JP4342974B2

JP4342974B2 - 硬化処理装置及びその方法、並びに塗布膜形成装置

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Publication number: JP4342974B2
Application number: JP2004035406A
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Inventors: 慎二永嶋; 智弘井関
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Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2009-10-14
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Description

本発明は、例えば半導体ウエハやＦＰＤ基板（フラットパネルディスプレイ用基板）等の基板に層間絶縁膜等の塗布膜を形成するための硬化処理装置及びその方法、並びに塗布膜形成装置に関する。

半導体デバイスの製造工程において、例えばＳＯＤ（ＳｐｉｎｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）システムにより層間絶縁膜を形成する場合がある。このＳＯＤシステムでは、例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）上に塗布材料をスピンコートし、次いで加熱等の物理的処理や化学的処理を施して、層間絶縁膜を形成している。具体的には例えばシクロブテン系ポリマーの絶縁膜材料の１つである商品名シルクよりなる塗布液を用いた処理の場合、塗布液が塗布されたウエハに対して例えば３２０℃程度の温度で１分程度加熱するベーク処理を行った後、４５０℃程度、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下の条件で５分程度キュア処理を行なうことにより、塗布膜を硬化させて層間絶縁膜を形成している。

前記キュア処理を行う装置としては、塗布液が塗布されたウエハを一枚ずつ加熱するための第１の処理室と、加熱処理されたウエハを冷却すると共に、第１の処理室に対してキュア装置の外部からウエハを受け渡しを行うための冷却処理室と、を備えた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。前記第１の処理室では設定温度が２００〜４７０℃に設定可能なホットプレートの表面にウエハを載置することにより、所定のキュア処理が行われる。

特開２０００−１２４２０６号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、商品名シルクよりなる塗布液を用いる場合、キュア処理の温度が４５０℃程度必要であるが、このような高温で処理を行うと、パターンの微細化が進む将来では、熱によりデバイスに悪影響を及ぼす懸念がある。

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板に紫外線を照射しながら、絶縁膜を硬化させるための硬化処理を行うことにより、硬化処理時の処理温度を低下させる技術を提供することにある。

本発明の硬化処理装置は、塗布液が塗布された基板を加熱することにより基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理装置において、塗布液が塗布された基板を加熱プレートに載置して、前記基板を一枚ずつ所定温度に加熱処理するための第１の処理室と、この第１の処理室に設けられ、加熱プレートに載置された基板に対して紫外線を照射するための第１の照射部と、前記第１の処理室と連通して接続され、塗布液が塗布された基板を載置して硬化処理の処理温度よりも低い温度に調整するための温調プレートが設けられる第２の処理室と、前記加熱プレートと前記温調プレートとの間で基板の受け渡しを行うための手段と、塗布膜が硬化された基板に第１の照射部とは異なる波長の紫外線を照射するための第２の照射部と、前記加熱プレートまたは前記温調プレートに、塗布液が塗布された基板を載置して第１の温度で加熱する加熱処理と、加熱処理が行われた基板に対して前記加熱プレート上において前記第１の温度よりも高い硬化処理の温度で加熱すると共に、前記基板に対して前記第１の照射部から紫外線を照射して前記基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理と、硬化処理が行われた基板に対して前記温調プレート上において前記硬化処理の処理温度よりも低い温度に調整する温調処理と、温調処理の後に前記第２の照射部から前記基板に紫外線を照射して前記塗布膜の改質を行う改質処理と、を行うように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

ここで前記温調プレートは、例えば第１の処理室の加熱プレートの上方側の位置と第２の処理室との間を移動自在に構成される。この場合、例えば加熱プレートに載置された基板を昇降部材により上昇させた後、基板と加熱プレートとの間に温調プレートを進入させ、次いで昇降部材を降下させることにより、加熱プレートから温調プレートに基板が受け渡されるように構成される。また前記第１の処理室と第２の処理室との間に形成された温調プレートの通過口には、この通過口を開閉するためのシャッタが設けられている。

さらに本発明では、前記第１の処理室では塗布液が塗布された基板を加熱プレートに載置して第１の温度で加熱する加熱処理と、加熱処理が行われた基板を前記加熱プレートに載置したまま、引き続き第１の温度よりも高い硬化処理の温度で加熱しながら基板に対して紫外線を照射して基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理と、を行うための制御部を備えるようにしてもよいし、前記第２の処理室では塗布液が塗布された基板を温調プレートに載置して第１の温度で加熱する加熱処理を行い、第１の処理室では加熱処理が行われた基板を加熱プレートに載置し、第１の温度よりも高い硬化処理の温度で加熱しながら基板に対して紫外線を照射して基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理を行うための制御部を備えるようにしてもよい。

このような硬化処理装置では、基板に対して紫外線を照射しながら、この基板を加熱することにより基板上の塗布膜を硬化させているので、紫外線を照射しない場合に比べて低い温度で塗布膜の硬化を図ることができ、デバイスへの熱による悪影響の発生を抑えることができる。

また本発明では、前記第１の処理室と第２の処理室とに不活性ガスを供給するための不活性ガス供給部と、前記第１の処理室と第２の処理室とを排気するための排気手段と、を備えるようにしてもよい。ここで前記塗布膜は絶縁膜であり、第１の照射部から基板に照射される紫外線は波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線である。また前記加熱処理はベーク処理である。さらに第２の照射部から基板に紫外線を照射することにより絶縁膜の改質処理を行うようにしてもよい。
また上記硬化処理装置において、前記加熱プレートを上下方向に移動可能にしてもよいし、更に前記第１の処理室内に、第１の照射部の劣化を判断するセンサと、前記センサからの信号に基づいて、前記加熱プレートを上昇させる制御部と、を備えるようにしてもよい。更にまた上記硬化処理装置において、前記第１の照射部は２つの異なった波長の紫外線を照射するようにしてもよい。この場合、第１の照射部は、第１の処理室と第２の処理室との間を移動することができる。

