JPH07221087A

JPH07221087A - 膜形成方法及びその装置

Info

Publication number: JPH07221087A
Application number: JP3412094A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Yomiya; 孝一余宮; Nobuhiro Asazuma; 信博浅妻
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ホットプレートを不要とし、且つＣＶＤ膜の
形成と塗布膜の溶剤の蒸発・焼き締めを同一の処理炉内
で行うようにした膜形成装置を提供する。【構成】高速な昇温及び降温が可能になされた熱処理
炉３０にて、まず、保持具に収容された被処理体Ｗに、
例えばＣＶＤにより成膜処理を施す。この被処理体は、
アンロードされた後、移載手段３４により塗布処理部２
８へ一枚ずつ搬送され、ここで例えばＳＯＧ溶液のよう
な処理液が塗布される。処理液が塗布された被処理体
は、移載手段により再度、保持具３２に移載された後、
熱処理炉内へ導入される。この被処理体は、炉内でまず
第１の温度まで加熱されて塗布された処理液中の溶剤が
蒸発され、引き続いて第２の温度まで昇温されて、処理
液を焼き締めて塗布膜を形成する。これにより、従来必
要とされたホットプレートや成膜用の熱処理炉を不要に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等の被処
理体の表面に成膜や塗布膜を連続的に形成する膜形成方
法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程にお
いては、例えば薄膜の形成、フォトリソグラフィー技術
を用いての所定の回路パターンの転写、エッチング等が
繰り返し行われる。また、近年の回路パターンの高集積
化、微細化に伴って、回路配線の多層化も進んでおり、
このような多層配線構造は、例えば一層の回路配線を形
成したならばこの表面全体を例えばＳｉＯ₂ 等の絶縁膜
で被ってしまい、更にこの表面に別の配線回路を形成す
ることにより多層構造となっている。このような多層構
造においては、上層に位置する回路配線を精度良く形成
するためには、凹凸になされた下層配線を絶縁するため
の層間絶縁膜の表面を平坦化することが必要である。

【０００３】そこで、層間絶縁膜を形成する際の表面平
坦化技術として、有機系のガラスを表面に塗布する塗布
ガラス（ＳＯＧ：ＳｐｉｎｏｎＧｌａｓｓ）を用い
ている。このＳＯＧ膜塗布方法は、例えばシラノール化
合物（Ｓｉ（ＯＨ）₄ ）のような膜となる成分と例えば
エチルアルコールのような溶媒とを混合してなる処理液
をウエハ表面に塗布し、熱処理で溶媒を蒸発させて重合
反応を行わしめて平坦な絶縁膜を形成する技術である。

【０００４】これを図１０に基づいて説明すると、ま
ず、被処理体である半導体ウエハＷの表面に凹凸状に配
線回路２を形成したならば（図１０（Ａ））、図１０
（Ｂ）に示すようにＳＯＧ膜を形成する前にこの上にＣ
ＶＤ法により例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）
を用いたＳｉＯ₂ としてＴＥＯＳ絶縁膜４を成膜する。
この場合、ＴＥＯＳ絶縁膜４の表面には、配線回路２の
凹凸レベルが緩和された状態で表れることになる。次
に、このウエハＷをスピンチャック上に載置させて、例
えば２０００〜６０００ｒｐｍ程度の回転数でウエハＷ
を回転させながらこの上にＳＯＧ溶液を滴下して遠心力
で拡散してＳＯＧ膜６を形成する（図１０（Ｃ））。次
に、これをプレヒート工程で１００〜１４０℃の温度下
で熱処理することによって溶媒を蒸発させた後、加熱装
置内にウエハを搬入して、これを約４００〜４５０℃の
温度下で熱処理することによりＳＯＧ膜をシロキサン結
合させている。次に、図１０（Ｄ）に示すようにＳＯＧ
膜６及びその下層のＴＥＯＳ絶縁膜４をエッチバックす
ることにより所定の厚さの表面が高精度に平坦な層間絶
縁膜を得ている。尚、ＳＯＧ膜を多層に形成する場合に
は、ウエハ上にＳＯＧ溶液を塗布して溶媒を蒸発する工
程を繰り返し行った後に、塗布後のウエハを加熱装置内
に搬入して熱処理等する。

【０００５】ところで、ウエハ表面にＳＯＧ溶液を塗布
する塗布処理工程においては、上述したように、ウエハ
を回転させながらウエハ表面にＳＯＧ溶液を滴下して拡
散させるスピンコート法によって１枚のウエハごとにＳ
ＯＧ溶液を塗布する枚葉処理が行われている。また、塗
布後のウエハを加熱処理する熱処理工程においては、作
業能率の面で複数枚のウエハをウエハボートのような保
持手段にて保持すると共に加熱装置内に搬入して行うバ
ッチ処理が適している。そのため、従来では枚葉処理の
塗布処理工程とバッチ処理の熱処理工程とをそれぞれ別
の装置で行っている。

【０００６】しかしながら、塗布処理工程と熱処理工程
とを別の装置で行うことは、設置スペースを広くする必
要があるばかりか、塗布処理後に一旦塗布装置の外に被
処理体を搬送した後に熱塗布膜形成のために搬入するた
め、処理効率の低下を招くという問題があった。更に
は、塗布処理後に被処理体を大気に晒すと、塗布面に有
機物や微細なごみ等が付着して歩留まりの低下をきたす
虞れがあった。

