JP3782329B2 - 熱的処理装置 - Google Patents

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熱的処理装置に関する。
【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、層間絶縁膜等の誘電体膜を形成することが行われている。このＳＯＤシステムにおいては、例えば、ゾル−ゲル法、シルク法、スピードフィルム法、フォックス法等により、半導体ウエハ上に塗布膜をスピンコートし、化学的処理または加熱処理等を施して所定の膜を形成している。このうち、シルク法、スピードフィルム法、フォックス法により層間絶縁膜等を形成する際には、冷却した半導体ウエハに塗布液を塗布した後に所定温度に加熱して塗布液に含まれる揮発成分等を除去し、一旦冷却して別の加熱処理ユニットへ搬送した後に、そこで低酸素濃度雰囲気下において先の加熱処理温度よりも高い温度に加熱して塗布膜を硬化（キュア）させ、層間絶縁膜等が形成される。こうして硬化処理が終了した半導体ウエハは所定温度まで冷却されて、次の処理工程へ送られる。
【０００３】
例えば、硬化処理は所定温度に保持されたホットプレート上に半導体ウエハを載置することによって行われ、硬化処理の終了後には半導体ウエハは冷却プレートへ搬送されてそこで冷却される。このような一連の熱的処理において、半導体ウエハの温度が高くなっている状態で酸素濃度が大きくなると、形成される層間絶縁膜等の誘電率が大きくなるという問題が生ずる。このため、ホットプレートが配置された処理室と冷却プレートが載置された処理室には、それぞれ窒素ガス等の不活性ガスが所定量供給され、半導体ウエハの周囲の酸素濃度が、例えば、１０ｐｐｍといった低濃度に保持されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ホットプレートが配置された処理室と冷却プレートが載置された処理室とは開閉可能なシャッター等によって隔離されていたために、これらの処理室間で半導体ウエハを搬送する際には、シャッター等の動作によって一時的に処理室内の酸素濃度が高くなる場合があり、このために半導体ウエハは酸素濃度が高い雰囲気に晒されて、層間絶縁膜等の特性が低下する問題がある。
【０００５】
また、塗布液が塗布された半導体ウエハを、塗布膜の状態に応じて設定温度の異なるホットプレートが配置された複数の加熱処理ユニットによって処理していることから、加熱と冷却を複数回繰り返す必要があり、しかも半導体ウエハの搬送に時間を要するために、半導体ウエハ１枚あたりの処理時間が長くなり、スループットが低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、酸素濃度の変化等の雰囲気変化がない状態で基板の熱的処理を行うことができる熱的処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、処理温度の異なる熱的処理を１個の熱的処理ユニットで行うことができる熱的処理装置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】
すなわち、本発明によれば、基板に所定の熱的処理を施す熱的処理装置であって、基板を所定温度で加熱処理する加熱処理部と、前記加熱処理部と連通し、基板を所定温度に冷却処理する冷却処理部と、その内部に前記加熱処理部と前記冷却処理部とを水平方向に隣り合わせて保持する１個の筐体と、前記冷却処理部と前記加熱処理部との間で基板を搬送する基板搬送手段と、を具備し、前記加熱処理部は、前記冷却処理部の真横に位置して前記冷却処理部との間で前記基板搬送手段による基板の搬入出が行われる上段部と、前記上段部の下方に上部から下部へ向かうにしたがって基板を処理する温度が高くなるように設けられた中段部および下段部と、前記中段部を通って前記上段部と前記下段部との間で基板を昇降させる基板昇降手段と、を有していることを特徴とする熱的処理装置、が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、基板に所定の熱的処理を施す熱的処理装置であって、基板を冷却処理する冷却プレートと、基板を加熱処理するホットプレートと、前記冷却プレートの温度以上前記ホットプレートの温度以下の温度範囲において基板を加熱または冷却処理する中間熱処理部と、前記中間熱処理部を通って前記冷却プレートと前記ホットプレートとの間で基板を搬送する基板搬送手段と、を具備し、前記中間熱処理部は前記基板搬送手段によって搬送される基板の外側に位置するように設けられたヒータを有することを特徴とする熱的処理装置、が提供される。
【０００９】
