(57)【要約】    【課題】    加熱と加圧により電極接合を行って積層型半導体装置を製造する場合、接合面の温度制御が重要になる。一般的には、接合面を均一に加熱することが必要であるが、加熱工程の途中では必ずしも均一温度分布が最適でないこともあり、必要に応じた温度分布を実現する加熱装置・加熱方法が求められている。    【解決手段】  発熱分布を有するカートリッジヒータを平行に配列して加熱層を形成し、加熱層中のカートリッジヒータの向きを変えて積層したカートリッジヒータを用いる。また、加熱方法として、加熱面に測温素子を配置して温度測定に基づいてヒータの発熱量制御を行う。    【選択図】図１
2007103225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カートリッジヒータ層を積層して構成される加熱装置であって、
加熱面に配置された測温素子を有し、
該カートリッジヒータ層はそれぞれ所定の抵抗値分布を有する複数のカートリッジヒータが平行に並べられた構成であり、
積層されるカートリッジヒータ層は互いに所定の角度だけ回転されている
ことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載された加熱装置であって、
前記カートリッジヒータは、端部の抵抗値と中央部の抵抗値が異なっているカートリッジヒータである
ことを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載された加熱装置であって、
前記カートリッジヒータ層は、抵抗値分布が均一なカートリッジヒータが並べられた構成であり、
周辺部に並べられたカートリッジヒータの抵抗値と中央部に並べられたカートリッジヒータの抵抗値が異なっている
ことを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された加熱装置であって、
積層数が２層であって前記所定の角度が９０度、又は積層数が３層であって前記所定の角度が１２０度である
ことを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
貼り合わせ３次元積層型半導体装置の製造装置であって、
請求項１乃至４のいずれかに記載された加熱装置及び積層されたウェハ積層体を加圧する加圧機構を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項６】
積層されたウェハ積層体を加熱する方法であって、
該ウェハ積層体を、請求項１乃至４のいずれか記載された加熱装置を介して保持し、
該加熱装置に通電して加熱する
ことを特徴とする加熱方法。
【請求項７】
請求項６記載の加熱する方法であって、
前記複数のカートリッジヒータの発熱量をそれぞれのカートリッジヒータ毎に制御する
ことを特徴とする加熱方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載された加熱方法であって、
加熱時間と共にウェハ積層体の温度分布を変化させ、最終的にウェハ積層体全面の温度分布が所定の温度分布になるように、前記カートリッジヒータの温度を制御する
ことを特徴とする加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層型半導体装置の製造方法に関するもので、特には高精細な半導体装置が形成されたウェハを積層接続する工程等に用いられる、位置合わせされたウェハの搬送技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年携帯型の電子機器、例えば携帯電話やノートパソコン、携帯型オーディオ機器、デジタルカメラの進歩が著しい。これに伴って、用いられる半導体装置に対してもチップ自体の性能向上に加え、チップの実装技術においても改良が求められ、特に、チップ実装面積の低減と半導体装置の高速駆動化の観点からの実装技術の改良が求められている。
【０００３】
チップ実装面積の低減のために、チップを積層することにより実装面積を増加させずに実装チップ量を増加させ、実効的な実装面積の低減をはかることが行われている。例えば、  特開２００１−２５７３０７、２００２−０５０７３５号、特開２０００−３４９２２８にはこのような技術が開示されている。第１のものは、チップとチップやチップと実装基板をワイヤによって接続するワイヤボンド方式によるものである。第２のものは、チップの裏面に設けられたマイクロバンプを介して、チップとチップやチップと実装基板を接続するフリップチップ方式によるものである。第３のものは、ワイヤボンド方式、フリップチップ方式の双方を用いて、チップとチップやチップと実装基板を接続するものである。
