JP5208405B2

JP5208405B2 - 基板の処理方法及びプログラム

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Publication number: JP5208405B2
Application number: JP2006333428A
Authority: JP
Inventors: 正一寺田; 剛資水野; 健上原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: JP2007201428A

Description

本発明は、基板の処理方法と、その基板の処理方法をコンピュータに実現させるためのプログラムに関する。

例えば半導体集積回路などの多層配線構造の形成プロセスでは、例えばウェハ上の金属配線間に絶縁膜を形成する処理が行われる。この絶縁膜の形成処理には、例えばウェハ上に液状の絶縁膜材料を塗布し、ウェハを回転させ、絶縁膜材料をウェハ表面に拡散させ、その後硬化させる塗布法が広く用いられている。この塗布法により、絶縁膜としてＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）膜やＳＯＤ（ＳｐｉｎＯｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜が形成される。この塗布法によれば、同じく広く知られているＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に比べて平坦な膜を容易に形成できる。

しかしながら、上述の塗布法であっても、下地パターンの段差の深さや疎密により絶縁膜材料が凹みに入り込む量が異なるため、形成された絶縁膜の表面に凹凸ができることがある。このように絶縁膜の表面に凹凸ができると、例えばフォトリソグラフィー工程の露光時に、フォーカスが上層のレジスト膜において部分的に合わず、レジストパターンの線幅や絶縁膜のエッチング幅が不均一になる。またエッチング工程時には、絶縁膜の厚い部分と薄い部分でエッチング溝の深さが異なる事態が発生する。その結果、例えば絶縁膜の溝に埋設される金属配線の長さや太さが不揃いになり、ウェハ面内の配線の電気抵抗が不均一になる。このように絶縁膜の表面に凹凸ができると、多層配線構造の形成プロセスにおいて様々な不具合が生じる。

そこで絶縁膜が塗布され硬化された後に、絶縁膜を平坦化するＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理が行われている。ＣＭＰ処理は、ＣＭＰ装置において、シリカ粒を含んだ液状のスラリー（研磨液）を供給しながら、ウェハ表面に研磨パッドを接触させて研磨することにより行われるものである（特許文献１参照）。

特開２００４−１０６０８４号公報

しかしながら上述のＣＭＰ装置は、ウェハよりも２倍以上大きい研磨パッドを用いているため、非常に大型で消費電力も大きい。また高価なスラリーを大量に使用するので、ランニングコストが高い。さらにウェハ上にスラリーが残ると、多層配線を汚染したり、疵を付ける恐れがあるため、スラリーを洗い落とすための洗浄装置による洗浄工程が別途必要になり、処理工程が複雑化する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、上述のＣＭＰ処理を行わずに、ウェハなどの基板上の絶縁膜を平坦化することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、基板に多層配線構造を形成するにあたり、金属配線間に平坦な絶縁膜を形成するための基板の処理方法であって、基板に絶縁膜の塗布液を塗布し、塗布膜を形成する塗布工程と、次いで前記基板を加熱して、前記塗布液の溶剤を供給しても溶解しない状態になるように前記塗布膜を途中まで硬化する中間硬化工程と、前記途中まで硬化された塗布膜の表面に接触体を押し当てて、当該接触体を塗布膜の表面に沿って移動させて、塗布膜を平坦化する平坦化工程と、その後、塗布膜を硬化する硬化工程と、を有し、前記平坦化工程においては、前記基板を回転させながら前記塗布液の溶剤を供給することで、前記接触体と塗布膜との間に発生する摩擦熱を除去しつつ塗布膜の残渣を洗い落とすことを特徴とする。

本発明によれば、塗布膜を硬化させる前に、塗布膜を平坦化できるので、従来のようにＣＭＰ処理を行う必要がない。したがって、低コストで塗布膜を平坦化できる。また、スラリーを用いないので、スラリーを除去するための洗浄工程を行う必要がない。

前記平坦化工程では、前記接触体が基板の中心部に位置しているときより、基板の周辺部に位置しているときの方が、溶剤の供給量を多くしてもよい。

前記平坦化工程においては、前記接触体が基板の中心位置から、基板の縁部が接触体に接触する周縁部位置まで移動させるようにしてもよい。

前記平坦化工程においては、前記接触体は基板の中心部と端部との間を往復移動させ、接触体による平坦化を終了する際には塗布膜の表面に接触体を押し当てたまま、接触体を基板の外側まで移動させて接触体を基板から離脱させるようにしてもよい。

前記平坦化工程において、平坦化の後に基板表面を洗浄する洗浄工程を有し、この洗浄工程においては、基板を回転させながら塗布液の溶剤を基板の中心に吐出し、その後基板中心に窒素ガスまたは不活性ガスを吹き付けて基板中心部の液膜を除去してもよい。

