JP2005311163A - リフロー処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、リフロー処理の低温化のために処理室の圧力を高くする場合に、スループットを下げることなく処理雰囲気の圧力を高くし、処理温度を低温にしてリフロー処理を行うことができるリフロー処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 昇圧及び降圧に時間がかかる容積の大きいリフロー処理室４の圧力を高圧に維持しておく。１枚の基板１を収容可能な小さい容積のロードロック室８を設ける。第１ゲート１８を通して外部から基板１をロードロック室８へ搬入する。次に、ロードロック室８を密閉して、ロードロック室の圧力をリフロー処理室４と同じ圧力まで加圧する。このあと、第２ゲート１２を開いて、基板１をリフロー処理室へ搬送する。このように、１枚ずつ基板１をロードロック室８を通してリフロー処理室４へ搬送する。その後、リフロー処理室４でリフロー処理を行う。搬出は上述したのと逆の手順を行う。ロードロック室８は複数個設けることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコン等のウエーハ上に多数のＩＣチップを作り込む技術に関する。特に、本発明は、ウエーハ上に多数のＩＣチップを作り込むための過程で行われるリフロー法に関する。

集積回路（ＩＣ）等の半導体装置の基板（ウエーハ、半導体基板）上に形成された層間絶縁膜を平坦化するのにリフロー法が用いられる。この層間絶縁膜は、一般的にＰＳＧやＢＰＳＧ等のガラス系絶縁膜である。

層間絶縁膜を平坦化するのは、例えば次の理由による。例えば図８に示されるようにコンタクトホール上に合金膜を形成するときに、コンタクトホール内にボイドが発生する可能性がある。このため、リフロー処理を行い合金膜を流動化させてコンタクトホール内に流し込んで、コンタクトホールを合金膜で完全に埋め込む。

また、リフロー処理は、例えば次のような層間絶縁膜の平坦化のためにも行われる。基板上にＩＣチップを作成するプロセスにおいてＭＯＳＦＥＴのゲート電極がウエーハの上に突出して形成されることによりそれらの隣接するゲート電極間に凹部ができゲート電極とそれらのゲート電極間とによって凹凸・段差ができる。この段差が大きくなると、露光により配線パターンを描画する際の焦点ずれが生じる。また、段差が大きいことにより、配線を交差して形成する場合に、交差部のラップ部分が薄くなり断線を引き起こす原因になる。このように、段差が大きいことは、ＩＣの欠陥につながる。そのため、基板上に生じた凹凸を平坦化させるために、絶縁膜を凹凸の上に形成して、この絶縁膜を平坦化させる。この絶縁膜の平坦化を行うのにリフロー法が用いられる。

リフロー法は、例えば不活性ガス又は水蒸気等の雰囲気中に基板を置き、一般に８００℃以上の高温に加熱して行う。このとき、高温で基板を熱処理すると不純物の拡散が起こりＩＣの特性に悪影響を及ぼすこととなるため、温度は低い方が好ましい。

図９は、２．０ＭＰａと０．１ＭＰａの異なる圧力の７００℃の水蒸気雰囲気におけるガラス中の水分子濃度を表している。図示されるように、圧力が高い方がガラス中の水分子濃度が高い。従って、処理雰囲気を高圧の水蒸気にすると多量の水分が絶縁膜であるガラス中に拡散し、粘性が低下するので低い温度（例えば７００℃）でリフローを行うことが可能になる。このように処理雰囲気の圧力が高い程、絶縁膜の粘性が低下する効果が大きい。また、図１０に示されるように同じ粘性率を得るためには、水分のより多いほうが温度が低くてよい。

図１１は、従来のリフローを行うための縦型の高圧水蒸気炉を示す。この高圧水蒸気炉に一度に数十枚の基板１を搬入する。搬入に際し、数十枚の処理対象の基板１を石英ボート３４に設置し、石英ボート３４を上昇させて図１１に示される位置に基板を反応室４２の中に配置する。図１１において、清浄雰囲気を保つために反応室４２の周りは石英容器３２で密閉されている。図１１に示されるように、基板１が配置された反応室４２が密閉された後、水蒸気を炉内の反応室４２に導入して反応室を昇圧する。一般的には、反応室（炉）の内容積が大きいので昇圧には数十分かかる。反応室の内面に付着している塵埃が散乱してウエーハ上に落下するのを防ぐためである。炉内を昇温するために、反応室４２の周りに配置したヒータ３６によって反応室４２を昇温する。昇温してウエーハを熱処理した後に、大気を解放して処理を終える。このようなリフロー処理は、例えば特許文献１及び２に記載されている。また、特許文献３には、ウエーハを加熱処理する加熱炉の例が記載されている。