【０００７】そこで最近では図１１に示すように枚葉式
の塗布処理部とバッチ式の熱処理部とを一体化したシス
テムが提案されている。このシステムは、半導体ウエハ
Ｗを収納したウエハカセットＣが載置される入出力ポー
ト８と、ＳＯＧ溶液をウエハに塗布する塗布処理部１０
及びＳＯＧ溶液の溶媒を蒸発させる多段のホットプレー
ト１２などを含む塗布ユニット１４と、ＳＯＧ膜を焼き
締めるための縦型熱処理炉１６とを組み合わせてなるも
のである。このシステムによれば、入出力ポート８上の
ウエハカセットＣ内のウエハＷは搬出入領域１８のロボ
ットを介して搬送領域のロボットに受け渡され、塗布処
理部１０でＳＯＧ液が塗布された後ホットプレート１２
でプレヒートされる。その後ウエハＷはインタフェース
部２０を介して縦型熱処理炉１６の保持具に搭載され、
この保持具は、所定枚数例えば１００枚のウエハを載せ
て熱処理炉１６内に搬入される。この熱処理炉１６内は
予め例えば４００〜４５０℃に加熱されており、ウエハ
に塗布されたＳＯＧ膜が焼き締められる。

【０００８】また、この一体化システムの近傍には、Ｓ
ＯＧ溶液塗布の前工程として、配線回路の形成されたウ
エハ表面に前述の如くＴＥＯＳ絶縁膜をＣＶＤにより成
膜するためのＣＶＤ縦型熱処理炉２２が配置されてお
り、ここでＴＥＯＳ絶縁膜の形成されたウエハＷが炉外
に取り出され、これを大気雰囲気中を上記一体化システ
ムまで搬送して前述のようなＳＯＧ膜形成処理が行われ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の処
理工程には次のような問題があった。（１）ＳＯＧ膜の焼き締めを行うバッチ式の熱処理炉の
利点を活用するためには、プレヒート用のホットプレー
トを多数設ける必要があり、このため効率のよいレイア
ウトとして搬送領域の両側にそれぞれホットプレート１
２及び塗布処理部１０を設けて塗布ユニット１４を構成
しているが、塗布ユニットは広いスペースを占有してい
るため装置全体が大型化する。

【００１０】（２）入出力ポート８のキャリアＣに対し
てウエハの搬送を行う搬送ロボット、塗布ユニット１４
の搬送ロボット及び熱処理炉１６の保持具に対してウエ
ハを受け渡す搬送ロボットを必要とし、またこれらロボ
ット間の受け渡しのための中間機構なども必要となるた
め、搬送系が複雑である。

【００１１】（３）ＳＯＧ膜を焼き締めし、更にその上
にＳＯＧ膜を形成して多層化する場合、４００〜４５０
℃の熱処理炉から取り出されたウエハをホットプレート
の配列棚の一部に設けられたクールプレートで一旦冷却
し、次いでＳＯＧ液をウエハに塗布した後ホットプレー
トでプレヒートし、これを熱処理するため、こうした工
程を複数回繰り返す場合スループットが低い。

【００１２】（４）ＳＯＧ膜を形成するための前処理と
してＴＥＯＳ絶縁膜を形成しなければならないが、この
ためにＳＯＧ膜形成用の縦型熱処理炉１６の外に、別
途、ＣＶＤ縦型熱処理炉２２を設けなければならず、設
備コストが増大するのみならず、設置スペースも大きく
なるという問題点がある。

【００１３】（５）また、ＴＥＯＳ絶縁膜の形成された
ウエハを一体化システムに搬送するためには、ウエハを
一旦大気雰囲気中に晒さねばならず、このためウエハ表
面に大気中のパーティクルや有機物等が付着する虞れが
依然として存在している。

【００１４】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、ホットプレートを不要とし、且つＣＶＤ膜の
形成と塗布膜の溶剤の蒸発・焼き締めを同一の処理炉内
で行うようにした膜形成方法及びその装置を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１の発明によれば、膜形成装置において、
高速な昇温及び降温が可能になされ、被処理体に成膜処
理を含む熱処理を施すことが可能な熱処理炉と、複数の
前記被処理体を保持して前記熱処理炉に対して搬入搬出
するための保持具と、前記被処理体に処理液を塗布する
塗布処理部と、前記保持具と前記塗布処理部との間で前
記被処理体の受け渡しを行うことが可能な移載手段と、
前記熱処理炉内にて成膜処理した前記被処理体を前記塗
布処理部内に移載してこの表面に処理液を塗布し、処理
液の塗布された前記被処理体を再度前記熱処理炉内に搬
入した後、前記被処理体上の処理液の溶剤を蒸発させる
ために熱処理炉内を第１の温度に設定し、次いで焼き締
めて塗布膜を形成するために第２の温度に昇温するよう
に制御する制御部とを備えるようにしたものである。

【００１６】請求項４の発明によれば、膜形成方法にお
いて、高速な昇温及び降温が可能になされた熱処理炉に
て被処理体に成膜処理を施す成膜工程と、前記熱処理炉
から搬出した前記被処理体に処理液を塗布する塗布工程
と、前記処理液の塗布された前記被処理体を前記熱処理
炉内に搬入してこれを第１の温度に加熱して処理液の溶
剤を蒸発する蒸発工程と、その後、熱処理炉内を第１の
温度から第２の温度に昇温して焼き締めることにより塗
布膜を有するようにしたものである。

