(57)【要約】【課題】チップサイズパッケージタイプの固体撮像装置のように、ウェーハとカバーガラスとで構成された固体撮像装置のカバーガラスの原材料として使用される積層ウェーハの熱処理を均一に行うことができる基板の加熱装置及び方法を提供する。【解決手段】加熱プレート１８の表面に基板を近接させて又は載置させて、基板の加熱処理を行う基板の加熱装置１０に関する。加熱プレート１８の表面が、加熱処理温度における基板の反り形状に倣うように形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱プレートの表面に基板を近接させて又は載置させて、該基板の加熱処理を行う基板の加熱装置において、
前記加熱プレートの表面が、加熱処理温度における前記基板の反り形状に倣うように形成されていることを特徴とする基板の加熱装置。
【請求項２】
前記基板を前記加熱プレートの表面に近接させて支持する支持部材が、前記加熱プレート表面の同心円上の３箇所に円周方向に等間隔で設けられている請求項１に記載の基板の加熱装置。
【請求項３】
前記支持部材が前記加熱プレートに対して昇降可能となっている請求項２に記載の基板の加熱装置。
【請求項４】
前記基板の略全面において、前記加熱プレートの表面と加熱処理温度における前記基板の裏面との間隔の偏差が５０μｍ以下になるように前記加熱プレートの表面が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板の加熱装置。
【請求項５】
前記加熱プレートが恒温装置の内部に配されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板の加熱装置。
【請求項６】
基板の加熱方法において、
その表面が加熱処理温度における前記基板の反り形状に倣うように形成されている加熱プレートの表面に前記基板を近接させて又は載置させて、該基板の加熱処理を行うことを特徴とする基板の加熱方法。
【請求項７】
略同一平面サイズのウェーハの２種以上を積層した基板の加熱方法において、
その表面が加熱処理温度における前記基板の反り形状に倣うように形成されている加熱プレートの表面に前記基板を近接させて又は載置させて、該基板の加熱処理を行うことを特徴とする基板の加熱方法。
【請求項８】
前記基板の表面に感光性樹脂層を形成した後に加熱処理を行う請求項６又は７に記載の基板の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の加熱装置及び方法に係り、特に、半導体装置の製造工程における加熱処理に好適な基板の加熱装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、各種の熱処理が行われている。たとえば、フォトリソグラフィー技術を採用し、ウェーハ表面に微細パターンを形成する場合、感光性樹脂（フォトレジスト）を使用し、露光、現像、エッチング等の各工程を経る。このフォトレジストの熱処理としては、フォトレジスト塗布後のプレベーク工程や、露光、現像後のポストベーク工程が代表的である。
【０００３】
このようなフォトレジストの熱処理には、熱風循環方式（クリーンオーブン）や、ベルト炉による方法も採用されているが、いわゆるホットプレートによる熱処理が好ましく採用される場合が多い。
【０００４】
ホットプレートとしては、家電の各メーカーより販売されている調理用のものから、科学実験用の精密なものまで、各種のタイプがあるが、フォトレジストの熱処理には、面内の温度分布を均一に制御できるタイプのものが採用されることが多い。また、ホットプレートにおいて、このように温度分布を均一に制御できるような各種の提案がなされている（たとえば、特許文献１、２参照。）。
【０００５】
このうち特許文献１は、ホットプレートの内部にヒートパイプや断熱手段を備える構成のものであり、特許文献２は、ヒートパイプの内部に充填した作動液の蒸発現象と凝縮現象を利用するものであり、いずれも温度分布を均一に制御できるとされており、一般的な半導体ウェーハの熱処理においては、効果が期待できる。