【０００４】
半導体装置の高速駆動化のためには、チップの厚さを薄くし、貫通電極を用いることにより実現する方法が有力である。例えば、厚さをミクロン単位にして実装する例が特開２０００−２０８７０２に示されている。
【０００５】
ワイヤボンド方式は半導体ベアチップの周囲にワイヤを張る。このため半導体ベアチップ自体の占有面積以上の大きな占有面積を必要とし、またワイヤは１本づつ張るので時間がかかる。これに対して、フリップチップ方式では半導体ベアチップの裏面に形成されたマイクロバンプにより接続するため、接続のための面積を特には必要とすることがなく、半導体ベアチップの実装に必要な面積は半導体ベアチップ自体の占有面積にほぼ等しく出来る。また接続面が接続に必要な全てのバンプを有するように出来るため、配線基板との接続は一括して行える。従ってフリップチップ方式は半導体ベアチップの実装に必要な占有面積を極小化して高密度実装化し、電子機器の小型化を図ると共に工期短縮ためには最も適する方法となっている。
【０００６】
このようなチップと実装基板、及びチップとチップ間の接続方法の改良に加え、製造コスト面を低減する手段として、半導体チップが形成されたウェハを個々のチップに分離する前に再配線層や接続バンプの形成、場合によっては樹脂による封止が行われている。このウェハレベルでの処理が有効である半導体装置は、製造の歩留まりが高く、ピン数が少ない半導体装置であり、特にメモリーの生産に利点が多い。（NIKKEI MICRODEVICE 2000年2月号,56頁  及び  NIKKEI ELECTRONICS 2003.9.1 P.127）。
【０００７】
一方、このような半導体装置を製造するための製造装置の開発も鋭意なされている。例えば、貼り合わせるべきウェハの位置あわせを行って接合するための装置が文献により紹介されている。（P.Lindner等：2002 Electronic Component and Technology Conference P.1439）。他に、特開平９−１４８２０７号にも同様な技術が開示されている。
【０００８】
ところで、先に記したように、フリップチップによる電極接合には一般的にバンプを形成し、バンプとパッド、バンプとバンプ間の接合が行われる。この接合には、半田のような低融点の金属共昌結合による方法、非導電性樹脂の硬化時の収縮を利用した機械的な押圧による方法、導電性微粒子を分散させた非等方性導電性樹脂を介在させて導電性微粒子により接合を行う方法、バンプを加熱・加圧してバンプの金属分子を互いに拡散させた金属拡散接合による方法がある。
【０００９】
このようなバンプを用いて接合する方法には、紫外線硬化樹脂を用いる以外では、基本的に加熱が必要である。電極を接合する場合、各電極が一様に接合されることが必要であり、そのためにウェハ全体を一様に加熱すること、所定の温度分布に加熱することが求められている。このような加熱時に使用されるヒータとしてカートリッジヒータがあり、目標とする温度分布を実現する工夫がなされている。以下に従来行われている加熱方法を記す。
【００１０】
基板を一様に加熱する方法は以下のように分類される。
１．発熱に分布を有する加熱源と被加熱基板の間に、熱容量が大きく、熱伝導性の大きい均熱板を置いて被加熱基板の温度を一様にする。この方法は例えば特許文献１（特開平１１−７７５５９号公報）に開示されている。
２．加熱テーブルの周辺部より逃げる熱量を考慮して、カートリッジヒータの周辺部の発熱量を増加させる。この方法は例えば、特許文献２（特開平５−２９０９５３号公報）に、さらにカートリッジヒータを複数本ならべたヒータに対して周辺部の発熱量を増加させる技術思想が特許文献３（実公平８−８５５６号公報）に開示されている。
４．発熱面内の温度の不均一性を発熱体形状及び配列の改良だけで解消するのではなく、発熱体を複数の分割し、所定の位置において測温をし、その結果に基づいて個々の発熱量を制御する。この方法が例えば、柱状ヒータに対して特許文献４（特開２００２−１８４５５８号公報）、カートリッジヒータに対して特許文献５（特開２００４−２２６０４号公報）に開示されている。
５．発熱面内の発熱量の不均一性を層状構造により補償する。この方法は例えば、セラミックヒータに対して発熱分布の位相を基に発熱層を回転させて積層する方法が特許文献６（特許２７７８５９７号公報）に、発熱密度を層毎に考慮した方法が特許文献７（特開２００１−１０２１５７号公報）にそれぞれ開示されている。