【００１７】

【作用】請求項１に規定する発明によれば、まず、配線
回路等の形成された被処理体を熱処理炉内に導入してこ
れに第１の絶縁膜例えばシリコン酸化膜を成膜する。次
に、第１の絶縁膜の形成された被処理体を塗布処理部へ
移載手段により搬送してこの表面に処理液、例えばＳＯ
Ｇ溶液を、遠心力を利用して一枚ずつ枚葉で塗布する。
処理液の塗布された被処理体が所定の枚数保持具に収容
されたならばこれを再度、熱処理炉内へ導入する。熱処
理炉内では、被処理体は温度の低い第１の温度まで高速
昇温されてこの温度で所定時間加熱されて上記処理液中
の揮発成分が蒸発され、次に、第１の温度よりも高い第
２の温度に再度昇温されて塗布層が焼き締められ、表面
が平坦な第２の絶縁膜が形成されることになる。尚、熱
処理後の被処理体は常温まで高速降温され、次の工程に
移される。このように、高速昇温・高速降温可能な熱処
理炉により成膜処理及び塗布層の乾燥・焼き締めを行う
ようにしたので、処理の迅速化を図ると共に装置の設置
スペースを大幅に削減することができる。上記した高速
昇温及び高速降温を可能とするために、熱処理装置には
大容量抵抗発熱体や熱処理炉の反応管の内外に冷却ガス
を流す高速冷却手段が設けられている。

【００１８】請求項４に規定する発明によれば、まず、
成膜工程において被処理体の表面には熱処理炉内にて例
えばシリコン酸化膜等が成膜され、この被処理体は熱処
理炉から取り出された後に、塗布工程においてその表面
に例えばＳＯＧ溶液が遠心力を利用してスピンコート法
により塗布される。ＳＯＧ溶液が塗布された被処理体は
再度、熱処理炉内へ導入され、ここで蒸発工程にて高速
昇温により第１の温度まで加熱されて処理液中の溶剤を
蒸発させ、次に、引き続き行われる焼き締め工程にて高
速昇温により第２の温度まで加熱して焼成し、塗布膜を
焼き締める。このように、成膜処理及び高速昇温・高速
降温が可能な熱処理炉を用いることにより、装置をコン
パクトして且つ膜形成効率を高めてスループットを向上
させることができる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明の膜形成方法及びその装置の
一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明
に係る膜形成装置を示す斜視図、図２は図１に示す装置
の概略平面図である。

【００２０】この膜形成装置２４は、外部との間で被処
理体としての半導体ウエハＷを収納したウエハカセット
Ｃの搬入・搬出を行うための入出力ポート２４と、ウエ
ハＷに処理液としてＳＯＧ溶液を塗布する塗布処理部２
８と、ウエハ表面にＣＶＤにより成膜を行ったりウエハ
表面に塗布されたＳＯＧ溶液の乾燥・焼き締めを行う縦
型の熱処理炉３０と、熱処理炉３０内で処理すべきウエ
ハＷを複数枚保持するための保持具、例えばウエハボー
ト３２と、このウエハボート３２と塗布処理部２８との
間でウエハＷの受け渡しを行う移載手段３４と、これら
の各構成部品の動作を制御する例えばマイクロコンピュ
ータ等よりなる制御部３４とにより主に構成されてお
り、この装置全体は、例えば矩形状の筐体３８内に収容
されている。

【００２１】上記入出力ポート２６は、筐体３８の正面
側の高さ方向中段に設けられ、複数個例えば４個のカセ
ットＣを横並びで設置できるカセットステージ４０を備
えており、各カセットＣ内には例えば２５枚のウエハＷ
を収容し得る。各カセットＣに対応する筐体側壁には、
カセットＣの搬出入口を開閉する外側ドア４２が開閉可
能に気密に設けられる。入出力ポート２６の筐体内側は
区画壁４４により気密に区画され、この区画壁４４には
上記各外側ドア４２に対向させて開閉可能に内側ドア４
４が形成されている。

【００２２】この入出力ポート２６の下部には、上記塗
布処理部２８が並設させて複数、図示例にあっては２個
配置されている。上記塗布処理部２８は、スピンコート
法によりウエハＷの表面にＳＯＧ溶液を塗布する塗布装
置であって、図４及び図５に示すように、モータＭによ
りカップ４６内で回転されるスピンチャック４８と、処
理液供給管５０Ａの先端部に設けられた処理液供給ノズ
ル５０と、リンス液供給管５２Ａの先端部に設けられた
リンス液供給ノズル５２と、これらノズル５０、５２を
把持してガイド棒５４に沿ってウエハの半径方向にスキ
ャンする可動アーム５６と、処理液供給ノズル５０を待
機させる処理液ノズル待機部５８Ａ及びダミーディスペ
ンス部５８Ｂと、リンス液供給ノズル５２を待機させる
リンス液ノズル待機部６０と、排気管６２とを備えてい
る。

