JP3896239B2

JP3896239B2 - Film forming method and film forming apparatus

Info

Publication number: JP3896239B2
Application number: JP2000079850A
Authority: JP
Inventors: 洋二水谷
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: JP2001267419A

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上に２層以上からなる絶縁膜を形成し、これら絶縁膜に溝または孔を形成し、これら溝または孔に導電性の配線材料を埋めこみ配線または接続プラグを形成する成膜方法及び成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」と呼ぶ。）上に形成される配線の微細化および層間絶縁膜の平坦化は重要である。配線の微細化および層間絶縁膜の平坦化を実現する技術としては、ダマシン法と称される配線技術が知られている。
【０００３】
ダマシン法は、層間絶縁膜に所定の溝を予め形成し、スパッタ法やＣＶＤ法により溝内部にＡｌやＣｕ等の導電性の配線材料を埋めこみ、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）技術などにより溝外に堆積した配線材料を除去することにより配線を形成する技術である。ダマシン法のひとつとしてのデュアルダマシン法と称される配線技術では、層間絶縁膜に予め形成された接続孔及び配線用溝の両者を同時に配線材料で埋めこみ、接続プラグと配線とを同時に形成する技術である。
【０００４】
例えば、特開平１０−２８４６００号には、デュアルダマシン法を利用して半導体素子を製造する場合、半導体素子の高速化を目的に、配線間の層間絶縁膜として、無機絶縁膜と有機系低誘電率膜との積層膜を利用する技術が記載されている。このような層間絶縁膜に用いられる無機絶縁膜は、一般にプラズマＣＶＤ法により形成され、有機絶縁膜はスピンコートにより形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように無機絶縁膜をＣＶＤ法、有機絶縁膜をスピンコートによって成膜すると、ＣＶＤ装置とスピンコートによる塗布装置という構造が全く異なる装置がそれぞれ必要となり、装置コストが増大する、という問題がある。
【０００６】
本発明は、ダマシン工程を用いて絶縁膜中に導電層を製造する方法において、装置コストの低い成膜方法及び成膜装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の成膜方法は、（ａ）基板上に有機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し有機絶縁膜を形成する工程と、（ｂ）前記有機絶縁膜が形成された基板を加熱処理する工程と、（ｃ）前記加熱処理された基板を、前記工程（ｂ）の加熱温度より高い温度で、かつ、低酸素化雰囲気中で加熱処理する工程と、（ｄ）前記低酸素化雰囲気中で加熱処理された基板を、前記工程（ｃ）の加熱温度より高い温度で、かつ、低酸素化雰囲気中でキュアする工程と、（ｅ）前記キュアされた基板を冷却する工程と、（ｆ）前記冷却された基板の前記有機絶縁膜上に無機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し無機絶縁膜を形成する工程と、（ｇ）前記無機絶縁膜が形成された基板をエージング処理し、基板上の前記無機絶縁膜材料をゲル化する工程と、（ｈ）前記ゲル化された無機絶縁膜上にエクスチェンジ用溶液をスピンコートにより塗布し、前記ゲル化された無機絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える工程と、（ｉ）前記置換処理された基板を加熱処理する工程と、（ｊ）前記工程（ｉ）の後、前記工程（ｃ）〜（ｅ）を行う工程と、（ｋ）前記工程（ｊ）の後、前記有機絶縁膜および前記無機絶縁膜をフォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、凹部を形成する工程と、（ｌ）前記凹部に導電材料を埋めこみ、導電層を形成する工程とを具備し、前記工程（ａ）〜（ｊ）は、同一の成膜装置内で行われることを特徴とする。
【０００８】
本発明のこのような構成によれば、ダマシン工程を経て、有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜中に配線や接続プラグといった導電層を形成する場合において、有機絶縁膜及び無機絶縁膜をともにスピンコートを用いて製造するので、ＣＶＤ装置といった装置が不要となり、製造装置コストを大幅に削減することができる。また、低誘電率特性が良好で有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性がよい絶縁膜を形成することができる。
【００１１】
本発明の成膜装置は、基板上に有機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し有機絶縁膜を形成する第１の塗布装置と、前記塗布された有機絶縁膜材料上に無機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し無機絶縁膜を形成する第２の塗布装置と、前記塗布された無機絶縁膜をゲル化するエージング処理装置と、前記エージング処理装置で処理された基板にエクスチェンジ用薬液を供給し、前記ゲル化された無機絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換えるエクスチェンジ用薬液塗布処理装置と、基板を加熱処理する加熱処理装置と、低酸素化雰囲気中で基板を加熱処理する低酸素加熱処理装置と、低酸素化雰囲気中で基板を加熱処理し、その後、基板を冷却処理する低酸素キュア・冷却処理装置と、基板を冷却処理する冷却処理装置と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明のこのような構成によれば、有機絶縁膜の成膜、無機絶縁膜の成膜、レジスト塗布をスピンコートを用いて行うので、これらの製造を同一の装置内で行うことができる。また、ＣＶＤ装置といった装置が不要であるため、製造装置コストを大幅に削減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本実施系形態は、デュアルダマシン工程を経て製造される図６（ｅ）に示す構造の半導体素子の製造方法を例にあげて説明する。
【００１５】
図６（ｅ）に示すように、半導体素子２００は、半導体ウェハＷ（以下ウェハＷ）上に下層配線２０１が配置され、この下層配線２０１上には、有機絶縁膜２０２ａ、無機絶縁膜２０３ａ、有機絶縁膜２０４ａ、無機絶縁膜２０５ａとの積層膜からなる層間絶縁膜が形成されている。層間絶縁膜には、導電材料としての例えば銅からなる配線２０７ｂと、下層配線２０１と配線２０７ｂとを接続するための銅からなる接続プラグ２０７ａとが形成されている。更に、層間絶縁膜と、配線２０７ｂ及び接続プラグ２０７ａとの間には、銅が層間絶縁膜中に拡散することを防止するために、側壁保護用として例えばチタンナイトライド２０６が形成されている。
【００１６】
有機絶縁膜２０２ａ及び２０４ａには、誘電率が３以下の低誘電率特性の有機絶縁膜を用いることができ、例えばＰＡＥ−２（ｓｈｕｍａｃｈｅｒ社製）、ＨＳＧ−Ｒ７（ＨｉｔａｃｈｉＣｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＦＬＡＲＥ（ＡｐｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社製）、ＢＣＢ（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＳＩＬＫ（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＳｐｅｅｄＦｉｌｍ（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ社製）などの有機ポリマーを用いることができる。本実施形態においては、ＳＩＬＫ（ダウケミカル社製）を用いた。また、本実施形態においては、無機絶縁膜２０３ａには窒化珪素膜、無機絶縁膜２０５ａには酸化ケイ素膜を用いたが、これら材料に限定されるものではなく、例えば無機ＳＯＧ膜を用いても良い。無機絶縁膜２０５ａとしては、デュアルダマシン工程におけるＣＭＰ処理に対し、強度が足りれば良い。
【００１７】
このように層間絶縁膜として、有機絶縁膜を用いることにより層間絶縁膜の低誘電率特性を実現することができ、下層配線２０１と配線２０７ｂとの間で生じる容量を減らすことができる。更に、層間絶縁膜として無機絶縁膜を用いることにより、機械的強度や耐熱性を強化することができる。
【００１８】
図１〜図４は、上述の半導体素子の絶縁膜を形成する際に用いられる成膜装置の外観を示す図であり、図１は平面から、図２、図３は側面から見た様子を各々示している。
【００１９】
この成膜装置１は、例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から成膜装置１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出するためのカセットステーション２と、成膜処理工程の中でウェハＷに対して所定の処理を施す枚葉式の各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と、この処理ステーション３に隣接して設けられる露光装置４との間でウェハＷの受け渡しをするためのインターフェイス部５とを一体に接続した構成を有している。
【００２０】
カセットステーション２では、カセット載置台１０上の位置決め突起１０ａの位置に、複数個のカセットＣがウェハＷの出入口を処理ステーション３側に向けてＸ方向（図１中の上下方向）に沿って一列に載置自在である。そして、このカセットＣの配列方向（Ｘ方向）及びカセットＣに収容されたウェハＷの配列方向（Ｚ方向；垂直方向）に移動可能なウェハ搬送体１１が搬送路１２に沿って移動自在であり、各カセットＣに対して選択的にアクセスできるようになっている。
【００２１】
このウェハ搬送体１１はθ方向にも回転自在に構成されており、後述する第１処理装置群７０の多段装置部に属するウェハ搬送体１１と後述する第１搬送装置５０との間でウェハを受け渡すためのエクステンション装置（ＥＸＴ）７４や、第４処理装置群９０に属するウェハ搬送体１１と後述する第２搬送装置６０との間でウェハを受け渡すためのエクステンション装置（ＥＸＴ）９３に対してアクセスできるように構成されている。
【００２２】
処理ステーション３では、正面側に絶縁膜塗布装置、レジスト塗布装置、エクスチェンジ塗布装置からなる第１塗布装置群２０が、背面側に現像処理装置からなる第２塗布装置群３０がそれぞれ配置されている。
【００２３】
第１塗布装置群２０は、図２及び図３に示すように、レジスト塗布装置２２、２４が積み重ねられ、更に有機絶縁膜塗布装置２３と無機絶縁膜塗布装置２１とエクスチェンジ用薬液の塗布装置２５とが、それぞれ積み重ねられて構成されている。レジスト塗布装置２２、２４では、カップＣＰ内でウェハＷをスピンチャックに載せて、スピンコートによりレジスト液を塗布して、該ウェハＷに対してレジスト塗布処理を施す。有機絶縁膜塗布装置２３では、カップＣＰ内でウェハＷをスピンチャックに載せて、スピンコートにより有機絶縁膜材料、ここではＳＩＬＫを塗布して、該ウェハＷに対して有機絶縁膜塗布処理を施す。無機絶縁膜塗布装置２１では、カップＣＰ内でウェハＷをスピンチャックに載せて、スピンコートにより無機絶縁膜材料、ここではＮａｎｏｇｌａｓｓ（Ａｐｌｉｅｄｓｉｇｎａｌ社製）を塗布して、該ウェハＷに対して無機絶縁膜塗布処理を施す。エクスチェンジ用薬液の塗布装置２５では、カップＣＰ内でウェハＷをスピンチャックに載せて、スピンコートによりウェハＷ上にＨＭＤＳ及びヘプタン等のエクスチェンジ用薬液を供給し、ウェハＷ上に塗布された無機絶縁膜中の溶媒を乾燥工程前に他の溶媒に置き換える処理を行う。
【００２４】
第２塗布装置群３０は、図２及び図３に示すように、現像処理装置３３、３１、現像処理装置３４、３２がそれぞれ積み重ねられて構成されている。現像処理装置３１〜３４では、カップＣＰ内でウェハＷをスピンチャックに載せて、現像液を供給して、該ウェハＷに対して現像処理を施す。
【００２５】
上述のレジスト塗布装置、有機絶縁膜塗布装置、無機絶縁膜塗布装置、エクスチェンジ用薬液の塗布装置、現像処理装置は、同様の構造を有している。即ち、これら各装置では、装置底の中央部に環状のカップＣＰが配設され、その内側にスピンチャックが配置されている。スピンチャックは真空吸着によってウェハＷを固定保持した状態で、駆動モータの回転駆動力で回転するように構成されている。駆動モータは省略したシリンダーによって昇降移動可能に配置され、これによりスピンチャックが昇降可能とされている。更に、各装置には、ウェハＷのウェハ表面に溶液（レジスト塗布装置ではレジスト液、有機絶縁膜塗布装置では有機系の絶縁膜材料、無機絶縁膜塗布装置では無機系の絶縁膜材料、エクスチェンジ用薬液の塗布装置ではエクスチェンジ用薬液、現像処理装置では現像液）を供給するための溶液供給ノズルが設けられている。この溶液供給ノズルは、カップＣＰの外側に配設されたノズル待機部からスピンチャックの上方に設定された所定の溶液液吐出位置まで移送されるようになっている。
【００２６】
処理ステーション３の中心部には、ウェハＷを載置自在な受け渡し台４０が備えられている。
【００２７】
この受け渡し台４０を挟んで上記第１塗布装置群２０と第２塗布装置群３０とは相対向しており、第１塗布装置群２０と受け渡し台４０との間には第１搬送装置５０が、第２塗布装置群３０と受け渡し台４０との間には第２搬送装置６０がそれぞれ装備されている。
【００２８】
第１搬送装置５０と第２搬送装置６０とは基本的に同一の構成を有しており、第１搬送装置５０の構成を図４に基づいて説明すると、第１搬送装置５０は、上端及び下瑞で相互に接続され対向する一体の壁部５１、５２からなる筒状支持体５３の内側に、上下方向（Ｚ方向）に昇降自在なウェハ搬送手段５４を備えている。筒状支持体５３はモータ５５の回転軸に接続されており、このモータ５５の回転駆動力で、前記回転軸を中心としてウェハ搬送手段５４と共に一体に回転する。従って、ウェハ搬送手段５４はθ方向に回転自在となっている。
【００２９】
ウェハ搬送手段５４の搬送基台５６上には、ウェハＷを保持する保持部材としての複数、例えば２本のピンセット５７、５８が上下に備えられている。各ピンセット５７、５８は基本的に同一の構成を有しており、筒状支持体５３の両壁部５１、５２間の側面開口部を通過自在な形態及び大きさを有している。また、各ピンセット５７、５８は搬送基台５６に内蔵されたモータ（図示せず）により前後方向の移動が自在となっている。なお、第２搬送装置６０には、ピンセット５７、５８と同ーの機能及び構成を有するピンセット６７、６８が備えられている。
