JP3616366B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウエハ等の基板に層間絶縁膜等の膜を形成するために用いられる基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、ＳＯＤ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）システムを用いて、半導体ウエハに塗布液をスピンコートし、加熱等の物理的処理を施して層間絶縁膜等の誘電体膜を形成している。近時、このような層間絶縁膜として誘電率の低い材料が要求されており、所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料として種々開発されている。このようなＬｏｗ−ｋ材料の中には、ウエハに塗布液を塗布して形成された塗布膜を所定量の水蒸気を含むガスを供給しながら熱処理することが必要とされるものがある。
【０００３】
図１２はこのような加湿雰囲気での熱処理を必要とするＬｏｗ−ｋ材料を用いて誘電体膜を形成する際に使用されている従来の熱処理ユニットの概略構造を示す断面図である。熱処理ユニット１０１は、ウエハＷを載置するホットプレート１０２と、ホットプレート１０２およびホットプレート１０２に載置されたウエハＷを収容するチャンバ１０３とを有している。チャンバ１０３は下部容器１０３ｂと昇降自在な蓋体１０３ａからなり、所定量の水蒸気を含んだガスが、下部容器１０３ｂの底部に設けられた給気口１０４ｂからチャンバ１０３内に供給され、ウエハＷがこのガス雰囲気に晒される。チャンバ１０３内に供給されたガスは、蓋体１０３ａのほぼ中心に設けられた排気口１０４ａから排出される。なお、図１２中の符号１０５は基板Ｇを昇降させるリフトピンである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱処理ユニット１０１を用いて塗布膜の形成されたウエハＷの熱処理を行うと、例えば、図１３に示すように、形成される塗布膜に略同心円状の膜厚分布が発生し、ウエハＷ全体で均一な膜を形成することが困難である。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板全体で均一な膜を形成することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、基板を略水平に保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板に所定の処理を施す処理室を形成し、複数の制御ブロックに区分けされ、前記制御ブロック毎に前記処理室へ所定の蒸気を含むガスを供給するガス供給口および前記処理室内のガスを外部へ排気するガス排気口が設けられたチャンバと、前記ガス供給口へ所定のガスを供給するガス供給手段と、前記ガス排気口から所定のガスを排気するガス排気手段と、を具備し、前記ガス供給手段は、前記ガス供給口を通した前記処理室への給気および前記ガス排気口を通した前記処理室からの排気を前記制御ブロック毎に任意に制御する給排気制御機構を有することを特徴とする基板処理装置、が提供される。
【０００８】
本発明の第２の観点によれば、所定のガス雰囲気下に基板を保持して前記基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、基板を処理する処理室を形成し、複数の制御ブロックに区分けされ、前記制御ブロック毎に前記処理室へ所定の蒸気を含むガスを供給するガス供給口および前記処理室内のガスを外部へ排気するガス排気口が設けられたチャンバを用い、前記ガス供給口を通した前記処理室への給気と前記ガス排気口を通した前記処理室からの排気とを、前記制御ブロック毎に任意に行うことによって前記基板の表面近傍の雰囲気をほぼ一定とすることを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【０００９】
このような基板処理装置および基板処理方法によれば、所定の蒸気を含んだガスが基板にほぼ均一に供給されて基板回りの雰囲気が一定に保持される。これにより基板全体での膜厚や特性のばらつきが小さくなり、高い品質の処理基板を得ることが可能となる。また、基板の一部を他の部分と異なる雰囲気に晒すことができるようにすることによって部分的な膜厚分布等を無くし、さらに基板全体で均一な膜を形成することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは、本発明の基板処理装置の一実施形態であって、半導体ウエハに層間絶縁膜等の誘電体膜を形成するために用いられる加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）を装備したＳＯＤシステムを例として説明する。
【００１１】
図１は上記ＳＯＤシステムの平面図であり、図２は図１に示したＳＯＤシステムの側面図であり、図３は図１に示したＳＯＤシステム内に装着された処理ユニット群の側面図である。
【００１２】
このＳＯＤシステムは、大略的に、処理部１と、サイドキャビネット２と、キャリアステーション（ＣＳＢ）３とを有している。処理部１には、図１および図２に示すように、手前側上部に塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２が設けられている。また、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２の下方には薬品等を内蔵したケミカルユニット１３・１４が設けられている。
【００１３】
処理部１の中央部には、図１および図３に示すように、複数の処理ユニットを多段に積層してなる処理ユニット群１６・１７が設けられ、これらの間に、昇降してウエハＷを搬送するためのウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８が設けられている。さらに、ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８の後方には、水蒸気雰囲気でのウエハＷの熱処理が可能な加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５が設けられている。この加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の構造については後に詳細に説明する。
【００１４】
ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８は、Ｚ方向に延在し、垂直壁５１ａ・５１ｂおよびこれらの間の側面開口部５１ｃを有する筒状支持体５１と、その内側に筒状支持体５１に沿ってＺ方向に昇降自在に設けられたウエハ搬送体５２とを有している。筒状支持体５１はモータ５３の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送体５２も一体的に回転されるようになっている。
【００１５】
ウエハ搬送体５２は、搬送基台５４と、搬送基台５４に沿って前後に移動可能な３本のウエハ搬送アーム５５・５６・５７とを備えており、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７は、筒状支持体５１の側面開口部５１ｃを通過可能な大きさを有している。これらウエハ搬送アーム５５・５６・５７は、搬送基台５４内に内蔵されたモータおよびベルト機構によりそれぞれ独立して進退移動することが可能となっている。ウエハ搬送体５２は、モータ５８によってベルト５９を駆動させることにより昇降するようになっている。なお、符号６０は駆動プーリー、６１は従動プーリーである。
【００１６】