【特許文献１】特開２００１−９３７９４号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなホットプレートであっても、たとえば、ガラスとシリコンとを接着した積層ウェーハの熱処理においては、加熱時に積層ウェーハが反り、温度勾配を持つため、温度分布を均一にできる熱処理が困難であるという問題点があり、その改善が強く求められていた。
【０００７】
たとえば、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの固体撮像装置のように、固体撮像素子チップ（ウェーハ）とカバーガラスとで構成された固体撮像装置のカバーガラスの製造において、原材料（基板ウェーハ）として、所定サイズ（たとえば２００ｍｍ径）のガラスとシリコンとを接着した積層ウェーハが採用される。
【０００８】
このような積層ウェーハにおいて、ガラスとシリコンは熱膨張係数が異なり、室温で平坦（たとえば、反りが５μｍ未満）であった場合でも、加熱処理温度において大きな反りが発生する。そのため、加熱処理温度において積層ウェーハとホットプレートとの接触状態が不均一になり、ウェーハ面内で温度勾配を持ってしまう。
【０００９】
このような場合、たとえば、既述したフォトレジスト塗布後のプレベーク工程では、フォトレジストの硬化状態が面内で不均一となるため、露光・現像後のパターン形状（線幅等）が不均一となり、ひいてはウェーハの大幅な歩留低下となってしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）タイプの固体撮像装置のように、固体撮像素子チップ（ウェーハ）とカバーガラスとで構成された固体撮像装置のカバーガラスの原材料として使用される積層ウェーハの加熱を均一に行うことができる基板の加熱装置及び方法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】
前記目的を達成するために、本発明は、加熱プレートの表面に基板を近接させて又は載置させて、該基板の加熱処理を行う基板の加熱装置において、前記加熱プレートの表面が、加熱処理温度における前記基板の反り形状に倣うように形成されていることを特徴とする基板の加熱装置を提供する。
【００１２】
本発明によれば、加熱プレートの表面が、加熱処理温度における基板の反り形状に倣うように形成されているので、基板の加熱を均一に行うことができる。
【００１３】
すなわち、加熱プレートの表面に基板を載置させる場合、加熱プレートの表面と基板とが加熱処理温度において密着するので、基板の加熱が均一に行える。また、加熱プレートの表面に基板を近接させる場合（ピン状部材等を使用して支持する場合）、加熱プレートの表面と基板とが加熱処理温度において略全面で等間隔になるので、基板の加熱が均一に行える。
【００１４】
本発明において、前記基板を前記加熱プレートの表面に近接させて支持する支持部材が、前記加熱プレート表面の同心円上の３箇所に円周方向に等間隔で設けられていることが好ましい。このような基板の支持部材が設けられていれば、基板を変形させず、かつ、接触による傷を生じさせないように支持でき、本発明の効果を一層発揮できる。
【００１５】
また、本発明において、前記支持部材が前記加熱プレートに対して昇降可能となっていることが好ましい。このように支持部材が昇降可能となっていれば、最初に上昇した支持部材で基板を受け、次いで、支持部材を下降させて、加熱プレートで基板を受け、加熱プレートによる熱伝導により基板の加熱が行える。
【００１６】
なお、加熱時に基板を支持する支持部材（固定支持部材）と、昇降可能な支持部材（昇降支持部材）を別個に設ける構成も採用できる。この場合、最初に上昇した昇降支持部材で基板を受け、次いで、昇降支持部材を下降させて、固定支持部材で基板を受け、加熱プレートによる輻射加熱により基板の均一な加熱が行える。
【００１７】
