(57)【要約】【課題】ポーラス系絶縁膜材料内に形成される粒子状物の酸化を抑制し，ウェハ上に低誘電率の絶縁膜を形成する。【解決手段】絶縁膜材料が塗布されたウェハＷが，加熱・冷却処理装置４３に搬入される前に，加熱処理室Ｓ１側に窒素ガスが供給され，加熱処理室Ｓ１が低酸素雰囲気に維持される。ウェハＷは，低酸素雰囲気の加熱処理室Ｓ１内で加熱されて，ウェハＷ上の塗布膜内に粒子状物が形成される。その後ウェハＷは，同じく低酸素雰囲気に維持された冷却処理室Ｓ２に搬送され，塗布膜内の粒子状物の酸化が行われない温度にまで冷却される。冷却されたウェハＷは，高温加熱・冷却処理装置に搬送され，高温度で加熱されて，塗布膜内の粒子状物が塗布膜内から放出され，さらに塗布膜が焼き固められる。こうしてウェハＷ上に低誘電率の絶縁膜が形成される。【選択図】　図４
2004014753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポーラス系の絶縁膜材料が塗布された基板を熱処理する方法であって，
枚葉式の第１の熱処理装置において基板を低酸素雰囲気内で所定温度に加熱する工程と，
当該加熱された基板を引き続き低酸素雰囲気内で冷却する工程と，
当該冷却された基板を枚葉式の第２の熱処理装置において前記所定温度よりも高い温度で加熱する工程と，を有し，
前記第１の熱処理装置において基板を加熱する工程は，基板上において絶縁膜の骨格が形成され，絶縁膜材料内に粒子状物が形成されるまで加熱する工程であることを特徴とする，熱処理方法。
【請求項２】
前記第２の熱処理装置において基板を加熱する工程は，基板上の絶縁膜材料内に形成された粒子状物が絶縁膜材料内から放出し，絶縁膜材料内に空孔が形成されるまで加熱する工程であることを特徴とする，請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記第２の熱処理装置において基板を加熱する工程は，さらに基板上の絶縁膜材料が焼き固まるまで加熱する工程であることを特徴する，請求項２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
前記低酸素雰囲気における基板の冷却は，自然冷却よりも速い速度で行われることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項５】
前記第１の熱処理装置において基板を加熱する工程は，低酸素雰囲気に維持された第１の熱処理装置内において，所定温度に維持された熱板上に基板を載置することにより行われ，
前記低酸素雰囲気内で基板を冷却する工程は，前記第１の熱処理装置において，前記熱板上の基板を当該熱板から離隔することにより行われることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項６】
前記第１の熱処理装置において基板を加熱する工程は，第１の熱処理装置内に形成される気流が基板に直接当たらないように行われることを特徴とする，請求項１，２，３，４又は５のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項７】
前記第１の熱処理装置に基板が搬入される前に，第１の熱処理装置内を低酸素雰囲気にする工程を有することを特徴とする，請求項１，２，３，４，５又は６のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項８】
前記低酸素雰囲気は，酸素含有率が５０ｐｐｍ以下の雰囲気であることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６又は７のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項９】
前記ポーラス系の絶縁膜材料は，シロキサン系ポリマーを主成分とするものであることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６，７又は８のいずれかに記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，基板の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては，例えば，ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ　ｏｎ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜形成システムにより層間絶縁膜を形成している。このＳＯＤ膜形成システムでは，半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）上に絶縁膜材料を主成分とする塗布液を塗布する塗布処理，塗布液中の溶剤を蒸発させる加熱処理，塗布膜を硬化させる硬化処理等が行われている。
