JP4048189B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス製造等の技術分野に属し、特に例えば基板上に塗布された絶縁膜材料の表面に紫外線による処理を施す基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、例えば、ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）システムにより層間絶縁膜を形成している。このＳＯＤシステムでは、ゾル−ゲル方法、シルク方法、スピードフィルム方法、およびフォックス方法等により、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。

例えばゾル−ゲル方法により層間絶縁膜を形成する場合には、まず半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と呼ぶ。）上に絶縁膜材料、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のコロイドを有機溶媒に分散させた溶液を供給する。次に、溶液が供給されたウエハをゲル化処理し、次いで溶媒の置換を行う。そして、溶媒の置換されたウエハを加熱処理している。

なお、本発明に関する先行技術文献としては、下記の特許文献１、２等がある。
特開平１１−１３５４９７号公報（段落[００２７]−[００４３]） 特開平０７−１４２４５９号公報（段落[００８８]−[０１００]）

ところで、ウエハ上に層間絶縁膜を例えば厚くかつ平坦に形成するために、ウエハ上に絶縁膜材料を２〜３回程度重ねて塗布することが従来から行われているが、塗布後の絶縁膜材料の表面は一般的に接触角が大きいため、その上に更に絶縁膜材料を塗布したときに上層の絶縁膜材料の表面が凹凸になる、という問題がある。

本発明は、このような事情に基づきなされたもので、基板上に絶縁膜を厚くかつより平坦に形成することができる基板処理装置を提供することを目的としている。

本発明の別の目的は、絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる基板処理装置を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば、絶縁膜材料が塗布された基板を保持する保持板と、前記保持板上に配置され、前記絶縁膜材料の表面に紫外線を照射する紫外線照射ランプと、前記保持板上に保持された基板と前記紫外線照射ランプとの間を不活性ガス雰囲気にする手段と、少なくとも前記保持板上に保持された基板の絶縁膜材料の表面上の不活性ガス雰囲気を酸素が５％以上含有されている酸素ガス雰囲気に切り替える手段と、前記不活性ガス雰囲気中で、その後、前記酸素ガス雰囲気中で、前記紫外線が照射されるように、前記切り替える手段を制御する制御手段と、前記紫外線照射ランプの照度をモニターする照度モニターと、前記紫外線照射ランプまたは前記保持板を昇降させるための昇降駆動機構とを具備する基板処理装置が提供される。

このような構成では、保持板上に保持された基板と紫外線照射ランプとの間を不活性ガス雰囲気にして紫外線照射ランプから基板上に紫外線を照射し、そしてその後基板の表面上の不活性ガス雰囲気を酸素雰囲気に切り替えるように構成しているので、絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。

本発明の第２の観点によれば、絶縁膜材料が塗布された基板を保持すると共に第１の領域とこの第１の領域より下方の第２の領域との間で昇降可能な保持板と、前記保持板を前記第１の領域と前記第２の領域との間で昇降駆動する昇降駆動機構と、前記保持板上に配置され、前記保持板により保持された前記基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に紫外線を施す紫外線照射ランプと、前記第１の領域に向けて不活性ガスを噴出する手段と、前記第２の領域に向けて酸素ガスを噴出する手段とを具備する基板処理装置が提供される。

このような構成によれば、基板を第１の領域から第２の領域に降下させるだけで不活性ガス雰囲気から酸素雰囲気に切り替えることができ、基板を第２の領域から第１の領域に上昇させるだけで酸素雰囲気から不活性ガス雰囲気に切り替えることができる。従って、保持板上で基板を昇降させることによって絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。

本発明の第３の観点によれば、絶縁膜材料が塗布された基板を第１の領域とこの第１の領域より下方の第２の領域との間で昇降可能に保持する保持板と、前記保持板により保持された基板を前記第１の領域と前記第２の領域との間で昇降駆動する昇降駆動機構と、前記保持板上に配置され、前記保持板により保持された前記基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に紫外線を照射する紫外線照射ランプと、前記第１の領域に向けて不活性ガスを噴出する手段と、前記第２の領域に向けて酸素ガスを噴出する手段とを具備する基板処理装置が提供される。

このような構成によれば、基板を保持する保持板を第１の領域から第２の領域に降下させるだけで不活性ガス雰囲気から酸素雰囲気に切り替えることができ、保持板を第２の領域から第１の領域に上昇させるだけで酸素雰囲気から不活性ガス雰囲気に切り替えることができる。従って、保持板を昇降させることによって絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。

本発明の第４の観点によれば、絶縁膜材料が塗布された基板を保持すると共に回転可能な保持板と、前記保持板を回転駆動する回転駆動機構と、前記保持板の少なくとも回転直径方向に沿って該保持板上に配置され、前記保持板により保持された基板に塗布されている絶縁膜材料に紫外線を照射する紫外線照射ランプと、前記紫外線照射ランプの一側に沿って配置され、前記保持板上に保持された基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に向けて不活性ガスを噴出する不活性ガス噴出部と、前記紫外線照射ランプの他側に沿って配置され、前記保持板上に保持された基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に向けて酸素ガスを噴出する酸素ガス噴出部とを具備する基板処理装置が提供される。