前記平坦化工程と前記硬化工程の間に、前記平坦化工程で形成された平坦面上に、前記塗布工程における塗布膜よりも薄い塗布膜を形成する塗布膜形成工程を有し、前記薄い塗布膜は、前記硬化工程後に、エッチングにより除去されるようにしてもよい。

前記薄い塗布膜が形成された基板を加熱してもよい。

前記平坦化工程では、最終的に形成される目標平坦面上に薄い塗布膜が残るように、塗布膜が平坦化され、前記薄い塗布膜は、前記硬化工程後に、エッチングにより除去されてもよい。

以上の基板の処理方法は、前記平坦化工程の終了した基板を加熱する加熱工程を有していてもよい。

前記加熱工程よりも高い温度で基板を加熱する高温加熱工程、又は基板に紫外線を照射する紫外線照射工程の少なくともいずれかを、前記加熱工程の後に行うようにしてもよい。

前記平坦化工程では、スポンジ状の接触体により塗布膜が平坦化されてもよい。

前記塗布工程は、素子分離溝の形成された下地上に絶縁材料を塗布する工程であってもよい。

前記塗布工程は、電子素子の形成された下地上に絶縁材料を塗布する工程であってもよい。

前記塗布工程は、金属配線の形成された下地上に絶縁材料を塗布する工程であってもよい。

別の観点による本発明は、前記した基板の処理方法を基板処理装置によって実行させるために、当該基板処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムである。

本発明によれば、ＣＭＰ処理を行わずに塗布膜を平坦化できるので、コストの低減が図られる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる基板の処理方法が実施される基板処理システム１の構成の概略を示す平面図であり、図２は、基板処理システム１の正面図であり、図３は、基板処理システム１の背面図である。

基板処理システム１は、図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から基板処理システム１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、一連の基板処理の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と、この処理ステーション３に隣接して設けられたバッチ式の加熱炉４との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２には、カセット載置台１０が設けられ、当該カセット載置台１０は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には、搬送路１１上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体１２が設けられている。ウェハ搬送体１２は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。

ウェハ搬送体１２は、Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり、後述する処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属するエクステンション装置３２に対してもアクセスできる。

処理ステーション３には、その中心部に主搬送装置１３が設けられており、この主搬送装置１３の周辺には、各種処理装置が多段に配置されて処理装置群が構成されている。この基板処理システム１には、４つの処理装置群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が配置されており、第１及び第２の処理装置群Ｇ１、Ｇ２は、基板処理システム１の正面側に配置され、第３の処理装置群Ｇ３は、カセットステーション２に隣接して配置され、第４の処理装置群Ｇ４は、インターフェイスステーション５に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第５の処理装置群Ｇ５を背面側に別途配置可能となっている。主搬送装置１３は、これらの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５内に配置されている後述する各種処理装置に対してウェハＷを搬送できる。

第１の処理装置群Ｇ１には、例えば図２に示すようにウェハＷに、ＳＯＧ膜材料又はＳＯＤ膜材料などの絶縁材料を塗布し、塗布絶縁膜を形成する塗布処理装置１７と、塗布絶縁膜を平坦化する平坦化装置１８とが下から順に２段に配置されている。第２の処理装置群Ｇ２も同様に、塗布処理装置１９と、平坦化装置２０とが下から順に２段に積み重ねられている。この塗布処理装置１９は、例えば処理容器内にスピンチャックなどのウェハを載置して回転する回転載置台と、ウェハに対して塗布液を吐出するノズルとを備えている。

第３の処理装置群Ｇ３には、例えば図３に示すようにウェハＷを冷却処理する冷却処理装置３０、３１、ウェハＷを待機させるエクステンション装置３２、ウェハＷを加熱処理する加熱処理装置３３、３４、３５等が下から順に例えば６段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４には、例えば冷却処理装置４０、４１、エクステンション装置４２、加熱処理装置４３、４４、４５等が下から順に例えば６段に積み重ねられている。

インターフェイスステーション５には、例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路５０上を移動するウェハ搬送体５１が設けられている。また、インターフェイスステーション５の加熱炉４側には、複数のウェハボート５２をＸ方向に並べて配置できる載置台５３が設けられている。ウェハボート５２は、複数のウェハＷを垂直方向に多段に配列して保持できるものである。ウェハ搬送体５１は、上下方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、処理ステーション３と載置台５３上のウェハボート５２との間でウェハＷを搬送できる。加熱炉４は、インターフェイスステーション５からウェハボート５２を収容して、複数のウェハＷを同時に高温で加熱できる。

次に、上述の平坦化装置１８、２０の構成について説明する。図４は、平坦化装置１８の構成の概略を示す縦断面の説明図であり、図５は、平坦化装置１８の横断面の説明図である。

平坦化装置１８は、例えば内部を閉鎖可能なケーシング７０を有している。ケーシング７０内の中央部には、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャック７１を備えている。スピンチャック７１は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック７１上に吸着保持できる。