【０００３】
上記塗布膜の硬化処理では，従来からウェハを例えば５０〜１００枚程度まとめて加熱炉に搬入し，当該ウェハを例えば４００℃程度の高温に約２時間かけてゆっくり昇温していた。その後ウェハを４００℃で，例えば１時間程度加熱し，その後ウェハを加熱炉内で約２時間かけてゆっくり降温していた。このように硬化処理には，ウェハの昇温，加熱及び降温を併せて５時間〜６時間程度の長時間を要していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上述したようなバッチ式の硬化処理では，時間がかかり過ぎる。特に，製品の多種多様化に伴い，少枚数単位でのウェハ製造が行われており，硬化処理もより少ない単位での処理が必要になってきている。上記バッチ式の硬化処理は，ウェハの変量生産に対応できないため，少ない枚数にもかかわらず，長時間の硬化処理が必要になる。このため，ウェハを少枚数単位で処理をすればするほど，ウェハの処理効率が低下する結果となっていた。
【０００５】
そこで，ウェハを一枚ずつ加熱する枚葉式の熱処理装置を用いた硬化処理が提案できる。この硬化処理では，処理が枚葉式で行われるので，一枚当たりのウェハの処理時間が短くて済む。この結果，ウェハを少枚数単位で処理しても，ウェハの処理効率が低下することなない。
【０００６】
ところで，絶縁膜材料がポーラス系の場合，硬化処理において，絶縁膜の骨格が形成され，またウェハ上の絶縁膜材料内に後にポーラスとなる粒子状物が形成される段階と，当該骨格の形成された絶縁膜材料内から粒子状物が放出されて絶縁膜材料中にポーラスである空孔が形成され，さらに絶縁膜材料が焼き固められる段階がある。発明者の知見によると，これらの段階は，異なる温度で行われるので，各段階を確実に行うためにウェハを段階的に昇温させることが必要である。また，前記絶縁膜の骨格と粒子状物が形成される段階は，絶縁膜材料と酸素とが結合しないように低酸素雰囲気内で行うことが必要である。かかる観点から，例えば低酸素雰囲気に維持された一の熱処理装置において，ウェハを前記絶縁膜の骨格形成及び粒子状物の形成温度に加熱し，その後，他の熱処理装置において前記絶縁膜材料が焼き固められる温度にウェハを加熱することが提案できる。
【０００７】
しかしながら，この方法では，一の熱処理装置から他の熱処理装置にウェハを搬送する必要があり，その時，例えばウェハのオーバーベークを防止するため，或いは基板の搬送手段等を熱で破損させないために，ウェハを一旦冷却する必要がある。そして，発明者の実験によれば，この冷却が原因と推測される絶縁膜の誘電率の上昇，絶縁膜の軟化が確認されている。これらの絶縁膜の膜質の劣化は，言うまでもなく品質低下，製品不良に繋がるものであり，好ましくない。
【０００８】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，枚葉式の熱処理装置を用いてポーラス系の絶縁膜材料の塗布されたウェハ等の基板を硬化処理する場合であっても，高品質の絶縁膜が形成されるような熱処理方法を提供することをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば，ポーラス系の絶縁膜材料が塗布された基板を熱処理する方法であって，枚葉式の第１の熱処理装置において基板を低酸素雰囲気内で所定温度に加熱する工程と，当該加熱された基板を引き続き低酸素雰囲気内で冷却する工程と，当該冷却された基板を枚葉式の第２の熱処理装置において前記所定温度よりも高い温度で加熱する工程と，を有し，前記第１の熱処理装置において基板を加熱する工程は，基板上において絶縁膜の骨格が形成され，絶縁膜材料内に粒子状物が形成されるまで加熱する工程であることを特徴とする熱処理方法が提供される。
【００１０】
この熱処理方法によれば，第１の熱処理装置の加熱によって絶縁膜材料の骨格が形成され，絶縁膜材料内に粒子状物が形成される。発明者は，上述したように第１の熱処理装置の加熱後に行われる冷却によって絶縁膜の膜質が低下するのは，例えば冷却時に塗布膜材料内の粒子状物が酸化されることが原因の一つであると考えている。そして，粒子状物の酸化によって，例えば第２の熱処理装置における加熱時に粒子状物が絶縁膜材料内から放出されなくなり，絶縁膜材料内に空孔が形成されなくなる。空孔が十分に形成されないと，その分絶縁膜の誘電率が上昇し，膜質が低下することになる。本発明の熱処理方法によれば，第１の熱処理装置における熱処理後の基板が，引き続き低酸素雰囲気内に維持されたまま冷却されるので，塗布膜内の粒子状物の酸化が抑制でき，例えばその後の第２の熱処理装置において粒子状物が適切に放出される。この結果，最終的に基板上に低誘電率の絶縁膜が形成され，絶縁膜の膜質の低下が抑制される。