特表２００２−５３０８８６ 特開平１０−１８９５８１ 特開平５−７４７５７ 特開平１０−１７２９７２

従来においてリフローを行うための炉は、常圧雰囲気のもとで基板を加熱する場合には、高温が必要であり、ＩＣの性能に悪影響を与える可能性がある。一方、上述したように高圧水蒸気炉でリフロー処理を行う方法があるが、この場合には、ウエーハを高圧水蒸気炉で処理した後に、高圧水蒸気炉を常圧まで圧力を落とす必要がある。なぜならウエーハの出し入れの際に、外部圧力との差によりウエーハが損傷する可能性があるからである。従って、連続処理をするには、昇圧と降圧を繰り返すことになる。昇圧を行う時間は圧力を高くするほど大きくなり、スループットを低下させる。即ち、リフロー処理を低温で行うためには、スループットを犠牲にしなければならない。

このスループットの低下の問題を解決するために、特許文献４ではロードロック室を用いることが提案されている。しかし、高圧水蒸気炉において、基板の周囲は石英容器で密閉されているため、処理中に基板を取り出すことは困難である。

また、水蒸気雰囲気を用いた処理において、層間絶縁膜中に拡散した水分は、ＢＰＳＧ中のＰと反応して、燐酸を生じて電極を腐食するので、リフロー処理後はすみやかに絶縁膜中から水分を取り除く必要がある。これは、不活性ガス中で基板をベーキングすることによって実現できる。図１２は、ベーキング処理による絶縁膜中の水分子の濃度を示している。図中において、縦軸は絶縁膜中の水分子の濃度を示し、横軸は絶縁膜の深さを示している。しかしながら、従来の高圧水蒸気炉により脱水を行うには水蒸気雰囲気を一旦降圧した後に、これを不活性ガスに置換する必要がある。従来のごとく大きな装置ではこの置換作業に時間がかかり、スループットが低下する原因となる。また、別に脱水装置を用意すると装置がより大型化してしまう。

本発明の目的は、リフロー処理の低温化のために処理室の圧力を高くする場合に、スループットを下げることなく処理雰囲気の圧力を高くし、処理温度を低温にしてリフロー処理を行うことができるリフロー処理装置を提供することである。

本発明によると、内部に半導体基板を収容し、該半導体基板にリフロー処理を行うためのリフロー処理室と、該リフロー処理室と外部との間で半導体基板の搬送を行うために、外部と連通する状態とリフロー処理室と連通する状態とにできるロードロック室とを備え、前記リフロー処理室内には加圧された処理用雰囲気が存在し、前記ロードロック室は、内部圧力が、ロードロック室がリフロー処理室と連通する時に、リフロー処理室内の圧力と同程度になるように制御されることを特徴とするリフロー処理装置が提供される。 これにより、前記ロードロック室は、内部圧力が、ロードロック室がリフロー処理室と連通する時に、リフロー処理室内の圧力と同程度になるように制御されるので、リフロー処理室を常に高圧状態にしておくことができ、さらに、ロードロック室とリフロー処理室との間の基板の搬送において圧力差による基板の損傷を防ぐことができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記ロードロック室は１枚若しくは少数枚の半導体基板を収容するのに必要十分な容積を有する。この構成により、速やかにロードロック室内をリフロー処理室内と同じ高圧雰囲気状態にでき、またすばやく外部と同じ圧力状態にできる。

また、本発明の好ましい実施形態によると、一度に複数の基板が前記リフロー処理室でリフロー処理され、リフロー処理を行うために前記ロードロック室を通して外部から１枚若しくは少数枚ずつ基板が前記リフロー処理室に搬入され、リフロー処理後に前記ロードロック室を通して１枚若しくは少数枚ずつ基板が外部に搬出される。１セットが複数の基板からなる多数のセットの基板のリフロー処理を連続的に行う場合に、１セットの基板のリフロー処理毎にリフロー処理室の昇圧、降圧を行う必要がなく、リフロー処理室を常に高圧状態にしておくことができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記ロードロック室の内部は、ロードロック室が前記リフロー処理室と連通する時に、リフロー処理室内の前記処理用雰囲気と同じ雰囲気にされる。この構成により、ロードロック室内をリフロー処理室と同じ雰囲気にしてから、ロードロック室をリフロー処理室に連通させるので、リフロー処理室の雰囲気の質を低下させることを防止できる。

また、本発明の好ましい実施形態によると、前記処理用雰囲気は水蒸気を含み、リフロー処理された半導体基板を外部に搬出する前に、ロードロック室で該半導体基板に脱水処理を行う。この構成により、リフロー処理後にすみやかに基板の脱水処理をロードロック室で行うことができるので、基板に形成された電極の水分による腐食等の悪影響を防止できる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記ロードロック室は、内部圧力が、ロードロック室が外部と連通する時に、外部の圧力と同程度になるように制御される。この構成により、ロードロック室と外部との圧力差とにより基板が損傷するのを防ぐことができる。

また、本発明の好ましい実施形態によると、前記ロードロック室が複数個設けられている。これにより、基板の搬入・搬出の速度を向上させることが可能なので基板のスループットを向上させることができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記処理用雰囲気は水蒸気を含み、前記リフロー処理室は、リフロー処理された半導体基板に脱水処理を行うための脱水処理室をさらに備え、リフロー処理された半導体基板がリフロー処理室からロードロック室を通して前記脱水処理室に搬入される。