スピンチャック７１は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構７２により、所定の速度に回転できる。また、チャック駆動機構７２には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック７１は上下動可能である。

スピンチャック７１の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ７３が設けられている。カップ７３の下面には、回収した液体を排出する排出管７４と、カップ７３内の雰囲気を排気する排気管７５が接続されている。排気管７５は、ポンプなどの負圧発生装置７６に接続されており、カップ７３内の雰囲気を強制的に排気できる。

図５に示すようにカップ７３のＸ方向負方向（図５の下方向）側には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するレール８０が形成されている。レール８０は、例えばカップ７３のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。レール８０には、例えば二本のアーム８１、８２が取り付けられている。

第１のアーム８１には、接触体としてのブラシ８３が支持されている。ブラシ８３は、図６に示すように略円柱状に形成され、下面が平坦に形成されている。ブラシ８３は、例えばウレタン製で、柔軟性のあるスポンジ状に形成されている。第１のアーム８１は、図５に示すノズル駆動部８４により、レール８０上を移動自在であり、ブラシ８３を、カップ７３のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部８５からカップ７３内まで移動させ、ウェハＷの表面上を水平方向に移動させることができる。また、ノズル駆動部８４によって第１のアーム８１は、昇降自在であり、ブラシ８３を昇降させ、ブラシ８３をウェハＷの表面に所定の圧力で押し当てることができる。

第２のアーム８２には、溶剤供給ノズル９０が支持されている。第２のアーム８２は、例えばノズル駆動部９１によってレール８０上を移動自在であり、溶剤供給ノズル９０を、カップ７３のＹ方向負方向側の外方に設けられた待機部９２からカップ７３内のウェハＷ上に移動させることができる。また、ノズル駆動部９１によって、第２のアーム８２は、昇降自在であり、溶剤供給ノズル９０の高さも調節できる。

溶剤供給ノズル９０には、図４に示すように溶剤供給源９３に連通する供給管９４が接続されている。本実施の形態においては、例えば溶剤供給源９３には、絶縁材料の溶剤、例えばＳＯＧ膜材料の溶剤、例えばジブチルエーテル（ＤＢＥ）、又はＳＯＤ膜材料の溶剤、例えばγ―ブチルラクトン、又はシクロヘキサノンが貯留される。

カップ７３内のスピンチャック７１上には、溶剤を吐出するサブノズル１００が設けられている。サブノズル１００は、例えば図５に示すようにアーム１０１により固定され、スピンチャック７１上のウェハＷの中心からずれた位置、例えばウェハ半径の中間付近に向けられている。サブノズル１００は、図４に示すように供給管１０２によって溶剤供給源１０３に連通している。溶剤供給源１０３には、上記溶剤供給源９３と同じ絶縁材料の溶剤、例えばＳＯＧ膜材料の溶剤又はＳＯＤ膜材料の溶剤が貯留される。

ケーシング７０の天井面の中央部には、給気口１１０が形成されている。

なお、平坦化装置２０の構成は、上述の平坦化装置１８と同様であるので、説明を省略する。

以上のように構成された基板処理システム１におけるウェハ処理の制御は、例えば図１に示すようにカセットステーション２に設けられた制御部１０５によって行われている。制御部１０５は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部を有している。そのプログラム格納部には、上述の各種処理装置や搬送体などの駆動系の動作を制御して、後述する所定のレシピのウェハ処理を実行するプログラムＰが格納されている。なお、このプログラムＰは、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御部１０５にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された基板処理システム１で行われるウェハ処理のプロセスについて説明する。図７は、このウェハ処理の主な処理フローを示す。

先ず、ウェハ搬送体１２によって、カセット載置台１０上のカセットＣからウェハＷが取り出され、第３の処理装置群Ｇ３のエクステンション装置３２を介して冷却処理装置３０に搬送される。冷却処理装置３０に搬送されたウェハＷは、所定温度に温度調節され、その後主搬送装置１３によって塗布処理装置１７に搬送される。

塗布処理装置１７では、例えば回転されたウェハＷの中心部に液状の絶縁材料が滴下され、ウェハＷの表面の全体に絶縁材料が拡散されて、ウェハＷの表面層に塗布絶縁膜が形成される（図７の塗布工程Ｓ１）。このとき、図８に示すようにウェハＷの表面を微視的に見ると、塗布絶縁膜Ａの表面は、下地パターンＢの凹凸の比較的凹部の面積が少ない部分では盛り上がり、下地パターンＢの比較的凹部の面積が多い部分では下がる。このように塗布絶縁膜Ａの表面には、下地パターンＢの凹凸に対応した凹凸が形成される。