このような硬化処理装置では、例えば塗布液が塗布された基板を加熱プレートに載置して、前記基板を一枚ずつ第１の温度に加熱する加熱処理工程と、次いで加熱処理が行われた基板を前記加熱プレートに載置したまま、引き続き前記基板を一枚ずつ第１の温度よりも高い硬化処理の温度に加熱しながら、この基板に所定の波長の紫外線を照射して、基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理工程と、前記硬化処理工程の後に行われ、塗布膜が硬化された基板に対して塗布膜の硬化処理とは異なる波長の紫外線を照射し、前記塗布膜の改質を行う改質工程と、を含むことを特徴とする硬化処理方法や、塗布液が塗布された基板を温調プレートに載置して、前記基板を一枚ずつ第１の温度に加熱する加熱処理工程と、次いで加熱処理が行われた基板が載置された温調プレートを加熱プレートの上方側に位置させ、加熱プレートから昇降機構を上昇させて温調プレート上の基板を昇降機構に受け取らせ、次いで温調プレートを加熱プレートの外方側に移動させた後昇降機構を下降させることにより、前記基板を温調プレートから加熱プレートに受け渡し、前記基板を加熱プレートにより一枚ずつ第１の温度よりも高い硬化処理の温度に加熱しながら、この基板に所定の波長の紫外線を照射して、基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理工程と、前記硬化処理工程の後に行われ、塗布膜が硬化された基板に対して塗布膜の硬化処理とは異なる波長の紫外線を照射し、前記塗布膜の改質を行う改質工程と、を含むことを特徴とする硬化処理方法が実施される。

また本発明の塗布膜形成装置では、基板に塗布液を塗布するための塗布ユニットと、前記塗布ユニットにおいて、塗布液が塗布された基板上の塗布液を硬化させるための上記の硬化処理装置と、前記塗布ユニットと前記硬化処理装置との間で基板を搬送するための搬送手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、塗布膜の硬化処理時に紫外線を照射しているので、硬化処理の温度を低下させることができる。

以下に本発明の硬化処理装置が組み込まれた塗布膜形成装置の一実施の形態について、例えば商品名「シルク」よりなる塗布液を用いてＳｉＯ２膜よりなる層間絶縁膜を形成する場合を例にして説明する。ここで、図１は本発明の塗布膜形成装置の一実施の形態に係る全体構成を示す平面図であって、図２はその概略斜視図、図３はその縦断側面図である。

図中Ｂ１は、例えば２５枚の基板であるウエハＷが収納された基板キャリアＣ（以下［キャリア］という）を搬入出するためのキャリアブロックであり、このキャリアブロックＢ１は、前記キャリアＣを載置するキャリア載置部２１と、受け渡し手段２２と、を備えている。前記受け渡し手段２２は、キャリアＣからウエハＷを取り出し、この取り出したウエハＷをキャリアブロックＢ１に隣接して設けられている処理ブロックＢ２へと受け渡すように、左右、前後に移動自在、昇降自在、鉛直軸まわりに回転自在に構成されている。

処理ブロックＢ２の中央には搬送手段をなす主搬送手段２３が設けられており、これを取り囲むように例えば奥を見て右側には複数の塗布ユニット（ＳＣＴ）２４が、手前側、奥側には複数の処理ユニットを多段に積み重ねた棚ユニットＵ１，Ｕ２が夫々配置されている。前記棚ユニットＵ１，Ｕ２は、塗布ユニット２４における処理の前処理及び後処理を行うためのユニットなどを各種組み合わせて構成されるものであり、その組み合わせは例えば図３に示すように、例えば塗布液の塗布前にウエハを所定温度に温調するための温調ユニット（ＣＰＬ）２５、ウエハを加熱して塗布膜を硬化させる処理を行う硬化処理装置をなすキュアユニット（ＤＬＣ）３が含まれる。また棚ユニットＵ１については、ウエハＷを受け渡すための受け渡し台を備えた受け渡しユニット（ＴＲＳ）２６も組み込まれる。

図３に示す棚ユニットＵ１，Ｕ２の構成は一例であり、これら棚ユニットＵ１，Ｕ２には、ウエハＷに施される処理に応じて、既述の処理ユニット以外の処理ユニットを配設してもよいし、所為ユニットの個数やレイアウトは任意に選択できる。上述した主搬送手段２３は例えば昇降及び前後に移動自在で且つ鉛直軸周りに回転自在に構成されており、塗布ユニット２４及び棚ユニットＵ１，Ｕ２を構成する各ユニット間でウエハＷの受け渡しを行うことが可能となっている。

続いて上述のキュアユニット３について図４，図５により説明するが、このキュアユニット３は既述のように本発明の硬化処理装置をなすものであり、塗布膜を焼成して硬化させるための硬化処理を行うユニットである。図中３０はケーシングであり、このケーシング３０内部は仕切り板３１により二分割され、図中左側が第１の処理室Ｓ１、右側が第２の処理室Ｓ２として形成されている。これら処理室Ｓ１，Ｓ２は密閉可能に構成され、各処理室Ｓ１，Ｓ２内は所定の雰囲気に設定できるようになっている。

