JPWO2003001579A1 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

常圧下で層間絶縁膜形成する第1の処理ユニット群に対して、真空下又は加圧下で例えば電子線や紫外線の照射、CVD、あるいは洗浄処理等を行う第2の処理ユニット群を一体的に設ける構成としたので、特にダマシン工程において処理時間を短縮でき、処理能力当りのフットプリントを減少させることができる。また、このように処理時間を短縮させることで、例えば絶縁膜としてポーラス膜を用いた場合であっても、大気中の水分を吸収して膜質が悪化してしまうことを防止し、良質な絶縁膜を形成することができる。

Description

技術分野
本発明は、例えば半導体デバイス製造等の技術分野に属し、特に基板上に層間絶縁膜を形成したりするための基板処理装置及び基板処理方法に関する。
背景技術
半導体デバイスの製造工程においては、例えば、SOD(Spin on Dielectric)システムにより常圧下で層間絶縁膜を形成している。このSODシステムでは、ゾル−ゲル方法等により、ウェハ上に塗布膜をスピンコートし、化学的処理又は加熱処理等を施して層間絶縁膜を形成している。
ゾル−ゲル方法により層間絶縁膜を形成する場合には、まず半導体ウェハ(以下、「ウェハ」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ェハをゲル化処理し、次いで溶媒の置換を行い、ベーキング処理等を行う。
一方、近年では、デバイスの高速化及び高集積化を図るため、低誘電率の絶縁膜を多層に積層し配線構造を多層とし、ダマシン法により配線形成を行っている。ダマシン法は、層間絶縁膜にエッチング等により所定の溝を予め形成し、スパッタ法やCVD法により溝内部にAlやCu等の導電性の配線材料を埋めこみ、CMP技術等により溝外に堆積した配線材料を除去することにより配線を形成する技術である。
しかしながら、ダマシン工程においては、SODシステムによる絶縁膜塗布処理、ゲル化処理、あるいはベーキング処理等の一連の処理に要する時間と、CVD等の金属配線形成に要する処理時間とを比較すると、圧倒的にSODシステムによる処理時間の方が長くかつプロセス数も多い。従って、高効率化のために、SODシステムに対しCVD装置等をインライン化する要請が高まっている。
また、絶縁膜質の観点からも、ダマシン工程において、当該SODシステムから絶縁膜が形成されたウェハが搬出された後、CVD装置に搬入するまでに時間を要し、この間に絶縁膜の状態が悪化するという問題がある。
特に、近年ではデバイスの高速化及び低消費電力化を図るため、低誘電率の絶縁膜、例えば膜中に気泡が形成されたポーラス膜を使用する場合があるが、上述のように搬入までに時間がかかると、ポーラス膜中の気泡により大気中の水分を吸収してしまい、膜質が悪化するおそれがある。
発明の開示
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、絶縁膜及び配線形成処理における処理時間の短縮、かつ塗布絶縁膜質の状態の良好維持を達成することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点は、常圧下で基板上に絶縁膜を形成するための複数の第1の処理ユニットが配置された第1の処理ユニット群と、前記複数の第1の処理ユニットに対して基板の搬送を行う第1の搬送ユニットと、前記絶縁膜が形成された基板に対して真空下又は加圧下で処理を行う複数の第2の処理ユニットが配置された第2の処理ユニット群と、前記複数の第2の処理ユニットにそれぞれ接続して設けられ、内部の圧力制御が可能な複数のロードロック室と、前記第1の処理ユニット群と前記複数のロードロック室との間で基板の搬送を行う第2の搬送ユニットとを具備する。
本発明では、例えば、常圧下で層間絶縁膜を形成する第1の処理ユニット群に対して、真空下又は加圧下で例えば電子線や紫外線の照射、CVD、あるいは洗浄処理等を行う第2の処理ユニット群を一体的に設ける構成としたので、特にダマシン工程において処理時間を短縮でき、処理能力当りのフットプリントを減少させることができる。また、このように処理時間を短縮させることで、例えば絶縁膜としてポーラス膜を用いた場合であっても、大気中の水分を吸収して膜質が悪化してしまうことを防止し、良質な絶縁膜を形成することができる。
本発明の一の形態によれば、前記第2の処理ユニットは水平方向に配列され、第2の搬送ユニットは水平方向の搬送を行う。また、あるいは前記第2処理ユニットは垂直方向に多段に配置され、前記第2の搬送ユニットは垂直方向の搬送を行う。これにより、第2の処理ユニットを水平方向に配列しても、垂直方向に配列しても第2の処理ユニットへ基板を搬送することができる。
本発明の一の形態によれば、前記第1の処理ユニット群は、少なくとも、基板上に処理液を回転塗布する塗布処理ユニットと、基板に対して熱的処理を施す熱処理ユニットとを具備する。前記第2の処理ユニット群は、前記絶縁膜を硬化させる電子線照射ユニット及び前記絶縁膜の表面状態を改質させる紫外線照射ユニットのうち少なくとも一方を具備する。これにより、第1の処理ユニット群による絶縁膜の形成と、第2の処理ユニット群による電子線や紫外線の照射等の後処理を連続して行うことができるので、処理時間を短縮でき良質な絶縁膜の形成を行うことができる。
本発明の一の形態によれば、前記第2の処理ユニット群は、CVD装置を更に具備する。これにより、例えば、ダマシン工程において層間絶縁膜形成及び配線形成の処理時間を短縮でき、効率的に処理を行うことができる。また、このように処理時間を短縮させることで、絶縁膜質の状態を良好に維持できるため、良質な絶縁膜を形成することができる。
本発明の一の形態によれば、前記第2の処理ユニットと前記ロードロック室との間で基板を搬送する搬送アームを更に具備する。これにより、ロードロック室内にある基板を第2の処理ユニットへ搬送できるので、第1の処理ユニットから第2の搬送ユニット及びロードロック室を介して第2の処理ユニットへ基板を連続的に搬送することができる。このような搬送アームは、例えばロードロック室内に配置させることが好ましい。また、第1の搬送ユニットと第2の搬送ユニットとの間で基板の受け渡しを行うために、第1の処理ユニット群のうちの少なくとも1つのユニットに複数のピンを設けるようにしてもよい。