また、本発明において、前記基板の略全面において、前記加熱プレートの表面と加熱処理温度における前記基板の裏面との間隔の偏差が５０μｍ以下になるように前記加熱プレートの表面が形成されていることが好ましい。
【００１８】
前記した基板の反り形状は、加熱処理温度や基板の構成によって異なるが、加熱プレートの表面と加熱時の基板裏面とのギャップがこのような範囲であれば、本発明の効果を一層発揮できる。なお、間隔の偏差とは、基板の略全面における間隔（ギャップ）の最大値と最小値との差を意味する。
【００１９】
また、本発明において、前記加熱プレートは恒温装置の内部に配されていることが好ましい。このように、加熱プレートが恒温装置の内部に配されていれば、基板の加熱をより均一に行え、本発明の効果を一層発揮できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、加熱プレートの表面が、加熱処理温度における基板の反り形状に倣うように形成されているので、基板の加熱を均一に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に従って、本発明に係る基板の加熱装置及び方法の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る基板の加熱装置の断面図であり、図２は、基板の加熱装置の主要部であるホットプレート（加熱プレート）の斜視図であり、図３は、同じく平面図である。
【００２２】
基板の加熱装置１０は、恒温槽（恒温装置）１２と、恒温槽１２の内部に配されるホットプレート（加熱プレート）１４より構成されている。恒温槽１２の内部には図示しないヒータと温度センサが設けられており、恒温槽１２内部の雰囲気温度を所望の温度に制御できるようになっている。
【００２３】
ホットプレート１４は、筐体であるホットプレート本体１６とプレート部１８とより構成される。プレート部１８は、基板（ウェーハ）の加熱処理を行う部分であり、内部に加熱体であるシースヒータや温度センサであるシース熱電対（Ｋタイプ）が埋め込まれている。プレート部１８の材質としては、アルマイト表面処理を施したアルミニウム材（たとえば、Ａ５０５２）が採用できる。シースヒータのシース材としてはステンレス（たとえば、ＳＵＳ３２１）が採用できる。
【００２４】
ホットプレート１４のホットプレート本体１６内部には、図示しない制御回路が設けられており、プレート部１８の表面温度を所望の温度に制御できるようになっている。この制御回路としては、たとえばマイコン式ＰＩＤ制御回路が採用できる。また、制御回路にプログラム機能を持たせることもできる。
【００２５】
なお、上記の構成は、一例でありこれ以外の構成、たとえば、プレート部１８をセラミックス材で構成し、加熱体に他の種類のヒータ（たとえば、マイカヒータ）を採用する構成等、各種の組み合わせが可能である。
【００２６】
プレート部１８の上面は、図１及び図３に示されるように、球面状に形成された載置面１８Ａと、載置面１８Ａの周縁に設けられる平坦な周縁面１８Ｂとよりなる。更に、載置面１８Ａの同心円上の３箇所に、被加熱物である基板を支持する支持部材であるプロキシミティーピン２０が設けられている。
【００２７】
載置面１８Ａの曲率半径は、加熱処理温度における被加熱物である基板（ウェーハ）の反り形状に倣うように形成されていることが重要である。この基板の反り形状は、加熱処理温度や基板の構成によって異なるが、基板の略全面において、載置面１８Ａの表面と加熱処理温度における基板の裏面との間隔の偏差（間隔（ギャップ）の最大値と最小値との差）が５０μｍ以下になるように載置面１８Ａの表面が形成されていることが好ましい。
【００２８】
載置面１８Ａ表面を球面状に形成する加工方法としては、研磨加工、研削加工、マシニングセンタ等による切削加工、超音波加工等、載置面１８Ａの材質や形状（曲率半径）に応じて公知の各種加工法が採用できる。
【００２９】
本実施形態においては、後述する積層ウェーハＷの構成及び加熱温度に適合すべく、載置面１８Ａ表面が曲率半径が１０ｍになるように加工されている。なお、載置面１８Ａ表面の外径は２００ｍｍに形成されている。