左側の処理ユニット群１６は、図３に示すように、その上側から順に低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９と、２個の硬化（キュア）処理ユニット（ＤＬＣ）２０と、２個のエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが積層されて構成されている。また、右側の処理ユニット群１７は、その上から順に２個のベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２と、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）２３と、２個のクーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４と、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５と、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２６とが積層されて構成されている。なお、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５は、クーリングプレートの機能を兼ね備えることが可能である。
【００１７】
サイドキャビネット２は、薬液を供給するためのバブラー（Ｂｕｂ）２７と、排気ガスの洗浄のためのトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有している。また、バブラー（Ｂｕｂ）２７の下方には、電力供給源（図示せず）と、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン）等の薬液やアンモニアガス（ＮＨ３）等のガスを貯留するための薬液室（図示せず）と、ＳＯＤシステムにおいて使用された処理液の廃液を排出するためのドレイン２９とが設けられている。
【００１８】
上記のように構成されたＳＯＤシステムにおいて、加湿雰囲気での熱処理を行うことが必要とされるＬｏｗ−ｋ材料を用いてウエハＷに層間絶縁膜等を形成する場合には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送し、処理する。
【００１９】
次に、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の構造について説明する。図４は加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の一実施形態を示す概略側面図である。加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５には、下段に純水を貯蔵する純水貯蔵部１５ｃが設けられ、上段にウエハＷを加湿雰囲気で熱処理するウエハ処理部１５ａが設けられ、純水貯蔵部１５ｃに貯蔵された純水を気化させて窒素ガスと混合し、所定の湿度に調整された窒素ガス（加湿ガス）をウエハ処理部１５ａへ送風する気化・送風部１５ｂが中段に設けられている。
【００２０】
なお、窒素ガスは、例えば、工場配管等を利用して気化・送風部１５ｂへ送ることができる。また、純水貯蔵部１５ｃに窒素ガスが充填されたボンベを収納し、そこから必要量の窒素ガスを気化・送風部１５ｂへ送るようにしてもよい。純水についても、純水貯蔵部１５ｃを設けずに所定の貯蔵場所からライン供給される構成とすることもできる。
【００２１】
図５はウエハ処理部１５ａの一実施形態を示す断面図である。ウエハ処理部１５ａには、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７が進入退出可能であって図示しないシャッターによって開閉自在な窓部３０ａを有する筐体３０が配置されている。筐体３０内には、ウエハＷを加熱するホットプレート３１と、処理室４０を形成するチャンバ３２が設けられている。
【００２２】
ホットプレート３１の表面には図示しない所定長さのプロキシミティピンが設けられており、ウエハＷはこのプロキシミティピンの先端に保持され、直接にホットプレート３１の表面には接しないようになっている。ホットプレート３１には所定位置に孔部３１ａが設けられており、この孔部３１ａを貫通するようにウエハＷを昇降させるためのリフトピン３３が設けられている。リフトピン３３は図示しない昇降機構によって昇降自在である。
【００２３】
チャンバ３２は、昇降自在に設けられた蓋体３２ａと、固定された下部容器３２ｂとからなり、蓋体３２ａの上面中央部には、気化・送風部１５ｂからの加湿ガスを処理室４０へ導入するためのガス供給口３５ａが設けられている。また、蓋体３２ａの内側かつホットプレート３１に載置されたウエハＷの上方には、ガス供給口３５ａから処理室４０内に給気された加湿ガスがウエハＷの表面にほぼ均一に給気されるように、所定位置に複数のガス吹き出し口３４ａの形成された拡散板３４が設けられている。
【００２４】
加湿ガスの送風圧力は拡散板３４の中央部で高く、周縁部で低いために、ガス吹き出し口３４ａの口径は、例えば、拡散板３４の中央部では短く設定され、かつ、周縁部では長く設定される。または、ガス吹き出し口３４ａは、拡散板３４の中央部では少なく設けられ、かつ、周縁部では多く設けられる。こうしてウエハＷにほぼ均等に加湿ガスを給気することができる。
【００２５】
ガス吹き出し口３４ａからウエハＷに対してほぼ均一に給気されたガスは、下部容器３２ｂの側面とホットプレート３１の側面との間を通って、下部容器３２ｂの底壁に設けられた排気口３５ｂから排気される。
【００２６】
このような構造を有する加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用いてウエハＷにＬｏｗ−ｋ材料の層間絶縁膜を形成する場合の処理工程は、例えば、以下の通りである。最初に、ウエハＷをウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかを用いて塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２のいずれかに搬入する。ここで、ウエハＷはウエハＷを収納した容器から塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２に直接搬入される場合と、Ｌｏｗ−ｋ材料の塗布液が均一に塗布され易くなるようにクーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６において所定温度とされた後に塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２に搬入される場合がある。
【００２７】
塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２においては、ウエハＷに塗布液がスピンコートされる。具体的には、ウエハＷの表面に所定量の塗布液を塗布した後にウエハＷを所定の回転数で回転させることで、塗布液をウエハＷ全面に拡げる。こうしてウエハＷの表面に塗布膜が形成される。
【００２８】
塗布膜の形成されたウエハは、例えば、ウエハ搬送アーム５５によって塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２から加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５のウエハ処理部１５ａに搬送される。ウエハ処理部１５ａにおいては、蓋体３２ａを上昇させた状態で、ウエハＷを保持したウエハ搬送アーム５５を窓部３０ａを通して筐体３０内に進入させ、この状態からリフトピン３３を上昇させてウエハＷをリフトピン３３に移し替える。さらにウエハ搬送アーム５５を筐体３０から退出させて窓部３０ａを閉じる。
【００２９】
リフトピン３３を降下させてウエハＷをホットプレート３１に設けられたプロキシミティピンに受け渡す。例えば、リフトピン３３の降下時に拡散板３４のガス吹き出し口３４ａから所定湿度に制御された加湿ガスを吐出させながら、蓋体３２ａを降下させて処理室４０を形成し、ウエハＷを加湿ガス雰囲気中で熱処理する。このような処理によって、塗布膜の分子構造が後の硬化処理の際に空孔（ポア）を生じさせるような骨格を有するように変化する。
【００３０】