第１の処理室Ｓ１の内部には、ウエハＷを載置して加熱するための、例えば平面形状が円形の加熱プレート３２が設けられている。この加熱プレート３２は例えば熱伝導性に優れた、例えば炭化ケイ素や窒化アルミニウムなどのセラミックスにより構成されている。また加熱プレート３２には、加熱手段であるヒータ３３が内蔵されており、これにより加熱プレート３２に載置されたウエハＷは例えば３００℃〜４７０℃に加熱されるようになっている。図中３４はヒータ３３の電源部であり、制御部Ｃにより電源部３４からヒータ３３への電力供給量が制御され、加熱プレート３２が所定の温度に維持されるようになっている。

図中３５はウエハＷの裏面側を支持して昇降するための昇降ピンであり、この昇降ピン３５は昇降機構３６により昇降自在に構成されて加熱プレート３２と温調プレート５１との間でウエハＷの受け渡しを行うための手段をなしている。この昇降機構３６の駆動は制御部Ｃにより制御され、これにより昇降ピン３５はウエハＷを所定のタイミングで所定の高さに昇降できるようになっている。この例では、昇降ピン３５と昇降機構３６とにより特許請求の範囲の昇降部材が構成されている。

そして第１の処理室Ｓ１内部の上部側には、加熱プレート３２とほぼ対向する位置に第１の照射部４１が設けられており、この照射部４１には加熱プレート３２に載置されたウエハＷの表面全体に所定の範囲例えば１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長の硬化処理用の紫外線を照射するための第１の光源４２を備えている。図中４３はこの光源４２のコントローラであり、このコントローラ４３を介して制御部Ｃにより光源４２への電力供給量や光源４２の波長が制御されるようになっている。

ここで有機ＳＯＤ膜についてキュア処理を行う場合には、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ、照射量１００Ｊ／ｃｍ2〜５００Ｊ／ｃｍ2（Ｊ／ｃｍ2：照射量（積算光量）単位）程度、無機ＳＯＤ膜についてキュア処理を行う場合には、波長１００ｎｍ〜２００ｎｍ、照射量１００Ｊ／ｃｍ2〜３００Ｊ／ｃｍ2程度に設定することが好ましい。

また第１の処理室Ｓ１のケーシング３０の側面には、例えば図示しない供給源から第１の処理室Ｓ１内に不活性ガス例えばヘリウムガスや窒素ガスなどを供給するための不活性ガス供給部３７が設けられている。さらに第１の処理室Ｓ１のケーシング３０の底面には、当該処理室内の雰囲気を排気するための排気路３８が接続されている。こうして第１の処理室Ｓ１内を排気する一方、不活性ガスを供給することにより、当該処理室Ｓ１内を所定の雰囲気例えば酸素濃度が５ｐｐｍ〜２０．６％の低酸素雰囲気に維持することができる。

続いて第２の処理室Ｓ２について説明する。この第２の処理室Ｓ２の内部には、ウエハを載置して所定温度に温調するための、例えば板状の温調プレート５１が設けられている。この温調プレート５１は、ウエハが載置されたときに、ウエハ裏面側全体が温調プレート５１表面と接触する大きさに設定され、例えば熱伝導性に優れた、例えば炭化ケイ素や窒化アルミニウムなどのセラミックスにより構成されている。またこのプレート５１には、所定温度に調整された冷媒が通流するための冷媒流路５２が形成されており、こうして温調プレート５１に載置されるウエハＷが例えば１５℃〜５０℃から選ばれる所定の温度に調整されるようになっている。図中５３は前記冷媒流路５２に冷媒を循環供給するための供給路、５４は冷媒の温度調整部である。前記温度調整部５４は制御部Ｃにより制御され、これにより温調プレート５１が所定の温度に維持されるようになっている。

この温調プレート５１は、例えば水平駆動部５５により、第２の処理室Ｓ２の内部をＸ方向（第２の処理室Ｓ２側から第１の処理室Ｓ１側に向かう方向）に敷設されたガイドレール５６に沿って、第２の処理室Ｓ２内と第１の処理室Ｓ１の加熱プレート３２の上方側の位置との間で、略水平方向に移動自在に構成されている。

また温調プレート５１には、図５に示すように、スリット状の切り欠き５１ａ，５１ｂが形成されている。この切り欠き５１ａ，５１ｂは、温調プレート５１を加熱プレート３２の上方側に位置させた状態で、加熱プレート３２の昇降ピン３５を昇降させたときに、昇降ピン３５が干渉しない位置に形成されている。これにより温調プレート５１と加熱プレート３２との間でウエハの受け渡しが行われるようになっている。

つまり温調プレート５１に載置されたウエハＷを加熱プレート３２に受け渡す場合には、前記温調プレート５１を加熱プレート３２の上方側に位置させ、昇降ピン３５を上昇させて当該昇降ピン３５にウエハを受け取らせ、次いで温調プレート５１を第２の処理室Ｓ２に退行させ、この後昇降ピン３５を下降させることにより、ウエハＷが温調プレート５１から加熱プレート３２に受け渡される。また加熱プレート３２に載置されたウエハＷを温調プレート５１に受け渡す場合には、昇降ピン３５を上昇させて加熱プレート３２から当該昇降ピン３５にウエハを受け取らせ、次いで温調プレート５１をウエハＷと加熱プレート３１との間に位置させ、この後昇降ピン３５を下降させることにより、ウエハＷが加熱プレート３２から温調プレート５１に受け渡される。

そして第２の処理室Ｓ２内部の上部側には、温調プレート５１とほぼ対向する位置に、温調プレート５１に載置されたウエハＷの表面全体に改質用の紫外線を照射するための第２の照射部４４が設けられており、この照射部４４には温調プレート５１に載置されたウエハに所定の範囲例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の波長の改質用の紫外線を照射するための第２の光源４５を備えている。図中４６はこの光源４５のコントローラであり、このコントローラ４５を介して制御部Ｃにより光源４５への電力供給量や光源４５の波長が制御されるようになっている。ここで改質処理を行う場合には、有機ＳＯＤ膜、無機ＳＯＤ膜共に、波長１５０ｎｍ〜２００ｎｍ、照射量１００ｍＪ／ｃｍ2程度に設定することが好ましい。

