專利名稱：襯底處理裝置及襯底處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于如半導體器件制造等的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及用于在襯底上形成層間絕緣膜等的襯底處理裝置及襯底處理方法。
背景技術(shù)：
在半導體器件的制造工序中，例如，在常壓下，利用SOD(Spin onDielectric)系統(tǒng)形成層間絕緣膜。在SOD系統(tǒng)中，利用溶膠-凝膠等方法在晶片上旋涂涂敷膜，進行化學處理或者加熱處理等，從而形成層間絕緣膜。
利用溶膠-凝膠方法生成層間絕緣膜時，首先，向半導體晶片(以下簡稱晶片)上供應在有機溶劑中分散了絕緣膜材料，如膠質(zhì)的TEOS(四乙基原硅酸鹽)的溶液。然后，對供應了此溶液的晶片進行凝膠化處理，接著再進行溶劑的置換、熱烘處理。
一方面，近年來，為了追求器件的高速化和高度集成化，通常層疊多層的低介電常數(shù)的絕緣膜，形成多層的配線結(jié)構(gòu)，并用金屬鑲嵌法進行布線。金屬鑲嵌法是，用蝕刻法在層間絕緣膜上預先生成規(guī)定溝槽，然后采用噴射法或者CVD法，在溝槽內(nèi)部填埋Al和Cu等導電性配線材料，最后利用CMP技術(shù)等去除堆積在溝槽外的配線材料，從而生成配線的技術(shù)。
然而，在金屬鑲嵌處理工序中，如果將利用SOD系統(tǒng)進行的絕緣膜涂敷處理、凝膠化處理以及熱烘處理等一系列處理所需要的時間與利用CVD方法進行的金屬配線處理所需要的處理時間進行比較，則由SOD系統(tǒng)消耗的處理時間明顯過長，并且步驟繁多。因此，越來越要求CVD裝置等能與SOD系統(tǒng)協(xié)調(diào)，從而達到高效率化。
此外，從絕緣膜的質(zhì)量方面來看，也存在如下問題在金屬鑲嵌工序中，將已經(jīng)形成絕緣膜的晶片從該SOD系統(tǒng)取出到放入CVD裝置中之前，還需要一段時間，而在這期間絕緣膜的狀態(tài)會惡化。
特別是近年來，為了力求器件的高速化和低耗能化，有時會使用低介電常數(shù)的絕緣膜，例如膜中形成有氣泡的多孔膜，但是，如果像上述那樣在搬入之前要花費一定時間的話，則因為多孔膜中的氣泡會吸收大氣中的水分，從而，可能會使膜質(zhì)量惡化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種襯底處理裝置及襯底處理方法，該襯底處理裝置及襯底處理方法能夠縮短在絕緣膜以及配線形成處理中的處理時間，并且，能夠使涂敷絕緣膜的質(zhì)量保持良好狀態(tài)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面包括第一處理單元組，設有多個第一處理單元，所述第一處理單元在常壓下，在襯底上形成絕緣膜；第一運送單元，對所述多個第一處理單元進行襯底的運送；第二處理單元組，設有多個第二處理單元，所述第二處理單元在真空或者加壓條件下，對所述形成有絕緣膜的襯底進行處理；多個裝載鎖定(Load lock)室，分別與所述多個第二處理單元連接，能夠控制內(nèi)部壓力；第二運送單元，在所述第一處理單元組與所述多個裝載鎖定室之間進行襯底的運送。
在本發(fā)明中，例如，因為采用了將在常壓下形成層間絕緣膜的第一處理單元組，和在真空或者加壓下進行如電子射線或紫外線照射、CVD、或者洗凈處理等的第二處理單元組設置成一體的結(jié)構(gòu)，所以，尤其能夠縮短金屬鑲嵌工序中的處理時間，能夠減少每個處理能力所占的面積(Footprint)。而且，由于縮短了處理時間，因此，即使在采用多孔膜作為絕緣膜的情況下，也能夠防止因吸收大氣中的水分而使膜的質(zhì)量惡化的情況，從而能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，所述第二處理單元沿水平方向排列，第二運送單元在水平方向進行運送?；蛘?，所述第二處理單元沿垂直方向配置成多層，所述第二運送單元在垂直方向進行運送。這樣，第二處理單元無論是沿水平方向排列，還是沿垂直方向排列，都能夠向第二處理單元進行襯底的運送。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，所述第一處理單元組至少具有向襯底上旋涂處理液的涂敷處理單元和、對襯底進行熱處理的熱處理單元。所述第二處理單元組，至少具有使所述絕緣膜硬化的電子射線照射單元和對所述絕緣膜的表面狀態(tài)進行改性的紫外線照射單元中的一個單元。于是，能夠連續(xù)進行通過第一處理單元組的絕緣膜的形成和、通過第二處理單元組的電子射線或紫外線的照射等后處理，從而，能夠縮短處理時間，同時能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，所述第二處理單元組還具有CVD裝置。這樣，例如在金屬鑲嵌工序中，能夠縮短形成層間絕緣膜和形成配線的處理時間，從而能夠高效率地進行處理。此外，通過縮短處理時間，能夠?qū)⒔^緣膜質(zhì)量維持在良好的狀態(tài)，從而能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，還具有在所述第二處理單元和所述裝載鎖定室之間運送襯底的運送臂。這樣，能夠?qū)⒀b載鎖定室內(nèi)的襯底運送到第二處理單元中，從而，能夠從第一處理單元經(jīng)過第二運送單元和裝載鎖定室向第二處理單元連續(xù)運送襯底。這種運送臂，例如，最好設置在裝載鎖定室內(nèi)。此外，也可以在第一處理單元組中的至少一個單元上設置多個銷，從而在第一運送單元和第二運送單元之間進行襯底的傳遞。