塗布処理装置１７で塗布絶縁膜Ａが形成されたウェハＷは、例えば加熱処理装置３３に搬送される。加熱処理装置３３において、ウェハＷは、加熱され、塗布絶縁膜Ａが途中まで硬化される（図７の中間硬化工程Ｓ２）。この中間硬化処理では、後述する次の平坦化工程において、塗布絶縁膜Ａをブラシ８３によって削ることができ、なおかつ溶剤の供給によっても塗布絶縁膜Ａが溶解しない程度に、塗布絶縁膜Ａが硬化される。例えばウェハＷは、１５０℃程度の温度で、１００〜２５０秒程度加熱される。この加熱により、塗布絶縁膜Ａは、溶剤の一部が揮発され、半乾き状態となる。

次にウェハＷは、冷却処理装置３１に搬送され、所定の温度に冷却され、その後平坦化装置１８に搬送される。

平坦化装置１８に搬送されたウェハＷは、先ず図４に示すようにスピンチャック７１に吸着保持される。続いて図６に示すようにブラシ８３と溶剤供給ノズル９０がウェハＷの中心の上方まで移動する。その後、ウェハＷが回転され、溶剤供給ノズル９０からウェハＷの中心付近に溶剤が吐出される。また、サブノズル１００からウェハＷの半径上の中間程度の位置に溶剤が吐出される。その状態で、図９（ａ）に示すようにブラシ８３が下降し、ウェハＷの表面層の塗布絶縁膜Ａに所定の圧力で押し当てられる。これにより、表面から所定の深さの塗布絶縁膜Ａが擦り取られる。例えば図９（ａ）のように下地パターンＢの溝に絶縁材料を埋め込み、その溝からはみ出した塗布絶縁膜Ａを除去する場合には、下地パターンＢの凹凸の上面までの深さの塗布絶縁膜Ａがブラシ８３により除去される。その後、ブラシ８３は、図９（ｂ）に示すようにウェハＷのＹ方向の径方向に水平移動し、塗布絶縁膜Ａが水平に削り取られる。その後、ブラシ８３は、図９（ｃ）に示すようにウェハＷの外方まで移動され、ウェハ表面全面において塗布絶縁膜Ａが平坦化される（図７の平坦化工程Ｓ３）。

ブラシ８３がウェハＷの外方まで到達すると、ブラシ８３がウェハＷ上から退避する。そして例えばウェハＷの回転が維持された状態で、溶剤供給ノズル９０が溶剤を吐出しながらウェハＷの中心上方から外方まで移動して、一定時間、例えば３０秒間、ウェハＷの洗浄が行われる。その後溶剤の吐出が停止され、回転によるウェハＷの振り切り乾燥が行われる。その後ウェハＷの回転が停止されて、一連の平坦化処理が終了する。

平坦化処理の終了したウェハＷは、平坦化装置１８から例えばエクステンション装置４２に搬送され、エクステンション装置４２からインターフェイスステーション５に搬送される。その後ウェハＷは、ウェハボート５２に収容され、ウェハボート５２に所定枚数のウェハＷが収容された時点で、ウェハボート５２毎加熱炉４に搬送される。加熱炉４では、ウェハＷは、高温度、高湿度雰囲気で、例えば４００℃以上で加熱され、塗布絶縁膜Ａが硬化される（図７の硬化工程Ｓ４）。なお、ＳＯＧ膜の場合、この硬化工程において、ＳＯＧ膜の結合反応が行われる。

硬化処理の終了したウェハＷは、例えばインターフェイスステーション５を通じて処理ステーション３に戻され、処理ステーション３からカセットステーション２に戻されて、ウェハ搬送体１２によってカセットＣに戻される。

以上の実施の形態によれば、ウェハＷに塗布絶縁膜Ａを形成した後に、塗布絶縁膜Ａを途中まで硬化させ、その後、塗布絶縁膜Ａにブラシ８３を押し当て、そのブラシ８３をウェハ表面に沿って移動させることにより塗布絶縁膜Ａを平坦化した。そして、塗布絶縁膜Ａを平坦化した後に、ウェハＷを高温で加熱して塗布絶縁膜Ａを硬化した。このように、塗布絶縁膜Ａを固める前の柔らかい状態のときに、塗布絶縁膜Ａを平坦にするので、従来のように硬化後にＣＭＰ処理を行わなくても、塗布絶縁膜Ａを適正に平坦化できる。この結果、塗布絶縁膜Ａを平坦化する一連の処理を低コストで行うことができる。また、大型のＣＭＰ装置が不要になり、その分省スペース化が図られる。さらに、スラリーを用いないので、そのスラリーを流すための洗浄装置による洗浄工程が必要ない。

平坦化工程において、ウェハＷに溶剤を供給しながら、ブラシ８３によって塗布絶縁膜Ａを平坦化したので、塗布絶縁膜Ａとブラシ８３との間に発生する摩擦熱を除去しつつ、塗布絶縁膜Ａの残渣を洗い落とすことができる。

