KR20010029808A - 성막방법 및 막 형성 시스템 - Google Patents

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Abstract

유기절연막 도포장치에서, 웨이퍼 상에 스핀코트(Spincoat)에 의하여 유기절연막을 도포한다. 그 후, 웨이퍼를 가열 처리하여, 무기절연막도포장치에서 웨이퍼 상에 스핀코트에 의하여 무기절연막을 도포한다. 무기절연막 도포 후, 에이징 (AGING)처리 및 익스체인지(Exchange)용 약액 도포처리를 웨이퍼에 실시한다. 그 후, 저온가열처리장치 및 저산소 고온가열처리장치에서 도포막의 용매를 제거하여, 저산소큐어(Cure)·냉각처리장치에서 웨이퍼에 열처리를 실시한다. 저온가열처리장치, 저산소 고온가열처리장치, 저온가열처리장치와 저산소 고온가열처리장치와의 사이에 웨이퍼의 전달부, 저산소 고온가열처리장치와 저산소큐어·냉각처리장치 사이의 웨이퍼 전달부를, 저산소 분위기라고 한다.

Description

성막방법 및 막 형성 시스템{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING SYSTEM}
본 발명은, 예들들어 LCD기판이나 반도체 웨이퍼 등 기판 상에 절연막으로 이루어지는 도포막을 형성하는 성막방법 및 막 형성 시스템에 관한 것이다.
예를 들어 반도체 디바이스(이하 「웨이퍼」라고 함)의 제조공정에서는, 절연막 시스템에 의하여 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하는 것이 행하여지고 있다. 이 절연막 형성시스템에 있어서 절연막을 형성하는 경우에는, 웨이퍼가 캐리어 스테이션으로부터 처리부에 반송되어지고, 처리부에 설치되어진 도포장치에서 절연막을 형성하기 위한 소정의 도포액이 웨이퍼 상에 도포되어진다. 계속하여, 이 웨이퍼는 가열처리장치에 반송되어지고, 도포액 중의 용제를 증발시키는 처리가 행하여진다. 그 후, 이 웨이퍼는 소정의 매수를 하나로 합쳐, 일괄하여 열처리로에 넣어진다. 거기에서, 웨이퍼는 열처리로 내에서 경화처리 되어 웨이퍼 표면에, 예를 들어 SOG 등의 절연막이 형성되어진다.
근년, 웨이퍼 재료의 향상에 따라 웨이퍼 상에 도포액이 산소에 대하여 보다 민감(델리케이트:Delicate)하게 반응하는 것으로부터 열처리로에 있어서 경화처리가 되어질 때까지는 보다 저산소 분위기에서의 처리가 바람직하도록 되어왔다. 그러나, 상술한 절연막 형성시스템에서는, 도포액 중의 용제를 증발시키는 가열처리장치 내에서나 이 가열처리장치로부터 열처리로에 반송하는 도중에, 웨이퍼가 대기에 노출되어져 있기 때문에, 웨이퍼상의 도포막이 공기중의 산소와 반응하여, 웨이퍼에 절연 불량 등이 생겨날 염려가 있었다.
또, 형성되어진 절연막에 소정의 홈을 미리 형성하여, 홈 내부에 도전성의 배선재료를 메우고, CMP(chemical mechanical polishing)기술 등에 의하여 홈 외에 퇴적한 배선재료를 제거하는 것에 의하여 배선을 형성하는 대머신(Damascene)이라는 기술이 있다. 대머신법의 하나로서 듀얼 대머신(Dual Damascene)법으로 불리어지는 배선기술은, 층간절연막에 미리 형성되어진 접속공 및 배선용구의 양자를 동시에 배선재료로 메워 접속 플러그와 배선을 동시에 형성하는 기술이다.
듀얼 대머신법을 이용하여 반도체소자를 제조하는 경우, 반도체소자의 고속화를 목적으로, 배선관의 층간절연막으로서 무기절연막과 유기계 저유전율막과의 적층막을 이용하는 기술이다. 이러한 층간 절연막에 사용되어지는 무기절연막은, 일반적으로 플라스마 CVD법에 의하여 형성되고, 유기절연막은 스핀코트에 의해 형성되어진다.
그러나, 무기절연막을 CVD법, 유기절연막을 스핀코트에 의하여 성막하면, CVD장치와 스핀코트에 의하여 도포장치라고 하는 구조가 전혀 다른 장치를 각각 필요로 하여 장치 코스트가 증대하는 문제가 있었다.
본 발명은 절연막 형성공정에 있어서 기판상에 도포막을 형성하여, 경화처리되어질 때까지 웨이퍼 표면의 도포막과 산소와의 반응을 억제하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 무기절연막을 포함하는 다층막을 성막하는 성막 방법에 있어서, 장치 코스트가 적은 성막 방법 및 막 형성 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 의 관점은 성막 방법에 있어서, 기판상에 제 1 도포액을 공급하여 제 1 도포막을 형성하는 공정과, 제 1 도포막상에 제 2 도포액을 공급하여 제 2 도포막을 형성하는 공정을 가지고, 상기 제 1 도포막 및 상기 제 2 도포막중 적어도 한 쪽은 무기막이다.
본 발명의 제 2 의 관점은 성막 방법에 있어서, 기판상에 유기절연막 재료를 스핀 코트에 의해 도포하여 유기절연막을 형성하는 공정과, 상기 도포되어진 유기절연막 재료상에 무기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포하여 무기절연막을 형성하는 공정과, 상기 유기절연막 및 상기 무기절연막을 포토리소그래피 (Photolithography)법을 이용하여 패터닝(Pattening)하여, 오목부를 형성하는 공정과, 상기 오목부에 도전재료를 묻어, 도전층을 형성하는 공정을 가진다.
본 발명의 제 3 의 관점은 성막 방법에 있어서, 기판상에 유기절연막 재료를 스핀코트에 의하여 도포하여 제 1 유기절연막을 형성하는 공정과, 상기 도포되어진 유기절연막 재료상에 무기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포하여 제 2 무기절연막을 형성하는 공정과, 기판상에 유기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포하여 제 3 유기절연막을 형성하는 공정과, 상기 도포되어진 유기절연막 재료상에 무기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포하여 제 4 무기절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 3 유기절연막 및 상기 제 4 무기절연막을 포토리소그래피법을 이용하여 패터닝하고, 제 1 오목부를 형성하는 공정과, 상기 제 1 유기절연막 및 상기 제 2 무기절연막을 포토리소그래피법을 이용하여 패터닝하여, 제 2 오목부를 형성하는 공정과, 상기 제 1 오목부 및 상기 제 2 오목부에 도전재료를 묻어, 도전층을 형성하는 공정을 가진다.
본 발명의 제 4 의 관점은, 기판상에 제 1 절연막 재료를 도포하는 제 1 도포장치와, 상기 제 1 도포막 상에 제 2 절연막 재료를 도포하는 제 2 도포장치를 가지는 막 형성 시스템에 있어서, 상기 제 1 절연막 재료 또는 제 2 절연막 재료는 무기절연막 재료이다.
본 발명의 제 5 의 관점은, 막 형성 시스템에 있어서, 기판에 도포액을 공급하여, 도포막을 형성하는 도포장치와, 도포되어진 상기 도포액으로부터 용제성분을 증발시키기 위한 제 1 가열장치와, 상기 제 1 가열장치에서 상기 용제성분이 증발되어진 상기 기판을 열처리하는 제 2 가열장치와, 상기 제 1 가열장치와 제 2 가열장치 사이에서 기판을 전달하기 위한 전달부를 가지고, 상기 제 1 가열장치의 처리실내는 대기보다도 저산소 분위기로 설정 가능하다.
본 발명의 제 7 의 관점은 막 형성 시스템에 있어서, 기판에 도포액을 공급하여, 도포막을 형성하는 도포장치와, 도포되어진 상기 도포액으로부터 용제성분을 증발시키기 위한 제 1 가열장치와, 상기 가열장치에서 용제성분이 증발되어진 기판을 열처리하는 제 2 가열장치와, 상기 제 1 가열장치와 상기 제 2 가열장치와의 사이에서 기판을 전달하기 위한 전달부를 가지고, 상기 제 2 가열장치와 상기 전달부가 배치되어 있는 영역과, 상기 제 1 가열장치의 처리실내는 대기보다도 저산소 분위기로 설정 가능하다.
본 발명에 의하면, 예를 들어 절연막 및 하드 마스크(Hard Mask)층을 어느쪽이나 도포액을 도포하여 형성하기 때문에, CVD장치를 개재시키지 않고, 절연막 및 하드 마스크층의 2층구조를 형성할 때에 공정을 간략화하는 것이 가능하다.
또, 절연막용의 도포액을 도포하는 제 1 도포 유닛과, 하드 마스크용의 도포액을 도포하는 제 2 의 도포 유닛을 준비한 하나의 장치에서 연속하여 절연막 및 하드 마스트층의 2층구조를 형성하기 때문에, 기판을 다른 장치에 반송할 필요가 없고, 이러한 성막처리를 현저하게 간략화 할 수 있는 것이 가능하여, 절연막 및 하드 마스크층을 극히 신속하게 성막하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 예를 들어 상기 제 1 가열장치의 처리실내는, 저산소분위기로 설정 가능한 것이므로 필요에 응하여 상기 처리실내를 저산소분위기로 하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 처리실내에 반입되어진 기판은 저산소분위기내에서 가열 처리되어지는 것이 가능해진다. 그 결과, 도포처리장치에 있어서, 기판상에 도포되어진 도포막이 산소와 반응하여 산화되는 것이 방지되어진다.
본 발명에 의하면, 예를 들어 듀얼 대머신 공정을 거쳐 유기절연막과 무기절연막의 적층막중에 배선이나 접속플러그를 형성하는 경우에 있어서, 유기절연막 및 무기절연막을 함께 스핀코트를 이용하여 제조하기 때문에, CVD장치와 같은 장치가 불필요하게 되고, 제조장치 코스트를 대폭 삭감하는 것이 가능하다. 또, 저유전율 특성이 양호하고 유기절연막과 무기절연막의 밀착성이 좋은 절연막을 형성하는 것이 가능하다.
도 1은, 제 1 의 실시형태에 관련된 막 형성 시스템의 평면도이다.
도 2는, 도 1의 막 형성 시스템의 측면도이다.
도 3은, 도 1의 막 형성 시스템의 또 다른 측면도이다.
도 4는, 제 1 실시형태에 관련된 막 형성 시스템에 있어서, 인터페이스부와 제 2 처리스테이션을 패널로 덮어 씌운 상태를 나타내는 요부사시도이다.
도 5 는, 제 1 실시형태에 관련된 막 형성 시스템내의 저산소 고온가열처리장치의 단면도이다.
도 6은, 제 1 실시형태에 관련된 막 형성 시스템내의 열처리로를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 제 1 실시형태에 관련된 막 형성 시스템에 탑재되어진 도포장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 제 1 실시형태에 관련된 성막방법이 적용되어진 듀얼(Dual) 대머신 (Damascene)법에 의하여 홈 배선 및 플러그 형성 공정을 나타내는 도면이다.
도 9는, 종래의 방법과 제 1 실시형태에 관련된 방법을 비교하여 설명하는 공정도이다.
도 10은, 제 2 실시형태에 관련된 막 형성 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 11은, 제 2 실시형태에 관련된 막 형성 시스템을 나타내는 측면도이다.
도 12는, 제 2 실시형태에 관련된 막 형성 내에 장착되어진, 복수의 처리유닛을 다단으로 적층하여 이루어지는 두 개의 처리유닛군 및 반송기구를 나타내는 측면도이다.
도 13은, 제 2 실시형태에 관련된 막 형성 시스템의 경화처리부를 나타내는 종단면도이다.
도 14는, 제 3 실시형태에 관련된 막 형성 시스템의 평면도이다.
도 15는, 도 14에 나타낸 막 형성 시스템의 측면도이다.
도 16은, 도 14에 나타낸 막 형성 시스템의 또 다른 측면도이다.
도 17은, 도 14에 나타낸 막 형성 시스템에 있어서 반송장치의 사시도이다.
도 18은, 제 3 실시형태에 관련된 반도체소자의 제조공정을 나타낸 도면(그중1)이다.
도 19는, 제 3 실시형태에 관련된 반도체소자의 제조공정을 나타낸 도면(그중2)이다.
도 20은, 제 3 실시형태에 관련된 반도체소자 제조에 있어서 처리 플로우를 나타낸 것이다.
도 21은, 도 14에서 나타낸 막 형성 시스템의 저산소 큐어·냉각처리(DCC)의 평면도이다.
도 22는, 도 21의 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
401 : 절연막 형성 시스템 420 : 열처리로
449 : 가열처리장치 450 : 패널
456,472 : 개폐셔터 W : 웨이퍼
본 발명의 제 1 실시형태로서의 막 형성 시스템에 대하여 설명한다.
도 1 은 웨이퍼(W)상에 막으로서의 절연막을 형성하는 막 형성 시스템(401)의 평면도이며, 도 2는 막 형성 시스템(401)의 측면도이며, 도 3은 막 형성 시스템 (401)의 또 다른 측면도이다.
막 형성 시스템(401)은 도 1에서 나타낸 바와 같이, 예를 들어 25장의 웨이퍼 (W)를 카세트 단위로 외부로부터 막 형성 시스템(401)에 대하여 반출 및 반입하거나, 카세트(C)에 대하여 웨이퍼(W)를 반출 및 반입하는 카세트 스테이션(402)과, 절연막 형성공정중에서 매엽식으로 소정의 처리를 실시하는 각종 처리장치를 다단 배치하여 이루어지는 제 1 처리 스테이션(403)과, 이 제 1 처리 스테이션(403)에 인접하여 준비되어지고, 웨이퍼(W)의 전달등을 하는 인터페이스부(404)와, 제 2 가열장치로서의 배치(Batch)식으로 열처리를 하는 열처리로(420)를 갖춘 제 2 처리 스테이션(405)을 일체로 접속한 구성을 가지고 있다.