また第２の処理室Ｓ２のケーシング３０の側面には、例えば図示しない供給源から第２の処理室Ｓ２内に不活性ガス例えばヘリウムガスや窒素ガスなどを供給するための不活性ガス供給部５７が設けられている。また第２の処理室Ｓ２のケーシング３０の底面には、当該処理室内の雰囲気を排気するための排気路５８が接続されている。こうして第２の処理室Ｓ２内を排気する一方、不活性ガスを供給することにより、第２の処理室Ｓ２内を所定の雰囲気例えば酸素濃度が５ｐｐｍ〜２０．５％の低酸素雰囲気に維持することができる。

さらに仕切り板３１には、温調プレート５１が通過するための通過口４７が形成されており、この通過口４７には例えば上下動するシャッタ４７ａが設けられている。また第２の処理室Ｓ２のケーシング３０の側面には、ウエハＷをキュアユニット３に対して搬入出するための搬送口４８が設けられ、この搬送口４８はシャッタ４８ａにより開閉自在に構成されている。これにより、キュアユニット３に対してウエハＷを搬入出する場合や、第１の処理室Ｓ１と第２の処理室Ｓ２との間でウエハを搬送するとき以外は、シャッタ４７ａ,４８ａを閉じて、各処理室Ｓ１，Ｓ２内の雰囲気を維持できるようになっている。

続いて前記塗布ユニット２４の構成について簡単に説明する。先ず塗布ユニット２４はウエハの表面に前記塗布液を塗布する処理を行なうものであり、このユニット２４では、例えば前記主搬送手段２３により基板保持部であるスピンチャックに受け渡され、ウエハＷの表面のほぼ中央部に供給ノズルにより塗布膜の塗布液を供給すると共に、予め設定された回転数でスピンチャックを回転させることにより、塗布液をその遠心力によりウエハＷの径方向に広げ、こうしてウエハＷ表面に塗布膜の液膜を形成する処理が行われる。このような塗布ユニット２４には、公知のスピンコート方式の塗布装置を使用することができる。また前記温調ユニット２５では、処理容器内において、基板載置部をなす冷却プレートの表面にウエハを所定時間載置することにより、ウエハを所定温度に調整する処理が行われる。

このような塗布膜形成装置におけるウエハの流れについて図６を参照して説明すると、自動搬送ロボット（あるいは作業者）により例えば２５枚のウエハＷを収納したキャリアＣが、外部からキャリアブロックＢ１のキャリア載置部２１に搬入される。次いで受け渡し手段２２によりこれらキャリアＣ内からウエハＷが取り出され、処理ブロックＢ２の棚ユニットＵ１の受け渡しユニット２６を介して主搬送手段２３に受け渡される。

そしてウエハＷは主搬送手段２３により棚ユニットＵ１，Ｕ２の温調ユニット２５に搬送され、ここで所定の温度例えば２３℃に調整された後、塗布ユニット２４に搬送され、当該ユニット２４にて、処理温度例えば２３℃の下、例えば商品名「シルク」よりなる塗布液の塗布処理が行われる。

次いでウエハＷは主搬送手段２３によりキュアユニット３に搬送され、第２の処理室Ｓ２の温調プレート５１を介して第１の処理室Ｓ１の加熱プレート３２に受け渡されて、ここで加熱処理であるベーク処理が行われる。このベーク処理とは、低酸素雰囲気にてウエハを加熱して縮重合反応を起こさせ、化学的に塗布膜を硬化させるための低酸素加熱処理である。具体的には、処理室Ｓ１内に窒素ガスを導入し、所定の低酸素状態例えば許容酸素濃度５０ｐｐｍ以下の雰囲気に設定して、ウエハを第１の温度例えば約３２０℃程度の温度で約１分間加熱することにより行われる。

次いでベーク処理が行われたウエハＷは、第１の処理室Ｓ１内にて硬化処理であるキュア処理が行われる。ここでキュア処理とは塗布膜を焼成するための加熱処理であり、塗布膜を加熱することにより、架橋またはポロジエンの離脱を行ない塗布膜の硬化を図る処理である。具体的には、ベーク処理からウエハＷをそのまま加熱プレート３２上に載置したままの状態で、処理室Ｓ１内を所定の低酸素状態例えば許容酸素濃度２０ｐｐｍ以下の雰囲気に設定する。一方加熱プレート３２を所定の温度に加熱し、第１の照射部４１により例えば３００〜４００ｎｍの波長の紫外線をウエハＷ表面に照射しながら、ウエハを第１の温度より高い硬化処理の温度例えば約４００℃程度の温度にて約５分程度加熱することにより行なわれる。

この後、加熱プレート３２から温調プレート５１にウエハを受け渡し、第２の処理室Ｓ２内において温調プレート５１によりウエハを室温程度の温度まで冷却する処理が行われる。この際温調プレート５１の温度は約２３℃程度に設定され、温調プレート５１にウエハを載置して約１分程度そのままの状態に維持することにより、ウエハは室温程度の温度に冷却される。

