(57)【要約】【課題】  誘電率の低い所定の膜を形成することができる基板熱処理方法及びその装置を提供する。【解決手段】  塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成するにあたり、基板をチャンバ内に搬入する工程（S1）と、チャンバ内の基板の温度を、塗付液が化学反応を起す反応臨界温度以下の温度に維持した状態で、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にする工程（S3)と、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にした後に基板を加熱処理する工程（S4）とを備える。【選択図】        図２
2004186709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理方法において、
基板を加熱処理する前に、処理空間内の基板の温度を、塗付液が化学反応を起す反応臨界温度以下の温度に維持した状態で、処理空間内を低酸素濃度雰囲気にすることを特徴とする基板熱処理方法。
【請求項２】
塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理方法において、
基板をチャンバ内に搬入する工程と、
チャンバ内の基板を加熱処理する前に、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にする工程と、
チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にした後に基板を加熱処理する工程と
を備えたことを特徴とする基板熱処理方法。
【請求項３】
塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理方法において、
基板をチャンバ内に搬入する工程と、
チャンバ内の基板の温度を、塗付液が化学反応を起す反応臨界温度以下の温度に維持した状態で、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にする工程と、
チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にした後に基板を加熱処理する工程と
を備えたことを特徴とする基板熱処理方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板熱処理方法において、
チャンバ内を不活性ガスで置換することにより、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にする基板熱処理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板熱処理方法において、
前記方法は、さらに、
チャンバ内の低酸素濃度雰囲気で基板を加熱処理した後、チャンバ内で基板を冷却する工程を備える基板熱処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の基板熱処理方法において、
チャンバ内で基板を冷却する工程では、基板を冷却手段によって冷却する基板熱処理方法。
【請求項７】
請求項５に記載の基板熱処理方法において、
チャンバ内で基板を冷却する工程では、チャンバ内で基板を自然冷却する基板熱処理方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の基板熱処理方法において、
前記方法は、さらに、
チャンバ内で基板を冷却した後に、チャンバを開放してチャンバ内を大気中の酸素雰囲気にする基板熱処理方法。
【請求項９】
請求項８記載の基板熱処理方法において、
基板の加熱処理の後、所定の冷却時間が経過した後にチャンバを開放する基板熱処理方法。
【請求項１０】
塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理装置において、
チャンバと、
チャンバ内に搬入された基板を加熱する基板加熱手段と、
チャンバ内に不活性ガスを導入するガス導入手段とを備え、
基板加熱手段は、ガス導入手段によりチャンバ内が低酸素濃度雰囲気になった後に基板を加熱することを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板熱処理装置において、
