JP3527868B2 - 半導体基板の熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
半導体基板の熱処理装置及び熱処理方法Info
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- JP3527868B2 JP3527868B2 JP33046699A JP33046699A JP3527868B2 JP 3527868 B2 JP3527868 B2 JP 3527868B2 JP 33046699 A JP33046699 A JP 33046699A JP 33046699 A JP33046699 A JP 33046699A JP 3527868 B2 JP3527868 B2 JP 3527868B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ等の
基板の表面に低誘電率（Low-k）層間絶縁膜を形成する
ための薬液を塗布し、その薬液を基板上に焼結する半導
体基板の熱処理装置及び熱処理方法に関するものであ
る。
基板の表面に低誘電率（Low-k）層間絶縁膜を形成する
ための薬液を塗布し、その薬液を基板上に焼結する半導
体基板の熱処理装置及び熱処理方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハ等の基板上に塗布されたレ
ジスト液、ＳＯＧ（Spin On Glass）等の薬液を基板上
で乾燥又は、焼結する熱処理工程は、従来、大気雰囲気
又は、それに近い高酸素濃度雰囲気で行われていた。
ジスト液、ＳＯＧ（Spin On Glass）等の薬液を基板上
で乾燥又は、焼結する熱処理工程は、従来、大気雰囲気
又は、それに近い高酸素濃度雰囲気で行われていた。
【０００３】従来の熱処理装置（ベーク装置）の一例を
図５に示す。このベーク装置では、ハウジング１により
形成される処理室２の基板受渡し位置Ａに対応して処理
室２を外気と遮断するシャッタ３を備えているが、特
に、処理室２内を密閉するように考慮されておらず、構
造上、処理室２は前述のごとく外気に開放されている。
処理室２内において、基板ベークのためのホットプレー
ト４は処理基板Ｗに対して下面側に配され、基板上部に
は同心円状外周部に窒素ガス（Ｎ2）の吐出口５が配さ
れ、上部中央には処理室２内の雰囲気を排出する排気口
６が配されている。
図５に示す。このベーク装置では、ハウジング１により
形成される処理室２の基板受渡し位置Ａに対応して処理
室２を外気と遮断するシャッタ３を備えているが、特
に、処理室２内を密閉するように考慮されておらず、構
造上、処理室２は前述のごとく外気に開放されている。
処理室２内において、基板ベークのためのホットプレー
ト４は処理基板Ｗに対して下面側に配され、基板上部に
は同心円状外周部に窒素ガス（Ｎ2）の吐出口５が配さ
れ、上部中央には処理室２内の雰囲気を排出する排気口
６が配されている。
【０００４】一般に薬液を塗布された基板は、図示され
ていないロボット等によって直ちにベーク装置の処理室
２内に搬入され、ベーク処理位置Ｂと基板受渡し位置Ａ
の間で昇降・停止可能であって予め基板受渡し位置Ａで
待機している基板支持ピン７上に置かれ、基板支持ピン
７がエアシリンダ８の作動で降下することにより、ベー
ク処理が始まる。ベーク処理後、処理基板Ｗは基板支持
ピン７により、基板受渡しレベルＡまで上昇し、前記ロ
ボットによりベーク装置より搬出され、次工程へ搬送さ
れる。
ていないロボット等によって直ちにベーク装置の処理室
２内に搬入され、ベーク処理位置Ｂと基板受渡し位置Ａ
の間で昇降・停止可能であって予め基板受渡し位置Ａで
待機している基板支持ピン７上に置かれ、基板支持ピン
７がエアシリンダ８の作動で降下することにより、ベー
ク処理が始まる。ベーク処理後、処理基板Ｗは基板支持
ピン７により、基板受渡しレベルＡまで上昇し、前記ロ
ボットによりベーク装置より搬出され、次工程へ搬送さ
れる。
【０００５】また、ベーク装置の他の例として、例え
ば、特開平１１−８１７５号公報に示されるように、ハ
ウジングによる一つの処理ケース内に、ベーク用のホッ
トプレートとベーク処理後の基板を冷却処理するクーリ
ングプレートとを備え、ホットプレートとクーリングプ
レートとの間で基板の移動を行うことで、ケース内に基
板を収納したままで、ベーキング処理のための昇温及び
クーリング処理のための降温を行うことができるように
し、また、ベーキング処理後に送風及び排気を行うこと
で、雰囲気温度を降下させ、基板の冷却効率を上げるよ
うにしている。この装置においては、基板の出し入れに
伴う気流の巻き込みによりケース内の温度変化があって
も、温度が安定するまでの間、基板を待機させることが
でき、ホットプレートによる加熱温度が安定してから基
板の加熱を行うことが可能で、昇温・降温時の基板での
熱分布ムラの低減、処理の不均一性の低減等が図れる。
ば、特開平１１−８１７５号公報に示されるように、ハ
