JP4051358B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板を加熱処理や冷却処理する基板処理装置の技術分野に属する。

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、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。

これら一連の工程においては、様々な加熱処理や冷却処理が行われる。一般にこのような加熱処理や冷却処理はウエハを加熱処理又は冷却処理するための熱板や冷却板（以下、これらをプレートと呼ぶ。）上にウエハを載置することによって行われるが、ウエハをプレート上に直接載置するとウエハが静電気による悪影響を受ける等の理由から、プレート上にギャップ形成部材を配置し、ウエハとプレートとの間にギャップを形成しながらウエハを加熱処理又は冷却処理している。

ところで、これらの加熱処理や冷却処理のうち溶媒の置換されたウエハを高温で加熱処理する際には、酸化防止の観点から低酸素雰囲気中で処理が行われる。このような低酸素雰囲気は例えば処理室内にウエハを搬入した後に処理室内をＮ_２ガスで置換することによって形成される。

なお、本願発明に関する技術として下記の特許文献１がある。
特開平５−２０６００９号公報（段落[０００７]、図１）

しかしながら、処理室内をＮ_２で置換して所望の低酸素雰囲気を形成するのに多大な時間を要すると、低酸素下での加熱処理に要する時間が実質的に長くなり、絶縁膜形成のための全体の処理時間に影響を与えるという、課題がある。そのため、処理室内を効率良くＮ_２ガスで置換することが望まれている。

本発明の目的は、低酸素下での加熱処理を短時間で行うことができ、更に基板処理に要するトータル時間を短くすることができる基板処理装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、低酸素下での加熱処理を均一に行うことができる基板処理装置を提供することにある。

かかる課題を解決するため、本発明の主要な観点は、基板を加熱処理又は冷却処理するプレートと、該プレートから基板を離間して保持するためのギャップ形成部材とを備えた複数種類の処理ステーションと、これら処理ステーション間で基板の受け渡しを行う搬送装置とを備え、前記複数種類の処理ステーションのうち、酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーションは、他の処理ステーションと比べて高さの高いギャップ形成部材を備えていることを特徴とする。

本発明では、酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーションにおけるギャップ形成部材の高さが高いので、例えば加熱処理するための処理室内をＮ_２ガスで置換する際に基板とプレートとの間のギャップに空気が残存しなくなる。従って、処理室内を所望の低酸素雰囲気とするための時間を短くすることができ、低酸素下での加熱処理を短時間で行うことができる。またこれに比べて、他の処理ステーションについてはギャップ形成部材の高さが低いので、加熱処理や冷却処理をより効率よく短時間で行うことができる。従って、本発明により基板処理に要するトータル時間を短くすることができる。

本発明の一の形態では、前記酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーションは、他の処理ステーションと比べて高さがほぼ２倍のギャップ形成部材を備えたことを特徴とする。これにより、上記効果をより顕著なものとすることができる。

本発明の一の形態では、前記酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーションは、ほぼ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの高さのギャップ形成部材を備えたことを特徴とする。ギャップ形成部材の高さが０．１ｍｍより低いと例えば加熱処理するための処理室内をＮ_２ガスで置換する際に基板とプレートとの間のギャップに空気が残存し易くなり、ギャップ形成部材の高さが０．２ｍｍより高いと低酸素下での加熱処理が効率良く行えないからである。

本発明の基板処理装置は、基板に絶縁膜材料を塗布する塗布処理ステーションと、前記絶縁膜材料が塗布された基板をエージング処理するエージング処理ステーションと、前記エージング処理された基板をソルベントエクスチェンジ処理するソルベントエクスチェンジ処理ステーションと、前記ソルベントエクスチェンジ処理された基板を低温加熱処理する低温加熱処理ステーションと、前記低温加熱処理された基板を低酸素下で高温加熱処理する低酸素高温加熱処理ステーションと、前記低酸素高温加熱処理された基板を低酸素下でキュア・冷却処理する低酸素キュア・冷却処理ステーションと、これらのステーション間で基板を搬送する搬送装置とを一体的に備え、少なくとも前記エージング処理ステーション、前記低温加熱処理ステーション及び前記低酸素キュア・冷却処理ステーションが、それぞれ、基板を加熱処理するプレートと、該プレートから基板を離間して保持するためのギャップ形成部材とを備え、前記低温加熱処理ステーションまたは前記低酸素キュア・冷却処理ステーションのギャップ形成部材の高さが、他の処理ステーションのギャップ形成部材の高さより高いことを特徴とする。