前記装置は、さらに、
加熱処理を受けた基板を冷却する冷却手段を備える基板熱処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板熱処理装置において、
前記装置は、さらに、
基板を冷却した後に、チャンバを開放する開放手段を備える基板熱処理装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の基板熱処理装置において、
開放手段は、予め設定された時間が経過した後に、チャンバを開放するタイマー開放機構である基板熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗布液が塗布された半導体ウエハやガラス基板などの基板に熱処理を行なうことにより、層間絶縁膜や保護膜などの所定の膜を形成する基板熱処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウエハに形成される回路パターンが微細化、多層配線化しており、特に、層間絶縁膜上にアルミニウム等の配線パターンを形成する場合には、この層間絶縁膜の平坦性や絶縁性等が問題となっている。このような層間絶縁膜は、ＳＯＧ(Spin on glass coating) や、ポリイミド塗布などによって形成されている。
【０００３】
例えば、ポリイミド塗布によって形成される層間絶縁膜は、次のように形成される。まず、スピンコータ装置などによって、半導体ウエハ上にポリイミド塗布液を均一に塗布する。ポリイミド塗布液が塗布された半導体ウエハは、熱処理を行なうためのチャンバに搬入される。このとき、その半導体ウエハは、チャンバ内に備える所定温度に加熱された基板加熱プレート上に載置される。チャンバ内に半導体ウエハが搬入されると、チャンバ内に不活性ガスが導入され、チャンバ内は低酸素濃度雰囲気になる。この低酸素濃度雰囲気において、その半導体ウエハがポリイミド塗布液の反応臨界温度以上に加熱されると、半導体ウエハ上のポリイミド塗布液が化学反応を起こして、誘電率が比較的低く平坦性の高い層間絶縁膜が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
【０００５】
層間絶縁膜の誘電率を下げるために、ポリイミドやＳＯＧ等の塗布液が塗布された半導体ウエハは、低酸素濃度の雰囲気で加熱する必要があるが、従来、半導体ウエハがチャンバ内に搬入された直後に、チャンバ内に大気雰囲気が残った状態で半導体ウエハが所定温度に加熱されてしまい、層間絶縁膜の誘電率が上がるという問題がある。
【０００６】
具体的には、ポリイミドやＳＯＧ等の塗布液が塗布された半導体ウエハがチャンバ内に搬入されると、チャンバ内に不活性ガスが導入され、チャンバ内は低酸素濃度雰囲気になる。しかし、半導体ウエハがチャンバ内に搬入された直後から低酸素濃度雰囲気になるまでの間に、その半導体ウエハは、半導体ウエハに塗布された塗布液が化学反応を起こす反応臨界温度以上に加熱されてしまう。その結果、酸素濃度の比較的高い雰囲気で、化学反応が起こり層間絶縁膜内に酸素分子が取り込まれ、誘電率の高い層間絶縁膜が形成されてしまうという難点がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、誘電率の低い所定の膜を形成することができる基板熱処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。第１の発明は、塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理方法において、基板を加熱処理する前に、処理空間内の基板の温度を、塗付液が化学反応を起す反応臨界温度以下の温度に維持した状態で、処理空間内を低酸素濃度雰囲気にすることを特徴とするものである。
【０００９】
［作用・効果］第１の発明によれば、基板を加熱処理する前に、処理空間内の基板の温度を、塗付液が化学反応を起す反応臨界温度以下の温度に維持した状態で、処理空間内を低酸素濃度雰囲気にし、この低酸素濃度雰囲気で基板を加熱処理するので、基板上に形成される所定の膜の誘電率を比較的低く抑えることができる。
【００１０】