このような熱的処理装置においては、基板の冷却処理を行う冷却処理部と加熱処理を行う加熱処理部とが１個の筐体内に設けられていることから、酸素濃度の変化等のガス雰囲気変化がない状態で基板の熱的処理（加熱処理および冷却処理をいう）を行うことができる。こうして、良好な特性を有し、かつ、特性のばらつきの少ない層間絶縁膜等を基板に形成することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の熱的処理装置は、冷却プレートの温度とホットプレートの温度の間の温度範囲における任意の温度での熱的処理が可能となる。つまり、処理温度の異なる熱的処理を１台の熱的処理装置を用いて連続的に行うことが可能となる。これによって、設定温度の異なるホットプレートがそれぞれ配置された加熱処理ユニット間で基板を搬送する必要がなくなり、処理時間を短縮してスループットを向上させることができる。さらに、基板をホットプレートに搬送する間に基板が徐々に加熱または冷却されるために、基板への熱衝撃が小さくなり、基板へのダメージを低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についてさらに具体的に説明する。ここでは、半導体ウエハに層間絶縁膜等の塗布膜を形成するために用いられ、本発明の熱的処理装置の一実施形態である硬化処理ユニット（ＤＬＣ）が搭載された塗布膜形成装置（ＳＯＤシステム）を例として、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
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。
【００１３】
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室１３・１４が設けられている。
【００１４】
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、昇降して半導体ウエハ（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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４０は駆動プーリー、４１は従動プーリーである。
【００１７】
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。
【００１８】
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（ＮＨ_３）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３１とが設けられている。
【００１９】
上記のように構成されたＳＯＤシステムにおいて、例えば、ゾル−ゲル法により層間絶縁膜等を形成する場合には、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→エージングユニット（ＤＡＣ）２１→→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の順序により層間絶縁膜等が形成される。
【００２０】
また、シルク法およびスピードフィルム法により層間絶縁膜等を形成する場合の第１の方法は、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（アドヒージョンプロモータの塗布）→低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２（本薬液の塗布）→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の順序により層間絶縁膜等を形成する方法である。
【００２１】
シルク法およびスピードフィルム法により層間絶縁膜等を形成する場合の第２の方法は、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（アドヒージョンプロモータの塗布）→低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３→塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１・１２（本薬液の塗布）→硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序により層間絶縁膜等を形成する方法である。
【００２２】
さらに、フォックス法により層間絶縁膜等を形成する場合の第１の方法は、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→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の順序により層間絶縁膜等を形成する方法であり、第２の方法は、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→硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の順序により層間絶縁膜等を形成する方法である。なお、これら各種の方法によって形成される層間絶縁膜等の材質には制限はなく、有機系、無機系およびハイブリッド系の各種材料を用いることが可能である。
【００２３】