このような構成によれば、保持板を回転させると保持板上に保持された基板表面にまず不活性ガスが噴出されて基板表面が不活性雰囲気にされ、その後紫外線が照射され、そしてその後基板表面に酸素ガスが噴出されて基板表面が酸素雰囲気にされる。続けて保持板を回転させることで上記の動作が繰り返される。従って、絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。

以上のように、本発明によれば、基板上に絶縁膜を厚くかつより平坦に形成することができる。また、本発明によれば、絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

この第１実施形態は、本発明の基板処理方法を、ウエハ上に層間絶縁膜を形成するためのＳＯＤ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）処理システムに適用したものである。図１〜図３はこのＳＯＤ処理システムの全体構成を示す図であって、図１は平面図、図２は正面図、図３は背面図である。

このＳＯＤ処理システム１は、基板としての半導体ウエハ（以下、ウエハと呼ぶ。）ＷをウエハカセットＣＲで複数枚たとえば２５枚単位で外部からシステムに搬入しまたはシステムから搬出したり、ウエハカセットＣＲに対してウエハＷを搬入・搬出したりするためのカセットブロック１０と、ＳＯＤ塗布工程の中で１枚ずつウエハＷに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ステーションを所定位置に多段配置してなる処理ブロック１１と、エージング工程にて必要とされるアンモニア水のボトル、バブラー、ドレインボトル等が設置されたキャビネット１２とを一体に接続した構成を有している。

カセットブロック１０では、図１に示すように、カセット載置台２０上の突起２０ａの位置に複数個例えば４個までのウエハカセットＣＲがそれぞれのウエハ出入口を処理ブロック１１側に向けてＸ方向一列に載置され、カセット配列方向（Ｘ方向）及びウエハカセットＣＲ内に収納されたウエハのウエハ配列方向（Ｚ垂直方向）に移動可能なウエハ搬送体２１が各ウエハカセットＣＲに選択的にアクセスするようになっている。更に、このウエハ搬送体２１は、θ方向に回転可能に構成されており、後述するように処理ブロック１１側の第３の組Ｇ３の多段ステーション部に属する受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）にもアクセスできるようになっている。

処理ブロック１１では、図１に示すように、中心部に垂直搬送型の主ウエハ搬送機構２２が設けられ、その周りに全ての処理ステーションが１組または複数の組に亙って多段に配置されている。この例では、４組Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の多段配置構成であり、第１および第２の組Ｇ１、Ｇ２の多段ステーションはシステム正面（図１において手前）側に並置され、第３の組Ｇ３の多段ステーションはカセットブロック１０に隣接して配置され、第４の組Ｇ４の多段ステーションはキャビネット１２に隣接して配置されている。

図２に示すように、第１の組Ｇ１では、カップＣＰ内でウエハＷをスピンチャックに載せて絶縁膜材料を供給し、ウエハを回転させることによりウエハ上に均一な絶縁膜材料を塗布するＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）と、カップＣＰ内でウエハＷをスピンチャックに載せてＨＭＤＳ及びヘプタン等のエクスチェンジ用薬液を供給し、ウエハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を乾燥工程前に他の溶媒に置き換える処理を行うソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）とが下から順に２段に重ねられている。

第２の組Ｇ２では、ＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）が上段に配置されている。なお、必要に応じて第２の組Ｇ２の下段にＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）やソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）等を配置することも可能である。

図３に示すように、第３の組Ｇ３では、２個の低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）と、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）と、２個の冷却処理ステーション（ＣＰＬ）と、受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）と、冷却処理ステーション（ＣＰＬ）とが上から順に多段に配置されている。ここで、低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）は密閉化可能な処理室内にウエハＷが載置される熱板を有し、熱板の外周の穴から均一にＮ２を吐出しつつ処理室上部中央より排気し、低酸素化雰囲気中でウエハＷを高温加熱処理する。低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）はウエハＷが載置される熱板を有し、ウエハＷを低温加熱処理する。冷却処理ステーション（ＣＰＬ）はウエハＷが載置される冷却板を有し、ウエハＷを冷却処理する。受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）は下段にウエハＷを冷却する冷却板、上段に受け渡し台を有する２段構造とされ、カセットブロック１０と処理ブロック１１との間でウエハＷの受け渡しを行う。

第４の組Ｇ４では、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）と、本発明に係る紫外線処理ステーション（ＵＶ）と、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）と、エージング処理ステーション（ＤＡＣ）とが上から順に多段に配置されている。ここで、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）は密閉化可能な処理室内に熱板と冷却板とを隣接するように有し、Ｎ２置換された低酸素雰囲気中で高温加熱処理すると共に加熱処理されたウエハＷを冷却処理する。エージング処理ステーション（ＤＡＣ）は密閉化可能な処理室内にアンモニアガスと水蒸気とを混合した処理気体（ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ）を導入してウエハＷをエージング処理し、ウエハＷ上の絶縁膜材料をウエットゲル化する。なお、紫外線処理ステーション（ＵＶ）については後述する。また、紫外線処理ステーション（ＵＶ）は２つの低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）の間に配置されることで、ステーション内を安定した温度に保つことが可能となる。