本発明の第2の観点は、常圧下で基板上に絶縁膜を形成するための複数の第1の処理ユニットが配置された第1の処理ユニット群と、前記絶縁膜が形成された基板に対して真空下又は加圧下で処理を行う複数の第2の処理ユニットが配置された第2の処理ユニット群と、前記複数の第2の処理ユニットにそれぞれ接続して設けられ、内部の圧力制御が可能な複数のロードロック室と、前記第1の処理ユニット群と前記ロードロック室との間で基板の受け渡しを行う搬送ユニットと、前記ロードロック室に設けられ、前記搬送ユニットで搬送された基板を前記第2の処理ユニットへ搬送する搬送アームと、前記複数の第1の処理ユニットで絶縁膜を形成した後、基板を前記搬送ユニットにより前記ロードロック室に搬送するとともに、前記搬送アームにより前記第2の処理ユニットへ基板を搬送して、この第2の処理ユニットで処理を行うように制御する制御部とを具備する。
本発明では、第1の処理ユニット群による絶縁膜の形成及び第2の処理ユニット群による電子線や紫外線の照射等の後処理を連続して行うことができるので、処理時間を短縮でき良質な絶縁膜の形成を行うことができる。また、第2の処理ユニットで例えばCVD装置等を設ける構成とすれば、特にダマシン工程において層間絶縁膜形成及び配線形成の処理時間を短縮でき、効率的に処理を行うことができる。また、このように処理時間を短縮させることで、例えば絶縁膜としてポーラス膜を用いた場合であっても、このポーラス膜に隣接して積層される他の層間絶縁膜が吸収されてしまうことを防止し、良質な絶縁膜を形成することができる。
本発明の第3の観点は、常圧下で基板上に絶縁膜を形成する複数の第1の処理ユニットが配置された第1の処理ユニット群と、前記複数の第1の処理ユニットに対して基板の搬送を行う第1の搬送ユニットと、前記絶縁膜が形成された基板に対して真空下又は加圧下で処理を行う複数の第2の処理ユニットが配置された第2の処理ユニット群と、前記複数の第2の処理ユニットにそれぞれ接続して設けられ、内部の圧力制御が可能な複数のロードロック室と、前記複数の第1の処理ユニットと前記複数のロードロック室とに隣接して設けられ、基板を収容するカセットが複数配列されたカセットステーションとを具備する。
本発明では、1つのカセットステーションで絶縁膜を形成する第1の処理ユニット群と、例えば真空下又は加圧下で電子線や紫外線の照射やCVD処理等を行う第2の処理ユニット群とを連結した構成としているので、特にダマシン工程において処理時間を短縮でき、処理能力当りのフットプリントを減少させることができる。また、このように処理時間を短縮させることで、絶縁膜質の状態を良好に維持できるため、良質な絶縁膜を形成することができる。
本発明の基板処理方法は、第1の処理ユニット群内で常圧下で基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記第1の処理ユニット群内に配置され、第1の処理ユニット群に隣接する第2の処理ユニット群に対し基板の搬送を行う中間受け渡し部へ基板を搬送する工程と、前記中間受け渡し部から前記第2の処理ユニット群へ搬送する工程と、前記第2の処理ユニット群内で真空下で基板に電子線を照射する工程とを具備する。
本発明では、第1の処理ユニット群内での常圧下での絶縁膜の形成と、第2の処理ユニット群内での真空下の電子線照射を連続的に行う。また、第1の処理ユニット群から第2の処理ユニット群への基板の搬送は中間受け渡し部を介して行う。このような連続した常圧下及び真空下での処理により、処理時間を短縮でき良質な絶縁膜の形成を行うことができる。ここで、第1の処理ユニット群内には、常圧下で基板に対して処理行う複数の第1の処理ユニットが配置されているものとする。また第2の処理ユニット群内には、真空下で基板に対して処理行う複数の第1の処理ユニットが配置されているものとする。
また、本発明は、前記絶縁膜が形成された基板に対して、前記第1の処理ユニット群内で常圧下で加熱処理を行ってもよいし、あるいは、前記絶縁膜が形成された基板に対して、前記第2の処理ユニット群内で真空下で加熱処理を行ってもよい。このように、常圧下又は真空下で加熱処理を行えるようにすることで、特にダマシン工程に対応した処理が可能となり、またその処理時間を短縮でき良質な絶縁膜を形成することができる。
本発明の更に別の観点は、常圧下で基板上に絶縁膜を形成するための複数の第1の処理ユニットが複数配置された第1の処理ユニット群と、基板に対しCVDにより他の絶縁膜を形成するCVD装置と、前記第1の処理ユニット群とCVD装置との間で基板の搬送を行う搬送ユニットとを備え、前記第1の処理ユニット群における前記第1の処理ユニットで基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記搬送ユニットにより前記絶縁膜形成された基板を前記CVD装置に搬送し他の絶縁膜を追加形成する工程とを具備する。
本発明では、常圧処理ユニットによる絶縁膜形成と、CVD装置による上下層用の他の絶縁膜形成とを搬送ユニットによる基板の搬送により連続して行う構成としたので、特にダマシン工程において処理時間を短縮でき、処理能力当りのフットプリントを減少させることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1〜図3は本発明の一実施形態に係る絶縁膜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は正面図および図3は背面図である。
この絶縁膜処理システム1は、基板としての半導体ウェハWをウェハカセット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、又はシステムから搬出したり、ウェハカセットCRに対してウェハWを搬入・搬出したりするためのカセットステーション10と、SOD塗布工程の中で1枚ずつウェハWに所定の処理を常圧下で施す枚葉式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置してなる常圧処理ブロック11と、ウェハWに所定の処理を真空下又は加圧下で施す枚葉式の各種処理ユニットを配列してなる真空/加圧処理ブロック12とを一体に接続した構成を有している。以下、圧力を常圧よりも高くすることを「加圧」という。