카세트 스테이션(402)에서는, 재치부가 되는 카세트 재치대(406)상의 소정의 위치에, 복수의 카세트(C)를 X방향(도 1 중의 상하방향)으로 1열로 재치가 자유롭도록 되어 있다. 그리고, 이 카세트 배열방향(X방향)과 카세트(C)에 수용되어진 웨이퍼(W)의 웨이퍼 배열방향(Z방향:연직방향)에 대하여 이송가능한 웨이퍼 반송체 (407)가 반송로(408)에 따라 이동이 자유롭도록 설계되어 있고, 각 카세트(C)에 대해 선택적으로 액세스 가능하도록 되어 있다.
웨이퍼 반송체(407)는, 후술하는 바와 같이 제 1 처리스테이션(403)측의 제 3 처리장치군(G3)에 속하는 전달부(442)에 대하여서도 액세스 가능하도록 되어져 있다.
제 1 처리 스테이션(403)에서는, 그 중심부에 주반송장치(413)가 설계되어있고, 주반송장치(413)의 주변에는 각종 처리장치가 다단으로 배치되어 처리장치군을 구성하고 있다. 해당 막 형성 시스템(401)에 있어서는, 4개의 처리장치군(G1,G2,G3,G4)이 배치되어 있고, 제 1 및 제 2 의 처리장치군(G1,G2)은 막 형성 시스템(401)의 정면측에 배치되며, 제 3 의 처리장치군(G3)은 카세트 스테이션(402)에 인접하여 배치되고, 제 4 처리장치군(G4)은 인터페이스부(404)에 인접하여 배치되어 있다. 더욱이 옵션으로서 파선으로 나타낸 제 5 의 처리장치군(G5)을 배면측에 별도 배치가 가능하도록 되어 있다.
제 1 의 처리장치군(G1)에서는 도 2에서 나타낸 바와 같이, 스핀너(Spinner)형 처리장치, 예를 들어 웨이퍼(W)에 대하여 절연막 형성용의 도포액을 도포하여 처리하는 도포장치(COT)(415,416)가 2단으로 배치되어 있다. 제 2 처리장치군(G2)에는, 도포장치(COT)(417), 도포액 중의 용매를 다른 용매로 바꾸는 익스체인지용 약액의 도포장치(DSE)(418)가 2단으로 적층되어 있다.
제 3 의 처리장치군(G3)에서는 도 3에서 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 젤(Gel)화 처리하는 2개의 엔진처리장치(DAC)(440,441), 카세트 스테이션(402)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수취를 행하는 전달부(TRS),(442), 냉각처리하는 쿨링장치 (COL)(443), 웨이퍼(W)를 가열처리하는 저산소 고온가열처리장치(OHP)(444)등이 아래로부터 순서대로 예를 들어 5단으로 적층되어 있다.
제 4 의 처리장치군(G4)에서는, 예를 들어 쿨링장치(COL)(445), 인터페이스부 (4)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 수취를 행하는 전달부(TRS)(446), 저온가열처리장치 (LHP)(447), 제 1 의 가열장치로서의 웨이퍼(W) 표면에 도포되어진 도포액 중의 용제 성분을 증발시키는 두 개의 저산소 고온가열(OHP)(448,449)등이 아래로부터 순서대로 예를 들어 5단으로 적층되어 있다.
다음으로, 인터페이스부(404)에는, 웨이퍼 반송체(450)와, 열처리로(420)에 있어서의 열처리 전후의 웨이퍼(W)를 재치시켜 두는 재치부(451)가 설계되어 있다. 웨이퍼 반송체(450)는 X방향(도 1의 상하방향), Z방향(수직방향)의 이동과 θ방향 (Z축을 중심으로 하는 회전방향)의 회전이 자유롭게 되어지도록 구성되어 있고, 제 4 의 처리장치군(G4)에 속하는 전달부(446)와 재치부(451)에 대하여 액세스 가능하도록 구성되어 있다.
또, 제 2 처리 스테이션(405)은 인터페이스부(404)에 인접하여 설계되어져 있고, 열처리로(420)와, 인터페이스부(404)의 재치부(451)로부터 열처리로(420)에 웨이퍼(W)를 반송하기 위한 반송체(452)를 가지고 있다. 즉, 반송체(452)는 X방향(도 1의 상하방향), Z방향(수직방향)의 이동과 θ방향(Z축을 중심으로 하는 회전방향)의 회전이 자유롭게 되어지도록 구성되어 있다.
여기에서, 도 4에서도 나타낸 바와 같이, 인터페이스부(404)와 제 2 처리 스테이션(405)이 배치되어 있는 영역은, 사절판으로서의 패널(455)에 의해 덮어져 공간(T)을 형성하고 있다. 이 패널(455)에는 제 1 처리 스테이션(403)의 전달부 (446)로부터 웨이퍼(W)를 반입 및 반출하는 반입출구(460)가 설계되어져 있고, 이 반입출구(460)에는, 이 반입출구(460)를 개폐 자유롭게 하는 셔터(456)가 제 3 의 처리장치군(G3)의 전달부(446)에 면하여 설치되어져 있다. 또, 상기 패널(455)에는 상기 공간(T)을 저산소분위기로 하기 위한 가스를 공급하는 공급구(457)가 설계되어 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 해당 가스는 가스 공급원(458)으로부터 공급된다. 더욱이, 도 3에 나타낸 바와 같이 제 2 처리 스테이션(405)의 적절한 장소에는 가스의 배기구(459)가 설치되어져 있다.
여기에서, 웨이퍼(W)의 도포액 중의 용제성분을 증발시키는 전술의 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)의 구성에 관하여 도 5를 이용하여 설명한다.
도 5와 같이, 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)는 케이싱(470)에 의해 덮어져 처리실(S)을 형성하고 있다. 이 케이싱(470)의 측면에는 웨이퍼(W)를 반입 및 반출하는 반입출구(485)가 있고, 이 반입출구(485)에는 이 반입출구(485)를 개폐 자유롭게 하는 셔터(472)가 설치되어 있다. 또, 케이싱(470)의 하면에는, 예를 들어 질소가스를 공급하는 공급구(473)가 설치되어 있고, 질소가스가 가스공급원
(474)으로부터 공급로(475)를 경유하여 공급구(473)로부터 공급되어지도록 구성되어 있다. 케이싱(470)의 상면에는, 상기 질소가스등을 배기하는 배기구(476)가 설치되어 있다. 따라서, 가스 공급탱크(474)의 질소가스가, 공급구(473)로부터 처리실(S)내에 공급되어지고, 처리실(S)내를 저산소분위기로 할 수 있으며, 더욱이 그 질소가스와 웨이퍼(W)로부터 발생한 불순물을 배기구(476)로부터 배기하는 것이 가능하다.
케이싱(470)내에는, 웨이퍼(W)를 가열하는 두꺼운 원반상의 재치대(477)가 설치되어 있다. 이 재치대(477)에는 가열할 때에 열원이 되는 히터(478)가 내장되어 있고, 히터(478)는 케이싱(470)의 외부에 설치된 전원(479)으로부터 공급되어진 전력에 의하여 발열하고, 이것에 의해 재치대(477)상의 웨이퍼(W)가 가열되어진다.
또, 웨이퍼(W)를 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)내에 반입 및 반출할 때에, 웨이퍼(W)를 지지하고 승강시키는 승강핀(480)이 재치대(477)에 설치되어진 관통공 (481)을 관통하여 재치대(477)상에 출몰이 자유롭게 설치되어 있다. 즉 승강핀 (480)은 구동기구(482)에 의하여 승강 되어진다. 더욱이, 웨이퍼(W)를 재치대 (477)에 재치할 때에, 웨이퍼(W)를 지지하는 프록시미티 핀(483)이 재치대(477)상에 3군데 설치되어 있다.
다음으로, 웨이퍼 상에 절연막을 형성하는 제 2 가열장치로서의 열처리로
(420)의 구성을 설명한다. 도 6에 나타낸 바와 같이 열처리로(420)는 주로 웨이퍼
(W)를 실제로 가열 처리하는 종형로(510)와, 상기 종형로(510)내에 복수장의 웨이퍼(W)를 한번에 정리하여 탑재하기 위한 래더보트(490)를 가지고 있다.
우선, 래더보트(490)는 도 6에서 나타낸 바와 같이 상하로 대향하여 배치되어진 원형의 천장판(491)과 바닥판(492)을 가지고, 이러한 천장판(491)과 바닥판
(492)의 사이에는 4개의 지주(493,494,495,496)가 설치되어 있다. 그리고 웨이퍼(W)는 반송체(452)에 의하여 인터페이스부(404)의 재치부(451)로부터 반송되어, 상기 각 지주(493,494,495,496)표면에 형성되어진 홈부(497)내에 웨이퍼(W)의 둘레가장자리부가 수납되어지는 것에 의해 래더보트(490)에 탑재되어 지도록 구성되어 있다.
또, 래더보트(490)는 예를 들어 스테인레스로 이루어지는 플랜지부(498)를 갖춘 석영제의 보온통(499) 위에 지지부재(500)를 경유하여 착탈이 자유롭게 장착되어 있고, 더욱이 이 보온통(499)은 승강이 자유로운 보트 엘리베이터(501)상에 재치되어 있으며, 이 보트 엘리베이터(501)의 상승에 의하여 웨이퍼(W)는 래더보트(490)와 함께 종형로(510)내의 후술하는 반응용기(512)내에 로드(Road)되도록 되어 있다.
한편, 소정의 절연막의 형성처리를 행하는 상기 종형로(510)는, 상기 래더보트 (490)의 상방에 연직방향으로 배치되어 있다. 이 종형로(510)의 케이싱(511)은 상면이 개구된 대략 통형상의 형태를 이루고, 그 내부에는 실제로 웨이퍼(W)를 가열 처리하는 반응용기(512)를 가지고 있다. 이 반응용기(512)의 바깥둘레에는 도시하지 않은 발열체가 배치되어 있다. 또, 절연막 형성용의 처리가스인, 예를 들어 질소가스가 처리가스 도입관(525)에 의해 반응용기(512)내에 도입되어지고, 처리후에는 반응용기(512) 하부에 설치되어진 배기관(526)으로부터 외부로 배기되도록 되어 있다.
다음으로, 웨이퍼(W)상에 절연막용의 도포액을 도포하기 위한 도포장치(COT) (415∼417)의 구성에 관하여 도 7을 이용하여 설명한다.
도포장치(COT)(415)는, 웨이퍼(W)상에 유기계 저유전율막용 도포액을 도포하기 위한 도포장치이고, 상면이 뚜껑(581)에 의하여 개폐되어지는 고정 컵(582)과, 이 고정 컵(582)의 저면으로부터 투입되어 구동부(583)에 의하여 승강 및 회전 가능한 회전축(584)과, 이 회전축(584)의 상단에 설치되어진 웨이퍼 유지부인 버큠척(585)과, 뚜껑(581)에 조합시켜 설치되어지고 웨이퍼(W)의 중심부에 도포액을 공급하기 위한 도포액 노즐(586)을 구비하고 있다. 고정컵(582)에는, 도포액으로 이용되어지는 용매, 예를 들어 에틸렌 리콜의 증기를 공급하기 위한 용매증기공급관(588)이 접속되어 있음과 동시에 드레인관(589), 배기관(590)이 접속되어 있다. 즉, 이 유닛에 있어서 이용되어지는 도포액 및 용매는 도포처리부(521)에 설치되어진 상술의 케미컬실(도시하지 않음)로부터 공급되어진다. 케미컬실에는 암모니아나 HMDS와 같은 처리에 악영향을 미치는 약액 이외의 약액이 수용되어 있다.
즉, 유기계 절연막을 SOD로 형성하기 위해서는 졸-겔법, 실크법, 스피드 필름법 및 폭스법 등이 있다. 졸-겔법에 의해 절연막을 형성하는 경우에는, TEOS (tetraethylorhtosilicate)의 클로이드를 유기용매에 분산시킨 도포액을 웨이퍼의 표면에 도포하여, 그 도포막을 겔화시킨 후, 도포막중의 용매를 다른 용매로 치환하고, 그 후 건조시켜 절연막을 얻는다. 또 실크법, 스피드 필름법 및 폭스법에 의하여 유기계 절연막을 형성하는 경우에는 냉각한 웨이퍼에 도포액을 도포하고, 가열처리에 의해 도포액을 경화(Cure)시켜 절연막을 얻는다.
도포장치(416)는 실크법 및 스피드필름법을 채용할 경우에 필요한 어드히전 (Adhesion) 프로모터의 도포에 이용되는 것이며, 기본적으로 도포장치(415)와 같은 구조를 가지고 있다.
도포장치(417)는 SOG(Spin On Glass)에 의해 유기계 저유전율막상에, 예를 들어 SiO2로 이루어지는 하드 마스크용의 무기절연막용의 도포액을 도포하기 위한 것이며, 기본적으로 도포장치(415)와 같은 구조를 가지고 있다. SOG에서는, 예를 들어 Si(OH)4등의 시라놀 화합물과, 에틸 알콜등의 용매를 혼합한 처리용매(SOG액)를 웨이퍼(W)상에 도포하고, 여기에 열처리를 행하여 용매를 증발시켜 시라놀 화합물의 중합반응을 진행시켜 SiO2막을 형성한다.
