(57)【要約】【課題】レジスト塗布後のプリベークによるレジストの孔の深さ方向への入り込みを抑制できて、メッキ形成不良を抑制できる熱処理装置および熱処理方法を提供することにある。【解決手段】孔の開口を有する基板４の表面上に感光性のレジスト膜７が形成された薄膜付基板１５のレジスト膜７が、基板４よりも鉛直方向の下方に位置している薄膜下方状態で、レジスト膜７の基板４側とは反対側の表面に間隔をおいて位置しているアーム１で、薄膜付基板１５を保持する。この状態で、ベーク板１１で、レジスト膜７の上記表面を加熱または冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に孔を有する基板の上記表面上に感光性レジスト膜を含む薄膜が形成された薄膜付基板を、上記薄膜が上記基板よりも鉛直方向上方に位置している薄膜上方状態から、上記薄膜が上記基板よりも鉛直方向下方に位置する薄膜下方状態に反転させる反転機構と、
上記薄膜の上記基板側とは反対側の表面に対して間隔をおいて位置すると共に、上記薄膜付基板を上記薄膜下方状態で保持する保持機構と、
上記保持機構によって保持されている上記薄膜付基板の上記薄膜の上記表面を熱処理する熱処理機構と
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理装置において、
上記保持機構は、上記基板の裏面を真空吸着する吸着部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱処理装置において、
上記薄膜付基板は、上記基板の上記表面が外部に露出している露出部を有し、
上記保持機構は、ホルダーまたはピンを備え、
上記ホルダーまたはピンは、上記露出部を支持することにより、上記薄膜付基板を保持することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の熱処理装置において、
上記熱処理機構は、上記薄膜をプリベークまたは露光後ベークすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
表面に孔を有する基板の上記表面上に感光性レジスト膜を含む薄膜を形成して薄膜付基板を形成し、
上記薄膜付基板を、上記薄膜が上記基板よりも鉛直方向の下方に位置している薄膜下方状態にし、
上記薄膜付基板が上記薄膜下方状態になっている状態で、上記薄膜付基板における上記薄膜の上記基板側とは反対側の表面に間隔をおいた部分を保持機構で保持することにより、上記薄膜付基板を保持し、
上記薄膜付基板が上記保持機構で保持されている状態で、上記レジスト膜の上記表面に熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の熱処理方法において、
上記熱処理は、プリベークまたは露光後ベークであることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置および熱処理方法に関し、特に、感光性レジスト膜等の塗布膜が表面に形成された半導体ウエハ等の基板を熱処理する際に用いると好適な熱処理装置および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ますます半導体装置の小型化・薄膜化の要求が高まっている。さらに、複数の半導体装置を積層することで実装密度を高める手法が広く行なわれるようになってきている。このような要求に応えるものとして、半導体装置の表面に形成された電極パッドから、半導体ウエハを貫通し、半導体装置裏面にまで接続された貫通電極の形成技術が注目されている。
【０００３】
例えば、特開２００６−１００４３５号公報では、半導体基板の裏面から半導体基板表面に形成された電極まで達する貫通孔を形成している。そして、電極裏面を除いた半導体基板の裏面及び貫通孔内壁を絶縁膜で覆った後、半導体基板の裏面及び貫通孔内壁にかけて導電層となるシードメタル層及びメッキ層を形成して、貫通電極の機能を獲得している。
【０００４】
上記貫通孔及び導電層のパターン形成には、フォトリソグラフィが使用されている。以下、導電層形成におけるフォトリソグラフィ工程について説明する。
【０００５】
先ず、半導体基板の裏面及び貫通孔内壁に、電解メッキ用のシードメタル層を、スパッタまたはＣＶＤにより形成する。次に、半導体基板の裏面へ感光性レジストを塗布する。その後、熱処理であるプリベークを行い、レジスト塗布膜中の溶剤を揮発させ、後の露光工程におけるＵＶ光に対する光化学反応効率を向上させるようにする。
【０００６】
