(57)【要約】【課題】  半導体基板上に形成された低誘電率膜のマイクロポア構造やその他の物理特性を変化させることなく、上記低誘電率膜のアニーリングを良好かつ安全に行う。【解決手段】  液体供給手段２０からの温度制御用液体の供給によって温度が制御されるホットプレート１８により低真空下で半導体基板を加熱するプレキュア部１２と、電気炉２２により高真空下で半導体基板を加熱する本キュア部１６と、プレキュア部１２から本キュア部１６に半導体基板を移送する移送手段とを具備するアニーリング装置を用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された薄膜のアニーリングを行うアニーリング装置において、
温度制御用液体の供給によって温度が制御されるホットプレートにより低真空下で半導体基板を加熱するプレキュア部と、
電気炉により高真空下で半導体基板を加熱する本キュア部と、
前記プレキュア部から前記本キュア部に半導体基板を移送する移送手段とを具備することを特徴とするアニーリング装置。
【請求項２】
前記プレキュア部において、１００〜１０００Ｐａの低真空下で半導体基板を５０〜３００℃に加熱することを特徴とする請求項１に記載のアニーリング装置。
【請求項３】
前記プレキュア部において、温度制御用液体の供給によってホットプレートを所定の昇温速度で連続的に昇温することにより半導体基板を加熱することを特徴とする請求項１または２に記載のアニーリング装置。
【請求項４】
前記本キュア部において、０．００１〜１Ｐａの高真空下で半導体基板を２００〜８００℃に加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアニーリング装置。
【請求項５】
前記本キュア部において前記薄膜に光を照射する光照射手段をさらに具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアニーリング装置。
【請求項６】
前記薄膜としてマイクロポアを有する低誘電率膜のアニーリングを行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアニーリング装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のアニーリング装置と、ＣＶＤ法またはＳＯＤ法によって半導体基板上に薄膜を形成する成膜装置とを連結してなることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に形成された薄膜のアニーリングを行うためのアニーリング装置に関し、特に、半導体基板上に形成されたマイクロポアを有する低誘電率膜のアニーリングに好適に使用されるアニーリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体材料の分野において、多層配線の層間絶縁材料などとして使用される低誘電率膜（ｌｏｗ−ｋ膜）に関する研究が盛んに行われている（例えば、特許文献１参照）。この低誘電率膜の成膜方法としては、例えばＣＶＤ法（Chemical vapor deposition）やＳＯＤ法（Spin on dielectric coating）が挙げられる。
【０００３】
上述した低誘電率膜には、一般に、マイクロポアと呼ばれる空隙部が多数存在する。そのため、上記マイクロポア構造を維持しつつ、低誘電率膜の他の物理特性を犠牲にすることなく配線を完了させることが、層間絶縁材料として低誘電率膜を用いた半導体素子の製造における重要な技術となっている。
【０００４】
上記低誘電率膜の形成時には、通常、下記１〜４に示す事項についての問題が生じるので、これらの問題を解決するために、特殊なアニーリング技術が必要となる。
１．膜中に取り込まれた有機物、水分などの除去。
２．膜成長時の溶剤の揮発とマイクロポア構造の成型。
３．膜成長後のアニールによる膜質強化。
４．銅やその他の金属配線部の酸化防止。
【０００５】
従来、ＳＯＤ法による低誘電率膜の成膜装置として、コータとアニーリング装置とが一体化されたものがある。この成膜装置では、アニーリングは、低誘電率膜のコーテング後、電気ヒータで一定温度に加熱された複数の熱板方式のホットプレートによって多段式で行われる。具体的には、例えば、膜コーテング→１００℃以下での乾燥→２００℃以下での一次アニール→４００℃以下での２次アニールの順で行われる。
【０００６】
また、従来、ＣＶＤ法による低誘電率膜のアニーリング装置として、真空中でホットプレートを用いて低誘電率膜を加熱しつつ、低誘電率膜に紫外線を照射するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５６５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前述したＳＯＤ法による低誘電率膜の成膜装置では、電気ヒータを用いた熱板方式のホットプレートによって基板を加熱するので、基板が目的の温度以上に加熱され、低誘電率膜のマイクロポア構造やその他の物理特性が変化することがあった。さらに、この装置では、低誘電率膜は大気圧中で加熱されるので、酸化防止のために全工程で雰囲気制御を行うことが必要となり、しかも膜を高温まで加熱することは酸化の問題から望ましくなかった。
【０００９】