本発明の好ましい実施形態によると、前記リフロー処理装置は、脱水処理された半導体基板に化学的機械的研磨を行うための研磨室をさらに備える。脱水処理された半導体基板がロードロック室から前記研磨室に搬入される。または、脱水処理された半導体基板が脱水処理室からロードロック室を通して前記研磨室に搬入される。この構成により、リフロー処理による基板上の絶縁膜や合金膜の平坦化が不十分である場合には、化学的機械的研磨により完全に平坦化できる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記リフロー処理装置は、前記ロードロック室及び研磨室を複数備える。または、前記リフロー処理装置は、前記ロードロック室、脱水処理室及び研磨室を複数備える。この構成により、基板の搬入・搬出の速度を向上させ、脱水処理、化学的機械的研磨処理の速度を向上させることが可能なので基板のスループットを高めることができる

本発明の好ましい実施形態によると、前記リフロー処理装置は、半導体基板を搬送するためのスペースを与えるプラットフォームと、複数の半導体基板を収容するカセットチャンバとをさらに備え、前記複数のロードロック室は、前記外部の代わりに前記プラットフォームと連通でき、該プラットフォームは、さらに前記カセットチャンバと、前記複数の研磨室とに連通でき、リフロー処理される複数の半導体基板が前記カセットチャンバから前記プラットフォームと複数のロードロック室を通してリフロー処理室に搬入され、前記脱水処理された半導体基板がロードロック室からプラットフォームを通して研磨室へ搬送され、前記化学的機械的研磨された半導体基板が研磨室からプラットフォームを通してカセットチャンバに戻される。この構成により、搬送のスペースがプラットフォームにより与えられるので、一度に複数の半導体基板の搬送する場合にも、プラットフォームを使用することで円滑な基板搬送を行うことができる。

ロードロック室は１枚若しくは少数枚の基板を収容するのに十分な小さい容積を持つので、短時間で昇圧及び降圧を行うことができ、このロードロック室に昇圧及び降圧により大容積を持つリフロー処理室を、リフロー処理を連続して行う場合に、常時高圧水蒸気状態にしておくことができる。これにより、リフロー処理の低温化のために圧力を高くすることを考えたときに、スループットを下げることなく水蒸気圧を高くすることができる。また、複数のロードロック室を設けることに、よりさらにスループットを向上させることができる。

以下において添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
層間絶縁膜は、例えばウエーハ上にゲート電極等の構造物を形成した後にその上に形成される。ウエーハ上の構造物により凹凸ができるが、絶縁膜をこの上に形成し平坦にすれば凹凸を無くすことができる。この絶縁膜は、例えばＢＰＳＧ膜やＢＳＧ膜等のガラス系絶縁膜や、ＢＰＳＧやＰＳＧと同様に流動性を有するポリイミド等の樹脂系絶縁膜である。

以下において、この層間絶縁膜の平坦化のための本発明の第１実施形態によるリフロー装置について説明する。この例では、リフロー処理の対象は絶縁膜であるが、本発明はこれに限定されずに合金膜のようなリフロー処理が可能などんな膜であってもよい。

図１に示されるリフロー装置１０は、高圧容器２、リフロー処理室４、基板搬送ロボット６、ロードロック室８、第１ゲート１２、水蒸気発生源１４、不活性ガス源１６等を備えている。リフロー処理室４は、高圧容器２内に形成されており、複数のウエーハを処理できる容積を有している。リフロー処理室４にウエーハが積載されるボートが設けられている。また、リフロー処理室４を加圧するためのリフロー処理室圧力制御部５が、リフロー処理室４に接続されている。このリフロー処理室圧力制御部５は、本実施形態に適切な加圧装置であってよい。

このリフロー処理室４に第１ゲート１２を介してロードロック室８が結合されている。この第１ゲートの開閉によりリフロー処理室４をロードロック室８へ開放したり、ロードロック室８から遮断したりできる。ロードロック室８には１枚若しくは少数枚の基板を搬入可能である。即ち、ロードロック室８には、１枚若しくは少数枚の基板に十分な小さい容積を有するように構成されている。また、ロードロック室８には、水蒸気発生源１４と不活性ガス源１６がバルブ３を介して連通しており、水蒸気を水蒸気発生源１４から導入可能であり、不活性ガスを不活性ガス源１６から導入可能である。また、ロードロック室８には、ロードロック室を加圧するためのロードロック室圧力制御部７が接続されている。このロードロック圧力制御部７は、本実施形態に適切な加圧装置であってよい。

リフロー処理を行うために、リフロー処理室４には、水蒸気発生源１４から水蒸気が導入される。また、リフロー処理室圧力制御部５によりリフロー処理室４は加圧されて、高圧水蒸気雰囲気が存在している状態にある。即ち、複数の基板からなる１セットごとに、リフロー処理室４でリフロー処理されるが、連続リフロー処理運転をするに際し、基板セットの搬入及び搬出がリフロー処理室に対して行われるが、以下で述べる手順に従い、リフロー処理室４は常時高圧水蒸気状態にされている。