なお、蓋体３２ａの降下はウエハＷがホットプレート３１上に載置された後に行ってもよい。また、ホットプレート３１は常時一定の温度に保持され、排気口３５ｂからの排気処理は窓部３０ａを閉じた後に開始する。
【００３１】
加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５における処理が終了したら、先にウエハＷを筐体３０内に搬入して処理を開始したときとは反対の順序で、ウエハＷを筐体３０から搬出し、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３のいずれかへ搬送する。ホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３では、例えば、空気雰囲気下、１５０℃程度の温度でウエハＷを熱処理することで、塗布膜に含まれる溶剤や水等の一部を蒸発させる。
【００３２】
低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３における所定時間の処理が終了したウエハＷは、ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８によってベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２へ搬送される。ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２では、例えば、空気雰囲気下、３００℃程度の雰囲気でウエハＷを熱処理することで、先の低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３における熱処理では蒸発等しなかった溶剤や水分等が塗布膜から除去される。
【００３３】
ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２での処理を終えたウエハＷはウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８によって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０に搬送される。硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０では、例えば、４２０℃、窒素雰囲気（低酸素濃度雰囲気）下で、塗布膜の硬化処理が行われ、誘電体膜が形成される。形成された誘電体膜は、先の加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）による処理に起因して、内部にポアを有する多孔質膜となる。このポアが誘電体膜の誘電率を低下させる。
【００３４】
硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０においては、ウエハＷに対してこのような加熱処理後に窒素雰囲気下での冷却処理が施され、その後にウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８によって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０から搬出され、例えば、ウエハＷが収納されていた容器に戻される。
【００３５】
図６は、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用い、上述した工程にしたがってウエハＷに形成されたＬｏｗ−ｋ材料の層間絶縁膜の膜厚分布の一例を示す説明図である。図６と先に示した図１３とを比較すると明らかなように、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用いた場合にはウエハＷ全体での膜厚の差が小さくなっており、膜厚分布の３σ値は０．５％となっている。なお、図１２に示した従来の熱処理ユニット１０１を用いた場合に得られる膜厚分布（図１３）の３σ値は３．０％である。つまり、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用いることで、膜厚均一性を約５倍向上させることができることが確認された。
【００３６】
さて、ウエハ処理部１５ａにおいては、チャンバ３２に代えて、図７に概略断面を示すチャンバ７０を用いることができる。チャンバ７０は上部容器７１と下部容器７２からなり、上部容器７１は蓋体部７１ａと側壁部７１ｂから構成されている。なお、上部容器７１は昇降自在であるが、図７ではチャンバ７０によって処理室９０が形成された状態が示されている。
【００３７】
上部容器７１の蓋体部７１ａには所定位置にガス供給口８１ａと排気口８１ｂが形成されている。また、上部容器７１の側壁部７１ｂにもガス供給口８２ａと排気口８２ｂが所定位置に形成されている。さらに、下部容器７２の底壁部７２ａにもガス供給口８３ａと排気口８３ｂが所定位置に形成されている。図８は、蓋体部７１ａに設けられたガス供給口８１ａと排気口８１ｂの制御形態の一例を示す説明図である。
【００３８】
図８に示されるように、蓋体部７１ａに設けられた複数のガス供給口８１ａと複数の排気口８１ｂは、８区画の制御ブロック９１ａ〜９１ｈに区分けされている。チャンバ７０における加湿ガスの給排気は制御部７５によって制御され、例えば、制御ブロック９１ａに設けられているガス供給口８１ａは、制御部７５に設けられた自動開閉バルブ８５ａとつながっており、この自動開閉バルブ８５ａを独立して開閉動作することで、制御ブロック９１ａに設けられているガス供給口８１ａの給気の開始／停止を制御することができるようになっている。同様に、制御ブロック９１ａに設けられている排気口８１ｂは、制御部７５に設けられた自動開閉バルブ８５ｂとつながっており、この自動開閉バルブ８５ｂを独立して開閉動作することで、制御ブロック９１ａに設けられている排気口８１ｂの排気の開始／停止を制御することができるようになっている。
【００３９】
図８に示すように、制御ブロック９１ｂのガス供給口８１ａは自動開閉バルブ８６ａとつながっており、制御ブロック９１ｂの排気口８１ｂは自動開閉バルブ８６ｂとつながっている。図８には図示を省略しているが、その他の制御ブロック９１ｃ〜９１ｈについても同様にガス供給口８１ａと排気口８１ｂは制御ブロック毎に制御部７５に設けられた自動開閉バルブとつながっている。このようにして、蓋体部７１ａでは制御ブロック９１ａ〜９１ｈ毎に独立して加湿ガスの給排気を行うことができるようになっている。
【００４０】
図９は側壁部７１ｂに設けられたガス供給口８２ａと排気口８２ｂの制御形態の一例を示した説明図である。側壁部７１ｂは８個の制御ブロック９２ａ〜９２ｈに区分けされ、制御ブロック９２ｆに設けられたガス供給口８２ａは自動開閉バルブ８７ａとつながっており、排気口８２ｂは自動開閉バルブ８７ｂにつながっている。図９には制御ブロック９２ｆにおける加湿ガスの給排気の形態についてのみ示しているが、他の制御ブロック９２ａ〜９２ｅ・９２ｇ・９２ｈについても同様であり、側壁部７１ｂにおいては、制御ブロック９２ａ〜９２ｈ毎に加湿ガスの給排気を行うことができるようになっている。
【００４１】
図１０は下部容器７２の底壁部７２ａに設けられたガス供給口８３ａと排気口８３ｂの制御形態の一例を示す説明図である。下部容器７２の底壁部７２ａはその周縁部において８個の制御ブロック９３ａ〜９３ｈに区分けされ、制御ブロック９３ｅに設けられたガス供給口８３ａは制御部７５に設けられた自動開閉バルブ８８ａとつながっており、排気口８３ｂは自動開閉バルブ８８ｂにつながっている。図１０には、制御ブロック９３ｅにのみガス供給口８３ａと排気口８３ｂを図示し、また、制御ブロック９３ｅにおける加湿ガスの給排気の形態についてのみ示しているが、他の制御ブロック９３ａ〜９３ｄ・９３ｆ〜９３ｈについても同様である。つまり、下部容器７２の底壁部７２ａの周縁部においては、制御ブロック９３ａ〜９３ｈ毎に加湿ガスの給排気を行うことができるようになっている。
【００４２】
