JP3992480B2 - 基板処理装置および基板処理方法ならびに基板処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウエハ等の基板に層間絶縁膜等を形成する際に用いられる基板処理装置および基板処理方法ならびに基板処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハに層間絶縁膜等の誘電体膜を形成する方法として、ＳＯＤ（spin on dielectric）システムを用いてウエハに塗布液を塗布して塗布膜を形成した後に加熱等の物理的処理を施す方法が知られている。塗布膜の形成方法としては、一般的に、停止または回転する半導体ウエハの略中心に塗布液を塗布し、その後に半導体ウエハを所定の回転数で回転させることによって塗布液を半導体ウエハ全体に拡げる方法（スピンコート）が用いられている。
【０００３】
近時、このような層間絶縁膜として誘電率の低い材料が要求されているために、所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料と呼ばれる材料が種々開発されている。このようなＬｏｗ−ｋ材料の中には、ウエハに形成された塗布膜を所定量の水蒸気を含むアンモニア（ＮＨ３）ガス雰囲気で処理することが必要とされるものがある。
【０００４】
このような水蒸気を含むアンモニアガス雰囲気でウエハを処理するユニットとしては、図１０の断面図に示すエージングユニット９０がある。このエージングユニット９０は、ウエハＷを載置する載置プレート９１と、載置プレート９１を収容するチャンバ９２とを有している。チャンバ９２は下部容器９２ａと蓋体９２ｂとからなり、下部容器９２ａの底部には水蒸気を含むアンモニアガス（ＮＨ３／Ｈ２Ｏ）をチャンバ９２内に供給するためのガス供給口９５ａが設けられ、また蓋体９２ｂの中央部にはチャンバ９２内に導入された水蒸気を含むアンモニアガスを排気するための排気口９５ｂが設けられている。
【０００５】
エージングユニット９０へ水蒸気を含むアンモニアガスを供給する装置としては、一般的にタンク内に貯留したアンモニア水にアンモニアガスを吹き込んでバブリングさせるバブラーが用いられている。このバブラー内のアンモニア水は一定温度に保持されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は載置プレート９１の温度調整は行われていなかった。そのためにエージングユニット９０におけるウエハＷの処理温度は、エージングユニット９０が設けられた場所の環境の影響を大きく受けていた。この場合には、塗布膜の反応の進行の程度を一定に保つために、エージングユニット９０における処理時間を変更しなければならず、このために、例えば、１日に１回の頻度で処理環境に応じた処理時間を決定する条件出しの作業を行う必要があった。また、決定された処理時間が変化することでタクトを変更する必要もあった。さらに、この条件出しによって求められたエージングユニット９０での処理時間が、例えば５分という程度に長くなると、ＳＯＤシステムにおけるウエハの処理のスループットが低下する問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、塗布膜に所定の処理を施す時間を一定にすることを可能とする基板処理装置および基板処理方法ならびに基板処理システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によれば、塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を処理する基板処理装置であって、基板を載置する載置プレートと、前記載置プレートの温度を調節するプレート温調機構と、前記載置プレートに載置された基板を収容するチャンバと、前記チャンバに所定量の水蒸気を含むアンモニアガスを供給するガス供給機構と、前記プレート温調機構および前記ガス供給機構を制御する制御機構と、を具備し、前記制御機構は、基板の処理時間を入力する入力部と、前記入力部に入力された基板の処理時間と前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各パラメータとの関係を表すデータベースと、前記入力部に入力された処理時間で基板の処理が終了するように、前記データベースを参照して前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各データを算出する演算部と、前記演算部で算出されたデータ信号を前記プレート温調機構および前記ガス供給機構へ送信する信号送信部と、を有し、前記制御機構が、前記演算部により算出されたデータ信号を前記信号送信部により前記プレート温調機構および前記ガス供給機構に送信して、前記プレート温調機構による載置プレートの温度、前記ガス供給機構によるアンモニアガスの供給量、前記ガス供給機構によって供給されるアンモニアガス中の水蒸気量を制御することにより、前記入力部に入力された処理時間で基板を処理することを特徴とする基板処理装置、が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を載置プレートに載置してチャンバ内に収容した状態で、前記載置プレートの温度を調整しつつ前記チャンバ内に所定量の水蒸気を含むアンモニアガスを供給することにより基板を処理する基板処理方法であって、基板の処理時間と前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各パラメータとの関係を表すデータベースを準備する工程と、基板の処理時間を設定する工程と、設定した処理時間で基板の処理が終了するように、前記データベースを参照して前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量を算出する工程と、前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量をそれぞれ算出量に制御することにより、設定した処理時間で基板を処理する工程と、を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【００１０】
このような基板処理装置および基板処理方法によれば、塗布膜が形成された基板を処理する際の条件出しを行わなくともよいために、処理効率が高められる。また基板の処理時間を一定とすることができるために、タクトを一定とすることができる。これにより前後の工程とのタイミングを取って全工程の時間のロスを少なくすることが可能となるために、スループットを向上させることもできる。さらに他の処理ユニットとの関係でタクトを変更する場合の処理条件の決定を容易に行うことができる。さらにまた基板に形成された塗布膜の処理状態を一定とすることができるために、基板の品質を一定に保つことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは本発明をＳＯＤシステムに搭載されているエージングユニット（ＤＡＣ）に適用し、半導体ウエハに層間絶縁膜を形成する場合について説明することとする。
【００１２】
図１は上記ＳＯＤシステムの平面図であり、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処理ユニット群の側面図である。
【００１３】
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。処理部１には、図１および図２に示すように、手前側上部に塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２が設けられている。また塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２の下方には塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２で用いられる塗布液（薬液）やこの塗布液を送液するためのポンプ等を内蔵したケミカルユニット１３・１４が設けられている。
【００１４】
処理部１の中央部には、図１および図３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、昇降して半導体ウエハ（ウエハ）Ｗを搬送するためのウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８が設けられている。
【００１５】
ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８は、Ｚ方向に延在し、垂直壁５１ａ・５１ｂおよびこれらの間の側面開口部５１ｃを有する筒状支持体５１と、その内側に筒状支持体５１に沿ってＺ方向に昇降自在に設けられたウエハ搬送体５２とを有している。筒状支持体５１はモータ５３の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送体５２も一体的に回転されるようになっている。