【００２３】この塗布処理部２８における塗布処理につ
いて説明すると、スピンチャック４８上に載置されたウ
エハＷがスピンチャック４８と共に回転すると、処理液
供給ノズル５０が可動アーム５６により把持されてウエ
ハＷ上に移動して処理液であるＳＯＧ溶液を滴下する。
このＳＯＧ溶液は、膜となる成分例えばシラノール化合
物と溶媒例えばエチルアルコールとを混合してなる。こ
の時ウエハＷは高速回転（２０００〜６０００ｒｐｍ）
しているので、遠心力によってＳＯＧ溶液はウエハＷの
中心部から周縁部に向かって拡散してウエハＷ上にＳＯ
Ｇ膜が形成される。そしてＳＯＧ膜が形成された後ウエ
ハＷ上にリンス液供給ノズル５２が移動して、ウエハＷ
の周縁部のＳＯＧ膜がリンス液例えばエチルアルコール
によって溶解除去される。

【００２４】上記塗布処理部２８を区画するための外装
部を構成する筐体６４は、奥側（後述の熱処理炉の作業
室側）入出口６６Ａが形成されており、この入出口６６
Ａには上記作業室との間を仕切るための開閉ドア６６が
設けられている。またスピンチャック２２の停止位置は
常に同じか、或いはスタート位置と停止位置との位置関
係が常に同じに設定され、塗布処理部２に既にオリフラ
（オリエンテーションフラット）の位置合わせが行われ
ている場合には、オリフラの向きが狂わないようになっ
ている。尚、塗布処理部２８内に、例えば位置合わせ時
にのみ露出する発光受光センサなどを設けてここでオリ
フラ合わせを行うようにしてもよい。

【００２５】上記塗布処理部２８及び入出力ポート２６
は、上記移載手段３４を配置する作業室に臨ませて配置
され、この対向位置にはウエハボート３２を載置するた
めのボートステージ６８が設けられている。上記移載手
段３４は図３に示すように例えば５枚のフォーク７０Ａ
〜７０Ｅを有しており、これらフォーク７０Ａ〜７０Ｅ
が基台７２に沿って駆動部７４により同時に進退できる
ように構成されている。また、この駆動部７４は図示し
ない回転軸により基台７２に対して水平面内をθ方向へ
回転自在に支持され、この基台７２は、作業室内をＸ方
向に延びるＸ方向ボールネジ７４に移動可能に支持され
ると共にこのＸ方向ボールネジ７４の両端は、上下方向
すなわちＺ方向に延びるＺ軸ボールネジ７６に支持材７
８を介してＺ方向へ移動可能に支持されている。

【００２６】ウエハボート３２は、ウエハＷを多数枚例
えば１００枚上下方向に等間隔で配列保持して熱処理炉
３０内に搬入するためのものであり、その構造の詳細に
関しては後述する。この移載手段３４を駆動することに
より、キャリアＣ、塗布処理部２８及び塗布処理部２８
相互間でウエハＷの移載を行うようになっている。

【００２７】この例ではボートステージ６８には２個の
ウエハボート３２、３２が作業室に臨ませた位置（第１
位置、第２位置）に各々起立した状態で横に並んで載置
されるようになっている。上記ボートステージ６８の奥
側であって熱処理炉３０の下方には、図６にも示すよう
に熱処理炉３０内に対してウエハボート３２をロード、
アンロードするためのボートエレベータ８０が設けら
れ、また、ボートステージ６８の中央部にはウエハボー
ト３２を、ボートエレベータ８０（詳しくはボートエレ
ベータ８０の保温筒８０Ａ上）と上記第１位置及び第２
位置との間で移載するボート移載手段８２が配置されて
いる。このボート移載手段８２は、ウエハボート３２の
底板の下面を保持して、回転、上下動、進退動作ができ
るように構成されている。

【００２８】前記熱処理炉３の構造に関して図７及び図
８を参照しながら説明すると、図７中８４は、例えば石
英で作られた内管８４Ａ及び外管８４Ｂよりなる二重管
構造の反応管であり、この反応管８４の周囲にはこれを
取り囲むように加熱部８６が設けられると共に、反応管
８４の下部側には金属製のマニホールド８８が設けられ
ている。このマニホールド８８には、ガス供給管９０と
排気管９２とが接続されている。

【００２９】本実施例においては、この熱処理炉３にお
いて、例えばＣＶＤによるＳｉＯ₂の成膜のみならずウ
エハ表面に塗布されたＳＯＧ溶液の乾燥・焼き締めも行
う。そのために、上記ガス供給管９０には、成膜を行う
ための処理ガスを供給するための処理ガス供給系１０５
として、例えばオゾン源９４及びＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ
ＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｃａｔｅ）源９６が
それぞれ開閉弁９８、１００及び流量制御弁としてのマ
スフローコントローラ（ＭＦＣ）１０２、１０４を介し
て接続されていると共に炉内雰囲気置換用の不活性ガ
ス、例えば窒素ガスを供給するために窒素ガス源１０６
が開閉弁１０８及びマスフローコントローラ１１０を介
して接続されている。更に、このガス供給管９０には、
反応管８４内のウエハの冷却を補助するために比較的低
温の不活性ガス、例えば窒素ガスを供給するために液体
窒素源１１２が開閉弁１１４、ガス温度調整用の加熱機
構１１６及びマスフローコントローラ１１８を介して接
続されている。