チャンバ７０においては、処理室９０への加湿ガスの給気と処理室９０からの排気を２４箇所に区分けされた制御ブロック９１ａ〜９１ｈ・９２ａ〜９２ｈ・９３ａ〜９３ｈ毎に制御することができる。例えば、制御ブロック９１ｂ・９１ｄ・９１ｆ・９１ｈ・９２ａ・９２ｃ・９２ｅ・９２ｇについてはガス供給口８１ａからの加湿ガスの給気を行い、制御ブロック９１ａ・９１ｃ・９１ｅ・９１ｇ・９２ｂ・９２ｄ・９２ｆ・９２ｈからは排気を行い、さらに、制御ブロック９３ａ・９３ｃ・９３ｅ・９３ｇから排気を行い、制御ブロック９３ｂ・９３ｄ・９３ｆ・９３ｈについては何の動作も行わないようにして、ウエハＷを処理することができる。このときに、制御ブロック毎に設けられた自動開閉バルブの開閉量を制御することで、加湿ガスの供給流量や排気流量を制御ブロック毎に異なる量に設定することも可能である。
【００４３】
どの制御ブロックを加湿ガスの給気に用いて、どの制御ブロックを排気に用いるかは、膜厚の均一性等を実験的に確認して決定することができる。一度、処理条件を決定すれば、その条件にしたがってウエハＷを処理することで、膜厚等の均一性に優れた誘電体膜等を得ることができる。さらに、その後に膜厚が部分的に変化した場合にも、その部分に多く加湿ガスを供給したり、逆に加湿ガスの供給量を減らす等して、膜厚分布を均一にするような対処が容易である。
【００４４】
なお、チャンバ７０において、制御ブロック９１ａ〜９１ｈについてはガス供給口８１ａからの加湿ガスの給気のみを行い、制御ブロック９２ａ〜９２ｈについては何の動作も行わず、制御ブロック９３ａ〜９３ｈについては排気口８３ｂからの排気のみを行うと、結果的に、チャンバ７０をチャンバ３２と同じように用いることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、チャンバ７０における制御ブロックの区分けは、図８から図１０に示される形態に限定されるものではない。図１１は蓋体部７１ａにおける制御ブロックの別の区分け形態を示す説明図である。蓋体部７１ａに設けられたガス供給口８１ａと排気口８１ｂは、４つの制御ブロック９５ａ〜９５ｄ、つまり、中央部の円状の制御ブロック９５ａとその周囲に中央部から外側に向かって設けられたリング状の制御ブロック９５ｂ・９５ｃ・９５ｄとに区分けされており、制御ブロック９５ａ〜９５ｄ毎に加湿ガスの給排気を制御することができるようになっている。
【００４６】
このようにチャンバ７０において、蓋体部７１ａに設けられるガス供給口と排気口の数および位置と制御ブロックの形状や数は、図８または図１１に示されるものに限定されない。例えば、制御ブロックの形状は図８に示す扇形や図１１に示す円形、リング形に限定されず、例えば、制御ブロックを格子状に区分けして設けてもよい。また、側壁部７１ｂについても、例えば、図９に示したようにガス供給口８２ａと排気口８２ｂを上下方向に３段で設けた場合には、上段、中段、下段の３つの制御ブロックに区分けして、これら制御ブロック毎に加湿ガスの給排気を制御することもできる。
【００４７】
１区画の制御ブロック、例えば、制御ブロック９１ａにおいて、ガス供給口８１ａからの加湿ガスの給気と、排気口８１ｂからの排気を同時に行うことも可能である。この場合には、例えば、加湿ガスの給気量を排気量よりも多くすることによって処理室９０内に十分な加湿ガスを供給することができる。さらに、例えば、制御ブロック９１ａに設けられたガス供給口８１ａへ供給する加湿ガスの湿度と、制御ブロック９１ｂに設けられたガス供給口８１ａへ供給する加湿ガスの湿度とを異ならせることも可能である。上記実施の形態においては、蒸気として水蒸気を用いる場合を例に挙げたが、アンモニアガスや有機溶剤の蒸気を含ませたガスを用いて基板を処理する装置に対して、本発明を適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、所定の蒸気を含んだガスが基板にほぼ均一に供給されて基板回りの雰囲気が一定に保持される。これにより基板全体での膜厚や特性のばらつきが小さくなり、高い品質の処理基板を得ることが可能となる。また、基板へのガスの供給と排気を複数の制御ブロックに区分けして制御ブロック毎に行うことによって、基板を処理する処理室の雰囲気をより均一にしたり、または、基板の一部を他の部分と異なる雰囲気に晒すことができるようにすることによって、さらに膜厚分布等を低減して基板全体で均一な膜を形成することが可能となる。これにより製品の品質を高く保持し、信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＤシステムの概略構造を示す平面図。
【図２】図１記載のＳＯＤシステムの側面図。
【図３】図１記載のＳＯＤシステムの別の側面図。
【図４】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）の一実施形態を示す概略側面図。
【図５】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）におけるウエハ処理部の一実施形態を示す断面図。
【図６】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）を用いてウエハに形成された層間絶縁膜の膜厚分布を示す説明図。
【図７】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）に装着されるチャンバの別の実施形態を示す概略断面図。
【図８】図７に示すチャンバの上部容器の蓋体部に設けられたガス供給口と排気口の制御形態の一例を示す説明図。
【図９】図７に示すチャンバの上部容器の側壁部に設けられたガス供給口と排気口の制御形態の一例を示す説明図。
【図１０】図７に示すチャンバの下部容器の底壁部に設けられたガス供給口と排気口の制御形態の一例を示す説明図。
【図１１】図７に示すチャンバの上部容器の蓋体部における制御ブロックの別の区分け形態を示す説明図。
【図１２】従来の熱処理ユニットの概略断面図。
【図１３】図１２の熱処理ユニットを用いて形成した誘電体膜の膜厚分布を示す説明図。
【符号の説明】
１；処理部
２；サイドキャビネット
３；キャリアステーション（ＣＳＢ）
１１・１２；塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１５；加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）
１６・１７；処理ユニット群
１８；ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）
３１；ホットプレート
３２；チャンバ
３２ａ；蓋体
３４；拡散板
３４ａ；ガス吹き出し口
３５ａ；ガス供給口
３５ｂ；排気口
４０：処理室
７０；チャンバ
７１；上部容器
７１ａ；蓋体部
７１ｂ；側壁部
７２；下部容器
７２ａ；底壁部
７５；制御部
８１ａ・８２ａ・８３ａ；ガス供給口
８１ｂ・８２ｂ・８３ｂ；排気口
８５ａ・８５ｂ・８６ａ・８６ｂ・８７ａ・８７ｂ・８８ａ・８８ｂ；自動開閉バルブ
９０；処理室
９１ａ〜９１ｈ・９２ａ〜９２ｈ・９３ａ〜９３ｈ・９５ａ〜９５ｄ；制御ブロック
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウエハ等の基板に層間絶縁膜等の膜を形成するために用いられる基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、ＳＯＤ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）システムを用いて、半導体ウエハに塗布液をスピンコートし、加熱等の物理的処理を施して層間絶縁膜等の誘電体膜を形成している。近時、このような層間絶縁膜として誘電率の低い材料が要求されており、所謂、Ｌｏｗ−ｋ材料として種々開発されている。このようなＬｏｗ−ｋ材料の中には、ウエハに塗布液を塗布して形成された塗布膜を所定量の水蒸気を含むガスを供給しながら熱処理することが必要とされるものがある。
【０００３】