第２の発明は、塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理方法において、基板をチャンバ内に搬入する工程と、チャンバ内の基板を加熱処理する前に、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にする工程と、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にした後に基板を加熱処理する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
［作用・効果］第２の発明によれば、基板をチャンバ内に搬入した後、基板を加熱処理する前に、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にし、この低酸素濃度雰囲気で基板を加熱処理するので、基板上に形成される所定の膜の誘電率を比較的低く抑えることができる。
【００１２】
第３の発明は、塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理方法において、基板をチャンバ内に搬入する工程と、チャンバ内の基板の温度を、塗付液が化学反応を起す反応臨界温度以下の温度に維持した状態で、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にする工程と、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にした後に基板を加熱処理する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
［作用・効果］第３の発明によれば、基板をチャンバ内に搬入した後、チャンバ内の基板の温度を、塗付液が化学反応を起す反応臨界温度以下の温度に維持した状態で、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にし、この低酸素濃度雰囲気で基板を加熱処理するので、基板上に形成される所定の膜の誘電率を比較的低く抑えることができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、チャンバ内を不活性ガスで置換することにより、チャンバ内を低酸素濃度雰囲気にする。
【００１５】
また、本発明において、好ましくは、チャンバ内の低酸素濃度雰囲気で基板を加熱処理した後、チャンバ内で基板を冷却する工程を備える。具体的には、チャンバ内で基板を冷却する工程で基板を冷却手段によって冷却するものである。あるいは、チャンバ内で基板を自然冷却するものであってもよい。
【００１６】
さらに、本発明において、好ましくは、チャンバ内で基板を冷却した後に、チャンバを開放してチャンバ内を大気中の酸素雰囲気にする。このように構成すれば、基板の加熱処理によって比較的高温になっている基板を酸素雰囲気にさらすことを防止することができる。その結果、基板に形成される所定の膜の誘電率を比較的低く抑えることができる。具体的には、基板の加熱処理の後、所定の冷却時間が経過した後にチャンバを開放する。
【００１７】
第４の発明は、塗布液が塗布された基板を比較的酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気で熱処理することにより、前記基板上に所定の膜を形成する基板熱処理装置において、チャンバと、チャンバ内に搬入された基板を加熱する基板加熱手段と、チャンバ内に不活性ガスを導入するガス導入手段とを備え、基板加熱手段は、ガス導入手段によりチャンバ内が低酸素濃度雰囲気になった後に基板を加熱することを特徴とするものである。
【００１８】
［作用・効果］第４の発明によれば、第１ないし第３の発明方法を好適に実施することができる。
【００１９】
第４の発明において、好ましくは、加熱処理を受けた基板を冷却する冷却手段を備える。さらに好ましくは、基板を冷却した後に、チャンバを開放する開放手段を備える。例えば、開放手段は、予め設定された時間が経過した後に、チャンバを開放するタイマー開放機構で構成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、処理空間を低酸素濃度雰囲気にした後に基板を加熱処理するので、基板上に形成される所定の膜の誘電率を比較的低く抑えることができる。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２２】