익스체인지용 약액의 도포장치(DSE)(418)는, 도포장치(COT)(415)에서 도포하는 도포액이 졸-겔법에 의해 유기계 절연막을 형성하는 타입의 경우에 이용되는 것으로서, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하여 회전시키는 스핀 척과 이 척 상의 웨이퍼(W)를 둘러싸듯이 설치되어진 컵을 가지고 있으며, 겔화를 위한 에이징처리후의 도포액중의 수분을 우선 에타놀(Ethanol)등으로 치환하고, 또한 도포막중의 용매를 헵탄 등에 의하여 치환한다.
다음으로, 이상과 같이 구성되어진 막 형성 시스템(401)을 이용하여, 층간 절연막 및 하드 마스크층을 형성함과 동시에 듀얼 대머신법에 의하여 홈 배선 및 플러그를 형성하는 수순에 관하여 도 8을 참조하면서 설명한다.
우선, 웨이퍼(W)상에 하층배선(702)을 형성하고, 이어서 웨이퍼(W)상에 하층배선(702)을 덮어씌우듯이 제 1 의 층간절연막으로서 유기계 저유전율막(703)을 형성하고(도 8의 (a)), 유기계 저유전율막(703)상에 산화 실리콘(SiO2)막으로 이루어지는 하드 마스크층(704)을 형성한다(도 8의 (b)).
이 유기계 저유전율막(703) 및 하드 마스크층(704)은 상술의 절연막 형성시스템에 의하여 다음과 같이 형성되어진다.
우선, 유기계 저유전율막(703)의 형성에 있어서는, 유기계 저유전율막용 도포액이 실크법 및 스피드필름법에 의한 것일 경우에는, 카세트 스테이션(402)내의 카세트에서 꺼내어진 웨이퍼(W)는, 전달부(442)(TRS)에 반송되어진다. 전달부
(442) (TRS)로부터 주반송장치(413)에 의하여 온도 관리가 행하여지는 쿨링장치
(COL) (443)에 반송되어진다. 웨이퍼(W)는, 쿨링장치(COL)(443)에서 소정온도로 제어되어진 후, 유기계 저유전율막용의 도포액에 앞서, 도포장치(COT)(416)에 의해 어드히전 프로모터가 도포되어진다. 그 후, 웨이퍼(W)를 저온용의 저온가열처리장치 (LHP)(447) 및 베이킹하여 쿨링장치(COL)(445)에서 냉각한 후, 도포장치(COT)(415)에서 유기계 저유전율막용 도포액을 웨이퍼(W)상에 도포한다. 그 후, 저온용의 저온가열처리장치(LHP)(447) 및 고온용의 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)에서 베이킹처리를 행한다. 폭스법에서는, 쿨링장치(COL)(443), 도포장치(COT)(415), 저온 가열처리장치(LHP)(447), 저산소 고온가열처리장치(OHP)
(449)의 순으로 처리되어 베이킹까지 종료한다. 졸-겔법에서는, 쿨링장치(COL)
(443), 도포장치(DOT) (415), 에이징처리장치(DAC)(441), 익스체인지용 약액의 도포장치(DSE)(418), 저온 가열처리장치(LHP)(447), 저산소 고온가열처리장치(OHP)
(449)의 순으로 처리되어 베이킹까지 종료한다. 이렇게 하여 도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 배선(702)이 형성되어진 반도체 웨이퍼(W)상에 유기계 저유전율막(703)이 형성되어진다.
다음으로, 어느 쪽인가의 쿨링장치(COL)에서 웨이퍼(W)를 소정온도로 냉각한 후, 도포장치(COT)(417)에 의해 웨이퍼(W)상에 형성되어진 유기계 저유전율막(703)상에 하드 마스크층 형성용 도포액으로서, 예를 들어 어플라이드시그널사(Aplied signal社) 제품인 「Nanoglass」를 도포한다. 그리고, 도포액이 도포되어진 웨이퍼(W)는 즉석에서 에이징 처리장치(DAC)(440)에 반송되어 겔화 처리되어진다. 그 후에 익스체인지용 약액 도포장치(DSE)(418)에 반송되어, 에이퍼(W)상에 도포되어진 절연막중의 용매를 다른 용매로 치환하는 처리가 행해진다. 그 후 웨이퍼(W)는 용매를 증발시키기 위해 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)에 반송되어진다.
여기에서, 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)의 작용에 관하여 자세하게 설명한다.
우선 전처리공정이 종료한 웨이퍼(W)는, 주반송장치(413)에 의해 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)내에 반입출구(485)로부터 반입되어진다. 이 때 승강핀
(480)은 구동기구(482)에 의해 관통공(481)을 관통하여 상승하고, 재치대(477) 상방의 소정의 위치에서 대기하고 있다. 그리고, 웨이퍼(W)를 실은 주반송장치(413)는, 재치대(477) 상방까지 왔을 때 정지하고, 그 후, 하강하여 웨이퍼(W)를 승강핀 (480)에 전달한다. 웨이퍼(W)를 전달한 주반송장치(413)는 즉석에서 처리실(S)내로부터 퇴피하고 개폐셔터(472)가 닫혀진다. 또, 웨이퍼(W)가 승강핀(480)상에 지지되어진 것을 트리거(Trigger)로서, 가스 공급원(474)내의 질소 가스가 공급로 (475)를 경유하여 공급구(473)로부터 처리실(S)내에 공급되어진다. 그리고, 웨이퍼(W)가 재치대(477) 상방에서 승강핀(480)에 지지되어진 상태로 소정시간 질소가스가 공급되어 처리실(S)내에 분위기는 저산소 분위기로 치환되어진다.
처리실(S)이 충분한 저산소 분위기로 된 후, 웨이퍼(W)를 지지한 승강핀
(480)이 구동기구(482)에 의해 하강하여 웨이퍼(W)는 재치대(477)상의 프록시미티핀(483)에 재치되어진다. 거기에서, 웨이퍼(W)는 히터(478)에 의해 미리 소정의 온도, 예를 들어 300℃로 가열되어 있는 재치대(477)에 의해 소정시간 가열 처리되어진다.
가열처리가 종료된 후, 웨이퍼(W)는 구동기구(482)에 의해 상승한 승강핀
(480)에 지지되어 재차 상승한다. 그리고, 승강핀(480)이 재치대(477) 상방의 소정 위치까지 상승한 곳에 정지하고, 웨이퍼(W)는 반입출구(485)로부터 케이싱(470)내에 들어 온 주반송장치(413)에 전달되어진다. 웨이퍼(W)를 받아들인 주반송장치
(413)는 케이싱(470)내로부터 퇴피하여 개폐셔터(472)가 재차 닫힌다.
저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)로부터 반출되어진 웨이퍼(W)는 쿨링장치 (445)에 반송되어 냉각 처리되어진다. 그 후 전달부(446)(TRS)에 반송되어 인터페이스부(404)의 웨이퍼 반송체(450)가 액세스할 때까지 대기한다.
다음으로, 인터페이스부(404)의 웨이퍼 반송체(450)가 사절판으로서의 패널 (455)에 설치되어진 반입출구(460)를 통하여 전달부(446)의 웨이퍼(W)를 받아들인다. 이때 패널(455)에 의하여 형성되어진 공간(T)의 분위기는 가스 공급원(458)으로부터 공급되어진 불활성가스인 질소 가스에 의해 저산소 분위기로 되어 있다. 또 개폐 셔터(456)를 열어도 외기가 들어오지 않도록 항상 외기에 대해 정압을 유지하고 있다. 그 후 웨이퍼(W)를 받아들인 웨이퍼 반송체(450)는 웨이퍼(W)를 인터페이스부(404)내에 있는 재치부(451)까지 반송하여 복수매씩 정리하여 재치한다.
제 2 처리 스테이션의 반송체(452)는 재치부(451)의 웨이퍼(W)를 받아들여 열처리로(420)까지 반송하고, 열처리로(420)내의 래더 보트(490)에 탑재한다.
다음으로, 열처리로(420)의 작용에 대하여 자세히 설명하면, 우선 도면에 나타내지 않은 가열체에 의해 반응용기(512)내의 온도를, 예를 들어 약 420℃까지 가열함과 동시에, 처리 가스도입관(525)으로부터 질소 가스를 도입하여 반응용기
(512)내를 질소 가스분위기로 해 둔다. 계속하여, 반송체(452)에 의해 래더 보트
(490)에 웨이퍼(W)를 탑재한 후, 보트 엘리베이터(501)를 상승시켜 보온통(499)의 플랜지부(498)가 반응용기(512) 하단부의 도시하지 않은 플랜지와 밀착하는 위치까지 래더 보트(490)을 상승시켜 웨이퍼를 반응용기(512)에 로드시킨다.
이어서 반응용기(512)내를 소정의 처리 온도, 예를 들어 420℃까지 가열하고, 처리 가스도입관(525)으로부터 질소 가스를 반응용기(512)내에 도입함과 동시에, 배기관(526)으로부터 배기 하면서 반응용기(512)내를, 예를 들어 상압으로 유지하여 그대로 소정시간 열처리를 실시하면, 소정 두께의 하드 마스크층(704)이 형성되어지는 것이다. 이렇게 하여 경화처리를 행하는 것에 의하여 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 유기계 저유전율막(703) 및 하드 마스크층(704)이 일괄하여 경화(큐어)되어 웨이퍼(W)상에 형성되어진다. 즉, 졸-겔법에 의해 유기계 저유전율막
(703)을 형성할 경우에는, 베이킹 처리에 의해 경화가 완료되어져 있고, 더욱이 경화처리는 필요가 없기 때문에, 열처리로(420)에 있어서의 경화처리는 하드 마스크층(704)을 위한 처리가 된다.
이렇게 하여 하드 마스크층(704)까지 형성한 후, 이 하드 마스크층(704)상에 레지스트막(705)을 형성하고(도 8의(c)), 이어서 포토리소그래피기술에 의해 레지스트막(705)을 노광하여 현상하는 것에 의해 소정의 패턴을 형성하고, 이것을 마스크로서 하드 마스크층(704)을 에칭에 의해 패터닝하여, 하층배선(702)과 나중에 형성하는 홈 배선과의 접속이 행하여지는 영역에 하층배선(702)의 폭보다도 작은 폭의 개구부(706)를 설치한다(도 8(d)).
레지스트막(705)을 제거한 후, 하드 마스크층(704)상 및 개구부(706)에 제 2 층간 절연막으로서 유기계 저유전율막(707)을 형성하고(도 8(e)), 또 유기계 저유전율막(707)상에 예를 들어 SiO2막으로 이루어지는 하드 마스크층(708)을 형성한다(도 8(f)).
이들 유기계 저유전율막(707) 및 하드 마스크층(708)은 상술한 유기계 저유전율막(703) 및 하드 마스크층(704)과 똑같은 수순으로 상기 막 형성 시스템에 의해 성막되어진다.
이렇게 하여 하드 마스크층(708)까지 형성한 후, 이 하드 마스크층(708)상에 포토레지스트막(709)을 형성하고(도 8(g)), 포토리소그래피기술에 의해 포토레지스트막(709)을 노광하여 현상하는 것에 의해 소정의 패턴을 형성하며, 이것을 마스크로서 이용하여 하드 마스크층(708)을 에칭하여 하드 마스크층(708)에 개구부(710)를 형성한다(도 8(h)).
이상과 같이 하여 패터닝한 하드 마스크층(708)을 에칭 마스크로 하고, 하드 마스크층(704)을 에칭 스톱퍼막으로서 이용하여, 유기계 저유전율막(703,707)을 에칭한다(도 8(i)). 이것에 의해 유기계 저유전율막(703,707)의 각각에 홈부(711,712)가 형성되어진다.
이들 홈부(711,712)의 내벽에 배리어 메탈층(도시하지 않음)을 형성한후, CVD법 등을 이용하여 이들 홈부에 도전성 재료를 묻고, DMP법에 의해 포리싱을 행하여 홈부내의 도전성 재료만을 선택적으로 남겨놓고, 플러그(713) 및 홈 배선(714)을 가지는 도전부를 완성시킨다(도 8(j)).
이 처리 흐름의 개략을, 도 9를 참조하여 종래와 비교하면서 설명한다.
종래에는, (a)에서 나타낸 바와 같이, 도포기술에 의해 제 1의 층간절연막으로써 유기계 저유전율막(Lowk1)을 성막하여, 그 후, CVD장치에서 제 1의 하드 마스크층(하드 마스크1)을 형성하고, 포토리소그래피 및 에칭 후, SOD기술에 의해 제 2의 층간절연막으로서 유기계 저유전율막(Lowk2)을 성막하고, CVD장치에서 제 2의 하드 마스크층(하드 마스크2)을 형성하여 포토리소그래피 및 에칭을 행한다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는 도포기술에 의해 제 1의 층간절연막으로서의 유기계 저유전율막(Lowk1) 및 제 1 하드 마스크층(하드 마스크1)을 일괄하여 형성하고, 포토리소그래피 및 에칭 후, 거기에 도포기술에 의해 제 2의 층간 절연막으로서의 유기계 저유전율막(Lowk2) 및 제 2 하드 마스크층(하드 마스크2)을 일괄하여 형성하여 포토리소그래피 및 에칭을 행한다.
이렇듯이, 본 실시형태에서는 종래와 달리 층간절연막으로서의 유기계 저유전율막 및 하드 마스크층을 어느쪽이라도 도포액을 도포하여 형성하기 때문에, CVD장치를 개재시키지 않고, 유기계 저유전율막 및 하드 마스크층의 2층 구조를 일괄하여 형성하는 것이 가능하기 때문에, 이들 형성 공정을 간략화하는 것이 가능하다. 또, 이들 2층구조를 상술한 성막장치 하나로 연속하여 형성하기 때문에, 웨이퍼를 다른 장치에 반송할 필요가 없이 이러한 성막처리를 현저하게 간략화하는 것이 가능하여, 유기계 저유전율막 및 하드 마스크층을 매우 신속하게 성막하는 것이 가능하다.