【００３０】
なお、図１に示される載置面１８Ａ表面の球面形状は、実際のものより強調して図示されている。
【００３１】
既述したプロキシミティーピン２０は、基板（ウェーハ）を支持する支持部材であり、円周方向に等間隔で設けられている。プロキシミティーピン２０の表面は、基板に傷を付けにくいように、平滑に形成されていることが好ましく、また、加熱による変質がないことが好ましいので、プロキシミティーピン２０の材質としては、研磨加工したセラミックスやフッ素樹脂をコーティングした金属等が好ましく採用できる。
【００３２】
次に、本発明に係る基板の加熱装置１０の作用について説明する。先ず、比較のため、従来より使用されている一般的なホットプレート１を使用した積層ウェーハＷの加熱について説明する。
【００３３】
図６は、従来より使用されている一般的なホットプレート１を使用した積層ウェーハＷの加熱の状態を示す断面図であり、（Ａ）は、加熱開始時の状態を示すもので、（Ｂ）は、加熱開始から所定時間経過後の状態を示すものである。
【００３４】
ここで加熱される積層ウェーハＷは、上側のシリコンＳと下側のガラスＧとを接着したものであり、更に表面（シリコンＳ側の面）にフォトレジストＲ（感光性樹脂）の層が形成されている。
【００３５】
加熱される積層ウェーハＷは、加熱前の室温の状態では略平坦であるので、図６（Ａ）に示されるように、ホットプレート１上の載置された直後の状態では、略平坦になっており、プロキシミティーピン２、２…により支持されている。
【００３６】
しかし、熱処理（ホットプレート１よりの輻射加熱）により加熱された積層ウェーハＷは、シリコンＳとガラスＧの熱膨張係数の差により、上に凹になるように変形し、図６（Ｂ）に示されるような断面形状となる。この状態では、積層ウェーハＷの中央部分が直接ホットプレート１の表面と接触し、積層ウェーハＷの周縁部分は、プロキシミティーピン２、２…より高くなるように変形し、ホットプレート１の表面より大きく浮き上がっている。
【００３７】
このような状態の積層ウェーハＷの温度は、図６（Ｂ）に示されるように、中央部分で高温状態となり、周縁部分で低温状態となっている。したがって、たとえば、フォトレジストのプレベーク工程では、フォトレジストの硬化状態が面内で不均一となり、そのため露光・現像後のパターン形状（線幅等）が不均一となり、ひいては積層ウェーハＷの大幅な歩留低下となってしまう。
【００３８】
次いで、既述の図１により、本発明に係る基板の加熱装置１０を使用した積層ウェーハＷの加熱にについて説明する。なお、積層ウェーハＷの構成は、図６と同一であり、積層ウェーハＷの表面（シリコンＳ側の面）には、同様にフォトレジストＲの層が形成されている。
【００３９】
加熱される積層ウェーハＷは、既述の図６（Ａ）と同様に、加熱前の室温の状態では略平坦である（図示略）。この積層ウェーハＷを基板の加熱装置１０内部のホットプレート１４にセットすると、恒温槽１２の雰囲気による加熱と、プレート部１８からの輻射加熱により、積層ウェーハＷの温度は、熱処理温度に急速に近づいていく。
【００４０】
この際、図６の例と同様に、加熱された積層ウェーハＷは、シリコンＳとガラスＧの熱膨張係数の差により、上に凹になるように変形し、図１に示されるような断面形状となる。ところが、この状態では、載置面１８Ａの曲率半径が、加熱処理温度における積層ウェーハＷの反り形状に倣うように形成されているので、載置面１８Ａの表面と積層ウェーハＷの裏面との間隔が均一であり、プレート部１８からの輻射加熱も均一になる。
【００４１】
したがって、たとえば、フォトレジストのプレベーク工程では、フォトレジストの硬化状態が面内で均一となり、そのため露光・現像後のパターン形状（線幅等）も均一となり、積層ウェーハＷの歩留も良好である。
【００４２】
以上で説明したように、本発明によれば、プレート部１８（加熱プレート）の表面が、加熱処理温度における積層ウェーハＷ（基板）の反り形状に倣うように形成されているので、積層ウェーハＷの加熱を均一に行うことができる。
【００４３】