ロードロック室８の第１ゲート１２の反対側には第２ゲート１８が設けられている。これら第１ゲート１２と第２ゲート１８は、例えばゲートバルブのようなロードロック室８を密閉できる開閉可能な適切なゲートである。外部から基板をリフロー処理室４へ搬入する場合には、以下のようにロードロック室８を通して１枚若しくは少数枚ずつ基板を搬入する。まず、ロードロック室８を常圧にしておいて、第２ゲート１８を通して基盤をロードロック室８に搬入する。この時、第１ゲートは、遮断されており高圧水蒸気雰囲気状態にあるリフロー処理室は密閉されている。１枚若しくは少数枚の基板をロードロック室８に搬入したら第２ゲート１２を閉じて外部と遮断する。その後、水蒸気発生源１４からロードロック室８に水蒸気を導入して、ロードロック室圧力制御部７によりロードロック室８を昇圧する。ロードロック室８の昇圧は、リフロー処理室４よりもずっと短時間で行うことができる。上述したようにロードロック室８は、１枚若しくは少数枚の基板を収容するのに十分な小さい容積を有しているからである。これにより、ロードロック室８をリフロー処理室４と同じ高圧水蒸気状態にする。即ち、水蒸気の存在するロードロック室８の圧力をリフロー処理室の高圧と同じにする。

続いて、第１ゲートを開放して、基板をリフロー処理室４へ搬入する。このとき、第２ゲート１８は閉じられており、リフロー処理室とロードロック室の間には差圧が生じていないので、圧力差により基板が損傷することを防ぐことができる。リフロー処理室４への基板の搬送は、リフロー処理室４に設けられた基板搬送ロボット６により行われる。この基板搬送ロボット６は、基板をロードロック室８から運び出して、リフロー処理室４に設けられたボート２０の所定の位置に積載する。

このように、外部から1枚若しくは少数枚の基板を、ロードロック室８を通してリフロー処理室８へ搬送したら次の１枚若しくは少数枚の基板を同様の手順で外部からリフロー処理室４へ搬入してすべての基板を１枚若しくは少数枚ずつ搬入する。なお、複数のロードロック室８を設けることが可能なので、リフロー処理室４からの基板の搬出速度を十分に上げることができる。

この後、リフロー処理室４において、ボート２０に積載された基板に対してリフロー処理が行われる。上述したようにリフロー処理室４は、常時高圧水蒸気状態にされており。この例では、リフロー処理室４内は、２ＭＰａに昇圧されている。リフロー室４内には加熱ヒータ２２が設けられており、高圧水蒸気状態（２ＭＰａ）にあるリフロー処理室４を例えば７００℃に加熱して３０分から１時間のリフロー処理を行う。水蒸気による加熱ヒータ２２の劣化を防ぐため、石英チューブで加熱ヒータ２２を覆い、石英チューブ内はガスによってリフロー処理室４内と同圧力に保つ。

リフロー処理が終わると、ボート２０に積載された基板をリフロー処理室４の外部に搬出する処理を行う。この搬出処理は、再びロードロック室８を通して基板１枚若しくは少数枚ずつ行われる。即ち、第１ゲート１２を開けてロードロック室８に対して開放する。このときロードロック室８は、リフロー室４と同じ高圧水蒸気状態にされているので、リフロー室４とロードロック室８との間で問題となる圧力差が生じることはない。そして、基板搬送ロボット６により、１枚若しくは少数枚の基板をボート２０からロードロック室８へ搬送する。搬送後に、第１ゲートを閉じて、リフロー室４をロードロック室８から遮断する。

続いて、ロードロック室８の圧力を２ＭＰａから０．１ＭＰａに減圧する。ロードロック室８の減圧は、高圧水蒸気炉の減圧と比べてずっと短時間で行うことができる。ロードロック室８は、１枚若しくは少数枚の基板を収容するための容積を有しており、高圧水蒸気炉の大きな容積に比べてずっと小さいからである。減圧した後、不活性ガス源１６からロードロック室８へ不活性ガスを導入する。圧力が０．１ＭＰａであり、不活性ガスが存在するロードロック室８を、ロードロック室８内に設けられた加熱ヒータ２４により７００℃に昇温して、基板を約１０分間加熱する。これにより、層間絶縁膜から水分をすみやかに取り除くことができ、膜中の水分を低下させ緻密化させる。このように層間絶縁膜の脱水処理を行った後、第２ゲートを開放して、基板をロードロック室８の外部へ搬送する。

基板をロードロック室８から排出したら、ロードロック室８に再び水蒸気発生源１４から水蒸気を導入して２ＭＰａに加圧する。加圧後に、第１ゲートを開放して、上述したのと同様な手順で基板搬送ロボット６により次の基板をリフロー処理室４からロードロック室８へ搬送する。搬送後は、上述した手順と同様にして、ロードロック室８で基板に脱水処理を施して、基板をロードロック室８の外部へ搬送する。