次に、ＵＶ光を用いてレジスト膜へ回路パターンを露光し、この露光パターンを現像処理することで、レジスト膜に回路パターンを形成する。その後、メッキ処理を行って、レジスト膜が存在しない領域に、メッキ層による回路パターンを形成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１００４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体基板の裏面及び貫通孔内壁にメッキ層を形成する際には、不要な部分にメッキが付着するのを防ぐため、上記不要な部分に、レジストを塗布する必要がある。
【０００９】
ここで、従来のスピン塗布による手法では、本来レジストがあってはならない貫通孔内部へレジストが入り込んでしまい、他の部分よりもレジスト膜厚が厚くなることがある。そして、レジスト膜が厚くなることにより、露光時に必要なエネルギーが得られず、現像後に貫通孔内壁へレジストが残留してしまうことがある。
【００１０】
そして、この状態でメッキ処理を行うと、貫通孔内壁のレジストが残留している部分に、メッキ膜が形成されず、そのレジストが残留している部分に導通不良が発生するという問題がある。
【００１１】
ここで、上記導通不良の問題を回避できる方法としては、特開２００４−３１６１８号公報に記載されている方法がある。
【００１２】
この方法は、図４に示す塗布装置を用いて、レジストのスピン塗布を、加圧雰囲気で行い、レジスト塗布後、レジスト膜が硬化する前に、上記加圧雰囲気の圧力を、大気圧またはそれ以下に減圧するようになっている。
【００１３】
尚、図４において、２０１は、圧力容器であり、２０２は、加圧管であり、２０３は、減圧管であり、２０４は、基板である。また、２０５は、基板チャックであり、２０６は、ノズルであり、２０７は、レジストであり、２０８は、シール材であり、２０９は、排気管である。
【００１４】
また、この方法によりレジスト膜を形成した場合、雰囲気の減圧の際に、半導体基板の貫通孔の中の空気（またはガス）が膨張して、その膨張した気体によって、貫通孔に入り込んでいたレジストが、貫通孔外に押し出される。このようにして、現像後のレジスト残りの発生を抑制して、メッキ膜の形成不良に起因する導通不良を抑制している。
【００１５】
しかしながら、実際のフォトリソグラフィにおいては、レジスト塗布後に溶剤脱離を目的としたプリベークと呼ばれる熱処理が不可欠であり、このプリベークにより、レジスト自体の軟化が発生する。
【００１６】
詳しくは、レジスト塗布後かつプリベーク前においては、レジストの形状は、図５Ａに示すように、貫通孔の入口付近にしか、入り込んでいない。
【００１７】
しかしながら、図６に示す従来のベーク装置、すなわち、ベーク板２１１の爪部２１２に、薄膜付基板２１５の基板２０４を載置して、基板２０４を介してレジスト膜２０７を加熱する装置で、溶剤の離脱を行った場合、レジスト膜２０７の軟化が発生して、レジスト膜２０７が、重力の影響により、図５Ｂに示すように、貫通孔のより深い箇所へ入り込む。
【００１８】
そして、この状態で、すなわち、レジスト膜２０７が貫通孔のより深い箇所へ入り込んだ状況で、露光及び現像を行なった場合、図５Ｃに示すように、貫通孔（ホール）内のレジスト膜２０７を完全に除去することができず、このため十分なメッキ形成が行えなくて、導通不良が発生する。
【００１９】
そこで、本発明の課題は、レジスト塗布後のプリベークによるレジストの孔の深さ方向への入り込みを抑制できて、メッキ形成不良を抑制できる熱処理装置を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の課題は、レジスト塗布後のプリベークによるレジストの孔の深さ方向への入り込みを抑制できて、メッキ形成不良を抑制できる熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、この発明の熱処理装置は、
表面に孔を有する基板の上記表面上に感光性レジスト膜を含む薄膜が形成された薄膜付基板を、上記薄膜が上記基板よりも鉛直方向上方に位置している薄膜上方状態から、上記薄膜が上記基板よりも鉛直方向下方に位置する薄膜下方状態に反転させる反転機構と、
上記薄膜の上記基板側とは反対側の表面に対して間隔をおいて位置すると共に、上記薄膜付基板を上記薄膜下方状態で保持する保持機構と、
上記保持機構によって保持されている上記薄膜付基板の上記薄膜の上記表面を熱処理する熱処理機構と
を備えることを特徴としている。
【００２２】
上記薄膜は、レジスト膜のみからなっていても良い。
【００２３】
また、上記孔は、基板を貫通していても、していなくても、どちらでも良い。
【００２４】
また、熱処理には、例えば、加熱が含まれ、また、加熱と、その加熱の後に行う放熱による冷却とからなる熱処理が含まれる。