カセットステーション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個までのウェハカセットCRがそれぞれのウェハ出入口を常圧処理ブロック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)およびウェハカセットCR内に収納されたウェハのウェハ配列方向(Z垂直方向)に移動可能なウェハ搬送体21が各ウェハカセットCRに選択的にアクセスするようになっている。さらに、このウェハ搬送体21は、θ方向に回転可能に構成されており、後述するように常圧処理ブロック11側の第3の処理装置群G3の多段ユニット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。
常圧処理ブロック11では、図1に示すように、中心部に垂直搬送型の垂直搬送ユニット22が設けられ、その周りに常圧処理ユニットが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の処理装置群G1,G2の多段ユニットはシステム正面(図1において手前)側に並設され、第3の処理装置群G3の多段ユニットはカセットステーション10に隣接して配置され、第4の処理装置群G4の多段ユニットは真空/加圧処理ブロック12に隣接して配置されている。
図2に示すように、第1の処理装置群G1、また第2の処理装置群G2では、カップCP内でウェハWをスピンチャックに載せて絶縁膜材料を供給し、ウェハを回転させることによりウェハ上に均一な絶縁膜を塗布するSOD塗布処理ユニット(SCT)と、カップCP内でウェハ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、ウェ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ユニット(DSE)とが下から順に2段に重ねられている。
第1の処理装置群G1では、SOD塗布処理ユニット(SCT)が上段に配置されている。なお、必要に応じて第1の処理装置群G1の下段にSOD塗布処理ユニット(SCT)やソルベントエクスチェンジ処理ユニット(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の処理装置群G3では、受け渡し・冷却プレート(TCP)と、2つの冷却処理ユニット(CPL)と、エクステンションユニット(EXT)と、エージング処理ユニット(DAC)と、2つの低温加熱処理ユニット(LHP)とが下から順に多段に配置されている。
第4の処理装置群G4では、トランジションユニット(TRS)と、2つの冷却処理ユニット(CPL)と、エージング処理ユニット(DAC)と、低温加熱処理ユニット(LHP)と、低酸素キュア・冷却処理ユニット(DCC)と、低酸素高温加熱処理ユニット(OHP)とが多段に配置されている。
受け渡し・冷却プレート(TCP)は、図示しないが下段にウェハ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、カセットステーション10と常圧処理ブロック11との間でウェハWの受け渡しを行う。エクステンションユニット(EXT)も同様にカセットステーション10と常圧処理ブロック11との間でウェハWの受け渡しを行う。エージング処理ユニット(DAC)は密閉化可能な処理室内にNH3+H2Oを導入してウェハWをエージング処理し、ウェハW上の絶縁膜材料膜をウェットゲル化する。冷却処理ユニット(CPL)はウェハWが載置される冷却板を有し、ウェハWを冷却処理する。低温加熱処理ユニット(LHP)はウェハWを加熱する熱板を有し、例えば100℃〜200℃の温度で加熱処理する。低酸素高温加熱処理ユニット(OHP)は密閉化可能な処理室内にウェハ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ェハWを高温加熱処理する。トランジションユニット(TRS)については後述する。
図3を参照して、垂直搬送ユニット22は筒状支持体49の内側に、上下方向(Z方向)に昇降自在なウェハ搬送装置46を装備している。筒状支持体49は図示しないモータの回転軸に接続されており、このモータ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46と一体に回転する。従って、ウェハ搬送装置46はθ方向に回転自在となっている。このウェハ搬送装置46の搬送基台47上にはピンセット48が例えば3本備えられており、これらのピンセット48は垂直搬送ユニット22の周囲に配置された常圧処理ユニットにアクセスしてこれら処理ユニットとの間でウェハWの受け渡しを行う。
真空/加圧処理ブロック12には、システム背面側に、ウェハWを搬送するための水平搬送ユニット23がレール26に沿ってY方向に移動可能、かつモータ28によってθ方向に回転可能に配置されている。
真空/加圧処理ブロック12の正面側には、それぞれCVD装置37、加熱処理装置38、電子線照射ユニット(EB)39及び紫外線照射ユニット(UV)40がY方向に並設されている。これらCVD装置37、加熱処理装置38、電子線照射ユニット(EB)39及び紫外線照射ユニット(UV)40では真空状態でそれぞれの処理が行われるようになっている。
これらCVD装置37、加熱処理装置38、電子線照射ユニット(EB)39及び紫外線照射ユニット(UV)40には、例えば4つのロードロック室31がそれぞれ接続されており、上記水平搬送ユニット23は、これらロードロック室31にアクセス可能となっている。
図4に示すように、ロードロック室31の背面側と正面側には、それぞれ開口部32及び50が形成され、これら開口部32及び50にはそれぞれ内部を密閉するためのゲートバルブ44及び45が設けられている。この背面側の開口部32から水平搬送ユニット23の搬送アームがアクセスし、正面側の開口部45から内部に設けられたアーム35がCVD装置37、加熱処理装置38、電子線照射ユニット(EB)39側へアクセス可能とされている。