本發(fā)明的第二方面包括第一處理單元組，設有多個第一處理單元，所述第一處理單元用于在常壓下，在襯底上形成絕緣膜；第二處理單元組，設有多個第二處理單元，所述第二處理單元在真空或者加壓條件下對所述已經(jīng)形成絕緣膜的襯底進行處理；多個裝載鎖定室，分別與所述多個第二處理單元連接，能夠控制內(nèi)部壓力；運送單元，在所述第一處理單元組與所述多個裝載鎖定室之間進行襯底的傳遞；運送臂，設置在所述裝載鎖定室內(nèi)，將通過所述運送單元運送過來的襯底向所述第二處理單元運送；控制部分，通過控制，使得在所述第一處理單元形成絕緣膜之后，通過所述運送單元將襯底運送到所述裝載鎖定室中，同時，通過所述運送臂向所述第二處理單元運送，并在該第二處理單元進行處理。
在本發(fā)明中，因為能夠連續(xù)進行在第一處理單元組進行的絕緣膜的形成和在第二處理單元組進行的電子射線或紫外線的照射等后處理，所以，能夠縮短處理時間并且能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。此外，如果在第二處理單元中例如設有CVD裝置等，則尤其能夠縮短金屬鑲嵌工序中的形成層間絕緣膜和形成配線的時間，從而能夠高效率地進行處理。而且，由于縮短了處理時間，因此，即使例如在采用多孔膜作為絕緣膜的情況下，也能夠防止吸收與該多孔膜相鄰層疊的其他層間絕緣膜，從而形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
本發(fā)明的第三方面包括第一處理單元組，設有多個第一處理單元，所述第一處理單元用于在常壓下，在襯底上形成絕緣膜；第一運送單元，向所述多個第一處理單元進行襯底的運送；第二處理單元組，設有多個第二處理單元，所述第二處理單元在真空或者加壓條件下，對所述形成有絕緣膜的襯底進行處理；多個裝載鎖定室，分別與所述多個第二處理單元連接，能夠控制內(nèi)部壓力；存放盒站，與所述多個第一處理單元、所述多個裝載鎖定室相鄰設置，配有多個存放襯底的存放盒。
在本發(fā)明中，用一個存放盒站連結(jié)著形成絕緣膜的第一處理單元組和、例如在真空或加壓條件下進行電子射線或紫外線的照射、或CVD處理等的第二處理單元組，因此，尤其能夠縮短金屬鑲嵌工序中的處理時間，能夠減少每個處理能力所占的面積。此外，因為縮短了處理時間，所以，能夠?qū)⒔^緣膜質(zhì)量維持在良好的狀態(tài)，從而能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
本發(fā)明的襯底處理方法具有如下工序在第一處理單元組內(nèi)，在常壓下，在襯底上形成絕緣膜的工序；向中間傳遞部分運送襯底的工序，其中，中間傳遞部分設置在所述第一處理單元組內(nèi)，向相鄰于第一處理單元組的第二處理單元組進行襯底的運送；從所述中間傳遞部分向所述第二處理單元組進行運送的工序；在所述第二處理單元組內(nèi)，在真空下，向襯底照射電子射線的工序。
在本發(fā)明中，連續(xù)進行在常壓下的第一處理單元組內(nèi)進行的絕緣膜的形成和、在真空下的第二處理單元組內(nèi)進行的電子射線的照射。此外，通過中間傳遞部分進行從第一處理單元組向第二處理單元組的襯底的運送。通過這種在常壓及真空條件下的連續(xù)的處理，能夠縮短處理時間，并且能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。這里，在第一處理單元組內(nèi)配置多個在常壓下對襯底進行處理的第一處理單元。同樣，在第二處理單元內(nèi)配置多個在真空下對襯底進行處理的第二處理單元。
此外，本發(fā)明，也可以在所述第一處理單元組內(nèi)，在常壓下對所述已經(jīng)形成絕緣膜的襯底進行加熱處理；或者，也可以在所述第二處理單元組內(nèi)，在真空下對所述已經(jīng)形成絕緣膜的襯底進行加熱處理。這樣，通過在常壓或真空條件下進行加熱處理，尤其使得與金屬鑲嵌工序?qū)奶幚沓蔀榭赡埽瑥亩軌蚩s短其處理時間，還能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
本發(fā)明又一方面，具有以下部分第一處理單元組，設有多個第一處理單元，所述第一處理單元在常壓下，在襯底上形成絕緣膜；CVD裝置，通過CVD，在襯底上形成其他絕緣膜；運送單元，在所述第一處理單元組和CVD裝置之間進行襯底的運送；并具有以下工序通過所述第一處理單元組中的所述第一處理單元，在襯底上形成層間絕緣膜的工序；
通過所述運送單元將所述已經(jīng)形成絕緣膜的襯底運送到所述CVD裝置中，并追加形成其他絕緣膜的工序。
在本發(fā)明中，因為采用了通過利用運送單元運送襯底，使得通過常壓處理單元進行的絕緣膜的形成和通過CVD裝置進行的、其他多層絕緣膜的形成連續(xù)進行的結(jié)構(gòu)，所以，尤其能夠縮短金屬鑲嵌工序中的處理時間，還能夠減少每個處理能力所占的面積。


圖1是本發(fā)明一個實施方式的絕緣膜處理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖2是圖1所示的絕緣膜處理系統(tǒng)的主視圖。
圖3是圖1所示的絕緣膜處理系統(tǒng)的后視圖。
圖4是一個實施方式的裝載鎖定室的截面圖。
圖5是一個實施方式的傳遞單元的分解立體圖。
圖6是一個實施方式的SOD涂敷處理單元的平面圖。
圖7是圖6所示的SOD涂敷處理單元的截面圖。
圖8是低氧烘焙(cure)·冷卻處理單元的平面圖。
