半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置並びに基板保持治具
【課題】基板の一面に樹脂層を配し、この樹脂層を硬化させた後に生じる、又は基板の一面に導体層を形成した後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】一面Ｗａに樹脂層Ｒ１が配された、ウエハ状の半導体からなる基板Ｗを、一面Ｗａの全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、樹脂層Ｒ１を硬化させる第二工程と、を少なくとも有する。
【解決手段】一面Ｗａに樹脂層Ｒ１が配された、ウエハ状の半導体からなる基板Ｗを、一面Ｗａの全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、樹脂層Ｒ１を硬化させる第二工程と、を少なくとも有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置並びに基板保持治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ウエハ状の半導体からなる基板上に半導体素子を形成し、基板を所定のチップ寸法に切り出して個別のチップとし、このチップをプラスチック等のパッケージに封入して半導体装置を製造する方法が用いられている。また、半導体装置を薄型化・小型化するために、基板上に半導体素子を形成した後に、さらに絶縁層、再配線層及び封止層等を順次形成し、再配線層に接続される半田ボール等の外部端子を封止層の表面側に設け、基板を所定のチップ寸法に切り出してなる、いわゆるウエハーレベルＣＳＰ（wafer level Chip Size Package） を製造する方法も用いられている。すなわち、ウエハーレベルＣＳＰの製造においては、切り出す前のウエハ状の基板に対して絶縁層、再配線層及び封止層等を形成することを特徴とする。
【０００３】
絶縁層及び封止層は、例えば熱硬化性の樹脂を用いて形成される。このような熱硬化性の樹脂を用いて絶縁層を形成する手順を説明すると、まず、半導体素子が形成された基板の表面に樹脂を塗布し、プリベークにより仮硬化させて樹脂層を形成する。次に、マスクを通して露光光（ＵＶ光等）を樹脂層に照射して、パターンを露光する。次に、現像液を用いて樹脂層のパターンを現像する。この現像により、再配線層と接続される半導体素子の端子パッドが露出される。次に、樹脂層が形成された基板を、非特許文献１に示すような熱処理装置（オーブン）を用いてキュア又はハードベークして、樹脂層を熱硬化させる。このような手順により、基板上に熱硬化性樹脂を用いた絶縁層が形成される。なお、熱硬化性樹脂を用いて封止層を形成する場合にも、同様の手順が用いられる。
【０００４】
また、再配線層は、基板上に形成された絶縁層の表面に配される導体層（金属層等）である。この再配線層は、薄膜形成技術（スパッタリングや真空蒸着等）やめっき法（電解めっき）を用いて形成される。電解めっき法を用いて再配線層を形成する場合には、まず、絶縁層が形成された基板の表面全域に亘って、シード層と呼ばれる金属層を例えばスパッタリングによって形成する。次に、シード層の表面にレジストを塗布し、仮硬化後に再配線層のパターンを露光・現像して、再配線層が形成される部位のレジストを除去する。次に、シード層に給電ピンを接続し、電解液で満たされためっき槽内に基板を浸漬し、電解液中に設けられた陽極電極とシード層に接続された給電ピンとの間に電流を流すことで、レジストから露出した部位のシード層の表面にめっき層を析出させる。最後に、レジスト及びレジストに被覆されていたシード層を除去し、再配線層が形成される。
【０００５】
しかしながら、基板上に絶縁層、再配線層及び封止層を形成すると、これらの層が形成されている基板の面の全域が凹状且つ球面状になるように基板が反る傾向があった。絶縁層及び封止層の形成に用いられる熱硬化性の樹脂は、熱硬化時にその体積が収縮するものが一般的である。また、再配線層を形成する導体層にも、例えばめっきの析出時にその体積が収縮するものがある。各層がその形成に伴って収縮することで基板に対する応力が生じ、この応力が基板の反りの原因になっていると考えられている。基板の反りが大きくなると、半導体装置の製造において、基板の保持や搬送ができなくなる虞があった。すなわち、半導体装置の製造を安定して行うことが難しくなるという課題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】クリーンオーブン製品情報、［online］、ヤマト科学株式会社、［平成２２年７月５日検索］、インターネット＜URL:http://www.yamato-net.co.jp/product/science/oven/clean/desdts.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであって、基板の一面に樹脂層を配し、この樹脂層を硬化させた後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを第一の目的とする。
本発明は、基板の一面に導体層を形成した後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを第二の目的とする。
本発明は、基板の一面に樹脂層を配し、この樹脂層を硬化させた後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造装置を提供することを第三の目的とする。
本発明は、基板の一面に導体層を形成した後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造装置を提供することを第四の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る第一の態様に従えば、一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記樹脂層を硬化させる第二工程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明に係る第二の態様に従えば、ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記一面に導体層を形成する第二工程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明に係る第三の態様に従えば、一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記樹脂層を硬化させる樹脂硬化手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。