続いて第２の処理室Ｓ２内において、ウエハＷ表面に形成された絶縁膜の表面を改質する処理が行われる。つまりウエハＷを引き続いて温調プレート５１に載置したまま、第２の照射部４４より、改質用の紫外線例えば波長が１７２ｎｍ程度の紫外線をウエハ表面に例えば１０秒程度照射して、塗布膜の表面を改質する。次いで、ウエハＷをキュアユニット３から搬出する。つまりウエハＷを温調プレート５１から主搬送手段２３に受け渡し、この主搬送手段２３より棚ユニットＵ１の受け渡しユニット２６、受け渡し手段２２を介して例えば元のキャリアＣ内に戻される。

ここで塗布膜形成装置におけるウエハの搬送や、キュアユニット３等の各処理ユニットにおけるウエハの処理は制御部Ｃ内のプログラムに基づいて行われる。つまり制御部Ｃは、キュアユニット３の第１の処理室Ｓ１にて、ウエハＷを加熱プレートに載置して第１の温度で加熱するベーク処理を行い、次いでこのベーク処理が行われたウエハＷを前記加熱プレートに載置したまま、引き続き第１の温度よりも高い硬化処理の温度で加熱しながら、ウエハに対して所定の波長の紫外線を照射してウエハ上の塗布膜を硬化させる硬化処理と、を行うためのプログラムを備えている。

このような構成では、キュア処理のときに塗布膜に紫外線を照射しながら、熱エネルギーを与えており、熱エネルギーと紫外線のエネルギーとの組み合わせにより塗布膜の硬化を図っている。このため熱エネルギーのみで塗布膜を硬化させる場合よりも、処理時間を延長することなく、処理温度を低下させることができる。このためデバイスへの熱影響が排除され、信頼性の高いデバイスを確保することができる。また処理時間を延長させる必要がないので、スループットの低下を防ぐことができる。

ここで熱エネルギーと紫外線のエネルギーとの組み合わせにより低い温度で塗布膜の硬化を行なうことができる理由について述べる。キュア処理では、図７に示すように、ポロジエンを気化させることにより、アセチレンの三重結合と、酸素の二重結合の、夫々の結合手の一本を切断し、切断された分子同士を点線に示すように接合させてポリマーを形成することが行われるが、ポロジエンの気化温度が高く、これがキュア処理の温度が高温化する一つの原因となっている。ところでキュア処理時に塗布膜に紫外線を照射すると、紫外線によりポロジエンの気化が促進され、アセチレンや酸素の結合手が切断されやすい状態となる。一方切断された分子同士の接合は、４００℃程度の加熱エネルギーにより行われる。このように紫外線の照射より、紫外線を照射しない場合よりも低い温度でアセチレンや酸素の結合手を切断することができ、この低い温度で切断された分子の接合が行われるので、紫外線を照射しない場合よりも低い温度で塗布膜の硬化を行なうことができる。

またこの例では、同じ処理装置でベーク処理とキュア処理とを行っているので、夫々別の装置を用意する場合に比べて処理ユニットが少なくて済む。これによりコストダウンを図ることができ、占有面積を小さくすることができるので、スペース的にも有効である。さらにベーク処理装置とキュア処理装置とを別個に用意する場合には、ウエハＷは主搬送手段２３によりベーク処理装置からキュア処理装置に搬送されるが、ベーク処理装置とキュア処理装置とが離れた場所に配置される場合には、搬送距離が長くなるので搬送に時間がかかって、スループットが悪化してしまう。また主搬送手段２３にて搬送する処理ユニット数が多くなるので、搬送プログラムが複雑になってしまう。

これに対し本発明のようにキュアユニット３の同じ処理室Ｓ１にてベーク処理とキュア処理とを行うようにすると、ベーク処理とキュア処理との間にウエハを搬送する必要がないので、その分トータルの処理時間が短縮され、スループット向上を図ることができる。

また上述の例では、改質用の紫外線を照射する第２の照射部４４を設け、硬化処理が行われたウエハに改質用の紫外線を照射しているので、塗布膜の表面の有機手が切断され、当該塗布膜と次の膜との密着性を高めることができる。この際第２の照射部４４を第２を処理室Ｓ２に設けることにより、キュアユニット３とは別個に改質用の照射部を用意する場合に比べてスペース的に有効であり、また温調プレート５１にてウエハを冷却した後、ウエハの搬送を行うことなく、引き続いて改質処理を行うことができるので、ウエハの搬送に要する時間が必要なく、スループットの観点からも有効である。
しかも同じ雰囲気の下で処理を行い、途中で処理装置外の雰囲気に触れることはないので、絶縁性に悪影響を与えるＯＨ基が膜に付着することはない。

続いて本発明の他の実施の形態について図８を用いて説明する。この実施の形態が上述の実施の形態と異なる点は、キュアユニット３の第２の処理室Ｓ２にてベーク処理を行うことであり、このため温調プレート７１には冷媒流路の代わりに加熱手段をなすヒータ７２が内蔵されている。図中７３はヒータ７２の電源部であり、制御部Ｃにより電源部７３からヒータ７２への電力供給量が制御され、これにより温調プレート７１が所定の温度に維持され、温調プレート７１に載置されたウエハＷが例えば５０℃〜２００℃に加熱されるようになっている。その他の構成は上述のキュアユニット３と同様であるが、キュアユニット３における処理の後でウエハを室温程度の温度まで冷却するための冷却ユニットが別個に必要となる。この冷却ユニットは例えば温調ユニット２５と同様に構成され、例えば棚ユニットＵ１，Ｕ２に組み込まれる。

この実施の形態におけるウエハの流れについて図９を参照して説明すると、塗布ユニット２４にて塗布液の塗布処理が行われた後、主搬送手段２３によりキュアユニット３に搬送されるまでは上述の実施の形態と同様である。この後ウエハＷは、第２の処理室Ｓ２の温調プレート７１に受け渡されて、ここで加熱処理であるベーク処理が行われる。つまり処理室Ｓ２内に窒素ガスを導入し、所定の低酸素状態例えば許容酸素濃度５０ｐｐｍ以下の雰囲気に設定して、ウエハＷを２００℃以下の第１の温度例えば約１５０℃程度にて、約１分間加熱することにより行われる。