또, 상술한 실시 형태에 의하면, 도포막중의 용제를 증발시키기 위한 저산소고온가열처리장치(449)에 있어서, 처리실(S)내를 질소 가스로 치환하고, 충분히 저산소 분위기가 되고 나서 소정의 가열처리가 행해지기 때문에, 웨이퍼(W)상의 도포막이 산소와 반응하여, 산화하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이 인터페이스부(404)와 제 2 처리 스테이션(405)의 영역은, 패널(455)에 의해 다른 영역과 분위기가 차단되어 공간(T)이 형성되어 있고, 해당 공간(T)은 불활성 가스인 질소 가스에 의해 저산소 분위기가 되어 있기 때문에, 해당 공간(T)내에 반송되어진 웨이퍼(W)상의 도포막이 산소와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)상의 도포막이 열처리로(420)에서 가열처리 되어지기까지의 사이에 산화되는 것을 억제 가능하고, 해당 열처리로(420)에서의 처리가 적절하게 행하여지기 때문에, 절연불량 등이 감소하고, 원료에 대한 제품의 비율이 향상한다.
또, 패널(455)에 개폐가 자유로운 셔터(456)를 설치하여, 웨이퍼(W)의 반입 및 반출시 이외에는 개폐셔터(456)를 닫고 있기 때문에, 상기 공간(T)내의 산소농도의 변동이 억제되어진다. 또, 저산소 분위기로 유지하기 위하여 필요한 가스량을 삭감하는 것이 가능하여 경제적이다.
상술한 실시형태에서는 도포막의 용제 성분을 증발시키는 저산소 고온가열 처리장치(449)에 있어서, 저산소 분위기로 하기 위해 불활성 가스로서의 질소 가스를 공급하여 케이싱(470) 상부로부터 배기하고 있지만, 감압시키는 배기 수단으로서의 진공 펌프를 이용하여, 저산소 고온가열처리장치(449)내를 감압상태로서의 저산소 분위기로 하여도 좋다. 즉, 이 경우 케이싱(470)은 기밀성이 유지 가능하도록 구성되어 있다.
다음으로, 제 2 실시형태로서 다른 구조의 막 형성 시스템에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태는 절연막 형성공정 중에서 소정의 처리를 행하는 도포장치 등의 각종처리장치가 배치되어지는 처리 스테이션, 열처리로가 배치된 처리 스테이션, 이들 처리 스테이션과 사이의 웨이퍼(W)의 전달이 행하여지는 인터페이스부 등의 위치관계가 다른 점에서 제 1 실시형태와 상위하다.
도 10은 제 2 실시형태에 관련된 막 형성 시스템을 나타내는 평면도이고, 도 11은 도 10에 나타낸 막 형성 시스템의 측면도이며, 도 12는 도 10에 나타낸 막 형성 시스템내에 장착되어진 2개의 처리장치군을 나타내는 측면도이다.
이 막 형성 시스템은 절연막 형성공정 중에서 소정의 처리를 행하는 각종처리 장치를 다단 배치하여 되는 처리 스테이션으로서의 도포처리부(621)와, 사이드 캐비넷(약액부)(622)과, 반도체 웨이퍼(이하 간단히 웨이퍼라 함)(W)를 복수매 수납하는 카세트를 재치하고, 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하는 카세트 스테이션 (CSB)(623)과, 도포액을 도포후의 복수매의 웨이퍼(W)에 배치처리에 의해 경화처리를 행하는 열처리로가 배치되어진 경화처리부(624)와, 도포처리부(621)와 경화처리부(624)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행하는 인터페이스부(625)를 갖추고 있다.
도포처리부(621)는 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 거의 중앙부에 웨이퍼 반송기구(631)을 가지고 있고, 웨이퍼 반송기구(631)의 주위에 모든 처리장치가 배치되어져 있다. 도포처리부(621)의 바로 앞 부분에는 2단 처리장치를 적층하여 되어지는 2개의 처리장치군(632,633)이 설치되어 있고, 처리장치군(632)은 위로부터 순서대로 익스체인지용 약액의 도포장치(DSE)(634)와, 제 1 도포장치(COT)(635)를 가지고 있다. 또, 처리장치군(633)은 제 2의 도포장치(COT)(636)와, 제 3의 도포장치(COT)(637)를 가지고 있다. 즉, 도포처리부(621)에는 약품등을 내장한 케미컬 (Chemical)실(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
웨이퍼 반송기구(631)의 양측에는 복수의 처리장치를 다단으로 적층하여 되어지는 처리장치군(638,639)이 설치되어 있다. 좌측의 처리장치군(638)은 도 12에 나타낸 바와 같이, 그 상측으로부터 순서대로 저온용 저온가열처리장치(LHP)(640)와, 두개의 저산소큐어·냉각처리장치(DCC)(Dielectric Oxygen Density Controlled Cure and Cooling-off)처리 유닛(641)과, 2개의 에이징 유닛(DAC)(642)이 적층되어 구성되어 있다. 또, 우측의 처리유닛군(639)은 그 상측으로부터 순서대로 2개의 고온용 저온용 저산소 고온가열처리장치(OHP)(643)와, 저온용 저온가열처리장치 (LHP)(644)와, 두개의 쿨링 장치(COL)(645)가 적층되어 구성되어 있다.
상기 제 1의 도포장치(COT)(635)는 웨이퍼(W)상에 층간절연막으로서 사용하는 유기계 저유전율막용의 도포액을 도포하기 위한 것이며, 상술한 제 1 실시형태의 도포장치(COT)(415)와 같은 구조를 가지고 있다.
상기 제 2의 도포장치(COT)(636)는, 실크법 및 스피드필름법을 채용하는 경우에 필요한 어드히전프로모터의 도포에 이용하는 것이며, 기본적으로 제 1의 도포장치 (COT)(635)와 같은 구조를 가지고 있다.
상기 제 3의 도포장치(COT)(637)는 SOG(Spin On Glass)에 의해 유기계 저유전율막 상에, 예를 들면 SiO2로 이루어지는 하드 마스크용의 도포액을 도포하기 위한 것이며, 이것도 기본적으로 제 1의 도포장치(COT)(635)와 같은 구조를 가지고 있다. SOG에서는 예를 들어 Si(OH)4등의 시라놀 화합물과 에틸 알콜 등의 용매를 혼합한 처리용액(SOG액)을 웨이퍼(W)상에 도포하고, 이것에 열처리를 행하여 용매를 증발시켜 시라놀 화합물의 중합반응을 진행시켜 SiO2막을 형성한다.
상기 익스체인지용 약액의 도포장치(COT)(634)는, 상기 제 1의 도포처리장치 (SCT)(635)에서 도포하는 도포액이 졸-겔법에 의해 유기계 저유전율막을 형성하는 타입의 경우에 이용하는 것이며, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하여 회전시키는 스핀척과, 그 척상의 웨이퍼(W)를 감싸듯이 설계되어진 컵을 가지고 있으며, 후술하는 겔화를 위한 에이징 처리후의 도포막중의 수분을 우선 에탄올 등으로 치환하고, 도포막 중의 용매를 헵탄 등에 의해 치환한다.
처리유닛군(638)에 속하는 에이징 처리장치(DAT)(642)는 히터를 내장한 가열 플레이트를 밀폐되어진 처리실내에 가지고 있다. 그리고 암모니아가 사이드 캐비넷 (622)내의 버블러(665) 등에 의해 증기화되어 처리실내에 공급되고, 배기는 사이드 캐비넷(622)내의 드렌탱크(668)에 의해 트랩(Trap)되어진다. 이 에이징 처리장치 (DAC)는 졸-겔법에 의해 유기계 저유전율막을 형성할 경우에 TEOS (tetraethylorthsilicate)를 축중합(縮重合)함과 동시에 가수분해하여 도포막을 겔화하기 위한 것이다.
처리 유닛군(638,639)에 속하는 고온용의 저산소 고온가열처리장치(OHP) 및 저온용의 저온가열처리장치(LHP)는 소정 온도로 설정되어진 핫 플레이트상에 웨이퍼 (W)를 재치하여 또는 근접시켜 도포액을 도포후의 웨이퍼(W)를 베이킹하기 위한 장치이다. 또, 쿨링장치(COL)는 소정 온도로 설정된 쿨링장치상에 베이킹후의 웨이퍼(W)를 재치하여 또는 근접시켜 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 유닛이다. 더욱이 전달부(TRS)(646)는 웨이퍼 재치대를 가지고, 카세트 스테이션(CSB)(623)과의 사이에서 웨이퍼의 전달을 행하기 위한 유닛이다. 즉, 전달부(TRS)(646)는 재치대를 소정의 온도로 제어하는 것에 의해 쿨링장치의 기능을 겸비하는 것도 가능하다.
처리장치군(638)에 속하는 상기 저산소큐어 ·냉각처리장치(641)는 도포막이 형성되어진 웨이퍼(W)를 매엽식으로 저산소농도분위기에 있어서 가열처리 및 냉각처리하여 도포막을 경화(큐어)하기 위한 장치이며, 실크법, 스피드필름법 또는 폭스법에 의해 유기계층절연막을 형성할 경우에 있어서 도포막의 경하에 이용되고, 졸-겔법으로 도포막을 형성할 경우에는 이용할 필요가 없다. 이 저산소큐어 ·냉각처리장치(641)는 경화온도가 비교적 낮은 경우에 이용되고, 경화온도가 470℃이상의 경우에는 경화처리부(624)의 종형 열처리로(678)가 이용되어진다.
웨이퍼반송기구(631)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 수직방향으로 연재하여 수직벽(651a,651b) 및 그것들 사이의 측면개구부(651c)를 가지는 통형상 지지체
(651)와, 그 내측에 통형상 지지체(651)를 따라 수직방향(Z 방향)으로 상승 자유롭게 설치되어진 웨이퍼 반송체(652)를 가지고 있다. 통형상 지지체(651)는 모터
(653)의 회전구동력에 의해 회전 가능하게 되어 있고, 그것에 동반하여 웨이퍼 반송체(652)도 일체적으로 회전되도록 되어 있다. 웨이퍼 반송체(652)는 반송기초대
(654)와, 반송기초대(654)를 따라 전후로 이동 가능한 3개의 핀셋(655,656,657)을 갖추고 있으며, 이들 핀셋(655,656,657)은 통형상 지지체(651)의 측면 개구부
(651c)를 통과 가능한 크기를 가지고 있다. 이들 핀셋(655,656,657)은 반송기초대
(654)내에 내장된 모터 및 벨트 기구에 의해 각각 독립하여 진퇴 이동하는 것이 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 반송체(652)는 모터(658)에 의해 벨트(659)를 구동시키는 것에 의해 승강하도록 되어 있다. 즉 부호 660은 구동풀리, 661은 종동풀리이다.
사이드 캐비넷(622)은 도포처리부(621)에 인접한 위치의 도포처리부(621)와는 격리되어 설비되고, 그 상단에 약액을 공급하기 위한 버블러(665)와, 기액혼합류를 기액 분류하여 배기 가스를 배출하기 위한 미스트트랩(Mist TRAP)(666)을 가지며, 그 하단에, HMDS 탱크(667a)나 암모니아 탱크(667b)와, 배액을 배출하기 위한 드레인 탱크(668)를 가지고 있다.
사이드 캐비넷(662)이 이렇게 구성되어 있기 때문에 에이징처리장치(DAC)
(642)에 암모니아가 공급되어질 때에는 암모니아 탱크(667b)로부터 버블러(665)에 암모니아가 충전되어져 있으며, 암모니아가 버블러(665)에 의해 버블링되어 증기화되고 에이징 처리장치(DAC)(642)에 공급되어진다. 또, 익스체인지용 약액의 도포장치 (COT)(634)에 HMDS가 공급될 때에는 HMDS의 탱크(667a)로부터 HMDS가 직접 공급되어진다.
또, 에이징 처리장치(DAC)(642)로부터의 배기는 사이드 캐비넷(622)내의 드레인 탱크(668)에 의해 트랩되어진다. 더욱이 익스체인지용 약액의 도포장치(COT)
(634)로부터의 액체가 혼합한 배기는 캐비넷(622)내의 미스트 트랩(666)에 의해 기액 분리되고, 배액은 드레인 탱크(668)로 배출되어진다.
이와 같이 사이드 캐비넷(622)에서 공급되어지는 암모니아 및 HMDS를 각각 필요로 하는 에이징 처리장치(DAC)(642) 및 익스체인지용 약액의 도포장치(DSE)
(634)가, 사이드 캐비넷(622)에 인접하여 설치되어 있기 때문에, 약액공급계의 단축화를 도모하는 것이 가능하다.
인터페이스부(625)에는 거의 밀폐되어진 박스(671)내에 도포처리부(621)로부터 반송되어진 웨이퍼(W)를 받아들여 위치를 결정하는 위치결정기구(672)와, 이 위치결정기구(672)로부터 웨이퍼(W)를 받아 웨이퍼보트(674)에 반입 ·반출하는 반입 ·반출기구(673)가 설치되어 있다. 또 인터페이스부(625)내에는 복수개(도면에는 3개)의 웨이퍼 보트(674)와, 한 개의 더미 웨이퍼용 보트(675)를 재치하는 보트라이너(676)가 Y방향 왕복이 자유롭게 배치되어 있다. 인터페이스부(625)내는 저산소 분위기로 설정되어 있다.