次に、硬化処理によって層間絶縁膜等を形成する場合に用いられる硬化処理ユニット（ＤＬＣ）の構造について詳細に説明する。図４は硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の一実施形態の概略構造を示す断面図であり、図５は硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０における給排気形態を示した説明図（上段：平面図、下段：側面図）である。硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０は冷却処理部３３と加熱処理部４３とを有しており、冷却処理部３３と加熱処理部４３は互いに連通し、１個の筐体２０ａ内において水平方向に隣り合うようにして設けられている。
【００２４】
冷却処理部３３には冷却プレート３４が配置され、加熱処理部４３にはホットプレート４５と、ヒータ４４と、加熱処理部４３内でウエハＷを水平姿勢で昇降させる昇降機構４６とが配置されている。また、筐体２０ａ内には、冷却処理部３３と加熱処理部４３との間でウエハＷを移動させる搬送機構６１が設けられている。
【００２５】
筐体２０ａ内のガス雰囲気を一定に保持する雰囲気調整機構として、筐体２０ａには筐体２０ａ内に窒素ガス等の不活性ガスを導入する２本のガスインジェクタ４９ａと、筐体２０ａ内のガスを排気する排気口４９ｂとが設けられている。このような雰囲気調整機構によって、筐体２０ａ内の雰囲気は、冷却処理部３３と加熱処理部４３で一定に保たれる。例えば、筐体２０ａ内の酸素濃度は筐体２０ａ内のどの部分においても１０ｐｐｍに保持することができる。なお、筐体２０ａ内の酸素濃度を正確に制御するために、筐体２０ａに酸素ガス等の活性ガスを導入する給気口を設けてもよい。
【００２６】
冷却プレート３４の表面にはウエハＷの裏面に当接してウエハＷを支持する支持ピン３４ａが複数設けられており、加熱処理部４３において加熱処理されたウエハＷを冷却プレート３４上に載置することで、ウエハＷを所定温度まで冷却させることができる。また、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７が、例えば、図４の紙面に垂直な方向において冷却プレート３４にアクセス可能となっており、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかによって硬化処理を行うウエハＷが冷却プレート３４に搬入され、逆に硬化処理が終了したウエハＷが冷却プレート３４からウエハ搬送アーム５５・５６・５７によって搬出される。
【００２７】
加熱処理部４３は、大別して上段部４３ａと中段部４３ｂと下段部４３ｃの３つのゾーンから構成されている。上段部４３ａは冷却処理部３３との間で水平方向にウエハＷの搬送を行うためのゾーンであり、冷却処理部３３の真横に位置している。搬送機構６１の搬送アーム６１ａは、例えば、図示しない伸縮機構やスライド機構によって、上段部４３と冷却処理部３３との間でウエハＷを搬送する。なお、搬送機構６１の搬送アーム６１ａは冷却プレート３４に対してウエハＷの受け渡しを行うことができるのみならず、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７に対して直接にウエハＷの受け渡しを行うことも可能な構造とすることも好ましい。
【００２８】
下段部４３ｃは加熱処理部４３において最も高い温度での加熱処理をウエハＷに対して施すゾーンであり、下段部４３ｃに設けられたホットプレート４５は、ウエハＷに形成された塗布膜の硬化処理を行うために、例えば、４５０℃程度の高温に保持される。ホットプレート４５の表面にはウエハＷを支持する支持ピン４５ａが複数設けられている。この支持ピン４５ａの突出高さは、例えば、０．１ｍｍ程度である。下段部４３ｃに設けられた昇降機構４６は、ウエハＷの外周を保持する保持部４６ａと、保持部４６ａを支持する支柱部４６ｂと、支柱部４６ｂを昇降させる駆動機構４６ｃとを有しており、昇降機構４６はホットプレート４５に対してウエハＷの受け渡しを行い、また、上段部４３ａにおいて搬送機構６１の搬送アーム６１ａとの間でウエハＷの受け渡しを行い、さらに、上段部４３ａと下段部４３ｃとの間でウエハＷを略水平姿勢で昇降する。
【００２９】
中段部４３ｂの外周壁には昇降機構４６によって昇降されるウエハＷを囲繞するようにヒータ４４が設けられており、このヒータ４４は上下方向に多段に分割されて、各段ごとに設定温度を変えることができるようになっている。ヒータ４４の温度設定は、下方で温度が高く、上方で温度が低くなるように設定する。例えば、図４に示すように、ヒータ４４を上下２段に分割して温度設定を行う場合には、下段の温度を２００℃〜３５０℃に設定し、上段の温度を１００℃〜２００℃に設定することができる。ヒータ４４の最下部の温度は、ホットプレート４５の設定温度よりも低くする。
【００３０】
ホットプレート４５とヒータ４４の温度設定を前記のように下方から上方に向かって温度が低くなるように設定することにより、中段部４３ｂにおいては上下方向に温度が下方で高く上方で低くなるような温度勾配を有する空間が形成される。また、ヒータ等の加熱手段が設置されていない上段部４３ａは、加熱処理部４３の中で最も温度が低くなる。
【００３１】