【００３０】
第１搬送装置５０の両側には、第１塗布装置群２０近傍に各種装置が多段に積み重ねられてなる第１処理装置群７０及び冷却系処理装置からなる第２処理装置群８０がそれぞれ配置されている。第２搬送装置６０の両側には、第２塗布装置群３０の近傍に各種加熱系処理装置からなる第４処理装置群９０及び第３処理装置群１００がそれぞれ配置されている。
【００３１】
第１処理装置群７０及び第４処理装置群９０はカセットステーション２側に配置されており、第２処理装置群８０及び第３処理装置群１００はインターフェイス部５側に配置されている。
【００３２】
ここで処理ステーション３をカセットステーション２側から見た図２に基づいて、第１処理装置群７０及び第４処理装置群９０の構成を説明する。
【００３３】
第１処理装置群７０は、低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７２、７５と、ウェハＷの位置合わせを行うアライメント装置（ＡＬＩＭ）７３と、ウェハＷを待機させるエクステンション装置（ＥＸＴ）７４と、エージング処理装置（ＤＡＣ）７６と、低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７と、低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８とが下から順に積み重ねられている。エージング処理装置（ＤＡＣ）では、密閉化可能な処理室内にアンモニアガスと水蒸気とを混合した処理気体（ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ）を導入してウェハＷをエージング処理し、ウェハＷ上の絶縁膜材料をウェットゲル化する。
【００３４】
第４処理装置群９０は、アライメント装置（ＡＬＩＭ）９２と、エクステンション装置（ＥＸＴ）９３と、レジスト塗布後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）９４、９５と、現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置（ＰＯＢＡＫＥ）９６、９７、９８とが下から順に、積み重ねられている。
【００３５】
次に、処理ステーション３をインターフェイス部５側から見た図３に基づいて第２処理装置群８０及び第３処理装置群１００の構成を説明する。
【００３６】
第２処理装置群８０は、クーリング装置（ＣＯＬ）８１、８２と、アライメント装置（ＡＬＩＭ）８３と、エクステンション装置（ＥＸＴ）８４と、クーリング装置（ＣＯＬ）８５、８６、８７、８８とが下から順に積み重ねられている。
【００３７】
第３処理装置群１００は、プリベーキング装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）１０１、１０２と、露光処理後のウェハＷを加熱処理するポストエクスポージャベーキング装置（ＰＥＢ）１０３、１０４と、ポストべーキング装置（ＰＯＢＡＫＥ）１０５、１０６、１０７とが下から順に積み重ねられている。
【００３８】
インターフェイス部５には、第２処理装置群８０に属するエクステンション装置（ＥＸＴ）８４と、第３処理装置群１００に属する各ポストエクスポージャベーキング装置（ＰＥＢ）１０３、１０４とにアクセス可能なウェハ搬送体１１０が装備されている。
【００３９】
ウェハ搬送体１１０はレール１１１に沿ったＸ方向への移動と、Ｚ方向（図１の垂直方向）への昇降とが自在であり、θ方向にも回転自在となっている。そして、露光装置４や周辺露光装置１１２に対してウェハＷを搬送することができるように構成されている。
【００４０】
次に上述した構成を有する成膜装置を用いた、半導体素子の製造方法について、図５、図６、図７を用いて説明する。図５、図６は、デュアルダマシン工程を経て製造される半導体素子の製造プロセスを説明する図であり、図７は、上述の成膜装置における処理フローを含む半導体素子製造における処理フローを示している。
【００４１】
まず、図５（ａ）に示すように、下層配線２０１が形成されたウェハＷを用意し、このウェハＷをカセット載置台１０上に載置されたカセットＣに収容する。カセット載置台１０において、処理前のウェハＷはウェハカセットＣＲからウェハ搬送体１１を介して処理ステーション３側の第１処理装置群７０のエクステンション装置（ＥＸＴ）７４内へ搬送される。
【００４２】
エクステンション装置（ＥＸＴ）７４における受け渡し台に搬送されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第２処理装置群８０の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８１内へ搬送される。そしてクーリング装置（ＣＯＬ）において、例えばウェハＷを２３℃前後に冷却する（Ｓ１）。
【００４３】
クーリング装置（ＣＯＬ）で冷却処理されたウェハＷは第１搬送装置５０を介して第１塗布装置群２０の有機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２３へ搬送される。そして有機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２３において、例えばウェハＷ上に２００ｎｍ〜５００ｎｍ前後、より好ましくは３００ｎｍ程度の厚さの有機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布する（Ｓ２）。これにより、図５（ｂ）に示すように、ウェハＷ上の下層配線２０１を覆って有機絶縁膜２０２が形成される。ここでは、有機絶縁膜材料としては、ＳＩＬＫを用いた。
【００４４】
有機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２３で有機絶縁膜材料が塗布されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０の低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７へ搬送される。そして低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７において、例えばウェハＷを１５０℃前後６０秒間程度低温加熱処理する（Ｓ３）。
【００４５】
低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７で低温加熱処理されたウェハＷは第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０の低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５へ搬送される。そして低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５内の低酸素化雰囲気中において、例えばウェハＷを２００℃前後６０秒間程度高温加熱処理する。更に、低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５で高温加熱処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して更に高温に設定された別の低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７２へ搬送される。そしてこの低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７２内の低酸素化雰囲気中、例えば１００ｐｐｍの酸素雰囲気中において、ウェハＷを３５０℃前後６０秒間程度高温加熱処理する（Ｓ４）。
【００４６】
低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７２で高温加熱処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０の低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８へ搬送される。そして低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８内の低酸素雰囲気中において、ウェハＷを４５０℃前後６０秒間程度高温加熱処理し、その後２３℃前後で冷却処理する（Ｓ５）。
【００４７】
低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８で処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第２処理装置群の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８２へ搬送される。そしてクーリング装置（ＣＰＬ）８２において、ウェハＷを２３℃前後に冷却する（Ｓ６）。
【００４８】
クーリング装置（ＣＯＬ）８２で冷却処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１塗布装置群２０の無機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２１へ搬送される。そして無機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２１において、例えばウェハＷ上に３００ｎｍ〜１１００ｎｍ程度、より好ましくは７００ｎｍ程度の厚さの無機絶縁膜材料を塗布する（Ｓ７）。これにより、図５（ｃ）に示すように、有機絶縁膜２０２上に無機絶縁膜２０３が形成される。ここでは、無機絶縁膜材料としては、Ｎａｎｏｇｌａｓｓを用いた。
【００４９】
無機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２１で無機絶縁膜材料が塗布されたウェハＷは第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群のエージング処理装置（ＤＡＣ）７６へ搬送される。そしてエージング処理装置（ＤＡＣ）７６において、処理室内に（ＮＨ_３＋Ｈ_２Ｏ）ガスを導入してウェハＷをエージング処理し、ウェハＷ上の無機絶縁膜材料をゲル化する（Ｓ８）。
【００５０】
エージング処理装置（ＤＡＣ）７６でエージング処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１塗布装置群２０のエクスチェンジ用薬液塗布処理装置（ＣＯＴ）２５へ搬送される。そしてエクスチェンジ用薬液塗布処理装置２５において、ウェハＷ上にエクスチェンジ用薬液が供給され、ウェハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える処理が行われる（Ｓ９）。
【００５１】
エクスチェンジ用薬液塗布処理装置（ＣＯＴ）２５で置換処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群の低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７へ搬送される。そして低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７において、ウェハＷを例えば１７５℃前後６０秒間程度低温加熱処理する（Ｓ１０）。
【００５２】
低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７で低温加熱処理されたウェハＷは第１搬送装置５０を介して、低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５へ搬送される。そして低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５内の低酸素化雰囲気中において、例えばウェハＷを３１０℃前後６０秒間程度高温加熱処理する（Ｓ１１）。
【００５３】
低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５で高温加熱処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８へ搬送される。そして低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８内の低酸素雰囲気中において、例えばウェハＷを４５０℃前後６０秒間程度高温加熱処理し、その後２３℃前後で冷却処理する（Ｓ１２）。
【００５４】
低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８で処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第２処理装置群８０の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８５へ搬送される。そしてクーリング装置（ＣＯＬ）８５において、例えばウェハＷを２３℃前後に冷却する（Ｓ１３）。
【００５５】
クーリング装置（ＣＯＬ）８５にて冷却処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１塗布装置群２０の有機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２３へ搬送される。そして有機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２３において、例えばウェハＷ上に２００ｎｍ〜５００ｎｍ前後、より好ましくは３００ｎｍ程度の厚さの有機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布する（Ｓ１４）。これにより、図５（ｄ）に示すように、無機絶縁膜２０３上に有機絶縁膜２０４が形成される。ここでは、有機絶縁膜材料としては、ＳＩＬＫを用いた。
【００５６】
有機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２３で有機絶縁膜材料が塗布されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０の低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７へ搬送される。そして低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７において、例えばウェハＷを１５０℃前後６０秒間程度低温加熱処理する（Ｓ１５）。
【００５７】