従来のこの種の装置においては、絶縁膜材料が塗布された基板をエージング処理する工程及びエージング処理された基板をソルベントエクスチェンジ処理する工程は、絶縁膜材料が塗布された基板をシステム外に運んで行うように構成されていたため、基板処理に要するトータル時間が非常に長いという欠点があった。これに対して本発明では、縁膜材料が塗布された基板をエージング処理するエージング処理ステーション及びエージング処理された基板をソルベントエクスチェンジ処理するソルベントエクスチェンジ処理ステーションがシステムと一体化されているので、基板処理に要するトータル時間が非常に短くなる。しかもエージング処理ステーション及びソルベントエクスチェンジ処理ステーションは低酸素高温加熱処理ステーション及び低酸素キュア・冷却処理ステーションに対して基板を一旦する保持するいわばバッファのような機能を果たすことから、タクトタイムを整合化を図ることも可能となる。

本発明の一の形態では、基板に絶縁膜材料を塗布する前に基板を冷却処理する第１の冷却処理ステーションと、低酸素キュア・冷却処理された基板を冷却処理する第２の冷却処理ステーションとを更に一体的に備え、これら第１及び第２の冷却処理ステーションが、基板を加熱処理又は冷却処理するプレートと、該プレートから基板を離間して保持するためのギャップ形成部材とを備えたことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、低酸素下での加熱処理を短時間で行うことができ、更に基板処理に要するトータル時間を短くすることができる。また、低酸素下での加熱処理を均一に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３は本発明の一実施形態に係るＳＯＤ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は正面図および図３は背面図である。

このＳＯＤ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の位置に複数個たとえば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）およびウエハカセット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。さらに、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Ｎ_２ 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）、２個の低酸素キュア・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、Ｎ_２ 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上の絶縁膜材料膜をウェットゲル化する。

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。

図５は上述した冷却処理ステーション（ＣＰＬ）の断面図、図６はその平面図である。

冷却処理ステーション（ＣＰＬ）のほぼ中央には、ウェハＷを冷却処理するためのプレートとしての冷却板３２が配置されている。この冷却板３２は例えばウェハＷより少し大きな直径で円形状であり、この冷却板３２内には図示を省略した冷却パイプが配置され、冷却パイプ内を冷却水が循環するようになっている。

冷却板３２の表面と裏面との間に、複数カ所、例えば３カ所に貫通穴３４が設けられている。これら貫通穴３４には、それぞれ、ウェハＷの受け渡しのための複数本、例えば３本の支持ピン３５が出没可能に介挿されている。これら支持ピン３５は、冷却板３２の裏面側に配置された結合部材３６により、冷却板３２の裏面側で一体に結合されている。結合部材３６は、冷却板３２の裏面側に配置された昇降シリンダー３７に接続されている。昇降シリンダー３７の昇降動作により、支持ピン３５は冷却板３２の表面から突き出たり、没したりする。支持ピン３５は、冷却板３２の表面から突き出た状態で、主ウエハ搬送機構２２との間でウェハＷの受け渡しを行う。主ウエハ搬送機構２２からウェハＷを受け取った支持ピン３５は、下降して冷却板３２内に没し、これによりウェハＷが冷却板３２の表面に密着し、ウェハＷの冷却処理が行われるようになっている。