ウジングによる一つの処理ケース内に、ベーク用のホッ
トプレートとベーク処理後の基板を冷却処理するクーリ
ングプレートとを備え、ホットプレートとクーリングプ
レートとの間で基板の移動を行うことで、ケース内に基
板を収納したままで、ベーキング処理のための昇温及び
クーリング処理のための降温を行うことができるように
し、また、ベーキング処理後に送風及び排気を行うこと
で、雰囲気温度を降下させ、基板の冷却効率を上げるよ
うにしている。この装置においては、基板の出し入れに
伴う気流の巻き込みによりケース内の温度変化があって
も、温度が安定するまでの間、基板を待機させることが
でき、ホットプレートによる加熱温度が安定してから基
板の加熱を行うことが可能で、昇温・降温時の基板での
熱分布ムラの低減、処理の不均一性の低減等が図れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体デバイスの微細化に伴い、配線容量が下げられる低消
費電力化の可能な低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜
が、従来のＳＯＧに代わり有望視されている。この材料
は化学的性質上、高酸素濃度雰囲気（100ppm以上）で加
熱処理（200℃以上）を行うと、反応が過剰となって不
都合である。
体デバイスの微細化に伴い、配線容量が下げられる低消
費電力化の可能な低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜
が、従来のＳＯＧに代わり有望視されている。この材料
は化学的性質上、高酸素濃度雰囲気（100ppm以上）で加
熱処理（200℃以上）を行うと、反応が過剰となって不
都合である。
【０００７】上述した従来技術による熱処理装置や上記
公報に示されるようなベーク装置は、一般の薬液塗布後
の熱処理を行うものであることから、構造上、外気と処
理室内は完全に遮断されておらず、処理中にも各所の開
口部から大気雰囲気が処理室内へ流入してしまう。ま
た、加熱処理前後において、基板の温度を薬液の大気開
放可能温度域以内に抑えることは容易ではない。そのた
め、低誘電率（Low-k）層間絶縁膜の薬液の場合は、反
応が過剰になり、適正な熱処理が行えない。
公報に示されるようなベーク装置は、一般の薬液塗布後
の熱処理を行うものであることから、構造上、外気と処
理室内は完全に遮断されておらず、処理中にも各所の開
口部から大気雰囲気が処理室内へ流入してしまう。ま
た、加熱処理前後において、基板の温度を薬液の大気開
放可能温度域以内に抑えることは容易ではない。そのた
め、低誘電率（Low-k）層間絶縁膜の薬液の場合は、反
応が過剰になり、適正な熱処理が行えない。
【０００８】しかも、基板搬出入時のシャッタ開閉に伴
い流入する大気雰囲気の流量に対して、処理基板上部よ
り排出されるＮ2流量が少ないうえ、外気に対して開口
部が多い構造のため、効率良く処理室内の大気雰囲気を
置換することができない（処理室内の雰囲気を低酸素濃
度に置換するという考えがない）。また、基板上部より
Ｎ2を排出する構成においては、加熱処理後の冷却時間
を短くするために温度勾配を上げるべくＮ2流量を多く
すると、基板表面の膜厚分布に悪影響を及ぼす。さらに
は、処理室内の雰囲気を低酸素濃度に保持して加熱処理
を行うには、加熱処理中も不活性ガスによるパージ動作
を行う必要があることが明らかになったが、その気流が
基板に直接に当たると、処理ムラの原因となる。
い流入する大気雰囲気の流量に対して、処理基板上部よ
り排出されるＮ2流量が少ないうえ、外気に対して開口
部が多い構造のため、効率良く処理室内の大気雰囲気を
置換することができない（処理室内の雰囲気を低酸素濃
度に置換するという考えがない）。また、基板上部より
Ｎ2を排出する構成においては、加熱処理後の冷却時間
を短くするために温度勾配を上げるべくＮ2流量を多く
すると、基板表面の膜厚分布に悪影響を及ぼす。さらに
は、処理室内の雰囲気を低酸素濃度に保持して加熱処理
を行うには、加熱処理中も不活性ガスによるパージ動作
を行う必要があることが明らかになったが、その気流が
基板に直接に当たると、処理ムラの原因となる。
【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、処理室内雰囲気の低酸素濃度化を容易に実現し、従
来では困難であった、基板上に形成する低誘電率（Ｌｏ
ｗ−ｋ）層間絶縁膜の材料を適正に加熱処理することが
でき、しかも、加熱及び冷却の処理時間の短縮が図れ、
また、処理室内雰囲気の低酸素濃度への置換のためのパ
ージが基板処理の均一化に影響を与えることのない半導
体基板の熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目
的とする。
で、処理室内雰囲気の低酸素濃度化を容易に実現し、従
来では困難であった、基板上に形成する低誘電率（Ｌｏ
ｗ−ｋ）層間絶縁膜の材料を適正に加熱処理することが