このロードロック室31内には、昇降ピン41と上述のアーム35とが設けられている。昇降ピン41は昇降シリンダ33の駆動によりZ方向に昇降可能とされており、この上昇駆動により上記水平搬送ユニット23から搬送されてくるウェハWを裏面側から支持する。一方、アーム35は、図示しない移動機構によりX方向に移動可能になっており、昇降ピン41により支持されたウェハWがその昇降ピン41の下降駆動によりアーム35に受け渡されるようになっている。
また、これらロードロック室31には、CVD装置37内、加熱処理装置38内、電子線照射ユニット(EB)39内及び紫外線照射ユニット(UV)内の真空状態の圧力とそれぞれ等しくなるように、室内を真空にし又は常圧よりも高く加圧する圧力制御部42が設けられている。このようにロードロック室31を各真空/加圧処理ユニットごとに設けることにより、各真空/加圧処理ユニット内の圧力がそれぞれ異なる場合であっても、それらの異なる圧力に対応して容易に圧力調整が可能となる。
図5は、第4の処理装置群G4におけるトランジションユニット(TRS)の破断斜視図である。このトランジションユニット(TRS)では、ウェハWを支持する例えば3本の支持ピン92が、図示しない駆動機構によりX方向に移動可能かつZ方向に昇降可能とされている。X方向及びZ方向の駆動機構としては、例えばステッピングモータによるベルト駆動等を使用している。また、このトランジションユニット(TRS)の両側面には開口部91が形成されており、これら開口部91からピンセット48及び水平搬送ユニット23の搬送アームが入出可能とされている。従って、ウェハWは、ピンセット48から支持ピン92を介して水平搬送ユニット23に受け渡されることにより、常圧処理ブロック11と真空/加圧処理ブロック12との間で搬送されるようになっている。
本実施形態の絶縁膜処理システム1では、真空/加圧処理ブロック12における各処理装置37、38、39、40は真空下で処理を行う装置を例に挙げたが、これらに加えて、加圧下でウェハWの洗浄を行う洗浄装置や、フォトリソグラフィで使用されるレジストを真空下で剥離するためのアッシング装置等をY方向に増設することも可能である。
図6及び図7は、上記SOD塗布処理ユニット(SCT)を示す平面図及び断面図である。このSOD塗布処理ユニット(SCT)の中央部には廃液管53を有する環状のカップCPが配設され、カップCPの内側には、基板を水平に保持するスピンチャック52が配置されている。スピンチャック52は真空吸着によってウェハWを固定保持した状態で駆動モータ54によって回転駆動されるようになっている。この駆動モータ54は、ユニット底板51に設けられた開口51aに昇降移動可能に配置され、例えばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材58を介して例えばエアシリンダからなる昇降駆動手段60及び昇降ガイド手段62と結合されている。
ウェハWの表面に層間絶縁膜材料を吐出するノズル77には図示しない絶縁膜材料の供給源から延びた供給管83が接続されている。このノズル77はノズルスキャンアーム76の先端部にノズル保持体72を介して着脱可能に取り付けられている。このノズルスキャンアーム76は、ユニット底板51の上に一方向(Y方向)に敷設されたガイドレール74上で水平移動可能な垂直支持部材75の上端部に取り付けられており、図示しないY方向駆動機構によって垂直支持部材75と一体にY方向に移動するようになっている。
カップCPの側方にはノズル77が待機するためのノズル待機部73が設けられており、このノズル待機部73では異種類の絶縁膜材料を吐出させるためにその種類に応じた複数のノズルが備えられ、必要に応じてノズルが交換されて塗布処理が行われるようになっている。
図8は上述した低酸素キュア・冷却処理ユニット(DCC)の平面図、図9はその断面図である。
低酸素キュア・冷却処理ユニット(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・冷却処理ユニット(DCC)は、さらに垂直搬送ユニット22との間でウェハWを受け渡しする際に開閉されるゲートシャッター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ゲートシャッター345と、熱板343の周囲でウェハ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。更に、熱板343には、ウェハWを載置して昇降するための3本のリフトピン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。
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、ウェハ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353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ェハ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、ウェハWの冷却後、ウェハ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、冷却されるウェハ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。
図10は、絶縁膜処理システム1の制御系を示すブロック図である。符号84は、上記ウェハ搬送体21、垂直搬送ユニット22、水平搬送ユニット23、ロードロック室31のアーム35等の搬送系を示している。また、85は、SOD塗布処理ユニット(SCT)やソルベントエクスチェンジ処理ユニット(DSE)等の塗布処理系ユニットを示しており、86は熱処理系ユニットを示している。37はCVD装置、38は加熱処理装置、39は電子線照射ユニット(EB)、40は紫外線照射ユニット(UV)を示している。