また冷却板３２の上方には、冷却カバー３８が配置されている。なお、この冷却カバー３８の上面には支持ピンを設けてウエハＷの待機部を構成することも可能である。

更にこの冷却処理ステーション（ＣＰＬ）では、ウェハＷを冷却板３２上に密着することなく冷却板３２上で浮かせて保持するためのギャップ形成部材としてのプロキシミティシート５１がウエハＷ載置位置の外周部の複数カ所、例えば６カ所に配置され、更にウエハＷ載置位置の中央にギャップ形成部材としてのプロキシミティピン５２が配置されている。

またプロキシミティシート５１は、それぞれウエハＷ載置位置の外側に延在しており、各プロキシミティシート５１の延在した位置には、それぞれ基板案内用の案内ガイド５３が配置されている。

この冷却処理ステーション（ＣＰＬ）におけるプロキシミティシート５１及びプロキシミティピン５２の高さは、例えば０．１ｍｍ前後に設定されている。これにより、冷却板３２とウエハＷとの間のギャップが非常に小さくなり、冷却効果を高めることができる。

図７は上記のエージング処理ステーション（ＤＡＣ）の断面図である。

エージング処理ステーション（ＤＡＣ）は、ヒータ６１ａを内蔵した例えばセラミックスからなる加熱プレート６１と、この加熱プレート６１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６１の周縁部にシール部材６２を介して密接するとともに、加熱プレート６１に対して接離する蓋６３と、加熱プレート６１に置かれたウエハを囲むように、この加熱プレート６１の表面に供給口が形成されたガス供給路６４と、蓋６３の中央部に吸い込み口が形成された排気路６５と、加熱プレート６１と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６６とを具備している。

このエージング処理ステーション（ＤＡＣ）では、アンモニアがサイドキャビネット１２内のバブラー及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６４を介して処理室Ｓ内に供給され、排気路６５からの排気は、サイドキャビネット１２内のドレンタンク（図示せず）によりトラップされるようになっている。

またこのエージング処理ステーション（ＤＡＣ）では、上述した冷却処理ステーション（ＣＰＬ）と同様に例えば高さが０．１ｍｍ前後のギャップ形成部材としてのプロキシミティシート５１及びプロキシミティピン５２、更には案内ガイド５３が設けられている。

図８は上述した低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）の断面図である。

低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）のほぼ中央には、ウェハＷを加熱処理するためのプレートとしての熱板１３２が配置されている。この熱板１３２内には図示を省略したヒータが埋め込まれている。

熱板１３２の表面と裏面との間に、複数カ所、例えば３カ所に貫通穴１３４が設けられている。これら貫通穴１３４には、それぞれ、ウェハＷの受け渡しのための複数本、例えば３本の支持ピン１３５が出没可能に介挿されている。これら支持ピン１３５は、熱板１３２の裏面側に配置された結合部材１３６により、熱板１３２の裏面側で一体に結合されている。結合部材１３６は、熱板１３２の裏面側に配置された昇降シリンダー１３７に接続されている。昇降シリンダー１３７の昇降動作により、支持ピン１３５は熱板１３２の表面から突き出たり、没したりする。

また熱板１３２の上方には、昇降カバー１３８が配置されている。この昇降カバー１３８は、昇降シリンダー１３９によって昇降可能とされている。そして、昇降カバー１３８が図示のように下降すると、昇降カバー１３８と熱板１３２との間で加熱処理を行うための密閉空間が形成されるようになっている。

更にこの低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）では、上述したエージング処理ステーション（ＤＡＣ）や冷却処理ステーション（ＣＰＬ）と同様に例えば高さが０．１ｍｍ前後のギャップ形成部材としてのプロキシミティシート５１及びプロキシミティピン５２、更には案内ガイド５３が設けられている。このように熱板１３２とウエハＷとの間のギャップを狭めることで加熱処理の効果を高めることができる。

図９は上述した低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）の断面図である。

低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）のほぼ中央には、ウェハＷを加熱処理するためのプレートとしての熱板２３２が配置されている。この熱板２３２内には図示を省略したヒータが埋め込まれている。