でき、しかも、加熱及び冷却の処理時間の短縮が図れ、
また、処理室内雰囲気の低酸素濃度への置換のためのパ
ージが基板処理の均一化に影響を与えることのない半導
体基板の熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、半導体基板の表面に低誘電率（Ｌｏｗ−
ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液が塗布され、この
薬液を低酸素濃度雰囲気で加熱処理して焼結させる半導
体基板の熱処理装置において、被処理基板の受渡しに際
してのシャッタ開閉時以外は大気と遮断され、一連の熱
処理を低酸素濃度雰囲気で行うための密閉容器と、該密
閉容器内の高酸素濃度の大気雰囲気を置換して、低酸素
濃度にするために密閉容器内に不活性ガスを吐出する吐
出手段、及び容器内雰囲気を排気する排気手段と、該密
閉容器内に設けられ、前記被処理基板に対して上面側に
位置し前記基板を加熱処理するベークプレートと、該密
閉容器内に設けられ、前記被処理基板に対して下面側に
位置し、加熱処理後の高温の基板を焼結された薬液が高
酸素濃度の大気雰囲気に開放可能な温度域まで冷却処理
するクールプレートと、該密閉容器内に設けられ、前記
加熱処理位置と冷却処理位置の間で基板を水平に保った
まま昇降が可能であって、さらに中間位置で基板の受渡
しに際して停止可能な基板支持部材とを備え、前記吐出
手段は、前記クールプレートの下方周囲に配置されたチ
ューブに複数の穿孔からなる吐出口を有し、前記排気手
段は、前記ベークプレートの周囲から上方に排気する排
気口を有し、前記吐出手段及び排気手段は、前記加熱処
理時にも、密閉容器内雰囲気を低酸素濃度に保持するた
めに不活性ガスによるパージ動作を行えるよう構成した
ものである。
に本発明は、半導体基板の表面に低誘電率（Ｌｏｗ−
ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液が塗布され、この
薬液を低酸素濃度雰囲気で加熱処理して焼結させる半導
体基板の熱処理装置において、被処理基板の受渡しに際
してのシャッタ開閉時以外は大気と遮断され、一連の熱
処理を低酸素濃度雰囲気で行うための密閉容器と、該密
閉容器内の高酸素濃度の大気雰囲気を置換して、低酸素
濃度にするために密閉容器内に不活性ガスを吐出する吐
出手段、及び容器内雰囲気を排気する排気手段と、該密
閉容器内に設けられ、前記被処理基板に対して上面側に
位置し前記基板を加熱処理するベークプレートと、該密
閉容器内に設けられ、前記被処理基板に対して下面側に
位置し、加熱処理後の高温の基板を焼結された薬液が高
酸素濃度の大気雰囲気に開放可能な温度域まで冷却処理
するクールプレートと、該密閉容器内に設けられ、前記
加熱処理位置と冷却処理位置の間で基板を水平に保った
まま昇降が可能であって、さらに中間位置で基板の受渡
しに際して停止可能な基板支持部材とを備え、前記吐出
手段は、前記クールプレートの下方周囲に配置されたチ
ューブに複数の穿孔からなる吐出口を有し、前記排気手
段は、前記ベークプレートの周囲から上方に排気する排
気口を有し、前記吐出手段及び排気手段は、前記加熱処
理時にも、密閉容器内雰囲気を低酸素濃度に保持するた
めに不活性ガスによるパージ動作を行えるよう構成した
ものである。
【００１１】上記構成においては、密閉処理室内はその
雰囲気が不活性ガスで置換され、もって低酸素濃度雰囲
気とされ、従って、半導体基板表面に塗布された低誘電
率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液を低
酸素濃度雰囲気で加熱処理することが可能となり、ま
た、加熱処理前後における基板の温度を薬液が高酸素濃
度の大気雰囲気に開放可能な温度域以内に抑えることが
可能となり、過剰反応になることなく適正な処理が行え
る。
雰囲気が不活性ガスで置換され、もって低酸素濃度雰囲
気とされ、従って、半導体基板表面に塗布された低誘電
率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液を低
酸素濃度雰囲気で加熱処理することが可能となり、ま
た、加熱処理前後における基板の温度を薬液が高酸素濃
度の大気雰囲気に開放可能な温度域以内に抑えることが
可能となり、過剰反応になることなく適正な処理が行え
る。
【００１２】
【００１３】また、低酸素濃度に保持するために加熱処
理時とその前後に不活性ガスによるパージ動作を行うこ
とが望ましいが、その気流が被処理基板に直接当ること
がないので、処理ムラを起こすことがなく、基板の均一
な加熱、冷却処理が可能となり、しかも、処理時間の短
縮化につながる。
理時とその前後に不活性ガスによるパージ動作を行うこ
とが望ましいが、その気流が被処理基板に直接当ること
がないので、処理ムラを起こすことがなく、基板の均一
な加熱、冷却処理が可能となり、しかも、処理時間の短
縮化につながる。