【００１６】
ウエハ搬送体５２は、搬送基台５４と、搬送基台５４に沿って前後に移動可能な３本のウエハ搬送アーム５５・５６・５７とを備えており、ウエハ搬送アーム５５〜５７は、筒状支持体５１の側面開口部５１ｃを通過可能な大きさを有している。これらウエハ搬送アーム５５〜５７は、搬送基台５４内に内蔵されたモータおよびベルト機構によりそれぞれ独立して進退移動することが可能となっている。ウエハ搬送体５２は、モータ５８によってベルト５９を駆動させることにより昇降するようになっている。なお、符号４０は駆動プーリー、４１は従動プーリーである。
【００１７】
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ユニット（ＬＨＰ）１９と、２個の硬化（キュア）処理ユニット（ＤＬＣ）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、その上から順に２個のベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２と、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）２３と、２個のクーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４と、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５と、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２６とが積層されて構成されている。なお、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５は、クーリングプレートの機能を兼ね備えることが可能である。また、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２に代えて高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ）を設けることができる。
【００１８】
サイドキャビネット２は、バブラー（Ｂｕｂ）２７と各ユニットから排出される排気ガスの洗浄のためのトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有している。またバブラー（Ｂｕｂ）２７の下方には、電力供給源（図示せず）と、アドヒージョンプロモータや純水、アンモニア（ＮＨ３）ガス等を貯留するための薬液室（図示せず）と、ＳＯＤシステムにおいて使用された処理液の廃液を排出するためのドレイン２９とが設けられている。
【００１９】
上記のように構成されたＳＯＤシステムにおいて、例えば、ゾル−ゲル法によりウエハＷに層間絶縁膜を形成する場合には、一般的には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２→エージングユニット（ＤＡＣ）２１→ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））の順序で搬送し、処理する。なお、エージングユニット（ＤＡＣ）２１とベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））との間に、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３における処理を行ってもよい。
【００２０】
またシルク法およびスピードフィルム法によりウエハＷに層間絶縁膜を形成する場合には、一般的には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２（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ユニット（ＬＨＰ）１９・２３→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１（本薬液の塗布）→低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３→ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））→硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送し、処理する。
【００２１】
さらにフォックス法によりウエハＷに層間絶縁膜を形成する場合には、一般的には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２→低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３→ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））→硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送し、処理する。
【００２２】
上述した各種の方法においてＬｏｗ−ｋ材料の層間絶縁膜を形成する場合には、ウエハＷは、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１（または１２）で薬液が塗布されて塗布膜が形成された後にエージングユニット（ＤＡＣ）２１へ搬送されて処理され、次いで低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送され、処理される。なお、これら各種の方法によって形成される層間絶縁膜の材質には制限はなく、有機系、無機系およびハイブリッド系の各種材料を用いることが可能である。
【００２３】
次に図４にエージングユニット（ＤＡＣ）２１の構造とエージングユニット（ＤＡＣ）２１へ所定の組成を有するガスを供給するガス供給機構７０の構成を示す説明図を示す。エージングユニット（ＤＡＣ）２１は、ウエハＷを載置する載置プレート６１と、載置プレート６１に載置されたウエハＷを収容するチャンバ６２とを有している。また、ガス供給機構７０は、バブラー７１と、バブラー７１へアンモニアガス、純水をそれぞれ供給するラインと、バブラー７１からガス導入口６３へ水蒸気を含むアンモニアガスを供給するラインとを有している。さらに、ガス供給機構７０を用いたエージングユニット（ＤＡＣ）２１によるウエハＷの処理は制御装置６０により制御されるようになっている。
【００２４】
載置プレート６１の上面には図示しないプロキシミティピンが複数箇所に設けられており、ウエハＷは直接に載置プレート６１の上面に接触することなく、このプロキシミティピンに支持されるようになっている。また、載置プレート６１はジャケット構造となっており、温調循環装置６６によって所定の温度に調整された温調水をその内部に循環させることができるようになっている。これにより載置プレート６１の温度は所望する一定温度に保持されるため、載置プレート６１に載置されたウエハＷの温度を一定に保持することが可能となる。
【００２５】
なお、温調循環装置６６は、例えば、１５℃〜３０℃の温調水を調整して循環させることができるようになっており、温調循環装置６６で調整される温調水の温度と循環水流量は制御装置６０からの指令によって決定される。
【００２６】
チャンバ６２は昇降機構（図示せず）により昇降自在な蓋体６２ａと、載置プレート６１を収容可能な下部容器６２ｂから構成されており、下部容器６２ｂはＳＯＤシステムを構成しているフレーム等に固定されている。下部容器６２ｂには載置プレート６１を貫通してウエハＷを昇降させる昇降ピン６７が設けられている。蓋体６２ａを上方へ退避させ、かつ、この昇降ピン６７の上端を載置プレート６１より上側の所定位置へ上昇させた状態において、昇降ピン６７とウエハ搬送アーム５５〜５７との間のウエハＷの受け渡しが行われる。
【００２７】
蓋体６２ａの上面中央には、ガス供給機構７０から供給される水蒸気を含むアンモニアガス（ＮＨ３／Ｈ２Ｏ）をチャンバ６２の内部に導入するためのガス導入口６３が設けられている。また、蓋体６２ａには通風口６５ａが設けられた拡散板６５が取り付けられており、この通風口６５ａはガス導入口６３から供給された水蒸気を含むアンモニアガスがウエハＷに均一にダウンフローして供給されるように適所に設けられている。このように、ウエハＷに均一に水蒸気を含むアンモニアガスを供給することにより、ウエハＷの表面に形成された塗布膜の処理を均一に行うことが可能となる。
【００２８】
ウエハＷに供給された水蒸気を含むアンモニアガスは載置プレート６１と下部容器６２ｂの側壁との隙間を抜けて、下部容器６２ｂの底部に設けられた排気口６４から排気されるようになっている。
【００２９】