熱板２３２の表面と裏面との間に、複数カ所、例えば３カ所に貫通穴２３４が設けられている。これら貫通穴２３４には、それぞれ、ウェハＷの受け渡しのための複数本、例えば３本の支持ピン２３５が出没可能に介挿されている。これら支持ピン２３５は、熱板２３２の裏面側に配置された結合部材２３６により、熱板２３２の裏面側で一体に結合されている。結合部材２３６は、熱板２３２の裏面側に配置された昇降シリンダー２３７に接続されている。昇降シリンダー２３７の昇降動作により、支持ピン２３５は熱板２３２の表面から突き出たり、没したりする。

また熱板２３２の上方には、昇降カバー２３８が配置されている。この昇降カバー２３８は、昇降シリンダー２３９によって昇降可能とされている。そして、昇降カバー２３８が図示のように下降すると、昇降カバー２３８と熱板２３２との間で加熱処理を行うための密閉空間が形成されるようになっている。

更に熱板２３２の外周の穴２４０から均一にＮ_２ ガスを吐出しつつ昇降カバー２３８中央の排気口２４１より排気することで、低酸素化雰囲気中でウエハＷを高温加熱処理するようになっている。

またこの低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）では、上述したエージング処理ステーション（ＤＡＣ）や冷却処理ステーション（ＣＰＬ）、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）と同様にギャップ形成部材としてのプロキシミティシート２５１及びプロキシミティピン２５２、更には案内ガイド２５３が設けられているが、プロキシミティシート２５１及びプロキシミティピン２５２の高さが０．２ｍｍとされ、上述したエージング処理ステーション（ＤＡＣ）や冷却処理ステーション（ＣＰＬ）、低温加熱処理ステーション（ＬＨＰ）のものと比べ２倍の高さとされている。これにより、Ｎ_２ガスで置換する際にウエハＷと熱板２３２との間のギャップに空気が残存しなくなり、処理室である昇降カバー２３８と熱板２３２との間での密閉空間内を所望の低酸素雰囲気とするための時間を短くすることができ、低酸素下での加熱処理を短時間で行うことができる。

図１０は上述した低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）の平面図、図１１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３４１と、これに隣接して設けられた冷却処理室３４２とを有しており、この加熱処理室３４１は、設定温度が２００〜４７０℃とすることが可能な熱板３４３を有している。この低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）は、さらに主ウエハ搬送機構２２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３４４と、加熱処理室３４１と冷却処理室３４２との間を開閉するための第２のゲートシャッター３４５と、熱板３４３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３４５と共に昇降されるリングシャッター３４６とを有している。さらに、熱板３４３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３４７が昇降自在に設けられている。なお、熱板３４３とリングシャッター３４６との間に遮蔽板スクリーンを設けてもよい。

加熱処理室３４１の下方には、上記３個のリフトピン３４７を昇降するための昇降機構３４８と、リングシャッター３４６を第２のゲートシャッター３４５と共に昇降するための昇降機構３４９と、第１のゲートシャッター３４４を昇降して開閉するための昇降機構３５０とが設けられている。

加熱処理室３４１内には、後述するようにリングシャッター３４６からパージ用のガスとしてＮ_２ガスが供給されるようになっている。また、加熱処理室３４１の上部には排気管３５１が接続され、加熱処理室３４１内はこの排気管３５１を介して排気されるように構成されている。更に、加熱処理室３４１には、加熱処理室３４１内の酸素濃度をモニタするための酸素濃度モニタ部３６１が接続されている。そして、後述するようにＮ_２ガスを供給しながら排気することにより、加熱処理室３４１内が低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持されるようになっている。酸素濃度モニタ部は排気管等の排気経路上に置かれるように構成しても勿論構わない。

この加熱処理室３４１と冷却処理室３４２とは、連通口３５２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冷却板３５３がガイドプレート３５４に沿って移動機構３５５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３５２は、連通口３５２を介して加熱処理室３４１内に進入することができ、加熱処理室３４１内の熱板３４３により加熱された後のウエハＷをリフトピン３４７から受け取って冷却処理室３４２内に搬入し、ウエハＷの冷却後、ウエハＷをリフトピン３４７に戻すようになっている。