圖9是圖8的低氧烘焙·冷卻處理單元的截面圖。
圖10是絕緣膜處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)框圖。
圖11是絕緣膜處理系統(tǒng)的一系列處理工序的流程圖(其中之一)。
圖12是一個實施方式的半導體元件形成工序的截面圖(其中第一種)。
圖13是一個實施方式的半導體元件形成工序的截面圖(其中第二種)。
圖14是一個實施方式的半導體元件形成工序的截面圖(其中第三種)。
圖15是處理工序的另一個實施方式的流程圖。
圖16是處理工序的再一個實施方式的流程圖。
圖17是另一個實施方式的絕緣膜處理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)平面圖。
圖18是再一種絕緣膜處理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)立體圖。
圖19是圖18中的絕緣膜處理系統(tǒng)的變形例的立體圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
圖1～圖3是本發(fā)明一個實施方式的絕緣膜處理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，其中，圖1是平面圖，圖2是主視圖，圖3是后視圖。
該絕緣膜處理系統(tǒng)1由存放盒站10、常壓處理區(qū)11、真空/加壓處理區(qū)12形成一體而構(gòu)成，其中，所述存放盒站10，用于將作為襯底的半導體晶片W用晶片盒CR以若干片(例如25片)為單位，從外部搬入系統(tǒng)中，或從系統(tǒng)中搬出，或是對晶片盒CR進行晶片W的搬入和搬出；所述常壓處理區(qū)11，在規(guī)定位置上，配置多層單片式的各種處理單元而構(gòu)成，所述各種處理單元在SOD涂敷工序中，在常壓下對晶片W一片一片實施規(guī)定處理；所述真空/加壓處理區(qū)12，由在真空或加壓條件下，對晶片W進行規(guī)定處理的單片式各種處理單元排列而成。以下，所加的壓力高于常壓時，稱為“加壓”。
如圖1所示，在存放盒站10中，多個(例如最多至4個)晶片盒CR以單列X方向承載在存放盒承載臺20中的凸起20a的位置上，而且其各自的晶片出入口均朝向常壓處理區(qū)11，使得晶片運送器件21有選擇地對每個晶片盒CR進行存取(access)，其中，該晶片運送器件21可在存貯盒排列方向(X方向)和存放于晶片盒CR內(nèi)的晶片的排列方向(Z方向，即垂直方向)上移動。而且晶片運送器件21還可以在θ方向旋轉(zhuǎn)，此外，如后面所述，也可以對屬于常壓處理區(qū)11側(cè)的第三處理裝置組G3的多層單元部分的傳遞·冷卻板(TCP)進行存取。
常壓處理區(qū)11，如圖1所示，在中心部分設有垂直運送的垂直運送單元22，而在其周圍配有多組、多層的常壓處理單元。在本例中，有G1、G2、G3、G4等四組，其中，第一、第二處理裝置組G1、G2的多層單元并列設置在系統(tǒng)的正面(圖1的前面)，第三處理裝置組G3的多層單元與存放盒站10相鄰配置，第四處理裝置組G4的多層單元與真空/加壓處理區(qū)12相鄰配置。
如圖2所示，在第一處理裝置組G1、第二處理裝置組G2中，SOD涂敷處理單元(SCT)和溶劑置換處理單元(DSE)按照自下而上的順序排成兩層，其中，所述SOD涂敷處理單元(SCT)在杯CP內(nèi)，將晶片W裝載在旋轉(zhuǎn)卡盤上并供應絕緣膜材料，同時使之旋轉(zhuǎn)，從而在晶片上涂敷均勻的絕緣膜，所述溶劑置換處理單元(DSE)在杯CP內(nèi)，將晶片W裝載在旋轉(zhuǎn)卡盤上供應HMDS(六甲基二硅胺烷)以及庚烷等用于置換的藥液，從而在干燥工序前，將涂敷在晶片上的絕緣膜中的溶劑置換為其他的溶劑。
在第一處理裝置組G1中，其SOD涂敷處理單元(SCT)位于上層。當然，根據(jù)需要，也可以在第一處理裝置組G1的下層，配置SOD涂敷處理單元(SCT)和溶劑置換處理單元(DSE)等。
如圖3所示，在第三處理裝置組G3中，按由下至上的順序多層排列著傳遞·冷卻板(TCP)、2個冷卻處理單元(CPL)、伸長單元(EXT)、陳化(aging)處理單元(DAC)以及2個低溫加熱處理單元(LHP)。
在第四處理單元組G4中，多層配置著傳送單元(TRS)、2個冷卻處理單元(CPL)、陳化處理單元(DAC)、低溫加熱處理單元(LHP)、低氧烘焙·冷卻處理單元(DCC)以及低氧高溫加熱處理單元(OHP)。
傳遞·冷卻板(TCP)，形成以冷卻晶片的冷卻板為下層、以傳遞臺為上層的雙層結(jié)構(gòu)(圖中沒有表示)，從而在存放盒站10和常壓處理區(qū)11之間進行晶片W的傳遞。此外，伸長單元(EXT)也同樣在存放盒站10和常壓處理區(qū)11之間進行晶片W的傳遞。陳化處理單元(DAC)將NH3+H2O輸入到可密封的處理室內(nèi)，腐蝕晶片W，然后將晶片W上的絕緣膜材料濕式凝膠(wet gel)化。冷卻處理單元(CPL)具有放置晶片W的冷卻板，對晶片進行冷卻處理。低溫加熱處理單元(LHP)具有加熱晶片W的熱板，從而例如在100℃～200℃的溫度下，進行加熱處理。低氧高溫加熱處理單元(OHP)在可密閉的處理室內(nèi)，具有放置晶片W的熱板，該單元一邊從熱板四周的小孔均勻噴出N2氣體，一邊通過處理室頂部中央進行排氣，從而在低氧氣氛中對晶片W進行高溫加熱處理。而關(guān)于傳送單元(TRS)則在以后敘述。