【００３０】上記加熱部８６は、図８に示すように断熱
材１２０の内周面に、大熱量抵抗発熱体として抵抗発熱
線１２２を上下方向へ繰り返し屈曲させながらその周方
向に沿って設けてなる加熱ブロックを複数段配列して構
成されている。ここで上記抵抗発熱線１２２としては単
位面積当たり非常に大きな熱量を発生することができる
材料、例えば二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）が使用
され、これにより１２００℃で２０Ｗ／ｃｍ² という大
きな発熱量を得ることができ、例えば反応管８４内を５
０〜１００℃／分の高速で昇温可能としている。また、
各加熱ブロックには、図示しない熱電対等の温度センサ
が設けられており、この検出値に基づいて例えばマイク
ロコンピータ等よりなる制御部１２４は各抵抗発熱線１
２２に供給する電力を制御する。この制御部１２４は、
ＣＶＤによる成膜時には反応管８４内を例えば７００℃
程度に加熱し、また、ウエハ上に塗布されたＳＯＧ溶液
を熱処理する場合には、まず、ＳＯＧ溶液の溶媒を蒸発
させるために反応管８４内を第１の温度例えば１００〜
１４０℃に昇温し、次いで、ＳＯＧの膜となる成分を反
応させるために第２の温度例えば４００〜４５０℃に昇
温するように制御する。この制御部１２４は、この装置
全体の駆動部を制御するものであり、従って、上記熱処
理炉３０の他に、前記塗布処理部２８等の動作制御、各
種ガスの供給量の制御等も行う。

【００３１】上記ボートエレベータ８０のアーム８０Ｂ
の先端には、上記反応管８４の下端開口部を密閉可能に
開閉する蓋体１２６が設けられており、この蓋体１２６
上に保温筒８０Ａを介して上記ウエハボート３２が載置
される。上記加熱部８６の下端部と反応管８４との間に
は、シャッタ１２８を介して装置の外部に開口するか或
いは送気ファン１３０に連通する吸気管１３２が例えば
反応管８４の周方向に４ケ所形成されており、この吸気
管１３２の先端にはノズル１３４が設けられている。更
に加熱部８６の上面には、排気ダクト１３６に連通する
排気口１３８が形成されており、この排気ダクト１３６
には、排気口１３８を開閉するために支軸１４０Ａを支
点として回動するシャッタ１４０、熱交換器１４２及び
排気ファン１４４が順次設けられている。これら送気フ
ァン１３０、吸気管１３２、排気ダクト１３６及び送気
ファン１４４等は、ウエハＷに対して熱処理が終了した
後に、反応管８４内を冷却空気により強制冷却するため
の高速冷却手段１４６を構成するものである。

【００３２】このような装置では、熱処理後、加熱部８
６のスイッチをオフにし、高速冷却手段１４６のシャッ
タ１２８及び１４０を開くと共に送気ファン１３０及び
排気ファン１４４を作動させ、これにより吸気管１３２
のノズル１３４から反応管８４の外周を通って排気口１
３８へ向けて急速に流通させ、反応管８４内を冷却す
る。このような高速冷却手段１４６を用いれば、３０〜
１００℃／分もの速い速度で反応管８４内を降温させる
ことができる。また、例えば反応管８４内が１００℃程
度になった後、液体窒素源１１２からの液体窒素を加熱
機構１１６で所定の温度に調整して反応管８４内に供給
し、冷却能力を大きくして例えば２３℃程度まで急冷す
るようにする。

【００３３】このように、ウエハを２３℃程度まで冷却
する理由は、もし反応管８４の温度が高い状態で反応管
底部を開いた場合にはこれからの放熱により反応管下方
の雰囲気温度がかなり高くなってしまい、このような状
態ではＳＯＧ溶液をウエハ表面に均一に塗布することが
できないからである。また、この装置内の全体は、図示
しないクリーンガス供給系及び排気系により温度及び湿
度調整された例えば窒素ガスの如き不活性ガス雰囲気に
なされている。

【００３４】このように乾燥雰囲気とすることにより、
ウエハに付着した水分が塗布膜中に入り込んで熱処理時
に塗布膜にクラックが生じることを防止でき、更に作業
雰囲気をＮ₂ ガス雰囲気とすれば、ウエハ移載時にウエ
ハ表面に自然酸化膜が成長するのを抑えることができ、
絶縁膜の耐圧の低下などを防止する上で有効である。

【００３５】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、処理前のウエハＷが例え
ば２５枚収容されたカセットＣを外側ドア４２を開いて
外部より入出力ポート２６のカセットステージ４０上に
４個搬入する。このウエハ表面には既に前工程にて凹凸
状の配線回路２が形成されている（図１０（Ａ）参
照）。上記カセットＣ内からは移載手段３４によりウエ
ハＷを一度に５枚ずつ取り出してボートステージ６８上
の例えば第１の位置に起立させて設置してあるウエハボ
ート３２に移載する。このウエハボート６８に所定枚
数、例えば１００枚のウエハＷが移載されたならば、こ
のウエハボート６８をボート移載手段８２により第１の
位置からボートエレベータ８０の保温筒８０Ａ上に移載
し、ボートエレベータ８０を上昇させてウエハボート３
２を反応管８４内に搬入し、まず、熱処理としてＳｉＯ
₂ の成膜処理を行う。図９（Ａ）は反応管８４内の温
度、図９（Ｂ）は加熱部８６の抵抗発熱線１２２への供
給電力、図９（Ｃ）は処理ガスの流量、図９（Ｄ）は冷
却空気の送風量、図９（Ｅ）は冷却用窒素ガスの流量を
示す図であり、これらの図を参照しつつ成膜処理につい
て説明する。