本実施例では、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）などのいわゆるポリマー系塗布液や、ＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン）などのいわゆるガラス系塗布液などの塗布液が塗布された例えば半導体ウエハなどの基板を低酸素濃度雰囲気において熱処理することにより、前述したポリマー系塗布液やガラス系塗布液内で重合反応などの化学反応を起こさせて、基板上に誘電率の比較的低い層間絶縁膜を形成する基板熱処理装置について説明する。
【００２３】
図１は、実施例に係る基板熱処理装置を示す概略縦断面図である。この基板熱処理装置は、半導体ウエハなどの基板Ｗを低酸素雰囲気で熱処理を行なうための処理空間１ａを形成するチャンバ１と、チャンバ１を開閉するチャンバ開閉機構１１と、チャンバ１内の底部に配備された、基板Ｗを加熱する加熱プレート４と、加熱プレート４の加熱温度を調節する温度調節部１０と、加熱プレート４に対向する位置に配備された冷却プレート５と、冷却プレート５を冷却する冷却部９と、冷却プレート５と加熱プレート４との間で基板Ｗを昇降させる基板昇降機構６と、チャンバ１の開放や、基板Ｗの昇降などの制御をする制御部７と、制御部７の制御によって所定時間をカウントするタイマー部８とを備えて構成されている。なお、加熱プレート４は本発明における基板加熱手段に、冷却プレート５は本発明における冷却手段に、基板Ｗ昇降機構６は本発明における基板移動手段に、制御部７は本発明における制御手段および開放手段に、それぞれ相当する。
【００２４】
チャンバ１は、略円柱形状の筐体が上下に分割されるように構成されており、その上部側であるチャンバ蓋２と、その下部側であるチャンバ基台３とを備えている。また、このチャンバ１には、チャンバ１を開閉するためのチャンバ開閉機構１１が取り付けられている。このチャンバ開閉機構１１は、チャンバ１を開放する（チャンバ蓋２とチャンバ基台３とを上下に分離する）ことで、チャンバ１内への基板Ｗの搬入・搬出を可能にしたり、チャンバ１を閉じる（チャンバ蓋２とチャンバ基台３との開口同士を突き合わせる）ことで、その内部には密閉された空間である処理空間１ａを形成したりするものである。
【００２５】
チャンバ基台３には、処理空間１ａ内に不活性ガスとして例えば窒素ガス（Ｎ2 ）を導入するガス導入口３ａがその側壁の複数箇所に設けられている。各ガス導入口３ａは、図示しない窒素ガス供給源に連通接続されていて、この窒素ガス供給源から送られてくる窒素ガスを処理空間１ａ内に導入する。また、チャンバ基台３の内側には、チャンバ１内に搬入されてきた基板Ｗを載置するとともに、その基板Ｗを加熱する加熱プレート４が配備されている。なお、ガス導入口３ａは、本発明におけるガス導入手段に相当する。
【００２６】
チャンバ蓋２は、処理空間１ａ内の気体を排気する排気口２ａがその天井面に設けられている。この排気口２ａは、図示しない排気機構に連通接続されている。上述したガス導入口３ａから処理空間１ａ内に窒素ガスが導入される際に、排気口２ａから処理空間１ａ内の気体を排気することにより、処理空間１ａ内の雰囲気を、大気雰囲気から低酸素濃度雰囲気である窒素雰囲気に置換する。また、チャンバ蓋２の内側には、チャンバ基台３に配備された加熱プレート４に対向する位置に冷却プレート５が配備されている。
【００２７】
チャンバ開閉機構１１は、チャンバ蓋２に連結接続されたチャンバ保持アーム１１ａを介してエアシリンダ１１ｂに接続されて構成されている。エアシリンダ１１ｂを駆動することで、エアシンダ１１ｂのロッドを伸長してチャンバ保持アーム１１ａに連結接続されたチャンバ蓋２を上昇させる。このチャンバ蓋２の上昇によって、チャンバ蓋２とチャンバ基台３とを分離させてチャンバ１を開放する。一方、チャンバ蓋２を下降させることにより、チャンバ蓋２とチャンバ基台３とを突き合わせてチャンバ１を閉じる。
【００２８】
加熱プレート４は、チャンバ１内に搬入されてきた基板Ｗを載置する載置面４ａを備え、この載置面４ａに載置された基板Ｗを加熱するために、その載置面４ａを加熱する例えば電熱線４ｂが埋設されている。この電熱線４ｂは、温度調節部１０に接続されている。この温度調整部１０は、電熱線４ｂに通電する電流を調節して、載置面４ａを所定温度に保つものである。なお、加熱プレート４およびチャンバ基台３には、基板Ｗを支持する基板支持ピン６４が貫通する３つの貫通孔が平面視で正三角形の配置になるように穿たれている。