경화처리부(624)는 개구창(677)을 경유하여 인터페이스부(625)에 연통되어져 있고, 경화처리부(624)내에는 종형 열처리로(678)와, 이 열처리로(678)의 하방에 배치되어 웨이퍼 보트(674)를 승강하여 열처리로(678)내에 반입하기 위한 보트 엘리베이터(679)와, 인터페이스부(625)의 보트 라이너(676)로부터 보트 엘리베이터 (679)에 웨이퍼 보트(674)를 반입 ·반출하기 위한 반송기구(680)가 배치되어 있다.
경화처리부(624)에 있어서는 도 13에 나타낸 바와 같이, 열처리로(678)내에는 단면이 역 U자 형상인 석영재 프로세스 튜브(691)가 수납되고, 이 프로세스 튜브 (691)의 바깥둘레에 히터(692)가 둘러싸여 있다. 또, 프로세스 튜브(691)의 개구하단에는 매니홀드(693)가 접속하여 설치되어 있고, 이 매니홀드(693)에는 프로세스 튜브(691)내에 소정의 처리 가스를 도입하는 도입관(도시하지 않음)과, 처리후의 가스를 배기하는 배기관(도시하지 않음)이 각각 접속되어 있다. 또, 보트 엘리베이터(679)에는 매니홀드(693)와 맞닿아 프로세스 튜브(691)내를 밀폐상태로 유지하는 개체(694)가 설치되어 있고 이 개체(694)의 상부에 보온통(695)이 탑재되어 있다.
본 실시형태에 있어서도, 상술한 제 1 실시 형태와 같이, 이상과 같이 구성되어진 막 형성 시스템을 이용하여, 층간 절연층 및 하드 마스크층을 형성함과 동시에 듀얼 대머신법에 의해 홈 배선 및 플러그를 형성하는 것이 가능하다.
다음으로, 제 3 실시 형태로서 다른 구조의 막 형성 시스템에 대해 설명한다. 제 3 실시형태는 상술한 절연막 형성 시스템에 포토리소그래피 공정에서 형성되어지는 레지스트막을 도포하는 도포장치를 부가한 구조로 되어 있다. 이하, 도면을 참조하여 설명한다.
도 14∼도 16은 상술한 반도체 소자의 절연막을 형성할 때에 이용되어지는 막 형성 시스템의 외관을 나타내는 도면이며, 도 14는 평면에서, 도 15, 도 16은 측면에서 본 모습을 각각 나타내고 있다.
이 막 형성 시스템 1은, 예를 들어 25장의 웨이퍼(W)를 카세트 단위로 외부로부터 막 형성 시스템 1에 대하여 반입 및 반출하거나, 카세트(C)에 대하여 웨이퍼(W)를 반입 및 반출하기 위한 카세트 스테이션(2)과, 성막 처리공정 중에서 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 처리를 행하는 매엽식의 각종처리장치를 다단 배치하여 이루어지는 처리 스테이션(3)과, 이 처리 스테이션(3)에 인접하여 설치되는 노광장치(4)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 하기 위한 인터페이스부(5)를 일체로 접속한 구성을 가지고 있다.
카세트 스테이션(2)에서는 카세트 재치대(10)상의 위치결정돌기(10a)의 위치에 복수개의 카세트(C)가 웨이퍼(W)의 출입구를 처리 스테이션(3)측을 향해 X방향(도 1중의 상하방향)을 따라 일렬로 재치가 자유롭다. 그리고, 이 카세트(C)의 배열방향(X방향) 및 카세트(C)에 수용되어진 웨이퍼(W)의 배열 방향(Z방향;수직방향)으로 이동 가능한 웨이퍼 반송체(11)가 반송로(12)를 따라 이동이 자유롭고, 각 카세트(C)에 대하여 선택적으로 액세스할 수 있게 되어 있다.
이 웨이퍼 반송체(11)는 θ방향으로도 회전이 자유롭게 구성되어 있으며, 후술하는 제 1처리장치군(70)의 다단장치부에 속하는 웨이퍼 반송체(11)와 후술하는 제 1반송장치(50)와의 사이에서 웨이퍼를 전달하기 위한 익스텐션장치(EXT)(74)나, 제 4 처리장치군(90)에 속하는 웨이퍼 반송체(11)와 후술하는 제 2 반송장치(60)와의 사이에서 웨이퍼를 전달하기 위한 익스텐션 장치(EXT)(93)에 대하여 액세스 가능하도록 구성되어 있다.
처리 스테이션(3)에서는, 정면측에 절연막 도포장치, 레지스트 도포장치, 익스체인지 도포장치로 이루어지는 제 1 도포장치군(20)이, 배면측에 현상처리장치로 이루어지는 제 2 도포장치군(30)이 각각 배치되어 있다.
제 1 도포장치군(20)은, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 레지스트 도포장치(22,24)가 겹쳐 쌓여지고, 더욱이 유기절연막 도포장치(23)와 무기절연막 도포장치(21)와 익스체인지용 약액의 도포장치(25)가, 각각 겹쳐지도록 구성되어 있다. 레지스트 도포장치(22,24)에는 컵(CP)내에서 웨이퍼(W)를 스핀 척에 놓고, 스핀코트에 의해 레지스트액을 도포하여, 해당 웨이퍼(W)에 대하여 레지스트 도포장치를 행한다. 유기절연막 도포장치(23)에서는, 컵(CP)내에서 웨이퍼(W)를 스핀척에 놓고, 스핀코트에 의해 유기절연막 재료, 여기에서는 SILK를 도포하여, 해당 웨이퍼 (W)에 대하여 유기절연막 도포처리를 행한다. 무기절연막 도포장치(21)에서는 컵 (CP)내에서 웨이퍼(W)를 스핀척에 놓고, 스핀 코트에 의해 무기절연막 재료, 여기에서는 Nanoglass(Aplied signal사 제품)을 도포하여, 해당 웨이퍼(W)에 대하여 무기절연막 도포처리를 행한다. 익스체인지용 약액의 도포장치(25)에서는, 컵(CP)내에서 웨이퍼(W)를 스핀척에 놓고, 스핀 코트에 의해 웨이퍼(W)상에 HMDS 및 헵탄등의 익스체인지용 약액을 공급하여, 웨이퍼(W)상에 도포되어진 무기절연막 중의 용매를 건조공정 전에 다른 용매로 치환할 수 있는 처리를 행한다.
제 2 도포장치군(30)은 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 현상처리 장치 (33,31), 현상처리 장치(34,32)가 각각 겹쳐지게 구성되어 있다. 현상처리장치(31∼34)에서는 컵(CP)내에서 웨이퍼(W)를 스핀척에 놓고, 현상액을 공급하여, 해당 웨이퍼(W)에 대하여 현상처리를 행한다.
처리 스테이션(3)에는 처리 스테이션 내의 공간을 저산소분위기로 하기 위하여 가스를 공급하는 공급구(157)가 설치되어 있고, 가스는 가스 공급원(158)에 의해 공급되어 있다. 더욱이, 가스 배기구(159)가 설치되어 있다. 따라서, 가스 공급원(158)의 질소 가스가 공급구(157)로부터 처리 스테이션(3)내에 공급되어 처리 스테이션(3)내를 저산소분위기로 하고, 더욱이 그 질소 가스등을 배기구(159)로 부터 배기하는 것이 가능하다.
상술한 레지스트 도포장치, 유기절연막 도포장치, 무기절연막 도포장치, 익스체인지용 약액의 도포장치, 현상처리장치는 같은 스피너형 처리장치구조를 가지고 있다. 즉 이들 각 장치에서는 장치 바닥의 중앙부에 고리모양의 컵(CP)이 배치되어 그 내측에 스핀척이 배치되어 있다. 스핀척은 진공 흡착에 의해 웨이퍼(W)를 고정 유지한 상태이고, 구동 모터의 회전 구동력으로 회전하도록 구성되어 있다. 구동 모터는 생략한 실린더에 의해 승강 이동이 가능하게 배치되고, 이에 따라 스핀척이 승강 가능하게 되어 있다. 더욱이 각 장치에는 웨이퍼(W)의 웨이퍼 표면에 용액(레지스트 도포장치에서는 레지스트액, 유기절연막 도포장치에서는 유기계의 절연막 재료, 무기절연막 도포장치에서는 무기계의 절연막 재료, 익스체인지용 약액의 도포장치에서는 익스체인지용 약액, 현상처리장치에서는, 현상)을 공급하기 위한 용액 공급 노즐이 설치되어 있다. 이 용액 공급 노즐은 컵(CP)의 외측에 배치되어진 노즐대기부로부터 스핀 척의 상방에 설정되어진 소정의 용액액토출 위치까지 이송되도록 되어 있다.
처리 스테이션(3)의 중심부에는, 웨이퍼(W)의 재치가 자유로운 전달대(40)가 갖추어져 있다.
이 전달대(40)를 사이에 두고 상기 제 1 도포장치군(20)과 제 2 도포장치군(30)은 서로 대향하고 있으며, 제 1 도포장치군(20)과 전달대(40)와의 사이에는 제 1 반송장치(50)가, 제 2 도포장치군(30)과 전달대(40)와의 사이에는 제 2 반송장치 (60)가 각각 구비되어 있다.
제 1 반송 장치(50)와 제 2 반송장치(60)는 기본적으로 동일한 구성을 가지고 있으며, 제 1 반송장치(50)의 구성을 도 17에 기초하여 설명하면, 제 1 반송장치 (50)는 상단 및 하단에서 서로 접속되어 대향하는 일체의 벽부(51,52)로 이루어지는 통형상 지지체(53)의 내측에 상하방향(Z방향)으로 승강이 자유로운 웨이퍼 반송수단(54)을 갖추고 있다. 통형상 지지체(53)는 모터(55)의 회전축에 접속되어 있으며, 이 모터(55)의 회전구동력으로 상기 회전축을 중심으로 웨이퍼 반송수단
(54)과 함께 일체로 회전한다. 따라서, 웨이퍼 반송수단(54)은 θ방향으로 회전이 자유롭게 되어 있다.
웨이퍼 반송수단(54)의 반송기초대(56)상에는 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부재로서의 복수, 예를 들어 2개의 핀셋(57,58)이 상하로 갖추어져 있다. 각 핀셋 (57,58)은 기본적으로 동일의 구성을 가지고 있으며, 통형상 지지체(53)의 양벽부 (51,52)간의 측면개구부를 통과 자유로운 형태 및 크기를 가지고 있다. 또 각 핀셋(57,58)은 반송기초대(56)에 내장되어진 모터(도시하지 않음)에 의해 전후 방향의 이동이 자유롭게 되어 있다. 즉, 제 2 반송장치(60)에는 핀셋(57,58)과 동일의 기능 및 구성을 가진 핀셋(67,68)이 갖추어져 있다.
제 1 반송장치(50)의 양측에는 제 1 도포장치군(20) 근방에 각종 장치가 다단으로 겹쳐 이루어지는 제 1 처리장치군(70) 및 냉각계 처리장치로 이루어지는 제 2 처리장치군(80)이 각각 배치되어 있다. 제 2 반송장치(60)의 양측에는 제 2 도포장치군(30)의 근방에 각종 가열계 처리장치로 이루어지는 제 4 처리장치군(90) 및 제 3 처리장치군(100)이 각각 배치되어 있다.
제 1 처리장치군(70) 및 제 4 처리장치군(90)은 카세트 스테이션(2)측에 배치되어 있고, 제 2 처리장치군(80) 및 제 3 처리장치군(100)은 인터페이스부(5)측에 배치되어 있다.
여기에서 처리 스테이션(3)을 카세트 스테이션(2)측으로부터 본 도 2에 기초하여 제 1 처리장치군(70) 및 제 4 처리장치군(90)의 구성을 설명한다.
제 1 처리장치군(70)은 저산소 고온가열처리장치(OHP)(72,75)와, 웨이퍼(W)의 위치를 맞추는 얼라이먼트장치(ALIM)(73)와, 웨이퍼(W)를 대기시키는 익스텐션장치 (EXT)(74)와 에이징 처리장치(DAC)(76)와, 저온가열처리장치(LHP)(77)와, 저산소 큐어 ·냉각처리장치(DCC)(78)가 아래에서부터 순서대로 쌓여져 있다. 에이징 처리장치(DAC)에는, 밀폐화 가능한 처리실내에 암모니아 가스와 수증기를 혼합한 처리 기체(NH3+H2O)를 도입하여 웨이퍼(W)를 에이징 처리하고, 웨이퍼(W)상의 절연막 재료를 웨트겔(Wet Gel)화 한다.
제 4 처리장치군(90)은 얼라이먼트장치(ALIM)(92)와, 익스텐션장치(EXT)(93)와, 레지스트 도포후의 웨이퍼(W)를 가열처리하는 프리베이킹장치(PREBAKE)(94,95)와, 현상처리후의 웨이퍼(W)를 가열처리하는 포스트베이킹장치(POBAKE)(96,97,98)가 아래로부터 순서대로 적층되어 있다.
다음으로, 처리 스테이션(3)을 인터페이스부(5)측에서 본 도 16에 기초하여 제 2 처리장치군(80) 및 제 3 처리장치군(100)의 구성을 설명한다.
제 2 처리장치군(80)은 쿨링장치(COL)(81,82)와, 얼라이먼트장치(ALIM)(83)와, 익스텐션장치(EXT)(84), 쿨링장치(COL)(85,86,87,88)가 아래로부터 순서대로 적층되어 있다.
제 3 처리장치군(100)은 프리베이킹장치(PREBAKE)(101,102)와, 노광처리후의 웨이퍼(W)를 가열 처리하는 포스트 익스포저 베이킹장치(PEB)(103,104)와, 포스트베이킹장치(POBAKE)(105,106,107)가 아래부터 순서대로 적층되어 있다.
인터페이스부(5)에는, 제 2 처리장치군(80)에 속하는 익스텐션장치(EXT)(84)와, 제 3 처리장치군(100)에 속하는 각 포스트 익스포저 베이킹장치(PEB)(103,104)에 액세스 가능한 웨이퍼 반송체(110)가 장치되어 있다.