【００３６】まず、熱処理炉３０内は予め窒素ガス源１
０６からの窒素により充填され、常温（例えば２３℃）
になっており、ウエハのローディングが完了すると反応
管８４を所定のプロセス圧力、例えば７０ｍＴｏｒｒま
で真空引きしつつ制御部１２４のコントロールによって
加熱部８６に電力を供給し、反応管８４内をプロセス温
度、例えば７００℃程度まで昇温させる。この場合、前
述のように反応管８４は５０〜１００℃／分の高い昇温
速度で温度上昇するので数分間で目的とするプロセス温
度までウエハＷを加熱することができる。この点、従来
の通常の縦型熱処理炉の昇温速度は２〜３℃／分程度で
あることから非常に遅く、従来の熱処理炉を用いたと仮
定すると昇温及び降温に多大な時間を必要としてしま
い、スループットが大幅に低下してしまう。

【００３７】上述のようにプロセス温度までウエハＷが
加熱されたならば、時間Ｔ１にて処理ガスとしてオゾン
源９４及びＴＥＯＳ源９６からそれぞれ所定量のオゾン
及びＴＥＯＳを流し、所定時間だけ減圧ＣＶＤによる成
膜処理を行ってＴＥＯＳのＳｉＯ₂ 膜をウエハ表面上に
形成する（図１０（Ａ）参照）。所定時間の成膜処理を
行ったならば、時間Ｔ２にて処理ガスの供給及び抵抗発
熱線１２２への電力供給を停止し、同時に高速冷却手段
１４６のシャッタ１２８、１４０を開くと共に送風ファ
ン１３０及び排気ファン１４４を動作させてノズル１３
４から冷却空気を流し、これにより抵抗発熱線１２２及
び反応管８４を強制的に且つ高速で冷却する。そして、
反応管８４内が所定の温度、例えば１００℃程度まで降
温したら、時間Ｔ３にて液体窒素源１１２から加熱機構
１１６により所定の温度に調整された窒素ガスを反応管
８４内に供給すると共にこれを排気管９２から排気さ
せ、反応管８４内の降温を更に加速させてウエハ温度を
常温、例えば２３℃程度まで降温する。この場合、本実
施例においては上述のように反応管８４を冷却するため
に高速冷却手段１４６及び補助冷却用の液体窒素源１１
２を設けてあるので、前述のように３０〜１００℃／分
もの高速で反応管８４内を降温させることができるの
で、数分間でウエハを常温にすることができる。尚、こ
のＴＥＯＳのＣＶＤ成膜工程の間に、ボートステージの
第２の位置に起立されたウエハボート３２中には未処理
のウエハが移載される。

【００３８】常温までウエハ温度を降温させたならば、
ボートエレベータ８０を駆動してウエハボート３２を降
下させ、このウエハボート３２をボート移載手段８２に
よりボートステージ上の第１の位置に移載する。次に、
図１０（Ｂ）に示すようにＴＥＯＳのＳｉＯ₂ 膜の形成
されたウエハＷを移載手段３４によりウエハボート３２
から取り出し、これをカセットステージ４０上のカセッ
トＣ内に一時的に収容するか或いは直接塗布処理部２８
へ収容しＳＯＧ溶液の塗布を行う。ウエハＷをカセット
Ｃへ一時的に収容する場合には、ウエハＷを一度に５枚
ずつ移載し、この移載が完了したらカセットＣ内のウエ
ハを１枚ずつ塗布処理部２８へ移載しＳＯＧ溶液の塗布
行う。また、ウエハボート３２から直接塗布処理部２８
へウエハを移載する場合には、１枚ずつ移載する。尚、
以下に説明するＳＯＧ溶液の塗布工程中においては、先
のＴＥＯＳのＣＶＤ成膜中に第２の位置に設置されてい
るウエハボートに移載された未処理のウエハが、ＴＥＯ
ＳのＣＶＤ成膜が行われる。

【００３９】この塗布処理部２８においては、先に図４
及び図５を参照しつつ説明したようにウエハＷの表面に
ＳＯＧ溶液を滴下して遠心力により拡散塗布し、ウエハ
Ｗの周縁部をリンス液で洗浄した後、開閉ドア６６を開
き、ＳＯＧ溶液の塗布されたウエハを移載手段３４によ
り第１の位置に起立されているウエハボートに再度移載
する。１枚のウエハＷにＳＯＧ溶液を塗布するに要する
時間は略１分間程度であり、本実施例にあっては、塗布
処理部２８が２個設けられているのでこれらを連続的に
稼働することによりスループットを向上させることがで
きる。

【００４０】従って、例えば１００枚のウエハ全てを塗
布するに要する時間は多くても１００分程度である。ま
た、塗布処理時には塗布処理部２８の排気管６２より内
部雰囲気が排気されているので、作業室内に溶剤揮発分
が流出することはない。ＳＯＧ溶液の塗布されたウエハ
Ｗの断面は図１０（Ｃ）に示される。