【００１１】
さらに、温度の均一性の確保以外に、発熱部を選択できるカートリッジヒータを用いて所望の温度分布を実現する考え方がある。この方法は例えば、特許文献８（特開昭５３−１１３２８号公報）に開示され、カートリッジヒータの交換容易性を利用して異なる温度分布を得る技術が特許文献９（実公平８−６２３５号公報）に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−７７５５９号公報
【特許文献２】特開平５−２９０９５３号公報
【特許文献３】実公平８−８５５６号公報
【特許文献４】特開２００２−１８４５５８号公報
【特許文献５】特開２００４−２２６０４号公報
【特許文献６】特許２７７８５９７号公報
【特許文献７】特開２００１−１０２１５７号公報
【特許文献８】特開昭５３−１１３２８号公報
【特許文献９】実公平８−６２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、積層型半導体装置をウェハレベルで製造するために所定の回路が形成されたウェハどうしを位置合わせし、上記方法によって電極接合を行ったところ、以下のような問題点があることが判明した。
特許文献１のように均熱板、均熱層を用いる方法では、熱応答性が悪く、スループットがあがらず、特許文献２〜７に開示の手段では、ウェハの大きさが８インチを越えると十分な均一化が得られなかった。また、ヒータの分割（カートリッジヒータは分割ヒータの典型である）と加熱面での温度の測定による加熱制御方法及び熱の拡散を考慮した抵抗値分布設計による加熱方法はかなり一様な加熱を実現するが、大きな半導体ウェハ上の微小電極の一様接合という目標は達成出来なかった。このために、貼り合わせ型３次元半導体装置の製造歩留まりが低くなっていた。
【００１３】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ウェハ上に形成された接続電極を一様に接続するために、ウェハを一様に加熱できる加熱方法、加熱装置を提供することを目的にしている。更には、必要に応じた、一様加熱以外の適切な温度分布を実現する加熱装置を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための手段は、
カートリッジヒータ層を積層して構成される加熱装置であって、
加熱面に配置された測温素子を有し、
該カートリッジヒータ層はそれぞれ所定の抵抗値分布を有する複数のカートリッジヒータが平行に並べられた構成であり、
積層されるカートリッジヒータ層は互いに所定の角度だけ回転されている
加熱装置である。
【００１５】
尚、本明細書中においては、「抵抗値分布」は、カートリッジヒータの単位長さあたりのヒータ抵抗値分布を意味し、「加熱面」は、積層されたカートリッジヒータが被加熱面と接触する面を意味している。また、カートリッジヒータが均一な抵抗値分布を有する場合も所定の抵抗値分布を有するカートリッジヒータである。
【００１６】
このように、加熱装置にカートリッジヒータを用いることにより、外形が同じでヒータ自体の抵抗値分布を変えたものを採用できるため、カートリッジヒータ層（発熱体層、単にヒータ層とも記す）の発熱分布をカートリッジヒータの交換のみで行える。本発明では、このようなカートリッジヒータにより構成されるカートリッジヒータ層が所定の角度を持って積層され、加熱面には測温素子が配置されている。測温素子が配置されていることにより、測温素子の出力値を基にしてカートリッジヒータの電力を制御することが可能になり、要求された温度分布を実現することができる。このため、より高精度に、より大きなウェハ基板に対しても、温度の均一化や適切な温度分布を実現することが出来るようになる。
【００１７】
また、この加熱装置においては、カートリッジヒータの端部の抵抗値と中央部の抵抗値が異なるようになされているカートリッジヒータが使用されている。カートリッジヒータにこのような抵抗値分布を持たせると、カートリッジヒータに流れる電流により周辺部と中央部とで発熱量を容易に変えることが可能になる。従って、カートリッジヒータ層の面内発熱量が中央部と周辺部とで異なるようにすることが容易になり、カートリッジヒータ層周辺部の熱伝導性や断熱性による温度の不均一化への対処が可能になり、温度分布の制御がより精度良く、より迅速に達成される。また、各カートリッジヒータの抵抗値は均一な分布であるが、カートリッジ層の周辺部に配置されるカートリッジヒータの抵抗値と中央部に配置されるカートリッジヒータの抵抗値が異なるようになされている。この構成によっても、先と同様に、カートリッジヒータ層の面内発熱量が中央部と周辺部とで異なるようにすることが容易になり、カートリッジヒータ層周辺部の熱伝導性や断熱性による温度の不均一化への対処が容易になり、温度分布の制御がより精度良く、より迅速に達成される。