參照圖3，垂直運送單元22在筒形支撐件49的內(nèi)側(cè)，安裝有在上下方向(Z方向)升降自如的晶片運送裝置46。筒形支撐件49連接在圖中沒有表示的馬達旋轉(zhuǎn)軸上，從而在馬達的旋轉(zhuǎn)力的帶動下以該旋轉(zhuǎn)軸為中心，和晶片運送裝置46一起旋轉(zhuǎn)。因此，晶片運送裝置46可在θ方向上自由旋轉(zhuǎn)。在晶片運送裝置46的運送基座47上例如具有3根銷釘組48，這些銷釘組48對配置在垂直運送單元22周圍的常壓處理單元進行存取，從而在這些處理單元之間，進行晶片W的傳遞。
在真空/加壓處理區(qū)12的系統(tǒng)后面，配有用于運送晶片W的水平運送單元23，此單元可沿導軌26在Y方向上移動，同時，在馬達28的帶動下，可在θ方向旋轉(zhuǎn)。
在真空/加壓處理區(qū)12的正面，在Y方向并列設有CVD裝置37、加熱處理裝置38、電子射線照射單元(EB)39以及紫外線照射單元(UV)40。這些CVD裝置37、加熱處理裝置38、電子射線照射單元(EB)39以及紫外線照射單元(UV)40，可在真空狀態(tài)下進行各自的處理。
這些CVD裝置37、加熱處理裝置38、電子射線照射單元(EB)39以及紫外線照射單元(UV)40例如與4個各自的裝載鎖定室31連接，而上述水平運送單元23可對這些裝載鎖定室31進行存取。
如圖4所示，在裝載鎖定室31的背面和正面分別形成有開口部分32和50，并且在開口部分32和50中設有用于密封其各自內(nèi)部的閘閥44和45。水平運送單元23的運送臂可以從后面的開口部分32進行存取，而內(nèi)部的操作臂35可以從正面的開口部分45向CVD裝置37、加熱處理裝置38、電子射線照射單元(EB)39側(cè)進行存取。
裝載鎖定室31內(nèi)有升降銷41和運送臂35。升降銷41可根據(jù)升降缸33的驅(qū)動在Z方向上下移動，而從水平運送單元23運送過來的晶片W由該上升驅(qū)動從內(nèi)側(cè)支撐。另一方面，運送臂35可根據(jù)圖中沒有表示的移動機構(gòu)在X方向移動，從而在升降銷41下降時，升降銷41所支撐的晶片W被傳遞到運送臂35上。
此外，在裝載鎖定室31內(nèi)安裝有使室內(nèi)達到真空或者進行加壓使室內(nèi)壓力大于常壓的壓力控制器42，從而使CVD裝置37內(nèi)、加熱處理裝置38內(nèi)、電子射線照射單元(EB)39內(nèi)以及紫外線照射單元(UV)內(nèi)的真空狀態(tài)下的壓力分別相等。這樣，通過在每個真空/加壓處理單元安裝裝載鎖定室31，使得，即使每個真空/加壓處理單元內(nèi)的壓力各不相同，也可以容易地對應不同壓力進行壓力調(diào)節(jié)。
圖5是第四處理裝置組G4中的傳送單元(TRS)的分解立體圖。在該傳遞單元(TRS)中，支撐晶片W的3根支撐銷92可以通過驅(qū)動機構(gòu)(圖中沒有表示)在X方向移動，同時在Z方向上升降。作為X方向和Z方向的驅(qū)動機構(gòu)，例如可使用通過步進馬達的帶驅(qū)動。此外，在傳送單元(TRS)的兩側(cè)具有開口部分91，銷釘組48和水平運送單元23的運送臂可以從此開口部分91出入。于是，通過支撐銷92從銷釘組48向水平運送單元23傳遞晶片W，在常壓處理區(qū)11和真空/加壓處理區(qū)12之間運送晶片W。
在本實施方式的絕緣膜處理系統(tǒng)1中，作為真空/加壓處理區(qū)12的各處理裝置37、38、39、40，列舉了在真空下進行處理的裝置，但是在此基礎上，可以在Y方向增設在加壓條件下洗凈晶片W的洗凈裝置和使光刻工序中所使用的保護膜在真空下脫落的灰化裝置。
圖6和圖7是上述SOD涂敷處理單元(SCT)的平面圖和截面圖。在該SOD涂敷處理單元(SCT)的中央部分安裝有具有廢液管53的環(huán)形杯CP，在環(huán)形杯CP內(nèi)側(cè)安裝有使襯底保持水平的旋轉(zhuǎn)卡盤52。旋轉(zhuǎn)卡盤52在依靠真空吸附固定晶片W的狀態(tài)下通過馬達54旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。該旋轉(zhuǎn)馬達54可升降移動地配置于底板51上的開口51a上，并通過例如由鋁制成的、蓋狀的法蘭盤58與例如由氣缸構(gòu)成的升降驅(qū)動裝置60和升降導向裝置62結(jié)合在一起。
在將層間絕緣膜材料噴到晶片W表面上的噴嘴77上，連接有從絕緣膜材料的供給源(圖中沒有表示)延伸出來的管路83。該噴嘴77通過噴嘴固定部件72可拆卸地安裝在噴嘴掃描臂76前端部分。該噴嘴掃描臂76安裝在垂直支撐部件75的頂端部分，而該垂直支撐部件75可以沿著鋪設在單元底板51上的軌道74在某一方向(Y方向)水平移動，因此，該噴嘴掃描臂76可以通過圖中沒有表示的Y方向驅(qū)動機構(gòu)，與垂直支撐部件75一起沿Y方向移動。
在杯CP的側(cè)面，設有用于噴嘴77待機的噴嘴待機部分73，在該噴嘴待機部分73中，為了能夠噴出不同種類的絕緣膜材料，設置了與其種類相對應的多個噴嘴，從而根據(jù)需要來更換噴嘴，進行涂敷處理。
圖8是上述的低氧烘焙·冷卻處理單元(DCC)的平面圖，圖9是其截面圖。
低氧烘焙·冷卻處理單元(DCC)具有加熱處理室341和與之相鄰接設置的冷卻處理室342，而該加熱處理室341具有設定溫度可以達到200～470℃的熱板343。在低氧烘焙·冷卻處理單元(DCC)與垂直運送單元22之間，還具有用于在傳送晶片W時開啟關(guān)閉的開口遮板(Gateshutter)344、用于開閉加熱處理室341和冷卻處理室342之間的開口遮版345、以及在熱板343周圍包圍晶片W并隨著第二開口遮板345一起升降的連接遮板346。而且，在熱板343中還升降自如地設有3根升降銷347，用于放置晶片W進行升降。當然，在熱板343和連接遮板346之間也可以設置遮擋幕。