【００１１】
上述したように前記第２の熱処理装置において基板を加熱する工程は，基板上の絶縁膜材料内に形成された粒子状物が絶縁膜材料内から放出し，絶縁膜材料内に空孔が形成されるまで加熱する工程であってもよい。さらに前記第２の熱処理装置において基板を加熱する工程は，基板上の絶縁膜材料が焼き固まるまで加熱する工程であってもよい。
【００１２】
前記低酸素雰囲気における基板の冷却は，自然冷却よりも速い速度で行われてもよい。例えば上述したような粒子状物の酸化は，基板の温度が絶縁膜材料に起因する所定の温度以下になると停止すると推測される。したがって，基板を自然冷却よりも速く冷却することにより，より速く酸化の行われない温度に到達するので，例えば粒子状物の酸化を最小限に抑えることができる。この結果，絶縁膜の膜質の劣化を抑制することができる。
【００１３】
前記第１の熱処理装置において基板を加熱する工程は，低酸素雰囲気に維持された第１の熱処理装置内において，所定温度に維持された熱板上に基板を載置することにより行われ，前記低酸素雰囲気内で基板を冷却する工程は，前記第１の熱処理装置において，前記熱板上の基板を当該熱板から離隔することにより行われてもよい。かかる場合も，例えば冷却時に塗布膜材料が酸化されることが抑制されるので，基板上に低誘電率の絶縁膜を形成できる。
【００１４】
前記第１の熱処理装置において基板を加熱する工程は，前記第１の熱処理装置内で形成される気流が基板に直接当たらないように行ってもよい。例えば気流が直接当たった部分と当たらなかった部分とでは，絶縁膜材料の化学的な反応速度等が異なってくるため，最終的に基板上に形成される絶縁膜の膜質，膜厚が異なってくる。本発明では，基板上の絶縁膜材料が気流の影響を受けないので，基板上に均一で適正な絶縁膜を形成できる。また，前記第１の熱処理装置に基板が搬入される前に，第１の熱処理装置内を低酸素雰囲気にする工程を行ってもよい。この場合，基板が第１の熱処理装置内に搬入された後に，例えば低酸素雰囲気にするための酸素以外の気体を第１の熱処理装置内に多量に導入する必要がなく，第１の熱処理装置内に形成される気流を抑制できる。したがって，基板上の絶縁膜材料が気流の影響を受けることが抑制され，基板上に均一で適正な絶縁膜が形成される。
【００１５】
前記低酸素雰囲気は，酸素含有率が５０ｐｐｍ以下の雰囲気であることが好ましい。また，前記ポーラス系の絶縁膜材料は，シロキサン系ポリマーを主成分とするものであってもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかる熱処理方法が実施されるＳＯＤ膜形成システム１の構成の概略を示す平面図であり，図２は，ＳＯＤ膜形成システム１の正面図であり，図３は，ＳＯＤ膜形成システム１の背面図である。このＳＯＤ膜形成システム１は，例えばウェハＷ上に低誘電率の層間絶縁膜（Ｌｏｗ―Ｋ膜）を形成するための処理システムである。
【００１７】
ＳＯＤ膜形成システム１は，図１に示すように，例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部からＳＯＤ膜形成システム１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，ＳＯＤ膜形成工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３とを一体に接続した構成を有している。
【００１８】
カセットステーション２では，載置部となるカセット載置台１０上の所定の位置に，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在となっている。そして，このカセット配列方向（Ｘ方向）とカセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）に対して移送可能なウェハ搬送体１１が搬送路１２に沿って移動自在に設けられており，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。
【００１９】
ウェハ搬送体１１は，ウェハＷの位置合わせを行うアライメント機能を備えている。このウェハ搬送体１１は後述するように処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属するエクステンション装置３１に対してもアクセスできるように構成されている。
【００２０】