次に、シルク法を用いて層間絶縁膜等を形成する工程の一実施形態について説明する。ここでは、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１を本薬液（Ｓｉｌｋ）の塗布液を塗布するために用い、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２をアドヒージョンプロモータを塗布することに用いるものとする。図６は以下に説明する工程の概略を示した説明図（フローチャート）である。最初に、ウエハＷを塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２に搬入する（ステップ１）。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に搬入される場合や、前工程が終了してクーリングプレートユニット（ＣＰＬ）２４・２６に搬入され、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なった後に塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２に搬入される場合がある。
【００３２】
続いて塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１２において、ウエハＷにアドヒージョンプロモータが塗布される（ステップ２）。アドヒージョンプロモータの塗布は、例えば、スピンチャックに保持されたウエハＷの表面ほぼ中央に所定量のアドヒージョンプロモータを供給した後にスピンチャックを回転させて、アドヒージョンプロモータをウエハＷの全面に拡げることで行われる。アドヒージョンプロモータの塗布が終了したウエハＷは、低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３のいずれかに搬送されて（ステップ３）、所定の加熱処理が施される（ステップ４）。
【００３３】
低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３での加熱処理が終了したウエハＷは、続いて塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１に搬送され（ステップ５）、そこで本薬液（Ｓｉｌｋ）を用いた塗布膜の形成が行われる（ステップ６）。このステップ６では、先にアドヒージョンプロモータをウエハＷの全面に塗布した方法と同じ方法を用いて塗布膜を形成することができる。
【００３４】
塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１での本薬液（Ｓｉｌｋ）の塗布が終了した後には、ウエハＷを低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３のいずれかに搬送し（ステップ７）、そこで所定の温度に保持して、形成された塗布膜に含まれる溶剤の中で比較的低い温度で蒸発する成分を蒸発させる（ステップ８）。次いで、ウエハＷをベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２へ搬送して（ステップ９）、そこで低温用のホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３における処理温度よりも高い処理温度でさらに塗布膜から蒸発する成分を除去するベーク処理が行われる（ステップ１０）。
【００３５】
ベーク処理が施されたウエハＷは、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかによって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０に搬送され（ステップ１１）、そこで、塗布膜の硬化処理が行われる（ステップ１２）。
【００３６】
このステップ１２においては、ウエハＷは、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかによって冷却プレート３４に載置された後に冷却プレート３４から加熱処理部４３の上段部４３ａへ搬送機構６１の搬送アーム６１ａによって搬送され、次いで搬送機構６１の搬送アーム６１ａから昇降機構４６の保持部４６ａに受け渡される。そして昇降機構４６を動作させてウエハＷを上段部４３ａから中段部４３ｂを経て下段部４３ｃに配置されたホットプレート４５上に載置し、硬化処理を施す。
【００３７】
硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０におけるこのような一連の処理においては、ウエハＷは中段部４３ｂを通過する際に徐々に加熱されるために、ベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２からの搬送過程で温度の低くなったウエハＷを急に高温のホットプレート上に載置していた従来の場合と比較すると、ウエハＷおよび層間絶縁膜等への熱衝撃が小さくなる。こうして、ウエハＷおよび層間絶縁膜等へのダメージを低減して、層間絶縁膜等へのクラックの発生や、ウエハＷの割れの発生を抑制することができる。
【００３８】