これらの各ユニットや装置は、それぞれ各処理を行うための図示しない個別のコントローラを有しており、中央制御装置90は、当該各個別のコントローラを統括的に制御するようになっている。
次に、図11に示すフローを参照しながら、以上説明した絶縁膜処理システム1の一連の処理工程を説明する。
先ず、ウェハカセットCRからウェハ搬送体21、第3の処理装置群G3のエクステンションユニット(EXT)、垂直搬送ユニット22、第4の処理装置群G4のトランジションユニット(TRS)、水平搬送ユニット23及びロードロック室31を介してCVD装置37へ搬送される。そしてここで、図12(a)に示すように、例えば下層配線としてCu膜201を形成する(ステップ1)。
更に、このCVD装置37において、図12(b)に示すように、Cu膜を保護するための絶縁膜(Cuキャップ層)202をCVDにより形成する(ステップ2)。このCuキャップ層として、例えばSiN膜やSiC膜を形成する。
そしてウェハWは、ロードロック室31、水平搬送ユニット23、トランジションユニット(TRS)及び垂直搬送ユニット22を介して冷却処理ユニット(CPL)に搬入され、ここで冷却処理が行われる(ステップ3)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、SOD塗布処理ユニット(SCT)において、例えばウェハW上に200nm〜500nm前後、より好ましくは300nm程度の厚さの有機絶縁膜材料を常圧下でスピンコートにより塗布する(ステップ4)。これにより、図12(c)に示すように、ウェハW上に有機絶縁膜203が形成される。ここでは、有機絶縁膜材料としては、SILKを用いた。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、低温加熱処理ユニット(LHP)へ搬送され、ここで例えばウェハWを150℃前後60秒間程度低温加熱処理される(ステップ5)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、低酸素高温加熱処理ユニット(OHP)へ搬送され、低酸素化雰囲気中において、例えばウェハWを200℃〜350℃で60秒間程度高温加熱処理される(ステップ6)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、低酸素キュア・冷却処理ユニット(DCC)へ搬送され、低酸素雰囲気中において、ウェハWを450℃前後60秒間程度高温加熱処理し、その後23℃前後で冷却処理する(ステップ7)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、冷却処理ユニット(CPL)へ搬送され、ウェハWは23℃前後に冷却される(ステップ8)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、SOD塗布処理ユニット(SCT)へ搬送され、例えば300nm〜1100nm程度、より好ましくは700nm程度の厚さの無機絶縁膜材料が塗布される(ステップ9)。これにより、図12(d)に示すように、有機絶縁膜203上に無機絶縁膜204が形成される。ここでは、無機絶縁膜材料としては、Nanoglassを用いた。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、エージング処理ユニット(DAC)へ搬送され、処理室内に(NH+HO)ガスが導入されて、ウェハW上の無機絶縁膜材料がゲル化処理される(ステップ10)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、ソルベントエクスチェンジ処理ユニット(DSE)へ搬送され、ウェハW上にエクスチェンジ用薬液が供給され、ウェ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11)。
次に、ウェハWは低温加熱処理ユニット(LHP)で低温加熱処理され(ステップ12)、低酸素高温加熱処理ユニット(OHP)で低酸素化雰囲気中において、高温加熱処理され(ステップ13)、低酸素キュア・冷却処理ユニット(DCC)で、低酸素雰囲気中において高温加熱処理され、その後23℃前後で冷却処理され(ステップ14)、冷却処理ユニット(COL)で冷却処理される(ステップ15)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、SOD塗布処理ユニット(SCT)へ搬送され、例えばウェハW上に200nm〜500nm前後、より好ましくは300nm程度の厚さの有機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布する(ステップ16)。これにより、図12(e)に示すように、無機絶縁膜204上に有機絶縁膜205が形成される。ここでは、有機絶縁膜材料としては、SILKを用いた。
次に、ウェハWは低温加熱処理ユニット(LHP)で低温加熱処理され(ステップ17)、低酸素高温加熱処理ユニット(OHP)で低酸素化雰囲気中において、高温加熱処理され(ステップ18)、低酸素キュア・冷却処理ユニット(DCC)で、低酸素雰囲気中において高温加熱処理され、その後23℃前後で冷却処理され(ステップ19)、冷却処理ユニット(COL)で冷却処理される(ステップ20)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、SOD塗布処理ユニット(SCT)へ搬送され、例えばウェハW上に300nm〜1100nm程度、より好ましくは700nm程度の厚さの無機絶縁膜材料を塗布する(ステップ21)。これにより、図13(a)に示すように、有機絶縁膜205上に無機絶縁膜206が形成され、ウェハW上の下層配線201上には、有機絶縁膜及び無機絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜が形成される。ここでは、無機絶縁膜材料としては、Nanoglassを用いた。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、エージング処理ユニット(DAC)へ搬送され、処理室内に(NH+HO)ガスを導入してウェハW上の無機絶縁膜材料をゲル化する(ステップ22)。
