KR100785579B1 - 열처리장치 및 열처리방법 - Google Patents

열처리장치 및 열처리방법 Download PDF

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Abstract

기판에 소정의 열처리를 실시하는 열처리장치, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)에 층간절연막을 형성하기 위해 사용되는 DLC 유니트(22)는, 웨이퍼(W)를 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 핫 플레이트(83)와 웨이퍼(W)를 수납하는 챔버 (80)와, 핫 플레이트(83)에 있어서 웨이퍼(W)를 핫 플레이트(83)에 재치했을 때에 웨이퍼(W)의 아래쪽에 상당하는 위치에 형성된 가스 채취구(97a)와, 가스채취구 (97a)에서 채취된 가스의 산소농도를 측정하는 산소 센서(89a)를 구비한다. 웨이퍼(W)의 열처리와 병행하여 산소농도를 측정함으로써, 형성되는 층간절연막의 특성을 일정하게 유지할 수 있다.

Description

열처리장치 및 열처리방법{HEAT TREATMENT APPARATUS AND METHOD}
도 1은 본 발명의 열처리장치의 한 형태인 DLC유니트 및 DLB유니트를 구비한 SOD 시스템의 개략구조를 나타낸 평면도.
도 2는 도 1에 기재된 SOD시스템의 개략구조를 나타낸 정면도.
도 3은 도 1에 기재된 SOD 시스템에 장착된 처리 유니트군을 나타낸 정면도.
도 4는 DLC 유니트의 개략구조를 나타낸 평면도.
도 5는 DLC 유니트의 개략구조를 나타낸 단면도.
도 6(A)는 DLB 유니트의 개략구조를 나타낸 단면도.
도 6(B)는 DLB 유니트의 개략구조를 나타낸 다른 단면도.
도 7은 매뉴얼조작에 의해서 산소농도측정을 할 때의 조작 패널의 표시의 일례를 나타낸 설명도.
도 8은 경화처리시의 웨이퍼의 온도변화와 산소농도의 변화 모양을 나타낸 설명도.
도 9는 DLC 유니트의 개략구조를 나타낸 다른 단면도.
도 10은 DLC 유니트의 개략구조를 나타낸 또 다른 단면도.
도 11은 DLC 유니트에 있어서의 바닥벽으로부터의 배기경로를 나타낸 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 처리부 2 : 사이드 캐비넷
3 : 캐리어 스테이션(CSB) 16,17 : 처리 유니트군
18 : 웨이퍼반송기구(PRA) 20 : 경화처리 유니트(DLC)
22 : 베이크처리 유니트(DLB) 80 : 챔버
81 : 가열처리실 82 : 냉각처리실
83 : 핫 플레이트 84 : 가스퍼지링
85 : 덮개체 88 : 승강핀
89a∼89c : 산소 센서 90 : 챔버처리실
91 : 제어장치 97a·97b·97c : 가스채취구
본 발명은, 예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 기판에 층간절연막 등의 막을 형성할 때에 사용되는 열처리장치 및 열처리방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조공정에 있어서는, SOD(spin on dielectric)시스템을 사용하여, 층간절연막 등의 유전체막을 형성하는 것이 행하여지고 있다. 이 SOD 시스템에 있어서는, 예를 들면 졸-겔법, 실크법, 스피드 필름법, 폭스법 등에 의해 반도체 웨이퍼상에 도포막을 스핀코트하여, 화학적처리 또는 가열처리 등을 실시하여 소정의 막을 형성하고 있다.
이 중 실크법, 스피드 필름법, 폭스법에 의해 층간절연막을 형성할 때에는, 소정온도로 유지된 반도체 웨이퍼에 도포액을 도포하여 도포막을 형성하고, 이어서 이 웨이퍼에 가열처리를 실시하여 다시 소정온도로 냉각하며, 더욱 저산소농도분위기에서 가열처리 및 냉각처리를 실시하는 경화처리를 실시하여 도포막을 큐어(경화)시켜 층간절연막을 얻고 있다.
여기서 큐어처리에 있어서는, 웨이퍼의 온도가 높아져 있는 상태에서 산소농도가 커지면, 형성되는 층간절연막의 유전율이 커진다고 하는 문제가 있기 때문에, 구체적으로 큐어처리는 웨이퍼가 재치된 챔버내에 질소 가스 등의 불활성가스를 소정량 흐르게 하면서 행하여지고 있다.
그러나, 큐어처리중의 챔버내의 산소농도를 측정함으로써 큐어처리가 소정의 산소농도 이하의 분위기로 행하여지고 있는지의 여부를 확인하면서 큐어처리를 하는 것은 지금까지 행하여지고 있지 않다. 큐어처리중에 산소농도가 소정농도보다도 높아진 경우에는 얻어진 층간절연막의 유전율이 커진다고 하는 문제가 생기거나, 형성된 층간절연막의 막질이 웨이퍼마다 불균일하다고 하는 문제가 생긴다.
본 발명의 제 1 목적은, 큐어처리 등의 가열처리가 소정의 산소농도이하의 분위기로 행하여지고 있는지의 여부를 확인하면서 행할 수 있는 열처리장치 및 열처리방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 제 2 목적은, 가열처리할 때의 산소농도의 변동을 억제하는 것이 가능한 열처리장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제 1 관점에 의하면, 도포막이 형성된 기판에 소정의 열처리를 실 시하는 열처리장치로서, 상기 기판을 재치한 핫 플레이트와, 상기 핫 플레이트에 재치된 기판을 수납하는 챔버와, 상기 챔버내의 산소농도를 측정하는 산소농도측정수단을 구비하고, 상기 기판의 열처리와 병행하여 상기 산소농도측정수단에 의한 산소농도측정이 가능한 열처리장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 관점에 의하면, 도포막이 형성된 기판에 소정의 열처리를 실시하는 열처리장치로서, 기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 핫 플레이트와, 상기 핫 플레이트는 재치된 기판을 수납하는 챔버와, 상기 기판이 상기 핫 플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 상기 핫 플레이트에 설치되어 상기 챔버내의 가스를 채취하는 가스채취구와, 상기 가스채취구로부터 채취된 가스의 산소농도를 측정하는 산소농도측정수단을 구비하고, 상기 기판의 열처리와 병행하여 상기 산소농도측정수단에 의한 산소농도측정이 가능한 열처리장치가 제공된다.
본 발명의 제 3 관점에 의하면, 가열처리실과 냉각처리실을 가지며, 도포막이 형성된 기판에 소정의 열처리를 실시하는 열처리장치로서, 상기 가열처리실은 기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 핫 플레이트와, 상기 핫 플레이트에 재치된 기판을 수납하는 챔버와, 상기 챔버내에 불활성가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 챔버내로부터의 배기를 상기 챔버의 상부에서 행하는 배기수단과, 상기 기판이 상기 핫 플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 상기 핫 플레이트에 설치되고, 상기 가열처리실내 또는 상기 챔버내의 가스를 채취하는 제 1 가스채취구와, 상기 제 1 가스채취구로부터 채취된 가스의 산 소농도를 측정하는 제 1 산소농도측정수단을 구비하고, 상기 냉각처리실은 기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 냉각 플레이트와, 상기 기판이 상기 냉각 플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 상기 냉각 플레이트에 설치되어 상기 냉각처리실내의 가스를 채취하는 제 2 가스채취구와, 상기 제 2 가스채취구로부터 채취된 가스의 산소농도를 측정하는 제 2 산소농도측정수단을 구비하고, 상기 기판의 열처리와 병행하여 상기 제 1 산소농도측정수단 및 제 2 산소농도측정수단에 의한 산소농도측정이 가능한 열처리장치가 제공된다.