中間硬化工程において、塗布絶縁膜Ａを適正な硬さまで硬化させたので、平坦化工程の際に、ブラシ８３によって適正に塗布絶縁膜Ａを削り取ることができ、また、溶剤を供給しても塗布絶縁膜Ａが溶解することもない。

以上の実施の形態では、平坦化処理の終了したウェハＷを直接加熱炉４に搬送し硬化処理していたが、図１０に示すように平坦化工程Ｓ３の後であって、硬化工程Ｓ４の前に、ウェハＷを低温度で加熱するようにしてもよい（低温加熱工程Ｓ５）。この場合、例えば平坦化装置１８で平坦化処理の終了したウェハＷが例えば加熱処理装置４３に搬送され、加熱される。このときの加熱温度は、硬化処理の温度よりも低い、例えば１５０℃程度に設定される。この加熱により、平坦化処理時にウェハＷに供給された溶剤が蒸発され除去される。その後、ウェハＷは、例えば冷却処理装置４１に搬送され、一旦冷却された後、加熱炉４に搬送され、硬化処理される。

また、前記低温加熱工程Ｓ５と硬化工程Ｓ４との間に、図１１に示すようにウェハＷに紫外線を照射してもよい（紫外線照射工程Ｓ６）。この場合、例えば図１２に示すように処理ステーション３の第４の処理装置群Ｇ４にＵＶ照射装置１１０が設けられる。このＵＶ照射装置１１０は、例えばウェハを載置する載置台と、載置台上のウェハに対して紫外線を照射する紫外線ランプを備えている。そして、平坦化処理の終了したウェハＷは、ＵＶ照射装置１１０に搬送され、ウェハＷの表面に紫外線が照射される。この紫外線の照射により、平坦化処理の際にブラシ８３との接触により付着した有機物が除去される。この後、ウェハＷは、処理ステーション３のいずれかの冷却処理装置に搬送され、温度調節された後、加熱炉４に搬送され、硬化処理される。この例によれば、ウェハＷの多層配線構造に不純物が混入することが防止される。

なお、上記例において、紫外線照射工程Ｓ６の代わりに、図１３に示すようにウェハＷを高温度で加熱してもよい（高温加熱工程Ｓ７）。この場合、平坦化処理の終了したウェハＷが、処理ステーション３のいずれかの加熱処理装置に搬送されて、加熱される。このときの加熱温度は、例えば上述の低温加熱の温度よりも高い３５０℃程度に設定される。加熱された後は、冷却処理装置において冷却される。こうすることによっても、ウェハの表面に付着した有機膜を除去することができる。

ところで、以上の実施の形態のようにブラシ８３で塗布絶縁膜Ａを除去した場合、ブラシ８３の表面粗さや硬さの影響を受けて、下地パターンの凹凸に応じて塗布絶縁膜Ａの表面に僅かな凹凸が残る場合がある。また、平坦化処理後の硬化処理により、塗布絶縁膜Ａが収縮し、塗布絶縁膜Ａの表面に僅かな凹凸が残る場合もある。かかる場合、例えば図１４に示すように下地パターンＢの溝Ｔ内の塗布絶縁膜Ａの上面が下に凸に凹む。これを改善するために、例えば平坦化処理を行う際に、予め最終的な目標平坦面の上に薄い塗布絶縁膜が残るように、塗布絶縁膜Ａを削るようにしてもよい。この場合、例えばブラシ８３の塗布絶縁膜Ａに対する押し付け圧力の制御、或いはブラシ８３の上下方向の位置制御を行い、塗布絶縁膜Ａの削り深さを変えるにより、図１５（ａ）に示すように下地パターンＢの上面上に薄い塗布絶縁膜Ａ１が残される。この薄い塗布絶縁膜Ａ１は、例えば１００〜５００ｎｍ程度の厚みに設定される。その後、薄い塗布絶縁膜Ａ１のある状態で硬化処理が行われ、図１５（ｂ）に示すように塗布絶縁膜Ａ全体が硬化される。その後、ウェハＷは、エッチング装置１２０（図１の点線に示す）に搬送され、図１５（ｃ）に示すように薄い塗布絶縁膜Ａ１が膜厚方向に等方にエッチングされ、除去される。この例によれば、薄い塗布絶縁膜Ａ１を残しておくことにより、平坦化時のブラシ８３の影響や硬化時の収縮の影響を抑えて、最終的に形成される塗布絶縁膜Ａの平坦性を向上できる。