【００１８】
また、上記解決手段に対して、カートリッジヒータの積層時の回転角度が９０度又は１２０度になすことは有効な手段となる。積層を行わないと各カートリッジヒータ方向及びその直交方向に温度の不均一性が生じやすいが、積層カートリッジ層が９０度又は１２０度の回転角を有することにより各カートリッジヒータ層の不均一性、特に中央部より半径方向の不均一性が容易に解消可能になり、更に設定された温度分布を実現させる制御パラメータが増加して温度分布の制御性が向上する。
【００１９】
上記課題を解決するための他の手段は、
貼り合わせ３次元積層型半導体装置の製造装置であって、上記手段である加熱装置を有する、半導体装置の製造装置である。
【００２０】
３次元積層型半導体装置の製造装置としては、被加熱物であるウェハ積層体の面内温度分布を所定の分布にすることが重要である。先に記した加熱装置（請求項１乃至４に記載された加熱装置）を介した加圧機構を有する、３次元半導体装置の製造装置では、測定された温度を基にして、所定の回転角を持って積層されたカートリッジヒータ層のカートリッジヒータの加熱制御が可能となり、所定の温度分布が容易に得られ、例えばウェハレベルでの電極接合時に安定した接合が可能になる。結果として、貼り合わせ型３次元半導体装置の製造歩留まりの低下を抑制できるようになる。
【００２１】
上記課題を解決するための、更なる他の手段は、
積層されたウェハ積層体を加熱する方法であって、該ウェハ積層体を、請求項１乃至４のいずれか記載された加熱装置を介して該加熱装置に通電して加熱する加熱方法である。先にも説明したように、本発明の加熱装置の加熱面には測温素子が配置されており、この出力値を基にしてカートリッジヒータの電力を制御することが出来る。従って、より高精度に、より大きなウェハ基板に対しても、温度の均一化、又は所定の温度分布を実現することができる。この時、好ましくは、前記複数のカートリッジヒータの発熱量をそれぞれのカートリッジヒータ毎に制御することである。発熱電力の制御方法としては、一般的な電圧制御法、電流制御法、更に交流電源に対してはサイリスタを用いた通電位相制御法等が適用可能である。特に、被加熱物であるウェハが非対称な特性を有する場合や非対称な熱処理を行う場合には、個々のカートリッジヒータそのものの発熱量制御を行うことは効果がある。箇々のカートリッジヒータの加熱電力を制御する方法は、カートリッジヒータから加熱面までの間隔のばらつき等が温度分布に与える影響を無くする意味でも有効な手段である。
【００２２】
更に、加熱時間と共にウェハ積層体の温度分布を変化させ、最終的にウェハ積層体全面の温度が均一になるように、前記カートリッジヒータの温度を制御することも、ウェハ積層体の電極接合には有効な手段となる。従来の加熱工程のように、常に全体を均一な温度に加熱して電極接合を行うと、熱膨張に起因した内部応力がウェハ積層体内に蓄積されることがある。そして、この応力により積層ウェハを半導体チップに分離する際に、（即ち、ウェハレベルでのダイシング時に）チップが破損することがある。しかしながら、上記の手段のように、ウェハ積層体を加熱する際にウェハ面内で温度分布を持たせて加熱し、最終的に一様な温度分布として加熱して電極接合を行うことにより、内部の応力が緩和され、ダイシング時のチップの破損が低減される。温度分布を持たせる方法としては、例えば中央部をより高い温度にする場合には、平行に並べられたカートリッジヒータのうち、中心部に配置されたカートリッジヒータの発熱量を、上下のヒータ層とも、大きくすることにより容易に実現される。
【００２３】
