(57)【要約】【課題】  チャンバ構造を用いることなく基板面内の温度ムラが無く、熱の面内均一性を安価に維持できる構造を持つ加熱装置を提供する。【解決手段】  本発明の加熱装置は、有底筒状の筐体２と、不活性ガス等を加熱および温度制御して筐体の内側空間に導入するエアーヒーター３と、筐体２の外周に被覆された断熱材４とを備える。さらに、複数の吹出し孔が形成されたノズルプレート５が、筐体２に開口している開口部を閉じている。筐体２の内側とノズルプレート５との間の空間には、筐体２の内側空間に導入された気体がノズルプレート５の各吹出し孔に向かって流れるときの流速抵抗体６が固定されている。さらに、基板１等の加熱対象物を載せて保持するステージ９がノズルプレート５に対面して配置されている。そして、加熱対象物の周囲空間が開放されている加熱装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象物を加熱する加熱装置であって、
有底筒状の筐体と、
気体を加熱および温度制御して前記筐体の内側空間に導入する気体導入手段と、
該筐体の外周に被覆された断熱材と、
複数の吹出し孔が形成され、前記筐体に開口している開口部を閉じているノズルプレートと、
前記筐体の内側と前記ノズルプレートとの間の空間に固定された、前記筐体の内側空間に導入された前記気体が前記ノズルプレートの各吹出し孔に向かって流れるときの流速抵抗体と、
前記ノズルプレートに対面して配置され、前記加熱対象物を載せて保持するステージと、を備え、
前記加熱対象物の周囲空間が開放されている加熱装置。
【請求項２】
前記流速抵抗体は、不規則に配置されていて不均一な径、方向および長さの孔を持つ多孔質体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記流速抵抗体の材質は、セラミック、窒化アルミ、または、金属あるいは樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記加熱対象物は、分割して複数の製品を取れるように、半導体チップが搭載されるチップ搭載部をマトリックス状に配列して区画した基板であって、複数の前記チップ搭載部に熱硬化性接着剤または半田を介して半導体チップを搭載した基板であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記ノズルプレートの各吹出し孔が、前記基板の、マトリックス状に配置されたチップ搭載部に対応して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップや基板を加熱する加熱装置に関し、特に半導体や基板全体を効率よく加熱することができる構造を持つ加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術の発展に伴い、特許文献１に示されるような、ガラス基板または半導体ウェハの全体を加熱する装置が実用化されている。
【０００３】
半導体装置の製造工程においては、複数個の半導体チップがガラスエポキシやセラミック等の基板に載せられて固定される。また、基板が、分割して多数の製品を取れるように、半導体チップが搭載される部位（以下、チップ搭載部）をマトリックス状に配置したものになっている場合、各々のチップ搭載部に樹脂の接着剤が塗布され、あるいは、各々のチップ搭載部における半導体チップ接続用配線上に半田が形成される。この場合、熱硬化性の樹脂や半田などが予め設けられた基板のチップ搭載部にそれぞれ半導体チップを搭載して基板全体を加熱することで、複数個の半導体チップが同時に基板上に固定される。
【０００４】
このような加熱工程では、加熱対象物である、半導体チップが載置された基板全域に対する加熱温度のムラを無くす必要がある。基板を分割することで得られる全ての半導体製品に関してチップ接合状態を一定にすることが製品歩留まりを上げる要因になるからである。
【０００５】
そのため、例えば、特許文献１に記載された従来の装置では、図４に示すように、加熱ヒータ４１が内部に配置された、加熱対象物の半導体ウェハ４２を載置し得る載置台４３が密封容器４４内に備えられており、上述したような加熱工程での基板の加熱温度ムラを防止するため、その密封容器４４の周壁４５は、載置台４３の周囲全体を空間を介して囲うように構成されている。さらに、その載置台４３は密封容器４４内に支柱４６で支持され、密封容器４４の、支柱４６の下部付近の壁に、密封容器４４内を真空排気するための排気管４７が接続されている。すなわち、特許文献１に記載の加熱装置は加熱対象物の周囲全体をチャンバ構造とするように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−００６６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された装置は、いくつかの問題点がある。