低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７で低温加熱処理されたウェハＷは第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０の低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５へ搬送される。そして低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５内の低酸素化雰囲気中において、例えばウェハＷを２００℃前後６０秒間程度高温加熱処理する。更に、低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５で高温加熱処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して更に高温に設定された別の低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７２へ搬送される。そしてこの低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７２内の低酸素化雰囲気中において、ウェハＷを３５０℃前後６０秒間程度高温加熱処理する（Ｓ１６）。
【００５８】
低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７２で高温加熱処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０の低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８へ搬送される。そして低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８内の低酸素雰囲気中において、ウェハＷを４５０℃前後６０秒間程度高温加熱処理し、その後２３℃前後で冷却処理する（Ｓ１７）。
【００５９】
低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）で処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第２処理装置群の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８２へ搬送される。そしてクーリング装置（ＣＰＬ）８２において、ウェハＷを２３℃前後に冷却する（Ｓ１８）。
【００６０】
クーリング装置（ＣＯＬ）で冷却処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１塗布装置群２０の無機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２１へ搬送される。そして無機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２１において、例えばウェハＷ上に３００ｎｍ〜１１００ｎｍ程度、より好ましくは７００ｎｍ程度の厚さの無機絶縁膜材料を塗布する（Ｓ１９）。これにより、図５（ｅ）に示すように、有機絶縁膜２０４上に無機絶縁膜２０５が形成され、ウェハＷ上の下層配線２０１上には、有機絶縁膜及び無機絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜が形成される。ここでは、無機絶縁膜材料としては、Ｎａｎｏｇｌａｓｓを用いた。
【００６１】
無機絶縁膜塗布装置（ＣＯＴ）２１で無機絶縁膜材料が塗布されたウェハＷは第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群のエージング処理装置（ＤＡＣ）７６へ搬送される。そしてエージング処理装置（ＤＡＣ）７６において、処理室内に（ＮＨ_３＋Ｈ_２Ｏ）ガスを導入してウェハＷをエージング処理し、ウェハＷ上の無機絶縁膜材料をゲル化する（Ｓ２０）。
【００６２】
エージング処理装置（ＤＡＣ）７６でエージング処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１塗布装置群２０のエクスチェンジ用薬液塗布処理装置（ＣＯＴ）２５へ搬送される。そしてエクスチェンジ用薬液塗布処理装置２５において、ウェハＷ上にエクスチェンジ用薬液が供給され、ウェハ上に塗布された絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える処理が行われる（Ｓ２１）。
【００６３】
エクスチェンジ用薬液塗布処理装置（ＣＯＴ）２５で置換処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群の低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７へ搬送される。そして低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７において、ウェハＷを例えば１７５℃前後６０秒間程度低温加熱処理する（Ｓ２２）。
【００６４】
低温加熱処理装置（ＬＨＰ）７７で低温加熱処理されたウェハＷは第１搬送装置５０を介して、低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５へ搬送される。そして低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５内の低酸素化雰囲気中において、例えばウェハＷを３１０℃前後６０秒間程度高温加熱処理する（Ｓ２３）。
【００６５】
低酸素高温加熱処理装置（ＯＨＰ）７５で高温加熱処理が行われたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８へ搬送される。そして低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８内の低酸素雰囲気中において、例えばウェハＷを４５０℃前後６０秒間程度高温加熱処理し、その後２３℃前後で冷却処理する（Ｓ２４）。
【００６６】
低酸素キュア・冷却処理装置（ＤＣＣ）７８で処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第２処理装置群８０の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８５へ搬送される。そしてクーリング装置（ＣＯＬ）８５において、例えばウェハＷを２３℃前後に冷却する（Ｓ２５）。
【００６７】
クーリング装置（ＣＯＬ）８５にて冷却処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１塗布装置群２０のレジスト塗布装置（ＣＯＴ）２２へ搬送される。そしてレジスト塗布装置（ＣＯＴ）２２において、レジスト膜が形成される（Ｓ２６）。レジスト膜としては、例えばアセタール系レジストを用いることができる。
【００６８】
レジスト膜が形成されたウェハＷは、その後、第１搬送装置５０の上側のピンセット５７に保持された状態で、受け渡し台４０に搬送される。
【００６９】
受け渡し台４０に搬送されたウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６８に保持され、今度は第３処理装置群１００の例えばプリベーキング処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）１０１に搬入されて所定の加熱処理が施される（Ｓ２７）。
【００７０】
かかる加熱処理終了後のウェハＷは、第２搬送装置のピンセット６８に保持された状態で、第２処理装置群８０のクーリング装置（ＣＯＬ）８６に搬送され冷却処理が施される（Ｓ２８）。クーリング装置（ＣＯＬ）８６で冷却処理が終了したウェハＷは、その後第２処理装置群８０のエクステンション装置（ＥＸＴ）８４に搬入されて、その場で待機する。
【００７１】
次いで、ウェハＷはウェハ搬送体１１０によってエクステンション装置（ＥＸＴ）８４から搬出され、周辺露光装置１１２に搬送される。そして、周辺露光装置１１２で周辺部の不要なレジスト膜が除去される（Ｓ２９）。この後、ウェハＷは露光装置４に搬送されて、所定の露光処理が施される（Ｓ３０）。
【００７２】
露光装置４でパターンが露光されたウェハＷは、ウェハ搬送体１１０で第２加熱処理装置群１００に搬送され、例えばポストエクスポージャベーキング装置（ＰＥＢ）１０３に搬入され、加熱処理が施される（Ｓ３１）。
【００７３】
次に、ウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６８に保持されて、第２処理装置群８０の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８７に搬入され、冷却処理が施される（Ｓ３２）。
【００７４】
このクーリング装置（ＣＯＬ）８７で所定の冷却処理が終了したウェハＷは、第１搬送装置５０のピンセット５８に保持されて、受け渡し台４０に搬送される。その後、ウェハＷはピンセット６８に保持された状態で受け渡し台４０から第２塗布装置群の例えば現像処理装置（ＤＥＶ）３１に搬入されて所定の現像処理が施される（Ｓ３３）。これにより、所定の形状のレジストパターンが形成される。ここでは、現像処理液としては、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を用いた。
【００７５】
かかる現像処理が終了したウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６７に保持された状態で第３処理装置群１００の例えばポストベーキング装置（ＰＯＢＡＫＥ）１０５に搬入されて現像処理後の加熱処理が施される（Ｓ３４）。
【００７６】
ポストベーキング装置（ＰＯＢＡＫＥ）１０５における加熱処理が終了したウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６７に保持された状態で受け渡し台４０に搬送される。
【００７７】
受け渡し台４０に搬送されたウェハＷは、その後第１搬送装置５０のピンセット５８に保持されて第２処理装置群８０の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８８に搬送される。このクーリング装置（ＣＯＬ）８８内で、ウェハＷは、所定温度まで積極的に冷却処理される（Ｓ３５）。
【００７８】
その後、クーリング装置（ＣＯＬ）８８にて冷却処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０の例えばエクステンション装置７４に搬入され、その場で待機する。そして、エクステンション装置７４からウェハ搬送体１１で搬出され、カセット載置台１０上のカセットＣに収納される。
【００７９】
その後、ウェハＷは、図示しないエッチング装置により、レジストパターンをマスクとしてドライエッチング処理により、図６（ａ）に示すように、有機絶縁膜２０４、無機絶縁膜２０５をエッチングする。これにより、配線に相当する凹部２１０が形成された有機絶縁膜パターン２０４ａ及び無機絶縁膜パターン２０５ａを形成することができる。ここでは、例えばＣＦ_４ガスを用いてエッチング処理を行った（Ｓ３６）。エッチング処理後、レジストパターンは剥離される。
【００８０】
エッチング処理、レジストパターン剥離が施されたウェハＷは、再度、カセット載置台１０上のカセットＣに収納される。収納されたウェハＷは、ウェハ搬送体１１を介して、第１処理装置群７０のエクステンション装置（ＥＸＴ）７４内へ搬送される。
【００８１】
エクステンション装置（ＥＸＴ）７４における受け渡し台に搬送されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第２処理装置群８０のクーリング装置（ＣＯＬ）８５内へ搬送される。そしてクーリング装置（ＣＯＬ）において、例えばウェハＷを２３℃前後に冷却する（Ｓ３７）。
【００８２】
クーリング装置（ＣＯＬ）８５にて冷却処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１塗布装置群２０のレジスト塗布装置（ＣＯＴ）２４へ搬送される。そしてレジスト塗布装置（ＣＯＴ）２４において、レジスト膜が形成される（Ｓ３８）。レジスト膜としては、例えばアセタール系レジストを用いることができる。
【００８３】
レジスト膜が形成されたウェハＷは、その後、第１搬送装置５０の上側のピンセット５７に保持された状態で、受け渡し台４０に搬送される。
【００８４】
受け渡し台４０に搬送されたウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６８に保持され、今度は第３処理装置群１００のプリベーキング処理装置（ＰＲＥＢＡＫＥ）１０２に搬入されて所定の加熱処理が施される（Ｓ３９）。
【００８５】
かかる加熱処理終了後のウェハＷは、第２搬送装置のピンセット６８に保持された状態で、第２処理装置群８０のクーリング装置（ＣＯＬ）８６に搬送され冷却処理が施される（Ｓ４０）。クーリング装置（ＣＯＬ）８６で冷却処理が終了したウェハＷは、その後第２処理装置群８０のエクステンション装置（ＥＸＴ）８４に搬入されて、その場で待機する。
【００８６】
次いで、ウェハＷはウェハ搬送体１１０によってエクステンション装置（ＥＸＴ）８４から搬出され、周辺露光装置１１２に搬送される。そして、周辺露光装置１１２で周辺部の不要なレジスト膜が除去される（Ｓ４１）。この後、ウェハＷは露光装置４に搬送されて、所定の露光処理が施される（Ｓ４２）。
【００８７】
露光装置４でパターンが露光されたウェハＷは、ウェハ搬送体１１０で第２加熱処理装置群１００に搬送され、例えばポストエクスポージャベーキング装置（ＰＥＢ）１０４に搬入され、加熱処理が施される（Ｓ４３）。
【００８８】
次に、ウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６８に保持されて、第２処理装置群８０の例えばクーリング装置（ＣＯＬ）８７に搬入され、冷却処理が施される（Ｓ３２）。
【００８９】
このクーリング装置（ＣＯＬ）８７で所定の冷却処理が終了したウェハＷは、第１搬送装置５０のピンセット５８に保持されて、受け渡し台４０に搬送される。その後、ウェハＷはピンセット６８に保持された状態で受け渡し台４０から第２塗布装置群の例えば現像処理装置（ＤＥＶ）３３に搬入されて所定の現像処理が施される（Ｓ４５）。これにより、所定の形状のレジストパターンが形成される。ここでは、現像処理液としては、ＴＭＡＨを用いた。
【００９０】
かかる現像処理が終了したウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６７に保持された状態で第３処理装置群１００の例えばポストベーキング装置（ＰＯＢＡＫＥ）１０６に搬入されて現像処理後の加熱処理が施される（Ｓ４６）。
【００９１】
ポストベーキング装置（ＰＯＢＡＫＥ）１０６における加熱処理が終了したウェハＷは、第２搬送装置６０のピンセット６７に保持された状態で受け渡し台４０に搬送される。
【００９２】
受け渡し台４０に搬送されたウェハＷは、その後第１搬送装置５０のピンセット５８に保持されて第２処理装置群８０のクーリング装置（ＣＯＬ）８８に搬送される。このクーリング装置（ＣＯＬ）８８内で、ウェハＷは、所定温度まで積極的に冷却処理される（Ｓ４７）。
【００９３】
その後、クーリング装置（ＣＯＬ）８８にて冷却処理されたウェハＷは、第１搬送装置５０を介して、第１処理装置群７０のエクステンション装置７４に搬入され、その場で待機する。そして、エクステンション装置７４からウェハ搬送体１１で搬出され、カセット載置台１０上のカセットＣに収納される。