【００１４】さらに、本発明は、半導体基板の表面に低
誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液
を塗布した後、この薬液を低酸素濃度雰囲気で加熱処理
して焼結させる半導体基板の熱処理方法において、被処
理基板を密閉容器の基板搬出入用の開口を通して密閉容
器内へ挿入し、予め基板の受渡し位置で待機している基
板支持部材上に該基板を置くステップと、基板搬出入用
の開口に設けられたシャッタを閉じた後、基板支持部材
が下降し、該基板をクールプレートにより冷却処理する
位置で待機させることにより予め所定温度まで昇温され
たベークプレートの放射熱による基板の温度上昇を抑制
するステップと、前記冷却処理位置での待機中に、前記
クールプレートの下方周囲から不活性ガスを吐出し、前
記ベークプレートの周囲から上方に排気することで、密
閉容器内雰囲気を低酸素濃度に保持するためのパージを
行い、基板の受渡しに際してシャッタ開閉により密閉容
器内に流入した高酸素濃度の大気雰囲気を不活性ガスで
置換し、密閉容器内の酸素濃度を所定の濃度まで下げる
ステップと、密閉容器内の酸素濃度が所定の濃度まで降
下した後、前記基板支持部材はベークプレートによる加
熱処理位置まで上昇し、所定時間、基板を加熱処理する
ステップと、前記加熱処理の後、基板支持部材は再度、
冷却処理位置まで下降し、焼結された薬液が高酸素濃度
の大気雰囲気に開放可能な温度域まで基板の温度を下げ
るステップと、基板温度が高酸素濃度の大気雰囲気に開
放可能な温度域まで降下した後、該基板を基板支持部材
により受渡し位置まで上昇させ、シャッタが開かれた
後、密閉容器より搬出するステップとから成るものであ
る。この方法においても、上記と同等の作用が得られ
る。
誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液
を塗布した後、この薬液を低酸素濃度雰囲気で加熱処理
して焼結させる半導体基板の熱処理方法において、被処
理基板を密閉容器の基板搬出入用の開口を通して密閉容
器内へ挿入し、予め基板の受渡し位置で待機している基
板支持部材上に該基板を置くステップと、基板搬出入用
の開口に設けられたシャッタを閉じた後、基板支持部材
が下降し、該基板をクールプレートにより冷却処理する
位置で待機させることにより予め所定温度まで昇温され
たベークプレートの放射熱による基板の温度上昇を抑制
するステップと、前記冷却処理位置での待機中に、前記
クールプレートの下方周囲から不活性ガスを吐出し、前
記ベークプレートの周囲から上方に排気することで、密
閉容器内雰囲気を低酸素濃度に保持するためのパージを
行い、基板の受渡しに際してシャッタ開閉により密閉容
器内に流入した高酸素濃度の大気雰囲気を不活性ガスで
置換し、密閉容器内の酸素濃度を所定の濃度まで下げる
ステップと、密閉容器内の酸素濃度が所定の濃度まで降
下した後、前記基板支持部材はベークプレートによる加
熱処理位置まで上昇し、所定時間、基板を加熱処理する
ステップと、前記加熱処理の後、基板支持部材は再度、
冷却処理位置まで下降し、焼結された薬液が高酸素濃度
の大気雰囲気に開放可能な温度域まで基板の温度を下げ
るステップと、基板温度が高酸素濃度の大気雰囲気に開
放可能な温度域まで降下した後、該基板を基板支持部材
により受渡し位置まで上昇させ、シャッタが開かれた
後、密閉容器より搬出するステップとから成るものであ
る。この方法においても、上記と同等の作用が得られ
る。
【００１５】
【００１６】上記処理方法において、クールプレートの
下方周囲から不活性ガスを吐出し、ベークプレートの周
囲から上方に排気することで、密閉容器内雰囲気を低酸
素濃度に保持するためのパージを行い、このパージは冷
却処理位置での待機中に続いて加熱処理時にも行うもの
とすることが望ましい。
下方周囲から不活性ガスを吐出し、ベークプレートの周
囲から上方に排気することで、密閉容器内雰囲気を低酸
素濃度に保持するためのパージを行い、このパージは冷
却処理位置での待機中に続いて加熱処理時にも行うもの
とすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による半導体
基板の熱処理装置について図面を参照して説明する。図
１乃至図３において、熱処理装置（ベーク装置）は、ハ
ウジング（筐体）１内に密閉容器（処理室とも言う）１
１を備え、この密閉容器１１は、円筒側壁を有するチャ
ンバ１２と、このチャンバ１２の上部にトップベース１
３と、下部にボトムベース１４を配置することによって
区画形成されている。この処理室１１の空間を図２に波
線サークルで示している。チャンバ１２の側面の基板受
渡し位置Ａ（図３）には、シリコンウエーハ等の基板Ｗ
を処理室内に搬出入するための開口１５が設けられてい
るが、基板搬出入時以外は処理室内と外気を遮断するた
めのシャッタ１６が設けられている。
基板の熱処理装置について図面を参照して説明する。図
１乃至図３において、熱処理装置（ベーク装置）は、ハ