硬化処理が終了したウエハＷは、先に冷却プレート３４からホットプレート４５へウエハＷを搬送した手順と逆の手順によって冷却プレート３４に戻されて所定の温度まで冷却される。その後にウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれか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（ステップ１３）。
【００３９】
ウエハＷの１枚あたりの処理時間を短くするために加熱処理部４３から冷却処理部３３へのウエハＷの搬送を短時間に行う場合には、冷却プレート３４に載置されるウエハＷの温度はホットプレート４５での処理温度に近い状態にあることから、加熱処理部４３から冷却処理部３３への搬送過程でウエハＷが高い酸素濃度雰囲気に晒されると形成された層間絶縁膜等の特性が劣化する問題を生ずる。しかし、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０では冷却処理部３３と加熱処理部４３とが１個の筐体２０ａ内に連通して設けられているために、加熱処理部４３から冷却処理部３３へウエハＷが搬送される過程でウエハＷの周囲の酸素濃度が変化せず、こうして形成された層間絶縁膜等の特性を良好に維持することが可能となる。
【００４０】
また、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０では、ウエハＷが中段部４３ｂを通過する速度を制御することによって、ウエハＷの冷却速度を制御することが可能である。ウエハＷの冷却速度を遅くした場合には、ウエハＷおよび層間絶縁膜等への熱衝撃が小さくなり、ウエハＷおよび層間絶縁膜等へのダメージを低減することができる。なお、ウエハＷの１枚あたりの処理時間を短縮する観点からは、ウエハＷの冷却速度は所定の特性を有する層間絶縁膜等が得られる限りにおいて速くすることが好ましい。
【００４１】
次に、シルク法を用いて層間絶縁膜等を形成する工程の別の実施形態について説明する。図７は以下に説明する工程の概略を示した説明図（フローチャート）である。図７中のステップ１からステップ６に至る工程は、図６に示したステップ１からステップ６と同じであり、これらの工程については前述した通りである。塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１において塗布膜が形成されたウエハＷは、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかによって、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０に搬送され（ステップ７ａ）、そこで、溶剤除去、硬化処理等の一連の加熱処理が施される（ステップ８ａ）。
【００４２】
このステップ８ａについて詳細に説明すると、先ず、塗布膜の形成されたウエハＷは、冷却プレート３４に搬送された後に、冷却プレート３４から加熱処理部４３の上段部４３ａへ搬送機構６１の搬送アーム６１ａによって搬送され、次いで搬送機構６１の搬送アーム６１ａから昇降機構４６の保持部４６ａにウエハＷが受け渡される。上下方向に２分割されて中段部４３ｂに配置されたヒータ４４の上側部分によってウエハＷの外周が囲繞される位置まで昇降機構４６を動作させてウエハＷを降下させて、所定時間その位置で保持する。
【００４３】
ウエハＷを囲繞するヒータ４４の上側部分は、例えば、１５０℃に設定することができ、このような温度でウエハＷを所定時間保持することにより、ウエハＷに形成された塗布膜に含まれる溶剤の中で比較的低い温度で蒸発する成分を蒸発させることができる。つまり、この段階ではウエハＷに対して低温用ホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３を用いた加熱処理と同様の処理が行われる。
【００４４】
続いて、上下方向に２分割されて中段部４３ｂに配置されたヒータ４４の下側部分によってウエハＷの外周が囲繞される位置まで昇降機構４６を動作させてウエハＷを降下させ、所定時間その位置で保持する。ウエハＷを囲繞するヒータ４４の下側部分は、例えば、３００℃に設定することができ、このような温度でウエハＷを所定時間保持することにより、ウエハＷに形成された塗布膜に含まれる溶剤の中で比較的高い温度で塗布膜から蒸発する成分を除去するベーク処理を行うことができる。つまり、この段階ではウエハＷに対してベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２を用いた加熱処理と同様の処理が行われる。
【００４５】
次に、ウエハＷがホットプレート４５に載置されるように昇降機構４６を動作させてウエハＷを降下させ、所定時間そのホットプレート４５上で保持して硬化処理を施す。硬化処理が終了したウエハＷは、中段部４３ｂで静止保持されることなく昇降機構４６によって上段部４３ａへ搬送され、搬送機構６１の搬送アーム６１ａによって冷却プレート３４に戻されて所定の温度まで冷却される。所定温度に冷却されたウエハＷは、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかによって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０から搬出され（ステップ９ａ）、例えば、ウエハＷが収納されていた容器に戻される。