処理ステーション３では，その中心部に主搬送装置１３が設けられており，この主搬送装置１３の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。このＳＯＤ膜形成システム１においては，４つの処理装置群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４が配置されており，第１及び第２の処理装置群Ｇ１，Ｇ２はＳＯＤ膜形成システム１の正面側に配置され，第３の処理装置群Ｇ３は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理装置群Ｇ４は，主搬送装置１３は挟んで，第３の処理装置群Ｇ３の反対側に配置されている。主搬送装置１３は，これらの処理装置群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３及びＧ４内に配置されている後述する各種処理装置に対して，ウェハＷを搬入出可能である。なお，処理装置群の数や配置は，ウェハＷに施される処理の種類によって異なり，任意に選択可能である。
【００２１】
第１の処理装置群Ｇ１では，例えば図２に示すようにポーラス系の絶縁膜材料を含む塗布液をウェハＷに塗布する塗布処理装置１７，１８が下から順に２段に配置されている。第２の処理装置群Ｇ２には，例えば塗布処理装置１７等で用いられる塗布液等が貯蔵され，当該塗布液等の供給源となる処理液キャビネット１９と，塗布処理装置２０とが下から順に２段に配置されている。
【００２２】
第３の処理装置群Ｇ３では，例えば図３に示すように，ウェハＷを冷却処理するクーリング装置３０，ウェハＷの受け渡しを行うためのエクステンション装置３１，ウェハＷを低温で加熱処理する低温加熱処理装置３２，ウェハＷを高温度で加熱し，その後冷却する第２の熱処理装置としての高温加熱・冷却処理装置３３，３４が下から順に例えば５段に積み重ねられている。
【００２３】
第４の処理装置群Ｇ４では，例えばクーリング装置４０，４１，低温加熱処理装置４２，ウェハＷを加熱し，その後冷却する第１の熱処理装置としての加熱・冷却処理装置４３，４４が下から順に例えば５段に積み重ねられている。
【００２４】
次に，上述の加熱・冷却処理装置４３，４４の詳しい構成を，加熱・冷却処理装置４３を例に採って説明する。図４は，加熱・冷却処理装置４３の構成の概略を示す縦断面の説明図であり，図５は，加熱・冷却処理装置４３の構成の概略を示す横断面の説明図である。
【００２５】
加熱・冷却処理装置４３は，図４に示すように例えば全体が略直方体形状のケーシング４３ａで覆われており，そのケーシング４３ａ内には，ケーシング４３ａ内を二分割する仕切板５０が設けられている。この仕切板５０によって加熱処理室Ｓ１，冷却処理室Ｓ２が形成されている。これらの各処理室Ｓ１，Ｓ２は，ケーシング４３ａと仕切板５０によって閉鎖されており，各処理室Ｓ１，Ｓ２内の雰囲気を所定の雰囲気に維持できるようになっている。
【００２６】
加熱処理室Ｓ１の中央部には，ウェハＷを載置し加熱する熱板６０が設けられている。熱板６０は，例えば厚みのある円盤状に形成されており，その材質には，熱伝導性の優れたもの，例えばセラミックスである炭化ケイ素や窒化アルミニウム等が用いられている。
【００２７】
熱板６０には，例えば給電により発熱するヒータ６１が内蔵されている。ヒータ６１は，例えばその電源６２の出力がコントローラ６３によって制御されている。つまり，コントローラ６３により電源６２の出力を制御して，ヒータ６１の発熱量を調整することで，熱板６０の温度を所定の温度に制御できる。
【００２８】
熱板６０には，図５に示すように例えば３つの貫通孔６４が形成されている。各貫通孔６４には，図４に示すようにウェハＷの裏面を支持して昇降する第１の昇降ピン６５がそれぞれ挿入されている。第１の昇降ピン６５は，例えばシリンダ等を備えた昇降機構６６により上下動する。したがって，第１の昇降ピン６５の先端に支持されたウェハＷを下降させて熱板６０上に載置したり，熱板６０上に載置されたウェハＷを持ち上げたりすることができる。なお，昇降機構６６は，例えば図示しない制御部によりその動作が制御されており，第１の昇降ピン６５は，ウェハＷを所定のタイミングで，所定の高さに昇降することができる。
【００２９】
加熱処理室Ｓ１側のケーシング４３ａには，酸素以外の気体，例えば不活性気体，ヘリウムガス，窒素ガス等を供給可能な第１の気体供給管７０が接続されている。第１の気体供給管７０は，例えばケーシング４３ａの仕切板５０に対向する側面に開口している。第１の気体供給管７０から供給される気体が熱板６０上のウェハＷに直接当たることのないように，第１の気体供給管７０は熱板６０よりも高い位置に開口し，また，流出する気体が水平方向に流れるように取り付けられている。第１の気体供給管７０は，例えば気体の供給源である気体供給装置７１に連通している。気体供給装置７１は，図示しないポンプ等の圧送手段を備え，第１の気体供給管７０に所定の圧力で気体を供給できる。