本発明に係る第四の態様に従えば、ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記一面に、導体層を形成する導体層形成手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。
また、本発明の第五の態様に従えば、前記半導体装置の製造装置に着脱自在に設けられていることを特徴とする基板保持治具が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る第一の態様（半導体装置の製造方法）によれば、予め一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、樹脂層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、樹脂層の硬化後に基板に残る応力が低減される。したがって、樹脂層の硬化後の形成後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
本発明に係る第二の態様（半導体装置の製造方法）によれば、予め一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、導体層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、導体層の形成後に基板に残る応力が低減される。したがって、導体層の形成後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
【００１１】
本発明に係る第三の態様（半導体装置の製造装置）によれば、予め基板保持治具によって、一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、樹脂層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、樹脂層の硬化後に基板に残る応力が低減される。したがって、樹脂層の硬化後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
本発明に係る第四の態様（半導体装置の製造装置）によれば、予め基板保持治具によって、一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、導体層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、導体層の形成後に基板に残る応力が低減される。したがって、導体層の形成後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態に係る熱処理装置の概略図。
【図２】第一の実施形態に係る基板保持治具の概略図。
【図３】第一の実施形態に係る基板保持治具の第一の変形例を示す平面図。
【図４】第一の実施形態に係る基板保持治具の第二の変形例を示す垂直断面図。
【図５】第一の実施形態における基板に対する熱処理の手順を示す概略図。
【図６】第二の実施形態に係るめっき装置の概略図。
【図７】第二の実施形態に係る基板保持治具の概略図。
【図８】第二の実施形態に係る基板保持治具の変形例を示す平面図。
【図９】第二の実施形態における基板に対するめっき処理の手順を示す概略図。
【図１０】第一の実施形態に係る基板保持治具の第三の変形例を示す垂直断面図。
【図１１】第一の実施形態に係る基板保持治具の第四の変形例を示す垂直断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法並びに半導体装置の製造装置及び基板保持治具について、図面を引用しながら詳しく説明する。なお、以下の説明で使用する図面は、本発明の特徴を判り易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
【００１４】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態に係る熱処理装置１の概略を示す斜視図である。
熱処理装置１（半導体装置の製造装置）は、ウエハ状の半導体からなる基板Ｗから、半導体装置を製造するために用いられる装置であって、基板Ｗに対して熱処理を施す装置である。より詳細には、熱処理装置１は、基板Ｗの一面に配された樹脂層Ｒ１（図２参照）を熱硬化させるための装置である。熱処理装置１は、熱処理装置本体２（樹脂硬化手段）と、基板保持治具３とを備えている。
【００１５】
熱処理装置本体２は、加熱室２１と、扉２２と、操作パネル２３とを備えている。
加熱室２１は、基板保持治具３に保持された基板Ｗを加熱するための空間である。加熱室２１内には、複数段の棚が設けられ、複数の基板保持治具３が配置される。また、熱処理装置本体２には、加熱室２１内を加熱するヒータ、当該ヒータの温度を調節する温度調節装置、及び加熱室２１内の気体を循環させる送風装置等（全て図示せず）が設けられている。送風装置には、加熱室２１内を高いクリーン度に維持するための、フィルタ等が設けられている。
扉２２は、基板保持治具３を出し入れする加熱室２１の開口部を、密閉するものである。
操作パネル２３は、ヒータの温度を調節する温度調節装置に電気的に接続され、加熱室２１内の温度設定に用いられるとともに、加熱室２１内の現在の温度を表示するものである。加熱室２１内の温度は、例えば室温＋５０℃から３６０℃の間に設定可能となっている。
【００１６】
基板保持治具３は、基板Ｗに対して熱処理を行うときに、基板Ｗを反らせた状態で保持するためのものである。基板保持治具３は、熱処理装置本体２に着脱自在、すなわち熱処理装置１に着脱自在に設けられている。
この着脱自在とした構成によれば、熱処理装置本体２の外部において、基板保持治具３に対する基板Ｗの着脱作業が可能となるので好ましい。つまり、熱処理装置本体２の内部において、後述するところの「基板保持治具３に対して基板Ｗの周縁部を押さえ部材３２の突出片３２ａにより調整しながら押さえ込む作業」が不要となる。ゆえに、基板保持治具３を熱処理装置本体２に着脱自在に設けた構成は、熱的な影響や狭い空間に束縛されることなく、安定した作業をもたらす。
【００１７】
本実施形態に係る基板保持治具３を、より詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る基板保持治具３の概略図であって、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は平面図である。
【００１８】
まず、基板保持治具３に保持される基板Ｗについて説明する。