以上、本発明に係る基板の加熱装置及び方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００４４】
たとえば、上記実施形態において、被加熱物である積層ウェーハＷを支持する支持部材であるプロキシミティーピン２０が採用されているが、このようなプロキシミティーピン２０を使用せず、積層ウェーハＷがホットプレート本体１６の載置面１８Ａに面接触するようにして、積層ウェーハＷの加熱を行う構成であってもよく、略同様な効果が得られる。
【００４５】
また、上記実施形態において、プロキシミティーピン２０は固定されているが、これに代えて、プロキシミティーピン２０が昇降可能となっている構成や、プロキシミティーピン２０に加えて、昇降可能な他の支持部材を設ける構成も採用できる。
【００４６】
図４及び図５は、このような態様を示すもので、図４は既述の図１に相当する基板の加熱装置の断面図であり、図５は既述の図３に相当する基板の加熱装置の主要部であるホットプレートの平面図である。なお、図１及び図３と同一、類似の部材については同様の符号を附し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
ホットプレート１４の同心円上の３箇所に、貫通孔１４Ａが穿設されており、この１４Ａ内にそれぞれ昇降ピン２２が設けられている。この昇降ピン２２は、図示しない昇降手段（たとえば、シリンダ部材）により同時に昇降可能となっている。昇降ピン２２の先端部の形状は、半球状とすることが好ましく、昇降ピン２２の先端部の材質は、基板を傷付けないもの、たとえばフッ素樹脂やセラミックスとすることが好ましい。
【００４８】
このように昇降ピン２２が昇降可能となっていれば、最初に上昇した昇降ピン２２で積層ウェーハＷを受け、次いで、昇降ピン２２を下降させて、プロキシミティーピン２０で積層ウェーハＷを受け、載置面１８Ａからの輻射加熱により積層ウェーハＷの均一な加熱が行える。
【００４９】
また、上記実施形態において、フォトレジストのプレベーク工程が例示されているが、フォトレジストのポストベーク工程においても同様に適用できる。これにより、プレベーク工程に適用した場合程顕著な効果は得られないものの、それなりの効果が得られる。
【００５０】
また、フォトレジストの熱処理に限られず、半導体製造工程の各種工程、たとえば、下地処理剤（カップリング剤）の熱処理工程や、シール剤の熱処理工程等に広く適用できる。
【００５１】
また、上記実施形態は、被加熱物である積層ウェーハＷが上に凹形状になる状態に対応する載置面１８Ａとなっているが、被加熱物である積層ウェーハＷが上に凸形状になる状態（たとえば、積層ウェーハＷのガラスＧ側にフォトレジストの層を形成する場合）に対応する載置面１８Ａとする場合も、同様に適用できる。
【００５２】
すなわち、既述したように、被加熱物の構成や、加熱処理温度により、これに適合する載置面１８Ａの形状は異なる。上記実施形態において、被加熱物である積層ウェーハＷが略円形であることより、これに適合する載置面１８Ａの形状は単純な球面であったが、被加熱物が長方形や正方形のような矩形であったり、更に複雑な平面形状であった場合には、これに適合する形状とする必要がある。この場合、積層体の被加熱物では、被加熱物の各層の厚さ、熱膨張係数、縦弾性係数（ヤング率）、平面形状、加熱処理温度等より予め載置面１８Ａの形状の算出が可能である（たとえば、有限要素法による）。
【００５３】
更に、上記実施形態は、被加熱物が積層ウェーハＷである場合について述べられているが、積層体でない単一層のウェーハであっても、加熱により変形するものであれば好適に適用できる。
【００５４】
更に、既述したように、ホットプレート１４のヒータ構成や制御方式は、上記実施形態に限定されるものではなく、各種の構成、方式が採り得る。
【実施例】
【００５５】
以下、既述の図１〜図３に示される、本発明に係る基板の加熱装置１０を使用したフォトレジストＲの塗布後の積層ウェーハＷの熱処理結果と、図６に示される、従来より使用されている一般的なホットプレート１を使用したフォトレジストＲの塗布後の積層ウェーハＷの熱処理結果とを比較して述べる。