なお、冷却板３５３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。

さらに、冷却処理室３４２は、供給管３５６を介してその中にＮ_２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３５７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３４１同様に、冷却処理室３４２内が低酸素濃度（例えば５０ｐｐｍ以下）雰囲気に維持されるようになっている。

また熱板３４３上には、上記の低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）と同様の高さが０．２ｍｍのプロキシミティシート２５１及びプロキシミティピン２５２、更には案内ガイド２５３が設けられている。これにより、Ｎ_２ガスで置換する際にウエハＷと熱板３４３との間のギャップに空気が残存しなくなり、加熱処理室３４１内を所望の低酸素雰囲気とするための時間を短くすることができ、低酸素下での加熱処理を短時間で行うことができる。図１３はこのような効果を確認するために行った実験の結果である。図中ＡはウエハＷと熱板３４３との間のギャップが０．１ｍｍの場合の該ギャップ内の酸素濃度の時間的な変化、図中ＢはウエハＷと熱板３４３との間のギャップが０．２ｍｍの場合の該ギャップ内の酸素濃度の時間的な変化を示している。この図から、ウエハＷと熱板３４３との間のギャップが大きい程酸素濃度が低下することが分かる。

なお、上述した受け渡し・冷却プレート（ＴＣＰ）の下段に配置された冷却板の構成は図５及び図６に示した冷却処理ステーション（ＣＰＬ）とほぼ同様の構成であり、この冷却板上には同様に高さが０．１ｍｍのプロキシミティシート及びプロキシミティピン、更には案内ガイドが設けられている。

図１４は上述した低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）における加熱処理室３４１内の構成を示した図である。この図は、リングシャッター３４６が上昇し、このリングシャッター３４６が熱板３４３上の加熱処理位置に載置されたウエハＷの周囲を取り囲んだ状態を示している。

リングシャッター３４６の内部には、Ｎ_２ガス供給源３６２からＮ_２ガスが供給されるようになっている。また、リングシャッター３４６の内壁には、熱板３４３上のウエハＷに向けてＮ_２ガスをウエハＷに対してほぼ平行に噴出する噴出孔３６３が多数設けられている。

プロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上に配置されたウエハＷに対してウエハＷの表裏両面にＮ_２ガスを供給するために、多数の噴出孔３６３のうちいくつかはプロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上に配置されたウエハＷの裏面より低い位置に設けられ、残りの噴出孔３６３は上記ウエハＷの表面よりも高い位置に設けられている。

また、制御部３６４は、酸素濃度モニタ部３６１によりモニタされた加熱処理室３４１内の酸素濃度に応じてＮ_２ガス供給源３６２からのＮ_２ガスの供給量や排気管３５１を介しての排気量を制御している。このように制御を行うことで、Ｎ_２ガスの消費量を削減することができる。

リフトピン３４７が上昇した状態で、主ウエハ搬送機構２２からリフトピン３４７上にウエハＷが搬送される。この後、第１及び第２のゲートシャッター３４４、３４５が閉じられる。加熱処理室３４１内にＮ_２ガス供給源３６２からＮ_２ガスが供給され、更に加熱処理室３４１内が排気管３５１を介して排気される。この段階では、３０ｌ／分程度の大量のＮ_２ガスを供給する。これにより、加熱処理室３４１内に残存する空気が排気管３５１より押し出され、パージが迅速に進行する。

そのような状態から、リフトピン３４７を下降し、プロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上にウエハＷを載置する。本実施形態では、上述したように、Ｎ_２ガスがこのウエハＷに対してほぼ平行に且つウエハＷの表裏両面に供給されるので、ウエハＷの周囲を効率良くＮ_２ガスで置換でき、更にＮ_２ガスの周囲を均一に置換することができる。

その後、酸素濃度が一定値以下に安定すると、Ｎ_２ガスの供給を１０ｌ／分程度の少量に絞り、その後Ｎ_２ガスがこの量だけ供給され続ける。このようにＮ_２ガスの供給を絞ることでＮ_２ガスの消費量を少なくすることができる。