バブラー７１は、アンモニア水を貯留するタンク７３と、タンク７３内のアンモニア水の温度を測定する温度センサ７６と、タンク７３に貯留されたアンモニア水を所望する温度に調整するために所定の温度に調整された温調水を内部に流すことができる温調配管７４を有している。このガス供給機構７０の制御は温調循環装置６６の制御を行う制御装置６０によって行われる。
【００３０】
タンク７３には図示しないアンモニアガス源からアンモニアガスが供給されるようになっている。タンク７３に供給されるアンモニアガスはタンク７３に貯留されたアンモニア水をバブリングして、所定量のアンモニアと水蒸気を含んだ状態でタンク７３から排出され、蓋体６２ａに設けられたガス導入口６３へ送られる。アンモニアガスのタンク７３への供給量の制御はバルブ７２ａの開閉量を制御することによって行われ、このバルブ７２ａの動作制御は制御装置６０によって行われる。
【００３１】
タンク７３には、また、図示しない純水源から純水を供給することができるようになっている。タンク７３内に貯留されるアンモニア水はアンモニア飽和濃度となるが、タンク７３内のアンモニア水量が一定量よりも少なくなったときには、タンク７３に純水を供給してタンク内のアンモニア水量を増加させ、さらにアンモニアガスを供給することで薄められたアンモニア水を飽和濃度に至らしめることができる。純水の供給量はバルブ７２ｂの開閉量を操作することによって行われ、バルブ７２ｂの開閉動作もまた制御装置６０によって行われる。
【００３２】
なお、例えば、タンク７３内に水位センサを設けて、この水位センサがタンク７３内のアンモニア水が所定量以下となったことを検知した場合に、制御装置６０がバルブ７２ｂを開けて所定量の純水をタンク７３へ供給し、さらにタンク７３内のアンモニア水が飽和濃度に達するようにバルブ７２ａを開いてアンモニアガスをタンク７３へ供給するように構成することもできる。
【００３３】
制御装置６０は、タンク７３に貯留されたアンモニア水が設定された温度に保持されるように、温度センサ７６の検知温度を参照しながら、温調配管７４に温調循環装置７５において所定温度に調整された温調水を送る。温調循環装置７５で調整される温調水の温度と循環水流量もまた制御装置６０からの指令によって決定される。温調配管７４へ送液する温調水の温度を変化させてタンク７３内のアンモニア水の温度を変化させることにより、アンモニアガスに含まれる水蒸気量を変化させることができる。
【００３４】
このようにエージングユニット（ＤＡＣ）２１では、ウエハＷを載置する載置プレート６１が所定温度に調整され、また、タンク７３に貯留されたアンモニア水も所定温度に調整されているために、エージングユニット（ＤＡＣ）２１におけるウエハＷの処理条件を一定に保持することが可能である。このことはエージングユニット（ＤＡＣ）２１でのウエハＷの処理時間を一定にすることができることを意味しているが、このことを逆に利用すると、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を所望する時間に前もって決定しておき、その処理時間で確実にウエハＷを処理する条件を決定することができる。ウエハＷの処理時間を一定とすることによってタクトを一定とすることができ、またこれにより前後の工程とのタイミングを取って全工程の時間のロスを少なくすることが可能となり、スループットが向上する。
【００３５】
図５はエージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理条件を決定するために用いられる制御装置６０の構成を示す説明図である。制御装置６０は、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を入力する入力部６０ａと、データベース６０ｂと、ＣＰＵ６０ｃと、信号送信部６０ｄを有している。ＳＯＤシステムのオペレータは、入力部６０ａにエージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理時間を入力する。データベース６０ｂには、載置プレート６１の温度とチャンバ６２への水蒸気を含むアンモニアガスの供給量とアンモニアガス中の水蒸気量の３つのパラメータと処理時間との関係を表すデータが保存されている。
【００３６】
例えば、データベース６０ｂには、図６に示すように、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を６０秒とした場合における塗布膜の反応の進行度と載置プレート６１の温度との関係を示したデータが保存されている。同様に、データベース６０ｂには、別の処理時間における塗布膜の反応の進行度と載置プレート６１の温度との関係を示したデータや、載置プレート６１の温度を一定に保持した場合における塗布膜の反応の進行度と水蒸気を含むアンモニアガスの流量との関係を示すデータ、載置プレート６１の温度を一定に保持した場合における塗布膜の反応の進行度とアンモニアガス中の水蒸気量との関係を示すデータ等が保存されている。
【００３７】
ＣＰＵ６０ｃは、入力された処理時間での処理が可能な条件、つまり、載置プレート６１の温度とアンモニアガスの供給量とアンモニアガス中の水蒸気量をデータベース６０ｂのデータを参照して算出する。ＣＰＵ６０ｃにより算出された条件は１つとは限らず、オペレータは算出された複数の条件から１つの条件を選択できるようにすることができる。信号送信部６０ｄは、ＣＰＵ６０ｃで計算されたデータ信号またはオペレータにより決定された処理条件のデータ信号を温調循環装置６６・７５やバルブ７２ａ・７２ｂへ送信する。
【００３８】
なお、ＣＰＵ６０ｃによる計算の結果、載置プレート６１の温度と水蒸気を含むアンモニアガスの供給量とアンモニアガス中の水蒸気量が決定された場合に、その条件の一部を変更することができるようにしてもよい。例えば、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を指定して、ＣＰＵ６０ｃが計算した結果を画面表示させ、そのときの載置プレート６１の設定温度が２６℃であった場合にその値を２２℃へ変更するように画面から指示を行い、この指示に基づいてエージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を変更せずにその他の処理条件を変更するようにＣＰＵ６０ｃに再計算を行わせて、最終的な処理条件を決定する構成とすることもできる。
【００３９】
このような構成を有するエージングユニット（ＤＡＣ）２１を用いたウエハＷの処理工程の一例を図７に示す。以下、この図７に示した工程について説明する。最初にオペレータはエージングユニット（ＤＡＣ）２１の処理時間、例えば６０秒を入力部６０ａに入力して、制御装置６０にエージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理条件を決定させる（ステップ１）。このように処理時間を任意に設定することができるために、オペレータは他の処理ユニットとの関係でエージングユニット（ＤＡＣ）２１のタクトを変更しなければならない場合の処置を容易に行うことができる。
【００４０】
オペレータは必要に応じて処理条件を選択し、処理条件（載置プレート６１の温度、アンモニアガス供給量、アンモニア水保持温度（アンモニアガスに含まれる水蒸気量））を確定する（ステップ２）。こうしてエージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理条件が確定すると、制御装置６０から温調循環装置６６・７５等に制御信号が送られて、エージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理環境が整えられる（ステップ３）。このようにエージングユニット（ＤＡＣ）２１においては、従来行っていた処理条件を条件出しする工程を行う必要がない。
【００４１】
次に、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２において層間絶縁膜を形成するための塗布液が塗布されて塗布膜が形成されたウエハＷをエージングユニット（ＤＡＣ）２１のチャンバ６２内に収納し、所定量の水蒸気を含んだ所定流量のアンモニアガスをチャンバ６２内に供給し、ウエハＷの処理を行う（ステップ４）。エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間は一定であるために、ＳＯＤシステムに設けられた他のユニットにおける処理との関係を良好な条件に設定して、ＳＯＤシステムにおけるウエハＷの処理のスループットを上げることができる。
【００４２】
所定の処理時間が経過した後は、水蒸気を含むアンモニアガスの供給を停止して、ウエハＷをチャンバ６２から搬出し（ステップ５）、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２へ搬送してそこで所定の熱処理を行い、さらにウエハＷを硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０またはＳＯＤシステムに隣接された図示しない炉（ＦＮＣ）へ搬送して熱処理を行うことで、ウエハＷに層間絶縁膜が形成される。