このようにして、リフロー室４からすべての基板を、ロードロック室８を通して排出する。なお、複数のロードロック室８を設けることが可能なので、リフロー処理室４からの基板の搬出速度を十分に上げることができる。また、１セットの基板のリフロー処理室への搬入、リフロー処理室でのリフロー処理及びリフロー処理室からの搬出が終わると、次の１セットの基板に対して同様のリフロー処理室への搬入、リフロー処理室でのリフロー処理及びリフロー処理室からの搬出を行う。このように、多数のセットに対して連続リフロー処理を行う間、リフロー処理室は、常時高圧であり、水蒸気雰囲気が導入されている状態に維持されたままであるので、大容積のリフロー処理室の昇圧及び降圧を行わなくて済む。本発明によると、低温でのリフロー処理において従来よりもスループットを上げることが可能になる。特に、本実施形態によると複数のロードロック室を用いることにより、スループットをさらに上げることができる。また、本実施形態によると、基板の搬出時に、ロードロック室８で速やかに脱水処理も行うので、ＩＣの電極の腐食等を防ぐことが可能である。

次に、本発明の第１実施形態による１セット分の基板に対するリフロー処理の手順を、図２のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１において、リフロー処理室４へ基板を搬入する。即ち、第２ゲート１８を開放して基板を１枚若しくは少数枚ロードロック室へ搬送し、第２ゲート１８を閉じ、ロードロック室８を上述したようにリフロー室４と同じ高圧水蒸気状態にする。その後、第１ゲートを開放して基板搬送ロボット６により基板をリフロー処理室４のボート２０の所定の位置へ搬送して、第１ゲート１２を閉じる（ステップＳ１）。未搬送の基板が残っている場合には（ステップＳ２において、ＮＯ）、再びステップＳ１へ戻り次の基板の搬送を行う。すべての基板を搬送したならば（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、例えば水蒸気が導入され２ＭＰａに加圧されているリフロー処理室４を加熱ヒータ２２により加熱し、基板を例えば７００℃で３０分から１時間の熱処理（リフロー処理）を行う。リフロー処理が終了したら、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４において、１枚若しくは少数枚の基板をリフロー処理室４からロードロック室８へ搬送する。即ち、ロードロック室８をリフロー処理室と同じ高圧水蒸気状態にして、第１ゲート１２を開放し、基板搬送ロボット６により１枚若しくは少数枚の基板をリフロー処理室４からロードロック室４へ搬送する。搬送後、ステップＳ５において、第１ゲート１２を閉じ、ロードロック室８の減圧を行い、不活性ガスをロードロック室４へ導入する。その後、ロードロック室を例えば７００℃に加熱して約１０の脱水処理を基板に対して行う。

脱水処理が終わったら、ステップＳ６に移行し第２ゲート１８を開放して基板を外部へ排出する。この後、まだ基板がリフロー処理室４に残っている場合には（ステップＳ７においてＮＯ）、ステップＳ４へ戻りステップＳ４からＳ６の処理を行う。一方、ステップＳ６の後、リフロー処理室４に基板が残されていない場合には（ステップＳ７においてＹＥＳ）、処理を終了する。

上述したように２以上のロードロック室８をリフロー処理室４に第１ゲートを通して結合させてもよい。この場合には、複数のロードロック室を通して基板をリフロー処理室４へ搬送するので搬送スピードが上がる。また、複数のロードロック室４を通してリフロー処理室４から基板を外部へ搬送するので、搬送スピードが上がる。さらに、複数のロードロック室８で脱水処理を行うので、脱水処理速度が上がる。従って、各ロードロック室８は、一度に１枚若しくは少数枚の基板しか処理できなくとも、複数のロードロック室８を設けることによって、処理スピードを上げることができる。

図３は、本発明の第２実施形態によるリフロー処理装置を示す。図３のリフロー処理装置は、上述の第１実施形態のリフロー処理装置とほぼ同様の構成を持ので、以下において、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。図３において、ロードロック室８は脱水処理を行わず、脱水処理は、別に設けられた脱水処理室で行われる。即ち、図３のリフロー処理装置は、脱水処理２３を備える。また、このリフロー処理装置は、さらに、研磨室２４とカセットチャンバ２５とを備えている。

カセットチャンバ２５には複数の基板が収納されており、ここから、基板が１枚若しくは少数枚ずつロードロック室８を通してリフロー処理室４へ搬入される。搬入する手順は第１実施形態と同じである。即ち、第２ゲート１８を開放してカセットチャンバ２５からロードロック室８に基板が搬入されたら、第２ゲート１８を閉じて密閉されたロードロック室８をリフロー処理室４と同じ高温水蒸気状態にする。この状態でリフロー処理室へ通じる第１ゲート１２を開放して基板をリフロー処理室４へ搬入する。

このようにすべての基板を１枚若しくは少数枚ずつカセットチャンバ２５からロードロック８室を通してリフロー処理室４へ搬入したら、リフロー処理室４でリフロー処理を行う。その後、第１ゲート１２を開けてリフロー処理室４をロードロック室８に開放する。この時、第１実施形態と同様にロードロック室８はリフロー処理室４と同じ高温水蒸気状態にされている。第１ゲート１２を通して、基板をロードロック室８へ搬送し、第１ゲート１２を閉じゲート２６を開けて基板をロードロック室８から脱水処理室へ搬入する。ゲート２６を開ける際に、圧力差で基板が損傷しないようにロードロック室８を脱水処理室２３と同程度の圧力に減圧しておく。