본 발명의 제 4 관점에 의하면, 도포막이 형성된 기판에 소정의 열적처리를 실시하는 열처리방법으로서, 기판을 열적 처리 플레이트상에 재치한 제 1 공정과, 상기 열적 처리 플레이트에 재치된 기판의 아래쪽에서 소정의 가스를 채취하여 상기 소정 가스의 산소농도를 측정하는 제 2 공정과, 상기 산소농도를 측정하면서 상기 기판을 소정시간 유지하는 제 3 공정을 가진 열처리방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 관점에 의하면, 도포막이 형성된 기판에 소정의 열적처리를 실시하는 열처리방법으로서, 기판을 열적 처리플레이트의 위쪽의 소정위치에 대기시켜, 상기 기판을 향하여 불활성가스를 공급하는 제 1 공정과, 상기 열적 처리플레이트의 윗면으로서 상기 기판이 상기 열적 처리플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 소정의 가스를 채취하여 상기 가스의 산소농도를 측정하는 제 2 공정과, 상기 산소농도를 측정하면서 상기 기판을 상기 열적 처리플레이트에 근접 재치하여, 소정시간 유지하는 제 3 공정과, 상기 열적 처리플레이트상에 있어 소정시간 유지된 기판을 반출하여, 산소농도의 측정을 정지하는 제 4 공 정을 가지는 열처리방법이 제공된다.
이러한 열처리장치 및 열처리방법에 의하면, 예를 들면 층간절연막 등을 형성하는 경우에, 산소농도를 측정하면서 가열처리를 하는 것이 가능하기 때문에, 산소농도의 변동에 의한 층간절연막 등의 산화에 의한 막질변화를 방지하여, 층간절연막 등의 품질을 일정하게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 소정산소농도조건으로 가열처리할 수 없었던 기판에 대해서는, 다음공정으로 보내지 않는 것에 의해, 다음공정 이후에 불필요한 처리가 행하여지는 것을 방지하여 생산성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 가열도중에 산소농도에 이상이 발생하고 있는 경우에는 처리를 중단하여, 미연에 처리 미스를 방지할 수 있다. 또한 처리분위기를 소정의 산소농도로 유지할 수 없게 된 경우나 정기적인 보수관리에 있어서도 그들 작업이 종료한 후에 챔버내가 소정의 산소농도 이하로 되어있는지의 여부를 확인하는 것이 용이하기 때문에, 보수관리성이 향상하여, 열처리장치의 신뢰성이 향상한다.
본 발명의 제 6 관점에 의하면, 도포막이 형성된 기판에 소정의 열처리를 실시하는 열처리장치로서, 기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 열적 처리플레이트와, 상기 열적 처리플레이트에 재치된 기판을 수납하는 챔버를 가진 열처리실과, 상기 열처리실의 모서리부 바닥쪽에서 배기를 하는 배기기구를 구비하는 열처리장치가 제공된다.
이러한 열처리장치에서는, 열처리실의 모서리부 바닥쪽에서 배기를 행함으로써, 열처리실의 모서리부에 체류하기 쉬운 가스를 배제하여 열처리실내의 분위기를 균일하게 유지하는 것이 가능하게 되어, 기판의 품질을 일정하게 유지하는 것이 가 능해진다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 열처리장치 및 열처리방법에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서는 내부를 저산소농도로 제어할 수 있으며, 기판에 가열처리와 냉각처리를 실시함에 따라 기판에 형성된 도포막을 경화처리하는 DLC 유니트(dielectric low oxygen controlled cure unit)와, 내부를 저산소농도로 제어가능하며, 기판에 가열처리를 실시하여 기판에 형성된 도포막을 가열처리하는 DLB 유니트(dielectric low oxygen controlled bake unit)를 탑재한 SOD시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 SOD 시스템의 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 SOD 시스템의 측면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 SOD 시스템내에 장착된 처리 유니트군을 나타낸 측면도이다.
이 SOD 시스템은 대략적으로 처리부(1)와, 사이드 캐비넷(2)과, 캐리어 스테이션(CSB)(3)을 가지고 있다. 처리부(1)에는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 앞쪽 상부에 도포처리 유니트(SCT)(11·12)가 설치되어 있다. 또한, 도포처리 유니트(SCT)(11·12)의 아래쪽에는 약품 등을 내장한 케미칼 유니트(13·14)가 설치되어 있다.
처리부(1)의 중앙부에는, 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수의 처리 유니트를 다단으로 적층하여 이루어진 처리 유니트군(16·17)이 설치되고, 이들 사이에, 반도체 웨이퍼(웨이퍼)(W)를 반송하는 웨이퍼 반송기구(PRA)(18)가 승강자유롭 게 설치되어 있다.
웨이퍼 반송기구(PRA)(18)는 Z방향으로 연이어지고, 수직벽(51a·51b) 및 이들 사이의 측면개구부(51c)를 가진 통형상 지지체(51)와, 그 안쪽에 통형상 지지체 (51)를 따라 Z방향으로 승강자유롭게 설치된 웨이퍼 반송체(52)를 가지고 있다. 통형상 지지체(51)는 모터(53)의 회전구동력에 의해서 회전할 수 있게 되어 있으며, 그에 따라 웨이퍼 반송체(52)도 일체적으로 회전되도록 되어 있다.
웨이퍼 반송체(52)는, 반송 기초대(54)와, 반송기초대(54)를 따라 전후로 이동가능한 3개의 웨이퍼 반송아암(55·56·57)을 구비하고 있으며, 웨이퍼 반송아암 (55·56·57)은 통형상 지지체(51)의 측면개구부(51c)를 통과할 수 있는 크기를 가지고 있다. 이들 웨이퍼 반송아암(55·56·57)은, 반송기초대(54)내에 내장된 모터 및 벨트기구에 의해 각각 독립하여 전진 및 후퇴이동할 수 있도록 되어 있다. 웨이퍼 반송체(52)는, 모터(58)에 의해서 벨트(59)를 구동시킴으로써 승강하도록 되어 있다.
또, 부호 40은 구동 풀리, 41은 종동 풀리이다.
왼쪽의 처리 유니트군(16)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 그 위쪽에서부터 차례로 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19)와, 2개의 DLC유니트(20)와, 2개의 에이징 유니트(DAC)(21)가 적층되어 구성되어 있다.
또한, 오른쪽의 처리 유니트군(17)은, 그 위에서 차례로 2개의 DLB유니트 (22)와, 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(23)와, 2개의 쿨링 플레이트 유니트 (CPL)(24)와, 주고받음 유니트(TRS)(25)와, 쿨링 플레이트 유니트(CPL)(26)가 적층 되어 구성되어 있다. 또, 주고받음 유니트(TRS)(25)는, 쿨링 플레이트 유니트의 기능을 겸비하는 것이 가능하다.
사이드 캐비넷(2)은 약액을 공급하기 위한 버블러(Bub)(27)와, 배기가스의 세정을 위한 트랩(TRAP)(28)을 가지고 있다. 또한, 버블러(Bub)(27)의 아래쪽에는 전력공급원(도시하지 않음)과, HMDS(헥사메틸디실란) 등의 약액이나 암모니아가스 (NH3) 등의 가스를 저류하기 위한 약액실(도시하지 않음)과, SOD 시스템에서 사용된 처리액의 폐액을 배출하기 위한 드레인(31)이 설치되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 SOD시스템에 있어서, 예를 들어 졸-겔법에 의해 웨이퍼(W)에 층간절연막 등을 형성하는 경우에는, 웨이퍼(W)를, 쿨링 플레이트 유니트(CPL)(24·26), 도포처리 유니트(SCT)(11·12), 에이징 유니트(DAC)(21), 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19·23), DLB 유니트(22)의 순서로 반송하여 처리한다.
또한, 실크법 및 스피드 필름법에 의해 웨이퍼(W)에 층간절연막 등을 형성하는 경우에는 웨이퍼(W)를 쿨링 플레이트 유니트(CPL)(24·26), 도포처리 유니트 (SCT)(11·12)(어드히젼 프로모터의 도포), 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19·23), 도포처리 유니트(SCT)(11·12)(본 약액의 도포), 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19·23), DLB 유니트(22), DLC 유니트(20)의 순서로 반송하여 처리한다.