【００９４】
その後、ウェハＷは、図示しないエッチング装置により、レジストパターンをマスクとしてドライエッチング処理により、図６（ｂ）に示すように、有機絶縁膜２０２、無機絶縁膜２０３をエッチングすることにより、接続プラグに相当する凹部２１１が形成された有機絶縁膜パターン２０２ａ及び無機絶縁膜パターン２０３ａを形成することができる。ここでは、例えばＣＦ_４ガスを用いてエッチング処理を行った（Ｓ４８）。
【００９５】
その後、図示しないプラズマＣＶＤ装置により、図６（ｃ）に示すように、配線に相当する凹部２１０及び接続プラグに相当する凹部２１１の内部の側壁に、銅拡散防止のための側壁保護用のチタンナイトライド（ＴｉＮ）２０６を形成する。側壁保護用の膜としては、ＴｉＮのほかにＴｉ、ＴｉＷ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＳｉＮなどを用いることができる。
【００９６】
次に、図６（ｄ）に示すように、例えば電解めっきを用いて、配線に相当する凹部２１０及び接続プラグに相当する凹部２１１の内部に、銅２０７を埋め込む。その後、凹部以下の無機絶縁膜２０５ａ表面部分の銅をＣＭＰ装置により研磨し、溝の中にのみ銅を残して、配線２０７ｂ及び接続プラグ２０７ａとする。これにより半導体素子２００が形成される。
【００９７】
このように本実施形態の成膜装置１では、有機絶縁膜及び無機絶縁膜共にスピンコートによって形成しているので、それぞれの成膜処理を同一の成膜装置１内で行うことができる。更に、デュアルダマシン工程を経た半導体素子の製造においては、有機絶縁膜及び無機絶縁膜からなる層間絶縁膜の成膜に加え、レジスト塗布処理もスピンコートによって形成しているので、それぞれの処理を同一の成膜装置１内で行うことができる。これにより、無機絶縁膜を形成するためのＣＶＤ装置などを新たに設けることなく、デュアルダマシン工程を経た半導体素子の製造に用いる製造装置コストを大幅に減少させることができる。
【００９８】
また、有機絶縁膜及び無機絶縁膜について共にスピンコートによって形成した場合、低誘電率特性が良好で有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性がよくなる。
【００９９】
また、上述の構成に加えて、現像液塗布処理工程において、現像液供給をもスピンコートで行っても良い。
【０１００】
また、上述の実施形態では、デュアルダマシン法を例にあげて説明したが、シングルダマシン法にも適用できることは言うまでもない。
【０１０１】
また、上述の実施形態では、基板として半導体ウェハを例にあげて説明したが、液晶装置用の基板に適用しても良く、ダマシン工程を経て配線などの導電層を形成することができる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明では、有機絶縁膜、無機絶縁膜、更にはレジスト塗布、現像液塗布を、スピンコートによって行っているので、それぞれの処理を同一の装置内で行うことができ、製造装置にかかるコストを大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の平面図である。
【図２】図１に示した成膜装置の側面図である。
【図３】図１に示した成膜装置のもう一方の側面図である。
【図４】図１に示した成膜装置における搬送装置の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造工程を示す図（その１）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造工程を示す図（その２）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体素子製造における処理フローを示すものである。
【符号の説明】
Ｗ…ウェハ
１…成膜装置
２１…無機絶縁膜塗布装置
２２、２４…レジスト膜塗布装置
２３…有機絶縁膜塗布装置
３１、３２、３３、３４…現像処理装置
２０１…下層配線
２１０…接続プラグ用凹部
２１１…配線用凹部
２０７ａ…接続プラグ
２０７ｂ…配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, two or more insulating films are formed on a substrate such as a semiconductor wafer, and grooves or holes are formed in these insulating films. This The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for forming a wiring or a connection plug by embedding a conductive wiring material in a groove or hole.
[0002]
[Prior art]
With the high integration of VLSI, miniaturization of wiring formed on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) and planarization of an interlayer insulating film are important. As a technique for realizing finer wiring and flattening of an interlayer insulating film, a wiring technique called a damascene method is known.
[0003]
In the damascene method, a predetermined groove is formed in the interlayer insulating film in advance, a conductive wiring material such as Al or Cu is embedded in the groove by a sputtering method or a CVD method, and outside the groove by a CMP (chemical mechanical polishing) technique or the like. This is a technique for forming wiring by removing the deposited wiring material. In the wiring technology called dual damascene method as one of the damascene methods, both the connection holes and the wiring grooves previously formed in the interlayer insulating film are filled with the wiring material at the same time, and the connection plug and the wiring are formed simultaneously. It is.
[0004]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-284600, when a semiconductor element is manufactured using a dual damascene method, an inorganic insulating film and an organic low dielectric constant are used as an interlayer insulating film between wirings for the purpose of speeding up the semiconductor element. A technique using a laminated film with a rate film is described. The inorganic insulating film used for such an interlayer insulating film is generally formed by plasma CVD, and the organic insulating film is formed by spin coating.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the inorganic insulating film is formed by the CVD method and the organic insulating film is formed by spin coating as described above, devices having completely different structures, that is, a CVD apparatus and a coating apparatus by spin coating are required, which increases the apparatus cost. There's a problem.
[0006]
An object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus with low apparatus cost in a method for manufacturing a conductive layer in an insulating film using a damascene process.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, a film forming method of the present invention includes (a) a step of applying an organic insulating film material on a substrate by spin coating to form an organic insulating film, and (b) Heat-treating the substrate on which the organic insulating film is formed; and (c) heat-treating the heat-treated substrate at a temperature higher than the heating temperature in the step (b) and in a low oxygen atmosphere. (D) curing the substrate heat-treated in the low-oxygen atmosphere at a temperature higher than the heating temperature in the step (c) and in a low-oxygen atmosphere; Cooling the cured substrate; and (f) the cooling substrate. Applying an inorganic insulating film material on the organic insulating film by spin coating to form an inorganic insulating film; (G) aging the substrate on which the inorganic insulating film is formed to gel the inorganic insulating film material on the substrate; and (h) spinning an exchange solution on the gelled inorganic insulating film. A step of applying by coating and replacing the solvent in the gelled inorganic insulating film with another solvent, (i) a step of heat-treating the substrate subjected to the replacement treatment, and (j) the step of (i) Thereafter, the steps (c) to (e) are performed, and (k) after the step (j), Patterning the organic insulating film and the inorganic insulating film using a photolithography method to form a recess; (L) A step of embedding a conductive material in the recess to form a conductive layer. The steps (a) to (j) are performed in the same film forming apparatus. It is characterized by that.
[0008]
According to such a configuration of the present invention, when a conductive layer such as a wiring or a connection plug is formed in a laminated film of an organic insulating film and an inorganic insulating film through a damascene process, both the organic insulating film and the inorganic insulating film are provided. Since manufacturing is performed using spin coating, an apparatus such as a CVD apparatus becomes unnecessary, and the manufacturing apparatus cost can be greatly reduced. In addition, an insulating film with favorable low dielectric constant characteristics and good adhesion between the organic insulating film and the inorganic insulating film can be formed.