ウジング（筐体）１内に密閉容器（処理室とも言う）１
１を備え、この密閉容器１１は、円筒側壁を有するチャ
ンバ１２と、このチャンバ１２の上部にトップベース１
３と、下部にボトムベース１４を配置することによって
区画形成されている。この処理室１１の空間を図２に波
線サークルで示している。チャンバ１２の側面の基板受
渡し位置Ａ（図３）には、シリコンウエーハ等の基板Ｗ
を処理室内に搬出入するための開口１５が設けられてい
るが、基板搬出入時以外は処理室内と外気を遮断するた
めのシャッタ１６が設けられている。
【００１８】処理室内上部にベークプレート１７、処理
室内底部にクールプレート１８がそれぞれ配されてい
る。ベークプレート１７とクールプレート１８の間隔
は、処理する薬液、基板の種類によって可変とし、調整
できる機構を付加してもよい。また、処理室内上部にク
ールプレート１８、処理室内底部にベークプレート１７
を配しても同様の効果が得られるが、図示した本実施形
態のような配置の方が、対流を抑え、昇降温時の効率を
上げ、温度ムラを防止すると共に昇華物対策が図れる点
では優れている。
室内底部にクールプレート１８がそれぞれ配されてい
る。ベークプレート１７とクールプレート１８の間隔
は、処理する薬液、基板の種類によって可変とし、調整
できる機構を付加してもよい。また、処理室内上部にク
ールプレート１８、処理室内底部にベークプレート１７
を配しても同様の効果が得られるが、図示した本実施形
態のような配置の方が、対流を抑え、昇降温時の効率を
上げ、温度ムラを防止すると共に昇華物対策が図れる点
では優れている。
【００１９】ベークプレート１７は、トップベース１３
及び、チャンバ１２に対して所定の隙間をあけて取付け
られており、トップベース１３中央上部の開口（排気
口）１９より、ベークプレート１７の外周側部を通して
処理室１１内の雰囲気を排気可能な構造（排気手段）と
なっている。本実施形態ではトップベース１３を水冷却
しており、ベークプレート１７が極めて高温になるた
め、ベーク装置外への影響を考慮して処理室を形成する
筐体にこのような冷却機構を付加することは有効であ
る。ボトムベース１４については、水冷又はペルチェ素
子等のサーモモジュールによる冷却を行う。
及び、チャンバ１２に対して所定の隙間をあけて取付け
られており、トップベース１３中央上部の開口（排気
口）１９より、ベークプレート１７の外周側部を通して
処理室１１内の雰囲気を排気可能な構造（排気手段）と
なっている。本実施形態ではトップベース１３を水冷却
しており、ベークプレート１７が極めて高温になるた
め、ベーク装置外への影響を考慮して処理室を形成する
筐体にこのような冷却機構を付加することは有効であ
る。ボトムベース１４については、水冷又はペルチェ素
子等のサーモモジュールによる冷却を行う。
【００２０】基板支持ピン２０は、クールプレート１８
下部より該クールプレート１８を貫通して例えば３本設
けられ、処理室１１外に昇降駆動機構２１を持つ。この
昇降駆動機構２１により、支持ピン２０で支持される基
板Ｗを処理室１１内のベーク処理位置Ｃ（図３）とクー
ル処理位置Ｂ（図３）の間で昇降・停止させることがで
きる。昇降駆動機構２１は、基板受渡し位置Ａでの停止
も可能なように、異なるストロークの２つの空圧シリン
ダ２１ａ，２１ｂを直列に連結した構造となっている。
これらシリンダ２１ａ，２１ｂの動作はアーム（その動
きを矢印方向で示している）を介して基板支持ピン２０
に伝達される。なお、昇降駆動機構２１は、本実施形態
の構成に限られず、ベーク処理位置Ｃとクール処理位置
Ｂの間で基板Ｗを自在に昇降・停止させることができる
ようにボールねじ軸と電動モータを用いてもよい。
下部より該クールプレート１８を貫通して例えば３本設
けられ、処理室１１外に昇降駆動機構２１を持つ。この
昇降駆動機構２１により、支持ピン２０で支持される基
板Ｗを処理室１１内のベーク処理位置Ｃ（図３）とクー
ル処理位置Ｂ（図３）の間で昇降・停止させることがで
きる。昇降駆動機構２１は、基板受渡し位置Ａでの停止
も可能なように、異なるストロークの２つの空圧シリン
ダ２１ａ，２１ｂを直列に連結した構造となっている。
これらシリンダ２１ａ，２１ｂの動作はアーム（その動
きを矢印方向で示している）を介して基板支持ピン２０
に伝達される。なお、昇降駆動機構２１は、本実施形態
の構成に限られず、ベーク処理位置Ｃとクール処理位置
Ｂの間で基板Ｗを自在に昇降・停止させることができる
ようにボールねじ軸と電動モータを用いてもよい。
【００２１】クールプレート１８の外周部下方には不活
性ガスとしてＮ2を処理室内に吐出するノズル２２（吐
出手段の吐出口）が設けられており、これにより処理室
１１内雰囲気の低酸素濃度化を図る。ノズル２２はリン
グ状に配したＳＵＳチューブに複数の同心円上に開けら
れた穿孔からなり、パージされる気流が基板Ｗに直接に
当たることがないように形成されている。前記Ｎ2の吐
出及び処理室１１内雰囲気の排気、すなわち不活性ガス