【００５６】
積層ウェーハＷとしては、外径２００ｍｍの円形のウェーハであり、厚さ０．１ｍｍのシリコンＳと、厚さ０．５ｍｍのガラスＧとを接着剤により接着したものを採用した。
【００５７】
本発明に係る基板の加熱装置１０の載置面１８Ａ表面は曲率半径が１０ｍになるように加工されている。また、載置面１８Ａ表面の外径は２００ｍｍに形成されている。
【００５８】
一方、比較例のホットプレート１の表面は略平坦になっており、外径は約２００ｍｍになっている。
【００５９】
フォトレジストＲとしてポジタイプの一般的なレジスト（東京応化社製、商品名：ＯＦＰＲ）を使用した。フォトレジストＲの塗布は、スピナーを使用したスピンコート方式により行った。フォトレジストＲの塗布膜厚は、５μｍに調整した。
【００６０】
本発明に係る基板の加熱装置１０（実施例）及び従来のホットプレート１（比較例）を使用した、フォトレジストＲの塗布後の積層ウェーハＷの熱処理条件は、加熱温度を１１５°Ｃとし、加熱時間を１８０秒とした。
【００６１】
フォトレジストＲの塗布後の積層ウェーハＷの表面の５箇所、具体的には、中央の１箇所と、周縁の４箇所（上、下、左、右）に最高到達温度が判別可能な感熱シート（いわゆる、サーモシール）を貼着し、６０秒毎の表面温度を測定した。図７は、実施例（Ａ）と比較例（Ｂ）の結果を示すグラフである。このうち、横軸は加熱時間（秒）であり、縦軸は各箇所の表面温度（°Ｃ）である。
【００６２】
図７（Ａ）の実施例においては、加熱開始６０秒後に全測定箇所の表面温度が略１１５°Ｃになっており、加熱終了時（加熱開始１８０秒後）までこの状態が維持されている。すなわち、加熱の立ち上がりが速い上に、面内の温度分布が非常に均一に制御されていることが解る。
【００６３】
確認のため、露光・現像後の積層ウェーハＷのパターン形状（線幅）を測定したところ、非常に均一に形成されていることが確認された。
【００６４】
図７（Ｂ）の比較例においては、加熱開始６０秒後の測定箇所の表面温度が大きくばらついている上に、表面温度が最も高い中央部でも略１１０°Ｃであり、加熱の立ち上がりが遅いことが解る。加熱開始１２０秒後になると、測定箇所の表面温度のばらつきは収まり、全測定箇所の表面温度が略１１５°Ｃになっており、加熱終了時（加熱開始１８０秒後）までこの状態が維持されている。
【００６５】
このような加熱状態では、累積加熱温度が面内で大きくばらついている上に、平均累積加熱温度も実施例より少ない。確認のため、露光・現像後の積層ウェーハＷのパターン形状（線幅）を測定したところ、線幅のバラツキが大きく、パターン形状が不均一となっていることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る基板の加熱装置の断面図
【図２】図１の基板の加熱装置の主要部であるホットプレートの斜視図
【図３】図１の基板の加熱装置の主要部であるホットプレートの平面図
【図４】本発明に係る基板の加熱装置の他の態様の断面図
【図５】図４の基板の加熱装置の主要部であるホットプレートの平面図
【図６】一般的なホットプレートを使用した積層ウェーハの熱処理の状態を示す断面図
【図７】実施例と比較例の結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００６７】
１０…基板の加熱装置、１２…恒温槽、１４…ホットプレート、１６…ホットプレート本体、１８…プレート部、１８Ａ…載置面、１８Ｂ…周縁面、２０…プロキシミティーピン、２２…昇降ピン、Ｇ…ガラス、Ｒ…フォトレジスト、Ｓ…シリコン、Ｗ…積層ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006093495.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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