【００４１】このようにしてウエハボート３２に所定枚
数、例えば１００枚のウエハＷが搭載された後、このウ
エハボート３２をボート移載手段８２により第１の位置
からボートエレベータ８０の保温筒８０Ａ上に再度移載
し、ボートエレベータ８０を上昇させてウエハボート３
２を熱処理炉３０内へロードする。尚、この時までに、
他方のウエハボートに収容されたウエハへのＴＥＯＳの
ＣＶＤ成膜が終了しており、熱処理炉３０内は常温にな
されている。

【００４２】熱処理炉３０内へ導入されたウエハＷに
は、前述したＴＥＯＳのＣＶＤ成膜時と同様な高速昇
温、高速降温により熱処理が施され、ＳＯＧ溶液膜の乾
燥・焼き締めが連続して行われる。すなわち、まず、時
間Ｔ４において制御部１２４のコントロールによって加
熱部８６に電力を供給し、これにより反応管８４内を第
１の温度、例えば１００〜１４０℃の温度まで上昇さ
せ、この温度を例えば２０分間維持してウエハ表面中に
塗布されたＳＯＧ溶液中の溶剤（エチルアルコール）を
蒸発させる。このような蒸発工程が時間Ｔ５において終
了したならば、抵抗発熱線１２２に供給する電力を大き
くして反応管８４内を第２の温度、例えば４００〜４５
０℃まで昇温させ、この温度を例えば１０分間維持して
ＳＯＧ溶液中の塗布ガラス膜となる成分を反応させるこ
とによって焼き締め、ウエハ表面にＳＯＧ膜を形成す
る。

【００４３】このようにして焼き締め工程が終了したな
らば、時間Ｔ６において抵抗発熱線１２２への電力の供
給を止め、前述した熱処理炉の高速冷却時と同様に高速
冷却手段１４６のシャッタ１２８、１４０を開くと共に
送気ファン１３０及び排気ファン１４４を動作させてノ
ズル１３４から冷却空気を流し、これにより抵抗発熱線
１２２及び反応管８４を強制的に且つ高速で冷却する。
そして、反応管８４内が所定の温度まで降温したら、時
間Ｔ７にて液体窒素源１１２から加熱機構１１６により
所定の温度に調整された窒素ガスを反応管８４内に供給
すると共にこれを排気管９２から排気させ、反応管８４
内の降温を更に加速させてウエハ温度を常温、例えば２
３℃程度まで降温する。

【００４４】このような反応管８４の昇温及び降温は、
前述のように昇温時には５０〜１００℃／分の昇温速度
で、降温時には３０〜１００℃／分の降温速度で行うこ
とができるので、非常に短時間、例えば常温のウエハを
蒸発工程を行う１００℃程度まで昇温するのに１分間程
度、１００℃程度のウエハを焼き締め工程を行う４００
℃程度まで昇温するのに３分程度、また、４００℃程度
のウエハを常温まで降温するのに４分程度それぞれ要す
るのみで非常な速さで昇温及び降温を行うことができ
る。

【００４５】このようにして、常温までウエハ温度を降
温させたならば、ボートエレベータ８０を駆動してウエ
ハボート３２を降下させ、このウエハボート３２をボー
ト移載手段８２によりボートステージ上の第１の位置に
移載する。このウエハボート内の処理済みのウエハは、
移載手段３４により例えば一度に５枚ずつ取り出され
て、カセットステージ上のカセットＣ内に移載されるこ
とになる。尚、塗布されたＳＯＧ溶液の溶媒の蒸発工程
及び焼き締め工程の間は、蒸発した溶媒を排気するため
に僅かな量の窒素ガスが窒素ガス源１０６から流されて
いる。

【００４６】このように本実施例によれば、高速昇温及
び高速降温が可能な熱処理炉３０に例えばＣＶＤによる
ＳｉＯ₂ 成膜用の処理ガス供給源１０５を設けるように
し、この熱処理炉により、凹凸状の配線回路が形成され
たウエハ表面へのＣＶＤによるＳｉＯ₂ の成膜処理、ウ
エハ表面に塗布されたＳＯＧ溶液中の溶剤の蒸発処理及
びこのＳＯＧ塗膜の焼き締め処理を行うことができるの
で、従来、別途必要とされたＣＶＤによるＳｉＯ₂ 膜形
成用の縦型処理炉及びＳＯＧ塗膜乾燥用の多数のホット
プレートを不要にすることができる。従って、装置全体
を大幅に小型化できるのみならず、設置スペースも大幅
に削減することができる。

【００４７】また、熱処理炉３０における高速昇温、高
速降温が可能なことからＣＶＤによる成膜処理及びＳＯ
Ｇ塗膜の乾燥・焼き締め処理も迅速に行うことができ、
スループットを大幅に向上させることができる。更に、
前記した一連の処理は、同一の密閉された筐体内で行う
ことができるので、例えば従来装置にあってはＣＶＤに
よるＳｉＯ₂ 成膜がなされたウエハは搬送時に一担大気
に晒されてパーティクル付着の機会が生じてしまってい
たが、本実施例ではそのような機会はなく、従って、歩
留まりも向上させることができる。

【００４８】熱処理炉における昇温速度及び降温速度に
関しては、ある程度以上のスループットの確保、ウエハ
への熱的ストレスの限界等を考慮すると、それぞれ５０
〜２００℃、３０〜１５０℃が好ましい。また、本実施
例にあっては、ＣＶＤによるＳｉＯ₂ 成膜の処理ガスと
してＴＥＯＳとオゾンを用いた場合について説明した
が、この種の処理ガスに限定されないのは勿論である。