또한, 폭스법에 의해 웨이퍼(W)에 층간절연막 등을 형성하는 경우에는, 웨이퍼(W)를 쿨링 플레이트 유니트(CPL)(24·26), 도포처리 유니트(SCT)(11·12), 저온 용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19·23), DLB 유니트(22), DLC 유니트(20)의 순서로 반송하여 처리한다.
또, 이들 각종 방법에 의해서 형성되는 층간절연막 등의 재질로는 제한은 없고, 유기계, 무기계, 하이브리드계의 각종재료를 사용하는 것이 가능하다.
다음에 DLC 유니트(20)와 DLB 유니트(22)의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 4는 DLC 유니트(20)의 개략구조를 나타낸 평면도이고, 도 5는 DLC 유니트(20)가 웨이퍼(W)를 처리중인 상태를 나타낸 단면도이다.
DLC 유니트(20)는, 가열처리실(81)과 이에 인접하여 설치된 냉각처리실(82)을 가지고 있으며, 가열처리실(81)과 냉각처리실(82)의 사이에는 이들 처리실 사이에서 웨이퍼(W)를 주고받을 때에 개폐되는 셔터(92)가 설치되고, 또 가열처리실 (81)에는 웨이퍼 반송기구(PRA)(18)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 주고받을 때에 개폐되는 셔터(72)가 설치되어 있다.
가열처리실(81)에는, 설정온도를 200℃∼470℃로 할 수 있는 핫 플레이트 (83)가 배치되어 있다. 핫 플레이트(83)에는 그 바깥둘레를 둘러싸도록 서포트 링 (98)이 설치되어 있으며, 서포트 링(98)에는 단차가 형성되어, 하단부에 시일 링 (87)이 설치되어 있다. 핫 플레이트(83)의 윗면에는 도시하지 않은 지지핀이 복수개소에 설치되어 있고, 웨이퍼(W)는 이들 지지핀에 지지되어 핫 플레이트(83)의 윗면으로부터 소정거리 떨어진 상태로 핫 플레이트(83)상에 재치되도록 되어 있다.
핫 플레이트(83)를 관통하도록 승강기구(도시하지 않음)에 의해서 웨이퍼(W)를 승강시키는 3개의 승강핀(88)(도 5에서는 2개만을 도시함)이 설치되어 있다. 이들 승강핀(88)은, 웨이퍼(W)를 주고받을 때에는 웨이퍼(W)를 소정의 높이로 지지하고, 가열처리중에는, 예를 들면 그 선단이 핫 플레이트(83)의 윗면과 같은 높이가 되는 위치로 유지된다.
핫 플레이트(83)에는 웨이퍼(W)를 핫 플레이트(83)에 재치하였을 때에 웨이퍼(W)의 아래쪽이 되는 위치에, 핫 플레이트(83)의 윗면으로부터 가열처리실(81) 또는 후술하는 챔버처리실(90)내의 분위기 가스를 채취하기 위한 가스채취구(97a)가 형성되어 있다.
이 가스채취구(97a)에서 산소(O2) 센서(89a)로, 가열처리실(81) 또는 후술하는 챔버처리실(90)내의 분위기 가스가 보내지도록 산소 센서(89a)의 하류쪽에는 도시하지 않은 배기기구가 설치되어 있다. 가스채취구(97a)에서 배기된 가열처리실 (81) 또는 챔버처리실(90)내의 분위기 가스는, 산소 센서(89a)에 의한 산소농도측정으로 보내진 후에 배기된다. 산소 센서(89a)는 SOD시스템의 제어장치(91)에 접속되어 있고, 그 동작제어가 행하여지도록 되어 있다.
또, 챔버처리실(90)내의 분위기 가스를 채취하기 위해서 웨이퍼(W)의 아래쪽이 되는 위치에 가스채취구(97a)를 형성하고 있지만, 웨이퍼(W)의 위쪽에 위치한 덮개체(85)에 가스채취구(97c)를 형성하는 것도 가능하다.
핫 플레이트(83)의 위쪽에는 승강기구(도시하지 않음)에 의해 승강가능한 챔버(80)가 배치되어 있고, 챔버(80)는 중앙부에 배기기구(86)가 형성된 덮개체(85)와 덮개체(85)의 바깥둘레를 둘러싸도록 설치된 가스퍼지링(84)을 가지고 있다. 챔버(80)가 도 5에 나타낸 처리위치에 있는 경우에는 가스퍼지링(84)의 아랫면이 시일 링(87)에 접촉함으로써 챔버처리실(90)이 형성된다.
가스퍼지링(84)의 안둘레면에서는, 가스공급원(도시하지 않음)으로부터 공급된 질소(N2)가스 등의 불활성가스가, 중앙부를 향하여 토출되도록 되어 있다. 가스퍼지링(84)으로부터의 불활성가스의 토출은, 예를 들어, 웨이퍼(W)가 DLC 유니트 (20)내에 반입된 후부터, 경화처리가 종료하여 웨이퍼(W)를 반출하기까지의 동안에 계속하여 행하여진다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 챔버처리실(90)이 형성된 상태에서는 핫 플레이트 (83)에 재치된 웨이퍼(W)의 표면쪽과 이면쪽의 양쪽에 가스퍼지링(84)으로부터 불활성가스가 토출되도록 되어 있다. 이렇게 해서 웨이퍼(W)의 표리면 근방의 분위기를 동등한 저산소상태로 유지하는 것이 가능해진다.
가열처리실(81)내에서 웨이퍼(W)를 가열했을 때에는, 웨이퍼(W)에 형성된 도포막으로부터 여러가지 물질이 증발, 승화 등을 하지만, 이러한 물질은 가스퍼지링 (84)으로부터 공급되는 불활성가스와 함께 배기기구(86)로부터 배기된다.
한편, 좁혀진 공간인 챔버처리실(90)에 불활성가스를 공급한 경우에는, 가열처리실(81) 전체에 불활성가스를 공급하는 경우에 비하여, 적은 공급량으로 확실하게 웨이퍼(W)가 재치된 챔버처리실(90)내의 분위기를 저산소농도로 유지하는 것이 가능하기 때문에, 러닝 코스트를 저감할 수 있다.
가열처리실(81)에는, 가스공급관(96a)을 통해서 내부에 질소가스 등의 불활 성가스를 공급할 수 있도록 되어 있기 때문에, 가열처리실(81) 내를 소정의 저산소농도로 유지할 수 있다. 가열처리실(81)내에 공급된 불활성가스는, 측벽에 형성된 배기구(81b) 및 바닥벽의 모서리부의 4개소에 설치된 배기구(99a)에서 배기된다. 가열처리실(81)의 모서리부에는 셔터(72)를 개구시켰을 때에 가열처리실(81)에 유입해 오는 대기가 체류하기 쉽다. 배기구(99a)로부터의 배기를 행함으로써 대기의 체류가 방지되어, 가열처리실(81)내 전체가 균일한 불활성가스분위기로 유지된다.
또, 배기기구(86)로부터 배기된 가스는, 도시하지 않은 다른 루트로 배기되도록 배기경로가 형성되어 있다. 이것은, 가열처리시에 배기되는 가스에는 웨이퍼 (W)에 형성된 도포막으로부터 증발, 승화 등을 한 물질이 포함되어 있기 때문에, 이러한 물질에 의해서 가열처리실(81)내가 오염되는 것을 방지해야 하기 때문이다.
가열처리실(81)과 냉각처리실(82)의 사이는 셔터(92)에 의해 개폐가능한 연통구(81a)를 통해 연이어 통하고 있다. 냉각처리실(82)에는 웨이퍼(W)를 재치하여 냉각하기 위한 쿨링 플레이트(93)가 가이드 플레이트(94)를 따라 이동기구(95)에 의해 수평방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있다. 쿨링 플레이트(93)는 연통구 (81a)를 통해 가열처리실(81)내에 진입할 수 있고, 가열처리실(81)내에서 핫 플레이트(83)에 의해 가열된 후의 웨이퍼(W)를 승강핀(88)으로부터 받아들여 냉각처리실(82)내에 반입하며, 웨이퍼(W)를 냉각한 후, 웨이퍼(W)를 승강핀(88)으로 되돌리도록 되어 있다. 쿨링 플레이트(93)의 설정온도는, 예를 들면 15℃∼25℃로 되어 있다.
