JP3896239B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の基板上に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（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＦＬＡＲＥ（Ａｐｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製）、ＢＣＢ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＳＩＬＫ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、Ｓｐｅｅｄ Ｆｉｌｍ（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（Ａｐｌｉｅｄ ｓｉｇｎａｌ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（ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ）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（ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ）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ＣＦ４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ＣＦ４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
【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（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＦＬＡＲＥ（Ａｐｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製）、ＢＣＢ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、ＳＩＬＫ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）、Ｓｐｅｅｄ Ｆｉｌｍ（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（Ａｐｌｉｅｄ ｓｉｇｎａｌ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（ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ）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（ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ）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ＣＦ４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ＣＦ４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
Claims (7)
- （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。 - 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。 - 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、
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、
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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
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