【０００８】
第１の問題点は、半導体ウェハまたは、半導体チップを搭載する基板等のような加熱対象物の周囲全体を空間を隔てて覆う構造（すなわちチャンバー構造）を採用しているため、装置が大型になることである。この事は、加熱装置を製作する上では価格が高くなってしまうという問題も生じる。
【０００９】
第２の問題点は、加熱効率が低いということである。特許文献１に記載の装置では、加熱対象物を載せた載置台が、密閉容器の内底から離れるように延びている支柱によって支持されている。そのため、上述した加熱工程において、加熱対象物の上方のガス噴射面に形成された複数の孔から加熱ガスを噴出するようにしても、ガス噴射面と加熱対象物との平行を保つのが困難である。そのため、加熱対象物の基板を面内方向において均一に加熱できない虞がある。
【００１０】
第３の問題点は、面内均一に加熱できる加熱対象物の大きさに制限があるということである。特許文献１に記載の装置は、加熱対象物を密閉容器内に配置し、排気管により密閉容器内を真空排気する構成であるため、加熱対象物上方のガス噴射面に形成された複数の孔から加熱ガスを噴出する流量が、排気管から排気する能力によって限定されてしまう。そのため、熱容量の大きい基板や半導体ウェハを面内均一に加熱する場合、それらの大きさに制限が生じる。
【００１１】
そこで本発明は、上述した背景技術の問題点を解決することができる加熱装置を提供することを目的とする。その目的の一例は、半導体基板や、半導体チップを搭載する基板などを加熱する装置に関し、チャンバ構造を用いることなく基板面内の温度ムラが無く、熱の面内均一性を安価に維持できる構造を持つ加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一つの態様は、加熱対象物を加熱する加熱装置であって、有底筒状の筐体と、気体を加熱および温度制御して該筐体の内側空間に導入する気体導入手段と、該筐体の外周に被覆された断熱材とを備える。さらに、複数の吹出し孔が形成されたノズルプレートが、該筐体に開口している開口部を閉じている。筐体の内側とノズルプレートとの間の空間には、該筐体の内側空間に導入された気体がノズルプレートの各吹出し孔に向かって流れるときの流速抵抗体が固定されている。さらに、加熱対象物を載せて保持するステージが、ノズルプレートに対面して配置されている。そして、加熱対象物の周囲空間が開放されている加熱装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加熱された気体を流速抵抗体に通してノズルプレートの各吹出し孔から加熱対象物に向かわせるとき、流速抵抗体によって各吹出し孔からの気体の流速および温度が均一化されるので、基板等の加熱対象物を面内方向において均一に加熱することができる。また、加熱対象物の周囲空間が開放されている加熱装置であるので、装置が小型になり、メンテナンスや製品形状変更に対しても簡便に安価に対応可能である。さらに、加熱対象物の周囲空間が開放されているため、気体の導入流量が制限されず、加熱対象物の大きさは制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の加熱装置を示す側断面図。
【図２】本実施形態の加熱装置による、基板面内の吹き出し温度結果をプロットした図。
【図３】本実施形態の加熱装置から流速抵抗体を除去したときの、吹き出し温度結果をプロットした図。
【図４】特許文献１に開示された従来装置を示す側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態としての加熱装置の側断面図を示している。
【００１７】
図１を参照すると、本実施形態による加熱装置は、加熱対象物として支持する支持構造部と、該支持構造部の加熱対象物に対向して配置され該加熱対象物を加熱する熱源部とを備える。本例の加熱対象物は、例えば、分割して複数の半導体製品を取れるように、半導体チップが搭載される部位（以下、チップ搭載部）をマトリックス状に配列して区画した基板であって、複数のチップ搭載部に熱硬化性接着剤または半田を介して半導体チップを搭載した基板１である。
【００１８】
熱源部は有底筒状の筐体２を備える。筐体２の底部には、不活性ガスまたは圧縮エアー（以下、加熱ガスと略す）をヒータで加熱しながら筐体２の内側に導入する導入管としてのエアーヒーター３が接続されている。本例を示す図ではエアーヒーター３の本数が２本であるが、本発明はそれに限定されない。各エアーヒーター３を構成する管の、筐体２と反対側の端部は不図示の不活性ガス源または圧縮エアー源に接続されている。また、エアーヒーター３は加熱温度を制御する制御装置（不図示）を備えている。筐体２の材質は熱で変形しにくい材料であることが好ましい。