また、前述したＣＶＤ法による低誘電率膜のアニーリング装置は、真空中でホットプレートによって基板を加熱するため、ホットプレートの温度と基板の温度とが必ずしも一致せず、例えば真空度が低下したときに基板の温度が急激に上昇し、低誘電率膜のマイクロポア構造やその他の物理特性が変化したり、真空度の変化によって基板の温度が不安定になったりするなど、真空度と基板温度の管理が非常に難しいものであった。
【００１０】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、半導体基板上に形成された低誘電率膜のマイクロポア構造やその他の物理特性を変化させることなく、上記低誘電率膜のアニーリングを良好かつ安全に行うことができるアニーリング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】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するため、半導体基板上に形成された薄膜のアニーリングを行うアニーリング装置において、温度制御用液体の供給によって温度が制御されるホットプレートにより低真空下で半導体基板を加熱するプレキュア部と、電気炉により高真空下で半導体基板を加熱する本キュア部と、前記プレキュア部から前記本キュア部に半導体基板を移送する移送手段とを具備することを特徴とするアニーリング装置を提供する。
【００１２】
本発明のアニーリング装置は、プレキュア部において低真空下でプレキュアを行い、本キュア部において高真空下で本キュアを行うものである。この場合、低真空下、高真空下というのは相対的な概念であり、プレキュア部における低真空下とは、本キュア部における高真空下よりも真空度が低いことを言い、本キュア部における高真空下とは、プレキュア部における低真空下よりも真空度が高いことを言う。
【００１３】
本発明におけるプレキュアは、膜中の不要成分を除去することが主目的であり、本発明装置のプレキュア部では、温度制御用液体の供給によって温度が制御されるホットプレートを用いることにより、従来の熱板式ホットプレート（多段、温度固定）とは異なり、加熱速度、冷却速度などを膜の材料、厚みに合わせて変化させることで、膜の構造やその他の物理特性を変化させることなく、所定のプレキュアを行うことができる。すなわち、本発明装置では、ホットプレートの加熱、冷却に液体加熱、液体冷却を採用することにより、加熱、冷却を高速で行うとともに、真空中で生じやすい高温側での過熱や降温速度の低下を防止し、安全に所定温度でプレキュアを行うことができるようにしてある。なお、本発明装置では複数のプレキュア部を設け、複数のプレキュア部によってプレキュアを多段式で行ってもよい。
【００１４】
また、本発明装置の本キュア部では、電気炉により半導体基板を加熱するため、半導体基板を一定温度で加熱すること（アイソサーマル加熱）が可能で、真空度の影響を最小限にとどめることができる。すなわち、本発明装置では、半導体基板が発熱体に接触しない電気炉を用いるため、前述した真空中でのホットプレートによる加熱とは異なり、真空度が低下したときに基板の温度が急激に上昇して膜の構造やその他の物理特性が変化したり、真空度の変化によって基板の温度が不安定になったりするという不都合が生じない。なお、本発明装置では複数の本キュア部を設け、複数の本キュア部によって本キュアを多段式で行ってもよい。
【００１５】
本発明では、プレキュア部において、１００〜１０００Ｐａ、特に１００〜４００Ｐａの低真空下で半導体基板を５０〜３００℃、特に５０〜２５０℃、中でも１００〜２００℃に加熱することが好ましく、これにより良好かつ安全にプレキュアを行うことができる。この場合、温度制御用液体の供給によってホットプレートを所定の昇温速度で連続的に昇温することにより半導体基板を加熱することが適当である。
【００１６】
本発明では、本キュア部において、０．００１〜１Ｐａ、特に０．００１〜０．０１Ｐａの高真空下で半導体基板を２００〜８００℃、特に３００〜５００℃に加熱することが好ましく、これにより良好かつ安全に本キュアを行うことができる。
【００１７】
また、本発明では、本キュア部において薄膜に光（紫外光、可視光など）を照射する光照射手段を設けることができ、これにより膜の材質によっては本キュアをさらに良好かつ安全に行うことが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明のアニーリング装置には、ＣＶＤ法またはＳＯＤ法によって半導体基板上に薄膜を形成する成膜装置を連結することができる。
【００１９】
本発明のアニーリング装置は、半導体基板上に形成されたマイクロポアを有する低誘電率膜のアニーリングに好適に使用することができる。このような低誘電率膜として、具体的には、例えばダウケミカル社製のＳｉＬＫ（商品名）を挙げることができる。ただし、本発明のアニーリング装置は、半導体基板上に形成された低誘電率膜以外の種々の薄膜のアニーリングにも適用することができる。
【００２０】
また、本発明のアニーリング装置は、半導体基板上に形成されたマイクロポア構造を持つ低誘電率膜やその他の膜の洗浄（ＣＭＰ後洗浄、レジスト除去後の洗浄など）後に、該膜の余分な水分や薬剤を除去するための乾燥およびキュア装置としても好適である。
【００２１】