웨이퍼 반송체(110)는 레일(111)을 따른 X방향으로의 이동과, Z방향(도 14의 수직방향)으로의 승강이 자유롭고, θ방향으로도 회전이 자유롭게 되어 있다. 그리고 노광장치(4)나 주변 노광장치(112)에 대하여 웨이퍼(W)를 반송하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
도 21은 상술한 저산소큐어 ·냉각처리장치(DCC)의 평면도, 도 22는 그 단면도 이다.
저산소큐어 ·냉각처리장치(DCC)는, 가열처리실(341)과, 이것에 인접하여 설치되어진 냉각처리실(342)을 가지고 있으며, 이 가열처리실(341)은 설정온도를 200∼470℃로 하는 것이 가능한 열판(343)을 가지고 있다. 이 저산소큐어 ·냉각처리장치(DCC)는 주웨이퍼 반송기구(22)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달할 때에 개폐되는 제 1 게이트 셔터(344)와, 가열처리실(341)과 냉각처리실(342)의 사이를 개폐하기 위한 제 2의 게이트 셔터(345)와, 열판(343)의 주위에서 웨이퍼(W)를 포위하면서 제 2의 게이트 셔터(345)와 함께 승강되어지는 링 셔터(346)를 가지고 있다. 더욱이, 열판(343)에는 웨이퍼(W)를 재치하여 승강하기 위한 3개의 지지 핀(347)이 승강이 자유롭도록 설치되어 있다. 즉 열판(343)과 링셔터(346)의 사이에 차폐판 스크린을 설치하여도 좋다.
가열처리실(341)의 하방에는 상기 3개의 지지핀(347)을 승강하기 위한 승강기구 (348)와, 링 셔터(346)를 제 2의 게이트 셔터(345)와 함께 승강하기 위한 승강기구 (349)와, 제 1게이트 셔터(344)를 승강하여 개폐하기 위한 승강기구(350)가 설치되어 있다.
또, 가열처리실(341)은 도시하지 않은 공급원으로부터, 그 안에 N2등의 비활성 가스가 공급되도록 구성되고, 더욱이, 그 안이 배기관(351)을 경유하여 배기되도록 구성되어 있다. 그리고, 이러한 비활성 가스를 공급하면서 배기하는 것에 의해 가열처리실(341)내가 저산소 농도(예를 들면 50ppm이하)분위기로 유지되도록 되어 있다.
이 가열처리실(341)과 냉각처리실(342)은 연통구(352)를 경유하여 연통되어져 있고, 웨이퍼(W)를 재치하여 냉각하기 위한 냉각판(353)이 가이드 플레이트(354)를 따라 이동기구(355)로부터 수평방향으로 이동이 자유롭게 구성되어 있다. 이것에 의해 냉각판(352)은 연통구(352)를 경유하여 가열처리실(341)내에 진입하는 것이 가능하며, 가열처리실(341)내의 열판(343)에 의해 가열된 후의 웨이퍼(W)를 지지핀 (347)으로부터 받아들여 냉각처리실(342)내에 반입하고, 웨이퍼(W)의 냉각 후, 웨이퍼(W)를 지지핀(347)에 되돌리도록 되어 있다.
더욱이, 냉각처리실(342)는 공급관(356)을 경유하여 그 안에 N2등의 비활성가스가 공급되어지도록 구성되고, 또한 그 안이 배기관(357)을 경유하여 외부에 배기되도록 구성되어 있다. 이것에 의해 가열처리실(341)과 같이 냉각처리실(342)안이 저산소 농도(예를 들면 50ppm이하)분위기로 유지되도록 되어 있다.
저산소 고온가열처리장치(OHP)(72,75)는, 제 1 실시형태의 저산소 고온가열처리장치(OHP)(449)와 같은 구조를 가지고 있다. 또, 저온가열처리장치(LHP)(77)는 저산소 고온가열처리장치(OHP)와 같은 구조를 가지고, 웨이퍼(W)에 대하여 설정온도만 다르다.
다음으로, 이상과 같이 구성되어진 막 형성 시스템(1)을 이용하여, 듀얼 대머신공정을 거쳐 제조되어지는 도 20(e)에 나타낸 구조의 반도체 소자를 제조하는 수순에 대하여 도 18∼도 20을 참조하면서 설명한다. 도 18, 도 19는 듀얼 대머신 공정을 거쳐 제조되어지는 반도체 소자의 제조 프로세스를 설명하는 도면이며, 도 20은, 상술한 막 형성 시스템에 있어서의 처리 플로우를 포함하는 반도체 소자 제조에 있어서의 처리 플로우를 나타내고 있다.
우선, 처음으로 제조할 반도체 소자의 구조에 대해 설명한다.
도 20(e)에 나타낸 바와 같이, 반도체 소자(200)는 반도체 웨이퍼(W)(이하 웨이퍼(W))상에 하층배선(201)이 배치되고, 이 하층배선(201)상에는 유기절연막
(202a), 무기절연막(203a), 유기절연막(204a), 무기절연막(205a)과의 적층막으로 이루어지는 층간 절연막이 형성되어져 있다. 층간 절연막에는 도전재료로서, 예를 들어 동으로 이루어진 배선(207b)과, 하층배선(201)과 배선(207b)을 접속하기 위한 동으로 이루어진 접속 플러그(207a)가 형성되어 있다. 더욱이 층간 절연막과, 배선(207b) 및 접속 플러그(207a)의 사이에는 동이 층간 절연막 중에 확산하는 것을 방지하기 위해 측벽 보호용으로써 예를 들어 티탄 나이트라이드가 형성되어져 있다.
유기 절연막(202a) 및 (204a)에는, 유전율이 3이하의 저유전율 특성의 유기절연막을 이용하는 것이 가능하고, 예를 들어 PAE-2(shumacher사제), HSG-R7(Hitachi Chemical사제), FLARE(Aplied Signal사제), BCB(Dow Chemical사제), SILK(Dow Chemical사제), Speed Film(W. L. Gore사제)등의 유기 폴리머를 이용하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, SILK(다우 케미컬사제)을 이용했다. 또, 본 실시 형태에 있어서는 무기절연막(203a)에는 질화규소막, 무기절연막
(205a)에는 산화케이소막을 이용하였는데, 이들 재료에 한정되지 않고, 예를 들어 무기 SOG막을 이용하여도 좋다. 무기 절연막(205a)으로서는, 듀얼 대머신 공정에 있어서의 CMP처리에 대하여 강도가 만족되면 좋다. 이러한 층간 절연막으로서 유기절연막을 이용하는 것에 의해 층간 절연막의 저유전율 특성을 실현하는 것이 가능하며, 하층배선(201)과 배선(207b)과의 사이에서 생기는 용량을 줄이는 것이 가능하다. 더욱이 층간절연막으로서 무기절연막을 이용하는 것에 의해 기계적 강도나 내열성을 강화하는 것이 가능하다.
다음으로, 상술한 막 형성 시스템을 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대해 설명한다.
우선, 도18(a)에 나타낸 바와 같이, 하층배선(201)이 형성되어진 웨이퍼(W)를 준비하고, 이 웨이퍼(W)를 카세트 재치대(10)상에 재치되어진 카세트(C)에 수용한다. 카세트 재치대에 있어서, 처리전의 웨이퍼(W)는 웨이퍼 카세트(CR)로부터 웨이퍼 반송체(11)를 경유하여 처리 스테이션(3)측의 제 1 처리장치군(70)의 익스텐션장치(EXT)(74)내에 반송되어진다. 처리 스테이션(3)내에는 가스 공급원(158)의 질소가스가 공급구(157)로부터 공급되어 저산소 분위기로 되어져 있고, 후술할 각종 장치간의 웨이퍼(W)의 반송은 저산소 분위기하에서 행하여진다. 그 결과, 웨이퍼(W)상에 도포되어진 도포막이, 본의 아니게 산소와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있다.
익스텐션장치(EXT)(74)에 있어서의 전달대에 반송되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 2 처리장치군(80)의 예를 들어 쿨링장치(COL)(81)내로 반송되어진다. 그리고 쿨링장치(COL)에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 23℃전후로 냉각한다(S1).
쿨링장치(COL)에서 냉각처리되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여 제 1 도포장치군(20)의 유기절연막 도포장치(COT)(23)로 반송된다. 그리고 유기절연막 도포장치(COT)(23)에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)상에 200㎚∼500㎚ 전후, 보다 바람직하게는 300㎚정도 두께의 유기절연막 재료를 스핀 코트에 의해 도포한다(S2). 이것에 의해 도 18(b)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)상의 하층배선
(201)을 덮어 유기절연막(201)이 형성되어진다. 여기에서는 유기절연막 재료로서는 SILK를 이용했다.
유기절연막 도포장치(COT)(23)에서 유기절연막 재료가 도포되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 저온가열처리장치(LHP)
(77)로 반송되어진다. 그리고 저온가열처리장치(LHP)(77)내의 저산소하분위기 중에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 150℃전후 60초간 정도 저온가열처리한다(S3).
저온가열처리장치(LHP)(77)에서 저온가열처리되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치 (50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)로 반송되어진다. 그리고 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)내의 저산소하분위기 중에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 200℃전후 60초간 정도 고온가열처리한다. 더욱이, 저산소 고온가열처리장치(JOHP)(75)에서 고온가열처리가 행하여진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여 더욱 고온으로 설정되어진 다른 저산소 고온가열처리장치(OHP)(72)로 반송되어진다. 그리고 이 저산소 고온가열처리장치(OHP) (72)내의 저산소하분위기 중, 예를 들어 100ppm의 산소 분위기중에 있어서, 웨이퍼 (W)를 350℃전후 60초간 정도 고온 가열처리한다(S4).
저산소 고온가열처리장치(OHP)(72)에서 고온 가열처리가 행하여진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 저산소큐어 ·냉각처리장치 (DCC)(76)로 반송되어진다. 그리고 저산소큐어 ·냉각처리장치(DCC)(76)내의 저산소분위기 중에 있어서, 웨이퍼(W)를 450℃전후 60초간 정도 고온 가열처리하고, 그 후 23℃전후에서 냉각처리한다(S5).
저산소큐어 ·냉각처리장치(DCC)(76)에서 처리되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 2 처리장치군의 예를 들어 쿨링장치(COL)(82)로 반송되어진다. 그리고 쿨링장치(COL)(82)에 있어서, 웨이퍼(W)를 23℃전후로 냉각한다
(S6).
쿨링장치(COL)(82)에서 냉각 처리되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 도포장치군(20)의 무기절연막 도포장치(COT)(21)로 반송되어진다. 그리고 무기절연막 도포장치(COT)(21)에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)상에 300㎚∼ 1100㎚정도, 보다 바람직하게는 700㎚정도 두께의 무기절연막재료를 도포한다(S7). 이것에 의해 도 18(c)에서 나타낸 바와 같이, 유기절연막(202)상에 무기절연막 (203)이 형성되어진다. 여기에서는 무기절연막 재료로서는, Nanoglass를 이용했다.
무기절연막 도포장치(COT)(21)에서 무기절연막 재료가 도포되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군의 에이징처리장치(DAC)(76)로 반송되어진다. 그리고 에이징 처리장치(DAC)(76)에 있어서, 처리실내에 (NH3+H2O)가스를 도입하여 웨이퍼(W)를 에이징 처리하여, 웨이퍼(W)상의 무기절연막 재료를 겔(gel)화 한다(S8).
에이징 처리장치(DAC)(76)에서 에이징 처리되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치 (50)를 경유하여, 제 1 도포장치군(20)의 익스체인지용 약액 도포처리장치(DSE) (25)에 반송되어진다. 그리고 익스체인지용 약액 도포처리장치(DSE)(25)에 있어서, 웨이퍼(W)상에 익스체인지용 약액이 공급되어 웨이퍼상에 도포되어진 절연막 중의 용매를 다른 용매로 치환하는 처리가 행하여진다(S9).
익스체인지용 약액 도포처리장치(DES)(25)에서 치환처리가 행하여진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군의 저온가열처리장치
(LHP)(77)로 반송되어진다. 그리고 저온가열처리장치(LHP)(77)내의 저산소하분위기 중에 있어서, 웨이퍼(W)를 예를 들어 175℃ 전후 60초간 정도 저온 가열처리 한다(S10).
저온가열처리장치(LHP)(77)에서 저온 가열 처리되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)로 반송되어진다. 그리고 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75) 내의 저산소하분위기 중에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 310℃ 전후 60초간 정도 고온 가열처리한다(S11). 저온가열처리장치 (LHP)(77) 및 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)에 있어서 가열처리에 의하여 용매의 증발이 행하여진다.
저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)에서 고온가열처리가 행하여진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여 저산소큐어·냉각처리장치(DCC)(78)로 반송되어진다. 그리고 저산소 큐어·냉각처리장치(DCC)(78) 내의 저산소분위기 중에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 450℃전후 60초간 정도 고온가열처리하며, 그후 23℃ 전후에서 냉각처리한다(S12).
저산소큐어·냉각처리장치(DCC)(78)에서 처리되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 2 의 처리장치군(80)의 예를 들어 쿨링장치(COL)(85)로 반송되어진다. 그리고 쿨링장치(COL)(85)에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 23℃전후로 냉각한다(S13).
쿨링장치(COL)(85)에서 냉각처리 되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 도포장치군(20)의 유기절연막 도포장치(COT)(23)로 반송되어진다. 그리고 유기절연막 도포장치(COT)(23)에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)상에 200nm∼500nm 전후, 보다 바람직한 것은 300nm 정도 두께의 유기절연막 재료를 스핀 코트에 의해 도포한다(S14). 이것에 의해 그림(18)(d)에 나타낸 바와 같이, 무기절연막(203)상에 유기절연막(204)이 형성되어진다. 여기에서, 유기절연막 재료로서는 SILK를 이용하였다.