【００４３】
上記実施の形態ではエージングユニット（ＤＡＣ）２１に水蒸気を含むアンモニアガスを送るためにバブラー７１を用いた場合について説明したが、エージングユニット（ＤＡＣ）２１への水蒸気およびアンモニアガスの供給方法は、これに限定されるものではない。
【００４４】
例えば、Ｌｏｗ−ｋ材料の中には、ウエハに塗布液を塗布して形成された塗布膜を所定量の水蒸気を含むガスを供給しながら熱処理することが必要とされるものがある。図８に水蒸気を含むガス雰囲気においてウエハＷの熱処理を行う加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を有するＳＯＤシステムの概略平面図を、図９に加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の概略構成と加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５からエージングユニット（ＤＡＣ）２１へのガス供給形態の一例を示す説明図をそれぞれ示す。
【００４５】
図８に示すＳＯＤシステムは、図１に示したＳＯＤシステムに設けられたウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８の後方に加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を設けた構造を有している。また、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５は、下段に純水を貯蔵する純水貯蔵部１５ｃが設けられ、上段にウエハＷを加湿雰囲気で熱処理するウエハ処理部１５ａが設けられ、純水貯蔵部１５ｃに貯蔵された純水を気化させて窒素ガスと混合し、所定の湿度に調整された窒素ガス（加湿ガス）をウエハ処理部１５ａへ送風する気化・送風部１５ｂが中段に設けられている。
【００４６】
エージングユニット（ＤＡＣ）２１のチャンバ６２へは、図示しないアンモニア源からアンモニアガスが送られ、かつ、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の気化・送風部１５ｂから加湿ガスが送られる。このアンモニアガスと加湿ガスはガス導入口６３に送られる前に混合して均一な処理ガスとすることが好ましい。この場合には、バブラー７１を設けることなく、エージングユニット（ＤＡＣ）２１において、ウエハＷを水蒸気を含むアンモニアガス雰囲気下で処理することができる。制御装置６０のデータベース６０ｂには、水蒸気とアンモニアと窒素の混合ガスを用いた場合のウエハＷの処理条件に関するデータを保存しておき、このデータから処理条件を決定すればよい。
【００４７】
なお、チャンバ６２内には窒素ガスが供給されるが、この窒素ガスは塗布膜には何ら悪影響を及ぼさない。また、気化・送風部１５ｂにアンモニアガスを供給してこのアンモニアガスに水蒸気を含ませるラインを、窒素ガスに水蒸気を含ませるラインとは別に設けることもできる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては水蒸気を含むアンモニアガスを処理ガスとして用いる場合を例に挙げたが、有機溶剤の蒸気を含ませたアンモニアガスを処理ガスとして用い、または水蒸気を含むアンモニアガス以外のガスを処理ガスとして用いて基板を処理する装置に対して本発明を適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、基板の処理時間を所望する一定時間に設定して基板を処理することができるために、処理時間の条件出しを処理の都度行わなくともよい。これにより処理効率が高められる。また基板の処理時間を一定とすることができるために、タクトを一定とすることができる。これにより前後の工程とのタイミングを取って全工程の時間のロスを少なくすることが可能となるために、スループットを向上させることもできる。さらに他の処理ユニットとの関係でタクトを変更する場合の処理条件の決定を容易に行うことができる。さらにまた基板に形成された塗布膜の処理状態を一定とすることができるために、基板の品質を一定の高い水準に保つことが可能となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＤシステムの概略構造を示す平面図。
【図２】図１記載のＳＯＤシステムの側面図。
【図３】図１記載のＳＯＤシステムの別の側面図。
【図４】エージングユニットの構造とエージングユニットへ所定のガスを供給するガス供給機構の構成を示す説明図。
【図５】制御装置の構成を示す説明図。
【図６】塗布膜の反応の進行度と載置プレートの温度との関係を示す説明図。
【図７】エージングユニットを用いたウエハの処理工程の一例を示す説明図。
【図８】加湿熱処理ユニットを有するＳＯＤシステムの概略平面図。
【図９】加湿熱処理ユニットの概略構成と加湿熱処理ユニットからエージングユニットへのガス供給形態の一例を示す説明図。
【図１０】従来のエージングユニットの概略構造を示す断面図。
【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・１２；塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１５；加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）
１６・１７；処理ユニット群
１８；ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）
２１；エージングユニット（ＤＡＣ）
５５〜５７；ウエハ搬送アーム
６０；制御装置
６０ａ；入力部
６０ｂ；データベース
６０ｃ；ＣＰＵ
６０ｄ；信号送信部
６１；載置プレート
６２；チャンバ
６５；拡散板
６５ａ；通風口
６６；温調循環装置
７０；ガス供給機構
７１；バブラー
７３；タンク
７４；温調配管
７５；温調循環装置
Ｗ；半導体ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウエハ等の基板に層間絶縁膜等を形成する際に用いられる基板処理装置および基板処理方法ならびに基板処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハに層間絶縁膜等の誘電体膜を形成する方法として、ＳＯＤ（spin on dielectric）システムを用いてウエハに塗布液を塗布して塗布膜を形成した後に加熱等の物理的処理を施す方法が知られている。塗布膜の形成方法としては、一般的に、停止または回転する半導体ウエハの略中心に塗布液を塗布し、その後に半導体ウエハを所定の回転数で回転させることによって塗布液を半導体ウエハ全体に拡げる方法（スピンコート）が用いられている。
【０００３】
近時、このような層間絶縁膜として誘電率の低い材料が要求されているために、所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料と呼ばれる材料が種々開発されている。このようなＬｏｗ−ｋ材料の中には、ウエハに形成された塗布膜を所定量の水蒸気を含むアンモニア（ＮＨ３）ガス雰囲気で処理することが必要とされるものがある。
【０００４】
このような水蒸気を含むアンモニアガス雰囲気でウエハを処理するユニットとしては、図１０の断面図に示すエージングユニット９０がある。このエージングユニット９０は、ウエハＷを載置する載置プレート９１と、載置プレート９１を収容するチャンバ９２とを有している。チャンバ９２は下部容器９２ａと蓋体９２ｂとからなり、下部容器９２ａの底部には水蒸気を含むアンモニアガス（ＮＨ３／Ｈ２Ｏ）をチャンバ９２内に供給するためのガス供給口９５ａが設けられ、また蓋体９２ｂの中央部にはチャンバ９２内に導入された水蒸気を含むアンモニアガスを排気するための排気口９５ｂが設けられている。
【０００５】