図１２はこのような加湿雰囲気での熱処理を必要とするＬｏｗ−ｋ材料を用いて誘電体膜を形成する際に使用されている従来の熱処理ユニットの概略構造を示す断面図である。熱処理ユニット１０１は、ウエハＷを載置するホットプレート１０２と、ホットプレート１０２およびホットプレート１０２に載置されたウエハＷを収容するチャンバ１０３とを有している。チャンバ１０３は下部容器１０３ｂと昇降自在な蓋体１０３ａからなり、所定量の水蒸気を含んだガスが、下部容器１０３ｂの底部に設けられた給気口１０４ｂからチャンバ１０３内に供給され、ウエハＷがこのガス雰囲気に晒される。チャンバ１０３内に供給されたガスは、蓋体１０３ａのほぼ中心に設けられた排気口１０４ａから排出される。なお、図１２中の符号１０５は基板Ｇを昇降させるリフトピンである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱処理ユニット１０１を用いて塗布膜の形成されたウエハＷの熱処理を行うと、例えば、図１３に示すように、形成される塗布膜に略同心円状の膜厚分布が発生し、ウエハＷ全体で均一な膜を形成することが困難である。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板全体で均一な膜を形成することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、基板を略水平に保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板に所定の処理を施す処理室を形成し、複数の制御ブロックに区分けされ、前記制御ブロック毎に前記処理室へ所定の蒸気を含むガスを供給するガス供給口および前記処理室内のガスを外部へ排気するガス排気口が設けられたチャンバと、前記ガス供給口へ所定のガスを供給するガス供給手段と、前記ガス排気口から所定のガスを排気するガス排気手段と、を具備し、前記ガス供給手段は、前記ガス供給口を通した前記処理室への給気および前記ガス排気口を通した前記処理室からの排気を前記制御ブロック毎に任意に制御する給排気制御機構を有することを特徴とする基板処理装置、が提供される。
【０００８】
本発明の第２の観点によれば、所定のガス雰囲気下に基板を保持して前記基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、基板を処理する処理室を形成し、複数の制御ブロックに区分けされ、前記制御ブロック毎に前記処理室へ所定の蒸気を含むガスを供給するガス供給口および前記処理室内のガスを外部へ排気するガス排気口が設けられたチャンバを用い、前記ガス供給口を通した前記処理室への給気と前記ガス排気口を通した前記処理室からの排気とを、前記制御ブロック毎に任意に行うことによって前記基板の表面近傍の雰囲気をほぼ一定とすることを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【０００９】
このような基板処理装置および基板処理方法によれば、所定の蒸気を含んだガスが基板にほぼ均一に供給されて基板回りの雰囲気が一定に保持される。これにより基板全体での膜厚や特性のばらつきが小さくなり、高い品質の処理基板を得ることが可能となる。また、基板の一部を他の部分と異なる雰囲気に晒すことができるようにすることによって部分的な膜厚分布等を無くし、さらに基板全体で均一な膜を形成することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは、本発明の基板処理装置の一実施形態であって、半導体ウエハに層間絶縁膜等の誘電体膜を形成するために用いられる加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）を装備したＳＯＤシステムを例として説明する。
【００１１】
図１は上記ＳＯＤシステムの平面図であり、図２は図１に示したＳＯＤシステムの側面図であり、図３は図１に示したＳＯＤシステム内に装着された処理ユニット群の側面図である。
【００１２】
このＳＯＤシステムは、大略的に、処理部１と、サイドキャビネット２と、キャリアステーション（ＣＳＢ）３とを有している。処理部１には、図１および図２に示すように、手前側上部に塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２が設けられている。また、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２の下方には薬品等を内蔵したケミカルユニット１３・１４が設けられている。
【００１３】
処理部１の中央部には、図１および図３に示すように、複数の処理ユニットを多段に積層してなる処理ユニット群１６・１７が設けられ、これらの間に、昇降してウエハＷを搬送するためのウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８が設けられている。さらに、ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８の後方には、水蒸気雰囲気でのウエハＷの熱処理が可能な加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５が設けられている。この加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の構造については後に詳細に説明する。
【００１４】
ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８は、Ｚ方向に延在し、垂直壁５１ａ・５１ｂおよびこれらの間の側面開口部５１ｃを有する筒状支持体５１と、その内側に筒状支持体５１に沿ってＺ方向に昇降自在に設けられたウエハ搬送体５２とを有している。筒状支持体５１はモータ５３の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送体５２も一体的に回転されるようになっている。
【００１５】
ウエハ搬送体５２は、搬送基台５４と、搬送基台５４に沿って前後に移動可能な３本のウエハ搬送アーム５５・５６・５７とを備えており、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７は、筒状支持体５１の側面開口部５１ｃを通過可能な大きさを有している。これらウエハ搬送アーム５５・５６・５７は、搬送基台５４内に内蔵されたモータおよびベルト機構によりそれぞれ独立して進退移動することが可能となっている。ウエハ搬送体５２は、モータ５８によってベルト５９を駆動させることにより昇降するようになっている。なお、符号６０は駆動プーリー、６１は従動プーリーである。
【００１６】
左側の処理ユニット群１６は、図３に示すように、その上側から順に低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９と、２個の硬化（キュア）処理ユニット（ＤＬＣ）２０と、２個のエージングユニット（ＤＡＣ）２１とが積層されて構成されている。また、右側の処理ユニット群１７は、その上から順に２個のベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２と、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）２３と、２個のクーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４と、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５と、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２６とが積層されて構成されている。なお、受渡ユニット（ＴＲＳ）２５は、クーリングプレートの機能を兼ね備えることが可能である。
【００１７】
サイドキャビネット２は、薬液を供給するためのバブラー（Ｂｕｂ）２７と、排気ガスの洗浄のためのトラップ（ＴＲＡＰ）２８とを有している。また、バブラー（Ｂｕｂ）２７の下方には、電力供給源（図示せず）と、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン）等の薬液やアンモニアガス（ＮＨ３）等のガスを貯留するための薬液室（図示せず）と、ＳＯＤシステムにおいて使用された処理液の廃液を排出するためのドレイン２９とが設けられている。