유기절연막 도포장치(COT)(23)에서 유기절연막 재료가 도포되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 저온가열처리장치(LHP) (77)로 반송되어진다. 그리고 저온가열처리장치(LHP)(77)내의 저산소하분위기 중에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 150℃ 전후 60 초간 정도 저온 가열 처리한다 (S15).
저온가열처리장치(LHP)(77)에서 저온 가열처리되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)로 반송되어진다. 그리고 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75) 내의 저산소하분위기 중에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 200℃ 전후 60초간 정도 고온 가열 처리한다.
더욱이, 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)에서 고온가열처리가 행하여진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여 더욱 고온으로 설정되어진 다른 저산소 고온 가열처리장치(OHP)(72)로 반송되어진다. 그리고 이 저산소 고온가열처리장치 (OHP)(72)내의 저산소하분위기 중에 있어서, 웨이퍼(W)를 350℃ 전후 60초간 정도 고온 가열 처리한다(S16).
저산소 고온가열처리장치(OHP)(72)에서 고온가열처리가 행하여진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 저산소큐어·냉각처리장치 (DCC)(76)로 반송되어진다. 그리고 저산소큐어·냉각처리장치(DCC)(76) 내의 저산소분위기 중에 있어서, 웨이퍼(W)를 450℃ 전후 60초간 정도 고온 가열 처리하여, 그 후 23℃ 전후에서 냉각처리 한다(S17).
저산소큐어·냉각처리장치(DCC)에서 처리되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치 (50)를 경유하여, 제 2 처리장치군의 예를 들어 쿨링장치(COL)(82)로 반송되어진다. 그리고 쿨링장치(COL)(82)에 있어서, 웨이퍼(W)를 23℃ 전후로 냉각한다(S18).
쿨링장치(COL)에서 냉각처리 되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 도포장치군(20)의 무기절연막 도포장치(COT)(21)로 반송되어진다. 그리고 무기절연막 도포장치(COT)(21)에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)상에 300nm∼ 1100nm정도, 보다 바람직한 것은 700nm 정도 두께의 무기절연막 재료를 도포한다 (S19). 이것에 의해 도(18)(e)에 나타낸 바와 같이, 유기절연막(204) 상에 무기절연막(205)이 형성되고, 웨이퍼(W)의 하층배선(201)상에는 유기절연막 및 무기절연막이 적층되어 이루어지는 층간절연막이 형성되어진다. 여기에서는 무기절연막 재료로서는 Nanoglass를 사용하였다.
무기절연막 도포장치(COT)(21)에서 무기절연막 재료가 도포되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군의 에이징 처리장치(DAC)(76)로 반송되어진다. 그리고 에이징 처리장치(DAC)(76)에 있어서, 처리실 내에(NH3+H2O)가스를 도입하여 웨이퍼(W)를 에이징 처리하여, 웨이퍼(W)의 무기 절연막 재료를 겔(gel)화 한다(S20).
에이징 처리장치(DAC)(76)에서 에이징 처리되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치 (50)를 경유하여, 제 1 도포장치(20)의 익스체인지용 약액 도포처리장치(DSE)
(25)로 반송되어진다. 그리고 익스체인지용 약액 도포처리장치(25)에 있어서, 웨이퍼 (W)상에 익스체인지용 약액이 공급되어 웨이퍼 상에 도포되어진 절연막 중의 용매를 다른 용매로 치환하는 처리가 행하여진다(S21).
익스체인지용 약액 도포처리장치(DSE)(25)에서 치환 처리가 행하여진 웨이퍼 (W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군의 저온가열처리장치(LHP) (77)로 반송되어진다. 그리고 저온가열처리장치(LHP)(77)내의 저산소하분위기 중에 있어서, 웨이퍼(W)를 예를 들어 175℃ 전후 60초 정도 저온 가열 처리한다(S22).
저온가열처리장치(LHP)(77)에서 저온가열 처리되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)로 반송되어진다. 그리고 저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)내의 저산소하분위기 중에 있어서 웨이퍼(9)를 310℃ 전후 60초간 정도 고온 가열 처리한다(S23).
저산소 고온가열처리장치(OHP)(75)에서 고온가열처리가 행하여진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여 저산소큐어·냉각처리장치(DCC)(78)로 반송되어진다. 그리고 저산소큐어·냉각처리장치(DCC)(78)내의 저산소분위기 중에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 450℃ 전후 60초간 정도 가열처리하여, 그 후 23℃ 전후에서 냉각 처리한다(S24).
저산소큐어·냉각처리장치(DCC)(78)에서 처리되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 2 처리장치군(80)에 예를 들어 쿨링장치(COL)(85)로 반송되어진다. 그리고 쿨링장치(COL)(85) 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 23℃ 전후로 냉각한다(S25).
쿨링장치(COL)(85)에서 냉각처리 되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 도포장치군(20)의 레지스트 도포장치(COT)(22)로 반송되어진다. 그리고 레지스트 도포장치(COT)(22)에서 레지스트 막이 형성되어진다(S26). 레지스트 막으로서는 예를 들어 아세탈계의 레지스트를 사용하는 것이 가능하다.
레지스트 막이 형성되어진 웨이퍼(W)는, 그 후 제 1 반송장치(50)의 상측의 핀셋트(57)에 유지되어진 상태로 전달대(40)로 반송되어진다.
전달대(40)에 반송되어진 웨이퍼(W)는 제 2 반송장치(60)의 핀셋(68)에 유지되고, 이 번에는 제 3 처리장치군(100)의 예를 들어 프리베이킹 처리장치(PREBAKE) (101)에 반입되어 소정의 가열처리가 행하여진다(S27).
관련된 가열처리 종료 후의 웨이퍼(W)는 제 2 반송장치의 핀셋(68)에 유지 되어진 상태에서, 제 2 처리장치군(80)의 쿨링장치(COL)(86)로 반송되어 냉각처리가 행하여진다(S28). 쿨링장치(COL)(86)에서 냉각처리가 종료한 웨이퍼(W)는, 그후 제 2 처리장치군(80)의 익스텐션장치(EXT)(84)로 반입되어 그 곳에서 대기한다.
다음으로, 웨이퍼(W)는 반송체(110)에 의해 익스텐션장치(EXT)(84)로 반입되어 주변 노광장치(112)로 반송되어진다. 그리고 주변 노광장치(112)에서 주변부의 불필요한 레지스트 막이 제거되어진다(S29). 그 후 웨이퍼(W)는 노광장치(4)로 반송되어 소정의 노광처리가 행하여진다(S30).
노광장치(4)에서 패턴이 노광되어진 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 반송체(110)에서 제 2 가열처리장치군(100)으로 반송되고 포스트익스포져 베이킹장치(PEB)(103)로 반입되어 가열처리가 행하여진다(S31).
다음으로, 웨이퍼(W)는 제 2 반송장치(60)의 핀셋(68)에 유지되고 제 2 처리장치군(80)의 쿨링장치(COL)(87)에 반입되어 냉각처리가 행하여진다(S32).
이 쿨링장치(COL)(87)에서 소정의 냉각처리가 종료한 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치(50)의 핀셋(58)에 유지되어 전달대(40)로 반송되어진다. 그 후, 웨이퍼(W)는 핀셋(68)에 유지되어진 상태로 전달대(40)로부터 제 2 도포장치군의 예를 들어 현상처리장치(DEV)(31)로 반입되어져 소정의 현상처리가 행하여진다(S33). 이것으로 인해, 소정의 형상의 레지스트 패턴이 형성되어진다. 여기에서 현상처리액으로서는, TMAH(테트라메틸 암모니움 하이드로오키사이드)를 사용하였다.
관련된 현상처리가 종료한 웨이퍼(W)는 제 2 반송장치(60)의 핀셋(67)에 유지되어진 상태에서 제 3 처리장치군(100)의 예를 들어 포스트베이킹장치(POBAKE)
(105)로 반입되어 현상처리 후의 가열처리가 행하여진다(S34).
포스트베이킹장치(POBAKE)(105)에 있어서 가열처리가 종료한 웨이퍼(W)는, 제 2 반송장치(60)의 핀셋(67)에 유지되어진 상태에서 전달대(40)로 반송되어진다.
전달대(40)로 반송되어진 웨이퍼(W)는, 그 후 제 1 반송장치(50)의 핀셋(58)에 유지되어 제 2 처리장치군(80)의 예를 들어 쿨링장치(COL)(88)로 반송되어진다. 이 쿨링장치(COL)(88)내에 웨이퍼(W)는 소정 온도까지 적극적으로 냉각처리 되어진다(S35).
그 후, 쿨링장치(COL)(88)에서 냉각처리된 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 예를 들어 익스텐션장치(74)로 반입되어져 그곳에서 대기한다. 그리고, 익스텐션장치(74)로부터 웨이퍼반송체(11)로 반송되어 카세트 재치대(10)상의 카세트(C)에 수납되어진다.
그 후, 웨이퍼(W)는 도시하지 않은 에칭 장치에 의해 레지스트 패턴을 마스크로서 드라이에칭 처리에 의해 도 19(a)에 나타낸 바와 같이, 유기절연막(204), 무기절연막(205)을 에칭한다. 이것으로 인해 배선에 상당하는 오목부(210)가 형성되어진 유기절연막 패턴(204a) 및 무기절연막 패턴(205a)을 형성하는 것이 가능하다. 여기서는 예를 들어 CF4가스를 사용하여 에칭처리를 행하였다(S36). 에칭처리 후, 레지스트 패턴은 박리되어진다.
에칭처리, 레지스트 패턴 박리가 실시되어진 웨이퍼(W)는 다시 카세트 재치대 (10) 상의 카세트(C)에 수납되어진다. 수납되어진 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송체
(11)를 경유하여 제 1 처리장치군(70)의 익스텐션장치(EXT)(74)로 반송되어진다.
익스텐션장치(EXT)(74)에 있어서 전달대에 반송되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)를 경유하여, 제 2 처리장치군(80)의 쿨링장치(COL)(85)내로 반송되어진다. 그리고 쿨링장치(COL)에 있어서, 예를 들어 웨이퍼(W)를 23℃ 전후로 냉각한다(S37).
쿨링장치(COL)(85)에서 냉각 처리되어진 웨이퍼(W)는 제 1 반송로(50)을 경유하여, 제 1 도포장치군(20)의 레지스트 도포장치(COT)(24)로 반송되어진다. 그리고 레지스트 도포장치(COT)(24)에 있어서, 레지스트 막이 형성되어진다(S28). 레지스트 막으로서는, 아세탈계 레지스트를 사용하는 것이 가능하다.
레지스트 막이 형성되어진 웨이퍼(W)는 그 후, 제 1 반송장치(50)의 상측의 핀셋(57)에 유지되어진 상태에서 전달대(40)로 반송되어진다.
전달대(40)로 반송되어진 웨이퍼(W)는, 제 2 반송장치(60)의 핀셋(68)에 유지되어, 이번에는 제 3 처리장치군(100)의 프리베이킹 처리장치(PREBAKE)(102)로 반입되어 소정의 가열처리가 행하여진다(S39).
관련된 가열처리 종료 후의 웨이퍼(W)는 제 2 반송장치의 핀셋(68)에 유지되어진 상태에서, 제 2 처리장치군(80)의 쿨링장치(COL)(86)에 반송되어 냉각처리가 행하여진다(S40). 쿨링장치(COL)(86)에서 냉각처리가 종료된 웨이퍼(W)는 그 후 제 2 처리장치군(80)의 익스텐션장치(EXT)(84)로 반입되어 그곳에서 대기한다.
다음으로, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 반송체(110)에 의해 익스텐션장치(EXT)(84)로부터 반출되어 주변노광장치(112)로 반송되어진다. 그리고, 주변노광장치(112)에서 주변부의 불필요한 레지스트 막이 제거되어진다(S41). 그 후, 웨이퍼(W)는 노광장치(4)로 반송되어 소정의 노광처리가 행하여진다(S42).
노광장치(4)에서 패턴이 노광되어진 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 반송체(110)에서 제 2 가열처리장치군(100)으로 반송되고 포스트익스포져베이킹장치(PEB)(104)에 반입되어 가열처리가 행하여진다(S43).
다음으로, 웨이퍼(W)는 제 2 반송장치(60)의 핀셋(68)에 유지되고 제 2 처리장치군(80)의 쿨링장치(COL)(87)로 반입되어 냉각처리가 행하여진다(S32).
이 쿨링장치(COL)(87)에서 소정의 냉각처리가 종료된 웨이퍼(W)는 제 1 반송장치(50)의 핀셋(58)에 유지되어 전달대(40)로 반송되어진다. 그 후, 웨이퍼(W)는 핀셋(68)에 유지되어진 상태에서 전달대(40)로부터 제 2 도포장치군의 예를 들어 현상처리장치(DEV)(33)로 반입되어 소정의 현상처리가 행하여진다(S45). 이것으로 인해, 소정의 형상의 레지스트 패턴이 형성되어진다. 여기에서는, 현상처리액으로는 TMAH를 사용하였다.
관련된 현상처리가 종료된 웨이퍼(W)는, 제 2 반송장치(60)의 핀셋(67)에 유지되어진 상태에서 제 3 처리장치군(100)의 예를 들어 포스트베이킹장치(POBAKE) (106)에 반입되어 현상처리 후의 가열처리가 행하여진다(S46).
포스트베이킹장치(POBAKE)(106)에 있어서 가열처리가 종료한 웨이퍼(W)는, 제 2 반송장치(60)의 핀셋(67)에 보존되어진 상태에서 전달대(40)로 반송되어진다.