脱水処理室へ基板を搬入したらゲート２６を閉じて基板に脱水を行う。脱水処理は、例えば脱水処理室２３へ不活性ガスを導入し、脱水処理室２３内に設けられた加熱ヒータによって基板を加熱することにより行い、膜中の水分を低下させ、緻密化させる。

その後、ゲート２６を開放して脱水処理された基板が、ロードロック室とゲート２７を通して研磨室へ搬入される。ゲート２７を閉じたら研磨室において化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）により基板に平坦化処理が行われ、さらにこの基板を洗浄して乾燥する処理も行われる。図４に示されるように、基板にリフロー処理を施した後でも、まだ完全に平坦になっていない場合があるからである。化学的機械的研磨法による平坦化処理は、回転テーブルに表面に貼り付けた研磨パッドにスピンドルに固定した基板を接触させ、シリカ粒子を含んだ研磨液を基板表面に流しながら研磨を行う。基板の洗浄及び乾燥は、例えば化学的機械的研磨処理装置に組み込まれた洗浄・乾燥機能によって行われる。化学的機械的研磨法により完全に平坦化された基板を、ゲート２７を通してロードロック室８へ搬出し、さらにゲート１８を通してカセットチャンバ２５に搬出される。

このように、リフロー処理された複数の基板が１枚若しくは少数枚ずつリフロー処理室４から脱水処理室２３と研磨室２４を経由してカセットチャンバ２５へ搬出される。このように、１セットの複数の基板に対してリフロー処理が行われるが、リフロー処理室４の高圧水蒸気状態は維持されたままである。

第２実施形態によると、リフロー処理装置にロードロック室８、脱水処理室２３、研磨室２４およびカセットチャンバ２５がさらに設けられるので、リフロー処理、脱水処理、化学的機械的研磨を連続的に行うことができるので、全体としてスループットを向上させることができる。

図５は、本発明の第３実施形態によるリフロー処理装置を示す。図５のリフロー処理装置は、上述の第１実施形態のリフロー処理装置とほぼ同様の構成を持つので、以下において、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。図５のリフロー処理装置は、ロードロック室８に隣接する研磨室２４とカセットチャンバ２５とをさらに備える。

カセットチャンバ２５には、複数の基板が収容されており、リフロー処理を行うために１枚若しくは少数枚ずつロードロック室へ搬入される。この搬入の手順は第１実施形態及び第２実施形態と同じである。すべての基板が１枚若しくは少数枚ずつリフロー処理室４へ搬入されたら、これらの基板に対してリフロー処理が行われる。その後、第１実施形態と同じ手順で１枚若しくは少数枚の基板をロードロック室８へ搬送し、ロードロック室８で基板の脱水処理を行う。脱水処理が行われた後に、ゲート２７を開けて基板をロードロック室８から研磨室２３へ搬入する。研磨室２３において、基板に化学的機械的研磨法による平坦化処理を行い、さらに基板を洗浄し乾燥させる。

この後、ゲート２７開いて基板をロードロック室８とゲート１８を通して基板をカセットチャンバ２５へ搬送する。このように、基板が１枚若しくは少数枚ずつリフロー処理室４から、ロードロック室８の脱水処理と研磨室の平坦化処理、洗浄・乾燥処理を受けてカセットチャンバ２５へ搬送される。リフロー処理室への基板の搬入からリフロー処理された基板をカセットチャンバ２５へ搬出する間、リフロー処理室４の高温水蒸気状態は維持されたままである。

第３実施形態によると、リフロー処理装置に、脱水処理機能を有するロードロック室８、研磨室２４およびカセットチャンバ２５がさらに設けられるので、リフロー処理、脱水処理、化学的機械的研磨を連続的に行うことができるので、全体としてスループットを向上させることができる。

図６は、本発明の第４実施形態によるリフロー処理装置を示す。図６のリフロー処理装置は、上述の第１実施形態のリフロー処理装置とほぼ同様の構成を持つので、以下において、第１実施形態と主に異なる構成について説明する。図６に示されるリフロー処理装置は、複数のロードロック室８と、複数の研磨室２４と、カセットチャンバ２５と、これらの間に設けられるプラットフォーム２８とを有する。カセットチャンバ２５には複数の基板が収容されており、リフロー処理を行うために基板をカセットチャンバ２５からリフロー処理室４へ搬入する。

