
【００６７】
次いで、ウエハＷは、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２または１３に搬送されて、塗布液が塗布される。その後、低温用のホットプレート（ＬＨＰ）１９，２３により適宜加熱処理され、クーリングプレート（ＣＰＬ）２４，２６に搬送されて冷却される。
【００６８】
次いで、ウエハＷは、ＤＣＣ処理ユニット２０により硬化処理が施される。具体的には、上述したのと同様の手順に従って、ウエハＷが低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において加熱処理され、加熱処理の終了後、低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気において冷却され、塗布膜が硬化（キュア）される。冷却後、ウエハＷは、加熱処理室４１を介してメインの搬送機構１８（図１および図３）に戻される。その後、層間絶縁膜が完成したウエハＷは、受け渡し部（ＴＲＳ）２５を介して搬送機構１８によりキャリアステーション（ＣＳＢ）３に戻される。
【００６９】
以上のように、上記ＳＯＤシステムにおいては、ゾル−ゲル法、シルク法、スピードフィルム法、フォックス法の種々の塗布方法に対応した処理ユニットを備えているので、一つのシステムで、上述のように種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができる。
【００７０】
また、上記ＳＯＤシステムでは、各処理ユニットを集約しているので、塗布膜形成のスループットが高い。特に、搬送装置１８の周囲に、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２，１３およびソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）１１といった液体処理系ユニットを多段配置してなるユニット群、および熱処理系ユニットを多段に積層してなる処理ユニット群１６，１７を設けたので、システム自体がコンパクトであり、各ユニット間の搬送時間も短くなるので、塗布膜形成のスループットを著しく向上させることができる。
【００７１】
さらに、キャリアステーション３との間の受け渡しをユニット群１７に設けた受け渡し部２５を介して行うようにしたので、ウエハＷの搬入出をスムースに行うことができる。
【００７２】
さらにまた、処理部１に、２つの塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２，１３を設けたので、特に上記シルク法およびスピードフィルム法のように２回の塗布処理を行う場合に、スループットを高める上で効果的である。
【００７３】
さらに、２つのエージングユニット（ＤＡＣ）２１および２つのＤＣＣ処理ユニット２０を設けたので、これらの処理におけるスループット低下を回避することができる。
【００７４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、処理する基板は半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基板等の他のものであってもよい。また、膜の種類は層間絶縁膜に限らない。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、種々の塗布方法に対応した処理ユニットを備えているので、一つの装置で、種々の塗布方法に対応した塗布膜を形成することができる。具体的には、層間絶縁膜を形成する際に、ゾル−ゲル法、シルク法、スピードフィルム法、フォックス法に対応したフローで基板に対して塗布膜を形成することが可能となる。
【００７６】
また、本発明では各処理ユニットを集約しているので、塗布膜形成のスループットが高い。特に、複数の液体処理系ユニットが多段配置されてなる第１の処理ユニット群と、複数の熱処理系ユニットが多段配置されてなる第２の処理ユニット群とを設け、これら処理ユニット群に隣接して基板の搬入出を行う搬送機構を設けた構成の場合には、装置自体をコンパクトにすることができ、搬送時間も短くなるので、塗布膜形成のスループットを著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）の上段の平面図および下段の平面図。
【図２】図１に示した塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）の側面図。
【図３】図１に示した塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）内に装着された、複数の処理ユニットを多段に積層してなる２つの処理ユニット群を示す側面図。
【図４】低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）を模式的に示す断面図。
【図５】エージングユニット（ＤＡＣ）を模式的に示す断面図。
【図６】ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）を模式的に示す断面図。
【図７】ゾルーゲル法における塗布膜の変性の様子を示す説明図。
【図８】ＤＣＣ処理ユニットを模式的に示す平面図。
【図９】図８に示したＤＣＣ処理ユニットを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１；処理部
２；サイドキャビネット
３；キャリアステーション（ＣＳＢ）