前記実施の形態では、目標平坦面の上に薄い塗布絶縁膜Ａ１が残るように平坦化処理を行っていたが、上記実施の形態のように一旦平坦化処理により目標平坦面まで塗布絶縁膜Ａを削り、その後再度塗布処理を行って薄い塗布絶縁膜Ａ１を形成してもよい（図１６に示す塗布膜形成工程Ｓ８）。この場合、例えば平坦化処理の終了したウェハＷが再度塗布処理装置１８に搬送され、図１７に示すようにウェハＷ上に薄い塗布絶縁膜Ａ１が塗布される。薄い塗布絶縁膜Ａ１が形成されたウェハＷは、加熱処理装置に搬送され、加熱され乾燥される。その後、ウェハＷは、冷却処理装置に冷却され、その後、加熱炉４に搬送されて硬化処理される。この場合においても、最終的により平坦な塗布絶縁膜Ａを形成できる。

なお、上記２回目の塗布工程である塗布膜形成工程Ｓ８は、上述の低温加熱工程Ｓ５、紫外線照射工程Ｓ６又は高温加熱工程Ｓ７と組み合わせて行われる場合、これらの工程の後に行われる。

ここで、以上の実施の形態に記載したウェハ処理のプロセスが適用される多層配線構造の例を説明する。

例えば、上述のウェハ処理のプロセスは、図１８に示すように隣り合うトランジスタ１３０、１３０間に塗布絶縁膜としての素子分離（ＳＴＩ：ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）膜１３１を形成する際に適用してもよい。この場合、下地パターンＢには、素子分離溝Ｔが形成されており、その下地パターンＢ上に、素子分離膜１３１となるＳＯＧ膜が形成される。この場合、素子分離膜１３１を形成する際に、トランジスタ１３０のソースＳとドレインＤの上面がＣＭＰ処理のスラリーなどにより擦られることがないので、トランジスタ１３０の劣化を防止できる。また、ソースＳとドレインＤの上面と同一上面を有する平坦なＳＯＧ膜を形成できるので、絶縁性の極めて高い素子分離膜１３１を形成できる。なお、図１８中のＧは、ゲート電極を表している。

また、上述のウェハ処理のプロセスは、電子素子上に絶縁膜を形成する際に適用してもよい。この場合、例えば図１９に示すように下地パターンＢには、例えば電子素子であるトランジスタ１４０が形成されており、その下地パターンＢ上に、塗布絶縁膜となるＳＯＤ膜１４１が形成される。この場合、ＣＭＰ処理を行った場合のように下地のトランジスタ１４０に強い応力がかからないので、例えばトランジスタ１４０の劣化や破損を防止できる。

さらに、上述のウェハ処理のプロセスは、金属配線上に層間絶縁膜を形成する際に適用してもよい。この場合、例えば図２０に示すように下地パターンＢには、例えば金属配線であるアルミニウム配線１５０が形成されており、その下地パターンＢ上に、層間絶縁膜となるＳＯＤ膜１５１が形成される。この場合も、アルミニウム配線１５０に負荷がかからないので、配線断線やコンタクト不良を防止できる。

平坦化装置１８において、ブラシ８３をウェハＷの中心からウェハＷの端部に移動させて、ウェハＷの表面を平坦化する際、その間ウエハＷに供給する溶剤の量は変化させることが好ましい。すなわち、ブラシ８３がウェハＷの中心付近に位置している場合と、ウェハＷの端部に位置している場合とでは、同じ供給量では、ウェハＷの端部の方が単位面積当たりの溶剤供給量が、ウェハＷの中心よりも少ない。そうすると、ブラシ８３を押し付けて平坦化処理する際、ウェハＷの端部と中心とでは、平坦化に差が生ずるおそれがある。したがって、ブラシ８３をウェハＷの中心からウェハＷの端部に移動させるに伴って、溶剤の供給量を制御してこれを増加させることが好ましい。発明者らの知見によれば、図２１に示したように、ウェハＷの端部から中心に向かって半径の１／３の領域（図中の斜線で示した領域）では、それ以外の領域（中心側の領域）の約２倍の量の溶剤を供給することが好ましい。これによって処理の均一化がさらに向上する。

平坦化工程において、ブラシ８３をウェハＷの端部に移動させる場合、図２２に示したように、ウェハＷの縁部がブラシ８３に接触する周縁部位置までブラシ８３を移動することが好ましい。これによって、ウェハＷの縁部にあるパーティクルやその他の汚染物を除去することができる。

平坦化工程において、ウェハＷを回転させながらブラシ８３をウェハＷの塗布膜の表面に押し当てて移動させる場合、図２３に示したように、ウェハＷの中心部と端部との間を往復移動させるようにしてもよい。また平坦化処理を終了する際には、ウェハＷの表面にブラシ８３を押し当てたまま、ブラシ８３をウェハＷの外側まで移動させて、ブラシ８３をウェハＷから離脱させることが好ましい。このようにしてブラシ８３をウェハＷから離脱させることで、平坦化する際に削り取られた塗布膜の残渣をそのままウェハＷの外方に追い出すことができ、ウェハＷ上に残置されることを防止することができる。仮にウェハＷの中心付近でブラシ８３を上昇させてウェハＷから離脱させると、塗布膜の残渣がそのままウェハＷ上に残ってしまう。