カセットチャンバ２５には、複数の基板が収納されており、カセットチャンバ２５から基板がプラットフォーム２８のスペースを利用して、複数のロードロック室８へ搬送される。各ロードロック室８は、１枚若しくは少数枚の基板を収容するのに十分な小さい容積を有しており、一度に１枚若しくは少数枚の基板しかロードロック室を通すことができなくても、このように複数のロードロック８を設けることにより、これらのロードロック室８を通して基板をリフロー処理室４へ搬入することができる。各ロードロック室８を通してリフロー処理室４へ基板を搬入する手順は第１実施形態と同じである。即ち、第１ゲート１２を開ける時は、ロードロック室８は高温水蒸気状態にされている。このように、複数のロードロック室８を通してカセットチャンバ２５からリフロー処理室４へ基板を搬入したら、リフロー処理室４でこれらの基板に対してリフロー処理が行われる。リフロー処理が行われた後、基板がこれらのロードロック室８に搬送される。この際、ロードロック室８では第１実施形態と同じ方法で基板に対し脱水処理が行われる。

その後、基板がロードロック室８からプラットフォーム２８を通して研磨室２４へ搬送される。研磨室２４は複数設けられており、各研磨室２４において化学的機械的研磨法による基板の平坦化処理が行われ、さらに基板に洗浄処理及び乾燥処理が行われる。なお、研磨室２４の数は、必ずしもロードロック室８の数と同じである必要はなく、処理能力に応じてロードロック室８の数よりも少なくてもよい。研磨室２４で、平坦化処理、洗浄・乾燥処理が行われた基板は、プラットフォーム２８のスペースを利用してカセットチャンバ２５に搬入される。

なお、第２実施形態から第４実施形態において、リフロー処理室４、ロードロック室８、脱水処理室２３、研磨室２４の間での基板の受け渡しは搬送ロボットにより行う。

次に、本発明の第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態による１セット分の基板に対するリフロー処理の手順を、図７のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１１において、リフロー処理室４へ基板を搬入する。即ち、第２ゲート１８を開放して基板を１枚若しくは少数枚カセットチャンバ２５から（第４実施形態ではプラットフォーム２８を通して）ロードロック室へ搬送し、第２ゲート１８を閉じ、ロードロック室８を上述したようにリフロー処理室４と同じ高圧水蒸気状態にする。その後、第１ゲートを開放して基板をリフロー処理室４のボート２０の所定の位置へ搬送して、第１ゲート１２を閉じる（ステップＳ１１）。未搬送の基板が残っている場合には（ステップＳ１２において、ＮＯ）、再びステップＳ１１へ戻り次の基板の搬送を行う。すべての基板を搬送したならば（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、ステップＳ１３へ進む。なお、第４実施形態のように複数のロードロック室８を用いる場合には、複数のロードロック室８を通して１枚若しくは少数枚ずつ基板がリフロー処理室４へ搬入される。

ステップＳ１３において、例えば水蒸気が導入され２ＭＰａに加圧されているリフロー処理室４を加熱ヒータ２２により加熱し、基板を例えば７００℃で３０分から１時間の熱処理（リフロー処理）を行う。リフロー処理が終了したら、ステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４において、１枚若しくは少数枚の基板をリフロー処理室４からロードロック室８へ搬送する。即ち、ロードロック室８をリフロー処理室と同じ高圧水蒸気状態にして、第１ゲート１２を開放し、１枚若しくは少数枚の基板をリフロー処理室４からロードロック室４へ搬送する。

その後、第２実施形態の場合には、ステップＳ１５において、第２ゲート１８を開けて基板を脱水処理室２３へ搬送し脱水処理を行う。第２ゲート１８を開ける前に、ロードロック室８を脱水処理室２３と同程度の圧力まで減圧しておく。圧力差によって基板が損傷しないようにするためである。脱水処理は、不活性ガスを脱水処理室２３へ導入して、脱水処理室２３を７００℃に加熱して約１０分間の脱水処理を基板に対して行う。

第３実施形態と第４実施形態の場合は、ロードロック室８で脱水処理を行う。この場合には、第１ゲート１２を閉じ、ロードロック室８の減圧を行い同様の脱水処理を基板に対して行う。

脱水処理が終わったら、ステップＳ１６に移行し基板を研磨室へ搬送して、平坦化処理、洗浄乾燥処理を行う。
研磨室での処理が終わったら、ステップＳ１７において基板をカセットチャンバ２５へ搬出する。この後、まだ基板がリフロー処理室４に残っている場合には（ステップＳ１８においてＮＯ）、ステップＳ１４へ戻りステップＳ４からＳ１７の処理を行う。一方、ステップＳ１７の後、リフロー処理室４に基板が残されていない場合には（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、処理を終了する。なお、第４実施形態のように複数のロードロック室８及び複数の研磨室２４を用いて、ステップＳ１４からＳ１７の処理を行うこともできる。