【００２９】
冷却プレート５は、いわゆる水冷機構で構成されていて、その内部に形成される流路内で冷水を流通させることにより、その下面である冷却面５ａを冷却するものである。この冷却プレート５は、冷却部９に接続されている。この冷却部９は、冷水を冷却プレート５に送るとともに、冷却プレート５から戻ってきた温められた水を冷却して、さらに冷却プレート５に送るものである。
【００３０】
基板移動機構６は、チャンバ基台３および加熱プレート４を上下に貫く３本の基板支持ピン６４と、これら基板支持ピン６４が平面視で正三角形状に配置されるように連結支持するピン連結部材６３と、ピン連結部材６３を昇降するエアシリンダ６１とを備えて構成されている。エアシリンダ６１を駆動させることにより、ピン支持部材６３と一体に、各基板支持ピン６４を昇降させる。これにより、各基板支持ピン６４は、加熱プレート４の載置面４ａから突出して基板Ｗを所定位置である離間位置にまで持ち上げる一方、各基板支持ピン６４が下降して加熱プレート４内に没入すると、基板Ｗが加熱プレート４の載置面４ａに載置される。
【００３１】
制御部７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵなどで構成される、いわゆるマイクロコンピータである。制御部７は、上述したチャンバ開閉機構１１にチャンバ１を開閉するタイミングを制御したり、基板移動機構６に基板Ｗの上昇・下降のタイミングを制御したりするものである。また、制御部７は、そのタイミングをとるために、タイマー部８に所定時間をカウントさせた後、その指示を送る。タイマー部８は、処理空間１ａ内を窒素ガスで置換する置換時間、基板Ｗを加熱する加熱時間および基板Ｗを冷却する冷却時間などの所定時間を管理するものである。例えば、タイマー部８は、制御部７から置換時間のカウント開始の指示があると、この置換時間をカウントした後、置換時間が経過したことを制御部７に指示する。なお、制御部７とタイマー部８との構成は、本発明におけるタイマー管理機構およびタイマー開放機構に相当する。
【００３２】
以下、図２に示すフローチャートと、図３および図４に示す動作説明図を参照しながら、本実施例の基板熱処理装置で行なわれる処理について説明する。
【００３３】
ステップＳ１（チャンバに基板を搬入）
基板熱処理装置を初期状態にするために、制御部７は、チャンバ開閉機構１１にチャンバ蓋２の上昇を指示するとともに、基板昇降機構６に基板支持ピン６４の上昇を指示する。チャンバ開閉機構１１は、制御部７からの指示によって、エアシリンダ１１ｂのロッドを伸長させて、チャンバ蓋２を上昇させる。基板昇降機構６は、制御部７からの指示によって、エアシリンダ６１のロッドを伸長させて、３本の基板支持ピン６４を上昇させる。なお、このとき、最上限まで上昇した基板支持ピン６４の先端部の位置は、本発明における離間位置に相当する。また、このとき加熱プレート４は、すでに加熱されており、例えば１００〜５００°Ｃ内の任意の温度で維持された状態である。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、基板熱処理装置が初期状態になると、前工程でポリマー系塗布液またはガラス系塗布液が塗布された基板Ｗが、図示しない基板搬送機構によってチャンバ１内に搬入される。チャンバ１内に搬入された基板Ｗは、３本の基板支持ピン６３の先端部上（離間位置）に置かれる。離間位置に置かれた基板Ｗは、加熱プレート４から離間しており、加熱プレート４からの熱の影響を直接に受けないので、上述した塗布液が化学反応を起こす反応臨界温度以下の温度で維持される。
【００３５】
ステップＳ２（チャンバを閉じる）
制御部７は、基板支持ピン６３の先端部上に基板Ｗが置かれると、チャンバ開閉機構１１にチャンバ蓋２の下降を指示する。図３（ｂ）に示すように、チャンバ開閉機構１１は、エアシリンダ１１ｂのロッドを短縮させて、チャンバ蓋２を下降させてチャンバ１を閉じる。チャンバ１が閉じられることによって、処理空間１ａが形成される。また、チャンバ１が閉じられると、チャンバ蓋２側に配備された冷却プレート５がチャンバ蓋２とともに下降して、離間位置で保持されている基板Ｗに近接する位置にまで下降する。
【００３６】