によるパージ動作は、処理室１１内雰囲気を低酸素濃度
に保持するために、加熱処理前後の待機時は勿論のこと
加熱処理時にも行う。本実施形態の吐出手段の構成によ
り、不活性ガスによるパージ動作の気流が直接に基板に
当たることがなくなるので、基板処理の均一性に影響を
与えることがなく、また、処理時間の短縮につながる。
性ガスとしてＮ2を処理室内に吐出するノズル２２（吐
出手段の吐出口）が設けられており、これにより処理室
１１内雰囲気の低酸素濃度化を図る。ノズル２２はリン
グ状に配したＳＵＳチューブに複数の同心円上に開けら
れた穿孔からなり、パージされる気流が基板Ｗに直接に
当たることがないように形成されている。前記Ｎ2の吐
出及び処理室１１内雰囲気の排気、すなわち不活性ガス
によるパージ動作は、処理室１１内雰囲気を低酸素濃度
に保持するために、加熱処理前後の待機時は勿論のこと
加熱処理時にも行う。本実施形態の吐出手段の構成によ
り、不活性ガスによるパージ動作の気流が直接に基板に
当たることがなくなるので、基板処理の均一性に影響を
与えることがなく、また、処理時間の短縮につながる。
【００２２】上記のように構成されたベーク装置による
半導体基板の熱処理方法について図４を参照して説明す
る。 ＜基板搬入＞薬液を塗布された基板は、直ちにロボット
等によってベーク装置内に搬送され、処理室１１のシャ
ッタ１６の開と同時に、予め基板受渡し位置Ａで待機し
ている基板支持ピン２０上に置かれる。＜処理前待機＞
本実施形態のようにベーク処理部が被処理基板Ｗに対し
て上面側に配され、クール処理部が該基板Ｗに対して下
面側に配されている場合、シャッタ１６の閉後、処理室
１１内の酸素濃度が所定の濃度に下がるまで、基板支持
ピン２０が降下し、基板Ｗをクール処理位置Ｂで待機さ
せることにより、予め所定温度まで昇温されたベークプ
レート１７の放射熱による基板Ｗの温度上昇を抑制す
る。
半導体基板の熱処理方法について図４を参照して説明す
る。 ＜基板搬入＞薬液を塗布された基板は、直ちにロボット
等によってベーク装置内に搬送され、処理室１１のシャ
ッタ１６の開と同時に、予め基板受渡し位置Ａで待機し
ている基板支持ピン２０上に置かれる。＜処理前待機＞
本実施形態のようにベーク処理部が被処理基板Ｗに対し
て上面側に配され、クール処理部が該基板Ｗに対して下
面側に配されている場合、シャッタ１６の閉後、処理室
１１内の酸素濃度が所定の濃度に下がるまで、基板支持
ピン２０が降下し、基板Ｗをクール処理位置Ｂで待機さ
せることにより、予め所定温度まで昇温されたベークプ
レート１７の放射熱による基板Ｗの温度上昇を抑制す
る。
【００２３】＜処理＞クール処理位置Ｂでの待機中に基
板受渡し時のシャッタ１６の開閉により流入した大気雰
囲気をＮ2で置換し、処理室１１内の酸素濃度を所定の
濃度（１０ｐｐｍ程度）まで下げる（その間約４０乃至
６０秒）。酸素濃度が所定の濃度まで降下した後、基板
支持ピン２０はベーク処理位置Ｃまで上昇し、所定時間
（約６０秒）、被処理基板Ｗを３００℃以上の高温で加
熱処理する。 ＜処理後待機＞ベーク処理後、基板支持ピン２０は再度
クール処理位置Ｂまで下降し、薬液の大気開放可能な温
度域（約２００℃以下）まで基板Ｗの温度を下げる。 ＜基板搬出＞基板温度が大気開放可能な温度域まで降下
した後、該被処理基板Ｗは基板支持ピン２０により、受
渡し位置Ａまで上昇し、シャッタ１６の開と同時に、前
記ロボットによりベーク装置より搬出され、次工程へ搬
送される。
板受渡し時のシャッタ１６の開閉により流入した大気雰
囲気をＮ2で置換し、処理室１１内の酸素濃度を所定の
濃度（１０ｐｐｍ程度）まで下げる（その間約４０乃至
６０秒）。酸素濃度が所定の濃度まで降下した後、基板
支持ピン２０はベーク処理位置Ｃまで上昇し、所定時間
（約６０秒）、被処理基板Ｗを３００℃以上の高温で加
熱処理する。 ＜処理後待機＞ベーク処理後、基板支持ピン２０は再度
クール処理位置Ｂまで下降し、薬液の大気開放可能な温
度域（約２００℃以下）まで基板Ｗの温度を下げる。 ＜基板搬出＞基板温度が大気開放可能な温度域まで降下
した後、該被処理基板Ｗは基板支持ピン２０により、受
渡し位置Ａまで上昇し、シャッタ１６の開と同時に、前
記ロボットによりベーク装置より搬出され、次工程へ搬
送される。
【００２４】なお、本発明は上記実施形態の構成に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
の変更が可能である。例えば、基板受渡し位置Ａとクー
ル処理位置Ｂとが同じレベルのものであっても構わな
い。また、チャンバ１２は、処理室１１を完全な密閉構
成とすることが望ましいが、それが難しい場合は、亜密
閉構成であっても構わない。また、層間絶縁膜は、多層
に亙って形成されるものであってもよい。
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
の変更が可能である。例えば、基板受渡し位置Ａとクー
ル処理位置Ｂとが同じレベルのものであっても構わな