なお先に述べたように、平坦化が終わった後に、ウェハＷを回転させた状態で溶剤を吐出しながら、溶剤供給ノズル９０をウェハＷの中心上方から外方まで移動させてウェハＷを洗浄するようにしたが、かかる場合、図２４に示した複合ノズル２０１を用いて、不活性ガスの供給を伴った洗浄処理を実行するようにしてもよい。

複合ノズル２０１は、溶剤供給ノズル２０２と、不活性ガス、例えば窒素ガスの吹き付けノズル２０３とを併設した構造を有している。そして図２４に示したように、まずウェハＷを回転させた状態で溶剤供給ノズル２０２をウェハＷの中心上方に位置させて、ウェハＷに向けて溶剤を吐出させる。そしてその後図２５に示したように、吹き付けノズル２０３をウェハＷの中心上方に位置させて、ウェハＷに向けて窒素ガスを吹き付ける。

そうすると、図２６に示したように、吹き付けられた窒素ガスによってウェハＷ中心の溶剤の液膜２０４が完全に除去され、その後のスピン乾燥を好適に実施することができる。ウェハＷを回転させてスピン乾燥を実施する場合、往々にしてウェハＷの中心の液膜を完全に振り切ることができないおそれがあるが、このように不活性ガスの供給を伴った処理によれば、ウェハＷ上の液膜を中心部分も含めてウェハＷ上から完全に除去する事ができ、好適な洗浄、乾燥処理を実現することができる。

図２７に示したように、ブラシ８３は、例えば第１のアーム８１に設けられたモータ２１０によって、回転駆動されるようにしてもよい。

さらにこのようにブラシ８３を回転可能にした場合、ブラシ８３が待機部８５で待機している間に、ブラシ８３の接触面である下面を効果的に洗浄することができる。図２７はかかる場合の具体的構成の一例を示しており、ブラシ８３が挿入される洗浄槽２１１が待機部８５に形成されている。この洗浄槽２１１の下方には、例えばメッシュや多孔板などからなる、多数の孔が形成された洗浄プレート２１２が水平に設けられている。洗浄槽２１１には、供給路２１３を通じて、洗浄液、例えば溶剤が供給される。洗浄槽２１１の底部には、排液路２１４が接続され、排液路２１４の開閉はバルブ２１５によってなされる。

この図２７に示した例によれば、ブラシ８３を洗浄プレート２１２に押し付けて、ブラシ８３を回転させることにより、ブラシ８３の接触面である下面を効果的に洗浄することができる。これによってブラシ８３が待機部８５で待機している間に、ブラシ８３の接触面をリフレッシュすることができる。したがって、常にブラシ８３の接触面が好適な状態、例えば下面に適度の凹凸が存在する状態で、平坦化処理を実行することができる。

なお既に述べたように、平坦化工程においては、溶剤供給ノズル９０によってウェハＷの中心付近に溶剤を供給するようにしていたが、ウェハＷの中心に対して溶剤を供給するようにしてもよい。かかる場合、図２８に示したように、ブラシ８３の中心に溶剤を供給する溶剤供給路２２１をブラシ８３内に設ければ、平坦化処理の際にウェハＷの中心への溶剤の供給が実行できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、以上の実施の形態では、絶縁膜を形成し、平坦化するものであったが、絶縁膜以外の塗布膜を形成し平坦化する場合にも、本発明は適用できる。また、本発明は、上述した多層配線構造以外の多層配線構造を形成するウェハ処理にも適用できる。また、本発明における塗布工程の塗布方法は、ウェハを回転させた状態で塗布するスピンコート法に限られず、塗布液を吐出したノズルとウェハとを相対的に移動させながら塗布するスキャンコート法であってもよい。また、本発明は、ウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの基板処理にも適用できる。