次に、ウェハWは垂直搬送ユニット22を介して、エクスチェンジ用薬液塗布処理ユニット(SCT)へ搬送され、ウェハW上にエクスチェンジ用薬液が供給され、ウェ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23)。
次に、ウェハWは低温加熱処理ユニット(LHP)で低温加熱処理され(ステップ24)、低酸素高温加熱処理ユニット(OHP)で低酸素化雰囲気中において、高温加熱処理され(ステップ25)、低酸素キュア・冷却処理ユニット(DCC)で、低酸素雰囲気中において高温加熱処理され、その後23℃前後で冷却処理され(ステップ26)、冷却処理ユニット(COL)で冷却処理される(ステップ27)。
次に、ウェハWは、トランジションユニット(TRS)、水平搬送ユニット23及びロードロック室31を介してCVD装置37に搬入され、図13(b)に示すように、後工程におけるCMPに対する保護膜としてのハードマスク207が形成される(ステップ28)。
次に、ウェハWは、ロードロック室31、水平搬送ユニット23、トランジションユニット(TRS)、垂直搬送ユニット22、エクステンションユニット(EXT)及びウェハ搬送体21を介してカセットステーション10のカセットCRに搬入される。そして、図示しない別の装置において例えばフォトリソグラフィ工程により、所定のパターンに現像される。
次にウェハWは、図示しないエッチング装置へ搬送される。そしてレジストパターンをマスクとしてドライエッチング処理により、図13(c)に示すように、ハードマスク207、無機絶縁膜206及び有機絶縁膜205をエッチングする(ステップ29)。これにより、配線に相当する凹部210を形成することができる。ここでは、例えばCFガスを用いてエッチング処理を行った。
なお、エッチング処理後、上述したように例えばアッシング装置等を真空/加圧処理ブロック12に設けてレジストパターンを剥離することも可能である。
その後、ウェハWは再びフォトリソグラフィ工程を経て、図13(d)に示すように無機絶縁膜204及び有機絶縁膜203をエッチングする(ステップ30)。これにより、接続プラグに相当する凹部211を形成することができる。ここでは、例えばCFガスを用いてエッチング処理を行った。
そして、レジストが剥離されたウェハWはロードロック室31及び水平搬送ユニットを介してCVD装置37により図13(e)に示すように、配線に相当する凹部210及び接続プラグに相当する凹部211の内部の側壁に、銅拡散防止のための側壁保護用のチタンナイトライド(TiN)208を形成する(ステップ31)。側壁保護用の膜としては、TiNのほかにTi、TiW、Ta、TaN、WSiNなどを用いることができる。
そして図14(a)に示すように、例えば電解めっきを用いて、配線に相当する凹部210及び接続プラグに相当する凹部211の内部に、銅209を埋め込む。その後、表面部分の銅を図示しないCMP装置により研磨し、溝の中にのみ銅を残して、配線209a及び接続プラグ209bとする。これにより半導体素子200が形成される(ステップ32)。
以上説明したように、本実施形態によれば、常圧下で層間絶縁膜形成する常圧処理ブロック11に対して真空下又は加圧下でCVD、あるいは洗浄処理等を行う真空/加圧処理ブロック12を一体的に設ける構成としたので、特にダマシン工程において処理時間を短縮でき、フットプリントを減少させることができる。
また、常圧処理ブロックで層間絶縁膜が形成されてから真空/加圧処理ブロック12における処理までの時間が短縮されることにより、形成された絶縁膜の状態を良好に維持できる。特に、絶縁膜がポーラス状の膜質の場合には、処理時間遅延による隣接する絶縁膜の吸収作用も防止することができる。
更に、各種デバイスの処理プロセスに応じて、常圧処理ブロック11における各処理ユニットを垂直方向に増設し、また、真空/加圧処理ブロック12における各処理ユニットを水平方向に増設することができる。
図15は、別の実施形態に係るフロー図である。この実施形態では、ステップ27まで図11に示したフローと同様に各層間絶縁膜203〜206を形成した後に、電子線照射ユニット(EB)39において電子線照射を行う(ステップ28−1)。これにより、例えば絶縁膜をポーラス状にして膜の低誘電率化を図ることができる。あるいはパターン倒れ等を防ぐために膜質を硬化させたりして、膜質を改善させることができる。
また、各層間絶縁膜203〜206を形成した後に、紫外線照射ユニット(UV)40において紫外線照射を行う(ステップ28−2)。これにより、例えば膜質を改質させ、絶縁膜表面の密着性を向上させることができる。
また、これら電子線照射と紫外線照射とを両方行うようにしてもよい。この場合、両処理の順序はどちらが先でも構わない。
なお、これら電子線照射や紫外線照射が行われた後は、図11に示すフローと同様に処理を行う(ステップ29〜ステップ33)。
図16は、更に別の実施形態に係るフロー図である。この実施形態では、ステップ27まで図11に示したフローと同様に各層間絶縁膜203〜206を形成した後に、電子線照射ユニット(EB)39において電子線照射を行う(ステップ28−1)。これにより、例えば絶縁膜をポーラス状にして膜の低誘電率化を図ることができる。この後、加熱処理装置38において真空下で加熱処理を行う(ステップ29−1)。このように真空下で加熱処理を行うことにより低酸素雰囲気で加熱できるため、400℃以上で加熱しても基板を酸化させることはない。この加熱処理によって絶縁膜の最後の焼き固め(硬化処理)が行われる。本実施形態では、このように電子線処理ユニット(EB)39と加熱処理装置38とを同じ真空/加圧処理ブロック12に隣接して配置させることにより、常圧処理ブロック11で形成された絶縁膜に対し、電子線照射と加熱処理とを連続して行うことができるので、処理時間を短縮でき良質な絶縁膜の形成を行うことができる。