一方、制御部７は、冷却部９に冷却水の循環を指示して、冷却プレート５を冷却する。冷却プレート５が冷却されると、その冷却面５ａが冷却される。さらに、冷却面５ａに近接する基板Ｗは、その冷却面５ａによって冷却される。つまり、チャンバ１が閉じられて形成された処理空間１ａ内の雰囲気は、加熱プレート４の熱によって加熱される。その加熱された処理空間１ａ内の雰囲気によって、基板Ｗが反応臨界温度以上に上昇することを抑制するために、冷却プレート５によって基板Ｗを冷却する。したがって、ステップＳ２では、ステップＳ１と同様に基板Ｗの温度は、反応臨界温度以下で維持されている。なお、離間位置に保持される基板Ｗが、冷却プレート５によって冷却しなくても反応臨界温度以上に上昇しない場合には、ここでの冷却はしなくてもよい。
【００３７】
ステップＳ３（窒素ガスを導入）
制御部７は、チャンバ１を閉じると、図示しない窒素ガス供給源からガス導入口３ａを通じて処理空間１ａ内に窒素ガスを送るとともに、処理空間１ａ内の大気雰囲気を窒素雰囲気に置換するために、チャンバ蓋２の排気口２ａから処理空間１ａ内の気体を排気する。一方、制御部７は、窒素ガスの導入とともにタイマー部８に置換時間のカウントの開始を指示する。
【００３８】
ステップＳ４（基板を加熱位置に移動）
タイマー部８は、置換時間のカウントを開始する。置換時間は、例えば処理空間１ａ内の容積と、窒素ガスの単位時間当たりの導入量や処理空間１ａ内の気体の排気量などから算出したり、酸素濃度計などによって処理空間１ａ内が窒素ガスで置換される実際の時間を予め測定したりすることによって、適宜設定することができる。
【００３９】
タイマー部８は、置換時間のカウントが終了（置換時間が経過）すると、制御部７に置換時間が経過したことを指示する。この指示によって、制御部７は、基板昇降機構６に基板支持ピン６４の下降を指示する。図３（ｃ）に示すように、基板昇降機構６は、エアシリンダ６１のロッドを短縮させて、基板支持ピン６４を下降させて加熱プレート４の載置面４ａに没入させる。３本の基板支持ピン６４上で保持されていた基板Ｗは、基板支持ピン６４の下降とともに移動されて、加熱プレート４の載置面４ａ上に載置される。制御部７は、基板Ｗが載置面４ａに載置されると、タイマー部８に加熱時間のカウントの開始を支持する。一方、制御部７は、冷却部９に冷却水の循環の停止を指示する。冷却水の循環が停止すると、冷却プレート５は冷却されないので、処理空間１ａ内の雰囲気の温度を低下させない。つまり、処理空間１ａ内の気体を冷却しないので、載置面４ａに載置された後述する基板Ｗを効率良く均一に加熱することができる。
【００４０】
基板Ｗが載置面４ａに載置されることによって、基板Ｗは加熱プレート４によって反応臨界温度以上に加熱される。このとき、処理空間１ａ内の雰囲気は、窒素ガスで置換された低酸素濃度雰囲気である窒素雰囲気になっており、基板Ｗ上に塗布された塗布液は、この低酸素濃度雰囲気において反応臨界温度以上に加熱されて化学反応を起こす。その結果、塗布液は、酸素分子を不必要に取り込むことなく、誘電率の低い層間絶縁膜を基板Ｗ上に形成する。なお、この載置面４ａ上の基板Ｗの位置は、本発明における加熱位置に相当する。ステップＳ４は、本発明における制御手段の機能に相当する。
【００４１】
ステップＳ５（基板を離間位置に移動）
タイマー部８は、加熱時間のカウントを開始する。加熱時間は、例えば基板Ｗに塗布された塗布液の焼成時間などによって適宜設定されるものである。
【００４２】
タイマー部８は、加熱時間のカウントが終了（加熱時間が経過）すると、制御部７に加熱時間が経過したことを指示する。この指示によって、制御部７は、基板昇降機構６に基板支持ピン６４の上昇を指示する。図４（ａ）に示すように、基板昇降機構６は、エアシリンダ６１のロッドを伸長させて、基板支持ピン６４を上昇させる。基板支持ピン６４は、載置面４ａ上である加熱位置から基板Ｗを上昇させて、離間位置にまで移動させる。
【００４３】
ステップＳ６（基板を冷却）
基板指示ピン６４の上昇が終了すると、制御部７は、冷却部９に冷却水の循環を指示する。冷却部９は、冷却水を冷却プレート５に送って冷却プレート５を冷却する。離間位置で保持される基板Ｗは、冷却プレート５の冷却面５ａに近接しているので、処理空間１ａ内の雰囲気の温度にかかわらず冷却プレート５によって冷却される。一方、制御部７は、基板Ｗが離間位置にまで移動すると、タイマー部８に冷却時間のカウントの開始を指示する。
【００４４】
ステップＳ７（チャンバの開放）