尚、本発明では、貼り合わせのために積層された（重ね合わされた）１対のウェハ、及び、積層後に加熱・加圧されて互いの電極が接合されたウェハをウェハ積層体と記す。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は広い面積を有するウェハ（例えば８〜１２インチ半導体ウェハ）を一様に加熱処理製造工程や、場合によっては一様ではない適切な温度分布により加熱処理する製造工程は必須の工程である。本発明をその工程に応用することにより半導体装置の製造歩留まりの向上に大きな効果が有る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１を参照しながら、本願発明の基本的な実施形態を説明する。加熱装置にはカートリッジヒータ層１０１，１０２があり、それぞれのカートリッジヒータ層はカートリッジヒータ１１１を有している。図ではヒータの数は７であるが、被加熱物の大きさや加熱温度の精度によって数は決められる。温度制御に要求される精度が高いほど多くのカートリッジヒータが必要となる。このカートリッジヒータ層１０１とカートリッジヒータ層１０２とは内蔵するカートリッジヒータの並び方向が互いに９０度の角度をなしている。更に高精度な均一な温度分布や複雑な温度分布が必要な場合には、積層数を３つにして、互いになす角度を１２０度してもよい。この場合のカートリッジヒータの並び方向は例えば、図１（ｂ）に示された３つの並び方向であり、このような並び方向を有する３枚のカートリッジヒータ層が積層される。なお、上記の例では２枚のカートリッジヒータ層が積層された形になっているが、構造としてはカートリッジヒータ層が一枚でカートリッジヒータが層状をなして、定められた角度を有して埋め込まれた構造であっても良い。また、カートリッジヒータ層を製作する方法は従来の方法を利用すれば良い。尚、図１では、加熱に必要な電力供給線や電源は省略されている。
【００２６】
被加熱物の温度分布を制御する場合、カートリッジヒータ層の発熱量分布が重要になる。このカートリッジヒータ層の発熱量分布は、個々のカートリッジヒータの持つ発熱特性と個々のヒータを加熱する電力制御により依存する。加熱源であるカートリッジヒータ自体の発熱特性及びそのヒータ層内の配列は、要求される温度分布によって異なるが、例を図２に示した。図中三角波の振幅が大きい部分は抵抗値が大きい部分を表している。発熱量で見ると、１つのカートリッジヒータ内での相対的に発熱量が大きい部分である。図２（a）、(b)、(c)、(d)、(e)にそれぞれ配列-Ａ、配列-Ｂ、配列-Ｃ、配列-Ｄ、配列-Eが記されている。
【００２７】
配列-Ａ：均一な抵抗値分布を有し、抵抗値が同じカートリッジヒータが並べられている。
配列-Ｂ：１つのカートリッジヒータは均一な抵抗値分布を有するが、抵抗値は中央部分に並べられたカートリッジヒータが最も高く、周辺部のカートリッジヒータの抵抗値は漸次小さくなっている。
【００２８】
配列-Ｃ：１つのカートリッジヒータは均一な抵抗値分布を有するが、抵抗値は中央部分に並べられたカートリッジヒータが最も小さく、周辺部のカートリッジヒータの抵抗値が漸次大きくなっている。
【００２９】
配列-Ｄ：カートリッジヒータは均一でない抵抗値分布を有し、且つその分布がカートリッジヒータにより異なっているものである。カートリッジヒータ層として、中央部の発熱量が大きくなっている例である。
【００３０】
配列-Ｅ：カートリッジヒータは均一でない抵抗値分布を有し、且つその分布がカートリッジヒータにより異なっているものである。カートリッジヒータ層として、中央部と周辺部の間に発熱量が小さい部分を有している例である。
【００３１】
図３には、これらのカートリッジヒータ層を互いに９０度の回転させて積層する例を示した。
積層１に示された積層型は、ヒータ配列が配列-Aであるカートリッジヒータ層を上下に積層したものである。即ち、均一に発熱するカートリッジヒータを２段重ねたもので、発熱量は測温素子の出力を基に印可電圧又は通電量を制御して制御される。このような積層型を採用すれば、カートリッジヒータ層の１つ形態に対して同じカートリッジヒータを製作して配置すればよいから、価格の点で有利である。
【００３２】
積層２に示された積層型は、ヒータ配列が配列-Ｃであるカートリッジヒータ層を上下に積層したものである。即ち、同じ量の電流を流せば周辺部の発熱量が大きくなり、周辺部よりの熱の逃げを考慮した温度制御の場合に有利な配置となる。この積層型とは逆に、配列-Ｂであるカートリッジヒータ層を上下に積層すると、同じ量の電流により中央部の発熱量が大きくなり、周辺部が断熱構造になっていて、周辺部に熱の蓄積が生じる場合に有利な配置となる。周辺部と中央部とで発熱量が異なるように電流を制御する場合、積層型２のような配列は必ずしも必要ないが、電源の電流制御の範囲、精度及び価格を考慮すると、あらかじめ必要とする発熱特性に合わせたカートリッジヒータ配列を用いた方が加熱装置のコスト対性能比が良くなる。
【００３３】