쿨링 플레이트(93)는, 웨이퍼(W)를 쿨링 플레이트(93)에 재치했을 때에 웨이 퍼(W)의 아래쪽이 되는 위치에, 쿨링 플레이트(93)의 윗면으로부터 가열처리실(81) 또는 냉각처리실(82)의 분위기 가스를 채취하기 위한 가스채취구(97b)가 형성되어 있다. 이 가스채취구(97b)에서 산소(O2) 센서(89b)로 냉각처리실(82)내의 분위기 가스가 보내지도록, 산소 센서(89b)의 하류쪽에는 도시하지 않은 배기기구가 설치되어 있다. 가스채취구(97b)에서 배기된 분위기 가스는 산소 센서(89b)에 의한 산소농도측정으로 보내진 후에 배기된다.
DLC 유니트(20)는 이렇게 핫 플레이트(83)와 쿨링 플레이트(93)에 각각 가스채취구(97a)와 가스채취구(97b)가 형성되어, 산소농도를 측정할 수 있기 때문에, DLC 유니트(20)내에서 웨이퍼(W)를 반송할 때에도, 웨이퍼(W)의 위치에 대응한 분위기 가스의 채취와 산소농도를 측정하는 것이 가능하고, 웨이퍼(W) 주위의 분위기를 상시 감시하는 것이 가능해진다.
냉각처리실(82)에는 가스공급관(96b)을 사용하여 내부에 질소가스 등의 불활성가스가 공급되도록 되어 있다. 이렇게 해서 냉각처리실(82)내가 저산소농도로 유지된다. 냉각처리실(82)에 공급된 불활성가스는 바닥벽에 형성된 배기구(99b)에서 배기된다.
다음에, 도 6(A)·도 6(B)에 DLB유니트(22)의 개략구조를 나타낸 단면도를 나타낸다. 여기서, 도 6(A)는 웨이퍼(W)를 처리중인 상태를, 도 6(B)는 웨이퍼(W)를 주고받을 때의 상태를 각각 나타내고 있다.
DLB 유니트(22)는, 윗면에 개구부(61a)가 형성되고, 또한 측면에 유니트내를 배기하기 위한 배기구(61b)가 형성되어 있다. 웨이퍼 반송기구(PRA)(18)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 주고받음을 가능하게 하고 도시하지 않은 개폐가 자유로운 셔터가 형성된 케이싱(61)내에는, 설정온도를 50℃∼350℃로 할 수 있는 핫 플레이트 (62)가 배치되어 있다. 핫 플레이트(62)에는, 그 바깥둘레를 둘러싸도록 서포트 링(63)이 설치되어 있다. 서포트 링(63)에는 단차가 형성되어 있으며, 그 하단부에 시일 링(65)이 설치되어 있다.
핫 플레이트(62)의 윗면에는, 도시하지 않은 지지핀이 복수개소에 형성되어 있으며, 웨이퍼(W)는 이들 지지핀에 지지되어 핫 플레이트(83)의 윗면에서 소정거리 떨어진 상태로 핫 플레이트(62)상에 재치되도록 되어 있다. 핫 플레이트(62)를 관통하도록, 승강기구(도시하지 않음)에 의해서 웨이퍼(W)를 승강시키는 3개의 승강핀(64)(도 6A, B에서는 2개만을 도시함)이 설치되어 있다. 승강핀(64)은 웨이퍼 (W)를 주고받을 때에는 웨이퍼(W)를 소정의 높이로 지지하고, 가열처리중에는 예를 들면 그 선단이 핫 플레이트(62)의 윗면과 동일한 높이가 되는 위치로 유지된다.
핫 플레이트(62)의 위쪽에는 개구부(61a)를 밀폐하는 덮개체(66)가, 도시하지 않은 승강기구에 의해 승강자유롭게 배치되어 있다. 도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 덮개체(66)가 처리위치에 있는 경우에는, 그 둘레가장자리부의 아랫면이 시일 링(65)에 접촉하여 챔버처리실(70)이 형성된다. 덮개체(66)의 둘레가장자리부에는, 질소가스 등의 불활성가스를 안둘레면에서 토출할 수 있는 가스공급기구(67)가 설치되어 있다.
도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 덮개체(66)가 상승위치에 있는 상태에서는, 케 이싱(61)과 덮개체(66)에 의해서 형성되는 가열처리실(71)내에, 가스공급기구(67)로부터 불활성가스를 토출함으로써, 가열처리실(71)내를 저산소농도로 유지할 수 있다. 가스공급기구(67)로부터 토출된 불활성가스는, 덮개체(66)에 설치된 배기기구(68) 또는 케이싱(61)에 형성된 배기구(61b)에서 배기된다.
도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 챔버처리실(70)이 형성된 상태에서는, 가스공급기구(67)로부터 토출되는 불활성가스는 챔버처리실(70)내를 저산소농도의 상태로 유지하면서 배기기구(68)로부터 배기된다.
챔버처리실(70)은, 가열처리실(71)보다도 용적이 작기 때문에, 챔버처리실 (70)에 공급하는 불활성가스의 양은, 가열처리실(71)에 불활성가스를 공급하는 경우와 비교하여 적은 공급량으로도 된다. 더구나 확실하게 웨이퍼(W)가 재치된 챔버처리실(70)내의 분위기를 저산소농도로 유지하는 것이 가능해진다.
핫 플레이트(62)에는, 웨이퍼(W)를 핫 플레이트(62)에 재치하였을 때에 웨이퍼(W)의 아래쪽이 되는 위치에, 핫 플레이트(62)의 윗면으로부터 가열처리실(71)내 또는 챔버처리실(70)내의 분위기 가스를 채취하기 위한 가스채취구(69)가 형성되어 있다. 이 가스채취구(69)로부터 채취된 분위기 가스는 산소(O2) 센서(89c)로 보내지고, 산소 센서(89c)에 의한 산소농도측정으로 보내진 후에, 산소 센서(89c)의 하류쪽에 설치된 배기기구(도시하지 않음)로부터 배기되도록 되어 있다. 산소 센서 (89c)는, SOD시스템의 제어장치(91)에 접속되어 있고, 동작제어가 행하여진다.
또, 챔버처리실(70)내의 분위기 가스를 채취하기 위해서 웨이퍼(W)의 아래쪽 이 되는 위치에 가스채취구(69)를 형성하고 있지만, 웨이퍼(W)의 위쪽에 위치하는 덮개체(66)에 가스채취구를 형성하는 것도 가능하다.
다음에, DLC 유니트(20) 및 DLB 유니트(22)에 설치된 산소 센서(89a∼89c)에 대하여, DLC 유니트(20)에 설치된 산소 센서(89a)를 예로 들어, 보다 상세하게 설명한다.
산소 센서(89a)로서는 예를 들면, 산소이온전도체인 지르코니아를 사용한 센서가 바람직하게 사용된다. 여기서 지르코니아 산소 센서를 사용한 경우에는, 예를 들어 수소(H2)나 일산화탄소(CO) 등의 산소와 반응하는 가스가 측정 가스중에 병존하는 경우에는, 산소농도를 정확히 측정하는 것이 곤란하다고 하는 결점이 있다.
상술한 바와 같이, 가열처리시에는 웨이퍼(W)에 형성된 도포막으로부터 여러가지 성분이 가스로서 증발 또는 승화하여, 배기기구(86)로부터 배기된다. 따라서, 배기기구(86)로부터 배기되는 가스를 측정 가스로서 사용하면, 상기 이유로부터 산소농도를 정확히 측정하는 것은 곤란하다.