在加熱處理室341下方設有用于升降上述升降銷347的升降機構(gòu)348；用于一起升降第二個開口升降板345和連接遮板346的升降機構(gòu)349；用于升降第一開口遮板344來進行開啟關(guān)閉的升降機構(gòu)350。
在加熱處理室341內(nèi)，如后所述那樣，從連接遮板346供應作為凈化氣體的N2氣體。同時，排氣管351連接在加熱處理室341的上部，從而在加熱處理室342內(nèi)形成經(jīng)過該排氣管351進行排氣的結(jié)構(gòu)。
該加熱處理室341和冷卻處理室342通過連通口352而連通，用于放置晶片W進行冷卻的冷卻板353可以通過移動機構(gòu)355，沿導向板354在水平方向自由移動。這樣，冷卻板353能夠通過連通口352進入加熱處理室341內(nèi)，從升降銷347上取出被加熱處理室341內(nèi)的加熱板343加熱的晶片W送入冷卻處理室342內(nèi)，并在冷卻晶片后，再將晶片W送回升降銷347上。
此外，冷卻板353的設定溫度，例如為15℃～25℃；用于冷卻晶片W的合適溫度范圍，例如為200℃～470℃。
而且，冷卻處理室342構(gòu)成如下結(jié)構(gòu)即，可經(jīng)過供給管356向其內(nèi)部供應N2等惰性氣體，同時，可經(jīng)過排氣管357向其外部排氣。這樣，與加熱處理室341一樣，使冷卻處理室342內(nèi)部保持低氧濃度(例如50ppm以下)的氣氛。
圖10是絕緣膜處理系統(tǒng)1的控制系統(tǒng)框圖。標號84表示上述晶片運送器件21、垂直運送單元22、水平運送單元23以及裝載鎖定室31的運送臂35等運送系統(tǒng)，85表示SOD涂敷處理單元(SCT)和溶劑置換處理單元(DSE)等涂敷處理系統(tǒng)單元，86表示熱處理系統(tǒng)單元，37表示CVD裝置，38表示加熱處理裝置，39表示電子射線照射單元(EB)，40表示紫外線照射單元(UV)。
這些各單元和裝置都具有用于分別進行各處理的各自的控制器(圖中沒有表示)，而中央控制裝置90集中控制每個控制器。
下面，參照圖11所示的流程，對以上說明的絕緣膜處理系統(tǒng)1的一系列處理工序進行說明。
首先，從晶片盒CR經(jīng)過晶片運送器件21、第三處理裝置組G3的伸長單元(EXT)、垂直運送單元22、第四處理裝置組G4的傳遞單元(TRS)、水平運送單元23以及裝載鎖定室31向CVD裝置37運送。然后，如圖12A所示，例如形成作為下層配線的Cu膜201(步驟1)。
然后，如圖12B所示，在該CVD裝置37內(nèi)，通過CVD形成用于保護Cu膜的絕緣膜202(Cu覆蓋層)(步驟2)。作為該Cu覆蓋層，例如，形成SiN膜和SiC膜。
于是，經(jīng)過裝載鎖定室31、水平運送單元23、傳遞單元(TRS)以及垂直運送單元22，將晶片W運送到冷卻處理室(CPL)內(nèi)，并在這里進行冷卻處理(步驟3)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到SOD涂敷處理單元(SCT)中，并在該SOD涂敷處理單元(SCT)中，在常壓下，通過旋涂方式在晶片W上涂敷厚度例如為200nm～500nm左右、最好為300nm左右的有機材料絕緣膜(步驟4)。由此，如圖12C所示，在晶片W上形成有機絕緣膜203。這里，作為有機絕緣膜材料使用SILK。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到低溫加熱處理單元(LHP)中。在這里，例如在150℃左右下對晶片W進行將近60秒的低溫加熱處理(步驟5)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到低氧高溫處理單元(OHP)中，從而在低氧氣氛中，例如在200℃～350℃左右溫度下對晶片W進行將近60秒的高溫加熱處理(步驟6)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到低氧烘焙·冷卻處理單元(DCC)中，從而在低氧氣氛中，在450℃左右下對晶片W進行將近60秒的高溫加熱處理，然后在23℃左右下進行冷卻處理(步驟7)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到冷卻處理單元(CPL)中，從而晶片W被冷卻處理到23℃左右(步驟8)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到SOD涂敷處理單元(SCT)中，并被涂敷厚度例如為300nm～1100nm左右、最好為700nm左右的無機材料絕緣膜(步驟9)。于是，如圖12D所示，在有機絕緣膜203上形成無機絕緣膜204。這里，作為無機絕緣膜材料使用納米玻璃(Nanoglass)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到陳化處理單元(DAC)中，并向處理室內(nèi)導入(NH3+H2O)氣體，對晶片W上的無機絕緣膜材料進行凝膠化處理(步驟10)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到溶劑置換處理單元(DSE)中，向晶片W供應用于置換的藥液，進行用其他溶劑置換涂敷在晶片上的絕緣膜中的溶劑的處理(步驟11)。