基板Ｗは、ウエハ状の半導体からなる基板であって、略円形の板状に成形されている。基板Ｗの一面Ｗａには、図示しないが半導体素子（半導体デバイス）が形成されており、この一面Ｗａには全域に亘り樹脂層Ｒ１が配されている。樹脂層Ｒ１は、例えば感光性ポリイミド樹脂からなり、基板Ｗの一面Ｗａと後の工程で形成される再配線層との間を絶縁するために配される層（すなわち絶縁層）である。なお、樹脂層Ｒ１を形成する感光性ポリイミド樹脂は、熱硬化時にその体積が収縮する性質を有する。
基板Ｗが基板保持治具３によって保持される時点では、樹脂層Ｒ１はプリベークによって仮硬化され、露光・現像によって所定のパターン（図示せず）が形成されている。樹脂層Ｒ１に所定のパターンが形成されることで、半導体素子の端子パッドが樹脂層Ｒ１から露出した状態となっている。
【００１９】
基板保持治具３は、基板支持台３１と、押さえ部材３２とを備えている。
基板支持台３１は、基板Ｗが載置される台であって、円形の外周を備えた略板状に成形されている。なお、基板Ｗは、その他面Ｗｂが基板支持台３１に対向する姿勢で載置される。
基板支持台３１の基板Ｗが載置される側には、凸部３１ａが形成されている。凸部３１ａは、基板Ｗ側に膨出する球面状に成形されている。また、凸部３１ａは、基板Ｗにおける他面Ｗｂの全域に亘る大きさで形成され、基板Ｗの中央部に対応する部位が最も突出した形状となっている。なお、基板支持台３１の周縁部と比較したときの、凸部３１ａの突出高さは、基板Ｗの外径や板厚、樹脂層Ｒ１の物性（熱硬化時の収縮率等）に応じて設定してよい。なお、本実施形態における凸部３１ａの突出高さは、３ｍｍとなっている。
基板支持台３１の周縁部には、板厚方向に延在する雌ネジ穴が複数形成されている。この雌ネジ穴には、基板支持台３１に押さえ部材３２を固定するボルト３３が螺入される。
【００２０】
押さえ部材３２は、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から押圧して保持する部材であって、リング状に成形されている。押さえ部材３２には、複数のボルト３３がそれぞれ挿通される貫通孔が形成されている。押さえ部材３２の内周面と基板Ｗの外周端との間には、必要に応じて隙間が形成される。
押さえ部材３２は、基板保持治具３に着脱自在に設けられる構成が好ましい。この着脱自在とした構成によれば、基板Ｗの反っている状況（程度）に応じて、基板保持治具３に対して基板Ｗの周縁部の複数箇所を個別に、後述する押さえ部材３２の突出片３２ａを調整しながら押さえ込むことが可能となる。ゆえに、押さえ部材３２を基板保持治具３に着脱自在に設けた構成は、基板Ｗの反り抑制に貢献する。
【００２１】
押さえ部材３２の内周側には、全周に亘って、内側に向かって突出する突出片３２ａが設けられている。すなわち、突出片３２ａは、押さえ部材３２と同様にリング状に成形されている。突出片３２ａの内径は、基板Ｗの外径よりも小さな径に設定されており、押さえ部材３２を基板支持台３１に固定したときに、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から押圧することが可能となっている。突出片３２ａの基板支持台３１側の面は、凸部３１ａに応じた斜面となっている。また、押さえ部材３２を基板支持台３１に固定したときの、突出片３２ａと基板支持台３１（凸部３１ａ）との間には、基板Ｗと樹脂層Ｒ１とを合計した厚みに応じた隙間が形成される。
【００２２】
本実施形態に係る基板保持治具３には４本のボルト３３が用いられているが、この本数に限定されるものではない。たとえば、ボルト３３は３本以上とし、基板保持治具３の周方向に等間隔に配する構成例が挙げられる。
また、基板支持台３１、押さえ部材３２及びボルト３３は、基板Ｗに対する熱処理温度（例えば３２０℃）に耐えうる材質、例えばステンレスを用いて成形されている。
【００２３】
なお、本実施形態における押さえ部材３２には突出片３２ａが設けられているが、これに限定されるものではなく、図３に示すような変形例を採用してもよい。図３は、本実施形態に係る基板保持治具３の第一の変形例を示す平面図である。
図３に示すように、押さえ部材３２の内周側には、内側に向かって突出する複数の爪部３２ｂが設けられている。爪部３２ｂは３つ設けられ、図３に示す構成例は、押さえ部材３２が周方向に等間隔に配された一例である。爪部３２ｂの押さえ部材３２からの突出長さは、基板Ｗの周縁部を押圧するに十分な長さに設定されている。なお、爪部３２ｂの個数は、３つに限定されるものではなく、４つ以上であってもよい。
また、図３に示す基板保持治具３においては、３本のボルト３３が用いられており、爪部３２ｂと対応する位置にそれぞれ配されている。
【００２４】
また、本実施形態における押さえ部材３２は、図２（ａ）に示すように、基板支持台３１の周縁部と接して固定されるが、これに限定されるものではなく、図４に示すような変形例を採用してもよい。図４は、本実施形態に係る基板保持治具３の第二の変形例を示す垂直断面図である。
図４に示すように、基板支持台３１と、押さえ部材３２との間には、符号ｈで示す隙間が形成されている。すなわち、図４に示す基板保持治具３においては、ボルト３３の基板支持台３１への螺入量を調整することで、押さえ部材３２の基板Ｗに対する押し込み量を変化させ、基板Ｗの反り量を調整できる構成となっている。すなわち、ボルト３３が、基板支持台３１と押さえ部材３２との距離を変化させる調整部として構成されている。
また、基板支持台３１と押さえ部材３２との距離を変化させる調整部を、ボルト３３以外に設けてもよい。例えば、基板支持台３１と押さえ部材３２との間に、互いの距離を調整するためのスペーサやカラー（いずれも図示せず）を配置する構成であってもよい。予め異なる高さのスペーサやカラーを準備しておき、交換することで、基板支持台３１と押さえ部材３２との距離を変化させることが可能となる。
【００２５】
次に、熱処理装置１を用いた基板Ｗに対する熱処理の手順を説明する。
図５は、本実施形態における基板Ｗに対する熱処理の手順を示す概略図である。なお、図５は、同図（ａ）から（ｅ）の順に、熱処理の手順を示している。
【００２６】
まず、図５（ａ）に示すように、基板Ｗに樹脂層Ｒ１を配する。なお、基板Ｗの一面Ｗａには、予め半導体素子を形成しておく。
基板Ｗの一面Ｗａに、流動性を有する状態の感光性ポリイミド樹脂を、例えばスピンコート法を用いて塗布する。塗布後、プリベークにより樹脂を仮硬化させて、樹脂層Ｒ１を形成する。樹脂層Ｒ１における膜厚の調整は、スピンコート時の回転数調整により行う。続いて、樹脂層Ｒ１に対して、露光装置を用いて所定のパターン（図示せず）を露光し、現像液を用いてパターンを現像する。この現像により、基板Ｗに形成された半導体素子の端子パッド等が、樹脂層Ｒ１から露出する。
【００２７】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板保持治具３に基板Ｗを保持させる。