図４は主ウエハ搬送機構２２の外観を示した斜視図であり、この主ウエハ搬送機構２２は上端及び下端で相互に接続され対向する一対の壁部２５、２６からなる筒状支持体２７の内側に、上下方向（Ｚ方向）に昇降自在なウェハ搬送装置３０を装備している。筒状支持体２７はモータ３１の回転軸に接続されており、このモータ３１の回転駆動力によって、前記回転軸を中心としてウェハ搬送装置３０と一体に回転する。従って、ウェハ搬送装置３０はθ方向に回転自在となっている。このウェハ搬送装置３０の搬送基台４０上にはピンセットが例えば３本備えられている。これらのピンセット４１、４２、４３は、いずれも筒状支持体２７の両壁部２５、２６間の側面開口部４４を通過自在な形態及び大きさを有しており、Ｘ方向に沿って前後移動が自在となるように構成されている。そして、主ウエハ搬送機構２２はピンセット４１、４２、４３をその周囲に配置された処理ステーションにアクセスしてこれら処理ステーションとの間でウエハＷの受け渡しを行う。

なお、このＳＯＤ処理システム１は例えばクリーンルーム内に配置され、例えば主ウエハ搬送機構２２上は大気圧に設定されたクリーンルームよりも高い気圧の雰囲気に設定されており、これにより主ウエハ搬送機構２２上より発生したパーティクルをＳＯＤ処理システム１外に排出し、その一方でクレールーム内のパーティクルがＳＯＤ処理システム１内に進入するのを防止している。

図１１は加熱処理室及び冷却処理室を有する低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）の構成を示す平面図、図１２はその断面図である。

低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）は、加熱処理室１５１と、これに隣接して設けられた冷却処理室１５２とを有する。

この加熱処理室１５１は、上部が開放している処理室本体１５３と、この処理室本体１５３の上部開放部を開閉するように昇降可能に配置された蓋体１５４とを有する。蓋体１５４には昇降シリンダ１５５が接続されており、この昇降シリンダ１５５の駆動によって蓋体１５４が昇降されるようになっている。そして、処理室本体１５３の上部開放部を蓋体１５４で閉じることによって加熱処理室１５１内に密閉空間が形成されるようになっている。また、処理室本体１５３の上部が開放している状態で、加熱処理室１５１と主ウエハ搬送機構２２との間でウエハＷの受け渡し、及び加熱処理室１５１と冷却処理室１５２との間でウエハＷの受け渡しが行われるようになっている。

処理室本体１５３のほぼ中央部には、ウエハＷを加熱処理するための熱板１５６が配置されている。この熱板１５６内には、例えばヒータ（図示せず）が埋設され、その設定温度は例えば２００〜４７０℃とすることが可能とされている。また、この熱板１５６には同心円状に複数、例えば３個の孔１５７が上下に貫通しており、これらの孔１５７にはウエハＷを支持する支持ピン１５８が昇降可能に介挿されている。これら支持ピン１５８は熱板１５６の裏面において連通部材１５９に接続されて一体化されており、連通部材１５９はその下方に配置された昇降シリンダ１６０によって昇降されるようになっている。そして、昇降シリンダ１６０の昇降作動によって支持ピン１５８は熱板１５６表面から突出したり、没したりする。

また、熱板１５６の表面にはプロキシミティーピン１６１が複数配置され、ウエハＷを加熱処理するときにウエハＷが直接熱板１５６に接触しないようにされている。これにより、加熱処理時にウエハＷに静電気が帯電しないようになっている。

更に、熱板１５６の周囲を囲むように、加熱処理室１５１内に不活性ガス、例えば窒素ガス（Ｎ２）を供給するためのガス噴出孔１６２が多数設けられたリング管１６３が配置されている。このリング管１６３には配管１６４を介して窒素ガスボンベ１６５に接続されており、また配管１６４上には開閉弁１６６が配置され、この開閉弁１６６は制御部１６７の制御によって開閉が制御されるようになっている。なお、加熱処理室１５１内には必要に応じて不活性ガスばかりでなく、他の気体、例えば酸素ガスを供給するようにいてもよい。その場合、リング管１６３を共用し、窒素ガスと酸素ガスとを切り替えるための切替弁を介してこれらのガスを供給するようにすることができる。これにより、加熱処理室の大型化を回避することができる。

一方、蓋体１５４のほぼ中央部分には減圧用の排気口１６８が設けられており、この排気口１６８は例えばフレキシブルホース１６９を介して真空ポンプ１７０に接続されている。そして、真空ポンプ１７０の作動によって加熱処理室１５１内が大気圧よりも低い気圧、例えば０．１ｔｏｒｒ前後に設定することが可能にされている。

また、蓋体１５４の内側には、排気口１６８を覆うように整流板１７１が配置されている。この整流板１７１は排気口１６８よりも径が大きく、更に蓋体１５４の内壁との間で例えば５ｍｍ程度の隙間を有する。そして、このような整流板１７１を配置することで加熱処理室１５１内を均一に減圧することができる。

更に、蓋体１５４には加熱処理室１５１内の気圧を計測するための圧力センサ１７２が取り付けられている。圧力センサ１７２による計測結果は制御部１６７に伝えられ、制御部１６７はこの計測結果に基づき真空ポンプ１７０の作動を制御することで加熱処理室１５１内を一定の減圧状態に維持する。