本発明は、ＣＭＰ技術を用いずに塗布膜を平坦化する際に有用である。

基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。図１の基板処理システムの正面図である。図１の基板処理システムの背面図である。平坦化装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。平坦化装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。平坦化処理時のウェハ上の様子を示す説明図である。ウェハ処理のフロー図である。下地パターン上に塗布絶縁膜を形成した状態を示すウェハの縦断面の説明図である。（ａ）は、ブラシをウェハの中央に押し当てた状態を示す縦断面の説明図である。（ｂ）は、ブラシを水平方向に移動させた状態を示す縦断面の説明図である。（ｃ）は、ブラシがウェハの外方まで到達した状態を示す縦断面の説明図である。低温加熱工程を備えたウェハ処理のフロー図である。紫外線照射工程を備えたウェハ処理のフロー図である。ＵＶ照射装置を備えた基板処理システムの背面図である。高温加熱工程を備えたウェハ処理のフロー図である。塗布絶縁膜の表面の凹凸の状態を示すウェハの縦断面の説明図である。（ａ）は、薄い塗布絶縁膜を残して平坦化した状態を示すウェハの縦断面の説明図である。（ｂ）は、塗布絶縁膜を硬化させた状態を示すウェハの縦断面の説明図である。（ｃ）は、薄い塗布絶縁膜をエッチングさせた状態を示すウェハの縦断面の説明図である。塗布膜形成工程を備えたウェハ処理のフロー図である。薄い塗布絶縁膜を形成した状態を示すウェハの縦断面の説明図である。下地パターンに素子分離溝が形成された多層配線構造を示す縦断面の説明図である。下地パターンにトランジスタが形成された多層配線構造を示す縦断面の説明図である。下地パターンにアルミニウム配線が形成された多層配線構造を示す縦断面の説明図である。平坦化工程における溶剤の供給制御を説明するためのウェハの平面説明図である。ブラシをウェハの端部まで移動させた状態を示す側面図である。ブラシをウェハの中心と端部との間を往復移動させた後にブラシをウェハから離脱させる状態を示す側面図である。複合ノズルによる溶剤吐出の状態を示す側面図である。複合ノズルによる窒素ガス吹き付けの状態を示す側面図である。窒素ガスによってウェハ中心の液膜が除去される様子を示す側面図である。待機部に設けた洗浄槽内でブラシを洗浄している様子を示す側面断面図である。中心に溶剤供給路を有するブラシの断面図である。

符号の説明

１基板処理システム
４加熱炉
１８平坦化装置
８３ブラシ
Ａ塗布絶縁膜
Ｂ下地パターン
Ｗウェハ

Claims

基板に多層配線構造を形成するにあたり、金属配線間に平坦な絶縁膜を形成するための基板の処理方法であって、
基板に絶縁膜の塗布液を塗布し、塗布膜を形成する塗布工程と、
次いで前記基板を加熱して、前記塗布液の溶剤を供給しても溶解しない状態になるように前記塗布膜を途中まで硬化する中間硬化工程と、
前記途中まで硬化された塗布膜の表面に接触体を押し当てて、当該接触体を塗布膜の表面に沿って移動させて、塗布膜を平坦化する平坦化工程と、
その後、塗布膜を硬化する硬化工程と、を有し、
前記平坦化工程においては、前記基板を回転させながら前記塗布液の溶剤を供給することで、前記接触体と塗布膜との間に発生する摩擦熱を除去しつつ塗布膜の残渣を洗い落とすことを特徴とする、基板の処理方法。
前記平坦化工程においては、前記接触体が基板の中心部に位置しているときより、基板の周辺部に位置しているときの方が、溶剤の供給量が多いことを特徴とする、請求項１に記載の基板の処理方法。
前記平坦化工程においては、前記接触体が基板の中心位置から、基板の縁部が接触体に接触する周縁部位置まで移動することを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記平坦化工程においては、前記接触体は基板の中心部と端部との間を往復移動させ、
接触体による平坦化を終了する際には塗布膜の表面に接触体を押し当てたまま、接触体を基板の外側まで移動させて接触体を基板から離脱させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記平坦化工程においては、平坦化の後に、基板表面を洗浄する洗浄工程を有し、
この洗浄工程においては、基板を回転させながら塗布液の溶剤を基板の中心に吐出し、その後基板中心に窒素ガスまたは不活性ガスを吹き付けて基板中心部の液膜を除去する工程を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記平坦化工程と前記硬化工程の間に、前記平坦化工程で形成された平坦面上に、前記塗布工程における塗布膜よりも薄い塗布膜を形成する塗布膜形成工程を有し、
前記薄い塗布膜は、前記硬化工程後に、エッチングによって除去されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記薄い塗布膜が形成された基板を加熱することを特徴とする、請求項６に記載の基板の処理方法。
前記平坦化工程では、最終的に形成される目標平坦面上に薄い塗布膜が残るように、塗布膜が平坦化され、
前記薄い塗布膜は、前記硬化工程後に、エッチングにより除去されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記平坦化工程の終了した基板を加熱する加熱工程を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記加熱工程よりも高い温度で基板を加熱する高温加熱工程、又は基板に紫外線を照射する紫外線照射工程の少なくともいずれかを、前記加熱工程の後に行うことを特徴とする、請求項９に記載の基板の処理方法。
前記平坦化工程では、スポンジ状の接触体により塗布膜が平坦化されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記塗布工程は、素子分離溝の形成された下地上に絶縁材料を塗布する工程であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記塗布工程は、電子素子の形成された下地上に絶縁材料を塗布する工程であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の基板の処理方法。
前記塗布工程は、金属配線の形成された下地上に絶縁材料を塗布する工程であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の基板の処理方法。
請求項１〜１４のいずれかに記載の基板の処理方法を基板処理装置によって実行させるために、当該基板処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。