基板支持台３１の凸部３１ａ側に、基板Ｗを載置する。なお、基板Ｗの他面Ｗｂが基板支持台３１に対向する姿勢で、基板Ｗを基板支持台３１に載置する。
続いて、ボルト３３を押さえ部材３２の貫通孔に挿通させるとともに、ボルト３３を基板支持台３１の雌ネジ穴に螺入させる。ボルト３３の螺入に伴い、押さえ部材３２は基板支持台３１に次第に近づく。押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、押さえ部材３２の突出片３２ａが、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から他面Ｗｂ側に向けて押圧する。一方、基板Ｗの中央部は、基板支持台３１の凸部３１ａによって他面Ｗｂ側から支持されている。そのため、押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、基板Ｗは凸部３１ａ及び突出片３２ａから互いに逆の方向に押圧され、基板Ｗは、一面Ｗａの全域が球面状に膨出するように反った状態となる（図４と同様の状態）。すなわち、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。押さえ部材３２が基板支持台３１の周縁部に接するまでボルト３３を螺入させて、基板支持台３１への押さえ部材３２の固定が完了する。
なお、基板Ｗの反り量を調整するため、ボルト３３の螺入の量を調整して、基板支持台３１と押さえ部材３２との間に隙間ｈ（図４参照）を形成するようにしてもよい。これにより、加圧の程度を微調整できるので、基板Ｗが受けるダメージを抑制することが可能となる。
【００２８】
次に、図５（ｃ）に示すように、基板Ｗに対して熱処理を施す。
基板Ｗを保持した基板保持治具３を、熱処理装置本体２の加熱室２１（図１参照）内に配置し、基板Ｗに対して熱処理（キュア）を施す。なお、樹脂層Ｒ１は熱硬化とともにその体積が収縮する。そのため、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じる。
【００２９】
次に、図５（ｄ）に示すように、基板Ｗを基板保持治具３から取り外す。
基板保持治具３を熱処理装置本体２の加熱室２１から取り出し、押さえ部材３２を基板支持台３１から離脱させて、基板Ｗを基板保持治具３から取り外す。
樹脂層Ｒ１が熱硬化に伴い収縮することで、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じている。しかしながら、本実施形態に係る基板保持治具３は、樹脂層Ｒ１を熱硬化させるときに一面Ｗａが球面状に膨出するように基板Ｗを反らせており、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。そのため、樹脂層Ｒ１の収縮により生じる応力と、基板保持治具３の保持により生じる応力とを互いに相殺させることができ、基板Ｗを基板保持治具３から取り外したときの、基板Ｗ内の残留応力を従来に比べて低減させることができる。したがって、基板Ｗの残留応力を原因とする反りを、従来よりも抑制することができる。また、残留応力が低減されているため、基板Ｗの半導体素子に加えられる応力も低減されており、応力を原因とする半導体素子の破損等が減少し、長期に亘る半導体装置の信頼性を向上させることができる。
なお、この工程の後に、樹脂層Ｒ１の表面に再配線層や封止層、外部端子（半田バンプ）等を形成する工程を必要に応じて実施する。また、本実施形態における樹脂層Ｒ１の形成の手順を用いて、再配線層の後に形成される封止層を形成してもよい。
【００３０】
次に、図５（ｅ）に示すように、基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削する。
基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削して、基板Ｗの板厚を薄くする。この研削の方法は、機械研削及び化学機械研磨のいずれであってもよい。研削して基板Ｗの板厚が薄くなることで、その剛性は低下するが、基板Ｗの残留応力が従来よりも低減されており、基板Ｗの剛性が低下してもその反り量の増大を抑えることができる。よって、基板Ｗの板厚を薄くしたとしても、基板Ｗの反りを抑制できる。基板Ｗの反りが抑制されることで、基板Ｗの保持や搬送を適切に行うことができ、半導体装置の製造におけるトラブルを防止し、製造を安定して行うことができる。
なお、この工程の後に、基板Ｗを所定のチップ寸法に切り分け（ダイシング）、半導体装置の製造が完了する。
【００３１】
以上より、本実施形態によれば、樹脂層Ｒ１の収縮により生じる応力と、基板保持治具３の保持により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、基板Ｗを基板保持治具３から取り外した後における、基板Ｗの残留応力が従来に比べて低減される。したがって、樹脂層Ｒ１の硬化後に生じる、基板Ｗの反りを抑制できるという効果がある。
【００３２】
＜第二実施形態＞
本発明の第二の実施形態について、図６から図９を参照して説明する。これらの図において、図１から図５に示す第一の実施形態における構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
図６は、本実施形態に係るめっき装置４の概略を示す垂直断面図である。
めっき装置４（半導体装置の製造装置）は、基板Ｗの表面にめっきを施すための装置であって、めっき槽５（導体層形成手段）と、基板保持治具３Ａとを備えている。なお、本実施形態では、基板Ｗの表面に銅めっきを施すものとする。
【００３４】
めっき槽５は、電解液Ｌ（めっき液）を貯留するための槽である。電解液Ｌとしては、例えば硫酸銅溶液が使用される。めっき槽５の電解液Ｌ内には、基板保持治具３Ａが複数浸漬して配される。めっき槽５の内部には、複数の基板保持治具３Ａを保持する不図示のホルダが設けられている。
めっき槽５は、陽極電極５１と、めっき電源５２と、電解液Ｌの流入口５３と、めっき槽５から流れ出た電解液Ｌを受ける収集樋５４と、収集樋５４に接続された流出口５５とを備えている。また、めっき槽５は、流入口５３及び流出口５５にそれぞれ接続される電解液貯留槽と、電解液貯留槽から流入口５３に向けて電解液Ｌを流動させるポンプと、流入口５３の上流側に設けられるフィルタ（いずれも図示せず）とを備えている。
【００３５】
陽極電極５１は、銅又は銅合金（含リン銅等）からなる板状部材であり、電解液Ｌ内に浸漬して配されている。なお、陽極電極５１を覆うように、アノードバッグ５６が配されている。アノードバッグ５６は、陽極電極５１から生じる未溶解の金属粒子を捕集するための袋状の部材である。