さらに、半導体素子の製造工程では、次の工程にすぐには移れず、工程待ちや素子の一時保管等が度々発生するが、このときに発生する素子の汚染や水分吸着等を除去するために、素子の洗浄や乾燥が必要になることが多い。本発明のアニーリング装置は、マイクロポア構造の膜を有する半導体素子の製造工程において、前記工程待ちや素子の一時保管後における素子の乾燥およびキュア装置として有効である。その理由は、マイクロポアを有する膜は、洗浄工程や長期保存後に水分、薬液、有機物等を吸収しやすく、これらを完全に取り除かないと、配線腐食、誘電率増加を容易に引き起こすため、洗浄後の乾燥でこれらの吸着物質を取り除く必要があるからである。本発明の２段キュアシステムでは、上記膜に吸着した水分、薬液、有機物等を膜のマイクロポア構造を壊すことなく容易に取り除くことが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のアニーリング装置によれば、半導体基板上に形成された低誘電率膜のマイクロポア構造やその他の物理特性を変化させることなく、上記低誘電率膜のアニーリングを良好かつ安全に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。図１は本発明に係るアニーリング装置の一実施形態を示す概略図である。図中１０は基板搬送装置、１２はプレキュア部、１４は基板移送装置（移送手段）、１６は本キュア部を示す。
【００２４】
基板搬送装置１０は、プレキュア部１２への半導体基板の搬入およびプレキュア部１２からの半導体基板の搬出を行うものである。プレキュア部１２は、ホットプレート１８により低真空下で半導体基板を加熱するもので、液体供給手段２０からホットプレート１８への温度制御用液体（本例では高温液体および低温液体の２液）の供給によってホットプレート１８の温度を制御する。基板移送装置１４は、プレキュア部１２から本キュア部１６に低真空下で半導体基板を移送するものである。本キュア部１６は、電気炉２２により高真空下で半導体基板を加熱するもので、半導体基板上の薄膜に光照射手段２４によって光ファイバなどを用いて紫外光、可視光等の光を均一に照射することができる。電気炉２２は、発熱体を半導体基板に接触させることなく半導体基板を加熱するもので、例えば石英管等の耐熱材からなる筒状体の周囲にヒータ線を設け、上記筒状体の内部に半導体基板を配置するものなどが挙げられる。
【００２５】
次に、本例の装置を用いたアニーリング方法の一例を示す。
（１）ＣＶＤ法あるいはＳＯＤ法などによる成膜装置（図示せず）を用いて半導体基板上に低誘電率膜を成膜する。
（２）基板搬送装置１０によって半導体基板をプレキュア部１２に搬入し、ホットプレート１８上に配置する。
（３）プレキュア部１２において、ホットプレート１８によって低真空下で半導体基板を加熱することにより、膜のプレキュアを行う。具体的には、例えば約１００Ｐａの低真空下において半導体基板を約２００℃で所定時間加熱する。この場合、液体供給手段２０からホットプレート１８に約２００℃の高温液体を所定の供給速度で供給することにより、ホットプレート１８を室温から約２００℃まで所定の昇温速度で連続的に昇温させる。これにより、膜の構造やその他の物理特性を変化させることなく、膜中の有機成分等の不要成分が除去される。
（４）プレキュアが終了した半導体基板を、基板移送装置１４によってプレキュア部１２から本キュア部１６に低真空下で移送し、電気炉２２内に配置する。
（５）本キュア部１６において、電気炉２２により高真空下で半導体基板を加熱するとともに、光照射手段２４によって膜に光を照射することにより、膜の本キュアを行う。具体的には、例えば約０．０１Ｐａの高真空下において半導体基板を約５００℃で所定時間加熱する。これにより、マイクロポア内に取り込まれている水分や有機成分が除去される。なお、膜の材質によっては光の照射は省略してもよい。
（６）本キュア部１６内の圧力を低真空（例えば約１００Ｐａ）にする。この圧力低下工程は、電気炉を用いることによって実現できるもので、ホットプレートを用いた場合には真空度が変化すると基板の温度変化が発生する。例えば、ホットプレートでは、圧力を０．０１Ｐａから１００Ｐａに変化させると、基板の温度は５００℃から７５０℃に瞬間的に上昇し、膜の構造やその他の物理特性が変化して膜が損傷する。
（７）本キュアが終了した半導体基板を、基板移送装置１４によって本キュア部１６からプレキュア部１２に移送し、ホットプレート１８上に配置する。
（８）ホットプレート１８によって半導体基板を冷却する。具体的には、例えば、液体供給手段２０からホットプレート１８に室温程度の低温液体を所定の供給速度で供給し、ホットプレート１８を室温まで所定の降温速度で連続的に降温させることにより、半導体基板を冷却する。この場合、上記降温速度は膜に損傷を与えない速度とする。
（９）基板搬送装置１０によって半導体基板をプレキュア部１２から搬出する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のアニーリング装置の一実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  基板搬送装置
１２  プレキュア部
１４  基板移送装置（移送手段）
１６  本キュア部
１８  ホットプレート
２０  液体供給手段
２２  電気炉
２４  光照射手段
【図１】
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