接下來，對晶片W，在低溫加熱處理單元(LHP)進行低溫加熱處理(步驟12)，在低氧氣氛的低氧高溫加熱處理單元(OHP)進行高溫加熱處理(步驟13)，在低氧氣氛的低氧烘焙·冷卻處理單元(DDC)進行高溫加熱處理，然后在23℃左右下進行冷卻處理(步驟14)，在冷卻單元(COL)對晶片W進行冷卻處理(步驟15)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到SOD涂敷處理單元(SCT)中，并通過旋涂方式在晶片W上涂敷厚度例如為200nm～500nm左右、最好為300nm左右的有機材料絕緣膜(步驟16)。于是，如圖12E所示，在無機絕緣膜204上形成有機絕緣膜205。這里，作為有機絕緣膜材料使用SILK。
接下來，對晶片W，在低溫加熱處理單元(LHP)進行低溫加熱處理(步驟17)，在低氧氣氛中的低氧高溫加熱處理單元(OHP)進行高溫加熱處理(步驟18)，在低氧氣氛中的低氧烘焙·冷卻處理單元(DDC)進行高溫加熱處理，然后在23℃左右下進行冷卻處理(步驟19)，在冷卻處理單元(COL)進行冷卻處理(步驟20)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到SOD涂敷處理單元(SCT)中，并在晶片W上涂敷厚度例如為300nm～1100nm左右、最好為700nm左右的無機材料絕緣膜(步驟21)。于是，如圖13A所示，在有機絕緣膜205上形成無機絕緣膜206，在晶片W上的下層配線201上形成有機絕緣膜和無機絕緣膜疊加的層間絕緣膜。這里，作為無機絕緣膜材料使用納米玻璃。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到陳化處理單元(DAC)中，并向處理室內(nèi)導入(NH3+H2O)氣體，對晶片W上的無機絕緣膜材料進行凝膠化處理(步驟22)。
接下來，通過垂直運送單元22將晶片W運送到用于置換的藥液涂敷處理單元(SCT)中，并向晶片W供應用于置換的藥液，進行用其它溶劑置換涂敷在晶片上的絕緣膜中的溶劑的處理(步驟23)。
接下來，對晶片W，在低溫加熱處理單元(LHP)進行低溫加熱處理(步驟24)，在低氧氣氛中的低氧高溫加熱處理單元(OHP)進行高溫加熱處理(步驟25)，在低氧氣氛中的低氧烘焙·冷卻處理單元(DDC)進行高溫加熱處理，然后在23℃左右下進行冷卻處理(步驟26)，在冷卻單元(COL)進行冷卻處理(步驟27)。
接下來，通過傳遞單元(TRS)、水平運送單元23以及裝載鎖定室31將晶片W運送到CVD裝置37，如圖13B所示，形成作為后工序中的CMP的保護膜的硬膜207(步驟28)。
接下來，通過裝載鎖定室31、水平運送單元23、傳遞單元(TRS)、垂直運送單元22、伸長單元(EXT)以及晶片運送器件21，將晶片運送到存放盒站10的晶片盒CR中。然后在圖中沒有表示的其他裝置中，例如通過光刻工序在規(guī)定模板上顯影。
接下來，將晶片W運送到圖中沒有表示的蝕刻裝置中。然后，如圖13C所示，將抗蝕圖案(Resist pattern)作為保護罩通過干燥蝕刻，蝕刻硬膜207、無機絕緣膜206以及有機絕緣膜205(步驟29)。于是，能夠形成相當于配線的凹部分210。這里，例如使用CF4氣體進行蝕刻處理。
當然，在蝕刻處理后，如上所述，例如也可以將灰化裝置等設置在真空/加壓處理區(qū)12內(nèi)，來剝落抗蝕圖案。
然后，晶片W再次經(jīng)過光刻工序，從而如圖13D所示，蝕刻無機絕緣膜204和有機絕緣膜203(步驟30)。于是，能夠形成相當于接頭的凹部分211。這里，例如使用CF4氣體進行蝕刻處理。
接下來，如圖13E所示，剝掉保護膜的晶片W經(jīng)過裝載鎖定室31及水平運送單元，利用CVD裝置37，在相當于配線的凹部分210以及相當于接頭的凹部分211的內(nèi)部側(cè)壁上，形成氮化鈦(TiN)側(cè)壁保護膜208，以防止銅擴散(步驟31)。作為側(cè)壁保護膜，除了TiN之外，還可以采用Ti、TiW、Ta、TaN、WSiN等。
接下來，如圖14A所示，例如利用電鍍，在相當于配線的凹部分210以及相當于接頭的凹部分211的內(nèi)部，埋入銅材料209。然后用圖中沒有表示的CMP裝置研磨表面部分的銅，從而只留下溝槽內(nèi)的銅，作為配線209a和接頭209b。于是，形成半導體元件200。
如以上說明，根據(jù)本實施方式，對于在常壓下形成層間絕緣膜的常壓處理區(qū)11，由于將在真空或者加壓狀態(tài)下進行CVD或者清洗處理等的真空/加壓處理區(qū)12設計成一體化結(jié)構(gòu)，因此，尤其是在金屬鑲嵌工序中，可以縮短處理時間，并能夠減少所占面積。
而且，因為縮短了從在常壓處理區(qū)形成層間絕緣膜后到在真空/加壓處理區(qū)12進行處理的時間，所以，能夠保證所形成絕緣膜的良好狀態(tài)。尤其是，當絕緣膜為多孔膜材質(zhì)時，可以防止由于處理時間的延遲而造成的對相鄰絕緣膜的吸收作用。
而且，對應各種器件的處理步驟，可以在垂直方向增設常壓處理區(qū)11中的各處理單元，同樣，也可以在水平方向增設真空/加壓處理區(qū)12中的各處理單元。
圖15是另一種實施方式的流程圖。在該實施方式中，到步驟27與圖11所示的流程一樣，在形成各層間絕緣膜203～206之后，在電子射線單元(EB)39中進行電子射線照射(步驟28-1)。這樣，例如可以使絕緣膜成多孔狀，來使膜的介電常數(shù)變低?；蛘?，為預防圖案的損壞，例如可以通過使膜質(zhì)變硬來改善膜質(zhì)。