[0011]
The film forming apparatus of the present invention applies an organic insulating film material onto a substrate by spin coating. Organic insulation film is formed And applying an inorganic insulating film material on the applied organic insulating film material by spin coating. Forming an inorganic insulating film A second coating device that An aging treatment apparatus that gels the coated inorganic insulating film, and an exchange chemical solution is supplied to the substrate treated by the aging treatment apparatus, and the solvent in the gelled inorganic insulating film is replaced with another solvent. A chemical solution coating treatment apparatus for exchange, a heat treatment apparatus for heat-treating the substrate, a low-oxygen heat treatment apparatus for heat-treating the substrate in a low-oxygen atmosphere, and a heat treatment for the substrate in a low-oxygen atmosphere, A low oxygen cure / cooling processing device for cooling the substrate, a cooling processing device for cooling the substrate, It is characterized by comprising.
[0012]
According to such a configuration of the present invention, the organic insulating film, the inorganic insulating film, and the resist are applied using spin coating, and therefore, these can be manufactured in the same apparatus. Further, since an apparatus such as a CVD apparatus is unnecessary, the manufacturing apparatus cost can be greatly reduced.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
In the present embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device having a structure shown in FIG. 6E manufactured through a dual damascene process will be described as an example.
[0015]
As shown in FIG. 6E, in the semiconductor element 200, a lower layer wiring 201 is disposed on a semiconductor wafer W (hereinafter referred to as wafer W), and an organic insulating film 202a, an inorganic insulating film 203a, An interlayer insulating film composed of a laminated film of the organic insulating film 204a and the inorganic insulating film 205a is formed. In the interlayer insulating film, a wiring 207b made of, for example, copper as a conductive material, and a connection plug 207a made of copper for connecting the lower layer wiring 201 and the wiring 207b are formed. Further, between the interlayer insulating film and the wiring 207b and the connection plug 207a, in order to prevent copper from diffusing into the interlayer insulating film, for example, titanium nitride is used for side wall protection. 206 Is formed.
[0016]
As the organic insulating films 202a and 204a, an organic insulating film having a dielectric constant of 3 or less can be used. For example, PAE-2 (manufactured by Shucher), HSG-R7 (manufactured by Hitachi Chemical), FLARE Organic polymers such as Applied Signal (manufactured by Applied Signal), BCB (manufactured by Dow Chemical), SILK (manufactured by Dow Chemical), and Speed Film (manufactured by WL Gore) can be used. In the present embodiment, SILK (manufactured by Dow Chemical Company) was used. In this embodiment, a silicon nitride film is used for the inorganic insulating film 203a and a silicon oxide film is used for the inorganic insulating film 205a. However, the present invention is not limited to these materials, and an inorganic SOG film may be used, for example. good. The inorganic insulating film 205a only needs to be strong enough for the CMP process in the dual damascene process.
[0017]
Thus, by using an organic insulating film as the interlayer insulating film, the low dielectric constant characteristics of the interlayer insulating film can be realized, and the capacitance generated between the lower layer wiring 201 and the wiring 207b can be reduced. Furthermore, mechanical strength and heat resistance can be enhanced by using an inorganic insulating film as an interlayer insulating film.
[0018]
1 to 4 are views showing an appearance of a film forming apparatus used when forming the insulating film of the semiconductor element described above. FIG. 1 is a plan view, and FIGS. 2 and 3 are side views. Each is shown.
[0019]
The film forming apparatus 1 includes, for example, a cassette station 2 for loading / unloading 25 wafers W into / from the film forming apparatus 1 from the outside in a cassette unit, and a wafer W to / from the cassette C. Between a processing station 3 in which various types of single-wafer processing apparatuses that perform predetermined processing on the wafer W in a processing step are arranged, and an exposure apparatus 4 provided adjacent to the processing station 3. It has a configuration in which the interface unit 5 for transferring the wafer W is integrally connected.
[0020]
In the cassette station 2, a plurality of cassettes C are arranged in a row along the X direction (vertical direction in FIG. 1) with the entrance / exit of the wafer W directed toward the processing station 3 at the position of the positioning protrusion 10 a on the cassette mounting table 10. It can be freely mounted on. A wafer carrier 11 that can move in the arrangement direction (X direction) of the cassette C and the arrangement direction (Z direction; vertical direction) of the wafers W accommodated in the cassette C is movable along the conveyance path 12. Each cassette C can be selectively accessed.
[0021]
The wafer carrier 11 is configured to be rotatable also in the θ direction, and a wafer can be transferred between the wafer carrier 11 belonging to a multistage device section of the first processing apparatus group 70 described later and a first conveyor 50 described later. For an extension device (EXT) 74 for delivery and an extension device (EXT) 93 for delivering a wafer between a wafer carrier 11 belonging to the fourth processing unit group 90 and a second carrier 60 described later. Are configured to be accessible.
[0022]
In the processing station 3, a first coating device group 20 including an insulating film coating device, a resist coating device, and an exchange coating device is disposed on the front side, and a second coating device group 30 including a development processing device is disposed on the back side. .
[0023]
As shown in FIGS. 2 and 3, the first coating device group 20 is formed by stacking resist coating devices 22 and 24, and further, an organic insulating film coating device 23, an inorganic insulating film coating device 21, and an exchange chemical solution coating device 25. Are stacked on top of each other. In the resist coating apparatuses 22 and 24, the wafer W is placed on the spin chuck in the cup CP, a resist solution is applied by spin coating, and a resist coating process is performed on the wafer W. In the organic insulating film coating apparatus 23, the wafer W is placed on the spin chuck in the cup CP, an organic insulating film material, here SILK is applied by spin coating, and the wafer W is subjected to an organic insulating film coating process. . In the inorganic insulating film coating apparatus 21, the wafer W is placed on the spin chuck in the cup CP, and an inorganic insulating film material, here Nanoglass (manufactured by Applied Signal) is applied by spin coating, and the wafer W is inorganic. An insulating film coating process is performed. The exchange chemical solution coating apparatus 25 places the wafer W on the spin chuck in the cup CP, supplies the exchange chemical solution such as HMDS and heptane onto the wafer W by spin coating, and applies inorganic insulation applied on the wafer W. A treatment for replacing the solvent in the membrane with another solvent is performed before the drying step.
[0024]
As shown in FIGS. 2 and 3, the second coating device group 30 is configured by stacking development processing devices 33 and 31 and development processing devices 34 and 32, respectively. In the development processing apparatuses 31 to 34, the wafer W is placed on the spin chuck in the cup CP, the developer is supplied, and the wafer W is subjected to development processing.
[0025]
The above-described resist coating apparatus, organic insulating film coating apparatus, inorganic insulating film coating apparatus, exchange chemical solution coating apparatus, and development processing apparatus have the same structure. That is, in each of these apparatuses, an annular cup CP is disposed at the center of the apparatus bottom, and a spin chuck is disposed inside thereof. The spin chuck is configured to rotate by the rotational driving force of a driving motor while the wafer W is fixedly held by vacuum suction. The drive motor is disposed so as to be movable up and down by a omitted cylinder, whereby the spin chuck can be moved up and down. Further, each apparatus has a solution on the wafer surface of the wafer W (resist solution for resist coating apparatus, organic insulating film material for organic insulating film coating apparatus, inorganic insulating film material for inorganic insulating film coating apparatus, for exchange A solution supply nozzle is provided for supplying a chemical solution for exchange in a chemical application device and a developer in a development processing device. The solution supply nozzle is transferred from a nozzle standby portion disposed outside the cup CP to a predetermined solution discharge position set above the spin chuck.
[0026]
At the center of the processing station 3, a delivery table 40 on which the wafer W can be placed is provided.
[0027]
The first coating device group 20 and the second coating device group 30 are opposed to each other across the delivery table 40, and the first transfer device 50 is interposed between the first coating device group 20 and the delivery table 40. The second transfer device 60 is provided between the second coating device group 30 and the delivery table 40.
[0028]
The first transport device 50 and the second transport device 60 have basically the same configuration. The configuration of the first transport device 50 will be described with reference to FIG. A wafer transfer means 54 that can be moved up and down in the vertical direction (Z direction) is provided inside a cylindrical support 53 consisting of integrally connected wall portions 51 and 52 facing each other at Shimizu. The cylindrical support 53 is connected to a rotating shaft of a motor 55, and rotates together with the wafer transfer means 54 around the rotating shaft by the rotational driving force of the motor 55. Therefore, the wafer transfer means 54 is rotatable in the θ direction.
[0029]
On the transfer base 56 of the wafer transfer means 54, a plurality of, for example, two tweezers 57, 58 as holding members for holding the wafer W are provided vertically. Each of the tweezers 57 and 58 has basically the same configuration, and has a form and a size that can pass through a side opening between both wall portions 51 and 52 of the cylindrical support 53. The tweezers 57 and 58 can be moved in the front-rear direction by a motor (not shown) built in the transport base 56. The second transport device 60 includes tweezers 67 and 68 having the same functions and configurations as the tweezers 57 and 58.
[0030]
On both sides of the first transfer device 50, a first processing device group 70 in which various devices are stacked in multiple stages in the vicinity of the first coating device group 20 and a second processing device group 80 made up of cooling system processing devices are respectively arranged. ing. On both sides of the second transfer device 60, a fourth processing device group 90 and a third processing device group 100 made up of various heating system processing devices are arranged in the vicinity of the second coating device group 30.
[0031]
The first processing device group 70 and the fourth processing device group 90 are arranged on the cassette station 2 side, and the second processing device group 80 and the third processing device group 100 are arranged on the interface unit 5 side.
[0032]
Here, the configuration of the first processing device group 70 and the fourth processing device group 90 will be described based on FIG. 2 when the processing station 3 is viewed from the cassette station 2 side.
[0033]
The first processing unit group 70 includes a low oxygen high temperature heat processing unit (OHP) 72, 75, an alignment unit (ALIM) 73 for aligning the wafer W, and an extension unit (EXT) 74 for waiting the wafer W. , Aging treatment device (DAC) 76, Low temperature heat treatment device (LHP) 77, Low oxygen curing / cooling treatment apparatus (DCC) 78 are stacked in order from the bottom. In the aging treatment equipment (DAC), a processing gas (NH3 + H2O) mixed with ammonia gas and water vapor is introduced into a sealable processing chamber to age the wafer W, and the insulating film material on the wafer W is turned into a wet gel. To do.
[0034]
The fourth processing unit group 90 includes an alignment unit (ALIM) 92, an extension unit (EXT) 93, pre-baking units (PREBAKE) 94 and 95 that heat-treat the wafer W after resist coating, and wafers after development processing. Post baking apparatuses (POBAKE) 96, 97, and 98 for heat-treating W are stacked in order from the bottom.