【００４６】
なお、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７と搬送機構６１の搬送アーム６１ａとの間で直接にウエハＷの受け渡しが可能な場合には、例えば、加熱処理部４３の中段部４３ｂと下段部４３ｃにおいて加熱処理された後に上段部４３ａへ搬送されたウエハＷを受け取った搬送機構６１の搬送アーム６１ａは、ウエハＷを冷却プレート３４に載置することなく直接にウエハ搬送アーム５５・５６・５７に渡して、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の外部へ搬出することも可能である。
【００４７】
硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０では、加熱処理部４３の中段部４３ｂに冷却プレート３４の温度とホットプレート４５の温度の間の中間温度に設定された中間熱処理部が形成されていることから、塗布膜が形成されたウエハＷの加熱処理を連続して行うことが可能である。こうして、複数の熱処理ユニットの間でウエハＷを搬送する時間が省略され、ウエハＷの１枚あたりの処理時間を短縮することが可能となる。
【００４８】
なお、図６のフローチャートに示した層間絶縁膜等の形成方法と同様に、図７のフローチャートにしたがった層間絶縁膜等の形成方法においても、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０内では、冷却処理部３３と加熱処理部４３とが１個の筐体２０ａ内に設けられているために、加熱処理部４３から冷却処理部３３へウエハＷが搬送される過程でウエハＷの周囲の酸素濃度が変化せず、こうして層間絶縁膜等の特性が劣化するといった事態が生ずることが回避される。また、ウエハＷを徐々に加熱または冷却することで、急激な熱衝撃によるウエハＷや層間絶縁膜等へのダメージを低減することができる。
【００４９】
硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の実施形態は、上記説明に係る形態に限定されるものではない。例えば、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７は冷却プレート３４との間でウエハＷの受け渡しが可能な構成としたが、図８の説明図に示すように、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７が加熱処理部４３の上段部４３ａにアクセス可能な構造として、上段部４３ａにおいて、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７と昇降機構４６の保持部４６ａとの間でウエハＷの受け渡しが可能であり、かつ、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７と搬送機構６１の搬送アーム６１ａとの間でウエハＷの受け渡しが可能であり、さらに、昇降機構４６の保持部４６ａと搬送機構６１の搬送アーム６１ａとの間でウエハＷの受け渡しが可能な構成とすることもできる。
【００５０】
この場合には、例えば、次のようにして硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０内でウエハＷを搬送する。すなわち、塗布処理ユニット（ＳＣＴ）１１において塗布膜が形成されたウエハＷを硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の加熱処理部４３の上段部４３ａに搬入し、そこで昇降機構４６の保持部４６ａにウエハＷを移し替える。昇降機構４６の駆動機構４６ｃを動作させることによってウエハＷを降下させて、ウエハＷに対して中段部４３ｂでの所定の加熱処理と下段部４３ｃに配置されたホットプレート４５による所定の硬化処理とを行う。
【００５１】
その後に、昇降機構４６によってウエハＷを上段部４３ａへ上昇させて、そこで搬送機構６１の搬送アーム６１ａへウエハＷを移し替えて、ウエハＷを冷却プレート３４上へ載置する。冷却処理が終了したウエハＷは、搬送機構６１の搬送アーム６１ａによって加熱処理部４３の上段部４３ａへ搬送され、そこでウエハ搬送アーム５５・５６・５７のいずれかに移し替えられて、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０外に搬出される。
【００５２】
また、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７が加熱処理部４３の上段部４３ａにアクセス可能な構造となっている場合には、加熱処理部４３で加熱処理が施されたウエハＷを冷却処理部３３へ搬送して冷却処理した後に、ウエハ搬送アーム５５・５６・５７によって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）外へ搬出するか、または、上段部４３ａに上昇されたウエハＷは温度が下がっているために、加熱処理部４３で加熱処理が施されたウエハＷを冷却処理部３３へ搬送することなく、そのまま上段部４３ａからウエハ搬送アーム５５・５６・５７によって硬化処理ユニット（ＤＬＣ）外へ搬出するか、を選択することができる。