【００３０】
第１の気体供給管７０には，開閉弁７２が取り付けられている。開閉弁７２の開閉は，例えばコントローラ６３によって制御されており，気体が加熱処理室Ｓ１内に導入されるタイミングは，コントローラ６３により制御できる。また，コントローラ６３は，開閉弁７２の開放率も制御でき，開閉弁７２の開放率を変えることにより，加熱処理室Ｓ１に導入される気体の流量を変更できる。このような気体の供給機構によって，加熱処理室Ｓ１内へ酸素以外の気体の導入し，加熱処理室Ｓ１内を低酸素雰囲気にすることができる。
【００３１】
例えば加熱処理室Ｓ１側のケーシング４３ａの下面には，加熱処理室Ｓ１内の雰囲気を排気するための第１の排気管７３が設けられている。前記第１の気体供給管７０から酸素以外の気体を導入し，第１の排気管７３から排気することにより，加熱処理室Ｓ１内の雰囲気を迅速に低酸素雰囲気に置換することができる。
【００３２】
一方，冷却処理室Ｓ２側には，ウェハを載置して冷却する冷却板８０が設けられている。冷却板８０は，図５に示すように例えば略方形の板状に形成されている。冷却板８０内には，図４に示すように冷媒，例えば所定温度に調整された流体が流れる流路８０ａが形成されており，当該流体によって冷却板８０を所定の冷却温度に維持できる。したがって，冷却板８０に載置されたウェハＷを，所定の冷却温度に冷却できる。なお，冷却板８０自体の温度調節部材は，前記流体の流れる流路８０ａに限られず，例えばペルチェ素子等であってもよい。
【００３３】
冷却板８０は，例えば冷却板８０を支持するシャフト８１を介して，モータ等を備えた水平駆動部８２に取り付けられている。水平駆動部８２は，冷却板８０の下方に敷設されたレール８３に移動自在に取り付けられている。レール８３は，Ｘ方向（冷却処理室Ｓ２側から加熱処理室Ｓ１側に向かう長手方向）に延びており，冷却板８０は，レール８３に沿って加熱処理室Ｓ１側の熱板６０上まで移動できる。
【００３４】
冷却板８０には，図５に示すようにスリット状の切り欠き８０ｂ，８０ｃが形成されている。切り欠き８０ｂ，８０ｃは，冷却板８０の加熱処理室Ｓ１側の端部から冷却板８０中央部に架けてＸ方向に沿って形成されており，冷却板８０と加熱処理室Ｓ１の第１の昇降ピン６５とが干渉しないようになっている。したがって，冷却板８０が熱板６０上まで移動した状態でも第１の昇降ピン６５が上下動でき，この結果冷却板８０と第１の昇降ピン６５との間でウェハＷの受け渡しが可能になっている。また，第１の昇降ピン６５は，上述したようにウェハＷを熱板６０上に載置自在であるので，冷却板８０は，第１の昇降ピン６５を介して熱板６０との間でウェハＷの受け渡しが可能になっている。
【００３５】
冷却板８０には，図４に示すようにウェハＷの裏面を支持して昇降する第２の昇降ピン８４が設けられている。第２の昇降ピン８４は，図５に示すように切り欠き８０ｂ，８０ｃの下方に配置されている。第２の昇降ピン８４は，例えばシリンダ等を備えた昇降機構８５により上下動する。したがって，第２の昇降ピン８４は，切り欠き８０ｂ，８０ｃを通過して冷却板８０上に突出し，ウェハＷを冷却板８０の上方に持ち上げたり，冷却板８０の上方で受け取ったウェハＷを下降して冷却板８０上に載置したりできる。なお，昇降機構８５は，例えば図示しない制御部によりその動作が制御されており，第２の昇降ピン８４は，ウェハＷを所定のタイミングで，所定の高さに昇降することができる。
【００３６】
例えば冷却処理室Ｓ２側のケーシング４３ａには，冷却処理室Ｓ２内に酸素以外の気体，例えば窒素ガス，不活性気体，ヘリウムガス等の気体を供給する第２の気体供給管８６が接続されている。第２の気体供給管８６は，例えばケーシング４３ａの仕切板５０に対向する側面に開口している。第２の気体供給管８６は，冷却板８０上のウェハＷに直接気体が当たらないように，第２の気体供給管８６は，冷却板８０よりも高い位置に開口している。また，第２の気体供給管８６は，冷却処理室Ｓ２内に流出する気体が水平方向に流れるように取り付けられる。第２の気体供給管８６は，例えば気体供給装置８７に連通されている。気体供給装置８７は，図示しないポンプ等の圧送手段を備えており，気体を第２の気体供給管８６内に所定の圧力で圧送できる。第２の気体供給管８６には，開閉弁８８が取り付けられている。開閉弁８８の開閉は，例えばコントローラ６３により制御できる。また，コントローラ６３は，開閉弁８８の開放率も調節できる。したがって，コントローラ６３によって，冷却処理室Ｓ２内に所定のタイミングで所定流量の気体を導入できる。
【００３７】