[0035]
Next, configurations of the second processing device group 80 and the third processing device group 100 will be described based on FIG. 3 in which the processing station 3 is viewed from the interface unit 5 side.
[0036]
The second processing device group 80 includes cooling devices (COL) 81 and 82, an alignment device (ALIM) 83, an extension device (EXT) 84, and cooling devices (COL) 85, 86, 87, and 88 from below. They are stacked in order.
[0037]
The third processing apparatus group 100 includes pre-baking apparatuses (PREBAKE) 101 and 102, post-exposure baking apparatuses (PEB) 103 and 104 that heat-treat the wafer W after the exposure process, and post-baking apparatus (POBAKE) 105. , 106, 107 are stacked in order from the bottom.
[0038]
The interface unit 5 has a wafer transfer body accessible to the extension device (EXT) 84 belonging to the second processing device group 80 and the post-exposure baking devices (PEB) 103 and 104 belonging to the third processing device group 100. 110 is equipped.
[0039]
The wafer carrier 110 can move in the X direction along the rail 111 and move up and down in the Z direction (vertical direction in FIG. 1), and can also rotate in the θ direction. The wafer W can be transported to the exposure apparatus 4 and the peripheral exposure apparatus 112.
[0040]
Next, a method for manufacturing a semiconductor element using the film forming apparatus having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams for explaining a manufacturing process of a semiconductor element manufactured through a dual damascene process, and FIG. 7 shows a processing flow in manufacturing a semiconductor element including a processing flow in the film forming apparatus described above. Yes.
[0041]
First, as shown in FIG. 5A, a wafer W on which a lower layer wiring 201 is formed is prepared, and this wafer W is accommodated in a cassette C mounted on the cassette mounting table 10. In the cassette mounting table 10, the unprocessed wafer W is transferred from the wafer cassette CR into the extension device (EXT) 74 of the first processing device group 70 on the processing station 3 side through the wafer transfer body 11.
[0042]
The wafer W transferred to the delivery table in the extension device (EXT) 74 is transferred to, for example, a cooling device (COL) 81 of the second processing device group 80 via the first transfer device 50. In the cooling device (COL), for example, the wafer W is cooled to around 23 ° C. (S1).
[0043]
The wafer W cooled by the cooling device (COL) is transferred to the organic insulating film coating device (COT) 23 of the first coating device group 20 via the first transfer device 50. In the organic insulating film coating apparatus (COT) 23, for example, an organic insulating film material having a thickness of about 200 nm to about 500 nm, more preferably about 300 nm is applied on the wafer W by spin coating (S2). As a result, as shown in FIG. 5B, the organic insulating film 20 covers the lower layer wiring 201 on the wafer W. 2 Is formed. Here, SILK was used as the organic insulating film material.
[0044]
The wafer W coated with the organic insulating film material by the organic insulating film coating apparatus (COT) 23 is transferred to the low temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 of the first processing apparatus group 70 via the first transfer apparatus 50. . Then, in the low-temperature heat treatment apparatus (LHP) 77, for example, the wafer W is subjected to low-temperature heat treatment at around 150 ° C. for about 60 seconds (S3).
[0045]
The wafer W that has been subjected to the low-temperature heat treatment by the low-temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 is transferred to the low oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 of the first processing apparatus group 70 via the first transfer apparatus 50. Then, in a low oxygen atmosphere in the low oxygen high temperature heat treatment apparatus (OHP) 75, for example, the wafer W is subjected to high temperature heat treatment at about 200 ° C. for about 60 seconds. Further, the wafer W that has been subjected to the high-temperature heat treatment in the low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 is supplied with another low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 72 that is set to a higher temperature via the first transfer device 50. It is conveyed to. Then, in a low oxygen atmosphere in the low oxygen high temperature heat treatment apparatus (OHP) 72, for example, in a 100 ppm oxygen atmosphere, the wafer W is subjected to high temperature heat treatment at around 350 ° C. for about 60 seconds (S4).
[0046]
The wafer W that has been subjected to the high-temperature heat treatment in the low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 72 passes through the first transfer apparatus 50 and the low-oxygen cure / cooling treatment apparatus (DCC) 7 of the first treatment apparatus group 70. 8 It is conveyed to. And low oxygen cure and cooling treatment device (DCC) 7 8 In the inside of the low oxygen atmosphere, the wafer W is subjected to high-temperature heat treatment at around 450 ° C. for about 60 seconds, and then cooled at around 23 ° C. (S5).
[0047]
Low oxygen cure and cooling treatment equipment (DCC) 7 8 The wafer W processed in (1) is transferred to, for example, a cooling device (COL) 82 of the second processing apparatus group via the first transfer apparatus 50. Then, in the cooling device (CPL) 82, the wafer W is cooled to around 23 ° C. (S6).
[0048]
The wafer W cooled by the cooling device (COL) 82 is transferred to the inorganic insulating film coating device (COT) 21 of the first coating device group 20 via the first transfer device 50. Then, in the inorganic insulating film coating apparatus (COT) 21, for example, an inorganic insulating film material having a thickness of about 300 nm to 1100 nm, more preferably about 700 nm, is applied on the wafer W (S7). As a result, an inorganic insulating film 203 is formed on the organic insulating film 202 as shown in FIG. Here, Nanoglass was used as the inorganic insulating film material.
[0049]
The wafer W coated with the inorganic insulating film material by the inorganic insulating film coating apparatus (COT) 21 is transferred to the aging processing apparatus (DAC) 76 of the first processing apparatus group via the first transfer apparatus 50. Then, in the aging treatment apparatus (DAC) 76, (NH ₃ + H ₂ O) Gas is introduced to age the wafer W, and the inorganic insulating film material on the wafer W is gelled (S8).
[0050]
The wafer W subjected to the aging process by the aging processing apparatus (DAC) 76 is transferred to the exchange chemical solution coating apparatus (COT) 25 of the first coating apparatus group 20 via the first transfer apparatus 50. Then, in the exchange chemical solution coating apparatus 25, the exchange chemical solution is supplied onto the wafer W, and a process of replacing the solvent in the insulating film coated on the wafer with another solvent is performed (S9).
[0051]
The wafer W subjected to the replacement process in the exchange chemical solution coating apparatus (COT) 25 is transferred to the low temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 of the first processing apparatus group via the first transfer apparatus 50. Then, in the low-temperature heat treatment apparatus (LHP) 77, the wafer W is subjected to low-temperature heat treatment, for example, around 175 ° C. for about 60 seconds (S10).
[0052]
The wafer W that has been subjected to the low temperature heat treatment by the low temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 is transferred to the low oxygen high temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 via the first transfer device 50. Then, in a low oxygen atmosphere in the low oxygen high temperature heat treatment apparatus (OHP) 75, for example, the wafer W is subjected to high temperature heat treatment at about 310 ° C. for about 60 seconds (S11).
[0053]
The wafer W that has been subjected to the high-temperature heat treatment by the low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 is transferred to the low-oxygen cure / cooling treatment apparatus (DCC) 78 via the first transfer apparatus 50. Then, in a low oxygen atmosphere in the low oxygen curing / cooling processing apparatus (DCC) 78, for example, the wafer W is subjected to a high temperature heat treatment at about 450 ° C. for about 60 seconds, and then cooled at about 23 ° C. (S12).
[0054]
The wafer W processed by the low oxygen curing / cooling processing apparatus (DCC) 78 is transferred to the cooling apparatus (COL) 85 of the second processing apparatus group 80 via the first transfer apparatus 50. Then, in the cooling device (COL) 85, for example, the wafer W is cooled to around 23 ° C. (S13).
[0055]
Coolin Equipment The wafer W cooled in (COL) 85 is transferred to the organic insulating film coating apparatus (COT) 23 of the first coating apparatus group 20 via the first transfer apparatus 50. Then, in the organic insulating film coating apparatus (COT) 23, for example, an organic insulating film material having a thickness of about 200 nm to about 500 nm, more preferably about 300 nm is applied on the wafer W by spin coating (S14). Thereby, an organic insulating film 204 is formed on the inorganic insulating film 203 as shown in FIG. Here, SILK was used as the organic insulating film material.
[0056]
The wafer W coated with the organic insulating film material by the organic insulating film coating apparatus (COT) 23 is transferred to the low temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 of the first processing apparatus group 70 via the first transfer apparatus 50. . In the low-temperature heat treatment apparatus (LHP) 77, for example, the wafer W is subjected to low-temperature heat treatment at about 150 ° C. for about 60 seconds (S15).
[0057]
The wafer W that has been subjected to the low-temperature heat treatment by the low-temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 is transferred to the low oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 of the first processing apparatus group 70 via the first transfer apparatus 50. Then, in a low oxygen atmosphere in the low oxygen high temperature heat treatment apparatus (OHP) 75, for example, the wafer W is subjected to high temperature heat treatment at about 200 ° C. for about 60 seconds. Further, the wafer W that has been subjected to the high-temperature heat treatment in the low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 is supplied with another low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 72 that is set to a higher temperature via the first transfer device 50. It is conveyed to. Then, the wafer W is subjected to high-temperature heat treatment at around 350 ° C. for about 60 seconds in the low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 72 (S16).
[0058]
The wafer W that has been subjected to the high-temperature heat treatment in the low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 72 passes through the first transfer apparatus 50 and the low-oxygen cure / cooling treatment apparatus (DCC) 7 of the first treatment apparatus group 70. 8 It is conveyed to. And low oxygen cure and cooling treatment device (DCC) 7 8 In the inside of the low oxygen atmosphere, the wafer W is subjected to a high-temperature heat treatment at around 450 ° C. for about 60 seconds, and then cooled at around 23 ° C. (S17).
[0059]
The wafer W processed by the low oxygen curing / cooling processing apparatus (DCC) is transferred to the cooling apparatus (COL) 82 of the second processing apparatus group via the first transfer apparatus 50. Then, in the cooling device (CPL) 82, the wafer W is cooled to around 23 ° C. (S18).
[0060]
The wafer W cooled by the cooling device (COL) is transferred to the inorganic insulating film coating device (COT) 21 of the first coating device group 20 via the first transfer device 50. Then, in the inorganic insulating film coating apparatus (COT) 21, for example, an inorganic insulating film material having a thickness of about 300 nm to 1100 nm, more preferably about 700 nm, is applied on the wafer W (S19). Thereby, as shown in FIG. 5E, the inorganic insulating film 205 is formed on the organic insulating film 204, and the organic insulating film and the inorganic insulating film are laminated on the lower layer wiring 201 on the wafer W. An interlayer insulating film is formed. Here, Nanoglass was used as the inorganic insulating film material.