い。また、チャンバ１２は、処理室１１を完全な密閉構
成とすることが望ましいが、それが難しい場合は、亜密
閉構成であっても構わない。また、層間絶縁膜は、多層
に亙って形成されるものであってもよい。
【００２５】以上のように本発明の半導体基板の熱処理
装置及び熱処理方法によれば、基板の処理室を密閉容器
として、該密閉容器内に不活性ガスの吐出手段及び排気
手段を有することにより、容易に処理室内の低酸素濃度
化を実現し、かつ処理前の雰囲気置換のための待機時に
基板の温度上昇を抑制し、適正な処理が可能であり、ま
た、基板がベーク処理前後の高酸素濃度の大気雰囲気中
にある時は、基板の温度を薬液の大気開放可能温度域以
内に抑えることが可能となり、もって低誘電率（Ｌｏｗ
−ｋ）層間絶縁膜の材料を基板上で加熱処理することが
可能となる。また、処理室の雰囲気置換及び、低酸素濃
度保持のためのパージ気流が直接に基板に当らない構成
とすることで、加熱処理中及びその前後にパージ動作を
行っても、基板処理の均一性に悪影響を与えることがな
い。
装置及び熱処理方法によれば、基板の処理室を密閉容器
として、該密閉容器内に不活性ガスの吐出手段及び排気
手段を有することにより、容易に処理室内の低酸素濃度
化を実現し、かつ処理前の雰囲気置換のための待機時に
基板の温度上昇を抑制し、適正な処理が可能であり、ま
た、基板がベーク処理前後の高酸素濃度の大気雰囲気中
にある時は、基板の温度を薬液の大気開放可能温度域以
内に抑えることが可能となり、もって低誘電率（Ｌｏｗ
−ｋ）層間絶縁膜の材料を基板上で加熱処理することが
可能となる。また、処理室の雰囲気置換及び、低酸素濃
度保持のためのパージ気流が直接に基板に当らない構成
とすることで、加熱処理中及びその前後にパージ動作を
行っても、基板処理の均一性に悪影響を与えることがな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による半導体基板の熱処
理装置の側面断面図である。
理装置の側面断面図である。
【図２】 同熱処理装置の正面断面図である。
【図３】 同熱処理装置の動作を説明するための側面断
面図である。
面図である。
【図４】 本発明の方法を説明するフロー図である。
【図５】 従来の熱処理装置の概略断面図である。
１２ チャンバ
１３ 密閉容器（処理室）
１５ シャッタ開口部
１６ シャッタ
１７ ベークプレート
１８ クールプレート
１９ 排気口
２０ 基板支持ピン
２１ａ，２１ｂ 基板支持ピン昇降用シリンダ
２２ 不活性ガス吐出用ノズル
Ｗ 処理基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
H01L 21/205
H01L 21/31
H01L 21/316
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板の表面に低誘電率（Ｌｏｗ−
ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液が塗布され、この
薬液を低酸素濃度雰囲気で加熱処理して焼結させる半導
体基板の熱処理装置において、 被処理基板の受渡しに際してのシャッタ開閉時以外は大
気と遮断され、一連の熱処理を低酸素濃度雰囲気で行う
ための密閉容器と、 該密閉容器内の高酸素濃度の大気雰囲気を置換して、低
酸素濃度にするために密閉容器内に不活性ガスを吐出す
る吐出手段、及び容器内雰囲気を排気する排気手段と、 該密閉容器内に設けられ、前記被処理基板に対して上面
側に位置し前記基板を加熱処理するベークプレートと、 該密閉容器内に設けられ、前記被処理基板に対して下面
側に位置し、加熱処理後の高温の基板を焼結された薬液
が高酸素濃度の大気雰囲気に開放可能な温度域まで冷却
処理するクールプレートと、 該密閉容器内に設けられ、前記加熱処理位置と冷却処理
位置の間で基板を水平に保ったまま昇降が可能であっ
て、さらに中間位置で基板の受渡しに際して停止可能な
基板支持部材とを備え、 前記吐出手段は、前記クールプレートの下方周囲に配置
されたチューブに複数の穿孔からなる吐出口を有し、前
記排気手段は、前記ベークプレートの周囲から上方に排
気する排気口を有し、前記吐出手段及び排気手段は、前
記加熱処理時にも、密閉容器内雰囲気を低酸素濃度に保
持するために不活性ガスによるパージ動作を行う ことを
特徴とする半導体基板の熱処理装置。 - 【請求項２】 半導体基板の表面に低誘電率（Ｌｏｗ−
ｋ）層間絶縁膜を形成するための薬液を塗布した後、こ
の薬液を低酸素濃度雰囲気で加熱処理して焼結させる半
導体基板の熱処理方法において、 被処理基板を密閉容器の基板搬出入用の開口を通して密
閉容器内へ挿入し、予め基板の受渡し位置で待機してい
る基板支持部材上に該基板を置くステップと、 基板搬出入用の開口に設けられたシャッタを閉じた後、
基板支持部材が下降し、該基板をクールプレートにより
冷却処理する位置で待機させることにより予め所定温度
まで昇温されたベークプレートの放射熱による基板の温