冷却処理室１５２には、加熱処理室１５１との間でウエハＷの受け渡しを行うための開口部１７３が加熱処理室１５１に向けて設けられている。この開口部１７３はシャッタ部材１７４によって開閉可能にされている。シャッタ部材１７４は昇降シリンダ１７５によって上記の開閉のために昇降されるようになっている。

また、冷却処理室１５２内には、ウエハＷを載置して冷却するための冷却板１７６がガイドプレート１７７ａに沿って移動機構１７７ｂ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、冷却板１７６は、開口部１７３を介して加熱処理室１５１内に進入することができ、加熱処理室１５１内の熱板１５６により加熱された後のウエハＷを支持ピン１５８から受け取って冷却処理室１５２内に搬入し、ウエハＷの冷却後、ウエハＷを支持ピン１５８に戻すようになっている。なお、冷却板１７６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。

更に、冷却処理室１５２内にはその上部より配管１７８を介して窒素ガス等の不活性ガスが供給されるようになっており、また冷却処理室１５２の下部には排気口１７９が設けられ、排気口１７９は例えばフレキシブルホース１８０を介して真空ポンプ８１に接続されている。そして、真空ポンプ１８１の作動によって冷却処理室１５２内が大気圧よりも低い気圧、例えば０．１ｔｏｒｒ前後に設定することが可能にされている。なお、加熱処理室１５１に使われる真空ポンプと冷却処理室１５２に使われる真空ポンプとを同一装置によって構成しても構わない。

図５は本発明の係る紫外線処理ステーション（ＵＶ）の構成を示す正面図である。

図５に示すように、紫外線処理ステーション（ＵＶ）では、そのほぼ中央にウエハＷを保持するための保持板５１が配置されている。保持板には支持ピン５２が複数本、例えば３本設けられており、これらの支持ピン５２上でウエハ搬送機構２２のピンセット４１、４２、４３との間でウエハＷの受け渡しが行われ、ウエハＷはこれらの支持ピン５２で支持された状態で紫外線による処理が施されるようになっている。

また、保持板５１上には、保持板５１により保持されたウエハＷの表面に紫外線を照射する紫外線照射ランプ５３が配置されている。こららの一側には、保持板５１と紫外線照射ランプ５３との間隙に向けて気体を噴出する噴出口５４を有する噴出管５５が配置されている。噴出管５５には切り替え弁５６が接続されている。切り替え弁５６は制御部５７の制御のもとで図示を省略した窒素ガスボンベから供給される不活性ガスとしての窒素ガス、図示を省略した酸素ガスボンベから供給される酸素ガスのうち一方を噴出管５５に供給するための切り替えを行う。

更に、紫外線照射ランプ５３の上部には、この紫外線照射ランプ５３を昇降駆動するための昇降駆動機構５８が配置され、例えば保持板５１の近くには紫外線照射ランプ５３の照度をモニターする照度モニター５９が配置されている。そして、照度モニター５９によるモニター結果は制御部５７に送られ、制御部５７はそのモニターされる照度が一定となるように昇降駆動機構５８により紫外線照射ランプ５３を昇降させる。これにより、ウエハＷに照射される紫外線の照度を常に一定に保つことができる。なお、紫外線照射ランプ５３ではなく保持板５１を昇降させるようにしてもこのような照度の制御を実現できる。

次にこのように構成されたＳＯＤ処理システム１における動作について説明する。図６はこのＳＯＤ処理システム１における処理フローを示している。

まずカセットブロック１０において、処理前のウエハＷはウエハカセットＣＲからウエハ搬送体２１を介して処理ブロック１１側の第３の組Ｇ３に属する受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）における受け渡し台へ搬送される。

受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）における受け渡し台に搬送されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して冷却処理ステーション（ＣＰＬ）へ搬送される。そして冷却処理ステーション（ＣＰＬ）において、ウエハＷはＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）における処理に適合する温度まで冷却される（ステップ６０１）。

冷却処理ステーション（ＣＰＬ）で冷却処理されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介してＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）へ搬送される。そしてＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）において、ウエハＷはＳＯＤ塗布処理が行われる（ステップ６０２）。

ＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）でＳＯＤ塗布処理が行われたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介してエージング処理ステーション（ＤＡＣ）へ搬送され、エージング処理され、ウエハＷ上の絶縁膜材料がゲル化される（ステップ６０３）。

エージング処理ステーション（ＤＡＣ）でエージング処理されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介してソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）へ搬送される。そしてソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）において、ウエハＷはエクスチェンジ用薬液が供給され、ウエハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える処理が行われる（ステップ６０４）。

ソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）で置換処理が行われたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）へ搬送される。そして低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）において、ウエハＷは低温加熱処理される（ステップ６０５）。