タイマー部８は、冷却時間のカウントを開始する。冷却時間は、所定温度に加熱した基板Ｗを、処理空間１ａ内で反応臨界温度以下になるまで冷却するのに費やされる時間によって適宜設定されるものである。
【００４５】
タイマー部８は、冷却時間のカウントが終了（冷却時間が経過）すると、制御部７に冷却時間が経過したことを指示する。この指示によって、制御部７は、チャンバ開放機構１１にチャンバ１の開放を指示する。図４（ｂ）に示すように、チャンバ開放機構１１は、エアシリンダ１１ａのロッドを伸長させて、チャンバ蓋２を上昇させて、チャンバ１を開放する。このとき、大気中の酸素雰囲気がチャンバ１内に進入してくるが、基板Ｗはすでに反応臨界温度以下に冷却されているので、基板Ｗ上の層間絶縁膜が酸素分子を取り込んで誘電率を上昇させることはない。なお、ステップＳ７は、本発明における開放手段の機能に相当する。
【００４６】
ステップＳ８（チャンバから基板を搬出）
チャンバ１が開放すると、図示しない基板搬送機構は、チャンバ１内から基板Ｗを搬出して、その基板Ｗを次工程に搬送する。このとき、制御部７は、冷却水の循環、窒素ガスの導入および処理空間１ａ内の排気を停止して、基板熱処理装置の初期状態になり、基板搬送機構によって新たな熱処理前の基板Ｗが搬入されてくると、基板熱処理装置はステップＳ２〜Ｓ８を繰り返し行なう。
【００４７】
上述したように、チャンバ１内に搬入された基板Ｗを離間位置で保持した状態で処理空間１ａ内を低酸素濃度雰囲気にした後に基板Ｗを加熱するとともに、基板Ｗの加熱が終了すると、基板を離間位置に上昇させて冷却した後にチャンバ１から搬出しているので、基板Ｗ上に形成される層間絶縁膜の誘電率を常に低く保つことができる。その結果、特性の安定した製品を製造することができ、歩留りを向上させることも可能になる。
【００４８】
本発明は、次のように変形実施することも可能である。
（１）上述した実施例の基板熱処理装置では、処理空間１ａ内を窒素ガスで置換する時間をタイマー部８によって管理したが、例えば処理空間１ａ内の酸素濃度を測定することで、処理空間１ａ内の置換状態を管理することもできる。この場合、酸素濃度計と制御部７との組合せは、本発明における酸素濃度計管理機構に相当する。
【００４９】
具体的には、チャンバ１のチャンバ蓋２に形成された排気口２ａ付近に酸素濃度を検出する検出素子を取り付け、この検出素子の出力を酸素濃度計に接続する。この酸素濃度計の計測値を制御部７で常に監視できるように、制御部７に酸素濃度計を接続する。上述したステップＳ３〜Ｓ４において、制御部７は、処理空間１ａ内の酸素濃度を監視する。制御部７は、酸素濃度計の計測値が低酸素濃度である例えば酸素濃度１００ＰＰＭ以下になると、処理空間１ａ内が窒素雰囲気になったものと判断して、基板Ｗを加熱位置に移動させる。このように処理空間１ａ内の酸素濃度を計測することで、基板Ｗの加熱を低酸素濃度雰囲気でより確実に行なうことができる。
（２）上述した実施例の基板熱処理装置では、ステップＳ６において基板Ｗを冷却する際に、基板Ｗを離間位置に保持させた状態で、冷却プレート５によって冷却したが、例えば、離間位置に保持される基板Ｗと、加熱プレート４との間に、加熱プレート４からの熱を遮蔽する遮蔽部材を介在させるように構成することもできる。
【００５０】
図５に示すように、チャンバ１のチャンバ蓋２には、遮蔽部材５０を処理空間１ａ内に挿入するための遮蔽部材挿入口２ｃが設けられており、その遮蔽部材挿入口２ｃには、この遮蔽部材挿入口２ｃの開口を塞ぐ挿入口蓋２ｂがチャンバ蓋２の内側に取り付けられている。遮蔽部材５０が挿入されていない場合には、挿入口蓋２ｂは、処理空間１ａ内に大気の進入を防止するために遮蔽部材挿入口２ｃを塞いでおり、遮蔽部材５０が挿入される場合には、挿入口蓋２ｂは、その挿入される遮蔽部材５０に押されて、処理空間１ａの内側に開くように構成されている。
【００５１】
遮蔽部材５０は、加熱プレート４側から見て、基板Ｗを覆い隠す程度の面積を持った板状部材で形成されている。この遮蔽部材５０には、遮蔽部材５０が処理空間１ａ内に挿入される際に、３本の基板支持ピン６４と干渉する部分にスリットが穿たれている。この遮蔽部材５０の基端部側は、断面形状で「Ｔ」の字形状をしており、遮蔽部材５０が処理空間１ａ内に完全に挿入された際に、遮蔽部材挿入口２ｃの開口を塞ぎ、処理空間１ａ内に大気雰囲気が進入してくるのを防止するように構成されている。さらに、遮蔽部材５０に基端部側には、この遮蔽部材５０を進退可能にする図示しない遮蔽部材駆動機構が設けられている。