此外，形成各層間絕緣膜203～206后，在紫外線照射單元(UV)40中進行紫外線照射處理(步驟28-2)。這樣可以使膜的質(zhì)量得到改性，從而能夠提高絕緣膜表面的粘合性。
當然，也可以同時進行電子射線照射和紫外線照射，此時，可以先進行這兩種處理中的任一種。
當然，在完成電子射線照射或者紫外線照射后，與圖11所示的流程一樣進行處理(步驟29～～步驟33)。
圖16是再一種實施方式的流程圖。在此實施方式中，到步驟27與圖11所示的流程一樣，在形成各層間絕緣膜203～206之后，在電子射線單元(EB)39中進行電子射線照射(步驟28-1)。這樣，例如可以使絕緣膜成多孔狀，來使膜的介電常數(shù)變低。然后，在加熱處理裝置38中，在真空下進行加熱處理(步驟29-1)。因為通過這樣在真空下進行加熱處理，就可以在低氧氣氛中進行加熱，所以，即使在400℃以上進行加熱，也不會使襯底氧化。并通過該加熱處理進行絕緣膜最后的燒結(jié)固化(硬化處理)。在本實施方式中，通過將電子射線單元(EB)39和加熱處理裝置38配置在與同一加壓處理區(qū)12相鄰接的位置上，能夠?qū)υ诔禾幚韰^(qū)11中形成的絕緣膜連續(xù)進行電子射線照射和加熱處理，因此，能夠縮短處理時間的同時，還能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
同時，改變這種在真空下的加熱處理和電子射線照射的順序，按照步驟28-2及步驟29-2表示的順序進行處理也是可行的。此時，利用電子射線照射進行膜的多孔化和最后的燒結(jié)固化。因為利用這種流程也能夠連續(xù)進行加熱處理和電子射線照射，所以，能夠縮短處理時間的同時，還能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。此外，為了使電子射線照射和加熱處理同時進行，也可以在電子射線處理單元(EB)39內(nèi)設置具有能夠?qū)μ幚砭琖進行加熱處理的加熱器功能的感受器。
本發(fā)明并不局限于上述實施方式，可以進行各種變形，例如，如圖17所示的絕緣膜處理系統(tǒng)那樣，也可以經(jīng)存放盒站10將上述實施方式中的常壓處理區(qū)11和真空/加壓處理區(qū)12設計成一體。
這種結(jié)構(gòu)也有利于縮短從常壓處理區(qū)11形成絕緣膜之后到在真空/加壓處理區(qū)12進行處理的時間，從而能夠保證優(yōu)良的膜的質(zhì)量。
此外，也可以例如在常壓處理區(qū)11或者真空/加壓處理區(qū)12上組合檢測膜厚或膜的質(zhì)量的檢測裝置。
此外，對于常壓處理區(qū)11的SOD涂敷處理單元(SCT)和溶劑置換處理單元(DSE)，可以不必如圖2所示那樣設置成上下兩層，而是也可以在水平上并列設置。
圖18是絕緣膜處理系統(tǒng)的再一種實施方式的整體結(jié)構(gòu)立體圖。本實施方式和上述實施方式一樣，在常壓處理區(qū)11上連接著真空/加壓處理區(qū)12。常壓處理區(qū)11內(nèi)的各單元的配置例如可以與圖1中的配置一樣。在本實施方式的不同點在于，兩層重疊放置了真空/加壓處理區(qū)12的處理單元及裝載鎖定室31。例如，在CVD裝置37上配有電子射線照射單元(EB)39，而在加熱處理裝置38(圖中沒有表示)上則配有紫外線照射裝置(UV)40。在這些CVD裝置37、加熱處理裝置38、電子射線照射單元(EB)39、紫外線照射單元(UV)40中都分別連接著裝載鎖定室31，并可以通過各自的開口部分50運送晶片。此外，裝載鎖定室31與運送室85相連接，運送室中的運送單元23被設計成可以在X方向、Y方向及Z方向上移動。運送室85和裝載鎖定室31可以通過裝載鎖定室31的開口部分32運送晶片。根據(jù)這種系統(tǒng)，也可以按照圖11、圖15或圖16所示的流程來高效形成金屬鑲嵌工序中的絕緣膜。
圖19是又一種實施方式的絕緣膜處理系統(tǒng)的示意性立體圖。在此系統(tǒng)中，也在常壓處理區(qū)11連接著真空/加壓處理區(qū)12。在該實施方式中，通過將圖18中的真空/加壓處理區(qū)12旋轉(zhuǎn)90°，從而在常壓處理區(qū)11上經(jīng)過運送室85分兩層垂直重疊了裝載鎖定室31和電子射線照射單元(EB)39等處理單元。該實施方式下的常壓處理區(qū)11內(nèi)的各單元的配置，也可以設成與圖1所示的相同。此時，常壓處理區(qū)11和真空/加壓處理區(qū)12之間的晶片的運送，也可以與上述一樣，通過常壓處理區(qū)11內(nèi)的傳遞單元(TRS)中的支撐銷92進行。即，可以如圖5所示的那樣運送晶片。
在以上圖18和圖19所示的實施方式中，因為以多層多列的形式配置了各真空/加壓處理單元以及裝載鎖定室31，所以，與平面配置的結(jié)構(gòu)相比，大大增加了所占面積。
工業(yè)實用性如以上說明，根據(jù)本發(fā)明，能夠縮短絕緣膜以及配線形成的處理時間，同時，還能夠?qū)⑼糠蠼^緣膜的質(zhì)量保持在良好的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種襯底處理裝置，其特征在于，具有存放盒站，配有多個存放襯底的存放盒；第一處理單元組，與所述存放盒站相鄰而設，配有多個第一處理單元，所述第一處理單元在常壓下，在襯底上形成絕緣膜；第一運送單元，對所述多個第一處理單元進行襯底的運送；第二處理單元組，配有多個第二處理單元，所述第二處理單元，在真空或者加壓條件下，對已經(jīng)形成所述絕緣膜的襯底進行處理；多個裝載鎖定室，分別與所述多個第二處理單元連接，能夠控制內(nèi)部壓力；第二運送單元，在所述第一處理單元組和所述多個裝載鎖定室之間進行襯底的運送。