めっき電源５２は、陽極電極５１及び基板保持治具３Ａに保持された基板Ｗに、電解液Ｌを介して電流を流すための電源である。めっき電源５２の陽極側が陽極電極５１に接続され、陰極側が基板Ｗ（すなわち被めっき電極）に接続されている。めっき電源５２が電流を流すことで、陽極電極５１が電気分解され、銅が電解液Ｌ内に電解して分散する。分散した銅は電流の流れとともに、被めっき電極である基板Ｗの表面において析出する。すなわち、めっき装置４を用いることで、基板Ｗの表面にめっきを施すことが可能となっている。
【００３６】
本実施形態に係る基板保持治具３Ａを、より詳細に説明する。
図７は、本実施形態に係る基板保持治具３Ａの概略図であって、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は平面図である。
【００３７】
まず、基板保持治具３Ａに保持される基板Ｗについて説明する。
基板Ｗの一面Ｗａには、上記第一の実施形態において説明した樹脂層Ｒ１（硬化済み）が配されている。樹脂層Ｒ１の表面には、シード層Ｓと、レジスト層Ｒ２とが順次配されている。シード層Ｓは、スパッタリングや真空蒸着等を用いて形成された金属薄膜層である。シード層Ｓには、例えばチタンや銅が用いられる。レジスト層Ｒ２は感光性樹脂からなり、再配線層Ｐ（図９参照）を形成するためのパターン（図示せず）が形成されている。すなわち、レジスト層Ｒ２は、再配線層Ｐが形成される部位が除去された構成となっている。
【００３８】
本実施形態に係る基板保持治具３Ａは、押さえ部材３２に設けられる給電ピン３２ｃを備えている。
本実施形態において、給電ピン３２ｃは、押さえ部材３２に３つ設けられ、周方向に等間隔に配された構成例を示しているが、本発明は給電ピンの数や配置に限定されるものではない。また、給電ピン３２ｃは、押さえ部材３２の突出片３２ａを貫通して設けられている。給電ピン３２ｃにおける基板支持台３１側の先端は、押さえ部材３２を基板支持台３１に固定したときに、基板Ｗのレジスト層Ｒ２を貫通してシード層Ｓに接する構成となっている。なお、めっきの実施時において、給電ピン３２ｃは、めっき電源５２の陰極側（図６参照）に接続される。
なお、本実施形態における基板支持台３１、押さえ部材３２及びボルト３３は、電解液Ｌによる溶解・浸食を防止するために、例えば塩化ビニルを用いて成形されている。また、基板支持台３１の周縁部と比較したときの、凸部３１ａの突出高さは、基板Ｗの外径や板厚、再配線層Ｐ（図９参照）の物性（形成時の収縮率等）に応じて設定してよい。なお、本実施形態における凸部３１ａの突出高さは、１ｍｍとなっている。
【００３９】
また、本実施形態における押さえ部材３２には突出片３２ａが設けられているが、これに限定されるものではなく、図８に示すように突出片３２ａの代わりに複数の爪部３２ｂを設けてもよい。図８は、本実施形態に係る基板保持治具３Ａの変形例を示す平面図である。
図８に示すように、給電ピン３２ｃは、３つの爪部３２ｂにそれぞれ設けられている。また、ボルト３３は、押さえ部材３２の爪部３２ｂに対応する位置にそれぞれ配されている。なお、図８の構成例は、３つの爪部３２ｂが周方向に等間隔に配された場合である。
【００４０】
さらに、本実施形態においても、第一実施形態にて参照した図４に示すように、ボルト３の螺入量を調整することで、基板支持台３１と押さえ部材３２との間の隙間ｈを変化させ、基板Ｗの反り量を調整するようにしてもよい。
【００４１】
次に、めっき装置４を用いた基板Ｗに対するめっき処理の手順を説明する。
図９は、本実施形態における基板Ｗに対するめっき処理の手順を示す概略図である。なお、図９は、同図（ａ）から（ｆ）の順に、めっき処理の手順を示している。
【００４２】
まず、図９（ａ）に示すように、基板Ｗにシード層Ｓを配する。なお、基板Ｗの一面Ｗａには、予め半導体素子及び樹脂層Ｒ１（硬化済み）を形成しておく。
スパッタリング又は真空蒸着等を用いて、樹脂層Ｒ１の全域及び樹脂層Ｒ１から露出した部位（半導体素子の端子パッド等）の表面に、シード層Ｓを形成する。
【００４３】
次に、図９（ｂ）に示すように、基板Ｗにレジスト層Ｒ２を配する。
シード層Ｓの表面に、流動性を有する状態のレジスト用樹脂を塗布する。塗布後、樹脂を仮硬化させた後に、露光し現像することで、パターン（図示せず）を有するレジスト層Ｒ２を形成する。すなわち、再配線層を形成する部位が除去されたレジスト層Ｒ２を形成する。
【００４４】
次に、図９（ｃ）に示すように、基板保持治具３Ａに基板Ｗを保持させる。
基板支持台３１の凸部３１ａ側に、基板Ｗを載置する。なお、基板Ｗの他面Ｗｂが基板支持台３１に対向する姿勢で、基板Ｗを基板支持台３１に載置する。
続いて、ボルト３３を押さえ部材３２の貫通孔に挿通させるとともに、ボルト３３を基板支持台３１の雌ネジ穴に螺入させる。ボルト３３の螺入に伴い、押さえ部材３２は基板支持台３１に次第に近づく。押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、押さえ部材３２の突出片３２ａが、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から他面Ｗｂ側に向けて押圧する。一方、基板Ｗの中央部は、基板支持台３１の凸部３１ａによって他面Ｗｂ側から支持されている。そのため、押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、基板Ｗは凸部３１ａ及び突出片３２ａから互いに逆の方向に押圧され、基板Ｗは、一面Ｗａの全域が球面状に膨出するように反った状態となる（図４と同様の状態）。すなわち、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。押さえ部材３２が基板支持台３１の周縁部に接するまでボルト３３を螺入させて、基板支持台３１への押さえ部材３２の固定が完了する。なお、突出片３２ａが基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から押圧することで、突出片３２ａに設けられた給電ピン３２ｃが、レジスト層Ｒ２を貫通してシード層Ｓに接触する。
また、基板Ｗの反り量を調整するため、ボルト３３の螺入の量を調整して、基板支持台３１と押さえ部材３２との間に隙間ｈ（図４参照）を形成するようにしてもよい。これにより、加圧の程度を微調整できるので、基板Ｗが受けるダメージを抑制することが可能となる。
【００４５】
次に、図９（ｄ）に示すように、基板Ｗに対してめっき処理を施す。
給電ピン３２ｃをめっき電源５２の陰極側に接続し、基板Ｗを保持した基板保持治具３Ａを、めっき槽５の電解液Ｌ内に浸漬して保持する。浸漬後、めっき電源５２から陽極電極５１及び基板Ｗに対して電流を流す。陽極電極５１を構成する銅が電解され電解液Ｌ内に分散し、分散した銅が電流の流れとともに電解液Ｌ内を移動し、基板Ｗのレジスト層Ｒ２によって被覆されていないシード層Ｓの表面に析出する。シード層Ｓの表面に銅が析出することで、再配線層Ｐ（導体層）が形成される。なお、再配線層Ｐをなす銅は形成とともにその体積が収縮する。そのため、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じる。