エージングユニット９０へ水蒸気を含むアンモニアガスを供給する装置としては、一般的にタンク内に貯留したアンモニア水にアンモニアガスを吹き込んでバブリングさせるバブラーが用いられている。このバブラー内のアンモニア水は一定温度に保持されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は載置プレート９１の温度調整は行われていなかった。そのためにエージングユニット９０におけるウエハＷの処理温度は、エージングユニット９０が設けられた場所の環境の影響を大きく受けていた。この場合には、塗布膜の反応の進行の程度を一定に保つために、エージングユニット９０における処理時間を変更しなければならず、このために、例えば、１日に１回の頻度で処理環境に応じた処理時間を決定する条件出しの作業を行う必要があった。また、決定された処理時間が変化することでタクトを変更する必要もあった。さらに、この条件出しによって求められたエージングユニット９０での処理時間が、例えば５分という程度に長くなると、ＳＯＤシステムにおけるウエハの処理のスループットが低下する問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、塗布膜に所定の処理を施す時間を一定にすることを可能とする基板処理装置および基板処理方法ならびに基板処理システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によれば、塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を処理する基板処理装置であって、基板を載置する載置プレートと、前記載置プレートの温度を調節するプレート温調機構と、前記載置プレートに載置された基板を収容するチャンバと、前記チャンバに所定量の水蒸気を含むアンモニアガスを供給するガス供給機構と、前記プレート温調機構および前記ガス供給機構を制御する制御機構と、を具備し、前記制御機構は、基板の処理時間を入力する入力部と、前記入力部に入力された基板の処理時間と前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各パラメータとの関係を表すデータベースと、前記入力部に入力された処理時間で基板の処理が終了するように、前記データベースを参照して前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各データを算出する演算部と、前記演算部で算出されたデータ信号を前記プレート温調機構および前記ガス供給機構へ送信する信号送信部と、を有し、前記制御機構が、前記演算部により算出されたデータ信号を前記信号送信部により前記プレート温調機構および前記ガス供給機構に送信して、前記プレート温調機構による載置プレートの温度、前記ガス供給機構によるアンモニアガスの供給量、前記ガス供給機構によって供給されるアンモニアガス中の水蒸気量を制御することにより、前記入力部に入力された処理時間で基板を処理することを特徴とする基板処理装置、が提供される。
【０００９】
また本発明によれば、塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を載置プレートに載置してチャンバ内に収容した状態で、前記載置プレートの温度を調整しつつ前記チャンバ内に所定量の水蒸気を含むアンモニアガスを供給することにより基板を処理する基板処理方法であって、基板の処理時間と前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各パラメータとの関係を表すデータベースを準備する工程と、基板の処理時間を設定する工程と、設定した処理時間で基板の処理が終了するように、前記データベースを参照して前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量を算出する工程と、前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量をそれぞれ算出量に制御することにより、設定した処理時間で基板を処理する工程と、を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【００１０】
このような基板処理装置および基板処理方法によれば、塗布膜が形成された基板を処理する際の条件出しを行わなくともよいために、処理効率が高められる。また基板の処理時間を一定とすることができるために、タクトを一定とすることができる。これにより前後の工程とのタイミングを取って全工程の時間のロスを少なくすることが可能となるために、スループットを向上させることもできる。さらに他の処理ユニットとの関係でタクトを変更する場合の処理条件の決定を容易に行うことができる。さらにまた基板に形成された塗布膜の処理状態を一定とすることができるために、基板の品質を一定に保つことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは本発明をＳＯＤシステムに搭載されているエージングユニット（ＤＡＣ）に適用し、半導体ウエハに層間絶縁膜を形成する場合について説明することとする。
【００１２】
図１は上記ＳＯＤシステムの平面図であり、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処理ユニット群の側面図である。
【００１３】
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。処理部１には、図１および図２に示すように、手前側上部に塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２が設けられている。また塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２の下方には塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２で用いられる塗布液（薬液）やこの塗布液を送液するためのポンプ等を内蔵したケミカルユニット１３・１４が設けられている。
【００１４】
処理部１の中央部には、図１および図３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、昇降して半導体ウエハ（ウエハ）Ｗを搬送するためのウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８が設けられている。
【００１５】
ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８は、Ｚ方向に延在し、垂直壁５１ａ・５１ｂおよびこれらの間の側面開口部５１ｃを有する筒状支持体５１と、その内側に筒状支持体５１に沿ってＺ方向に昇降自在に設けられたウエハ搬送体５２とを有している。筒状支持体５１はモータ５３の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送体５２も一体的に回転されるようになっている。
【００１６】
ウエハ搬送体５２は、搬送基台５４と、搬送基台５４に沿って前後に移動可能な３本のウエハ搬送アーム５５・５６・５７とを備えており、ウエハ搬送アーム５５〜５７は、筒状支持体５１の側面開口部５１ｃを通過可能な大きさを有している。これらウエハ搬送アーム５５〜５７は、搬送基台５４内に内蔵されたモータおよびベルト機構によりそれぞれ独立して進退移動することが可能となっている。ウエハ搬送体５２は、モータ５８によってベルト５９を駆動させることにより昇降するようになっている。なお、符号４０は駆動プーリー、４１は従動プーリーである。
【００１７】
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ユニット（ＬＨＰ）１９と、２個の硬化（キュア）処理ユニット（ＤＬＣ）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、その上から順に２個のベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２と、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）２３と、２個のクーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４と、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５と、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２６とが積層されて構成されている。なお、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５は、クーリングプレートの機能を兼ね備えることが可能である。また、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２に代えて高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ）を設けることができる。
【００１８】
サイドキャビネット２は、バブラー（Ｂｕｂ）２７と各ユニットから排出される排気ガスの洗浄のためのトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有している。またバブラー（Ｂｕｂ）２７の下方には、電力供給源（図示せず）と、アドヒージョンプロモータや純水、アンモニア（ＮＨ３）ガス等を貯留するための薬液室（図示せず）と、ＳＯＤシステムにおいて使用された処理液の廃液を排出するためのドレイン２９とが設けられている。