低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）で低温加熱処理されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して紫外線処理ステーション（ＵＶ）へ搬送される。そして、紫外線処理ステーション（ＵＶ）において、ウエハＷは１７２ｎｍ前後の波長の紫外線による処理が行われる（ステップ６０６）。この紫外線による処理では、まず噴出管５５の噴出口５４より窒素ガスが噴出され紫外線処理ステーション（ＵＶ）内が窒素ガス雰囲気とされ、その状態で紫外線照射ランプ５３から紫外線が、例えば１分間照射される（ステップ６０６ａ）。次に、噴出管５５の噴出口５４より酸素ガスが噴出され紫外線処理ステーション（ＵＶ）内が、例えば１０秒間酸素ガス雰囲気とされる（ステップ６０６ｂ）。このように本実施形態では、窒素ガス雰囲気中でウエハＷ上に塗布された絶縁膜材料の表面に紫外線を照射しており、そしてその後に絶縁膜材料の表面上を酸素ガス雰囲気として酸素原子ラジカル（Ｏ＊）を発生させるようにしているので、絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。なお、上記のステップ６０６ａとステップ６０６ｂとを数回繰り返しても良い。ここで、本発明においては、酸素ガス雰囲気とはガス中に酸素が少なくとも５％以上含有されていればよい。本実施形態においては、１００％酸素ガスを用いているが、このかわりに空気を用いることもできる。また、本実施形態においては、紫外線照射ランプとウエハＷとは約５ｍｍ離間されている。

この後、噴出管５５の噴出口５４より窒素ガスが約３０秒間噴出され、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内は窒素ガス雰囲気に置き換えられる。

紫外線による処理が施されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して冷却処理ステーション（ＣＰＬ）へ搬送される。そして冷却処理ステーション（ＣＰＬ）において、ウエハＷは冷却される（ステップ６０７）。

冷却処理ステーション（ＣＰＬ）で冷却処理されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して再びＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）へ搬送される。そしてＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）において、ウエハＷは２回目のＳＯＤ塗布処理が行われる（ステップ６０８）。その際、ウエハＷ上に既に塗布されている絶縁膜材料の表面は上記の紫外線による処理により低接触角となるように改質されているので、その上に更に絶縁膜材料を塗布してもその表面に凹凸は生じない。

ＳＯＤ塗布処理ステーション（ＳＣＴ）でＳＯＤ塗布処理が行われたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介してエージング処理ステーション（ＤＡＣ）へ搬送され、エージング処理され、ウエハＷ上の絶縁膜材料がゲル化される（ステップ６０９）。

エージング処理ステーション（ＤＡＣ）でエージング処理されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介してソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）へ搬送される。そしてソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）において、ウエハＷはエクスチェンジ用薬液が供給され、ウエハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える処理が行われる（ステップ６１０）。

ソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）で置換処理が行われたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）へ搬送される。そして低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）において、ウエハＷは低温加熱処理される（ステップ６１１）。

低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）で低温加熱処理されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）へ搬送される。そして低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）において、ウエハＷは低酸素化雰囲気中での高温加熱処理が行われる（ステップ６１２）。

低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）で高温加熱処理が行われたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）へ搬送される。そして低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）において、ウエハＷは低酸素雰囲気中で高温加熱処理され、冷却処理される（ステップ６１３）。

ここで、ステップ６１３における処理を図１１及び図１２を用いて更に詳細に説明する。

処理室本体１５３の上部が開放している状態で、しかも支持ピン１５８が熱板１５６表面から突出した状態で主ウエハ搬送機構２２から支持ピン５８上にウエハＷが受け渡される。その際には、リング管１６３のガス噴出孔１６２から加熱処理室１５１内に窒素ガスが噴出され、加熱処理室１５１内が主ウエハ搬送機構２２側の気圧よりも高い気圧に設定されている。これにより、主ウエハ搬送機構２２側から加熱処理室１５１内にパーティクルを巻き込むことはなくなる。

次に、蓋体１５４が下降して処理室本体１５３の上部開放部を蓋体１５４で閉じることによって加熱処理室１５１内に密閉空間が形成される。そして、リング管１６３のガス噴出孔１６２から加熱処理室１５１内への窒素ガスの噴出を停止すると共に、真空ポンプ１７０を作動させて加熱処理室１５１内を大気圧よりも低い気圧、例えば０．１ｔｏｒｒ前後に設定する。その後、支持ピン１５８が下降して熱板１５６の表面から没してウエハＷが熱板１５６上に載置されてウエハＷに対する加熱処理が開始される。このように加熱処理室１５１内で大気圧よりも低い気圧でウエハＷを加熱処理しているので、ウエハＷを迅速に加熱処理することができ、しかもウエハＷ上に誘電率が高くかつ均一な多孔質膜の層間絶縁膜を形成することが可能とある。

次に、リング管１６３のガス噴出孔１６２から加熱処理室１５１内への窒素ガスの噴出を開始し、加熱処理室１５１内を窒素ガスでパージすると共に、支持ピン１５８が上昇して熱板１５６の表面から突出し、更に蓋体１５４が上昇して処理室本体１５３の上部が開放部される。その際、リング管１６３のガス噴出孔１６２から加熱処理室１５１内への窒素ガスの噴出を継続する。これにより、主ウエハ搬送機構２２側から加熱処理室１５１内にパーティクルを巻き込むことはない。