【００４６】
次に、図９（ｅ）に示すように、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外す。
基板保持治具３Ａをめっき槽５から取り出し、押さえ部材３２を基板支持台３１から離脱させて、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外す。
再配線層Ｐが形成に伴い収縮することで、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じている。しかしながら、本実施形態に係る基板保持治具３Ａは、再配線層Ｐを形成するときに一面Ｗａが球面状に膨出するように基板Ｗを反らせており、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。そのため、再配線層Ｐの収縮により生じる応力と、基板保持治具３Ａの保持により生じる応力とを互いに相殺させることができ、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外したときの、基板Ｗ内の残留応力を従来に比べて低減させることができる。したがって、基板Ｗの残留応力を原因とする反りを、従来よりも抑制することができる。また、残留応力が低減されているため、基板Ｗの半導体素子に加えられる応力も低減されており、応力を原因とする半導体素子の破損等が減少し、長期に亘る半導体装置の信頼性を向上させることができる。
なお、この工程の後に、レジスト層Ｒ２及びシード層Ｓの除去、封止層、及び外部端子（半田バンプ）等を形成する工程を必要に応じて実施する。
【００４７】
次に、図９（ｆ）に示すように、基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削する。
基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削して、基板Ｗの板厚を薄くする。この研削の方法は、機械研削及び化学機械研磨のいずれであってもよい。研削して基板Ｗの板厚が薄くなることで、その剛性は低下するが、基板Ｗの残留応力が従来よりも低減されており、基板Ｗの剛性が低下してもその反り量の増大を抑えることができる。よって、基板Ｗの板厚を薄くしたとしても、基板Ｗの反りを抑制できる。基板Ｗの反りが抑制されることで、基板Ｗの保持や搬送を適切に行うことができ、半導体装置の製造におけるトラブルを防止し、製造を安定して行うことができる。
なお、この工程の後に、基板Ｗを所定のチップ寸法に切り分け（ダイシング）、半導体装置の製造が完了する。
【００４８】
また、本実施形態においてはめっき法を用いて再配線層Ｐを形成するときに、基板保持治具３Ａにより基板Ｗを反らせて保持している。もっとも、これに限定されるものではなく、例えばシード層Ｓがその形成時に収縮し、基板Ｗに反りを生じさせるものである場合には、シード層Ｓの形成時に基板保持治具３（図２参照）を用いて基板Ｗを反らせて保持するようにしてもよい。
【００４９】
以上より、本実施形態によれば、再配線層Ｐの収縮により生じる応力と、基板保持治具３Ａの保持により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外した後における、基板Ｗの残留応力が従来に比べて低減される。したがって、再配線層Ｐの形成後に生じる、基板Ｗの反りを抑制できるという効果がある。
【００５０】
＜実施例＞
第一及び第二の実施形態における製造方法を用いた場合の、ウエハーレベルＣＳＰの製造過程おける基板の反り量を、従来の製造方法を用いた場合の基板の反り量と比較した結果を以下に説明する。
【００５１】
感光性ポリイミド樹脂（東レ：ＰＷ−１２００）をスピンコート法にて、８インチウエハ状のＳｉ半導体からなる基板（厚さ７２５μｍ）の一面全域に塗布し、ホットプレート（１２０℃）にて４分間プリベークした。なお、プリベーク後の樹脂層の厚さを１５μｍとなるように、スピンコートの回転数を調整した。
次に、樹脂層にｉ線ステッパー（露光機）を用いて所定のパターンを露光する。露光量は１０００ｍＪ／ｃｍ２ とした。
次に、現像液として２．３８％のＴＭＡＨ水溶液を用い、基板を１２０秒ディッピングして現像した。
【００５２】
基板を基板保持治具に保持した状態で、ポリイミド樹脂のキュアを行う。基板を保持した基板保持治具を、熱処理装置（ヤマト科学株式会社製クリーンオーブンＤＴＳ８２）内に入れ、３２０℃で３０分間のキュアを実施する。キュア後、基板を基板保持治具から取り外す。この樹脂層は、基板表面と後に形成される再配線層との間を絶縁する絶縁層となる。
【００５３】
続いて、ポリイミド樹脂上に再配線層をめっき法にて形成する。
スパッタリングにてシード層をポリイミド樹脂上に形成する。シード層はＴｉ（厚さ１００ｎｍ）及びＣｕ（厚さ２００ｎｍ）を順に形成した２層構造とした。すなわち、Ｔｉ層がポリイミド樹脂と接する下地層となっている。なお、Ｔｉ層及びＣｕ層のいずれもが、ポリイミド樹脂の全面に形成されている。
次に、再配線層用のめっきレジストをフォトリソグラフィーによって形成する。めっきレジストには、東京応化工業株式会社製ＰＭＥＲＰ−ＬＡ９００ＰＭを使用した。
次に、基板保持治具によって保持された基板の表面に、Ｃｕの電解めっきにて厚さ５μｍの再配線層を形成する。なお電解液は硫酸銅溶液を用い、電流密度は１Ａ／ｄｍとした。めっき完了後、めっき槽から基板を取り出し、純水にて洗浄を行った。
【００５４】
次に、めっきレジストを剥離した後、再配線層（Ｃｕめっき）が形成されていない部位のシード層を、Ｃｕ、Ｔｉの順にエッチングによって除去した。
次に、再配線層及び樹脂層上に封止樹脂層を形成した。封止樹脂層に行うパターニングは、後述する半田バンプ形成部を開口するための露光用マスクを用いる。封止樹脂層のキュアでは、樹脂層の熱硬化に用いた基板保持治具を再度利用した。
次に、半田バンプを形成した。３Ａｇ系の鉛フリー半田ペーストを印刷した後、リフロー及びフラックス洗浄をすることで、半田バンプを形成した。
【００５５】
半田バンプ形成面に表面保護テープを貼付した後、裏面研磨することで基板を薄板化する。裏面研磨後の基板の厚さは２３０μｍとした。表面保護テープの剥離後、基板の反り量を測定した結果、第一実施形態と第二実施形態を併用することにより、基板の中央部と周縁部との差を０．３ｍｍに抑えることができた。
一方、比較例として、キュア及びめっき時に基板保持治具を用いることなく、樹脂層、再配線層、封止樹脂層及び半田バンプを形成した基板を製造した。この比較例により形成された基板の反り量は、基板の中央部と周縁部との差が３．２ｍｍであった。