【００１９】
上記のように構成されたＳＯＤシステムにおいて、例えば、ゾル−ゲル法によりウエハＷに層間絶縁膜を形成する場合には、一般的には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２→エージングユニット（ＤＡＣ）２１→ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））の順序で搬送し、処理する。なお、エージングユニット（ＤＡＣ）２１とベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））との間に、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３における処理を行ってもよい。
【００２０】
またシルク法およびスピードフィルム法によりウエハＷに層間絶縁膜を形成する場合には、一般的には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２（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ユニット（ＬＨＰ）１９・２３→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１（本薬液の塗布）→低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３→ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））→硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送し、処理する。
【００２１】
さらにフォックス法によりウエハＷに層間絶縁膜を形成する場合には、一般的には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２→低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３→ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））→硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送し、処理する。
【００２２】
上述した各種の方法においてＬｏｗ−ｋ材料の層間絶縁膜を形成する場合には、ウエハＷは、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１（または１２）で薬液が塗布されて塗布膜が形成された後にエージングユニット（ＤＡＣ）２１へ搬送されて処理され、次いで低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２（または高温用のホットプレートユニット（ＯＨＰ））、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送され、処理される。なお、これら各種の方法によって形成される層間絶縁膜の材質には制限はなく、有機系、無機系およびハイブリッド系の各種材料を用いることが可能である。
【００２３】
次に図４にエージングユニット（ＤＡＣ）２１の構造とエージングユニット（ＤＡＣ）２１へ所定の組成を有するガスを供給するガス供給機構７０の構成を示す説明図を示す。エージングユニット（ＤＡＣ）２１は、ウエハＷを載置する載置プレート６１と、載置プレート６１に載置されたウエハＷを収容するチャンバ６２とを有している。また、ガス供給機構７０は、バブラー７１と、バブラー７１へアンモニアガス、純水をそれぞれ供給するラインと、バブラー７１からガス導入口６３へ水蒸気を含むアンモニアガスを供給するラインとを有している。さらに、ガス供給機構７０を用いたエージングユニット（ＤＡＣ）２１によるウエハＷの処理は制御装置６０により制御されるようになっている。
【００２４】
載置プレート６１の上面には図示しないプロキシミティピンが複数箇所に設けられており、ウエハＷは直接に載置プレート６１の上面に接触することなく、このプロキシミティピンに支持されるようになっている。また、載置プレート６１はジャケット構造となっており、温調循環装置６６によって所定の温度に調整された温調水をその内部に循環させることができるようになっている。これにより載置プレート６１の温度は所望する一定温度に保持されるため、載置プレート６１に載置されたウエハＷの温度を一定に保持することが可能となる。
【００２５】
なお、温調循環装置６６は、例えば、１５℃〜３０℃の温調水を調整して循環させることができるようになっており、温調循環装置６６で調整される温調水の温度と循環水流量は制御装置６０からの指令によって決定される。
【００２６】
チャンバ６２は昇降機構（図示せず）により昇降自在な蓋体６２ａと、載置プレート６１を収容可能な下部容器６２ｂから構成されており、下部容器６２ｂはＳＯＤシステムを構成しているフレーム等に固定されている。下部容器６２ｂには載置プレート６１を貫通してウエハＷを昇降させる昇降ピン６７が設けられている。蓋体６２ａを上方へ退避させ、かつ、この昇降ピン６７の上端を載置プレート６１より上側の所定位置へ上昇させた状態において、昇降ピン６７とウエハ搬送アーム５５〜５７との間のウエハＷの受け渡しが行われる。
【００２７】
蓋体６２ａの上面中央には、ガス供給機構７０から供給される水蒸気を含むアンモニアガス（ＮＨ３／Ｈ２Ｏ）をチャンバ６２の内部に導入するためのガス導入口６３が設けられている。また、蓋体６２ａには通風口６５ａが設けられた拡散板６５が取り付けられており、この通風口６５ａはガス導入口６３から供給された水蒸気を含むアンモニアガスがウエハＷに均一にダウンフローして供給されるように適所に設けられている。このように、ウエハＷに均一に水蒸気を含むアンモニアガスを供給することにより、ウエハＷの表面に形成された塗布膜の処理を均一に行うことが可能となる。
【００２８】
ウエハＷに供給された水蒸気を含むアンモニアガスは載置プレート６１と下部容器６２ｂの側壁との隙間を抜けて、下部容器６２ｂの底部に設けられた排気口６４から排気されるようになっている。
【００２９】
バブラー７１は、アンモニア水を貯留するタンク７３と、タンク７３内のアンモニア水の温度を測定する温度センサ７６と、タンク７３に貯留されたアンモニア水を所望する温度に調整するために所定の温度に調整された温調水を内部に流すことができる温調配管７４を有している。このガス供給機構７０の制御は温調循環装置６６の制御を行う制御装置６０によって行われる。
【００３０】
タンク７３には図示しないアンモニアガス源からアンモニアガスが供給されるようになっている。タンク７３に供給されるアンモニアガスはタンク７３に貯留されたアンモニア水をバブリングして、所定量のアンモニアと水蒸気を含んだ状態でタンク７３から排出され、蓋体６２ａに設けられたガス導入口６３へ送られる。アンモニアガスのタンク７３への供給量の制御はバルブ７２ａの開閉量を制御することによって行われ、このバルブ７２ａの動作制御は制御装置６０によって行われる。
【００３１】
タンク７３には、また、図示しない純水源から純水を供給することができるようになっている。タンク７３内に貯留されるアンモニア水はアンモニア飽和濃度となるが、タンク７３内のアンモニア水量が一定量よりも少なくなったときには、タンク７３に純水を供給してタンク内のアンモニア水量を増加させ、さらにアンモニアガスを供給することで薄められたアンモニア水を飽和濃度に至らしめることができる。純水の供給量はバルブ７２ｂの開閉量を操作することによって行われ、バルブ７２ｂの開閉動作もまた制御装置６０によって行われる。
【００３２】
なお、例えば、タンク７３内に水位センサを設けて、この水位センサがタンク７３内のアンモニア水が所定量以下となったことを検知した場合に、制御装置６０がバルブ７２ｂを開けて所定量の純水をタンク７３へ供給し、さらにタンク７３内のアンモニア水が飽和濃度に達するようにバルブ７２ａを開いてアンモニアガスをタンク７３へ供給するように構成することもできる。
【００３３】
制御装置６０は、タンク７３に貯留されたアンモニア水が設定された温度に保持されるように、温度センサ７６の検知温度を参照しながら、温調配管７４に温調循環装置７５において所定温度に調整された温調水を送る。温調循環装置７５で調整される温調水の温度と循環水流量もまた制御装置６０からの指令によって決定される。温調配管７４へ送液する温調水の温度を変化させてタンク７３内のアンモニア水の温度を変化させることにより、アンモニアガスに含まれる水蒸気量を変化させることができる。
【００３４】