2.如權(quán)利要求1所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述第二處理單元沿水平方向排列，第二運送單元進行水平方向上的運送。
3.如權(quán)利要求1所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述第二處理單元沿垂直方向多層配置，所述第二運送單元進行垂直方向上的運送。
4.如權(quán)利要求1所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述第一處理單元組至少具有涂敷處理單元，在襯底上旋轉(zhuǎn)涂敷處理液；熱處理單元，對襯底進行熱處理。
5.如權(quán)利要求1所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述第二處理單元組至少具有使所述絕緣膜硬化的電子射線照射單元和對所述絕緣膜的表面狀態(tài)進行改性的紫外線照射單元中的一個單元。
6.如權(quán)利要求5所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述第二處理單元組還具有CVD裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的襯底處理裝置，其特征在于，還具有在所述第二處理單元和所述裝載鎖定室之間運送襯底的運送臂。
8.如權(quán)利要求1所述的襯底處理裝置，其特征在于，還具有多個銷，至少設在所述第一處理單元組中的一個單元上，用于在所述第一運送單元和所述第二運送單元之間進行襯底的傳遞。
9.如權(quán)利要求8所述的襯底處理裝置，其特征在于，具有與所述第一處理單元組相鄰而設、配有多個存放襯底的存放盒的存放盒站，及沿所述存放盒的排列方向移動所述多個銷的裝置。
10.一種襯底處理裝置，其特征在于，具有第一處理單元組，設有多個第一處理單元，所述第一處理單元在常壓下，在襯底上形成絕緣膜；第二處理單元組，設有多個第二處理單元，所述第二處理單元在真空或者加壓條件下對所述已經(jīng)形成絕緣膜的襯底進行處理；多個裝載鎖定室，分別與所述多個第二處理單元連接，能夠控制內(nèi)部壓力；運送單元，在所述第一處理單元組與所述多個裝載鎖定室之間進行襯底的傳遞；運送臂，設置在所述裝載鎖定室內(nèi)，將通過所述運送單元運送過來的襯底向所述第二處理單元運送；控制部分，通過控制，使得在所述第一處理單元形成絕緣膜之后，通過所述運送單元將襯底運送到所述裝載鎖定室中，同時，通過所述運送臂向所述第二處理單元運送，并在該第二處理單元進行處理。
11.如權(quán)利要求10所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述第一處理單元組至少具有涂敷處理單元，在襯底上旋涂處理液；熱處理單元，對襯底進行熱處理。
12.如權(quán)利要求10所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述第二處理單元組至少具有使所述絕緣膜硬化的電子射線照射單元和對所述絕緣膜的表面狀態(tài)進行改性的紫外線照射單元中的一個單元。
13.一種襯底處理裝置，其特征在于，具有第一處理單元組，配有多個第一處理單元，所述第一處理單元在常壓下，在襯底上形成絕緣膜；第一運送單元，對所述多個第一處理單元進行襯底的運送；第二處理單元組，配有多個第二處理單元，所述第二處理單元在真空或者加壓條件下，對已經(jīng)形成所述絕緣膜的襯底進行處理；多個裝載鎖定室，分別與所述多個第二處理單元連接，能夠控制內(nèi)部壓力；存放盒站，與所述多個第一處理單元、所述多個裝載鎖定室相鄰設置，配有多個存放襯底的存放盒。
14.一種襯底處理方法，其特征在于，具有在第一處理單元組內(nèi)，在常壓下，在使襯底上形成絕緣膜的工序；向中間傳遞部分運送襯底的工序，其中，中間傳遞部分設置在所述第一處理單元組內(nèi)，向相鄰于第一處理單元組的第二處理單元組進行襯底的運送；從所述中間傳遞部分向所述第二處理單元組進行運送的工序；在所述第二處理單元組內(nèi)，在真空下向襯底照射電子射線的工序。
15.如權(quán)利要求14所述的襯底處理方法，其特征在于，還具有在所述第一處理單元組內(nèi)，在常壓下對所述已經(jīng)形成絕緣膜的襯底進行加熱處理的工序。
16.如權(quán)利要求14所述的襯底處理方法，其特征在于，還具有在所述第二處理單元組內(nèi)，在真空下對所述已經(jīng)形成絕緣膜的襯底進行加熱處理的工序。
全文摘要
因為采用了將在常壓下形成層間絕緣膜的第一處理單元組，和在真空或者加壓下進行如電子射線或紫外線照射、CVD、或者洗凈處理等的第二處理單元組設置成一體的結(jié)構(gòu)，所以，尤其能夠縮短金屬鑲嵌工序的處理時間，能夠減少每個處理能力所占用的面積。同時，由于縮短了處理時間，因此，例如，即使在采用多孔膜作為絕緣膜的情況下，也能夠防止因吸收大氣中的水分而使膜的質(zhì)量惡化，從而能夠形成質(zhì)量良好的絕緣膜。
文檔編號H01L21/768GK1491431SQ02804494
公開日2004年4月21日 申請日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月25日
發(fā)明者石田大 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社