웨이퍼(W)에 형성된 도포막으로부터 증발 또는 승화 등을 하는 물질은, 가스퍼지링(84)으로부터의 불활성가스의 공급에 의한 챔버처리실(90)내의 가스의 흐름을 고려하면, 불활성가스와 함께 배기기구(86)로부터 배기되어, 웨이퍼(W)의 이면으로 돌아 들어갈 확률은 매우 작다고 생각된다. 그리고, 가스퍼지링(84)으로부터의 불활성가스의 공급에 의해서, 웨이퍼(W)의 표면쪽과 이면쪽은 동등한 질소분위기로 유지된다고 생각된다.
그래서, DLC유니트(20)에서는, 웨이퍼(W)를 핫 플레이트(83)에 재치하였을 때에 웨이퍼(W)의 아래쪽이 되는 위치에 가스채취구(97a)를 형성하여, 이 가스채취구(97a)에서 산소농도측정용 가스를 채취할 수 있도록 되어 있다. 이에 따라 챔버처리실(90)내의 산소농도를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 웨이퍼(W)의 온도가 예를 들어 200℃ 이하인 상태에서는, 웨이퍼(W)에 형성된 도포막으로부터 증발, 승화 등을 하는 물질은 적기 때문에, 가스채취구 (97c)를 사용하여 산소농도를 측정하는 것도 가능하다. 또한, 가스채취구(97a)를 형성하는 대신에, 승강핀(88)이 관통하도록 핫 플레이트(83)에 형성되어 있는 구멍부를 통하여, 산소 센서(89a)로 산소농도용 가스를 채취하는 것도 가능하다.
산소 센서(89a)는 SOD 시스템의 제어장치(91)에 접속되어 제어된다. 예를 들면, 제어장치(91)에 기억된 처리레시피를 따라서 웨이퍼(W)가 DLC 유니트(20)에 반입된 시점에서 가열처리실(81) 또는 챔버처리실(90)내의 산소농도의 측정이 시작된다.
여기서, 예를 들어, 웨이퍼(W)[또는 핫 플레이트(83)]가 소정의 온도에 도달했을 때에, 챔버처리실(90)내가 소정의 산소농도 이하로 되어 있지 않은 경우에는, 경화처리를 중지하여 경보가 발생하도록 구성해 놓으면, 미연에 경화처리불량의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 어떠한 원인에 의해서 웨이퍼(W)가 소정의 온도범위에 있는 상태에서 산소농도가 상승하여, 소정의 산소농도 이하로 처리되어 있지 않은 상태가 된 경우에 경보가 발생하도록 구성해 놓으면, 경화처리불량이 발생한 웨이퍼(W)를 특정하 여, 이러한 웨이퍼(W)에 대해서는 그 이후의 처리를 하지 않도록 할 수가 있다. 이러한 대책을 강구함으로써 웨이퍼(W)에 형성되는 층간절연막 등의 막질을 균질화하고, 또한 웨이퍼(W)마다의 층간절연막 등의 막특성의 불균일을 억제하여 더욱 처리후의 웨이퍼(W)의 품질을 높게 유지하는 것이 가능해진다.
이와 같이 SOD 시스템에 있어서의 처리레시피에 맞추어 산소농도를 측정하는 방법에 한정되지 않고, 매뉴얼조작에 의해서 DLC유니트(20)의 산소농도를 측정할 수 있도록 하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 처리레시피에 산소농도측정이 들어가 있지 않은 경우에는 불시에 산소농도를 측정하는 것이나, DLC 유니트(20)의 보수관리나 보수후의 성능검사를 용이하게 하는 것이 가능해진다.
도 7은 매뉴얼조작에 의해서 산소농도측정을 할 때의 조작 패널의 표시의 일례를 나타낸 설명도로서, 도 7의 상단에 나타낸 메인 메뉴에서 「산소농도측정」을 선택하면, 이어서, 도 7의 중단에 나타낸 바와 같이 조작 패널에 측정대상인 유니트명이 표시된다. 여기서 원하는 유니트를 선택하여 「개시」를 선택하면, 선택한 유니트에 부착된 산소센서로 처리실에서 배기가 행하여져 산소농도의 측정이 시작되고, 도 7의 하단에 나타낸 바와 같이 측정개시로부터의 산소농도의 시간변화가 표시되어, 선택한 유니트의 산소농도를 확인할 수 있다.
또, 산소 센서(89a)에 의한 산소농도의 측정결과는, 제어장치(91)에 설치된 모니터화면에 표시할 수 있게 되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 1개의 SOD 시스템에 복수의 DLC 유니트(20)가 탑재되어 있는 경우에는, 예를 들어, 오퍼레이터의 선택에 의해 원하는 DLC 유니트(20)의 산소농도측정결과를 표시할 수 있도록 구 성하거나, 또는 자동적으로 복수의 DLC 유니트(20)의 측정결과의 표시가 전환되도록 구성하거나, 혹은 복수의 DLC 유니트(20)의 산소농도측정결과를 동시에 표시할 수 있도록 구성할 수 있다.
다음에, DLC 유니트(20)와 DLB 유니트(22)의 양쪽을 사용하는 실크법 및 스피드 필름법에 의해 층간절연막을 형성하는 처리동작에 대하여 설명한다.
캐리어 스테이션(CSB)(3)으로부터 주고받음 유니트(TRS)(25)로 반송된 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 반송기구(PRA)(18)에 의해서 쿨링 플레이트 유니트(CPL)(24·26)로 반송되어 냉각된다. 이렇게 해서 도포전의 웨이퍼(W)의 온도를 일정하게 함에 따라 형성되는 도포막의 막두께 및 막질의 균질화를 도모할 수 있다.
이어서, 웨이퍼(W)는 도포처리 유니트(SCT)(11)로 반송되어, 제 1 도포액으로서 어드히젼 프로모터가 스핀코트에 의해 도포된다. 이 어드히젼프로모터를 제 2 도포액인 본 도포액에 앞서 도포함으로써, 막의 밀착성이 촉진된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 쿨링 플레이트 유니트(CPL)(24·26)로 반송되어 온도조정된다.
쿨링 플레이트 유니트(CPL)(24·26)로써 온도조정된 웨이퍼(W)는, 다음에 도포처리 유니트(SCT)(12)로 반송되어, 제 2 도포액으로서 층간절연막용의 본 도포액이 스핀코트에 의해 도포된다. 이렇게 해서 웨이퍼(W)의 표면에 도포막이 형성된다. 그 후, 웨이퍼(W)는 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19·26)로 반송되어 거기서 열처리되고, 예를 들어 도포막에 포함되어 비교적 저온으로 증발하는 성분, 예를 들면 수분의 제거가 행하여진다.
다음에, 웨이퍼(W)는 사용된 본 도포액에 포함되는 용제의 특성 등에 따라서 DLB 유니트(22)에 의한 가열처리를 거친 후에 DLC 유니트(20)로 반송되어 경화처리가 실시되고, 또는 직접 DLC 유니트(20)로 반송되어 경화처리가 실시된다.
DLC 유니트(20)에 의한 경화처리전에 DLB 유니트(22)에 의한 가열처리를 하는 경우에는, DLB 유니트(22)에 있어서는 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP) (19·23)에 있어서의 처리온도보다도 높은 온도로서, 또한 후의 DLC 유니트(20)에 있어서의 처리온도보다도 낮은 온도로 가열처리가 행하여진다. DLB 유니트(22)로는, 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19·23)에서의 가열처리로는 제거할 수 없었던 본 도포액에 포함된 용제성분 등의 증발·승화 등에 의한 제거가 행하여진다.
예를 들어 웨이퍼(W)를 고온으로 열처리하는 열처리 유니트는, 열처리시에 웨이퍼(W)에 도포된 도포액으로부터 증발 등을 한 물질에 의해서 오염되기 쉽다. 이 때문에 고온에서의 열처리를 행한 열처리 유니트를 사용하여 웨이퍼(W)를 저온에서 열처리하면, 웨이퍼(W)가 열처리 유니트를 오염시키고 있는 물질 등에 의해서 오염될 가능성이 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 도포액으로부터 증발 또는 승화 등을 하는 성분에 따라서 열처리 유니트를 구별하여 사용함으로써, 웨이퍼(W)의 오염을 방지할 수 있다.