冷却処理室Ｓ２側のケーシング４３ａの下面には，例えば第２の排気管８９が接続されており，冷却処理室Ｓ２内の雰囲気を排気することができる。第２の気体供給管８６から酸素以外の気体を導入し，第２の排気管８９から排気することで，冷却処理室Ｓ２内を迅速に低酸素雰囲気に置換できる。
【００３８】
図５に示すように冷却処理室Ｓ２側のケーシング４３ａには，ウェハＷを加熱・冷却処理装置４３に対して搬入出するための搬送口９０が設けられている。搬送口９０は，ケーシング４３ａの主搬送装置１３側の側面に形成されている。搬送口９０には，シャッタ９１が設けられており，搬送口９０から流入出する気体を遮断できる。
【００３９】
また仕切板５０には，冷却板８０が通過する通過口１００が形成されており，当該通過口１００には，例えば上下動するシャッタ１０１が設けられている。このシャッタ１０１により，加熱処理室Ｓ１の雰囲気と冷却処理室Ｓ２の雰囲気とを遮断できる。
【００４０】
加熱・冷却処理装置４３は，以上のように構成されているが，高温加熱・冷却処理装置３３，３４も，例えば加熱・冷却処理装置４３と同様の構成を有している。したがって，高温加熱・冷却処理装置３３，３４においても，加熱処理室Ｓ１側でウェハＷを所定の高温度に加熱し，その後冷却処理室Ｓ２側でウェハＷを冷却することができる。なお，高温加熱・冷却処理装置３３，３４の構成の説明は，加熱・冷却処理装置４３と同様であるので省略し，以下で登場する高温加熱・冷却処理装置３３の各部材，各部分の名称及び番号は，前記加熱・冷却処理装置４３と同様のものを用いる。
【００４１】
次に，以上のように構成されているＳＯＤ膜形成システム１で行われる塗布処理後の硬化処理について，ＳＯＤ膜形成工程全体のプロセスと共に説明する。
【００４２】
先ず，ウェハ搬送体１１によりカセットＣから未処理のウェハＷが１枚取り出され，第３の処理装置群Ｇ３に属するエクステンション装置３１に搬送される。次いで，ウェハＷは主搬送装置１３によってクーリング装置３０に搬送され，所定の温度に冷却される。所定温度に冷却されたウェハＷは，主搬送装置１３によって，塗布処理装置１７に搬送される。この塗布処理装置１７では，ポーラス系の絶縁膜材料であってシロキサン系ポリマーである，例えばＭＳＱ（アルキルシルセスキオキサンポリマー）を含んだ塗布液がウェハＷ上に塗布され，ウェハＷ上に塗布膜が形成される。
【００４３】
塗布処理装置１７において塗布膜が形成されたウェハＷは，主搬送装置１３によって低温加熱処理装置３２又は４２に搬送され，塗布膜内の溶剤を蒸発させる加熱処理が施される。この加熱処理が終了したウェハＷは，主搬送装置１３によって加熱・冷却処理装置４３に搬送される。
【００４４】
加熱・冷却処理装置４３では，例えばウェハＷが搬入される前に，シャッタ１０１が閉鎖される。また，開閉弁７２が開放され，図６に示すように第１の気体供給管７０から加熱処理室Ｓ１内に，例えば窒素ガスが導入される。例えば窒素ガスが導入されると同時に，第１の排気管７３から加熱処理室Ｓ１内の雰囲気が排気される。所定時間窒素ガスが供給され，加熱処理室Ｓ１内の雰囲気が排気されると，加熱処理室Ｓ１内は所定の酸素含有率，例えば５０ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気に置換される。加熱処理室Ｓ１内が５０ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気になると，例えば窒素ガスの供給と，加熱処理室Ｓ１内の雰囲気の排気が停止され，加熱処理室Ｓ１内が気流のない無風の低酸素雰囲気になる。このとき，冷却処理室Ｓ２側は，例えば通常のエア雰囲気になっている。
【００４５】
なお，熱板６０は，例えば前記低温加熱処理装置３２の加熱温度よりも高い所定温度，例えば２４０℃に予め維持されている。冷却板８０は，常温，例えば２３℃に維持されている。
【００４６】
そして，上述した低温加熱処理装置３２の加熱処理が終了すると，冷却処理室Ｓ２のシャッタ９１が開放され，ウェハＷを保持した主搬送装置１３が搬送口９０から進入し，ウェハＷが冷却処理室Ｓ２内に搬入される。搬入されたウェハＷは，予め上昇して待機していた第２の昇降ピン８４に受け渡され，第２の昇降ピン８４が下降して，ウェハＷが冷却板８０上に載置される。主搬送装置１３が冷却処理室Ｓ２から退避すると，シャッタ９１が閉じられ，第２の気体供給管８６から窒素ガスが供給され始める。このとき，第２の排気管８９からは，冷却処理室Ｓ２内の雰囲気の排気が行われる。所定時間窒素ガスが供給され，冷却処理室Ｓ２内の雰囲気が排気されることにより，図７に示すように冷却処理室Ｓ２内が加熱処理室Ｓ１と同じ５０ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気に置換される。冷却処理室Ｓ２が５０ｐｐｍ以下の低酸素雰囲気に置換されると，例えば窒素ガスの供給と排気が停止される。