【００１８】
上記のように構成されたＳＯＤシステムにおいて、加湿雰囲気での熱処理を行うことが必要とされるＬｏｗ−ｋ材料を用いてウエハＷに層間絶縁膜等を形成する場合には、ウエハＷを、クーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序で搬送し、処理する。
【００１９】
次に、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の構造について説明する。図４は加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５の一実施形態を示す概略側面図である。加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５には、下段に純水を貯蔵する純水貯蔵部１５ｃが設けられ、上段にウエハＷを加湿雰囲気で熱処理するウエハ処理部１５ａが設けられ、純水貯蔵部１５ｃに貯蔵された純水を気化させて窒素ガスと混合し、所定の湿度に調整された窒素ガス（加湿ガス）をウエハ処理部１５ａへ送風する気化・送風部１５ｂが中段に設けられている。
【００２０】
なお、窒素ガスは、例えば、工場配管等を利用して気化・送風部１５ｂへ送ることができる。また、純水貯蔵部１５ｃに窒素ガスが充填されたボンベを収納し、そこから必要量の窒素ガスを気化・送風部１５ｂへ送るようにしてもよい。純水についても、純水貯蔵部１５ｃを設けずに所定の貯蔵場所からライン供給される構成とすることもできる。
【００２１】
図５はウエハ処理部１５ａの一実施形態を示す断面図である。ウエハ処理部１５ａには、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７が進入退出可能であって図示しないシャッターによって開閉自在な窓部３０ａを有する筐体３０が配置されている。筐体３０内には、ウエハＷを加熱するホットプレート３１と、処理室４０を形成するチャンバ３２が設けられている。
【００２２】
ホットプレート３１の表面には図示しない所定長さのプロキシミティピンが設けられており、ウエハＷはこのプロキシミティピンの先端に保持され、直接にホットプレート３１の表面には接しないようになっている。ホットプレート３１には所定位置に孔部３１ａが設けられており、この孔部３１ａを貫通するようにウエハＷを昇降させるためのリフトピン３３が設けられている。リフトピン３３は図示しない昇降機構によって昇降自在である。
【００２３】
チャンバ３２は、昇降自在に設けられた蓋体３２ａと、固定された下部容器３２ｂとからなり、蓋体３２ａの上面中央部には、気化・送風部１５ｂからの加湿ガスを処理室４０へ導入するためのガス供給口３５ａが設けられている。また、蓋体３２ａの内側かつホットプレート３１に載置されたウエハＷの上方には、ガス供給口３５ａから処理室４０内に給気された加湿ガスがウエハＷの表面にほぼ均一に給気されるように、所定位置に複数のガス吹き出し口３４ａの形成された拡散板３４が設けられている。
【００２４】
加湿ガスの送風圧力は拡散板３４の中央部で高く、周縁部で低いために、ガス吹き出し口３４ａの口径は、例えば、拡散板３４の中央部では短く設定され、かつ、周縁部では長く設定される。または、ガス吹き出し口３４ａは、拡散板３４の中央部では少なく設けられ、かつ、周縁部では多く設けられる。こうしてウエハＷにほぼ均等に加湿ガスを給気することができる。
【００２５】
ガス吹き出し口３４ａからウエハＷに対してほぼ均一に給気されたガスは、下部容器３２ｂの側面とホットプレート３１の側面との間を通って、下部容器３２ｂの底壁に設けられた排気口３５ｂから排気される。
【００２６】
このような構造を有する加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用いてウエハＷにＬｏｗ−ｋ材料の層間絶縁膜を形成する場合の処理工程は、例えば、以下の通りである。最初に、ウエハＷをウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかを用いて塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２のいずれかに搬入する。ここで、ウエハＷはウエハＷを収納した容器から塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２に直接搬入される場合と、Ｌｏｗ−ｋ材料の塗布液が均一に塗布され易くなるようにクーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６において所定温度とされた後に塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２に搬入される場合がある。
【００２７】
塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２においては、ウエハＷに塗布液がスピンコートされる。具体的には、ウエハＷの表面に所定量の塗布液を塗布した後にウエハＷを所定の回転数で回転させることで、塗布液をウエハＷ全面に拡げる。こうしてウエハＷの表面に塗布膜が形成される。
【００２８】
塗布膜の形成されたウエハは、例えば、ウエハ搬送アーム５５によって塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２から加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５のウエハ処理部１５ａに搬送される。ウエハ処理部１５ａにおいては、蓋体３２ａを上昇させた状態で、ウエハＷを保持したウエハ搬送アーム５５を窓部３０ａを通して筐体３０内に進入させ、この状態からリフトピン３３を上昇させてウエハＷをリフトピン３３に移し替える。さらにウエハ搬送アーム５５を筐体３０から退出させて窓部３０ａを閉じる。
【００２９】
リフトピン３３を降下させてウエハＷをホットプレート３１に設けられたプロキシミティピンに受け渡す。例えば、リフトピン３３の降下時に拡散板３４のガス吹き出し口３４ａから所定湿度に制御された加湿ガスを吐出させながら、蓋体３２ａを降下させて処理室４０を形成し、ウエハＷを加湿ガス雰囲気中で熱処理する。このような処理によって、塗布膜の分子構造が後の硬化処理の際に空孔（ポア）を生じさせるような骨格を有するように変化する。
【００３０】
なお、蓋体３２ａの降下はウエハＷがホットプレート３１上に載置された後に行ってもよい。また、ホットプレート３１は常時一定の温度に保持され、排気口３５ｂからの排気処理は窓部３０ａを閉じた後に開始する。
【００３１】
加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５における処理が終了したら、先にウエハＷを筐体３０内に搬入して処理を開始したときとは反対の順序で、ウエハＷを筐体３０から搬出し、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３のいずれかへ搬送する。ホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３では、例えば、空気雰囲気下、１５０℃程度の温度でウエハＷを熱処理することで、塗布膜に含まれる溶剤や水等の一部を蒸発させる。
【００３２】
低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３における所定時間の処理が終了したウエハＷは、ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８によってベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２へ搬送される。ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２では、例えば、空気雰囲気下、３００℃程度の雰囲気でウエハＷを熱処理することで、先の低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３における熱処理では蒸発等しなかった溶剤や水分等が塗布膜から除去される。