【００５２】
ステップＳ５〜Ｓ６において、基板Ｗは、加熱位置から離間位置にまで移動される。離間位置に移動した基板Ｗは、冷却プレート５によって冷却される。このとき、遮蔽部材駆動機構は、遮蔽部材５０を前進駆動させて、遮蔽部材５０を遮蔽部材挿入口２ｃを塞ぐ挿入口蓋２ｂに押し当てる。さらに、遮蔽部材５０を前進させて、処理空間１ａ内に遮蔽部材５０を挿入する。遮蔽部材５０が処理空間１ａ内に完全に挿入されると、遮蔽部材５０は、加熱プレート４からの輻射熱などの熱を遮蔽する。これにより、基板Ｗは冷却プレート５によって、効率良く冷却される。基板Ｗの冷却が終了すると、遮蔽部材駆動機構は、遮蔽部材５０を後退させて、処理空間１ａから遮蔽部材５０を引き出す。その後、ステップＳ７以降の処理を行なう。なお、遮蔽部材５０が挿入される際には、大気雰囲気が処理空間１ａ内に流れ込むのを防止するために、ガス導入口３ａからの窒素ガスの導入量を増やして、処理空間１ａ内を比較的高めの陽圧にしてもよい。
【００５３】
上述したように、基板Ｗを冷却する際に、遮蔽部材５０を基板Ｗと加熱プレート４との間に介在させることで、基板Ｗが加熱プレートからの輻射熱によって加熱されることがないので、基板Ｗを効率良く冷却することができる。その結果、処理時間を短縮することができる。
（３）上述した実施例の基板熱処理装置では、冷却手段を用いて基板Ｗを冷却したが、例えば、処理空間１ａ内に冷却手段を設けずに、離間位置で保持された基板Ｗを自然に冷却するようにしてもよい。
（４）上述した実施例の基板熱処理装置では、冷却手段として冷却水によって冷却する水冷形式の冷却プレート４を用いたが、例えば、冷却した気体によって冷却プレート４を冷却する空冷形式の冷却手段で構成することもできる。
（５）上述した実施例の基板熱処理装置では、冷却手段として冷却水によって冷却する水冷形式の冷却プレート４を用いたが、例えば、冷却プレート４内の気体を断熱膨張させることにより、冷却プレート４内の気体自身を冷却させて冷却プレート４を冷却するように構成することもできる。
（６）上述した実施例の基板熱処理装置では、冷却プレート４を冷却水で冷却したが、例えば、液体窒素などの低温媒体によって冷却プレート４を冷却することもできる。
（７）上述した実施例の基板熱処理装置では、冷却手段として水冷形式の冷却プレート４を用いたが、その代わりに、ペルチェ素子を用いて基板Ｗを冷却するように構成することもできる。
（８）上述した実施例の基板熱処理装置では、処理空間１ａ内に窒素ガスを導入して、低酸素濃度雰囲気を達成したが、本発明はこれに限られず、例えばアルゴンガスやヘリュウムガスなどでもよい。
（９）上述した実施例の基板熱処理装置では、チャンバ１の開放時には窒素ガスの導入を停止したが、本発明はこれに限られず、チャンバ１の開放時にも窒素ガスを導入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例の基板熱処理装置を示す概略縦断面図である。
【図２】基板熱処理装置で行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】基板熱処理装置における基板の冷却までの動作を示す動作説明図である。
【図４】基板熱処理装置における基板の搬出までの動作を示す動作説明図である。
【図５】変形例の基板熱処理装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  …  チャンバ
２  …  チャンバ蓋
２ａ…  排気口
３  …  チャンバ基台
３ａ…  ガス導入口
４  …  加熱プレート
５  …  冷却プレート
６  …  基板昇降機構
７  …  制御部
８  …  タイマー部
９  …  冷却部
１０  …  温度調節部
１１  …  チャンバ開閉機構
５０  …  遮蔽部材
Ｗ  …  基板
【図１】
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【図２】
2004186709.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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