전달대(40)에 반송되어진 웨이퍼(W)는, 그 후 제 1 반송장치(50)의 핀셋(58)에 유지되어 제 2 처리장치군(80)의 쿨링장치(COL)(88)로 반송되어진다. 이 쿨링장치 (COL)(88)내에서 웨이퍼(W)는 소정의 온도까지 적극적으로 냉각처리 되어진다 (S47).
그 후, 쿨링장치(COL)(88)에서 냉각처리 되어진 웨이퍼(W)는, 제 1 반송장치 (50)를 경유하여, 제 1 처리장치군(70)의 익스텐션장치(74)로 반입되어 그곳에서 대기한다. 그리고, 익스텐션장치(74)로부터 웨이퍼 반송체(11)로 반송되어 카세트 재치대(10)상의 카세트(C)에 수납되어진다.
그 후, 웨이퍼(W)는, 도시하지 않은 에칭장치에 의해 레지스트 패턴을 마스크로서 드라이 에칭처리에 의해 도 19(b)에 나타낸 바와 같이, 유기절연막(202), 무기절연막(203)을 에칭함으로써 접속플러그에 상당하는 오목부(211)가 형성된 유기절연막 패턴(202a) 및 무기절연막 패턴(203a)을 형성하는 것이 가능하다.
여기서는, 예를 들어 CF4 가스를 사용하여 에칭처리를 행하였다(S48).
그 후, 도시하지 않은 플라즈마(CVD) 장치에 의해, 도 19(c)에 나타낸 바와 같이, 배선에 상당하는 오목부(210) 및 접속플러그에 해당하는 오목부(211)의 내부측벽에 동확산방지를 위한 측벽보호용의 티탄나이트라이드(TiN)를 형성한다. 측벽보호용의 막으로서는 TiN 외에 Ti, TiW, Ta, Tan, WSiN등을 이용하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 19(d)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 전해 도금을 이용하여, 배선에 상당하는 오목부(210) 및 접속플러그에 상당하는 오목부(211)의 내부에 동(207)을 넣는다. 그 후, 오목부 이하의 무기절연막(205a) 표면부분의 동을 CMP 장치에 의해 연마하고, 홈 안에만 동을 남겨 배선(207b) 및 접속플러그(207a)로 한다. 이것으로 인해 반도체 소자(200)가 형성되어진다.
이와 같이 본 실시형태의 막 형성시스템(1)에는, 유기절연막 및 무기절연막 모두 스핀코트에 의하여 형성하고 있으므로 각각의 성막처리를 동일한 막 형성시스템(1) 내에서 행하는 것이 가능하다. 더욱이 듀얼대머신 공정을 거친 반도체 소자의 제조에 있어서는 유기절연막 및 무기절연막으로 이루어지는 층간절연막의 성막에 덧붙여, 레지스트 도포처리도 스핀코트에 의해 형성하고 있으므로 각각의 처리를 동일한 막 형성시스템(1)내에서 행하는 것이 가능하다. 이것으로 인해, 무기절연막을 형성하기 위한 CVD장치 등을 새로이 설치할 필요 없이 듀얼대머신 공정을 거친 반도체 소자의 제조에 사용하는 제조장치 코스트를 큰 폭으로 감소시키는 것이 가능하다.
또한, 상술의 실시형태에 있어서는, 무기절연막 형성시에 도포막 중의 용매를 증발시키기 위한 저온가열처리장치(LHP), 저산소 고온가열처리장치(OHP)에 있어서, 저산소분위기 중에서 가열처리가 행하여지므로 웨이퍼(W)상의 도포막이 산소와 반응하여, 산화하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 처리스테이션(3) 내에는 저산소분위기로 보존되어 있기 때문에, 용매를 증발시키기 위한 가열처리후 부터 저산소큐어·냉각처리장치(DCC)에 있어서 가열처리까지의 사이에서 장치 간의 반송중에 도포막이 산화되어지는 것이 억제되어진다. 그 결과, 저산소큐어·냉각처리장치 (DCC)에서의 가열처리가 적절하게 행하여져 절연불량 등이 감소하여 비율이 향상한다.
또한, 상술한 구성에 덧붙여 현상액 도포처리공정에 있어서, 현상액 공급을 스핀코트에서 행해도 좋다.
또한, 상술의 실시형태에서는 듀얼대머신법을 예로 들어 설명했지만, 싱글대머신법에서도 적용 가능하다는 것은 두말할 필요가 없다.
예를 들어, 처리할 기판은 반도체 웨이퍼에 한정하지 않고, LCD 기판 등, 다른 것이어도 좋다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면, CVD장치를 개재하는 것 없이, 절연막 및 하드마스크층의 2층 구조를 형성할 때에 공정을 간략화 하는 것이 가능하다.
또한, 기판을 다른 장치로 반송할 필요가 없이 이들의 성막 처리를 현저히 간략화하는 것이 가능하여, 절연막 및 하드마스크층을 극히 신속하게 성막하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 필요에 따라 상기 처리실내를 저산소 분위기로 하는 것이 가능하다. 따라서 상기 처리실에 반입되어진 기판은 저산소 분위기 내에서 가열처리 되는 것이 가능하여진다. 그 결과, 도포처리장치에 있어서 기판에 도포되어진 도포막이 산소와 반응하여 산화되는 것이 방지되어진다.
본 발명에 의하면, CVD 장치라고 하는 장치가 불필요하며, 제조장치 코스트를 큰 폭으로 절감하는 것이 가능하다. 또, 저유전율 특성이 양호해 유기절연막과 무기 절연막과의 밀착성이 좋은 절연막을 형성하는 것이 가능하다.

Claims (30)

  1. 성막방법에 있어서,
    기판 상의 제 1 도포액을 공급하여 제 1 도포막을 형성하는 공정과,
    제 1 도포막 상에 제 2 도포액을 공급하여 제 2 도포막을 형성하는 공정을 가지고,
    상기 제 1 도포막 및 제 2 도포막 중 적어도 한쪽이 무기막인 것을 특징을 하는 성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도포막은 유기막이며, 상기 제 2 도포막은 무기막인 것을 특징으로 하는 성막 방법,
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 도포막은 저유전율막인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도포막 및 상기 제 2 도포막은 스핀코트법에 의해 형성되어지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도포막 및 상기 제 2 도포막을 형성 후, 제 1 도포막 및 제 2 도포막을 경화시키는 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도포막은, 저산소 분위기하에서 형성되어지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도포막은, 저산소 분위기하에서 형성되어지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  8. 기판 상에 유기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포해 유기절연막을 형성하는 공정과,
    상기 도포되어진 유기절연막 재료 상에 무기 절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포하여 무기절연막을 형성하는 공정과,
    상기 유기절연막 및 상기 무기절연막을 포트리소그래피법을 이용해 패터닝해 오목부를 형성하는 공정과,
    상기 오목부에 도전 재료를 넣어 도전층을 형성하는 공정을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 포토리소그래피법은,
    상기 무기절연막 위에 스핀코트에 의해 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 레시스트막을 노광처리하는 공정과,
    상기 노광처리되어진 레지스트막 상에 현상액을 도포함으로서 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    레지스트 패턴을 마스크로서, 상기 유기절연막 및 상기 무기절연막을 에칭하여, 상기 오목부를 형성하는 공정을 가지고 있는 것을 특징을 하는 성막 방법.
  10. 기판 상에 유기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포한 제 1 유기절연막을 형성하는 공정과,
    상기 도포되어진 유기절연막재료 상에 무기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포하여 제 2 무기절연막을 형성하는 공정과,
    기판 상에 유기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포해 제 3 유기 절연막을 형성하는 공정과,
    상기 도포되어진 유기절연막 재료 상에 무기절연막 재료를 스핀코트에 의해 도포해 제 4 무기절연막을 형성하는 공정과,
    상기 제 3 유기절연막 및 제 4 무기절연막을 포트리소그래피법을 이용하여 패터닝해 제 1 오목부를 형성하는 공정과,
    상기 제 1 유기절연막 및 제 2 무기절연막을 포트리소그래피법을 이용하여 패터닝해 제 2 오목부를 형성하는 공정과,
    상기 제 1 오목부 및 상기 제 2 오목부에 도전재료를 넣어 도전층을 형성하는 공정을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 오목부를 형성하는 포토리소그래피법은,
    상기 제 4 무기절연막 상에 스핀코트에 의해 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트막을 노광처리하는 공정과,
    상기 노광처리되어진 레지스트막 상에 현상액을 도포하는 것에 의해 현상하여 제 1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    제 1 레지스트 패턴을 마스크로서, 상기 제 3 유기절연막 및 제 4 무기절연막을 체크하여 제 1 오목부를 형성하는 공정을 가지며,
    제 2 오목부를 형성하는 포토리소그래피법은 상기 제 2 무기절연막 상에 스핀코트에 의해 레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트막을 노광처리하는 공정과,
    상기 노광처리된 레지스트막 상에 스핀코트에 의해 현상액을 도포하는 것에 의해 현상하여 제 2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제 2 레지스트 패턴을 마스크로서, 상기 제 1 유기절연막 및 상기 제 2 무기절연막을 체크하여, 상기 제 2 오목부를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 기판에는 전도층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 기판은 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 성막방법.
  14. 막 형성 시스템에 있어서,
    기판상에 제 1 절연막 재료를 도포하는 제 1 도포장치와,
    상기 제 1 도포막 상에 제 2 절연막 재료를 도포하는 제 2 도포장치를 가지며,
    상기 제 1 절연막 재료 또는 제 2 절연막 재료는 무기절연막 재료인 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 절연막 재료 및 상기 제 2 절연막 재료는, 스핀코트에 의해 도포되어지는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 절연막 재료가 도포되어진 상기 기판에 열처리를 행하는 열처리장치와,
    상기 제 2 절연막 재료가 도포되어진 상기 기판에 열처리를 가하는 열처리장치를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 도포되어진 제 2 절연막 재료 상에 레지스트 재료를 도포하는 제 3 도포장치를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 레지스트 재료는 스핀코트에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 레지스트 재료를 노광처리한 후, 노광처리되어진 레지스트 재료 상에 현상액을 도포하는 제 4 도포장치를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  20. 막 형성 시스템에 있어서,
    기판에 도포액을 공급하여 도포막을 형성하는 도포장치와,
    도포되어진 상기 도포액으로부터 용제 성분을 증발시키기 위한 제 1 가열장치와,
    상기 제 1 가열장치에서 상기 용제 성분이 증발되어진 상기 기판을 열처리하는 제 2 가열장치와,
    상기 제 1 가열장치와 상기 제 2 가열장치와의 사이에 기판을 전달하기 위한 전달부를 가지고 있으며,
    상기 제 1 가열장치의 처리실내는, 대기보다도 저산소분위기로 설정가능한 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 도포액은 스핀코트에 의해 도포되어지는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 가열장치는, 상기 실내에 가스를 공급하는 가스 공급수단과,
    상기 처리실내의 분위기를 배기하기 위한 배기수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 가열장치의 상기 처리실은, 기밀성 유지가 가능하게 구성되며,
    상기 제 1 가열장치는, 상기 처리실 내를 감압하기 위한 배기수단을 가지는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  24. 막 형성 시스템에 있어서,
    기판에 도포액을 공급하여 도포막을 형성하는 도포장치와,
    도포되어진 상기 도포액으로 용제성분을 증발시키기 위한 제 1 가열장치와,
    상기 가열장치에서 상기 용제성분이 증발되어진 기판을 열처리하는 제 2 가열장치와,
    상기 제 1 가열장치와 상기 제 2 가열장치와의 사이에 상기 기판을 전달하기 위한 전달부를 가지며,
    상기 제 2 가열장치와 상기 전달부가 배치되어 있는 영역은 대기보다도 저산소분위기로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 영역은, 다른 영역과는 사절판에 의해 분위기가 차단되며,
    상기 영역 내에 가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 영역내의 분위기를 배기하기 위한 배기수단을 가지는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 사절판은, 상기 영역에 상기 기판을 반입 및 반출하기 위한 반입출구를 가지며,
    상기 반입출구는 개폐가 자유로운 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  27. 막 형성 시스템에 있어서,
    기판에 도포액을 공급하여, 도포막을 형성하는 도포장치와,
    도포되어진 상기 도포액으로부터 용제 성분을 증발시키기 위한 제 1 가열장치와,
    상기 가열장치에서 용제 성분이 증발되어진 기판을 열처리하는 제 2 가열장치와,
    상기 제 1 가열장치와 상기 제 2 가열장치와의 사이에서 기판을 전달하기 위한 전달부를 가지며,
    상기 제 2 가열장치와 상기 전달부가 배치되어져 있는 영역과, 상기 제 1 가열장치의 처리실 내는, 대기보다도 저산소분위기로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 가열장치는, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급수단과, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하기 위한 배기수단을 가지며,
    상기 영역은, 다른 영역과는 사절판에 의해 분위기가 차단되고,
    상기 영역 내에 가스를 공급하는 가스공급 수단과, 상기 영역 내의 분위기를 배기하기 위한 배기수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 가열장치의 상기 처리실은, 기밀성의 유지가 가능하도록 구성됨과 동시에,
    상기 제 1 가열장치는, 상기 처리실내를 감압하기 위한 배기수단을 가지고,
    상기 영역은, 사절판에 의해 다른 영역과는 분위기가 차단되며,
    상기 영역 내에 가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 영역 내의 분위기를 배기하기 위한 배기수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 사절판은, 상기 영역에 상기 기판을 반입 및 반출하기 위한 반입출구를 가지며,
    상기 반입출구는, 개폐가 자유로운 것을 특징으로 하는 막 형성 시스템.
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