次にこのように構成されたＳＯＤシステム１における動作について説明する。図１２はこのＳＯＤ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９０１）。

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９０２）。

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）へ搬送される。そしてエージング処理ステーション（ＤＡＣ）において、ウエハＷは処理室内にＮＨ3 ＋Ｈ2Ｏを導入してウエハＷをエージング処理し、ウエハＷ上の絶縁膜材料膜をゲル化する（ステップ９０３）。

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９０４）。

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９０５）。

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９０６）。或いは、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９０７）。

ウエハＷに塗布される絶縁性の材料により上記のステップ９０６及びステップ９０７のうちいずれの一方が適宜選択される。

ステップ９０６又はステップ９０７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９０８）。

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。

このように本実施形態のＳＯＤシステム１では、縁膜材料が塗布されたウエハＷをエージング処理するエージング処理ステーション（ＤＡＣ）及びエージング処理されたウエハＷをソルベントエクスチェンジ処理するソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）がシステムと一体化されているので、基板処理に要するトータル時間が非常に短くなる。しかもエージング処理ステーション（ＤＡＣ）及びソルベントエクスチェンジ処理ステーション（ＤＳＥ）は低酸素高温加熱処理ステーション（ＯＨＰ）及び低酸素キュア・冷却処理ステーション（ＤＣＣ）に対してウエハＷを一旦する保持するいわばバッファのような機能を果たすことから、タクトタイムを整合化を図ることも可能となる。

次に、図１４に示した加熱処理室の変形例を説明する。

図１５に示す加熱処理室４０１は、熱板３４３の表面にＮ_２ガスを噴出する噴出孔４０２を設けたものである。このような噴出孔４０２を設けることでプロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上に載置されたウエハＷの裏面と熱板３４３との間隙にＮ_２ガスをより効率良く且つより均一に供給することが可能となる。

図１６に示す加熱処理室４１１は、多数のうちいくつかはプロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上に配置されたウエハＷの裏面より低い位置に設けられた噴出孔３６３から噴出されるＮ_２ガスの噴出量及びウエハＷの表面に最も近い位置に設けられた噴出孔３６３から噴出されるＮ_２ガスの噴出量を最大とし、ウエハＷの表面から離れるに従った位置の噴出孔３６３から噴出されるＮ_２ガスの噴出量を徐々に少なくしたものである。ウエハＷから離れた位置では酸素濃度がある程度高くても問題ないので、この例のようにウエハＷから離れた位置でのＮ_２ガスの供給量を減らすことで、ウエハＷに悪影響を与えることなくＮ_２ガスの消費量を削減することができる。

図１７及び図１８に示す加熱処理室４２１は、熱板３４３の一方側にＮ_２ガスを供給するためのＮ_２ガス供給部４２２を設け、熱板３４３の他方側に排気を行うための排気部４２３を設けたものである。

図１９及び図２０に示す加熱処理室４３１は、熱板３４３の表面にＮ_２ガスを供給するためのＮ_２ガス供給部４３２を設け、熱板３４３の外周に排気を行うための排気部４３３を設けたものである。

このように構成された、これらの加熱処理室４２１、４３１では、Ｎ_２ガスのパージをよりスムーズに迅速に行うことができる。

図２１に示す加熱処理室４４１は、熱板３４３の表面に排気を行うための排気部４４２を設け、熱板３４３の外周にＮ_２ガスを供給するためのＮ_２ガス供給部４４３を設けたものである。この例では、特に、熱板３４３の表面に排気部４４２を設けたことで均一な排気を行うことができ、これにより均一なパージによって均一な処理が可能となる。