【００２５】
本発明によれば、薄膜が熱処理される状態において、上記薄膜が、基板よりも鉛直方向下方に位置しているから、プリベーク等の熱処理によって、レジスト膜が軟化したとしても、レジスト膜が、上記孔をその深さ方向に入り込むことがないのは勿論のこと、孔の開口付近に存在するレジストが重力によって孔外に移動し易くなる。したがって、孔内にレジストが残留することを抑制できるから、メッキ形成不良を抑制できて、導通不良を抑制できる。
【００２６】
また、一実施形態では、
上記保持機構は、上記基板の裏面を真空吸着する吸着部を有している。
【００２７】
上記実施形態によれば、上記保持機構が、上記基板の裏面を真空吸着する吸着部を有しているから、上記薄膜付基板が薄膜下方状態で、上記薄膜付基板を、容易かつ安定的に支持することができる。
【００２８】
また、一実施形態では、
上記薄膜付基板は、上記基板の上記表面が外部に露出している露出部を有し、
上記保持機構は、ホルダーまたはピンを備え、
上記ホルダーまたはピンは、上記露出部を支持することにより、上記薄膜付基板を保持する。
【００２９】
上記実施形態によれば、上記ホルダーまたはピンが、上記基板の露出部を支持しているから、上記薄膜付基板を移動不可に安定的に保持できる。
【００３０】
また、上記実施形態によれば、上記保持機構が、上記基板を保持するから、上記レジスト膜が、熱処理を受けて軟化した場合において、上記レジスト膜の変形を抑制できる。保持機構が、レジスト膜を保持する場合、レジスト膜が軟化した場合に、レジスト膜が変形する可能性があるからである。
【００３１】
また、一実施形態では、
上記熱処理機構は、上記薄膜をプリベークまたは露光後ベークする。
【００３２】
上記実施形態によれば、薄膜をプリベークする場合、レジスト膜中の溶剤を揮発させ、後の露光におけるＵＶ光に対する光化学反応効率を向上させることができると共に、メッキ形成不良を防止できて、導通不良が起こること確実に防止できる。また、露光後ベークする場合、現像により溶解した部分に、半導体薄膜層を露出させることができる一方、非露光部で溶解しなかった部分にレジストを残存させて、所望のレジストパターンを形成できる。
【００３３】
また、本発明の熱処理方法は、
表面に孔を有する基板の上記表面上に感光性レジスト膜を含む薄膜を形成して薄膜付基板を形成し、
上記薄膜付基板を、上記薄膜が上記基板よりも鉛直方向の下方に位置している薄膜下方状態にし、
上記薄膜付基板が上記薄膜下方状態になっている状態で、上記薄膜付基板における上記薄膜の上記基板側とは反対側の表面に間隔をおいた部分を保持機構で保持することにより、上記薄膜付基板を保持し、
上記薄膜付基板が上記保持機構で保持されている状態で、上記レジスト膜の上記表面に熱処理を施すことを特徴としている。
【００３４】
本発明によれば、上記薄膜下方状態で、薄膜を熱処理するから、レジスト膜が熱処理によって軟化していたとしても、レジストが基板に設けられた孔に入り込むことがない。したがって、レジストの孔内への残留を確実に防止できるから、レジストが孔内に残留することに起因する導通不良を抑制することができる。
【００３５】
また、一実施形態では、
上記熱処理は、プリベークまたは露光後ベークである。
【００３６】
上記実施形態によれば、熱処理が、プリベークである場合、レジスト膜中の溶剤を揮発させ、後の露光におけるＵＶ光に対する光化学反応効率を向上させることができると共に、メッキ形成不良を防止できて、導通不良が起こること確実に防止できる。また、熱処理が、露光後ベークである場合、所望のレジストパターンを形成できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の熱処理装置および熱処理方法によれば、孔にメッキ配線を形成する場合において、熱処理時にレジスト膜が軟化したとしても、レジストの孔への入り込みを抑制できて、メッキ膜の断線を抑制することができる。
【００３８】
また、本発明の熱処理装置および熱処理方法によれば、露光前かつ塗布時に、ホール肩部へ若干入り込んだレジストを、重力によって、レジスト軟化時に孔外へ移動させることができるから、配線導通特性を良好なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態の熱処理装置を水平方向から見た模式図である。
【図２Ａ】レジスト塗布後の半導体基板の貫通孔付近の様子を示す図である。
【図２Ｂ】熱処理後の貫通孔付近の様子を示す模式図である。
【図２Ｃ】レジストに回路パターンが形成された際の、穴部を示す断面図である。
【図３】他の実施形態の熱処理装置の保持機構および熱処理機構を示す模式図である。
【図４】従来のレジスト塗布装置を示す模式図である。
【図５Ａ】従来のレジスト塗布後かつプリベーク前の半導体基板の貫通孔付近の様子を示す図である。
【図５Ｂ】従来のプリベーク後の半導体基板の貫通孔付近の様子を示す図である。
【図５Ｃ】従来の露光及び現像を行なった後の半導体基板の貫通孔付近の様子を示す図である。
【図６】従来のプリベーク装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００４１】
尚、以下、発明を実施するための形態で、例えば、水平方向や、鉛直方向、上面、下面、側面等の方向を表す文言を使用した場合、それは、熱処理装置が、使用される状態に配置されている状態における方向を指すものとする。
【００４２】
図１は、本発明の第１実施形態の熱処理装置を水平方向から見た模式図である。
【００４３】
図１に示すように、この熱処理装置は、アーム１と、熱処理機構の一例としてのベーク板１１とを備え、アーム１は、吸着部の一例としての基板チャック１３を有する。上記アーム１は、鉛直方向に延在する軸２７を有し、この軸２７は、昇降機構２０で昇降できるようになっている。また、上記アーム１は、水平方向に延在する回転軸２４につながっている。反転機構を構成するモータ２１によって、回転軸２４を回転することにより、軸２７の上下方向を逆にできるようになっている。また、回転軸２４は、水平方向移動機構２９により、水平方向に移動できるようになっている。
【００４４】
この熱処理装置は、半導体装置の製造過程で以下のように使用されるようになっている。
【００４５】
先ず、貫通孔を有する半導体基板を用意する。そして、その半導体基板の裏面及び貫通孔の内壁にかけて電解メッキ用のシードメタル層を、スパッタまたはＣＶＤにより形成する。次に、上記半導体基板の裏面へ感光性レジストを、５〜３０μｍ程度の膜厚で塗布する。
【００４６】
図２Ａは、レジスト塗布後の半導体基板４の貫通孔付近の様子を示す図である。図２Ａに示すように、レジストの塗布後においては、貫通孔内の肩部に若干のレジスト入り込みが発生する。
【００４７】
次に、熱処理であるプリベークを行う。このプリベークによって、レジスト塗布膜中の溶剤を揮発させ、後の、露光工程におけるＵＶ光（紫外線光）に対する光化学反応効率を向上させるようにする。尚、この時の温度は、６０〜２００℃程度である。
【００４８】
このプリベークは、図１に示すように、孔の開口を有する基板４の表面上に感光性を有するレジスト膜７が形成された薄膜付基板１５が、レジスト膜７が基板４の鉛直方向下方に位置している薄膜下方状態で行う。尚、この実施形態では、上記レジスト膜７のみが、薄膜を構成している。
【００４９】
上記薄膜付基板１５は、上記熱処理装置で、次のように薄膜下方状態にされるようになっている。
【００５０】
すなわち、上記基板４の表面にレジストを塗布した直後には、薄膜付基板１５は、レジスト膜７が基板４の鉛直方向の上方に位置する薄膜上方状態になっている。
【００５１】
この状態から、基板４のレジスト膜７側とは反対側の裏面を、アーム１の基板チャック１３で真空吸着によって固定する。そして、アーム１を、薄膜付基板１５が他の部位に接触しない場所まで周知の昇降機構２０で上昇させた後、モータ２１によって回転軸２４を回転することによって、アーム１の軸２７の上下方向をひっくりかえして、薄膜付基板１５を薄膜上方状態から薄膜下方状態にする。
【００５２】
その後、薄膜付基板１５を、昇降機構２０によって下降させると共に、水平方向移動機構２９により回転軸２４を適宜水平方向に移動させることにより、薄膜下方状態になっている薄膜付基板１５を、レジスト膜７をプリベークする位置まで移動させる。尚、薄膜上方状態で、鉛直方向の上方を向いていた基板チャック１３の吸着口は、薄膜下方状態では、鉛直方向の下方に向いている。
【００５３】
上記アーム１、昇降機構２０、モータ２１、回転軸２４、水平方向移動機構２９、および、基板チャック１３は、反転機構を構成している。
【００５４】
図１に示すように、上記アーム１は、プリベークを行っている際、レジスト膜７の基板４側とは反対側の表面に対して間隔をおいて位置している。また、上記アーム１および基板チャック１３は、薄膜付基板１５を、上記薄膜下方状態に保持している。上記アーム１および基板チャック１３は、保持機構を構成している。
【００５５】
また、図１に示すように、プリベークを行っている際、熱処理機構の一例としてのベーク板１１が、レジスト膜７よりも鉛直方向の下方に位置している。そして、上記ベーク板１１の加熱面と、レジスト膜７の基板４側とは反対側の表面とを、鉛直方向に対向させて、レジスト膜７の上記表面を加熱している。
【００５６】
図２Ｂは、熱処理後の基板４の貫通孔付近の様子を示す模式図である。