【００３３】
ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２での処理を終えたウエハＷはウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８によって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０に搬送される。硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０では、例えば、４２０℃、窒素雰囲気（低酸素濃度雰囲気）下で、塗布膜の硬化処理が行われ、誘電体膜が形成される。形成された誘電体膜は、先の加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）による処理に起因して、内部にポアを有する多孔質膜となる。このポアが誘電体膜の誘電率を低下させる。
【００３４】
硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０においては、ウエハＷに対してこのような加熱処理後に窒素雰囲気下での冷却処理が施され、その後にウエハ搬送機構（ＰＲＡ）１８によって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０から搬出され、例えば、ウエハＷが収納されていた容器に戻される。
【００３５】
図６は、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用い、上述した工程にしたがってウエハＷに形成されたＬｏｗ−ｋ材料の層間絶縁膜の膜厚分布の一例を示す説明図である。図６と先に示した図１３とを比較すると明らかなように、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用いた場合にはウエハＷ全体での膜厚の差が小さくなっており、膜厚分布の３σ値は０．５％となっている。なお、図１２に示した従来の熱処理ユニット１０１を用いた場合に得られる膜厚分布（図１３）の３σ値は３．０％である。つまり、加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）１５を用いることで、膜厚均一性を約５倍向上させることができることが確認された。
【００３６】
さて、ウエハ処理部１５ａにおいては、チャンバ３２に代えて、図７に概略断面を示すチャンバ７０を用いることができる。チャンバ７０は上部容器７１と下部容器７２からなり、上部容器７１は蓋体部７１ａと側壁部７１ｂから構成されている。なお、上部容器７１は昇降自在であるが、図７ではチャンバ７０によって処理室９０が形成された状態が示されている。
【００３７】
上部容器７１の蓋体部７１ａには所定位置にガス供給口８１ａと排気口８１ｂが形成されている。また、上部容器７１の側壁部７１ｂにもガス供給口８２ａと排気口８２ｂが所定位置に形成されている。さらに、下部容器７２の底壁部７２ａにもガス供給口８３ａと排気口８３ｂが所定位置に形成されている。図８は、蓋体部７１ａに設けられたガス供給口８１ａと排気口８１ｂの制御形態の一例を示す説明図である。
【００３８】
図８に示されるように、蓋体部７１ａに設けられた複数のガス供給口８１ａと複数の排気口８１ｂは、８区画の制御ブロック９１ａ〜９１ｈに区分けされている。チャンバ７０における加湿ガスの給排気は制御部７５によって制御され、例えば、制御ブロック９１ａに設けられているガス供給口８１ａは、制御部７５に設けられた自動開閉バルブ８５ａとつながっており、この自動開閉バルブ８５ａを独立して開閉動作することで、制御ブロック９１ａに設けられているガス供給口８１ａの給気の開始／停止を制御することができるようになっている。同様に、制御ブロック９１ａに設けられている排気口８１ｂは、制御部７５に設けられた自動開閉バルブ８５ｂとつながっており、この自動開閉バルブ８５ｂを独立して開閉動作することで、制御ブロック９１ａに設けられている排気口８１ｂの排気の開始／停止を制御することができるようになっている。
【００３９】
図８に示すように、制御ブロック９１ｂのガス供給口８１ａは自動開閉バルブ８６ａとつながっており、制御ブロック９１ｂの排気口８１ｂは自動開閉バルブ８６ｂとつながっている。図８には図示を省略しているが、その他の制御ブロック９１ｃ〜９１ｈについても同様にガス供給口８１ａと排気口８１ｂは制御ブロック毎に制御部７５に設けられた自動開閉バルブとつながっている。このようにして、蓋体部７１ａでは制御ブロック９１ａ〜９１ｈ毎に独立して加湿ガスの給排気を行うことができるようになっている。
【００４０】
図９は側壁部７１ｂに設けられたガス供給口８２ａと排気口８２ｂの制御形態の一例を示した説明図である。側壁部７１ｂは８個の制御ブロック９２ａ〜９２ｈに区分けされ、制御ブロック９２ｆに設けられたガス供給口８２ａは自動開閉バルブ８７ａとつながっており、排気口８２ｂは自動開閉バルブ８７ｂにつながっている。図９には制御ブロック９２ｆにおける加湿ガスの給排気の形態についてのみ示しているが、他の制御ブロック９２ａ〜９２ｅ・９２ｇ・９２ｈについても同様であり、側壁部７１ｂにおいては、制御ブロック９２ａ〜９２ｈ毎に加湿ガスの給排気を行うことができるようになっている。
【００４１】
図１０は下部容器７２の底壁部７２ａに設けられたガス供給口８３ａと排気口８３ｂの制御形態の一例を示す説明図である。下部容器７２の底壁部７２ａはその周縁部において８個の制御ブロック９３ａ〜９３ｈに区分けされ、制御ブロック９３ｅに設けられたガス供給口８３ａは制御部７５に設けられた自動開閉バルブ８８ａとつながっており、排気口８３ｂは自動開閉バルブ８８ｂにつながっている。図１０には、制御ブロック９３ｅにのみガス供給口８３ａと排気口８３ｂを図示し、また、制御ブロック９３ｅにおける加湿ガスの給排気の形態についてのみ示しているが、他の制御ブロック９３ａ〜９３ｄ・９３ｆ〜９３ｈについても同様である。つまり、下部容器７２の底壁部７２ａの周縁部においては、制御ブロック９３ａ〜９３ｈ毎に加湿ガスの給排気を行うことができるようになっている。
【００４２】
チャンバ７０においては、処理室９０への加湿ガスの給気と処理室９０からの排気を２４箇所に区分けされた制御ブロック９１ａ〜９１ｈ・９２ａ〜９２ｈ・９３ａ〜９３ｈ毎に制御することができる。例えば、制御ブロック９１ｂ・９１ｄ・９１ｆ・９１ｈ・９２ａ・９２ｃ・９２ｅ・９２ｇについてはガス供給口８１ａからの加湿ガスの給気を行い、制御ブロック９１ａ・９１ｃ・９１ｅ・９１ｇ・９２ｂ・９２ｄ・９２ｆ・９２ｈからは排気を行い、さらに、制御ブロック９３ａ・９３ｃ・９３ｅ・９３ｇから排気を行い、制御ブロック９３ｂ・９３ｄ・９３ｆ・９３ｈについては何の動作も行わないようにして、ウエハＷを処理することができる。このときに、制御ブロック毎に設けられた自動開閉バルブの開閉量を制御することで、加湿ガスの供給流量や排気流量を制御ブロック毎に異なる量に設定することも可能である。
【００４３】
どの制御ブロックを加湿ガスの給気に用いて、どの制御ブロックを排気に用いるかは、膜厚の均一性等を実験的に確認して決定することができる。一度、処理条件を決定すれば、その条件にしたがってウエハＷを処理することで、膜厚等の均一性に優れた誘電体膜等を得ることができる。さらに、その後に膜厚が部分的に変化した場合にも、その部分に多く加湿ガスを供給したり、逆に加湿ガスの供給量を減らす等して、膜厚分布を均一にするような対処が容易である。
【００４４】