複数のロードロック室８、脱水処理室２３および研磨室２４を用いる場合には、複数のロードロック室を通して基板をリフロー処理室４へ搬送するので搬送スピードが上がり、複数のロードロック室８または脱水処理室２３で脱水処理を行い、複数の研磨室２４において化学的機械的研磨法による平坦化処理を行うので、処理速度が上がる。従って、各ロードロック室８、脱水処理室２３は、一度に１枚若しくは少数枚の基板しか処理できなくとも、複数のロードロック室８や脱水処理室２３を設けることによって、処理スピードを上げることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第１実施形態によるリフロー処理装置を示す図である。 本発明の第１実施形態によるリフロー処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態によるリフロー処理装置の構成例を示す図である。 化学的機械的研磨法による完全平坦化を示す図である。 本発明の第３実施形態によるリフロー処理装置の構成例を示す図である。 本発明の第４実施形態によるリフロー処理装置の構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態から第４実施形態によるリフロー処理を示すフローチャートである。 リフロー処理によるボイドの消滅を示す図である。 圧力の異なる７００℃の水蒸気雰囲気でのガラス中の水分子濃度を示す図である。 異なる水分濃度に関するガラスの粘性率と温度との関係を示す図である。 従来の高圧水蒸気炉を示す図である。 ２００秒間の脱水処理をした場合と４００秒間の脱水処理をした場合の水分子の減少を示す図である。

符号の説明

１ 基板（ウエーハ）
２ 高圧容器
３ バルブ
４ リフロー処理室
５ リフロー処理室圧力制御部
６ 基板搬送装置
７ ロードロード室圧力制御部
８ ロードロック室
１０ リフロー処理装置
１２ 第１ゲート
１４ 水蒸気発生源
１６ 不活性ガス源
１８ 第２ゲート
２０ ボート
２２ 加熱ヒータ
２３ 脱水処理室
２４ 研磨室
２５ カセットチャンバ
２８ プラットフォーム
３２ 石英容器
３４ 石英ボート
３６ 加熱ヒータ
３８ 断熱材
４０ 外部容器内
４２ 反応室

Claims (13)

1. 内部に半導体基板を収容し、該半導体基板にリフロー処理を行うためのリフロー処理室と、
   該リフロー処理室と外部との間で半導体基板の搬送を行うために、外部と連通する状態とリフロー処理室と連通する状態とにできるロードロック室とを備え、
   前記リフロー処理室内には加圧された処理用雰囲気が存在し、
   前記ロードロック室は、内部圧力が、ロードロック室がリフロー処理室と連通する時に、リフロー処理室内の圧力と同程度になるように制御されることを特徴とするリフロー処理装置。
2. 前記ロードロック室は１枚若しくは少数枚の半導体基板を収容するのに必要十分な容積を有することを特徴とする請求項１に記載のリフロー処理装置。
3. 一度に複数の半導体基板が前記リフロー処理室でリフロー処理され、リフロー処理を行うために前記ロードロック室を通して外部から１枚若しくは少数枚ずつ半導体基板が前記リフロー処理室に搬入され、リフロー処理後に前記ロードロック室を通して１枚若しくは少数枚ずつ半導体基板が外部に搬出されることを特徴とする請求項２に記載のリフロー処理装置。
4. 前記ロードロック室の内部は、ロードロック室が前記リフロー処理室と連通する時に、リフロー処理室内の前記処理用雰囲気と同じ雰囲気にされること特徴とする請求項１乃至３のいずかに記載のリフロー処理装置。
5. 前記ロードロック室は、内部圧力が、ロードロック室が外部と連通する時に、外部の圧力と同程度になるように制御されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のリフロー処理装置。
6. 前記処理用雰囲気は水蒸気を含み、
   リフロー処理された半導体基板を外部に搬出する前に、ロードロック室で該半導体基板に脱水処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のリフロー処理装置。
7. 前記ロードロック室が複数個設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のリフロー処理装置。
8. 前記処理用雰囲気は水蒸気を含み、
   リフロー処理された半導体基板に脱水処理を行うための脱水処理室をさらに備え、
   リフロー処理された半導体基板がリフロー処理室からロードロック室を通して前記脱水処理室に搬入されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のリフロー処理装置。
9. 脱水処理された半導体基板に化学的機械的研磨を行うための研磨室をさらに備え、
   脱水処理された半導体基板がロードロック室から前記研磨室に搬入されることを特徴とする請求項６に記載のリフロー処理装置。
10. 脱水処理された半導体基板に化学的機械的研磨を行うための研磨室をさらに備え、
    脱水処理された半導体基板が脱水処理室からロードロック室を通して前記研磨室に搬入されることを特徴とする請求項８に記載のリフロー処理装置。
11. 前記ロードロック室及び研磨室を複数備えることを特徴とする請求項９に記載のリフロー処理装置。
12. 前記ロードロック室、脱水処理室及び研磨室を複数備えることを特徴とする請求項１０に記載のリフロー処理装置。
13. 半導体基板を搬送するためのスペースを与えるプラットフォームと、複数の半導体基板を収容するカセットチャンバとをさらに備え、
    前記複数のロードロック室は、前記外部の代わりに前記プラットフォームと連通でき、該プラットフォームは、さらに前記カセットチャンバと、前記複数の研磨室とに連通でき、
    リフロー処理される複数の半導体基板が前記カセットチャンバから前記プラットフォームと複数のロードロック室を通してリフロー処理室に搬入され、前記脱水処理された半導体基板がロードロック室からプラットフォームを通して研磨室へ搬送され、前記化学的機械的研磨された半導体基板が研磨室からプラットフォームを通してカセットチャンバに戻されることを特徴とする請求項１１に記載のリフロー処理装置。
    
    
    
    
    
    
    

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