積層３に示された積層型は、ヒータ配列が配列-Ｄであるカートリッジヒータ層とヒータ配列が配列-Ｅであるカートリッジヒータ層を上下に積層したものである。抵抗値に分布が一様ではないカートリッジヒータを使用し、それらの配列が異なる２つのカートリッジヒータ層を積層している。１本のカートリッジヒータ内での発熱量分布を出きるだけ所望の温度分布に近づけておくことにより、温度分布の制御性が格段に高くなり、局所的な温度勾配が必要な場合にも対応が可能になる。  また、電源の電流制御の範囲、精度及び価格を考慮すると、あらかじめ必要とする発熱特性に合わせたカートリッジヒータ配列を用いた方が加熱装置のコスト対性能比が良くなる。
【００３４】
積層４に示された積層型は、ヒータ配列が配列-Ａであるカートリッジヒータ層とヒータ配列が配列-Ｃであるカートリッジヒータ層を上下に積層したものである。抵抗値に分布が一様ではないカートリッジヒータが並べられたカートリッジヒータ層と、抵抗値に分布は無いが並べられたカートリッジヒータの抵抗値が異なっているカートリッジヒータ層を積層している。温度分布を与えるカートリッジヒータ層と全体的に温度を上昇させるカートリッジヒータ層の組み合わせにより、求められる温度分布が強い温度勾配を持たない場合には迅速に所定の温度分布をえることが出きる積層型である。
【００３５】
尚、このような抵抗値分布を有するカートリッジヒータの構成としては、ヒータの抵抗値分布がヒータの長さ方向に沿って変化しているヒータを組み込むことであり、発熱コイルの巻き数密度を変える方法、発熱コイルの直径を変える方法、比抵抗値の異なる発熱材料を使用して、周知技術を用いて作ることが可能である。このような周知技術としては、発熱コイルの巻き数密度をヒータの長さ方向に沿って変化させる方法（特許文献２、特許文献３参照）、発熱コイルの直径を変化させる方法（特許文献２参照）、複数の発熱体をカートリッジヒータのケース内に配置する方法（特許文献８参照）がある。
【００３６】
次に、図４を用いて本発明の測温素子の配列例を示す。
加熱装置のカートリッジヒータ層３０１にはカートリッジヒータ３１１が複数個配列され、カートリッジヒータ層の表面近傍には測温素子３２１が配置されている。測温素子としては一般的なものが使用可能であるが、例えば熱電対であり、生じる起電力を不図示の配線を介して制御系に伝達している。この測温素子３２１よりの温度情報は不図示の制御系にフィードバックされ、所定の温度分布が実現されるようにカートリッジヒータの発熱量が制御される。発熱量の制御法としてはカートリッジヒータを複数の制御グループに分けて各グループ毎に発熱量制御を行う。グループ分けとしては、例えば図５（ａ）に示されたように線対称な位置に配置されたカートリッジヒータ４１５どうしを同じ制御グループ分けし、制御装置４１０により制御を行ったり、図５（ｂ）のように各カートリッジヒータ４１５そのものを制御グループとして制御装置４２０により制御してもよい。また、図示はされていないが、積層した層毎に発熱量の制御を行ってもよい。制御グループ分けは実現すべき温度分布精度により決められ、高精度な制御には細分化された制御を行う。
【００３７】
ここで均一温度制御の加熱例を示す。まずカートリッジヒータ層の発熱量の分布であるが、カートリッジヒータに垂直な断面内での発熱量の分布が図６（ａ）に示されたようなものである。発熱特性の異なる３種類のヒータ層の特性が実線、破線、一点鎖線で表示されている。いずれも周辺部に配置されたヒータの発熱量が中央部に配置されたヒータの発熱量より大きくなっている。これらの発熱特性は、例えば、図２の配列-Ｃのカートリッジヒータ配列に同じ電流を供給した場合の発熱量分布である。このヒータ層を２枚、互いに９０度のヒータ並び方向を有して積層したカートリッジヒータの加熱面の場合、積層ヒータでは、４つの角において発熱量が最大となり、中央部において最小となる。この発熱特性は、配列-Ａを用い、周辺部に並べられたヒータに対して中央部に並べられたヒータより大きな発熱電力を供給することによっても実現される。さらに、配列-ＤやＥのように、発熱特性が一様ではなく端部が中央部より発熱量が大きいカートリッジヒータを並べると、この発熱特性はさらに容易に実現される。
【００３８】