【００５３】
搬送機構６１は、図４では冷却処理部３３側に設けられているが、加熱処理部４３側に設けても構わない。また、加熱処理部４３の中段部４３ｂに配置されるヒータ４４は必ず昇降機構４６によって昇降または保持されるウエハＷを囲繞するように配置しなければならないものではなく、例えば、ウエハＷを挟み込むように対向する１組の面に設けることも可能である。
【００５４】
さらに、冷却処理部３３と加熱処理部４３との間に、加熱処理部４３から冷却処理部３３への伝熱を抑制するための開閉可能なシャッター（遮蔽板）を設けることも好ましい。但し、このシャッターの開閉動作は筐体２０ａ内で行われ、シャッターの開閉動作によって冷却処理部３３と加熱処理部４３の酸素濃度が変化することがないようにする。また、このシャッターは伝熱抑制を主たる目的とするために、このシャッターが閉じられた状態で冷却処理部３３と加熱処理部４３とが完全に隔離される必要もない。
【００５５】
硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の加熱処理部４３に設けられた昇降機構４６もまた図４に示したように、ホットプレート４５の外周に設けられる形態に限定されるものではない。昇降機構４６の別の実施形態としては、例えば、図９（ａ）の断面図に示す昇降機構４６´のように、ホットプレート４５を貫通するように設けられ、上端でウエハＷを支持する少なくとも３本（図９（ａ））では２本のみ図示）のリフトピン（棒状部材）４７ａと、このリフトピン４７ａを昇降させる駆動機構４７ｂとからなるものを用いることもできる。
【００５６】
また、図９（ｂ）に示す昇降機構４６″のように、ホットプレート４５を貫通するように設けられ、その上端でウエハＷを支持する略筒状部材４８ａと、この略筒状部材４８ａを昇降させる駆動機構４８ｂとからなるものを用いることもできる。図９（ｂ）に示す二重構造を有する略筒状部材４８ａでは、例えば、回転しながらその長さが変化する構造とすることができる。さらに、昇降機構４６は、加熱処理部４３の下方に設けなければならないものではなく、例えば、加熱処理部４３の上部からウエハＷを保持する保持部材を吊り下げて、その保持部材の昇降を行う構成とすることも可能である。
【００５７】
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、硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０は、低温用ホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３やベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２として用いることが可能であることから、ＳＯＤシステムにおいて、低温用ホットプレートユニット（ＬＨＰ）１９・２３やベーク処理ユニット（ＤＬＢ）２２を設けることなく、これらに代えて硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０をより多く設けることも可能である。
【００５８】
また、上記実施形態では半導体ウエハに層間絶縁膜等を形成する場合について説明したが、基板にレジスト膜を形成する場合に用いられるポストベークユニットに硬化処理ユニット（ＤＬＣ）２０の構造を適用することもできる。基板としては半導体ウエハを例に挙げたが、ＬＣＤ基板等の他の基板を用いた塗布膜の形成にも本発明を適用することができる。さらに、本発明は基板に塗布膜を形成する用途に限定して用いられるものではなく、酸素濃度等の変化が生ずることがない雰囲気制御が必要とされる熱的処理全般に適用することが可能である。
【００５９】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、基板の冷却処理を行う冷却処理部と加熱処理を行う加熱処理部とが１個の筐体内に設けられていることから、酸素濃度の変化等の雰囲気変化がない状態で基板の熱的処理を行うことができる。こうして、基板に層間絶縁膜等やレジスト膜等の各種機能膜を形成する場合には、優れた特性を有し、しかも特性のばらつきが小さい機能膜を形成することが可能となり、品質および信頼性を向上させることが可能となる。
【００６０】
また、本発明の熱的処理装置によれば、冷却プレートの温度とホットプレートの温度の間の温度範囲における任意の温度での熱的処理が可能となる。つまり、処理温度の異なる熱的処理を１個の熱的処理装置を用いて連続的に行うことが可能となるために、設定温度の異なるホットプレートが配置された加熱処理ユニット間で基板を搬送する必要がなくなり、処理時間を短縮してスループットを向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００６１】