次に、冷却処理室１５２内の冷却板１７６が開口部１７３を介して加熱処理室１５１内に進入し、ウエハＷを支持ピン１５８から受け取って冷却処理室１５２内に搬入する。その際、冷却処理室１５２内には配管１７８を介して窒素ガスが供給されている。これにより、ウエハＷの酸化が防止される。また、例えば冷却処理室１５２への窒素ガスの供給を過大にして冷却処理室１５２内を加熱処理室１５１内よりも陽圧とすることで、冷却処理室１５２内にパーティクルを巻き込むことはなくなり、逆に冷却処理室１５２への窒素ガスの供給を過小にして冷却処理室１５２内を加熱処理室１５１内よりも陰圧とすることで、加熱処理室１５１内にパーティクルを巻き込むことはなくなる。即ち、加熱処理室１５１と冷却処理室１５２との間に陰圧、陽圧の関係を持たせることによって、パーティクルの巻き込みをコントロールすることにその本質がある。

次に、シャッタ部材１７４によって開口部１７３が閉じられると共に、冷却処理室１５２内への窒素ガスの供給を停止し、更に真空ポンプ１８１の作動によって冷却処理室１５２内を大気圧よりも低い気圧に設定し、ウエハＷに対する冷却処理を行う。このように減圧下で冷却処理を行うことにより、迅速でかつ均一なウエハＷの冷却処理を行うことができる。

次に、真空ポンプ１８１の作動を停止すると共に、冷却処理室１５２内への窒素ガスの供給を開始し、更に開口部１７３を開く。そして、冷却板１７６が開口部１７３を介して加熱処理室１５１内に進入し、ウエハＷを支持ピン１５８に受け渡す。その際、リング管１６３のガス噴出孔１６２から加熱処理室１５１内への窒素ガスの噴出を継続している。これにより、主ウエハ搬送機構２２側から加熱処理室１５１内にパーティクルを巻き込むことはない。

低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）で処理されたウエハＷは主ウエハ搬送機構２２を介して受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）における冷却板へ搬送される。そして受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）における冷却板において、ウエハＷは冷却処理される（ステップ６１４）。本実施形態では、１回のＳＯＤ塗布処理にて約５００ｎｍの膜厚の絶縁膜を得ることができ、計２回のＳＯＤ塗布処理にて１μｍの膜厚の絶縁膜を得ることができる。

受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）における冷却板で冷却処理されたウエハＷはカセットブロック１０においてウエハ搬送体２１を介してウエハカセットＣＲへ搬送される。

以上のＳＯＤ処理によってウエハＷの表面に凹凸のない平坦な層間絶縁膜を形成することができる。

次に本発明に係る紫外線処理ステーションの第２実施形態を説明する。

図７は第２実施形態に係る紫外線処理ステーション（ＵＶ）の構成を示す正面図である。

図７に示す紫外線処理ステーション（ＵＶ）では、そのほぼ中央にウエハＷを保持するための保持板７１が配置されている。保持板７１には支持ピン７２が複数本、例えば３本設けられており、これら支持ピン７２は保持板７１の裏面側に配置された昇降駆動機構７３により保持板７１上で昇降するようになっている。

また、保持板７１上には、保持板７１により保持されたウエハＷの表面に紫外線照射ランプ７４が配置されている。ここで、紫外線照射ランプ７４に近い領域を第１の領域（１）とし、その下の保持板７１に近い領域を第２の領域（２）とする。これらの領域の一側には、第１の領域（１）に向けて図示を省略した窒素ガスボンベから供給される不活性ガスとしての窒素ガスを噴出する窒素ガス噴出管７５が配置され、その下には第２の領域（２）に向けて図示を省略した酸素ガスボンベから供給される酸素ガスを噴出する酸素ガス噴出管７６が配置されている。このように第１の領域（１）に分子量が少ない窒素ガスを噴出し、その下の第２の領域（２）に分子量が多い酸素ガスを噴出することで、第１の領域（１）の窒素ガスと第２の領域（２）の酸素ガスとが混合することが少なくなる。

そして、支持ピン７２の先端が第１の領域（１）にある状態で、ウエハ搬送機構２２のピンセット４１、４２、４３から支持ピン７２へウエハＷが受け渡される。そして、第１の領域（１）において紫外線照射ランプ７４からウエハＷの表面に紫外線が照射される。その後に支持ピン７２が下降してウエハＷは第２の領域（２）に移送され、この第２の領域（２）において酸素原子ラジカル（Ｏ＊）の発生が行われる。なお、このような昇降動作を２回以上繰り返しても良い。

このように本実施形態では、ウエハＷを第１の領域（１）から第２の領域（２）に降下させるだけで窒素ガス雰囲気から酸素ガス雰囲気に切り替えることができ、ウエハＷを第２の領域（２）から第１の領域（１）に上昇させるだけで酸素ガス雰囲気から窒素ガス雰囲気に切り替えることができるので、ウエハＷ上に塗布された絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。

なお、第２実施形態では、支持ピン７２を昇降させることで、ウエハＷを第１の領域（１）と第２の領域（２）との間を移送するものであったが、第３実施形態として、図８に示すように保持板８１に設けられた支持ピン８２は固定とし、保持板８１自身を昇降駆動機構８３により昇降するように構成しても構わない。図８において図７に示した構成要素を同様の構成要素については同一の符号を付している。

次に本発明に係る紫外線処理ステーションの第４実施形態を説明する。

図９は第４実施形態に係る紫外線処理ステーション（ＵＶ）の構成を示す正面図、図１０はその平面図である。

これらの図に示す紫外線処理ステーション（ＵＶ）では、そのほぼ中央にウエハＷを保持するための保持板９１が配置されている。保持板９１には支持ピン９２が複数本、例えば３本設けられている。そして、保持板９１はその裏面側に配置された回転駆動機構９３により回転するようになっている。