１１；ソルベントイクスチェンジユニット（ＤＳＥ）
１２：高粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１３；低粘度用の塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１９，２３；低温用のホットプレート（ＬＨＰ）
２０；ＤＣＣ処理ユニット（ＤＣＣ）
２１；エージングユニット（ＤＡＣ）
２２；高温用のホットプレート（ＯＨＰ）
２３，２６；クーリングプレート（ＣＰＬ）
Claims (14)
- 基板に塗布液を塗布して塗布膜を形成するための塗布膜形成装置であって、
基板に対して塗布膜を形成するための一連の処理を施す処理部と、
処理部内で基板を搬送する基板搬送機構と
を具備し、
前記処理部は、
基板に塗布液を塗布する塗布処理ユニットおよび基板に溶媒を塗布して塗布膜の溶媒を置換するソルベントイクスチェンジユニットを含む複数の液体処理系ユニットが多段配置されてなる第１の処理ユニット群と、
基板を冷却する冷却ユニット、基板を加熱する加熱処理ユニット、基板上の塗布膜をエージングしてゲル化処理するエージング処理ユニット、および低酸素濃度雰囲気において、基板に加熱および冷却処理を施して塗布膜を硬化させる硬化処理ユニットを含む熱処理系ユニットが多段配置されてなる第２の処理ユニット群とを有し、
前記搬送機構は、これら第１および第２の処理ユニット群に隣接して設けられ、各ユニットに対する基板の搬入出を行うことを特徴とする塗布膜形成装置。 - 前記処理部は、少なくとも２つの塗布処理ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載の塗布膜形成装置。
- 前記処理部は、少なくとも２つのエージング処理ユニットおよび少なくとも２つの硬化処理ユニットを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗布膜形成装置。
- 前記硬化処理ユニットは、前記エージング処理ユニットより上方に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
- 前記処理部に隣接した位置に処理部とは隔離されて設けられ、前記エージングユニットおよびソルベントイクスチェンジユニットにそれぞれ薬液を供給するための薬液供給系、およびこれらのユニットからの排液および排気を処理する排液・排気処理系を有する薬液部とを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
- 前記薬液部は、前記処理部に隣接した位置に処理部とは隔離されて設けられたキャビネット内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の塗布膜形成装置。
- 前記薬液部はバブラーを有し、所定の薬液がこのバブラーにより蒸気化されて前記エージングユニットに供給されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の塗布膜形成装置。
- 前記薬液部は所定の薬液を貯留するタンクを有し、所定の薬液がこのタンクからソルベントイクスチェンジユニットに供給されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の塗布膜形成装置。
- 前記薬液部はドレンタンクを有し、前記エージングユニットからの排気が前記ドレンタンクによりトラップされることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
- 前記薬液部はドレンタンクおよびトラップを有し、前記ソルベントイクスチェンジユニットからの、液体が混入した排気が前記トラップにより気液分離され、排液はドレンタンクに排出されることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
- 前記エージングユニットおよび／または前記ソルベントイクスチェンジユニットは、前記処理部内の前記薬液部に面した側に配置されることを特徴とする請求項５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
- 前記処理部に連接して設けられ、処理前の基板および処理後の基板を待機させるとともに、前記処理部に対する基板の搬入出を行うキャリアステーショ ンと、このキャリアステーションと前記処理部との間で基板の受け渡しを行う受け渡し部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。
- さらに前記処理部に隣接して設けられたキャビネットを具備し、
前記キャビネットは、電力供給部と、前記処理部のうちソルベントイクスチェンジユニットに対して供給される塗布処理に影響を与える薬液のタンクと、当該ソルベントイクスチェンジユニットから排液を排出するためのドレイン部とを有し、
前記キャビネット内において、前記ソルベントイクスチェンジユニットの配置位置から順に遠ざかるように、前記ドレイン部、前記タンク、および前記電力供給部が配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の塗布膜形成装置。 - さらに前記処理部は、塗布処理に影響を与えない薬液を内蔵するケミカル室を有することを特徴とする請求項１３に記載の塗布膜形成装置。
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