なお、チャンバ７０において、制御ブロック９１ａ〜９１ｈについてはガス供給口８１ａからの加湿ガスの給気のみを行い、制御ブロック９２ａ〜９２ｈについては何の動作も行わず、制御ブロック９３ａ〜９３ｈについては排気口８３ｂからの排気のみを行うと、結果的に、チャンバ７０をチャンバ３２と同じように用いることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、チャンバ７０における制御ブロックの区分けは、図８から図１０に示される形態に限定されるものではない。図１１は蓋体部７１ａにおける制御ブロックの別の区分け形態を示す説明図である。蓋体部７１ａに設けられたガス供給口８１ａと排気口８１ｂは、４つの制御ブロック９５ａ〜９５ｄ、つまり、中央部の円状の制御ブロック９５ａとその周囲に中央部から外側に向かって設けられたリング状の制御ブロック９５ｂ・９５ｃ・９５ｄとに区分けされており、制御ブロック９５ａ〜９５ｄ毎に加湿ガスの給排気を制御することができるようになっている。
【００４６】
このようにチャンバ７０において、蓋体部７１ａに設けられるガス供給口と排気口の数および位置と制御ブロックの形状や数は、図８または図１１に示されるものに限定されない。例えば、制御ブロックの形状は図８に示す扇形や図１１に示す円形、リング形に限定されず、例えば、制御ブロックを格子状に区分けして設けてもよい。また、側壁部７１ｂについても、例えば、図９に示したようにガス供給口８２ａと排気口８２ｂを上下方向に３段で設けた場合には、上段、中段、下段の３つの制御ブロックに区分けして、これら制御ブロック毎に加湿ガスの給排気を制御することもできる。
【００４７】
１区画の制御ブロック、例えば、制御ブロック９１ａにおいて、ガス供給口８１ａからの加湿ガスの給気と、排気口８１ｂからの排気を同時に行うことも可能である。この場合には、例えば、加湿ガスの給気量を排気量よりも多くすることによって処理室９０内に十分な加湿ガスを供給することができる。さらに、例えば、制御ブロック９１ａに設けられたガス供給口８１ａへ供給する加湿ガスの湿度と、制御ブロック９１ｂに設けられたガス供給口８１ａへ供給する加湿ガスの湿度とを異ならせることも可能である。上記実施の形態においては、蒸気として水蒸気を用いる場合を例に挙げたが、アンモニアガスや有機溶剤の蒸気を含ませたガスを用いて基板を処理する装置に対して、本発明を適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、所定の蒸気を含んだガスが基板にほぼ均一に供給されて基板回りの雰囲気が一定に保持される。これにより基板全体での膜厚や特性のばらつきが小さくなり、高い品質の処理基板を得ることが可能となる。また、基板へのガスの供給と排気を複数の制御ブロックに区分けして制御ブロック毎に行うことによって、基板を処理する処理室の雰囲気をより均一にしたり、または、基板の一部を他の部分と異なる雰囲気に晒すことができるようにすることによって、さらに膜厚分布等を低減して基板全体で均一な膜を形成することが可能となる。これにより製品の品質を高く保持し、信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＤシステムの概略構造を示す平面図。
【図２】図１記載のＳＯＤシステムの側面図。
【図３】図１記載のＳＯＤシステムの別の側面図。
【図４】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）の一実施形態を示す概略側面図。
【図５】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）におけるウエハ処理部の一実施形態を示す断面図。
【図６】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）を用いてウエハに形成された層間絶縁膜の膜厚分布を示す説明図。
【図７】加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）に装着されるチャンバの別の実施形態を示す概略断面図。
【図８】図７に示すチャンバの上部容器の蓋体部に設けられたガス供給口と排気口の制御形態の一例を示す説明図。
【図９】図７に示すチャンバの上部容器の側壁部に設けられたガス供給口と排気口の制御形態の一例を示す説明図。
【図１０】図７に示すチャンバの下部容器の底壁部に設けられたガス供給口と排気口の制御形態の一例を示す説明図。
【図１１】図７に示すチャンバの上部容器の蓋体部における制御ブロックの別の区分け形態を示す説明図。
【図１２】従来の熱処理ユニットの概略断面図。
【図１３】図１２の熱処理ユニットを用いて形成した誘電体膜の膜厚分布を示す説明図。
【符号の説明】
１；処理部
２；サイドキャビネット
３；キャリアステーション（ＣＳＢ）
１１・１２；塗布処理ユニット（ＳＣＴ）
１５；加湿熱処理ユニット（ＨＡＣ）
１６・１７；処理ユニット群
１８；ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）
３１；ホットプレート
３２；チャンバ
３２ａ；蓋体
３４；拡散板
３４ａ；ガス吹き出し口
３５ａ；ガス供給口
３５ｂ；排気口
４０：処理室
７０；チャンバ
７１；上部容器
７１ａ；蓋体部
７１ｂ；側壁部
７２；下部容器
７２ａ；底壁部
７５；制御部
８１ａ・８２ａ・８３ａ；ガス供給口
８１ｂ・８２ｂ・８３ｂ；排気口
８５ａ・８５ｂ・８６ａ・８６ｂ・８７ａ・８７ｂ・８８ａ・８８ｂ；自動開閉バルブ
９０；処理室
９１ａ〜９１ｈ・９２ａ〜９２ｈ・９３ａ〜９３ｈ・９５ａ〜９５ｄ；制御ブロック
Claims (7)
- 基板を略水平に保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板に所定の処理を施す処理室を形成し、複数の制御ブロックに区分けされ、前記制御ブロック毎に前記処理室へ所定の蒸気を含むガスを供給するガス供給口および前記処理室内のガスを外部へ排気するガス排気口が設けられたチャンバと、
前記ガス供給口へ所定のガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス排気口から所定のガスを排気するガス排気手段と、
を具備し、
前記ガス供給手段は、前記ガス供給口を通した前記処理室への給気および前記ガス排気口を通した前記処理室からの排気を前記制御ブロック毎に任意に制御する給排気制御機構を有することを特徴とする基板処理装置。 - 前記制御ブロックには、前記制御ブロック毎に複数の前記ガス供給口および複数の前記ガス排気口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記チャンバは前記保持手段に保持された基板の上方を覆う蓋体部を有し、前記蓋体部は複数の前記制御ブロックに区分けされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
- 前記チャンバは前記保持手段に保持された基板の外周を囲む側壁部を有し、前記側壁部は複数の前記制御ブロックに区分けされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
- 前記チャンバは前記保持手段の下方に設けられた底壁部を有し、前記底壁部が複数の前記制御ブロックに区分けされていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の基板処理装置。
- 前記保持手段は前記基板を加熱可能なホットプレートであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
- 所定のガス雰囲気下に基板を保持して前記基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、
基板を処理する処理室を形成し、複数の制御ブロックに区分けされ、前記制御ブロック毎に前記処理室へ所定の蒸気を含むガスを供給するガス供給口および前記処理室内のガスを外部へ排気するガス排気口が設けられたチャンバを用い、
前記ガス供給口を通した前記処理室への給気と前記ガス排気口を通した前記処理室からの排気とを、前記制御ブロック毎に任意に行うことによって前記基板の表面近傍の雰囲気をほぼ一定とすることを特徴とする基板処理方法。
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