また、保持板９１上には、その回転直径方向に沿って長尺の紫外線照射ランプ９４が配置されている。

この紫外線照射ランプ９４の一側のほぼ中央から一方の半径方向に沿って、保持板９１上に保持されたウエハＷの表面に向けて窒素ガスを噴出する不活性ガス噴出部としての長尺の窒素ガス噴出ノズル９５が配置され、紫外線照射ランプ９４の他側のほぼ中央から前記一方の半径方向に沿って、保持板９１上に保持されたウエハＷの表面に向けて酸素ガスを噴出する酸素ガス噴出部としての長尺の酸素ガス噴出ノズル９６が配置されている。同様に、この紫外線照射ランプ９４の一側のほぼ中央から他方の半径方向に沿って、保持板９１上に保持されたウエハＷの表面に向けて酸素ガスを噴出する長尺の酸素ガス噴出ノズル９７が配置され、紫外線照射ランプ９４の他側のほぼ中央から前記他方の半径方向に沿って、保持板９１上に保持されたウエハＷの表面に向けて窒素ガスを噴出する長尺の窒素ガス噴出ノズル９８が配置されている。

そして、保持板９１を図１０中矢印方向に回転させると保持板９１上に保持されたウエハＷの表面にまず窒素ガスが噴出されてウエハＷの表面が窒素ガス雰囲気にされ、その後紫外線が照射され、そしてその後ウエハＷの表面に酸素ガスが噴出されてウエハＷの表面が酸素ガス雰囲気にされ、酸素原子ラジカルが発生される。続けて保持板９１を回転させることで上記の動作が繰り返される。従って、本実施形態によれば、ウエハ上の絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。

次に本発明に係る紫外線処理ステーションの第５実施形態を説明する。

図１３は第５実施形態に係る紫外線処理ステーション（ＵＶ）の構成を示す正面図である。

第５実施形態に関わる紫外線処理ステーション（ＵＶ）では、第１実施形態に関わる紫外線処理ステーション（ＵＶ）の保持板５１として熱板２５１を用いている。熱板２５１は約１２０℃に加熱可能に構成されており、第５実施形態では、ウエハＷに対して紫外線を照射している間、１２０℃に温度設定されている熱板２５１上にウエハＷは載置されている。このように、ウエハＷを加熱しながら、紫外線を照射することにより、酸素原子ラジカル（Ｏ＊）の発生がより促進され、紫外線照射時間を第１実施形態と比較して短縮することができる。

次に本発明に係る第６実施形態を説明する。

第１実施形態においては、紫外線照射中、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内は窒素ガス雰囲気後、酸素ガス雰囲気に設定されている。第６実施形態においては、紫外線照射中、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内は窒素ガス９５％と酸素ガス５％とが混合してなる混合ガス雰囲気に設定されている。このように、不活性ガスと酸素ガスとの混合比を限定することにより、酸素原子ラジカル（Ｏ＊）の発生を阻害することなく、紫外線の伝播効率を良好に保ちことができ、絶縁膜の表面を効率よく低接触角にすることができる。従って、第１実施形態のように、紫外線照射中、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内の雰囲気を切り換える作業が不要となり、作業効率が向上する。また、第１実施形態では、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内での処理時間が１分４０秒であったのが、第６実施形態では１分１０秒まで短縮することができた。

次に本発明に係る第７実施形態を説明する。

第１実施形態においては、紫外線照射中、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内は、窒素ガス雰囲気後、酸素ガス雰囲気に切り換えられるように設定されている。第７実施形態においては、紫外線照射中、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内の雰囲気が徐々に酸素ガスが増加するように設定されている。例えば、紫外線照射の開始時点では窒素ガスを紫外線処理ステーション（ＵＶ）内に供給し、時間経過と共に徐々に酸素ガスを増加させながら窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを紫外線処理ステーション（ＵＶ）内に供給し、紫外線照射の終了時点で、混合ガスの混合割合が窒素ガスが９５％と酸素ガスが５％となるように設定する。このように、徐々に酸素ガスを増加させながら紫外線を照射することにより、紫外線照射後、紫外線処理ステーション（ＵＶ）内を窒素ガス雰囲気に置換する際に、窒素ガスをパージする時間を短縮することができる。

次に本発明に係る第８実施形態を説明する。

第１実施形態においては、紫外線処理を行うために紫外線処理ステーション（ＵＶ）を設けているが、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）内の冷却処理室に紫外線照射手段を設け、ステップ６０６で行う紫外線処理を、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）内の冷却処理室内で行うこともできる。

図１４は、第８実施形態に関わる低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）の断面図である。図１４において、低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）の冷却室１５２には、冷却板１７６の上部に紫外線照射ランプ５３が配置されている。更に、冷却板１７６と紫外線照射ランプ５３との間隙に向けて気体を噴出する噴出口２５４を有する噴出管２５５が配置されている。噴出管２５５には切り替え弁２５６が接続されている。切り替え弁２５６は制御部の制御のもとで不活性ガスとしての窒素ガス、酸素ガスボンベから供給される酸素ガスのうち一方を噴出管２５５に供給するための切り替えを行う。