DLB 유니트(22)는 이러한 목적으로 사용되지만, DLB 유니트(22)에 의한 열처리는 반드시 필요하지 않다. 그래서, 이하에는, 본 도포액이 도포되어 저온용의 핫 플레이트 유니트(LHP)(19·23)에서의 처리가 종료한 웨이퍼(W)를, 직접 DLC 유 니트(20)로 반송하여, 거기서 행하여지는 산소농도측정을 포함한 경화처리의 공정에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 DLC 유니트(20)에서의 경화처리개시로부터의 웨이퍼(W)의 온도변화와 산소 센서(89a·89b)에 의한 산소농도의 변화의 모양을 나타낸 설명도이다.
DLC 유니트(20)의 가열처리실(81)에 설치된 셔터(72)를 열어, 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 반송아암, 예컨대 웨이퍼 반송 아암(55)을 가열처리실(81)에 진입시킨다. 그 후에 승강핀(88)을 상승시켜 승강핀(88)에 웨이퍼(W)를 건네 준다. 이어서 웨이퍼 반송아암(55)을 가열처리실(81)로부터 퇴출시켜 셔터(72)를 닫는다. 이 때에는 도 9의 단면도에 나타낸 바와 같이, 챔버(80)는 웨이퍼(W)의 반입이 가능하도록 상승위치에 유지되어 있다. 웨이퍼 반송아암(55)으로부터 승강핀(88)에 웨이퍼(W)를 건네주는 것과 거의 동시에, 가스퍼지링(84) 및 가스공급관(96a)에서 소정량의 불활성가스의 토출을 시작한다.
또, 셔터(72)가 닫힌 후에 배기구(99a)로부터의 배기를 시작하면, 가열처리실(81)내의 모서리부에 체류한 대기를 유출시켜, 산소농도를 저감시킬 수 있다. 또한, 도 9에 나타낸 상태에 있을 때에는 퍼지 링(84)으로부터 토출되는 불활성가스가 직접 배기기구(86)로부터 배기되는 것은 아니며, 가열처리실(81)내로 확산하도록 배기기구(86)로부터의 배기를 행하지 않고, 배기구(81b) 및 배기구(99a)로부터만 배기하는 것이 바람직하다. 이렇게 해서 가열처리실(81)내를 신속하게 소정의 불활성가스분위기로 할 수 있다. 불활성가스의 공급은 가스공급관(96a)으로부터 하는 것이 바람직하다.
웨이퍼(W)가 승강핀(88)에 유지되어 셔터(72)가 닫혀진 시점에서 산소 센서 (89a)에 의한 산소농도의 측정을 시작하고, 이와 병행하여 도 10의 단면도에 나타 낸 바와 같이, 가스퍼지링(84)의 아랫면이 서포트 링(98)의 윗면부근의 높이 위치(중간위치)가 되도록 챔버(80)를 하강시킨다. 이 상태에 도달할 때까지는 핫 플레이트(83)는 소정의 온도로 유지되고 있지만, 핫 플레이트(83)의 윗면과 웨이퍼(W)와의 거리가 떨어져 있기 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이 제일 처음에는 웨이퍼 (W)의 온도 상승은 느리다. 또한 도 10에 나타낸 상태에서는, 챔버처리실(90)은 도 5에 나타낸 것과 같은 밀폐공간으로는 되어 있지 않지만, 가스퍼지링 (84)으로부터 토출되는 불활성가스에 의해서, 챔버처리실(90)내의 산소농도가 급격히 저하한다.
다음에 승강핀(88)을 하강시키는데, 이 승강핀(88)의 하강전에 챔버처리실 (90)내의 산소농도가 소정치 이하로 되어있는지의 여부를 확인하여, 산소농도가 소정치 이하로 되어 있지 않은 경우에는, 예를 들면 경보를 발생하여 처리를 중지하고, 다른 처리 유니트에서의 작업상황을 파악한 뒤에 SOD 시스템의 운전을 정지한다. DLC 유니트(20)에 있어서의 산소농도 상승이 일어나지 않도록 DLC 유니트(20)를 수리하는 등으로, 그 후에 동일한 처리불량이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다. 한편, 도 9에 나타낸 상태에 있을 때에 배기기구(86)를 동작시키고 있지 않은 경우에는, 승강핀(88)을 하강시키기 전에 배기기구(86)의 배기동작을 시작한다.
이에 대하여 웨이퍼(W)의 온도가, 예를 들어 150℃에 도달한 시점에서 챔버처리실(90)내의 산소농도가 소정치 이하로 되어 있는 경우에는, 승강 핀(88)을 하강시키는 동시에 챔버(80)도 하강시켜, 웨이퍼(W)가 핫 플레이트(83)의 윗면에 형 성된 지지핀상에 유지되고, 또한 가스퍼지링(84)이 시일 링(87)을 통해 서포트 링(98)과 접한 상태가 되도록 한다. 이 상태가 도 5에 나타낸 상태이다.
도 5에 나타낸 상태에 있어서는, 반드시 가스공급관(96a)으로부터의 불활성가스의 공급은 필요하지 않다. 그러나 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 냉각처리실(82)로 반송할 때의 산소농도변화를 억제하기 위해서는, 소정량의 불활성가스가 가열처리실(81)에 공급되고 있는 상태인 것이 바람직하다. 밀폐된 챔버처리실(90)이 형성된 경우에는, 챔버처리실(90)의 용적이 작기 때문에, 가스퍼지링(84)으로부터 토출되는 불활성가스의 유량을 줄일 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)가 핫 플레이트(83)의 윗면에 근접하여 유지되면, 웨이퍼(W)의 온도는 급격히 상승한다. 이 때 도포막으로부터는 경화반응의 개시에 따라 여러가지 물질이 가스로서 증발, 승화 등을 하기 시작한다. 이러한 물질은 웨이퍼(W)의 아래쪽에는 돌아 들어가지 않고, 배기기구(86)로부터 배기된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 아래쪽으로부터 산소농도측정용 가스를 채취함으로써 도포막으로부터 증발하는 성분의 영향을 받지 않고, 가열처리중의 챔버처리실 (90)내의 산소농도를 측정할 수 있다.
웨이퍼(W)의 온도가 높은 상태에 있을 때에, 챔버처리실(90)내가 확실하게 저산소농도로 유지되고 있는 것을 확인하면서 가열처리를 행함에 따라, 형성된 층간절연막의 산화에 의한 특성변화를 방지하여, 일정한 특성을 가진 층간절연막을 형성하는 것이 가능해진다. 바꾸어 말하면, DLC 유니트(20)에 생긴 산소농도이상을 실시간으로 검출함으로써, DLC 유니트(20)에 산소농도 이상이 생긴 채로 계속하 여 웨이퍼(W)를 처리하는 것을 방지할 수 있다. 이렇게 해서 불량품의 생산을 회피할 수 있다.
또, 웨이퍼(W)의 온도가 높은 상태에 있을 때에, 챔버처리실(90)내의 산소농도가 소정치 이상으로 상승하는 것과 같은 사태가 생긴 경우에는, 경보를 발생하여 처리를 중단할 수 있다. 이러한 경보를 발생시키는 경보장치로서는, 산소 센서 (89a)의 측정치에 자동 대응하여 음성이나 빛 등을 발하고, 또한 제어장치(91)에 소정의 표시를 하는 것이 바람직하게 사용된다.
또한 처리중인 웨이퍼(W)에 대해서는 소정의 마킹을 실시하여 불량품으로서 다음공정으로 보내지 않도록 할 수도 있다. 웨이퍼(W)에 관한 마킹을 실시하는 장치는, SOD 시스템내에서 웨이퍼 반송아암(55·56·57)이 억세스할 수 있는 위치에 설치하여, 웨이퍼(W)를 가열처리실(81)로부터 마킹장치로 반송하고, 거기서 소정의 마킹을 하도록 하여도 좋다. 또한 마킹장치는 가열처리실(81)내에 설치할 수도 있다.