このようにエージングユニット（ＤＡＣ）２１では、ウエハＷを載置する載置プレート６１が所定温度に調整され、また、タンク７３に貯留されたアンモニア水も所定温度に調整されているために、エージングユニット（ＤＡＣ）２１におけるウエハＷの処理条件を一定に保持することが可能である。このことはエージングユニット（ＤＡＣ）２１でのウエハＷの処理時間を一定にすることができることを意味しているが、このことを逆に利用すると、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を所望する時間に前もって決定しておき、その処理時間で確実にウエハＷを処理する条件を決定することができる。ウエハＷの処理時間を一定とすることによってタクトを一定とすることができ、またこれにより前後の工程とのタイミングを取って全工程の時間のロスを少なくすることが可能となり、スループットが向上する。
【００３５】
図５はエージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理条件を決定するために用いられる制御装置６０の構成を示す説明図である。制御装置６０は、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を入力する入力部６０ａと、データベース６０ｂと、ＣＰＵ６０ｃと、信号送信部６０ｄを有している。ＳＯＤシステムのオペレータは、入力部６０ａにエージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理時間を入力する。データベース６０ｂには、載置プレート６１の温度とチャンバ６２への水蒸気を含むアンモニアガスの供給量とアンモニアガス中の水蒸気量の３つのパラメータと処理時間との関係を表すデータが保存されている。
【００３６】
例えば、データベース６０ｂには、図６に示すように、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を６０秒とした場合における塗布膜の反応の進行度と載置プレート６１の温度との関係を示したデータが保存されている。同様に、データベース６０ｂには、別の処理時間における塗布膜の反応の進行度と載置プレート６１の温度との関係を示したデータや、載置プレート６１の温度を一定に保持した場合における塗布膜の反応の進行度と水蒸気を含むアンモニアガスの流量との関係を示すデータ、載置プレート６１の温度を一定に保持した場合における塗布膜の反応の進行度とアンモニアガス中の水蒸気量との関係を示すデータ等が保存されている。
【００３７】
ＣＰＵ６０ｃは、入力された処理時間での処理が可能な条件、つまり、載置プレート６１の温度とアンモニアガスの供給量とアンモニアガス中の水蒸気量をデータベース６０ｂのデータを参照して算出する。ＣＰＵ６０ｃにより算出された条件は１つとは限らず、オペレータは算出された複数の条件から１つの条件を選択できるようにすることができる。信号送信部６０ｄは、ＣＰＵ６０ｃで計算されたデータ信号またはオペレータにより決定された処理条件のデータ信号を温調循環装置６６・７５やバルブ７２ａ・７２ｂへ送信する。
【００３８】
なお、ＣＰＵ６０ｃによる計算の結果、載置プレート６１の温度と水蒸気を含むアンモニアガスの供給量とアンモニアガス中の水蒸気量が決定された場合に、その条件の一部を変更することができるようにしてもよい。例えば、エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を指定して、ＣＰＵ６０ｃが計算した結果を画面表示させ、そのときの載置プレート６１の設定温度が２６℃であった場合にその値を２２℃へ変更するように画面から指示を行い、この指示に基づいてエージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間を変更せずにその他の処理条件を変更するようにＣＰＵ６０ｃに再計算を行わせて、最終的な処理条件を決定する構成とすることもできる。
【００３９】
このような構成を有するエージングユニット（ＤＡＣ）２１を用いたウエハＷの処理工程の一例を図７に示す。以下、この図７に示した工程について説明する。最初にオペレータはエージングユニット（ＤＡＣ）２１の処理時間、例えば６０秒を入力部６０ａに入力して、制御装置６０にエージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理条件を決定させる（ステップ１）。このように処理時間を任意に設定することができるために、オペレータは他の処理ユニットとの関係でエージングユニット（ＤＡＣ）２１のタクトを変更しなければならない場合の処置を容易に行うことができる。
【００４０】
オペレータは必要に応じて処理条件を選択し、処理条件（載置プレート６１の温度、アンモニアガス供給量、アンモニア水保持温度（アンモニアガスに含まれる水蒸気量））を確定する（ステップ２）。こうしてエージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理条件が確定すると、制御装置６０から温調循環装置６６・７５等に制御信号が送られて、エージングユニット（ＤＡＣ）２１における処理環境が整えられる（ステップ３）。このようにエージングユニット（ＤＡＣ）２１においては、従来行っていた処理条件を条件出しする工程を行う必要がない。
【００４１】
次に、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２において層間絶縁膜を形成するための塗布液が塗布されて塗布膜が形成されたウエハＷをエージングユニット（ＤＡＣ）２１のチャンバ６２内に収納し、所定量の水蒸気を含んだ所定流量のアンモニアガスをチャンバ６２内に供給し、ウエハＷの処理を行う（ステップ４）。エージングユニット（ＤＡＣ）２１での処理時間は一定であるために、ＳＯＤシステムに設けられた他のユニットにおける処理との関係を良好な条件に設定して、ＳＯＤシステムにおけるウエハＷの処理のスループットを上げることができる。
【００４２】
所定の処理時間が経過した後は、水蒸気を含むアンモニアガスの供給を停止して、ウエハＷをチャンバ６２から搬出し（ステップ５）、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２へ搬送してそこで所定の熱処理を行い、さらにウエハＷを硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０またはＳＯＤシステムに隣接された図示しない炉（ＦＮＣ）へ搬送して熱処理を行うことで、ウエハＷに層間絶縁膜が形成される。
【００４３】
上記実施の形態ではエージングユニット（ＤＡＣ）２１に水蒸気を含むアンモニアガスを送るためにバブラー７１を用いた場合について説明したが、エージングユニット（ＤＡＣ）２１への水蒸気およびアンモニアガスの供給方法は、これに限定されるものではない。
【００４４】
例えば、Ｌｏｗ−ｋ材料の中には、ウエハに塗布液を塗布して形成された塗布膜を所定量の水蒸気を含むガスを供給しながら熱処理することが必要とされるものがある。図８に水蒸気を含むガス雰囲気においてウエハＷの熱処理を行う加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を有するＳＯＤシステムの概略平面図を、図９に加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の概略構成と加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５からエージングユニット（ＤＡＣ）２１へのガス供給形態の一例を示す説明図をそれぞれ示す。
【００４５】
図８に示すＳＯＤシステムは、図１に示したＳＯＤシステムに設けられたウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８の後方に加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を設けた構造を有している。また、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５は、下段に純水を貯蔵する純水貯蔵部１５ｃが設けられ、上段にウエハＷを加湿雰囲気で熱処理するウエハ処理部１５ａが設けられ、純水貯蔵部１５ｃに貯蔵された純水を気化させて窒素ガスと混合し、所定の湿度に調整された窒素ガス（加湿ガス）をウエハ処理部１５ａへ送風する気化・送風部１５ｂが中段に設けられている。
【００４６】
エージングユニット（ＤＡＣ）２１のチャンバ６２へは、図示しないアンモニア源からアンモニアガスが送られ、かつ、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の気化・送風部１５ｂから加湿ガスが送られる。このアンモニアガスと加湿ガスはガス導入口６３に送られる前に混合して均一な処理ガスとすることが好ましい。この場合には、バブラー７１を設けることなく、エージングユニット（ＤＡＣ）２１において、ウエハＷを水蒸気を含むアンモニアガス雰囲気下で処理することができる。制御装置６０のデータベース６０ｂには、水蒸気とアンモニアと窒素の混合ガスを用いた場合のウエハＷの処理条件に関するデータを保存しておき、このデータから処理条件を決定すればよい。