【００１９】
筐体２の外周には断熱材４が設けられている。さらに、加熱対象物の基板１の側に向いて開口する筐体２の開口部はノズルプレート５で閉じている。ノズルプレート５には複数の吹出し孔が、基板１の、マトリックス状に配置されたチップ搭載部（すなわち加熱箇所）に対応して設けられている。
【００２０】
筐体２の内側とノズルプレート５との間の空間には流速抵抗体６が設けられている。さらに流速抵抗体６は、筐体１の内側空間で、ノズルプレート５と整流メッシュ７とで挟まれて固定されている。流速抵抗体６は多孔質であり直径０．５μｍ〜３ｍｍ程度の複数の孔（平均直径１μｍ程度の孔）が不規則に設けられているものである。特に流速抵抗体６は、孔が不規則に配置され、孔径や孔の方向、長さも不均一にされている。尚、流速抵抗体６はセラミック、窒化アルミ等からなる多孔質体の他、あらゆる金属又は樹脂で多孔質体を構成することができる。例えば、樹脂材料を用いた流速抵抗体の場合、樹脂は耐熱性のものなら何でも良く、酸で溶解する粒子を耐熱性樹脂中に混合して成形し、その粒子を溶解させることで樹脂の多孔質体を作ることができる。
【００２１】
以上のように構成された熱源部は、不図示の支柱などで土台８に支持されている。そしてこの土台８上に前記支持構造物が設置され、前記支持構造物の周囲空間は開放されている。この支持構造部は、ノズルプレート５のガス吹出し面と平行に基板１を載せて保持するステージ９を有する。
【００２２】
以上に説明した加熱装置によれば、不図示の不活性ガス源または圧縮エアー源に接続されたエアーヒーター３より筐体２の内部空間に導入される。筐体２の外壁は断熱材４で覆われているため、一度加熱された不活性ガスまたは圧縮エアーは筐体２の内部空間で冷えることなく、整流メッシュ７を経て流速抵抗体６に進入する。
【００２３】
流速抵抗体６は不規則配置かつ不均一な孔を持つ多孔質体であるため、流速抵抗体６に進入した加熱ガスは多孔質体内全体に渡って一様に拡散されて通過する。流速抵抗体６を通過した加熱ガスはノズルプレート５の各吹出し孔から吹き出され、基板１に衝突する。このとき、基板１の面内方向での加熱ガス温度分布は一様になる。
【００２４】
すなわち、エアーヒーター３によって筐体２内に加熱ガスを流入させたときに筐体２内の加熱ガス温度分布が不均一になっていても、加熱ガスは流速抵抗体６により拡散されて、基板１を温度ムラ無く加熱することができる。この事は図２と図３を比較しても良く分かる。尚、図２は本実施形態による加熱装置の加熱対象物である基板１への加熱ガスの温度分布をプロットした図を示し、図３は本実施形態の加熱装置から流速抵抗体６を除去したものを用いて計測した、基板１への加熱ガス温度分布をプロットした図を示している。したがって本発明によれば、基板１を分割することで得られる全ての半導体製品に関して、チップ接合状態を一定にすることができ、製品歩留まりが向上する。
【００２５】
また本発明は、加熱対象物の周囲全体を空間を隔てて覆う構造（すなわちチャンバー構造）を採っておらず、加熱対象物の周囲空間は開放されている。そのため、メンテナンスや製品形状変更に対し、簡便に安価に対応可能である。さらに、加熱対象物の基板１の下部にはステージ９のような基板保持機構以外一切の構造物を持たない。そのため、装置を小さく設計することができるという効果も得られる。また、ステージ９の高さを変更することで、ノズルプレート５と基板１を近接に設置することができ、基板１上のチップ搭載部へ加熱ガスを効率良く吹き当てることができる。
【００２６】
また本発明によれば、加熱対象物の大きさに制限は無い。つまり、大型の半導体装置や薄型の半導体装置を製造する場合の加熱工程に対して本発明を適用可能である。なぜならば、加熱対象物を加熱する温度については、筺体２内に流入させるエアーヒーター３の本数を任意に増やして流入量を上げることにより加熱温度を上げることができ、加熱対象に対して急激な温度勾配を作れるからである。
【００２７】
なお、本発明の活用例として、半導体装置製造用の加熱装置、ボンディング装置などの他、あらゆる加熱装置に使用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    基板
２    筐体
３    エアーヒーター
４    断熱材
５    ノズルプレート
６    流速抵抗体
７    整流メッシュ
８    土台
９    ステージ
【図１】
2012054268.tif 000003
【図２】
2012054268.tif 000004
【図３】
2012054268.tif 000005
【図４】
2012054268.tif 000006