【００４７】
次に，図８に示すようにシャッタ１０１が開放される。このとき，加熱処理室Ｓ１と冷却処理室Ｓ２の酸素含有率が同じなので，各処理室Ｓ１，Ｓ２内の酸素濃度は変動しない。続いて，冷却板８０が加熱処理室Ｓ１側の熱板６０上まで移動する。冷却板８０が熱板６０上まで移動すると，第１の昇降ピン６５が上昇し，冷却板８０上のウェハＷを一旦持ち上げる。第１の昇降ピン６５がウェハＷを持ち上げている間に，冷却板８０は冷却処理室Ｓ２側に退避する。その後，第１の昇降ピン６５が下降し，図８に示すようにウェハＷが熱板６０上に載置される。
【００４８】
熱板６０に載置されたウェハＷは，熱板６０の温度である２４０℃に所定時間加熱される。この所定時間の加熱により，ウェハＷ上の塗布膜内に，後にポーラスとなる粒子状物が形成され，絶縁膜の骨格が形成される。
【００４９】
所定時間経過後，第１の昇降ピン６５によりウェハＷが熱板６０の上方に上昇し，ウェハＷの加熱が終了する。その後，冷却板８０が熱板６０側に移動して，上昇したウェハＷと熱板６０との間に進入する。第１の昇降ピン６５が下降し，ウェハＷが冷却板８０上に載置されると，冷却板８０が冷却処理室Ｓ２側に移動し，冷却処理室Ｓ２においてウェハＷが所定時間冷却される（このときのウェハＷは，図８中に点線で示す）。このとき，ウェハＷは，２３℃に維持された冷却板８０により急速に冷却される。また，冷却処理室Ｓ２内は，相変わらず低酸素雰囲気に維持されており，ウェハＷの冷却は，低酸素雰囲気内で行われる。なお，この冷却中，シャッタ１０１は開放されていても閉鎖されていてもよい。
【００５０】
この冷却により，ウェハＷは，少なくとも絶縁膜材料の酸化が行われない温度，例えば１８０℃まで降温される。所定時間のウェハＷの冷却が終了すると，シャッタ９１が開放され，ウェハＷが搬送口９０から進入してきた主搬送装置１３に第２の昇降ピン８４を介して受け渡される。そして，ウェハＷは，次の処理の行われる高温加熱・冷却処理装置３３に搬送される。なお，ウェハＷがケーシング４３ａ内から搬出された後に，各処理室Ｓ１，Ｓ２において排気を行い，各処理室Ｓ１，Ｓ２内の窒素ガスを一旦排気してもよい。
【００５１】
高温加熱・冷却処理装置３３に搬送されたウェハＷは，例えば高温加熱・冷却処理装置３３の加熱処理室Ｓ１において，前記加熱・冷却処理装置４３よりも高い温度，例えば４００℃に加熱される。ウェハＷが４００℃に昇温するまでに，塗布膜内に形成されている粒子状物が塗布膜内から放出され，塗布膜内にポーラスである空孔が形成される。その後，ウェハＷが４００℃に昇温され，当該４００℃に所定時間維持されると，塗布膜が焼き固められ，ウェハＷ上に絶縁膜が形成される。
【００５２】
その後，ウェハＷは，高温加熱・冷却処理装置３３の冷却処理室Ｓ２において常温である，例えば２３℃に降温される。その後，ウェハＷは，主搬送装置１３によって高温加熱・冷却処理装置３３から搬出されて，上記加熱・冷却処理装置４３及び高温加熱・冷却処理装置３３で行われる一連の硬化処理が終了する。
【００５３】
一連の硬化処理の施されたウェハＷは，クーリング装置３０に搬送され，冷却され，その後エクステンション装置３１に戻される。エクステンション装置３１に戻されたウェハＷは，ウェハ搬送体１１によってカセットＣに搬送されて，一連のＳＯＤ膜形成工程が終了する。
【００５４】
以上の実施の形態によれば，加熱・冷却処理装置４３の加熱処理室Ｓ１において低酸素雰囲気内で加熱されたウェハＷが，冷却処理室Ｓ２において引き続き低酸素雰囲気内で冷却されるので，塗布膜内に形成されている粒子状物が酸化されることが抑制される。この結果，その後に行われる高温加熱・冷却処理装置３３の高温加熱において，塗布膜内の粒子状物が塗布膜内から適切に放出され，塗布膜内に十分な空孔が形成される。したがって，ウェハＷ上に低誘電率の絶縁膜を形成できる。また，ウェハＷが冷却板８０によって自然冷却よりも急速に冷却されるので，粒子状物が酸化されない温度にまでウェハＷを迅速に冷却できる。したがって，粒子状物の酸化をより確実に抑制できる。
【００５５】
加熱・冷却処理装置４３の加熱処理室Ｓ１内を，ウェハＷが搬入される前に，予め低酸素雰囲気にしておいたので，ウェハＷが搬入された後に加熱処理室Ｓ１内に窒素ガスを導入する必要がなく，ウェハＷ上の塗布膜に強い気流が衝突することを防止できる。このように，塗布膜に対する気流の衝突を防止することにより，塗布膜が気流の影響を受けて例えば塗布膜表面に凹凸ができることを防止できる。したがって，ウェハＷ上に膜厚の均一な絶縁膜が形成される。また，気流の影響により塗布膜面内の化学的な反応速度にばらつきがでることが防止され，ウェハＷ面内において均質な絶縁膜が形成される。