本発明は更に以下のように変形して実施することが可能である。

即ち、図２２に示すように、例えば図１４に示した加熱処理室３４１において、リフトピン３４７が上昇した状態で、主ウエハ搬送機構２２からリフトピン３４７上にウエハＷが搬送されると、まず第１及び第２のゲートシャッター３４４、３４５を閉じる（ステップ２２０１）。次に、リフトピン３４７の下降を開始し（ステップ２２０２）、更にＮ_２ガスを供給することなく加熱処理室３４１内を排気する（ステップ２２０３）。ある程度の真空状態に達した後（例えば所定時間経過後）に（ステップ２２０４）、排気を停止してＮ_２ガスの供給を開始する（ステップ２２０５）。その後、ウエハＷはプロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上に載置される。本実施形態では、特に一旦真空状態にした後にＮ_２ガスを供給しているので、効率良くパージを行うことができる。

また、図２３に示すように、例えば図１４に示した加熱処理室３４１において、リフトピン３４７が上昇した状態で、主ウエハ搬送機構２２からリフトピン３４７上にウエハＷが搬送されると、まず第１及び第２のゲートシャッター３４４、３４５を閉じる（ステップ２３０１）。次に、リフトピン３４７の下降を開始し（ステップ２３０２）、加熱処理室３４１内を排気しつつＮ_２ガスを供給する（ステップ２３０３）。その後、ウエハＷはプロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上に載置される。本実施形態では、特に処理室内を一旦真空状態にするために減圧するとパーティクルが舞うおそれがあるが、減圧工程がないのでそのような事態を回避できる。また、層流状態でＮ_２置換を行うことで、温度分布の更なる向上を図ることができ、安定した温度での加熱処理が可能となる。

更に、図２４に示すように、例えば図１４に示した加熱処理室３４１において、リフトピン３４７が上昇した状態で、主ウエハ搬送機構２２からリフトピン３４７上にウエハＷが搬送されると、まず第１及び第２のゲートシャッター３４４、３４５を閉じる（ステップ２４０１）。次に、加熱処理室３４１内を排気しつつＮ_２ガスを供給する（ステップ２４０２）。その後、酸素濃度を確認してその濃度が所定以下になったならば（ステップ２４０３）、リフトピン３４７の下降を開始し（ステップ２４０４）、その後、ウエハＷはプロキシミティシート及びプロキシミティピンを介して熱板３４３上に載置される。本実施形態では、特に完全にＮ_２置換が完了した後にウエハＷの加熱を開始するように構成したので、ウエハＷの酸化を確実に防止することができるようになる。

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。

本発明の実施の形態に係るＳＯＤシステムの平面図である。 図１に示したＳＯＤシステムの正面図である。 図１に示したＳＯＤシステムの背面図である。 図１に示したＳＯＤシステムにおける主ウエハ搬送機構の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る冷却処理ステーションの断面図である。 図５に示した冷却処理ステーションの平面図である。 本発明の実施の形態に係るエージング処理ステーションの断面図である。 本発明の実施の形態に係る低温加熱処理ステーションの断面図である。 本発明の実施の形態に係る低酸素高温加熱処理ステーションの断面図である。 本発明の実施の形態に係る低酸素キュア・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。 図１に示したＳＯＤシステムの処理フロー図である。 本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示している。 図１０に示した低酸素キュア・冷却処理ステーションにおける加熱処理室の断面図である。 加熱処理室の他の実施形態を示す断面図である。 加熱処理室の更に別の実施形態を示す断面図である。 加熱処理室のまた別の実施形態を示す平面図である。 図１７に示す加熱処理室の断面図である。 加熱処理室の別の実施形態を示す平面図である。 図１９に示す加熱処理室の断面図である。 加熱処理室の更に別の実施形態を示す平面図である。 加熱処理室における他の処理手順を示すフローチャートである。 加熱処理室における別の処理手順を示すフローチャートである。 加熱処理室における更に別の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２２ 主ウエハ搬送機構
３２ 冷却板
５１、２５１ プロキシミティシート
５２、２５２ プロキシミティピン
６１、１３２、２３２、３４３ 熱板
Ｗ ウエハ
ＣＰＬ 冷却処理ステーション
ＳＣＴ ＳＯＤ塗布処理ステーション
ＤＡＣ エージング処理ステーション
ＤＳＥ ソルベントエクスチェンジ処理ステーション
ＬＨＰ 低温加熱処理ステーション
ＯＨＰ 低酸素高温加熱処理ステーション
ＤＣＣ 低酸素キュア・冷却処理ステーション
ＴＣＰ 受け渡し・冷却プレート