このように低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）の冷却室に紫外線照射手段を設けることにより、ステップ６０６及びステップ６１３における処理を同一のステーション内で行うことができる。

上述の実施形態においては、不活性ガスとして窒素ガスを用いているが、アルゴンガスなどを用いることもできる。アルゴンガスを用いる方が窒素ガスを用いるよりもガス中を伝播する紫外線の減衰が小さく、エネルギー効率が良い。

本発明の実施の形態に係るＳＯＤ処理システムの平面図である。 図１に示したＳＯＤ処理システムの正面図である。 図１に示したＳＯＤ処理システムの背面図である。 図１に示したＳＯＤ処理システムにおける主ウエハ搬送機構の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る紫外線処理ステーションの構成を示す正面図である。 図１に示したＳＯＤ処理システムの処理フロー図である。 本発明の第２実施の形態に係る紫外線処理ステーションの構成を示す正面図である。 本発明の第３実施形態に係る紫外線処理ステーションの構成を示す正面図である。 本発明の第４実施形態に係る紫外線処理ステーションの構成を示す正面図である。 図９に示した紫外線処理ステーションの平面図である。 低酸素キュア・冷却処理ステーションの平面図である。 図１１に示した低酸素キュア・冷却処理ステーションの断面図である。 本発明の第５実施形態に係る紫外線処理ステーションの構成を示す正面図である。 本発明の第８実施形態にかかわる低酸素キュア・冷却処理ステーションの断面図である。

符号の説明

２２ 主ウエハ搬送機構
５１、７１、８１、９１ 保持板
５２、７２、８２、９２ 支持ピン
５３、７４、９４ 紫外線照射ランプ
５４ 噴出口
５５ 噴出管
５６ 切り替え弁
５７ 制御部
７３、８３ 昇降駆動機構
７５ 窒素ガス噴出管
７６ 酸素ガス噴出管
９３ 回転駆動機構
９５、９８ 窒素ガス噴出ノズル
９６、９７ 酸素ガス噴出ノズル
１５１ 加熱処理室
１５２ 冷却処理室
１６２ ガス噴出孔
１６３ リング管
１６４ 配管
１６５ 窒素ガスボンベ
１６６ 開閉弁
１６７ 制御部
１６８、１７９ 排気口
１６９、１８０ フレキシブルホース
１７０、１８１ 真空ポンプ
Ｗ ウエハ

Claims (4)

1. 絶縁膜材料が塗布された基板を保持する保持板と、
   前記保持板上に配置され、前記絶縁膜材料の表面に紫外線を照射する紫外線照射ランプと、
   前記保持板上に保持された基板と前記紫外線照射ランプとの間を不活性ガス雰囲気にする手段と、
   少なくとも前記保持板上に保持された基板の絶縁膜材料の表面上の不活性ガス雰囲気を酸素が５％以上含有されている酸素ガス雰囲気に切り替える手段と、
   前記不活性ガス雰囲気中で、その後、前記酸素ガス雰囲気中で、前記紫外線が照射されるように、前記切り替える手段を制御する制御手段と、
   前記紫外線照射ランプの照度をモニターする照度モニターと、
   前記紫外線照射ランプまたは前記保持板を昇降させるための昇降駆動機構と
   を具備することを特徴とする基板処理装置。
2. 絶縁膜材料が塗布された基板を保持すると共に第１の領域とこの第１の領域より下方の第２の領域との間で昇降可能な保持板と、
   前記保持板を前記第１の領域と前記第２の領域との間で昇降駆動する昇降駆動機構と、
   前記保持板上に配置され、前記保持板により保持された前記基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に紫外線を施す紫外線照射ランプと、
   前記第１の領域に向けて不活性ガスを噴出する手段と、
   前記第２の領域に向けて酸素ガスを噴出する手段と
   を具備することを特徴とする基板処理装置。
3. 絶縁膜材料が塗布された基板を第１の領域とこの第１の領域より下方の第２の領域との間で昇降可能に保持する保持板と、
   前記保持板により保持された基板を前記第１の領域と前記第２の領域との間で昇降駆動する昇降駆動機構と、
   前記保持板上に配置され、前記保持板により保持された前記基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に紫外線を照射する紫外線照射ランプと、
   前記第１の領域に向けて不活性ガスを噴出する手段と、
   前記第２の領域に向けて酸素ガスを噴出する手段と
   を具備することを特徴とする基板処理装置。
4. 絶縁膜材料が塗布された基板を保持すると共に回転可能な保持板と、
   前記保持板を回転駆動する回転駆動機構と、
   前記保持板の少なくとも回転直径方向に沿って該保持板上に配置され、前記保持板により保持された基板に塗布されている絶縁膜材料に紫外線を照射する紫外線照射ランプと、
   前記紫外線照射ランプの一側に沿って配置され、前記保持板上に保持された基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に向けて不活性ガスを噴出する不活性ガス噴出部と、
   前記紫外線照射ランプの他側に沿って配置され、前記保持板上に保持された基板に塗布されている絶縁膜材料の表面に向けて酸素ガスを噴出する酸素ガス噴出部と
   を具備することを特徴とする基板処理装置。

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