[0061]
The wafer W coated with the inorganic insulating film material by the inorganic insulating film coating apparatus (COT) 21 is transferred to the aging processing apparatus (DAC) 76 of the first processing apparatus group via the first transfer apparatus 50. Then, in the aging treatment apparatus (DAC) 76, (NH ₃ + H ₂ O) Gas is introduced to age the wafer W, and the inorganic insulating film material on the wafer W is gelled (S20).
[0062]
The wafer W subjected to the aging process by the aging processing apparatus (DAC) 76 is transferred to the exchange chemical solution coating apparatus (COT) 25 of the first coating apparatus group 20 via the first transfer apparatus 50. Then, in the exchange chemical solution coating apparatus 25, the exchange chemical solution is supplied onto the wafer W, and a process of replacing the solvent in the insulating film coated on the wafer with another solvent is performed (S21).
[0063]
The wafer W subjected to the replacement process in the exchange chemical solution coating apparatus (COT) 25 is transferred to the low temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 of the first processing apparatus group via the first transfer apparatus 50. Then, in the low-temperature heat treatment apparatus (LHP) 77, the wafer W is subjected to low-temperature heat treatment, for example, around 175 ° C. for about 60 seconds (S22).
[0064]
The wafer W that has been subjected to the low temperature heat treatment by the low temperature heat treatment apparatus (LHP) 77 is transferred to the low oxygen high temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 via the first transfer device 50. Then, in a low oxygen atmosphere in the low oxygen high temperature heat treatment apparatus (OHP) 75, for example, the wafer W is subjected to high temperature heat treatment at around 310 ° C. for about 60 seconds (S23).
[0065]
The wafer W that has been subjected to the high-temperature heat treatment by the low-oxygen high-temperature heat treatment apparatus (OHP) 75 is transferred to the low-oxygen cure / cooling treatment apparatus (DCC) 78 via the first transfer apparatus 50. Then, in a low oxygen atmosphere in the low oxygen curing / cooling processing apparatus (DCC) 78, for example, the wafer W is subjected to a high temperature heat treatment at about 450 ° C. for about 60 seconds, and then subjected to a cooling treatment at about 23 ° C. (S24).
[0066]
The wafer W processed by the low oxygen curing / cooling processing apparatus (DCC) 78 is transferred to the cooling apparatus (COL) 85 of the second processing apparatus group 80 via the first transfer apparatus 50. Then, in the cooling device (COL) 85, for example, the wafer W is cooled to around 23 ° C. (S25).
[0067]
The wafer W cooled by the cooling device (COL) 85 is transferred to the resist coating device (COT) 22 of the first coating device group 20 via the first transfer device 50. Then, a resist film is formed in the resist coating apparatus (COT) 22 (S26). As the resist film, for example, an acetal resist can be used.
[0068]
Thereafter, the wafer W on which the resist film is formed is transferred to the delivery table 40 while being held by the tweezers 57 on the upper side of the first transfer device 50.
[0069]
The wafer W transferred to the delivery table 40 is held by the tweezers 68 of the second transfer device 60, and this time it is carried into, for example, a pre-baking processing device (PREBAKE) 101 of the third processing device group 100 and subjected to a predetermined heat treatment. (S27).
[0070]
The wafer W after the completion of the heat treatment is transferred to the cooling device (COL) 86 of the second processing device group 80 while being held by the tweezers 68 of the second transfer device, and is subjected to a cooling process (S28). The wafer W that has been cooled by the cooling device (COL) 86 is then loaded into the extension device (EXT) 84 of the second processing device group 80 and waits on the spot.
[0071]
Next, the wafer W is unloaded from the extension device (EXT) 84 by the wafer transfer body 110 and transferred to the peripheral exposure device 112. Then, an unnecessary resist film in the peripheral portion is removed by the peripheral exposure device 112 (S29). Thereafter, the wafer W is transferred to the exposure apparatus 4 and subjected to a predetermined exposure process (S30).
[0072]
The wafer W on which the pattern is exposed by the exposure apparatus 4 is transferred to the second heat treatment apparatus group 100 by the wafer transfer body 110, and is carried into, for example, a post-exposure baking apparatus (PEB) 103 and subjected to heat treatment ( S31).
[0073]
Next, the wafer W is held by the tweezers 68 of the second transfer device 60, and is carried into, for example, a cooling device (COL) 87 of the second processing device group 80 and subjected to a cooling process (S32).
[0074]
The wafer W that has been subjected to the predetermined cooling process by the cooling device (COL) 87 is held by the tweezers 58 of the first transfer device 50 and transferred to the delivery table 40. Thereafter, the wafer W is carried from the transfer table 40 to the developing device (DEV) 31 of the second coating device group, for example, while being held by the tweezers 68, and is subjected to a predetermined developing process (S33). Thereby, a resist pattern having a predetermined shape is formed. Here, TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was used as the developing solution.
[0075]
The wafer W that has undergone such development processing is carried into, for example, a post-baking device (POBAKE) 105 of the third processing unit group 100 while being held by the tweezers 67 of the second transfer device 60, and is subjected to heat treatment after the development processing. (S34).
[0076]
The wafer W that has been subjected to the heat treatment in the post-baking apparatus (POBAKE) 105 is transferred to the delivery table 40 while being held by the tweezers 67 of the second transfer apparatus 60.
[0077]
The wafer W transferred to the delivery table 40 is then held by the tweezers 58 of the first transfer device 50 and transferred to, for example, a cooling device (COL) 88 of the second processing device group 80. In the cooling device (COL) 88, the wafer W is actively cooled to a predetermined temperature (S35).
[0078]
Thereafter, the wafer W cooled by the cooling device (COL) 88 is loaded into, for example, the extension device 74 of the first processing device group 70 via the first transfer device 50 and waits on the spot. Then, it is unloaded from the extension device 74 by the wafer carrier 11 and stored in the cassette C on the cassette mounting table 10.
[0079]
Thereafter, the organic insulating film 204 and the inorganic insulating film 205 are etched on the wafer W by a dry etching process using a resist pattern as a mask by an etching apparatus (not shown) as shown in FIG. Thereby, the organic insulating film pattern 204a and the inorganic insulating film pattern 205a in which the concave portion 210 corresponding to the wiring is formed can be formed. Here, for example, CF ₄ Etching was performed using gas (S36). After the etching process, the resist pattern is peeled off.
[0080]
The wafer W that has been subjected to the etching process and the resist pattern peeling is stored again in the cassette C on the cassette mounting table 10. The stored wafer W is transferred into the extension device (EXT) 74 of the first processing device group 70 via the wafer transfer body 11.
[0081]
The wafer W transferred to the delivery table in the extension device (EXT) 74 is transferred into the cooling device (COL) 85 of the second processing unit group 80 via the first transfer device 50. In the cooling device (COL), for example, the wafer W is cooled to around 23 ° C. (S37).
[0082]
The wafer W cooled by the cooling device (COL) 85 is transferred to the resist coating device (COT) 24 of the first coating device group 20 via the first transfer device 50. Then, a resist film is formed in the resist coating apparatus (COT) 24 (S38). As the resist film, for example, an acetal resist can be used.
[0083]
Thereafter, the wafer W on which the resist film is formed is transferred to the delivery table 40 while being held by the tweezers 57 on the upper side of the first transfer device 50.
[0084]
The wafer W transferred to the delivery table 40 is held by the tweezers 68 of the second transfer device 60, and this time it is loaded into the pre-baking processing device (PREBAKE) 102 of the third processing device group 100 and subjected to a predetermined heat treatment. (S39).
[0085]
The wafer W after the completion of the heat treatment is transported to the cooling device (COL) 86 of the second processing device group 80 while being held by the tweezers 68 of the second transport device, and is subjected to cooling processing (S40). The wafer W that has been cooled by the cooling device (COL) 86 is then loaded into the extension device (EXT) 84 of the second processing device group 80 and waits on the spot.
[0086]
Next, the wafer W is unloaded from the extension device (EXT) 84 by the wafer transfer body 110 and transferred to the peripheral exposure device 112. Then, an unnecessary resist film in the peripheral portion is removed by the peripheral exposure device 112 (S41). Thereafter, the wafer W is transferred to the exposure apparatus 4 and subjected to a predetermined exposure process (S42).
[0087]
The wafer W on which the pattern has been exposed by the exposure apparatus 4 is transferred by the wafer transfer body 110 to the second heat treatment apparatus group 100 and carried into, for example, a post-exposure baking apparatus (PEB) 104, where heat treatment is performed ( S43).
[0088]
Next, the wafer W is held by the tweezers 68 of the second transfer device 60, and is carried into, for example, a cooling device (COL) 87 of the second processing device group 80 and subjected to a cooling process (S32).
[0089]
The wafer W that has been subjected to the predetermined cooling process by the cooling device (COL) 87 is held by the tweezers 58 of the first transfer device 50 and transferred to the delivery table 40. Thereafter, the wafer W is held by the tweezers 68 and transferred from the transfer table 40 to, for example, the development processing device (DEV) 33 of the second coating device group and subjected to predetermined development processing (S45). Thereby, a resist pattern having a predetermined shape is formed. Here, TMAH was used as the developing solution.
[0090]
The wafer W that has undergone such development processing is carried into, for example, a post-baking device (POBAKE) 106 of the third processing unit group 100 while being held by the tweezers 67 of the second transfer device 60 and subjected to heat treatment after the development processing. (S46).
[0091]
The wafer W that has been subjected to the heat treatment in the post-baking apparatus (POBAKE) 106 is transferred to the delivery table 40 while being held by the tweezers 67 of the second transfer apparatus 60.
[0092]
The wafer W transferred to the delivery table 40 is then held by the tweezers 58 of the first transfer device 50 and transferred to the cooling device (COL) 88 of the second processing unit group 80. In the cooling device (COL) 88, the wafer W is actively cooled to a predetermined temperature (S47).
[0093]
Thereafter, the wafer W cooled by the cooling device (COL) 88 is carried into the extension device 74 of the first processing device group 70 via the first transfer device 50 and waits on the spot. Then, it is unloaded from the extension device 74 by the wafer carrier 11 and stored in the cassette C on the cassette mounting table 10.