さらに、加熱処理部における基板の温度変化が緩やかであるために、従来のように低温の基板を急に高温のホットプレート上に載置していた場合と比較すると、基板および機能膜への熱衝撃が小さくなる。これにより基板および機能膜へのダメージを低減して、機能膜へのクラックの発生や基板の割れの発生を抑制し、製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱的処理ユニットの一実施形態である硬化処理ユニット（ＤＬＣ）を具備する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】硬化処理ユニット（ＤＬＣ）の一実施形態を示す断面図。
【図５】硬化処理ユニット（ＤＬＣ）におけるガス供給とガス排気の形態の一例を示す説明図。
【図６】層間絶縁膜等を形成する処理工程の一実施形態を示す説明図。
【図７】層間絶縁膜等を形成する処理工程の別の実施形態を示す説明図。
【図８】硬化処理ユニット（ＤＬＣ）におけるウエハの搬送形態の一実施形態を示す説明図。
【図９】硬化処理ユニット（ＤＬＣ）に設けられる昇降機構の一実施形態を示す説明図。
【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）
１６・１７；処理ユニット群
１８；ウエハ搬送機構（ＰＲＡ）
２０；硬化処理ユニット
２０ａ；筐体
３３；冷却処理部
３４；冷却プレート
４３；加熱処理部
４３ａ；上段部
４３ｂ；中段部
４３ｃ；下段部
４４；ヒータ
４５；ホットプレート
４６；昇降機構
６１；搬送機構

Claims (9)

1. 基板に所定の熱的処理を施す熱的処理装置であって、
   基板を所定温度で加熱処理する加熱処理部と、
   前記加熱処理部と連通し、基板を所定温度に冷却処理する冷却処理部と、
   その内部に前記加熱処理部と前記冷却処理部とを水平方向に隣り合わせて保持する１個の筐体と、
   前記冷却処理部と前記加熱処理部との間で基板を搬送する基板搬送手段と、
   を具備し、
   前記加熱処理部は、
   前記冷却処理部の真横に位置して前記冷却処理部との間で前記基板搬送手段による基板の搬入出が行われる上段部と、
   前記上段部の下方に上部から下部へ向かうにしたがって基板を処理する温度が高くなるように設けられた中段部および下段部と、
   前記中段部を通って前記上段部と前記下段部との間で基板を昇降させる基板昇降手段と、
   を有していることを特徴とする熱的処理装置。
2. 前記冷却処理部は基板を冷却処理する冷却プレートを有し、前記加熱処理部の下段部は基板を所定温度で加熱処理するホットプレートを有し、前記加熱処理部の中段部は前記冷却プレートの温度以上前記ホットプレートの温度以下の温度範囲となる空間を形成するヒータを有することを特徴とする請求項１に記載の熱的処理装置。
3. 前記ヒータは上下方向において多段に分割して温度を設定することができ、
   前記加熱処理部の中段部は上下方向に所定の温度勾配または温度の異なる帯域を有することを特徴とする請求項２に記載の熱的処理装置。
4. 前記ヒータは前記基板昇降手段によって昇降される基板の外周を囲むように配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱的処理装置。
5. 前記基板昇降手段は、
   基板の周縁部を保持する保持部と、
   前記ホットプレートの外周に配置され、前記保持部を支持する支持部と、
   前記支持部を昇降させる駆動機構と、
   を具備することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の熱的処理装置。
6. 前記冷却処理部と前記加熱処理部との間には前記加熱処理部から前記冷却処理部への伝熱を抑制する可動な遮蔽板が配置されてい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項に記載の熱的処理装置。
7. 前記筐体内を所定のガス雰囲気に保持する雰囲気制御手段をさらに具備し、前記冷却処理部と前記加熱処理部との間では常に一定のガス雰囲気下において基板が搬送されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の熱的処理装置。
8. 基板に所定の熱的処理を施す熱的処理装置であって、
   基板を冷却処理する冷却プレートと、
   基板を加熱処理するホットプレートと、
   前記冷却プレートの温度以上前記ホットプレートの温度以下の温度範囲において基板を加熱または冷却処理する中間熱処理部と、
   前記中間熱処理部を通って前記冷却プレートと前記ホットプレートとの間で基板を搬送する基板搬送手段と、
   を具備し、
   前記中間熱処理部は前記基板搬送手段によって搬送される基板の外側に位置するように設けられたヒータを有することを特徴とする熱的処理装置。
9. 前記中間熱処理部が上下方向に所定の温度勾配または温度の異なる複数の帯域を有するように、前記ヒータは上下方向において多段に分割して温度を設定することが可能であることを特徴とする請求項８に記載の熱的処理装置。

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