また、このような真空下での加熱処理と電子線照射の順序を変えて、ステップ28−2及びステップ29−2で示す順序で処理を行うことも可能である。この場合、電子照射処理で膜のポーラス化と最後の焼き固めとを行っている。このようなフローによっても、加熱処理と電子線照射とを連続して行うことができるので、処理時間を短縮でき良質な絶縁膜の形成を行うことができる。また、電子線照射と加熱処理を同時に行えるように、電子線処理ユニット(EB)39内にウェハWを加熱処理できるヒータ機能を備えたサセプタを設ける構成にしてもよい。
本発明は以上説明した実施形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能であり、例えば、図17に示す絶縁膜処理システムのように、上記実施形態における常圧処理ブロック11と真空/加圧処理ブロック12とをカセットステーション10を介して一体的に設けることも可能である。
このような構成によっても、常圧処理ブロック11で絶縁膜が形成されてから真空/加圧処理ブロック12で処理されるまでの時間を短縮させることができ、膜質を良好に維持できる。
また、例えば、膜厚や膜質を検査する検査装置等を常圧処理ブロック11又は真空/加圧処理ブロック12に組み込むようにしてもよい。
また、常圧処理ブロック11のSOD塗布処理ユニット(SCT)やソルベントエクスチェンジ処理ユニット(DSE)を図2に示したように2段重ねにせずとも、水平に並べて配設してもよい。
図18は、絶縁膜処理システムの更に別の実施形態を示す概略的な斜視図である。本実施形態では、上記実施形態と同様に常圧処理ブロック11に真空/加圧処理ブロック12が接続されている。常圧処理ブロック11内の各ユニットの配置は、例えば図1に示したものと同様の配置とすることができる。本実施形態では、真空/加圧処理ブロック12におけるユニット及びロードロック室31が垂直に2段に重ねられてところが異なる。例えばCVD装置37の上に電子線照射ユニット(EB)39が配置され、図では隠れて見えない加熱処理装置38の上に紫外線照射ユニット(UV)40が配置されている。これらCVD装置37、加熱処理装置38、電子線照射ユニット(EB)39、紫外線照射ユニット(UV)40にはそれぞれロードロック室31が接続され、それぞれの開口部50を介してウェハが搬送されるようになっている。また、ロードロック室31には、搬送室85が接続され、搬送室85には搬送ユニット23がX方向,Y方向及びZ方向に移動可能に設けられている。搬送室85とロードロック室31とは、ロードロック室31の開口部32を介してウェハが搬送されるようになっている。このようなシステムによっても、図11,図15又は図16で示したフローでダマシン工程における絶縁膜を効率良く形成することができる。
図19もまた、別の実施形態に係る絶縁膜処理システムを示す概略的な斜視図である。このシステムでも、常圧処理ブロック11に対して真空/加圧処理ブロック12が接続されている。この実施形態では、図18に示した真空/加圧処理ブロック12を90°回転させることで、常圧処理ブロック11に搬送室85を介してロードロック室31及び電子線照射ユニット(EB)39等の処理ユニットが垂直に2段に重ねられている。本実施形態でも、常圧処理ブロック11内の各ユニットの配置は、例えば図1に示した配置とすることができる。また、この場合、常圧処理ブロック11と真空/加圧処理ブロック12との間のウェハの搬送については、これまでと同様に、常圧処理ブロック11内のトランジションユニット(TRS)における支持ピン92を介して行うことができる。すなわち、図5に示すようにウェハを搬送することができる。
以上のような図18及び図19に示す実施形態では、各真空/加圧処理ユニット及びロードロック室31が多段多列に配置されているため、平面的に配置する構成と比べてフットプリントが大幅に向上する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、絶縁膜及び配線形成処理における処理時間を短縮でき、かつ塗布絶縁膜質の状態を良好に維持できる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の一実施形態に係る絶縁膜処理システムの全体構成を示す平面図である。
図2は、図1に示す絶縁膜処理システムの正面図である。
図3は、図1に示す絶縁膜処理システムの背面図である。
図4は、一実施形態に係るロードロック室の断面図である。
図5は、一実施形態に係るトランジションユニットの破断斜視図である。
図6は、一実施形態に係るSOD塗布処理ユニットの平面図である。
図7は、図6に示すSOD塗布処理ユニットの断面図である。
図8は、低酸素キュア・冷却処理ユニットの平面図である。
図9は、図8に示す低酸素キュア・冷却処理ユニットの断面図である。
図10は、絶縁膜処理システムの制御系を示すブロック図である。
図11は、絶縁膜処理システムの一連の処理工程を示すフロー図(その1)である。
図12は、一実施形態に係る半導体素子の形成工程を示す断面図(その1)である。
図13は、一実施形態に係る半導体素子の形成工程を示す断面図(その2)である。
図14は、一実施形態に係る半導体素子の形成工程を示す断面図(その3)である。
図15は、処理工程の別の実施形態を示すフロー図である。
図16は、処理工程の更に別の実施形態を示すフロー図である。
図17は、他の実施形態に係る絶縁膜処理システムの全体構成を示す平面図である。
図18は、更に別の絶縁膜処理システムの全体構成を示す斜視図である。
図19は、図18における絶縁膜処理システムの変形例を示す斜視図である。

Claims (16)

  1. 基板を収容するカセットが複数配列されたカセットステーションと、
    前記カセットステーションに隣接して設けられ、常圧下で基板上に絶縁膜を形成するための複数の第1の処理ユニットが配置された第1の処理ユニット群と、
    前記複数の第1の処理ユニットに対して基板の搬送を行う第1の搬送ユニットと、
    前記絶縁膜が形成された基板に対して真空下又は加圧下で処理を行う複数の第2の処理ユニットが配置された第2の処理ユニット群と、
    前記複数の第2の処理ユニットにそれぞれ接続して設けられ、内部の圧力制御が可能な複数のロードロック室と、