소정의 가열처리가 행하여지고 있는 동안에, 냉각처리실(82)에 있어서는, 가스공급관(96b)에서 불활성가스를 냉각처리실(82)에 공급하여, 냉각처리실(82)내를 소정의 저산소농도분위기로 하여 둔다. 가열처리실(81)에서의 가열처리가 종료하면, 챔버(80)를 상승시킴과 동시에 승강핀(88)을 상승시켜, 웨이퍼(W)를 쿨링 플레이트(93)가 진입하는 높이보다도 높은 위치로 유지한다.
이 때, 가스퍼지링(84)으로부터 토출하는 불활성가스의 유량을 증대시키거나, 또는 가스공급관(96a)으로부터의 가스공급량을 증대시키고, 또한 배기구(99a) 에서 배기가 행하여지고 있는 상태로서, 웨이퍼(W) 주위의 산소농도가 상승하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
셔터(92)를 동작시켜 연통구(81a)를 개구시키고, 쿨링 플레이트(93)를 가열처리실(81)내에 진입시킨다. 이어서 승강핀(88)을 하강시켜 웨이퍼(W)를 승강핀 (88)으로부터 쿨링 플레이트(93)에 건네 준다. 이 때의 웨이퍼(W)의 이동에 대응하여, 산소 센서(89a)를 사용한 산소농도측정으로부터, 산소 센서(89b)를 사용한 산소농도측정으로 전환한다. 이에 따라 웨이퍼(W)의 주위의 산소농도를 보다 정확하게 측정하고, 또한 감시하는 것이 가능하다.
이 웨이퍼(W)를 가열처리실(81)로부터 냉각처리실(82)로 반송할 때에, 배기구(99a)를 사용하여 배기를 하고 있지 않은 경우에는, 도 8중의「바닥벽 배기구 사용하지 않음」의 곡선에 표시된 바와 같이, 일시적인 산소농도의 상승이 보이는 경우가 있다. 이 산소농도의 상승은, 셔터(72)를 개구하였을 때에 가열처리실(81)내에 유입하는 대기가 가열처리실(81)의 모서리부에서 체류하고 있으며, 이 체류한 대기가 셔터(92)를 개구하였을 때에 유동하여 웨이퍼(W)의 주위로 확산함으로써 일어나는 것으로 생각된다.
웨이퍼(W)를 핫 플레이트(83)로부터 쿨링 플레이트(93)로 이동시킬 때에는, 아직 웨이퍼(W)는 충분히 높은 온도에 있기 때문에, 이러한 상태로 웨이퍼(W)가 높은 산소농도분위기에 놓여지는 것은 바람직하지 않다. 그러나, DLC 유니트(20)로서는, 도 11의 설명도에 나타낸 바와 같이, 배기구(99a) 로부터의 배기를 행함에 따라, 가열처리실(81)의 모서리부에 체류하기 쉬운 대기를 배출하는 것이 가능하 다. 이렇게 해서 도 8중의 「바닥벽 배기구 사용」[배기구(99a)로부터의 배기를 행한 경우를 말함]의 곡선에 표시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 이동시에도 웨이퍼(W) 주위의 산소농도가 상승하는 것이 방지되어, 형성되는 층간절연막의 특성을 양호하게 유지하는 것이 가능하다.
또, 배기구(99a)가 설치되지 않은 DLC 유니트를 사용하는 경우에는, 웨이퍼 (W)를 가열처리실(81)로부터 냉각처리실(82)로 반송할 때에 가열처리실(81)에 공급되는 불활성가스의 유량을 증대시키는 것으로, 웨이퍼(W) 주위의 산소농도가 상승하지 않도록 대처하는 것이 바람직하다.
웨이퍼(W)를 유지한 쿨링 플레이트(93)를 가열처리실(81)로부터 냉각처리실 (82)로 되돌려 셔터(92)를 닫고, 냉각처리실(82)에 있어서 웨이퍼(W)의 냉각처리를 행한다. 냉각처리가 종료한 웨이퍼(W)는 고온으로 승온되는 일은 없기 때문에, 웨이퍼(W)의 냉각처리중에, 가열처리실(81)로의 불활성가스의 공급을 정지하여도 좋다.
웨이퍼(W)의 냉각처리가 종료한 후에는, 가스공급관(96b)으로부터의 불활성가스의 공급을 정지하여, 웨이퍼(W)를 가열처리실(81)내의 승강핀(88)상에 일단 건네주고, 그 후에 웨이퍼반송장치(PRA)(18)의 웨이퍼반송 아암(55·56·57)을 사용하여 가열처리실(81)로부터 반출한다. 이렇게 해서 DLC 유니트(20)에 있어서의 층간절연막의 경화처리가 종료한다. 웨이퍼 반송아암(55·56·57)에 유지된 웨이퍼 (W)는, 주고받음 유니트(TRS)(25)를 통해 캐리어 스테이션(CSB)(3)에 복귀된다.
또, DLB 유니트(22)를 사용한 경우의 산소농도측정은, 상술한 DLC 유니트 (20)의 경우와 마찬가지로 행하여진다. 즉, DLB 유니트(22)에 있어서는, 비교적 높은 온도까지 웨이퍼(W)의 온도를 상승시키기 때문에, 처리분위기에 산소가 많이 함유되어 있으면, 도포막이 산화됨에 따라 형성되는 층간절연막의 특성이 변화할 우려가 있다.
그래서 DLB유니트(22)에 있어서는, 가열처리실(71) 및 챔버처리실(70)의 내부에 불활성가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리중의 가열처리실(71) 및 챔버처리실(70)이 소정의 산소농도 이하의 상태로 되어있는지의 여부를 검지할 수 있도록 산소 센서(89c)가 부착되어 있다[도 6(A), 도 6(B) 참조].
DLB 유니트(22)에 있어서의 가열처리는, 예를 들면 이하와 같이 행하여진다. 즉, 제일 먼저 가스공급기구(67)로부터 가열처리실(71)내에 불활성가스가 공급되어 있는 상태에서 웨이퍼 반송아암(55)(또는 56,57)을 사용하여 웨이퍼(W)를 가열처리실(71)내에 반입하고, 승강핀(64)에 웨이퍼(W)를 건네준 시점에서 산소 센서(89c)에 의한 산소농도의 측정을 시작한다. 그리고, 승강 핀(64)을 하강시켜 웨이퍼(W)를 핫 플레이트(62)의 지지핀에 유지시키고, 또한 덮개체(66)를 하강시켜 챔버처리실(70)의 형성한다. 챔버처리실(70)의 형성후에는, 가스공급기구(67)로부터 챔버처리실(70)에 공급되는 불활성가스의 유량을 감소시킨다.
소정의 가열처리가 종료되면, 가스공급기구(67)로부터의 불활성가스의 공급량을 증대시켜, 덮개체(66) 및 승강핀(64)을 상승시킨다. 웨이퍼 반송아암(55)(또는 56·57)을 가열처리실(71)에 진입시켜 웨이퍼 반송아암(55)(또는 56·57)에 웨이퍼(W)를 건네준다. 웨이퍼(W)는, 그 후에 쿨링 플레이트(CPL)(24·26)에 반송되 어 일단 냉각되거나, 계속하여 DLC 유니트(20)로 반송되어 도포막의 경화처리로 보내진다.
DLB 유니트(22)에 있어서의 일련의 가열처리에 있어서, 웨이퍼(W)가 소정의 높은 온도로 되어 있음에도 불구하고, 가열처리실(71)내 또는 챔버처리실(70)내의 산소농도가 소정치보다 큰 경우에는, 가열처리를 중단하는 등의 대처가 가능하다.