[0094]
Thereafter, the wafer W is formed into a connection plug by etching the organic insulating film 202 and the inorganic insulating film 203 as shown in FIG. 6B by dry etching using a resist pattern as a mask by an etching apparatus (not shown). An organic insulating film pattern 202a and an inorganic insulating film pattern 203a in which corresponding concave portions 211 are formed can be formed. Here, for example, CF ₄ Etching was performed using gas (S48).
[0095]
Thereafter, using a plasma CVD apparatus (not shown), as shown in FIG. 6 (c), titanium for side wall protection for preventing copper diffusion is formed on the side walls inside the concave portion 210 corresponding to the wiring and the concave portion 211 corresponding to the connection plug. Nitride (TiN) 206 Form. In addition to TiN, Ti, TiW, Ta, TaN, WSiN, or the like can be used as the sidewall protecting film.
[0096]
Next, as shown in FIG. 6D, copper 207 is embedded in the recesses 210 corresponding to the wirings and the recesses 211 corresponding to the connection plugs by using, for example, electrolytic plating. Thereafter, the copper on the surface of the inorganic insulating film 205a below the recess is polished by a CMP apparatus, leaving the copper only in the trench, thereby forming the wiring 207b and the connection plug 207a. Thereby, the semiconductor element 200 is formed.
[0097]
As described above, in the film forming apparatus 1 of the present embodiment, both the organic insulating film and the inorganic insulating film are formed by spin coating, so that each film forming process can be performed in the same film forming apparatus 1. Furthermore, in the manufacture of a semiconductor device that has undergone a dual damascene process, in addition to the formation of an interlayer insulating film composed of an organic insulating film and an inorganic insulating film, the resist coating process is also formed by spin coating, so the respective processes are the same. This can be performed in the film forming apparatus 1. Thereby, the cost of a manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor element through a dual damascene process can be greatly reduced without newly providing a CVD apparatus or the like for forming an inorganic insulating film.
[0098]
In addition, when both the organic insulating film and the inorganic insulating film are formed by spin coating, the low dielectric constant characteristics are good and the adhesion between the organic insulating film and the inorganic insulating film is improved.
[0099]
In addition to the above-described configuration, the developer supply may be performed by spin coating in the developer coating treatment step.
[0100]
In the above-described embodiment, the dual damascene method has been described as an example, but it goes without saying that the present invention can also be applied to the single damascene method.
[0101]
In the above-described embodiment, the semiconductor wafer is described as an example of the substrate. However, the present invention may be applied to a substrate for a liquid crystal device, and a conductive layer such as a wiring can be formed through a damascene process.
[0102]
【The invention's effect】
In the present invention, the organic insulating film, the inorganic insulating film, the resist coating, and the developer coating are performed by spin coating, so that each processing can be performed in the same apparatus, and the cost for the manufacturing apparatus is reduced. Can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the film forming apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is another side view of the film forming apparatus shown in FIG. 1;
4 is a perspective view of a transfer device in the film forming apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a view (No. 1) showing a step of manufacturing a semiconductor element according to the embodiment of the invention.
6 is a view (No. 2) showing a step of manufacturing a semiconductor element according to the embodiment of the invention; FIG.
FIG. 7 shows a processing flow in manufacturing a semiconductor element according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
W ... wafer
1 ... Film formation equipment
21. Inorganic insulating film coating apparatus
22, 24 ... Resist film coating apparatus
23 ... Organic insulating film coating apparatus
31, 32, 33, 34 ... development processing apparatus
201 ... lower layer wiring
210 ... Connection plug recess
211 ... Recess for wiring
207a ... Connection plug
207b ... wiring

Claims

（ａ）基板上に有機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し有機絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記有機絶縁膜が形成された基板を加熱処理する工程と、
（ｃ）前記加熱処理された基板を、前記工程（ｂ）の加熱温度より高い温度で、かつ、低酸素化雰囲気中で加熱処理する工程と、
（ｄ）前記低酸素化雰囲気中で加熱処理された基板を、前記工程（ｃ）の加熱温度より高い温度で、かつ、低酸素化雰囲気中でキュアする工程と、
（ｅ）前記キュアされた基板を冷却する工程と、
（ｆ）前記冷却された基板の前記有機絶縁膜上に無機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し無機絶縁膜を形成する工程と、
（ｇ）前記無機絶縁膜が形成された基板をエージング処理し、基板上の前記無機絶縁膜材料をゲル化する工程と、
（ｈ）前記ゲル化された無機絶縁膜上にエクスチェンジ用溶液をスピンコートにより塗布し、前記ゲル化された無機絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換える工程と、
（ｉ）前記置換処理された基板を加熱処理する工程と、
（ｊ）前記工程（ｉ）の後、前記工程（ｃ）〜（ｅ）を行う工程と、
（ｋ）前記工程（ｊ）の後、前記有機絶縁膜および前記無機絶縁膜をフォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、凹部を形成する工程と、
（ｌ）前記凹部に導電材料を埋めこみ、導電層を形成する工程とを具備し、
前記工程（ａ）〜（ｊ）は、同一の成膜装置内で行われることを特徴とする成膜方法。(A) applying an organic insulating film material on a substrate by spin coating to form an organic insulating film;
(B) heat-treating the substrate on which the organic insulating film is formed;
(C) heat-treating the heat-treated substrate at a temperature higher than the heating temperature of the step (b) and in a low oxygen atmosphere;
(D) curing the substrate heat-treated in the low-oxygen atmosphere at a temperature higher than the heating temperature in the step (c) and in the low-oxygen atmosphere;
(E) cooling the cured substrate;
(F) applying an inorganic insulating film material on the organic insulating film of the cooled substrate by spin coating to form an inorganic insulating film;
(G) aging the substrate on which the inorganic insulating film is formed, and gelling the inorganic insulating film material on the substrate;
(H) applying an exchange solution on the gelled inorganic insulating film by spin coating, and replacing the solvent in the gelled inorganic insulating film with another solvent;
(I) heat-treating the substrate subjected to the substitution treatment;
(J) After the step (i), performing the steps (c) to (e);
(K) After the step (j), patterning the organic insulating film and the inorganic insulating film using a photolithography method to form a recess;
(L) burying a conductive material in the recess and forming a conductive layer ,
The film forming method, wherein the steps (a) to (j) are performed in the same film forming apparatus .

前記フォトリソグラフィ法は、
（ｍ）前記無機絶縁膜上にスピンコートによりレジスト膜を形成する工程と、
（ｎ）前記レジスト膜を露光処理する工程と、
（ｏ）前記露光処理された前記レジスト膜上に現像液を塗布することにより現像し、レジストパターンを形成する工程と、
（ｐ）前記レジストパターンをマスクとして、前記有機絶縁膜および前記無機絶縁膜をエッチングし、前記凹部を形成する工程とを有し、
前記工程（ｍ）及び（ｏ）は、前記成膜装置内で行われることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。The photolithography method includes:
(M) forming a resist film by spin coating on the inorganic insulating film;
(N) a step of exposing the resist film;
(O) developing by applying a developer on the exposed resist film to form a resist pattern;
The (p) the resist pattern as a mask, etching the organic insulating film and the inorganic insulating film, possess and forming the recess,
2. The film forming method according to claim 1, wherein the steps (m) and (o) are performed in the film forming apparatus .

前記工程（ｊ）の後、前記工程（ｋ）の前に、前記工程（ａ）〜（ｊ）をさらに行い、  After the step (j) and before the step (k), the steps (a) to (j) are further performed,
前記工程（ｋ）は、１回目及び２回目の前記工程（ａ）〜（ｊ）でそれぞれ形成された有機絶縁膜及び無機絶縁膜に、第１凹部及び第２凹部をそれぞれ形成し、  In the step (k), first and second recesses are respectively formed in the organic insulating film and the inorganic insulating film formed in the first and second steps (a) to (j), respectively.
前記工程（ｌ）は、前記第１凹部及び第２凹部に前記導電材料を埋め込み、前記導電層を形成することを特徴とする請求項１記載の成膜方法。  The film forming method according to claim 1, wherein in the step (l), the conductive material is formed by embedding the conductive material in the first recess and the second recess.

前記基板には導電層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜方法。The film deposition method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said substrate is a conductive layer is formed.

前記基板は半導体基板であることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。The film forming method according to claim 4 , wherein the substrate is a semiconductor substrate.

基板上に有機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し有機絶縁膜を形成する第１の塗布装置と、
前記塗布された有機絶縁膜材料上に無機絶縁膜材料をスピンコートにより塗布し無機絶縁膜を形成する第２の塗布装置と、
前記塗布された無機絶縁膜をゲル化するエージング処理装置と、
前記エージング処理装置で処理された基板にエクスチェンジ用薬液を供給し、前記ゲル化された無機絶縁膜中の溶媒を他の溶媒に置き換えるエクスチェンジ用薬液塗布処理装置と、
基板を加熱処理する加熱処理装置と、
低酸素化雰囲気中で基板を加熱処理する低酸素加熱処理装置と、
低酸素化雰囲気中で基板を加熱処理し、その後、基板を冷却処理する低酸素キュア・冷却処理装置と、
基板を冷却処理する冷却処理装置と、
を具備することを特徴とする成膜装置。A first coating apparatus for forming an organic insulating film by applying an organic insulating film material on a substrate by spin coating;
A second coating apparatus that forms an inorganic insulating film by applying an inorganic insulating film material onto the applied organic insulating film material by spin coating;
An aging treatment apparatus for gelling the coated inorganic insulating film;
Supplying the chemical solution for exchange to the substrate treated by the aging treatment apparatus, and replacing the solvent in the gelled inorganic insulating film with another solvent,
A heat treatment apparatus for heat-treating the substrate;
A low oxygen heat treatment apparatus for heat treating the substrate in a low oxygen atmosphere;
A low-oxygen cure / cooling processing device that heat-treats the substrate in a low-oxygen atmosphere and then cools the substrate;
A cooling processing apparatus for cooling the substrate;
A film forming apparatus comprising:

前記塗布された無機絶縁膜材料上にレジスト材料をスピンコートにより塗布しレジスト膜を形成する第３の塗布装置と、
前記レジスト膜を露光処理した後、該露光処理されたレジスト膜上に現像液をスピンコートにより塗布する第４の塗布装置と、
を更に具備することを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。 A third coating device for applying a resist material on the coated inorganic insulating film material by spin coating to form a resist film;
A fourth coating apparatus for coating the resist film by spin coating after exposing the resist film to the exposed resist film ;
The film forming apparatus according to claim 6 , further comprising: