(57)【要約】【課題】薄いシリコンウエハを確実に搬送し、パターン寸法の面内バラツキが小さな有機膜をシリコンウエハ上に形成できる半導体装置の製造方法および製造装置を提供すること。【解決手段】シリコンウエハ２１を可動熱板１に固定しながら加熱することで、搬送トレイ１１にシリコンウエハ２１を位置ズレを起こさずに確実に移すことができるので、シリコンウエハ２１の搬送を確実に行うことができる。また、可動熱板１と固定熱板２でシリコンウエハ２１上に形成した有機膜２２を加熱するので面内の温度分布を均一にすることができて、有機膜のパターン寸法の面内バラツキを小さくすることができる。【選択図】        図１
2004363387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の有機膜を塗布した半導体ウエハを熱板に固定し、該液状の有機膜を加熱・固化する工程と、前記熱板に固定した状態で前記半導体ウエハを運搬用支持体のある位置まで移動させ、前記半導体ウエハを前記熱板から前記搬送用支持体に直接移し変えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体ウエハ上面に液状の有機膜を塗布する工程と、該半導体ウエハを運搬用支持体に載せて搬送する工程と、外周部熱板が固定され、中央部熱板が上下可動する熱板上に該中央部熱板と中心が一致するように前記運搬用支持体を配置する工程と、中央部熱板を上方へ移動させ、前記半導体ウエハ下面の中央部に該中央部熱板を接触させ、該中央部熱板に形成された吸着孔を介して前記半導体ウエハを吸着固定する工程と、前記運搬用支持体を前記半導体ウエハから離し、該半導体ウエハに接触しない位置まで該運搬用支持体を移動させる工程と、前記中央部熱板を下方へ移動させ、前記外周部熱板と表面高さを一致させ、該外周部熱板に形成された吸着孔を介して前記半導体ウエハの外周部を吸着固定する工程と、該外周部熱板と前記中央部熱板で前記半導体ウエハ上面に塗布された半液状の有機膜を固化させる工程と、前記中央部熱板を再び上昇させ、固化した有機膜が被覆した前記半導体ウエハの下面に前記運搬用支持体を接触させる工程と、前記半導体ウエハの前記中央部熱板に形成された吸着孔を介しての吸着を停止させ、前記中央部熱板を下方へ移動させる工程と、前記運搬用支持体を移動させ、前記半導体ウエハを次へ送る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体ウエハの厚みが、３０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
温度の異なる前記熱板が配置され、前記半導体ウエハを温度の低い第１熱板から高い第２熱板へ、該高い第２熱板から低い第３熱板へ順次移動させて、液状の有機膜を固化することを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体ウエハを運搬する運搬用支持体と、外周部熱板が固定され、中央部熱板が上下可動する熱板とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記外周部熱板と前記中央部熱板に半導体ウエハを吸着・固定する吸着孔が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記熱板が複数個配置され、それぞれ温度が異なることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種ＩＣ（集積回路）やセンサおよびＩＧＢＴなどの半導体素子の製造方法と製造装置に関し、特に、半導体チップ（以下、単にチップという）上に被覆する有機膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電吸着ステージを有するドライエッチング装置において、エッチング処理室内の静電吸着ステージに吸着されたウエハの外周部にウエハガイドを設け、このウエハガイドをエッチング処理中の静電吸着ステージ内に配置し、エッチング処理終了後のウエハを静電吸着ステージから脱離する前にウエハガイドを上昇させてウエハの外周部に当接させ、ウエハの周縁をガイドすることで、ウエハが静電吸着ステージを脱離する際に生じるウエハの位置ズレを防止することが知られている（例えば、特許文献１など）。
【０００３】
ポリイミドに代表される液状コーティング材は電気絶縁性、耐熱性に優れているためにＩＣやセンサなどの各種半導体素子に利用されている。
このコーティング材は、チップ形成後、モールド樹脂の応力緩和、耐湿性向上および表面保護等々の目的で用いられ、チップのメタル配線が形成されたのち最終段階で成膜される。ポリイミドは有機溶剤に溶解された状態のものを、基材となる材料にスピンコート（基材を所定の回転数で回しながら塗布する方法）により塗布される。チップ表面にはアルミニウムを主成分とした金属膜が形成されていて、この部分から外部に回路信号のやり取りをする。
【０００４】
そのため、金属膜の上面にポリイミドがあると電気的に絶縁されて、回路信号のやり取りができないため、この金属膜上のポリイミドを開口するパターニングと呼ばれる作業を行う。通常、この作業はスピンコートでポリイミドを塗布した後、ポリイミドの現像速度を調整し安定化するため、１００℃〜２００℃程度で基材（シリコンウエハ）下部を低温加熱し、ポリミイドを溶解した有機溶剤の除去とある程度の反応を進展させる。通常、この熱処理は、温度の異なった熱板を２個から３個用意して、これらの熱板を移動させることで行う。
この後、さらにポリイミド塗布面上に同じくスピンコートによりレジストを塗布し、熱板上での加熱をしてレジストを硬化させ、その後のパターンニングするために紫外線による露光、アルカリ系水溶液による現像そして有機溶剤によるレジスト除去工程が行われる。
【０００５】
近年、オン特性やスイッチング特性に優れたより高性能な縦型ＩＧＢＴのチップを開発する必要性から、基材であるシリコンウエハの厚みを薄くする試みがなされている。
これは、チップの損失を低減することで、ＩＣカード用パッケージへチップを収納できるようにするためであり、シリコンチップの厚さは３０μｍから２００μｍ程度ときわめて薄くすることが求められている。厚いシリコンウエハ上にポリイミドをパターニング成膜したあと、シリコンウエハの裏面を薄くすると、そのポリイミドのパターンによって形成されたシリコンウエハ上の段差が、そのままシリコンウエハの裏面に反映して、シリコンウエハの厚さが不均一になってしまう。
【０００６】
そのため、上記のポリイミドの塗布から始まるパターニング工程を、シリコンウエハを薄くした後で行う必要性がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１７２０７５号公報  図１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、薄いシリコンウエハに、ポリイミドをパターニングするには、ポリイミド塗布、加熱硬化、露光、現像の各工程においてのシリコンウエハに割れが発生しない取り扱いが重要になる。特に、薄いシリコンウエハにポリイミドなどの有機系の材料を塗布し、溶剤を除去する等のため加熱処理すると、その熱膨張係数差（有機膜が５〜１０倍大きい）でシリコンウエハが反る。その反り量は、シリコンウエハの厚さや有機膜のパターン構造に依存するが、シリコンウエハの厚みが６０μｍ程度で直径が６インチの場合は、１ｃｍ〜２ｃｍにも及ぶ。
【０００９】
また、シリコンウエハには結晶方位が存在し、その方位に反りの方向が依存して概ね２方向あり（例えば、オリエンテーションフラット（通称、ＯＦと言われるもの））に対して４５度の２方向）、搬送時に、どちら方向に反るかは、予測できない。さらに、シリコンウエハの周囲を支持した場合は、シリコンウエハの自重により、中心が下方に沈むように撓（たわ）んで、搬送が困難となる。
このように、反ったり、撓んだりしているシリコンウエハを、通常用いているシリコンウエハ搬送システムで搬送すると、シリコンウエハの搬送治具への吸着不良、シリコンウエハの位置だし精度の悪化、搬送装置の部品との異常接触によるシリコンウエハの割れの発生等のため、そのまま流用することは出来ない。
【００１０】
通常のシリコンウエハ厚（約３００〜７００μｍ）での搬送方法の現在の主流は、ロボットハンドによる搬送で、多段に縦積み設置された熱板間をロボットハンドにより設置、取りだしを行う方法である。しかしながら、数ｃｍと大きな反りで、６０μｍ程度と薄いシリコンウエハの場合は、反りと軽さから搬送時にロボットの動き自体でシリコンウエハが浮き上がり落下するなど、その搬送は困難を極める。
従って、前記の搬送の方法は適用できず別な方法が必要となる。その方法は、以前に多くの装置で採用されていたシリコンウエハを詰めたカセットから爪の付いた搬送トレイ（ロボットアームのシリコンウエハを載せる箇所）で、ある一方向にのみ搬送し、仕掛かり前カセット、塗布部、加熱するための熱板、冷却板そして収納用カセットが直線上に配列され、その上を、シリコンウエハが搬送されていく方法である。爪の付いた搬送トレイで搬送する理由は、搬送トレイとシリコンウエハの接触を出来るだけ少なくし、汚れが付着するのを防ぐためとシリコンウエハに傷がつくのを防ぐためである。
【００１１】
しかしながら、この方法でも、反りが大きくなると、搬送途中で位置がずれ、搬送トレイに付いた爪に乗らずシリコンウエハが途中落下することがあった。この搬送方法で熱板による熱処理工程は次のように行われる。
図５は、従来の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。ここでは、熱板による熱処理工程を示す。以下で説明する３本のピン５１の配置は断面図であるため便宜的に一直線に並べたが、平面図の方向から見ると実際は正三角形の頂点に位置している。
まず、熱板５２を所定の温度に昇温する（同図（ａ））。
【００１２】
つぎに、搬送トレイ６１に乗せ、液状の有機膜７２（液状のポリイミド膜など）を被覆したシリコンウエハ７１を熱板５２上方に搬送する（同図（ｂ））。
つぎに、熱板５２にはシリコンウエハ７１を持ち上げるピン５１があり、このピン５１が固定している支持台５３を上方に移動させることで、ピン５１が上方に突き出して、シリコンウエハ７１を持ち上げる。その状態で搬送トレイ６１はシリコンウエハ７１とぶつからないように横方向に移動する（同図（ｃ））。
つぎに、搬送トレイ６１が移動後、ピン５１が下がりシリコンウエハ７１が熱板５２上に接触すると同時に熱板５２に設置した吸着孔５７から吸着配管５５を通して空気を吸い込みシリコンウエハ７１を固定し、一定時間保持して、液状の有機膜７２を被覆したシリコンウエハ７１を加熱して液状の有機膜７２を半固化状態にする（同図（ｄ））。
【００１３】
つぎに、吸着を切り、ピン５１を上昇させることにより持ち上げる。そのシリコンウエハ７１を搬送する搬送トレイ６１がシリコンウエハ７１と熱板５２の間に入り込む（同図（ｅ））。
つぎに、ピン５１が下がりシリコンウエハ７１を搬送トレイ６１上に乗せる（同図（ｆ））。
つぎに、図示しないが、搬送トレイ６１を移動させて、シリコンウエハ７１をさらに高温の別の熱板へ搬送して、半固化状態の有機膜を完全に固化する。
前記の高温の熱板５２からシリコンウエハ７１が離れる時、有機膜７２とシリコンウエハ７１の熱膨張係数差でシリコンウエハ７１が反ってしまう。シリコンウエハ７１が６０μｍ程度と薄い場合には、この反りが進行する速度は極めて速く、熱板５２から離れてからすぐに始まり、ピン６１で押し上げられていく間にも進み、ロボットアームに接続している搬送トレイ６１が定位置に来るときには、反りはほぼ終了している。この間わずか数秒である。
【００１４】
このようにシリコンウエハ７１が上方へ移動している最中に反りが進行するため、ピン５１上で上げている間、シリコンウエハ７１の姿勢が不安定になり、ピン５１から滑り落ちたり、搬送トレイ６１の爪６２の位置がずれたりする。特に通常使用される３本ピンの場合は保持する箇所が少ないので顕著となる。先に記載したように、通常、搬送トレイ６１の爪６２は、シリコンウエハ７１に形成されたチップ領域にダメージを与えないように、シリコンウエハ７１の外周部のみに接触するように出来ている。そのため、位置がずれた状態で搬送トレイ６１にシリコンウエハ７１を乗せようとすると、シリコンウエハ７１の外周部に搬送トレイ６１の爪６２が引っかからなくなり、その時シリコンウエハ７１は落下することになる。
【００１５】
また、ピン５１に吸着機構を着けても、吸着孔の大きさは大きくできないので、反りの大きなシリコンウエハ７１を吸引することは困難である。
また、直径が数ｍｍ程度の細いピン５１を一定の温度に加熱することは難しく、ピン５１が接触する部分の温度は熱板５２に接する部分に比べて低くなる。そのため、ピン５１が接触する部分のシリコンウエハ７１の表面温度が下がり、この箇所でのポリイミド等の有機膜７２の温度が低下することになる。
この温度低下により、ポリイミド等の有機膜７２の現像速度（パターン形成するための現像速度）が上昇し、また、ポリイミド等の有機膜７２とパターン形成のためにこの有機膜７２上に被覆するレジスト膜との密着性が不足する。そのため、有機膜７２の横方向のエッチング速度が速くなり、温度低下した部分のポリイミド等の有機膜７２の仕上がり寸法は大きくなり、ポリイミド等の有機膜７２のパターン寸法が面内でバラツキを生じる。
【００１６】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、薄いシリコンウエハを確実に搬送し、パターン寸法の面内バラツキが小さな有機膜をシリコンウエハ上に形成できる半導体装置の製造方法および製造装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、液状の有機膜を塗布した半導体ウエハを熱板に固定し、該液状の有機膜を加熱・固化する工程と、前記熱板に固定した状態で前記半導体ウエハを運搬用支持体のある位置まで移動させ、前記半導体ウエハを前記熱板から前記搬送用支持体に直接移し変える製造方法とする。
また、半導体ウエハ上面に液状の有機膜を塗布する工程と、該半導体ウエハを運搬用支持体に載せて搬送する工程と、外周部熱板が固定され、中央部熱板が上下可動する熱板上に該中央部熱板と中心が一致するように前記運搬用支持体を配置する工程と、中央部熱板を上方へ移動させ、前記半導体ウエハ下面の中央部に該中央部熱板を接触させ、該中央部熱板に形成された吸着孔を介して前記半導体ウエハを吸着固定する工程と、前記運搬用支持体を前記半導体ウエハから離し、該半導体ウエハに接触しない位置まで該運搬用支持体を移動させる工程と、前記中央部熱板を下方へ移動させ、前記外周部熱板と表面高さを一致させ、該外周部熱板に形成された吸着孔を介して前記半導体ウエハの外周部を吸着固定する工程と、該外周部熱板と前記中央部熱板で前記半導体ウエハ上面に塗布された半液状の有機膜を固化させる工程と、該前記中央部熱板を再び上昇させ、固化した有機膜が被覆した前記半導体ウエハの下面に前記運搬用支持体を接触させる工程と、前記半導体ウエハの前記中央部熱板に形成された吸着孔を介しての吸着を停止させ、前記中央部熱板を下方へ移動させる工程と、前記運搬用支持体を移動させ、前記半導体ウエハを次へ送る工程とを有する製造方法とする。  また、前記半導体ウエハの厚みが、３０μｍ〜２００μｍであるとよい。
【００１８】
また、温度の異なる前記熱板が配置され、前記半導体ウエハを温度の低い第１熱板から高い第２熱板へ、該高い第２熱板から低い第３熱板へ順次移動させて、液状の有機膜を固化するとよい。
また、半導体ウエハを運搬する運搬用支持体と、外周部熱板が固定され、中央部熱板が上下可動する熱板とを有する製造装置とする。
また、前記外周部熱板と前記中央部熱板に半導体ウエハを吸着・固定する吸着孔が形成されているとよい。
また、前記熱板が複数個配置され、それぞれ温度が異なるとよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法で、同図（ａ）から同図（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
後述する図４のように、熱板を３つ（Ａ、Ｂ、Ｃ）並べ、可動熱板１と固定熱板２の温度を同一にして、例えば、それぞれ１００℃（Ａ）、１５０℃（Ｂ）および２０℃（Ｃ）に設定する。ここでは左側の１００℃に設定した熱板（Ａ）を示す。尚、この設定温度はポリイミドの材質によって異なる。また、Ｂの熱板の設定温度を２００℃にして保持時間の短縮を図っても構わない。
【００２０】
まず、上下に移動する可動熱板１および固定熱板２を１００℃に昇温する（同図（ａ））。
つぎに、爪１２の付いた搬送トレイ１１に載せたシリコンウエハ２１を１００℃に加熱した可動熱板１上と固定熱板２上に搬送する。このシリコンウエハ２１上には搬送直前にスピンコートによりポリイミドやレジストなどの液状の有機膜２２を塗布しておく。このシリコンウエハ２１の直径は６インチで厚さは６０μｍである（同図（ｂ））。
つぎに、支持台３を上昇させることで、この支持台３に固定されている可動熱板１を上昇させ、この可動熱板１とシリコンウエハ２１を接触させ、可動熱板１に形成された吸引配管４を通して吸着孔６から空気を吸引して可動熱板１とシリコンウエハ２１を密着させる。その後、シリコンウエハ２１を搬送トレイ１１より上に押し上げる。その後、シリコンウエハ２１を押し上げたまま、搬送トレイ１１をシリコンウエハに接触しない位置まで移動させる（同図（ｃ））。
【００２１】
つぎに、可動熱板１を降下させて、シリコンウエハ２１を固定熱板２表面まで下げる。固定熱板２に形成された吸引配管５を通して吸着孔７から空気を吸引して、固定熱板２とシリコンウエハ２１を密着させて１２０秒間保持し、シリコンウエハ２１上に塗布された有機膜２２の温度を熱板１、２の温度まで昇温する（同図（ｄ））。
つぎに、固定熱板２にある吸着孔７の吸引を止め、その後、シリコンウエハ２１が密着した可動熱板１の吸着孔６からの吸引を継続したまま、上方に押し上げる。押し上がった状態で搬送トレイ１１をシリコンウエハ２１と固定熱板２の間に移動させ、搬送トレイ１１の爪１２をシリコンウエハ２１の下に配置する（同図（ｅ））。
【００２２】
つぎに、可動熱板１を下方に下げ、シリコンウエハ２１を搬送トレイ１１の爪１２上に載せ、吸着孔６からの空気の吸引を解除し、シリコンウエハ２１を可動熱板１から搬送トレイ１１の爪１２上に移動させる（同図（ｆ））。
つぎに、図示しないが、シリコンウエハ２１を爪１２に乗せたまま搬送トレイ１１は隣の１５０℃に設定した図４のＢの熱板上に移動し、同様の動作を繰り返す。次にシリコンウエハ２１自体を冷却するために２０℃に設定した図４のＣの熱板上に移動させ同様の動作をさせ、最後に搬送トレイ１１によりシリコンウエハ２１を図示しないカセットに収納する。
【００２３】
液状の有機膜２２を被覆した薄いシリコンウエハ２１を可動熱板１に固定して、加熱・冷却して有機膜２２を固化させ、シリコンウエハ２１を可動熱板１に固定したまま、搬送トレイ１１に移すために、シリコンウエハ２１が搬送トレイ１１の爪１２から外れて落下することがない。その結果、シリコンウエハ２１を確実に次工程へ搬送することができる。
また、直径が２０ｍｍ程度の可動熱板１と固定熱板２でシリコンウエハ２１を均一に加熱するため、シリコンウエハ２１上の有機膜２２の面内の温度分布が均一となり、精度のよいパターン寸法が得られる。
【００２４】
また、可動熱板１の大きさは、シリコンウエハの直径に合わせて任意に決めることができる。
尚、この発明が適用できるシリコンウエハ２１の厚みは３０μｍから２００μｍの範囲である。３０μｍ未満と薄い場合にはハンドリングが困難となり半導体素子の製造が困難となり、２００μｍを超える場合では、従来の製造方法でも半導体素子を製造することができる。また、この発明が適用できるシリコンウエハ２１の直径は６インチ以上である。
図２は、この発明の第２実施例の半導体装置の製造装置であり、同図（ａ）は熱板の要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。
【００２５】
熱板は昇降させることが可能な中央の可動熱板１（中央部熱板）と外周部が固定された固定熱板２（外周部熱板）とからなる。また、可動熱板１は支持台３に固定されており、この支持台３を上下させることで可動熱板１を上下させる。
この可動熱板１と固定熱板２はアルミニウムを削り出しで製作した。表面はシリコンウエハに傷を付けないようフッ素樹脂焼き付け処理を行い、シリコンウエハの直径が６インチの場合、可動熱板１の直径は２０ｍｍである。しかしこの大きさはシリコンウエハの大きさによって変えても構わない。また平面形状も円形でなく四角形などであっても構わない。
【００２６】
可動熱板１と固定熱板２にはシリコンウエハを吸着させるための吸着孔６，７がそれぞれ開口している。この吸着孔６、７の径はシリコンウエハの厚さによって決まり、例えば１００μｍ程度の厚さでは直径が１ｍｍ程度である。より薄い厚さの場合、この直径を５００μｍ程度に小さくしても構わない。この大きさも、シリコンウエハの大きさや厚みによって変えても構わない。この吸着孔６は可動熱板１に形成された吸着配管４と接続し、また吸着孔７は固定熱板２に形成された吸着配管５に接続する。この吸着配管４、５の入口は一緒になっており、バルブ操作で、吸着配管４、５を切り換える。
【００２７】
また、吸着孔６は可動熱板１には１個、固定熱板２には３個としたが、この数もシリコンウエハの厚みとそり具合によって増やすことがある。また、可動熱板１につながっている吸着配管５は可動熱板１の昇降に連動して動くように可撓性を有するウレタン樹脂配管とする。
こうした熱板を、後述する図４に示すように３つ直線的に並べ、それぞれ熱板の温度を１００℃、１５０℃および２０℃に設定する。
図３は、搬送トレイを上方から見たときの概略図である。シリコンウエハ２１の外周部を搬送トレイ１１の爪１２で支持できるように、搬送トレイ１１には４個の爪１２が付いている。また、搬送トレイ１１はロボットアームに接続している。
【００２８】
図４は、使用する熱板を並べた配置図である。直線上に３個の熱板（Ａ、Ｂ、Ｃ）が配置され、左から熱板の設定温度は１００℃（Ａ）、１５０℃（Ｂ）、２０℃（Ｃ）である。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、シリコンウエハを固定したまま、搬送トレイとの受渡しができるため、反りの大きいシリコンウエハでも確実に搬送することができる。
また、接触面積の大きい可動熱板でシリコンウエハを加熱し、また搬送トレイとの受渡しをするため、室温状態のピンでシリコンウエハの受渡しをする場合と比べて、シリコンウエハ上に形成された有機膜の面内の温度分布が均一となり、寸法精度のよいパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法を示す断面図で、（ａ）から（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【図２】この発明の第２実施例の半導体装置の製造装置を示す構成図であり、（ａ）は熱板の要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図
【図３】搬送トレイ上方から見たときの概略図
【図４】使用する熱板を並べた配置図
【図５】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図であり、（ａ）から（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図
【符号の説明】
１  可動熱板
２    固定熱板
３    支持台
４  吸着配管（可動熱板）
５  吸着配管（固定熱板）
６  吸着孔（可動熱板）
７  吸着孔（固定熱板）
１１  搬送トレイ
１２  爪
１３  ロボットアーム
２１  シリコンウエハ
２２  有機膜
【図１】
2004363387.tif 000003
【図２】
2004363387.tif 000004
【図３】
2004363387.tif 000005
【図４】
2004363387.tif 000006
【図５】
2004363387.tif 000007