次いでベーク処理が行われたウエハＷは、温調プレート７１から第１の処理室Ｓ１の加熱プレート３２に受け渡され、ここで硬化処理をなすキュア処理が行われる。つまり処理室Ｓ１内を所定の低酸素状態例えば許容酸素濃度２０ｐｐｍ以下の雰囲気に設定する一方、加熱プレート３２を所定温度に加熱し、第１の照射部４１により例えば３００〜４００ｎｍの波長の紫外線をウエハＷ表面に照射しながら、ウエハを第１の温度よりも高い硬化処理の温度例えば約４００℃程度の温度にて約５分程度加熱することにより行なわれる。

続いて加熱プレート３２から温調プレート７１にウエハＷが受け渡され、第２の処理室Ｓ２内においてウエハＷを温調プレート７１によりベーク処理とほぼ同じ温度例えば１５０℃程度まで冷却する処理（第１の冷却処理）が行われる。この際温調プレート７１の温度は約１５０℃程度に設定され、温調プレート７１にウエハを載置して約１分程度そのままの状態に維持することにより、ウエハは１５０℃程度の温度に冷却される。

続いて第２の処理室Ｓ２内において、ウエハＷ表面に形成された絶縁膜の表面を改質する処理が行われる。つまりウエハＷを引き続いて温調プレート７１に載置したまま、第２の照射部４４より、改質用の紫外線例えば波長が１７２ｎｍ程度の紫外線をウエハ表面に例えば１０秒程度照射して、塗布膜の表面を改質する。次いで、ウエハＷをキュアユニット３から搬出して、主搬送手段２３により冷却ユニットに搬送し、ここでウエハを室温例えば２３℃程度まで冷却する処理が行われ（第２の冷却処理）、この後ウエハＷは、主搬送手段２３より棚ユニットＵ１の受け渡しユニット２６、受け渡し手段２２を介して例えば元のキャリアＣ内に戻される。

この例では、制御部Ｃは、前記第２の処理室Ｓ２にて塗布液が塗布されたウエハＷを温調プレート５１に載置して第１の温度で加熱するベーク処理を行い、次いで第１の処理室Ｓ１にてベーク処理が行われたウエハＷを加熱プレート３２に載置し、第１の温度よりも高い硬化処理の温度で加熱しながら、ウエハに対して所定の波長の紫外線を照射してウエハ上の塗布膜を硬化させる硬化処理と、を行うためのプログラムを備えている。

このように、この実施の形態は、第２の処理室Ｓ２にて２００℃以下の温度で
ベーク処理を行うものであるが、ベーク処理で先ず２００℃以下の温度まで加熱し、次いでキュア処理で４００℃程度の温度まで加熱することにより、ウエハが段階的に加熱されるので温度変化が緩やかになり、急激な温度変化によりダメージを受けやすい材料の塗布膜に対して有効である。

このような構成においても、キュア処理のときに塗布膜に紫外線を照射しながら熱エネルギーを与えており、同じ処理装置でベーク処理とキュア処理とを行っているので、上述の実施の形態と同様の効果が得られる。またこの実施の形態では、第２の処理室Ｓ２にてベーク処理を行い、第１の処理室Ｓ１にてキュア処理を行っているが、これらの間では温調プレート７１によりウエハが搬送されるので、ベーク処理装置とキュア処理装置とを別個に用意し、主搬送手段２３によりこれらの間でウエハを搬送する場合に比べて、搬送時間を短縮でき，搬送プログラムも容易となる。

以上において、図１０に示すように、第１の処理室Ｓ１の第１の照射部７４に複数の光源、例えば波長の異なった紫外線を照射する第１の光源７５、第２の光源７６を取り付け、一つをキュア処理用の光源、他の一つを改質用の光源としてもよい。またコントローラ７７は、第１の光源７５と第２の光源７６との切り替えなどを行う機能を有している。また第１の処理室Ｓ１では、キュア処理にＥＢ（電子ビーム）を用いることも可能である。
なお照射部７４が、前記したように、波長の異なった２つの光源である第１の光源７５、第２の光源７６を有する場合、図１１に示すように、照射部７４自体が、第１の処理室Ｓ１と第２の処理室Ｓ２との間を移動するように構成してもよい。例えば２つの処理室内の天井部に、両処理室に跨ったレール７８を取り付け、照射部７４をこのレール７８に沿って移動可能とすればよい。
このように構成すれば、１つのユニットにおいて１つの照射部７４を装備するだけで、２つの処理室において、各々別々の処理、すなわち第１の処理室Ｓ１では、第１の光源７５を使用したキュア処理、第２の処理室Ｓ２では、第２の光源７６を使用した改質処理を実施することができる。この場合のコントローラ７７は、光源の切り替えや照射部７４の移動も制御する。