【００４９】また、装置構成に関しては、本実施例のも
のに限定されるものではなく、例えばカセットＣの載置
数は４個に限定されず、それ以上或いはそれ以下の個数
としてもよく、また塗布処理部２８も２個に限定され
ず、それ以上、或いは１個のみ設けるようにしてもよ
い。これらの数量は、ウエハボート３２におけるウエハ
収容枚数等を考慮して決定する。

【００５０】更には、窒素源としては反応管８４内雰囲
気の置換用の窒素ガス源１０６と補助冷却用の液体窒素
源１１２を設けたが、置換用の窒素ガス源１０６を設け
ず、これを液体窒素源１１２により兼用させるようにし
てもよい。また、ウエハを移載する移載手段３４は、ウ
エハを保持してＸ、Ｚ、θ方向に移動可能であるなら
ば、ここで説明した構造のものに限定されない。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の膜形成方
法及びその装置によれば、次のように優れた作用効果を
発揮することができる。請求項１に記載する発明によれ
ば、高速昇温及び高速降温可能な熱処理炉によって成膜
処理及び塗布されて処理液の乾燥・焼き締めを行うよう
にしたので、従来必要とされたＣＶＤ成膜用の熱処理炉
やホットプレートを不要にすることができ、装置全体を
大幅に小型化できるのみならず、設置スペースの削減も
図ることができる。また、塗布された処理液の乾燥・焼
き締めを、被処理体を移載することなく連続的に行うこ
とができるので、スループットを向上させることができ
る。更には、成膜処理のなされた被処理体を大気中に晒
す必要がなく一連の処理を同一筐体内で行うので、これ
に付着するパーティクルを抑制でき、歩留まりの向上を
図ることができる。請求項４の発明によれば、高速な昇
温及び降温が可能な熱処理炉において、成膜処理と塗布
された処理液の蒸発工程及び焼き締め工程を行うように
したので、従来必要としたＣＶＤ成膜用の熱処理炉やホ
ットプレートを不要にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る膜形成装置を示す斜視図である。

【図２】図１に示す装置の概略平面図である。

【図３】被処理体を移載する移載手段を示す斜視図であ
る。

【図４】塗布処理部を示す概略平面図である。

【図５】塗布処理部を示す概略断面図である。

【図６】熱処理炉の保持具の動きを説明するための説明
図である。

【図７】熱処理炉の一例を示す縦断面図である。

【図８】熱処理炉の加熱部を示す断面図である。

【図９】熱処理炉内の温度、抵抗発熱体への電力、処理
ガスの流量、冷却空気の送風量及び窒素ガスの流量の相
互関係を示すグラフである。

【図１０】被処理体の表面に形成される膜の形成過程を
説明するための説明図である。

【図１１】従来の膜形成装置の全体を示す概略平面図で
ある。

【符号の説明】

２配線回路４ＴＥＯＳ絶縁膜６ＳＯＧ膜２４膜形成装置２６入出力ポート２８塗布処理部３０熱処理炉３２ウエハボート（保持具）３４移載手段３６制御部３８筐体６８ボートステージ８０ボートエレベータ８２ボート移載手段８４反応管８６加熱部９４オゾン源９６ＴＥＯＳ源１０５処理ガス供給系１１２液体窒素ガス源１２２抵抗発熱線（大熱量抵抗発熱体）１２４制御部１３０送風ファン１４４排気ファン１４６高速冷却手段Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速な昇温及び降温が可能になされ、被
処理体に成膜処理を含む熱処理を施すことが可能な熱処
理炉と、複数の前記被処理体を保持して前記熱処理炉に
対して搬入搬出するための保持具と、前記被処理体に処
理液を塗布する塗布処理部と、前記保持具と前記塗布処
理部との間で前記被処理体の受け渡しを行うことが可能
な移載手段と、前記熱処理炉内にて成膜処理した前記被
処理体を前記塗布処理部内に移載してこの表面に処理液
を塗布し、処理液の塗布された前記被処理体を再度前記
熱処理炉内に搬入した後、前記被処理体上の処理液の溶
剤を蒸発させるために熱処理炉内を第１の温度に設定
し、次いで焼き締めて塗布膜を形成するために第２の温
度に昇温するように制御する制御部とを備えるように構
成したことを特徴とする膜形成装置。
【請求項２】前記熱処理炉は、成膜処理を行うための
処理ガス供給系と、高速な昇温を可能とするための大熱
量抵抗発熱体と、高速な降温を可能とするための高速冷
却手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の
膜形成装置。
【請求項３】前記成膜はシリコン酸化膜であり、前記
処理液はＳＯＧ溶液であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の膜形成装置。
【請求項４】高速な昇温及び降温が可能になされた熱
処理炉にて被処理体に成膜処理を施す成膜工程と、前記
熱処理炉から搬出した前記被処理体に処理液を塗布する
塗布工程と、前記処理液の塗布された前記被処理体を前
記熱処理炉内に搬入してこれを第１の温度に加熱して処
理液の溶剤を蒸発する蒸発工程と、その後、熱処理炉内
を第１の温度から第２の温度に昇温して焼き締めること
により塗布膜を形成する焼き締め工程とを有することを
特徴とする膜形成方法。