一方加熱面の温度は供給される熱量と熱伝導により失われる熱量とによって定まり、熱伝導による熱の損失は温度勾配に比例する。この熱の損失は、加熱装置の保持構造にも依存するが、一般的にはヒータ層の周辺部分の方が大きい。従って、積層カートリッジヒータ層の加熱面の温度分布は図６（ｂ）のようになる。図中、３つの温度分布は６（ａ）の３つの発熱特性に対応している。この図より、発熱量の分布が実線で示されるようなに各カートリッジヒータの発熱量を制御すると、結果として均一な温度分布が得られることが判る。より正確に所定の温度分布を実現するためには、加熱面に配置された測温素子の出力データにより各カートリッジヒータの発熱量の制御を行う。例えば、半導体チップが形成された、直径２００mmのウェハを均一に加熱するために、直径１２ｍｍのカートリッジヒータで、その発熱量が二次曲線的に変化するヒータを５本配置したヒータ層を、互いに９０度回転させて積層した加熱装置を用いて加熱した。測温は、格子状に１６個配列させた熱電対により行い、出力値を基に各カートリッジヒータに流す電流を制御（電圧制御と実体的には同じ）を行った。目標の温度分布を直径２００ｍｍのウェハ全域にわたって４００℃±１℃に設定して実験を行ったところ、十分満足できる結果、４００℃−０．６℃〜４００℃＋０．２℃が得られた。この例は周辺部で熱伝導による熱の損失が大きい場合に対してであるが、周辺部が熱的に断熱性である場合には、異なった発熱特性のカートリッジヒータ層を用いるが、基本的な考え方は同じである。
【００３９】
上記の温度制御は一様な温度分布を実現する制御例であるが、全く同じ考え方で、均一でない任意の温度分布が要求される場合にも、それを容易に実現することができることは記すまでもない。また、この温度分布を加熱工程の時間経過と共に変化させていくことも可能である。例えば、ウェハを貼り合わせる場合、先に中央部の温度を上昇させて接合し、その後に均一な温度分布にして全体を接合することも可能になり、且つ容易に実現できる。
【００４０】
図７は本願発明の、積層型３次元半導体の製造装置を示すものである。互いに位置合わせされたウェハ６０１，６０２はそれぞれウェハホルダ６０５，６０７により保持されている。このホルダ６０５，６０７は本願発明の加熱装置６２１，６２３により接して加熱されるようになっており、加熱装置は加圧機構６３０，６３２により加圧される。これにより、積層されたウェハは加熱と加圧が行われるようになる。この時、加熱装置に取りつけられた測温素子の出力を基に、電流制御装置６７０により発熱量制御が行われる。電流の制御は、交流電源を用いてサイリスタを使用した位相制御方式が簡単でよい。
【００４１】
図には本願発明の説明に必要な部材のみを記したが、加圧に際して加圧機構の平行度を調整する平行度調整機構が設けられている。また、図ではウェハ積層体に対して両面に加熱装置を配置したが、目的の温度分布によっては、本願発明の積層ヒータを上下の一方のヒータにのみ用いることもある。
【００４２】
以上、本願発明の積層カートリッジヒータの構造とそのヒータの制御方法を用いることにより、目的とする温度分布が容易に得られ、その目的とする温度分布が変わった場合でも容易に変更された目的温度分布が実現されることが理解される筈である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
半導体装置の高密度化、高速駆動化は産業上必至の要請であり、そのための本願発明の利用は、従って、産業上必至である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】カートリッジヒータ層の積層からなる加熱装置の基本概念図である。
【図２】カートリッジヒータ層中のカートリッジヒータの発熱特性の例である。
【図３】積層されたカートリッジヒータ層中の発熱特性の例である。
【図４】測温素子の配置例である。
【図５】カートリッジヒータの発熱単位を示す例である。
【図６】加熱温度一様化の実施例である。
【図７】加熱装置を組み込んだ、半導体製造装置の例である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１，１０２  ・・・・  カートリッジヒータ層
１１１  ・・・・  カートリッジヒータ
３０１  ・・・・  カートリッジヒータ層
３１１  ・・・・  カートリッジヒータ
３２１  ・・・・  測温素子
４１５  ・・・・  カートリッジヒータ
４１０，４２０  ・・・・  制御装置
６２１，６２２  ・・・・  加熱装置
６３０，６３２  ・・・・  加圧機構
６０５，６０７  ・・・・  ウェハホルダ
６０１，６０３  ・・・・  ウェハ積層体
６７０  ・・・・  制御装置
【図１】
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【図２】
2007103225.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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