度上昇を抑制するステップと、 前記冷却処理位置での待機中に、前記クールプレートの
下方周囲から不活性ガスを吐出し、前記ベークプレート
の周囲から上方に排気することで、密閉容器内雰囲気を
低酸素濃度に保持するためのパージを行い、基板の受渡
しに際してシャッタ開閉により密閉容器内に流入した高
酸素濃度の大気雰囲気を不活性ガスで置換し、密閉容器
内の酸素濃度を所定の濃度まで下げるステップと、 密閉容器内の酸素濃度が所定の濃度まで降下した後、前
記基板支持部材はベークプレートによる加熱処理位置ま
で上昇し、所定時間、基板を加熱処理するステップと、 前記加熱処理の後、基板支持部材は再度、冷却処理位置
まで下降し、焼結された薬液が高酸素濃度の大気雰囲気
に開放可能な温度域まで基板の温度を下げるステップ
と、 基板温度が高酸素濃度の大気雰囲気に開放可能な温度域
まで降下した後、該基板を基板支持部材により受渡し位
置まで上昇させ、シャッタが開かれた後、密閉容器より
搬出するステップとから成ることを特徴とする半導体基
板の熱処理方法。 - 【請求項３】 前記パージは前記冷却処理位置での待機
中に続いて前記加熱処理時にも行うことを特徴とする請
求項２に記載の半導体基板の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33046699A JP3527868B2 (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | 半導体基板の熱処理装置及び熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33046699A JP3527868B2 (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | 半導体基板の熱処理装置及び熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001148379A JP2001148379A (ja) | 2001-05-29 |
| JP3527868B2 true JP3527868B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=18232950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33046699A Expired - Fee Related JP3527868B2 (ja) | 1999-11-19 | 1999-11-19 | 半導体基板の熱処理装置及び熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3527868B2 (ja) |
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| KR100782484B1 (ko) | 2006-07-13 | 2007-12-05 | 삼성전자주식회사 | 열처리 설비 |
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| CN103094157B (zh) * | 2011-10-31 | 2015-07-15 | 细美事有限公司 | 基板处理装置和基板处理方法 |
| TWI481057B (zh) * | 2012-05-24 | 2015-04-11 | Sunshine Pv Corp | 薄膜太陽能電池的退火裝置 |
| CN105280518B (zh) * | 2014-05-30 | 2020-09-08 | 盛美半导体设备(上海)股份有限公司 | 半导体基板的热处理装置 |
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| JP6811638B2 (ja) * | 2017-02-14 | 2021-01-13 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 基板処理方法及びその装置 |
| JP6887265B2 (ja) * | 2017-02-28 | 2021-06-16 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 基板処理装置 |
| JP6925213B2 (ja) * | 2017-09-22 | 2021-08-25 | 東京エレクトロン株式会社 | 加熱処理装置及び加熱処理方法 |
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-
1999
- 1999-11-19 JP JP33046699A patent/JP3527868B2/ja not_active Expired - Fee Related
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