    前記第1の処理ユニット群と前記複数のロードロック室との間で基板の搬送を行う第2の搬送ユニットと
    を具備す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、
    前記第2の処理ユニットは水平方向に配列され、第2の搬送ユニットは水平方向の搬送を行う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、
    前記第2処理ユニットは垂直方向に多段に配置され、前記第2の搬送ユニットは垂直方向の搬送を行う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、
    前記第1の処理ユニット群は、少なくとも、
    基板上に処理液を回転塗布する塗布処理ユニットと、
    基板に対して熱的処理を施す熱処理ユニットと
    を具備す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、
    前記第2の処理ユニット群は、前記絶縁膜を硬化させる電子線照射ユニット及び前記絶縁膜の表面状態を改質させる紫外線照射ユニットのうち少なくとも一方を具備することを特徴とする基板処理装置。
  6. 請求項5に記載の基板処理装置において、
    前記第2の処理ユニット群は、CVD装置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1に記載の基板処理装置において、
    前記第2の処理ユニットと前記ロードロック室との間で基板を搬送する搬送アームを更に具備することを特徴とする基板処理装置。
  8. 請求項1に記載の基板処理装置において、
    前記第1処理ユニット群のうちの少なくとも1つのユニットに設けられ、前記第1の搬送ユニットと前記第2の搬送ユニットとの間で基板の受け渡しを行うための複数のピン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8に記載の基板処理装置において、
    前記第1の処理ユニット群に隣接して設けられ、基板を収容するカセットが複数配列されたカセットステーションと、
    前記複数のピンを前記カセットの配列方向に移動させる手段と
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
  10. 常圧下で基板上に絶縁膜を形成するための複数の第1の処理ユニットが配置された第1の処理ユニット群と、
    前記絶縁膜が形成された基板に対して真空下又は加圧下で処理を行う複数の第2の処理ユニットが配置された第2の処理ユニット群と、
    前記複数の第2の処理ユニットにそれぞれ接続して設けられ、内部の圧力制御が可能な複数のロードロック室と、
    前記第1の処理ユニット群と前記ロードロック室との間で基板の受け渡しを行う搬送ユニットと、
    前記ロードロック室に設けられ、前記搬送ユニットで搬送された基板を前記第2の処理ユニットへ搬送する搬送アームと、
    前記複数の第1の処理ユニットで絶縁膜を形成した後、基板を前記搬送ユニットにより前記ロードロック室に搬送するとともに、前記搬送アームにより前記第2の処理ユニットへ基板を搬送して、この第2の処理ユニットで処理を行うように制御する制御部と
    を具備する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、
    前記第1の処理ユニット群は、少なくとも、
    基板上に処理液を回転塗布する塗布処理ユニットと、
    基板に対して熱的処理を施す熱処理ユニットと
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
  12. 請求項10に記載の基板処理装置において、
    前記第2の処理ユニット群は、前記絶縁膜を硬化させる電子線照射ユニット及び前記絶縁膜の表面状態を改質させる紫外線照射ユニットのうち少なくとも一方を具備することを特徴とする基板処理装置。
  13. 常圧下で基板上に絶縁膜を形成する複数の第1の処理ユニットが配置された第1の処理ユニット群と、
    前記複数の第1の処理ユニットに対して基板の搬送を行う第1の搬送ユニットと、
    前記絶縁膜が形成された基板に対して真空下又は加圧下で処理を行う複数の第2の処理ユニットが配置された第2の処理ユニット群と、
    前記複数の第2の処理ユニットにそれぞれ接続して設けられ、内部の圧力制御が可能な複数のロードロック室と、
    前記複数の第1の処理ユニットと前記複数のロードロック室とに隣接して設けられ、基板を収容するカセットが複数配列されたカセットステーションと
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
  14. 第1の処理ユニット群内で常圧下で基板上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1の処理ユニット群内に配置され、第1の処理ユニット群に隣接する第2の処理ユニット群に対し基板の搬送を行う中間受け渡し部へ基板を搬送する工程と、
    前記中間受け渡し部から前記第2の処理ユニット群へ搬送する工程と、
    前記第2の処理ユニット群内で真空下で基板に電子線を照射する工程と
    を具備することを特徴とする基板処理方法。
  15. 請求項14に記載の基板処理方法において、
    前記絶縁膜が形成された基板に対して、前記第1の処理ユニット群内で常圧下で加熱処理を行う工程を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
  16. 請求項14に記載の基板処理方法において、
    前記絶縁膜が形成された基板に対して、前記第2の処理ユニット群内で真空下で加熱処理を行う工程を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
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