また例えばキュア処理用の紫外線と改質用の紫外線の波長領域が近い場合であって、キュア処理用の光源にフィルタを組み合わせることにより改質用の紫外線の波長を確保することができる場合には、図１２に示すように、照射部の第１の光源１０１とフィルタ１０２とを組み合わせて、１つの光源でキュア処理と改質処理の両方を行うようにしてもよい。つまりフィルタ１０２の装着、取り外しによって、異なった波長の紫外線をウエハＷに照射することが可能になり、光源自体は、１つだけ用意すればよい。
ところで紫外線照射用の光源、例えば紫外線ランプは、使用しているうちに経年劣化が進み、それに伴って照射エネルギーが弱くなることがある。そうすると所定の硬化処理が達成できないおそれがあり、光源の交換が強いられる。
しかしながら、直ちに光源を交換しなくても、照射されるウエハＷを、初期状態よりも光源に近づけて、エネルギーの減衰を補うようにすれば、所定のエネルギーの紫外線をウエハＷに供給することが可能である。
それを実現するには、例えば図１３に示すように、加熱プレート３２を駆動機構１１０によって上下可能にする。これによって、第１の光源４２が劣化して照射エネルギーが弱くなった場合には、それに応じて、加熱プレート３２を上昇させてウエハＷの位置を第１の光源４２に、より近づけることができ、それによって、ウエハＷに対しては所定のエネルギーの紫外線を照射することが可能になる。
かかる場合、例えば第１の処理室Ｓ１内に、照射される紫外線のエネルギーの強度を測定するセンサ１１１を設け、このセンサ１１１からの信号によって、劣化の程度を判断し、その結果に基づいて、駆動機構１１０による加熱プレート３２の上昇量を制御する制御装置１１２を設ければ、第１の光源４２の劣化にかかわらず、ウエハＷに対して常に所定量のエネルギーの紫外線を照射することが可能になる。またそれによって、第１の光源４２に使用する、例えば紫外線ランプの寿命を実質的に延長することが可能である。
このようなセンサ１１１、制御装置１１２は第２の処理装置Ｓ２の第２の光源４５に適用してもよい。

上述の実施の形態では、キュア処理時にウエハに紫外線を照射するようにしたが、紫外線を照射しないでキュア処理を行った後、ウエハに所定の波長の紫外線例えば波長１５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の紫外線を照射し、この後、ウエハに対して冷却処理（第１の冷却処理）を施すようにしてもよい。このようにすると、固くてＫ値が２．９以下の塗布膜を得ることができる。この場合、キュア後の紫外線照射は、第１の処理室Ｓ１内において、加熱プレート３２上のウエハに対して第１の照射部４１により行ってもよいし、第２の処理室Ｓ２内において、温調プレート５１上のウエハに対して第２の照射部４４により行ってもよい。

さらにまた、ベーク処理を行うときにウエハ上の塗布膜に紫外領域の電磁波を照射するようにしてもよい。このようにベーク処理時に所定の波長の電磁波を照射すると、熱処理のみの場合よりも短時間にて処理が終了するという効果が得られる。またこの場合、好適な波長は１５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。

また本発明では所定の処理が行われるものであれば、塗布ユニットやキュアユニットなどは上述の構成に限らない。またウエハ上に形成される塗布膜の種類に応じて、ウエハ表面に塗布された塗布液の溶剤を熱により乾燥させる処理を行う低温加熱ユニットや、キュア処理後のウエハを所定温度に冷却する処理を行う冷却ユニットを棚ユニットＵ１，Ｕ２に配列するようにしてもよい。

さらにまた本発明は有機ＳＯＤ膜のみならず、無機ＳＯＤ膜の形成に適用することができる。この場合例えば塗布液としてはＭＳＱが用いられ、ベーク処理は、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下、処理温度が８０℃〜２００℃、キュア処理は、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下、処理温度が３５０℃〜４２５℃、キュア処理時に照射される紫外線は波長１００ｎｍ〜２００ｎｍ、照射量が１００Ｊ／ｃｍ2〜３００Ｊ／ｃｍ2、改質時に照射される紫外線は波長１５０ｎｍ〜２００ｎｍ、照射量が１００ｍＪ／ｃｍ2の夫々の条件で処理が行われる。

さらにまた本発明はＳＯＤ法による低誘電率層間絶縁膜の形成のみならず、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）膜の形成や、レジスト膜、ポリイミド膜、強誘電体、他の絶縁膜等の形成に適用することができる。ここで前記ＳＯＧ膜とは、ＣＶＤで形成された膜は表面が凹凸状態であるので、これを平坦化するために、前記ＣＶＤ法により形成された膜の表面に形成されるＳｉＯ2膜であり、ＳＯＤ法と同様に、塗布液をウエハ表面にスピンコートした後、ウエハに対して加熱処理を施すことにより、塗布液に含まれる溶媒などを蒸発させ、膜を硬化させることにより形成される。

さらに上述の実施の形態では半導体ウエハを処理する装置について説明したが、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）やマスク等に使用されるガラス基板を処理する装置についても本発明は適用可能である。

本発明にかかる塗布膜形成装置の一実施の形態の全体構成を示す平面図である。前記塗布膜形成装置の全体構成を示す概略斜視図である。前記塗布膜形成装置の全体構成を示す側面図である。前記塗布膜形成装置に設けられる硬化処理装置（キュアユニット）を示す断面図である。前記硬化処理装置を示す平面図である。前記塗布膜形成装置におけるウエハの流れを説明するための工程図である。前記硬化処理装置の作用を説明するための説明図である。前記塗布膜形成装置に設けられる硬化処理装置の他の例を示す断面図である。図８の硬化処理装置が組み込まれた前記塗布膜形成装置におけるウエハの流れを説明するための工程図である。前記塗布膜形成装置に設けられる硬化処理装置のさらに他の例を示す断面図である。硬化処理装置のさらに他の例を示す断面図である。硬化処理装置のさらに他の例を示す断面図である。硬化処理装置のさらに他の例を示す断面図である。

符号の説明

Ｗ半導体ウエハ
Ｂ１キャリアブロック
Ｂ２処理ブロック
２３基板搬送手段
２４塗布ユニット
３キュアユニット
Ｓ１第１の処理室
Ｓ２第２の処理室
３２加熱プレート
４１第１の照射部
４４第２の照射部
５１温調プレート