【００５７】
図２Ｂに示すように、プリベーク後においては、図２Ａに示すプリベーク前と比較して、レジスト７が、貫通孔の開口側に移動している。これは、本発明によれば、上記レジスト７が基板４の鉛直方向下方に位置している状態で、レジスト７の熱処理を行うから、レジストが熱処理で軟化した場合に、レジスト７が重力の作用によって鉛直方向下方に移動することになるからである。そして、肩部に入り込んでいたレジスト７が、貫通孔から外部の方に移動するからである。
【００５８】
したがって、本実施形態の熱処理装置を用いて熱処理を行えば、貫通孔内へレジスト膜７が残留することを抑制できるだけではなく、レジスト膜７を貫通孔から積極的に排除できる。したがって、レジスト膜７の貫通穴内への残留に起因するメッキ形成不良を抑制できて、導通不良を抑制することができる。
【００５９】
再度、半導体装置の製造に話を戻して、プリベーク後、ＵＶ光を用いてレジスト膜７へ回路パターンを露光する。この露光パターンを現像処理することで、レジスト膜に回路パターンを形成する。
【００６０】
図２Ｃは、レジスト膜７に回路パターンが形成された際の、孔部の周辺部を示す断面図である。
【００６１】
図２Ｃに示すように、本実施形態の熱処理装置を用いて熱処理を行った場合、従来例を示す図５Ｃと異なり、孔部にレジスト膜７が一切残存しないようにすることができる。したがって、その後、メッキ処理を行うことで、レジスト膜が存在しない領域に、メッキ層による回路パターンを形成することができる。
【００６２】
尚、上記実施形態では、熱処理装置を、プリベークに用いたが、この発明では、熱処理装置を、露光後ベークに用いても良い。また、この発明では、熱処理装置を、加熱でなくて、冷却に用いても良い。
【００６３】
また、本発明では、保持機構は、上記実施形態のようにアーム１でなくても良い。
【００６４】
図３は、他の実施形態の熱処理装置の保持機構および熱処理機構を示す模式図である。
【００６５】
この熱処理装置は、上記実施形態と同様の反転機構で、薄膜付基板１１５を反転させた後、反転した状態の薄膜付基板１１５を、熱処理工程が行われる位置に位置させるようになっている。熱処理工程が行われる位置には、保持機構の一例としての基板支持チャック１１４が配置されている。この基板支持チャック１１４は、薄膜下方状態になっている薄膜付基板１１５を保持するようになっている。
【００６６】
詳しくは、図３に示すように、上記基板支持チャック１１４は、水平方向に突出するホルダー１３０を有し、ホルダー１３０の上面は、平面になっている。そして、このホルダー１３０の上面で、基板１０４のレジスト膜１０７側の表面の縁部を、支えると共に、ホルダー１３０の水平方向の端面で、レジスト膜１０７の側面を移動不可にするようになっている。このようにして、薄膜付基板１１５を、３次元的に移動不可にして、熱処理機構をなすベーク板１１１で熱処理するようになっている。
【００６７】
尚、この実施形態では、保持機構が、基板支持チャック１１４であったが、この発明では、保持機構は、図６に２１２で示すベーク板２１１の上面から突出するピンであっても良い。そして、このピン２１２で、基板において、レジストが形成されていない縁部を、支えるようにしても良い。
【００６８】
また、この発明では、薄膜付基板の吸着は、真空吸着でなくて、電磁気力を使用した吸着であっても良い。また、熱処理機構は、ヒータ等、物体を少なくとも加熱できる機構であれば、如何なる機構であっても良い。
【００６９】
また、上記実施形態では、薄膜を、感光性レジスト膜のみで形成したが、この発明では、薄膜を、感光性レジスト膜と有機反射防止膜とで構成しても良い。このように、薄膜を、感光性レジスト膜を含む複数の膜で構成しても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１  アーム
４,１０４  基板
７,１０７  レジスト膜
１１,１１１  ベーク板
１３  基板チャック
１５,１１５  薄膜付基板
１１４  基板支持チャック
１３０  ホルダー
２１２  ピン
【図１】
2011044644.tif 000003
【図２Ａ】
2011044644.tif 000004
【図２Ｂ】
2011044644.tif 000005
【図２Ｃ】
2011044644.tif 000006
【図３】
2011044644.tif 000007
【図４】
2011044644.tif 000008
【図５Ａ】
2011044644.tif 000009
【図５Ｂ】
2011044644.tif 000010
【図５Ｃ】
2011044644.tif 000011
【図６】
2011044644.tif 000012