以上の結果より、従来の製造方法（比較例）に比べて、本発明に係る基板保持治具を用いる製造方法では、基板の反り量を１／１０にできることが判明した。
したがって、上述した実施例の結果により、本発明に係る製造方法を用いることで、樹脂層の硬化後及び再配線層（導体層）の形成後に生じる基板の反りを抑制できる効果が確認された。
【００５６】
以上、本発明の半導体装置の製造方法並びに半導体装置の製造装置及び基板保持治具について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５７】
例えば、上記実施形態にて説明した製造方法を、ウエハーレベルＣＳＰ以外の半導体装置の製造方法に使用してもよい。
【００５８】
また、上述した第一の実施形態に係る基板保持治具３の代わりに、図１０に示す基板保持治具３Ｂを用いてもよい。図１０は、第一の実施形態に係る基板保持治具３の第三の変形例を示す垂直断面図である。
基板保持治具３Ｂにおける基板支持台３１には、第二凸部３１ｂ（凸部）が設けられている。第二凸部３１ｂは基板支持台３１から基板Ｗに向けて突出しており、基板Ｗの中央部に対応する位置に配されている。なお、この基板保持治具３Ｂを、第二の実施形態に係るめっき装置４に用いてもよい。
【００５９】
また、上述した第一の実施形態に係る基板保持治具３の代わりに、図１１に示す基板保持治具３Ｃを用いてもよい。図１１は、第一の実施形態に係る基板保持治具３の第四の変形例を示す垂直断面図である。
基板保持治具３Ｃにおける基板支持台３１には、板厚方向に延びる複数の貫通孔３１ｃが形成されている。なお、貫通孔３１ｃは凸部３１ａをも貫通して配されている。貫通孔３１ｃが形成されていることで、熱処理装置本体２の加熱室２１（図１参照）内の熱せられた気体が貫通孔３１ｃを通じて基板Ｗの他面Ｗｂに接することができ、基板Ｗ側からも樹脂層Ｒ１を加熱することができる。また、キュア時に基板Ｗをなるべく加熱したくない場合には、貫通孔３１ｃを通じて冷却用流体を基板Ｗの他面Ｗｂに接触させて、基板Ｗを冷却してもよい。なお、この基板保持治具３Ｃを、第二の実施形態に係るめっき装置４に用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、半導体装置の製造方法並びに半導体装置の製造装置及び基板保持治具に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 熱処理装置（半導体装置の製造装置）、２ 熱処理装置本体（樹脂硬化手段）、３ 基板保持治具、３１ 基板支持台、３１ａ 凸部、３１ｂ 第二凸部（凸部）、３２ 押さえ部材、３２ｂ 爪部、３３ ボルト（調整部）、４ めっき装置（半導体装置の製造装置）、５ めっき槽（導体層形成手段）、Ｗ 基板、Ｗａ 一面、Ｗｂ 他面、Ｒ１ 樹脂層、Ｐ 再配線層（導体層）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置並びに基板保持治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ウエハ状の半導体からなる基板上に半導体素子を形成し、基板を所定のチップ寸法に切り出して個別のチップとし、このチップをプラスチック等のパッケージに封入して半導体装置を製造する方法が用いられている。また、半導体装置を薄型化・小型化するために、基板上に半導体素子を形成した後に、さらに絶縁層、再配線層及び封止層等を順次形成し、再配線層に接続される半田ボール等の外部端子を封止層の表面側に設け、基板を所定のチップ寸法に切り出してなる、いわゆるウエハーレベルＣＳＰ（wafer level Chip Size Package） を製造する方法も用いられている。すなわち、ウエハーレベルＣＳＰの製造においては、切り出す前のウエハ状の基板に対して絶縁層、再配線層及び封止層等を形成することを特徴とする。
【０００３】
絶縁層及び封止層は、例えば熱硬化性の樹脂を用いて形成される。このような熱硬化性の樹脂を用いて絶縁層を形成する手順を説明すると、まず、半導体素子が形成された基板の表面に樹脂を塗布し、プリベークにより仮硬化させて樹脂層を形成する。次に、マスクを通して露光光（ＵＶ光等）を樹脂層に照射して、パターンを露光する。次に、現像液を用いて樹脂層のパターンを現像する。この現像により、再配線層と接続される半導体素子の端子パッドが露出される。次に、樹脂層が形成された基板を、非特許文献１に示すような熱処理装置（オーブン）を用いてキュア又はハードベークして、樹脂層を熱硬化させる。このような手順により、基板上に熱硬化性樹脂を用いた絶縁層が形成される。なお、熱硬化性樹脂を用いて封止層を形成する場合にも、同様の手順が用いられる。
【０００４】
また、再配線層は、基板上に形成された絶縁層の表面に配される導体層（金属層等）である。この再配線層は、薄膜形成技術（スパッタリングや真空蒸着等）やめっき法（電解めっき）を用いて形成される。電解めっき法を用いて再配線層を形成する場合には、まず、絶縁層が形成された基板の表面全域に亘って、シード層と呼ばれる金属層を例えばスパッタリングによって形成する。次に、シード層の表面にレジストを塗布し、仮硬化後に再配線層のパターンを露光・現像して、再配線層が形成される部位のレジストを除去する。次に、シード層に給電ピンを接続し、電解液で満たされためっき槽内に基板を浸漬し、電解液中に設けられた陽極電極とシード層に接続された給電ピンとの間に電流を流すことで、レジストから露出した部位のシード層の表面にめっき層を析出させる。最後に、レジスト及びレジストに被覆されていたシード層を除去し、再配線層が形成される。
【０００５】
しかしながら、基板上に絶縁層、再配線層及び封止層を形成すると、これらの層が形成されている基板の面の全域が凹状且つ球面状になるように基板が反る傾向があった。絶縁層及び封止層の形成に用いられる熱硬化性の樹脂は、熱硬化時にその体積が収縮するものが一般的である。また、再配線層を形成する導体層にも、例えばめっきの析出時にその体積が収縮するものがある。各層がその形成に伴って収縮することで基板に対する応力が生じ、この応力が基板の反りの原因になっていると考えられている。基板の反りが大きくなると、半導体装置の製造において、基板の保持や搬送ができなくなる虞があった。すなわち、半導体装置の製造を安定して行うことが難しくなるという課題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】クリーンオーブン製品情報、［online］、ヤマト科学株式会社、［平成２２年７月５日検索］、インターネット＜URL:http://www.yamato-net.co.jp/product/science/oven/clean/desdts.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであって、基板の一面に樹脂層を配し、この樹脂層を硬化させた後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを第一の目的とする。