Claims

絶縁膜を形成するための塗布液が塗布された基板を加熱することにより基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理装置において、
塗布液が塗布された基板を加熱プレートに載置して、前記基板を一枚ずつ所定温度に加熱処理するための第１の処理室と、
この第１の処理室に設けられ、加熱プレートに載置された基板に対して紫外線を照射するための第１の照射部と、
前記第１の処理室と連通して接続され、塗布液が塗布された基板を載置して硬化処理の処理温度よりも低い温度に調整するための温調プレートが設けられる第２の処理室と、
前記加熱プレートと前記温調プレートとの間で基板の受け渡しを行うための手段と、
前記第１の処理室または前記第２の処理室に設けられ、塗布膜が硬化された基板に第１の照射部とは異なる波長の紫外線を照射するための第２の照射部と、
前記加熱プレートまたは前記温調プレートに、塗布液が塗布された基板を載置して第１の温度で加熱する加熱処理と、加熱処理が行われた基板に対して前記加熱プレート上において前記第１の温度よりも高い硬化処理の温度で加熱すると共に、前記基板に対して前記第１の照射部から紫外線を照射して前記基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理と、硬化処理が行われた基板に対して前記温調プレート上において前記硬化処理の処理温度よりも低い温度に調整する温調処理と、温調処理の後に前記第２の照射部から前記基板に紫外線を照射して前記塗布膜の改質を行う改質処理と、を行うように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする硬化処理装置。
前記温調プレートは、第１の処理室の加熱プレートの上方側の位置と第２の処理室との間を移動自在に構成されたことを特徴とする請求項１記載の硬化処理装置。
加熱プレートに載置された基板を昇降部材により上昇させた後、基板と加熱プレートとの間に温調プレートを進入させ、次いで昇降部材を降下させることにより、加熱プレートから温調プレートに基板が受け渡されることを特徴とする請求項２記載の硬化処理装置。
前記第１の処理室と第２の処理室との間に形成された温調プレートの通過口には、この通過口を開閉するためのシャッタが設けられていることを特徴とする請求項１記載の硬化処理装置。
前記第１の処理室と第２の処理室とに不活性ガスを供給するための不活性ガス供給部と、前記第１の処理室と第２の処理室とを排気するための排気手段と、を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の硬化処理装置。
前記第１の照射部から基板に照射される紫外線は波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の硬化処理装置。
前記加熱処理は低酸素雰囲気にて基板を加熱して塗布膜の縮重合反応を起こさせ、化学的に塗布膜を硬化させるための低酸素加熱処理であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の硬化処理装置。
前記加熱プレートは、上下方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の硬化処理装置。
前記第１の処理室内に、第１の照射部の劣化を判断するセンサと、
前記センサからの信号に基づいて、前記加熱プレートを上昇させる制御部と、を備えたことを特徴とする請求項８記載の硬化処理装置。
前記第１の照射部は、前記第２の照射部を兼用するために、２つの異なった波長の紫外線を照射することが可能であり、さらにこの第１の照射部は、第１の処理室と第２の処理室との間を移動可能であることを特徴とする請求項１記載の硬化処理装置。
基板に塗布膜を形成する塗布膜形成装置において、
基板に塗布液を塗布するための塗布ユニットと、
前記塗布ユニットにおいて、塗布液が塗布された基板上の塗布液を硬化させるための請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の硬化処理装置と、
前記塗布ユニットと前記硬化処理装置との間で基板を搬送するための搬送手段と、を備えたことを特徴とする塗布膜形成装置。
塗布液が塗布された基板を第１の処理室内に設けられた加熱プレートに載置して、前記基板を一枚ずつ第１の温度に加熱する加熱処理工程と、
次いで加熱処理が行われた基板を前記加熱プレートに載置したまま、引き続き前記基板を一枚ずつ第１の温度よりも高い硬化処理の温度に加熱すると共に、この基板に所定の波長の紫外線を照射して、基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理工程と、
続いて、第１の処理室と連通して接続された第２の処理室内に設けられた温調プレート上に前記基板を載置して、前記基板を一枚ずつ前記硬化処理の処理温度よりも低い温度に調整する工程と、
しかる後、前記基板に対して前記紫外線とは異なる波長の紫外線を一枚ずつ照射して、前記塗布膜の改質処理を行う工程と、を含むことを特徴とする硬化処理方法。
塗布液が塗布された基板を第２の処理室内に設けられた温調プレートに載置して、前記基板を一枚ずつ第１の温度に加熱する加熱処理工程と、
次いで加熱処理が行われた基板が載置された温調プレートを前記第２の処理室と連通して接続された第１の処理室内に設けられた加熱プレートの上方側に位置させ、加熱プレートから昇降機構を上昇させて温調プレート上の基板を昇降機構に受け取らせ、次いで温調プレートを加熱プレートの外方側に移動させた後昇降機構を下降させることにより、前記基板を温調プレートから加熱プレートに受け渡し、前記基板を加熱プレートにより一枚ずつ第１の温度よりも高い硬化処理の温度に加熱すると共に、この基板に所定の波長の紫外線を照射して、基板上の塗布膜を硬化させる硬化処理工程と、
続いて、前記温調プレート上に前記基板を載置して、前記基板を一枚ずつ前記硬化処理の処理温度よりも低い温度に調整する工程と、
しかる後、前記基板に対して前記紫外線とは異なる波長の紫外線を一枚ずつ照射して、前記塗布膜の改質処理を行う工程と、を含むことを特徴とする硬化処理方法。