Claims (11)

1. 基板を加熱処理又は冷却処理するプレートと、該プレートから基板を離間して保持するためのギャップ形成部材とを備えた複数種類の処理ステーションと、
   これら処理ステーション間で基板の受け渡しを行う搬送装置とを備え、
   前記複数種類の処理ステーションのうち、酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーションは、他の処理ステーションと比べて高さの高いギャップ形成部材を備えていることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記プレートの周囲に配置され、前記ギャップ形成部材を介して前記プレート上に配置された基板に対してほぼ平行に且つ基板の第１の面及び第２の面にパージ用の気体を供給する供給部を更に具備することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーションは、他の処理ステーションと比べて高さがほぼ２倍のギャップ形成部材を備えていることを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーションは、ほぼ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの高さのギャップ形成部材を備えていることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーション内を排気する排気部を更に有することを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項２に記載の基板処理装置において、
   前記酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーション内の酸素濃度を検出するための手段と、
   前記検出された酸素濃度に基づいて前記供給部によるパージ用の気体の供給を制御する手段と
   を更に具備することを特徴とする基板処理装置。
7. 請求項２に記載の基板処理装置において、
   前記供給部は、前記第１の面に比べて第２の面に対する風量が多くなるように、前記パージ用の気体を供給することを特徴とする基板処理装置。
8. 請求項２に記載の基板処理装置において、
   第１の風量で前記パージ用の気体を供給し、次に前記第１の風量よりも小さい第２の風量で前記パージ用の気体を供給するように、前記供給部によるパージ用の気体の供給を制御する手段を更に具備することを特徴とする基板処理装置。
9. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記プレート上で前記基板を昇降する昇降機構と、
   前記酸素濃度を低下させた雰囲気で基板を加熱処理する処理ステーション内を排気する排気部とを更に具備し、
   前記昇降機構により前記プレート上から基板を上昇している状態で、前記排気部による前記処理ステーション内の排気を開始し、前記昇降機構により前記プレート上に基板を下降した時点で前記排気部による前記処理ステーション内の排気を終了することを特徴とする基板処理装置。
10. 基板に絶縁膜材料を塗布する塗布処理ステーションと、
    前記絶縁膜材料が塗布された基板をエージング処理するエージング処理ステーションと、
    前記エージング処理された基板をソルベントエクスチェンジ処理するソルベントエクスチェンジ処理ステーションと、
    前記ソルベントエクスチェンジ処理された基板を低温加熱処理する低温加熱処理ステーションと、
    前記低温加熱処理された基板を低酸素下で高温加熱処理する低酸素高温加熱処理ステーションと、
    前記低酸素高温加熱処理された基板を低酸素下でキュア・冷却処理する低酸素キュア・冷却処理ステーションと、
    これらのステーション間で基板を搬送する搬送装置とを一体的に備え、
    少なくとも前記エージング処理ステーション、前記低温加熱処理ステーション及び前記低酸素キュア・冷却処理ステーションが、それぞれ、基板を加熱処理するプレートと、該プレートから基板を離間して保持するためのギャップ形成部材とを備え、
    前記低温加熱処理ステーションまたは前記低酸素キュア・冷却処理ステーションのギャップ形成部材の高さが、他の処理ステーションのギャップ形成部材の高さより高いことを特徴とする基板処理装置。
11. 請求項１０に記載の基板処理装置において、
    基板に絶縁膜材料を塗布する前に基板を冷却処理する第１の冷却処理ステーションと、低酸素キュア・冷却処理された基板を冷却処理する第２の冷却処理ステーションとを更に一体的に備え、これら第１及び第２の冷却処理ステーションが、基板を加熱処理又は冷却処理するプレートと、該プレートから基板を離間して保持するためのギャップ形成部材とを備えていることを特徴とする基板処理装置。

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