【００５６】
なお，ウェハＷが加熱処理室Ｓ１内に搬入された後も，第１の気体供給管７０から少流量の気体を供給し続けてもよい。少流量の気流であれば，塗布膜に悪影響を与えることもない。また，仮にケーシング４３ａ内から窒素ガスが漏れていても，随時気体が補充されるので，加熱処理室Ｓ１内及び冷却処理室Ｓ２内を確実に低酸素雰囲気に維持できる。特に前記実施の形態では，第１の気体供給管７０と第２の気体供給管８６から流出する気体はウェハＷに直接当たらないので，気体を流し続けても，ウェハＷに悪影響を及ぼすことが防止できる。なお，ウェハＷが加熱処理室Ｓ１内に搬入された後も，第１の気体供給管７０と第２の気体供給管８６の両方から少流量の気体を流し続けてもよい。
【００５７】
以上の実施の形態で記載した加熱処理室Ｓ１に供給される気体や冷却処理室Ｓ２に供給される気体は，予め所定温度に調節されたものであってもよい。かかる場合，例えば気体供給管７０，８６から流出する気体を図示しないヒータ等により予めウェハＷと同じ温度に調節しておく。こうすることにより，気体がウェハＷ上の塗布膜に接触しても，当該接触部分のみが冷やされ例えば当該接触部分のみの化学的な反応を遅延させることがない。したがって，ウェハＷ上の塗布膜が斑なく均一に処理されるので，ウェハ面内において均質な絶縁膜を形成できる。
【００５８】
以上の実施の形態では，ウェハＷの粒子状物が形成された後の冷却を，ウェハＷを冷却板８０上に載置することにより行っていたが，単にウェハＷを熱板６０から離すことによって行ってもよい。例えば低酸素雰囲気に維持された加熱処理室Ｓ１において，加熱の終了したウェハＷを，第１の昇降ピン６５により上昇させて，熱板６０の上方で所定時間保持することにより行ってもよい。この例でも，ウェハＷは，低酸素雰囲気内において粒子状物の酸化が行われない温度にまで降温される。したがって，粒子状物の酸化が抑制され，最終的にウェハＷ上に低誘電率の絶縁膜を形成できる。なお，かかる場合，冷却処理室Ｓ２のない，加熱処理室Ｓ１のみを有するような熱処理装置でも，ウェハＷの冷却を行うことができる。
【００５９】
以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば前記実施の形態では，ポーラス系の絶縁膜材料としてＭＳＱが用いられたが，本発明を，塗布膜材料としてＭＳＱ以外の他のシロキサン系ポリマー，例えばＨＳＱ（水素シルセスキオキサンポリマー）を用いた場合やシロキサン系ポリマー以外の絶縁膜材料，例えば有機ポリマー，ダウケミカル社製のポーラスＳＩＬＫ等を用いた場合に適用してもよい。また，本発明をＳＯＤ膜形成における硬化処理に適用したが，本発明は他の層間膜，例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）等の熱処理方法にも適用できる。さらに，基板を上記ウェハＷに限定せず，方形の他の基板，たとえばＬＣＤ基板の熱処理方法に対しても適用可能である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば，枚葉式の熱処理装置を用いてポーラス系の絶縁膜を形成する場合においても，塗布膜が加熱の途中で酸化されることがないので，最終的に基板上に良質の絶縁膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる熱処理方法が実施されるＳＯＤ膜形成システムの構成の概略を示す平面図である。
【図２】図１のＳＯＤ膜形成システムの正面図である。
【図３】図１のＳＯＤ膜形成システムの背面図である。
【図４】加熱・冷却処理装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。
【図５】加熱・冷却処理装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。
【図６】処理時の低酸素雰囲気領域を示す加熱・冷却処理装置の縦断面の説明図である。
【図７】処理時の低酸素雰囲気領域を示す加熱・冷却処理装置の縦断面の説明図である。
【図８】処理時の低酸素雰囲気領域を示す加熱・冷却処理装置の縦断面の説明図である。
【符号の説明】
１　　ＳＯＤ膜形成システム
４３　　加熱・冷却処理装置
４３ａ　ケーシング
６０　　熱板
７０　　第１の気体供給管
８０　　冷却板
８６　　第２の気体供給管
Ｓ１　　加熱処理室
Ｓ２　　冷却処理室
Ｗ　　ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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