【００４７】
なお、チャンバ６２内には窒素ガスが供給されるが、この窒素ガスは塗布膜には何ら悪影響を及ぼさない。また、気化・送風部１５ｂにアンモニアガスを供給してこのアンモニアガスに水蒸気を含ませるラインを、窒素ガスに水蒸気を含ませるラインとは別に設けることもできる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては水蒸気を含むアンモニアガスを処理ガスとして用いる場合を例に挙げたが、有機溶剤の蒸気を含ませたアンモニアガスを処理ガスとして用い、または水蒸気を含むアンモニアガス以外のガスを処理ガスとして用いて基板を処理する装置に対して本発明を適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、基板の処理時間を所望する一定時間に設定して基板を処理することができるために、処理時間の条件出しを処理の都度行わなくともよい。これにより処理効率が高められる。また基板の処理時間を一定とすることができるために、タクトを一定とすることができる。これにより前後の工程とのタイミングを取って全工程の時間のロスを少なくすることが可能となるために、スループットを向上させることもできる。さらに他の処理ユニットとの関係でタクトを変更する場合の処理条件の決定を容易に行うことができる。さらにまた基板に形成された塗布膜の処理状態を一定とすることができるために、基板の品質を一定の高い水準に保つことが可能となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＤシステムの概略構造を示す平面図。
【図２】図１記載のＳＯＤシステムの側面図。
【図３】図１記載のＳＯＤシステムの別の側面図。
【図４】エージングユニットの構造とエージングユニットへ所定のガスを供給するガス供給機構の構成を示す説明図。
【図５】制御装置の構成を示す説明図。
【図６】塗布膜の反応の進行度と載置プレートの温度との関係を示す説明図。
【図７】エージングユニットを用いたウエハの処理工程の一例を示す説明図。
【図８】加湿熱処理ユニットを有するＳＯＤシステムの概略平面図。
【図９】加湿熱処理ユニットの概略構成と加湿熱処理ユニットからエージングユニットへのガス供給形態の一例を示す説明図。
【図１０】従来のエージングユニットの概略構造を示す断面図。
【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・１２；塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１５；加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）
１６・１７；処理ユニット群
１８；ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）
２１；エージングユニット（ＤＡＣ）
５５〜５７；ウエハ搬送アーム
６０；制御装置
６０ａ；入力部
６０ｂ；データベース
６０ｃ；ＣＰＵ
６０ｄ；信号送信部
６１；載置プレート
６２；チャンバ
６５；拡散板
６５ａ；通風口
６６；温調循環装置
７０；ガス供給機構
７１；バブラー
７３；タンク
７４；温調配管
７５；温調循環装置
Ｗ；半導体ウエハ
Claims (6)
- 塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を処理する基板処理装置であって、
基板を載置する載置プレートと、
前記載置プレートの温度を調節するプレート温調機構と、
前記載置プレートに載置された基板を収容するチャンバと、
前記チャンバに所定量の水蒸気を含むアンモニアガスを供給するガス供給機構と、
前記プレート温調機構および前記ガス供給機構を制御する制御機構と、
を具備し、
前記制御機構は、
基板の処理時間を入力する入力部と、
前記入力部に入力された基板の処理時間と前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各パラメータとの関係を表すデータベースと、
前記入力部に入力された処理時間で基板の処理が終了するように、前記データベースを参照して前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各データを算出する演算部と、
前記演算部で算出されたデータ信号を前記プレート温調機構および前記ガス供給機構へ送信する信号送信部と、
を有し、
前記制御機構が、前記演算部により算出されたデータ信号を前記信号送信部により前記プレート温調機構および前記ガス供給機構に送信して、前記プレート温調機構による載置プレートの温度、前記ガス供給機構によるアンモニアガスの供給量、前記ガス供給機構によって供給されるアンモニアガス中の水蒸気量を制御することにより、前記入力部に入力された処理時間で基板を処理することを特徴とする基板処理装置。 - 前記チャンバは、
前記載置プレートを収容する下部容器と、前記下部容器の上面開口部を閉塞する蓋体と、を具備し、
前記蓋体は、
前記ガス供給機構から供給されるガスを前記チャンバ内に導入するガス導入口と、前記ガス導入口から前記チャンバ内に導入されたガスが前記載置プレートに載置された基板に略均一にダウンフローするように所定位置に通風口が設けられて略水平姿勢に保持された拡散板と、を有し、
前記下部容器は、
前記ガス導入口から前記チャンバ内に導入されたガスを前記チャンバの外部へ排出する排気口をその底部に有することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。 - 前記ガス供給機構は、
所定濃度のアンモニア水を貯留し、前記アンモニアガスにより前記アンモニア水をバブリングするバブラーと、
前記バブラーに貯留されたアンモニア水を温度調節するバブラー温調機構と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。 - 塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を載置プレートに載置してチャンバ内に収容した状態で、前記載置プレートの温度を調整しつつ前記チャンバ内に所定量の水蒸気を含むアンモニアガスを供給することにより基板を処理する基板処理方法であって、
基板の処理時間と前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量の各パラメータとの関係を表すデータベースを準備する工程と、
基板の処理時間を設定する工程と、
設定した処理時間で基板の処理が終了するように、前記データベースを参照して前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量を算 出する工程と、
前記載置プレートの温度、前記アンモニアガスの供給量、前記アンモニアガス中の水蒸気量をそれぞれ算出量に制御することにより、設定した処理時間で基板を処理する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。 - 前記アンモニアガス中の水蒸気量の制御は、
アンモニア水を貯留するバブラーを用いて、
前記バブラーに貯留されるアンモニア水の温度と、前記バブラーに供給するアンモニアガスの流量を調整することによって行われることを特徴とする請求項４に記載の基板処理方法。 - 塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を、水蒸気を含むアンモニアガス雰囲気で処理する基板処理ユニットと、
塗布液が塗布されて塗布膜が形成された基板を、水蒸気を含むガス雰囲気で熱処理する加湿熱処理ユニットと、
を具備する基板処理システムであって、
前記基板処理ユニットは、
基板を載置する載置プレートと、
前記載置プレートの温度を調節するプレート温調機構と、
前記載置プレートに載置された基板を収容するチャンバと、
前記チャンバに所定量の水蒸気を含むアンモニアガスを供給するガス供給機構と、
基板の処理時間を入力する入力部を有し、前記入力部に入力された処理時間で基板の処理が終了するように、前記載置プレートの温度と前記アンモニアガスの供給量と前記アンモニアガスに含まれる水蒸気量とを制御する制御機構と、
を備え、
前記ガス供給機構は、前記加湿熱処理ユニットで生成された水蒸気をアンモニアガスと混合して前記チャンバに供給することを特徴とする基板処理システム。
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