이상 본 발명의 열처리장치를, 층간절연막을 형성한 SOD시스템의 DLC 유니트 (20) 및 DLB 유니트(22)에 적용한 경우에 대하여 설명해 왔지만, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 본 발명은 레지스트막이나 보호막을 형성하는 도포막형성 시스템의 열처리장치에도 적용할 수 있다. 또한 본 발명은, 산소농도를 관리하는 것이 바람직한 열처리장치로서, 더구나 가열처리에 의해서 산소 센서의 검출감도에 영향을 주는 다른 성분이 발생하는 열처리장치 전반에 적용할 수 있다.
또한, 상기 DLC 유니트(20) 및 DLB 유니트(22)는 각 유니트에 있어서 1회에 1매의 웨이퍼(W)를 처리하는 소위 낱장식 유니트이지만, 복수매의 웨이퍼(W)를 동시에 가열처리하는 열처리장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한 처리되는 기판은, 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 LCD 기판 등의 다른 기판이더라도 상관없다.
이상 설명한 실시형태는, 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하는 것을 의도하는 것이며, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정되어 해석되는 것이 아니라, 본 발명의 사상과 청구항에서 기술하는 범위에서, 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 산소농도의 변동에 의한 층간절연막 등의 산화에 의한 막질변화를 방지하고, 층간절연막 등의 품질을 일정하게 유지하는 것이 가능해진다. 또한 소정산소농도 조건으로 가열처리를 할 수 없었던 기판에 대해서는, 차기 공정으로 보내지 않는 것에 의해 차기 공정 이후에 불필요한 처리가 행하여지는 것을 방지하여 생산성을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 가열도중에 산소농도에 이상이 발생하고 있는 경우에는, 처리를 중단하여, 미연에 처리 미스를 방지할 수 있다. 또한 처리분위기를 소정의 산소농도로 유지할 수 없게 된 경우나 정기적인 보수관리에 있어서도, 그들 작업의 종료후에 챔버내가 소정의 산소농도 이하로 되어 있는 지의 여부를 확인하는 것이 용이하기 때문에, 보수관리성이 향상하여, 열처리장치의 신뢰성도 향상한다고 하는 효과도 얻을 수 있다.

Claims (26)

  1. 도포막이 형성된 기판에 소정의 열처리를 실시하는 열처리장치로서,
    기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 핫 플레이트와,
    상기 핫 플레이트에 재치된 기판을 수납하는 챔버와,
    상기 기판이 상기 핫 플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 상기 핫 플레이트에 설치되어 상기 챔버내의 가스를 채취하는 가스채취구와,
    상기 가스채취구로부터 채취된 가스의 산소농도를 측정하는 산소농도측정수단을 구비하고,
    상기 기판의 열처리와 병행하여 상기 산소농도측정수단에 의한 산소농도측정이 가능한 열처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버내에 불활성가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 챔버내로부터의 배기를 상기 챔버의 상부로부터 행하는 배기수단을 더 구비한 열처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스공급수단은 상기 핫 플레이트 상에 재치된 기판의 위쪽 및 아래쪽에 불활성가스를 도입하는 열처리장치.
  4. 가열처리실과 냉각처리실을 가지며, 도포막이 형성된 기판에 소정의 열처리를 실시하는 열처리장치로서,
    상기 가열처리실은,
    기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 핫 플레이트와,
    상기 핫 플레이트에 재치된 기판을 수납하는 챔버와,
    상기 챔버내에 불활성가스를 공급하는 가스공급수단과,
    상기 챔버내로부터의 배기를 상기 챔버의 상부에서 행하는 배기수단과,
    상기 기판이 상기 핫 플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 상기 핫 플레이트에 설치되어, 상기 가열처리실내 또는 상기 챔버내의 가스를 채취하는 제 1 가스채취구와,
    상기 제 1 가스채취구로부터 채취된 가스의 산소농도를 측정하는 제 1 산소농도측정수단을 구비하며,
    상기 냉각처리실은,
    기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 냉각 플레이트와,
    상기 기판이 상기 냉각 플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 상기 냉각 플레이트에 설치되어, 상기 냉각처리실내의 가스를 채취하는 제 2 가스채취구와,
    상기 제 2 가스채취구로부터 채취된 가스의 산소농도를 측정하는 제 2 산소농도측정수단을 구비하고,
    상기 기판의 열처리와 병행하여 상기 제 1 산소농도측정수단 및 제 2 산소농도측정수단에 의한 산소농도측정이 가능한 열처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기판이 상기 핫 플레이트와 상기 냉각 플레이트의 사이에서 반송될 때에, 상기 기판의 이동에 맞추어 상기 제 1 산소농도측정수단과 제 2 산소농도측정수단에 의한 산소농도측정의 전환이 가능한 열처리장치.
  6. 도포막이 형성된 기판에 소정의 열처리를 실시하는 열처리장치로서,
    기판을 표면에서 소정거리 이격시켜 재치할 수 있는 열적 처리플레이트와,
    상기 열적 처리플레이트에 재치된 기판을 수납하는 챔버를 가지는 열처리실과,
    상기 열처리실의 모서리부 바닥쪽에서 배기를 하는 배기기구를 구비하고,
    상기 열처리실은, 상기 기판이 상기 열적 처리플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치에서 상기 열적 처리플레이트에 설치되어 상기 열처리실의 가스를 채취하는 가스채취구와, 상기 가스채취구로부터 채취된 가스의 산소농도를 상기 기판의 열처리와 병행하여 측정하는 것이 가능한 산소농도측정수단과, 상기 열처리실에 불활성가스를 공급하는 가스공급수단을 더 구비한 열처리장치.
  7. 제 1 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도포막은 층간절연막이고, 상기 기판은 반도체 웨이퍼인 열처리장치.
  8. 제 1 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소농도 측정수단에 의한 산소농도의 측정을 자동제어 또는 수동조작으로 실행하기 위한 신호입력·제어수단과, 상기 산소농도측정수단에 의한 산소농도의 측정결과를 자동제어 또는 수동조작에 의해 표시할 수 있는 모니터를 더 구비한 열처리장치.
  9. 제 1 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소농도측정수단에 의한 산소농도의 측정치가 소정치 이상인 경우에 경보를 발생하는 경보수단을 구비한 열처리장치.
  10. 제 1 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소농도측정수단에 의한 산소농도의 측정치가 소정치 이상이 된 상태에서 열처리된 기판에 마킹을 실시하는 마킹수단을 구비한 열처리장치.
  11. 제 1 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소농도측정수단은 지르코니아를 사용한 산소 센서인 열처리장치.
  12. 도포막이 형성된 기판에 소정의 열적처리를 실시하는 열처리방법으로서,
    기판을 열적 처리플레이트상에 재치한 제 1 공정과,
    상기 열적 처리플레이트에 재치된 기판의 아래쪽에서 소정의 가스를 채취하여 상기 소정 가스의 산소농도를 측정하는 제 2 공정과,
    상기 산소농도를 측정하면서 상기 기판을 소정시간 유지하는 제 3 공정을 가지는 열처리방법.
  13. 도포막이 형성된 기판에 소정의 열적 처리를 실시하는 열처리방법으로서,
    기판을 열적 처리플레이트의 위쪽의 소정위치에 대기시켜, 상기 기판을 향하여 불활성가스를 공급하는 제 1 공정과,
    상기 열적 처리플레이트의 윗면으로서 상기 기판이 상기 열적 처리플레이트에 재치되었을 때에 상기 기판의 아래쪽이 되는 위치로부터 소정의 가스를 채취하여 상기 가스의 산소농도를 측정하는 제 2 공정과,
    상기 산소농도를 측정하면서 상기 기판을 상기 열적 처리플레이트에 근접 재치하여, 소정시간 유지하는 제 3 공정과,
    상기 열적 처리플레이트상에서 소정시간 유지된 기판을 반출하여, 산소농도의 측정을 정지하는 제 4 공정을 가지는 열처리방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 도포막은 층간절연막이고, 또한 상기 기판은 반도체 웨이퍼인 열처리방법.
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