本発明は、基板の一面に導体層を形成した後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを第二の目的とする。
本発明は、基板の一面に樹脂層を配し、この樹脂層を硬化させた後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造装置を提供することを第三の目的とする。
本発明は、基板の一面に導体層を形成した後に生じる、基板の反りを抑制できる半導体装置の製造装置を提供することを第四の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る第一の態様に従えば、一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記樹脂層を硬化させる第二工程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明に係る第二の態様に従えば、ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記一面に導体層を形成する第二工程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明に係る第三の態様に従えば、一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記樹脂層を硬化させる樹脂硬化手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。
本発明に係る第四の態様に従えば、ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記一面に、導体層を形成する導体層形成手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。
また、本発明の第五の態様に従えば、前記半導体装置の製造装置に着脱自在に設けられていることを特徴とする基板保持治具が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る第一の態様（半導体装置の製造方法）によれば、予め一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、樹脂層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、樹脂層の硬化後に基板に残る応力が低減される。したがって、樹脂層の硬化後の形成後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
本発明に係る第二の態様（半導体装置の製造方法）によれば、予め一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、導体層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、導体層の形成後に基板に残る応力が低減される。したがって、導体層の形成後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
【００１１】
本発明に係る第三の態様（半導体装置の製造装置）によれば、予め基板保持治具によって、一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、樹脂層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、樹脂層の硬化後に基板に残る応力が低減される。したがって、樹脂層の硬化後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
本発明に係る第四の態様（半導体装置の製造装置）によれば、予め基板保持治具によって、一面の全域を球面状に膨出させる応力が基板に加えられている。そのため、予め基板を反らせたことで生じる応力と、導体層の収縮により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、導体層の形成後に基板に残る応力が低減される。したがって、導体層の形成後に生じる、基板の反りを抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態に係る熱処理装置の概略図。
【図２】第一の実施形態に係る基板保持治具の概略図。
【図３】第一の実施形態に係る基板保持治具の第一の変形例を示す平面図。
【図４】第一の実施形態に係る基板保持治具の第二の変形例を示す垂直断面図。
【図５】第一の実施形態における基板に対する熱処理の手順を示す概略図。
【図６】第二の実施形態に係るめっき装置の概略図。
【図７】第二の実施形態に係る基板保持治具の概略図。
【図８】第二の実施形態に係る基板保持治具の変形例を示す平面図。
【図９】第二の実施形態における基板に対するめっき処理の手順を示す概略図。
【図１０】第一の実施形態に係る基板保持治具の第三の変形例を示す垂直断面図。
【図１１】第一の実施形態に係る基板保持治具の第四の変形例を示す垂直断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法並びに半導体装置の製造装置及び基板保持治具について、図面を引用しながら詳しく説明する。なお、以下の説明で使用する図面は、本発明の特徴を判り易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
【００１４】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態に係る熱処理装置１の概略を示す斜視図である。
熱処理装置１（半導体装置の製造装置）は、ウエハ状の半導体からなる基板Ｗから、半導体装置を製造するために用いられる装置であって、基板Ｗに対して熱処理を施す装置である。より詳細には、熱処理装置１は、基板Ｗの一面に配された樹脂層Ｒ１（図２参照）を熱硬化させるための装置である。熱処理装置１は、熱処理装置本体２（樹脂硬化手段）と、基板保持治具３とを備えている。
【００１５】
熱処理装置本体２は、加熱室２１と、扉２２と、操作パネル２３とを備えている。
加熱室２１は、基板保持治具３に保持された基板Ｗを加熱するための空間である。加熱室２１内には、複数段の棚が設けられ、複数の基板保持治具３が配置される。また、熱処理装置本体２には、加熱室２１内を加熱するヒータ、当該ヒータの温度を調節する温度調節装置、及び加熱室２１内の気体を循環させる送風装置等（全て図示せず）が設けられている。送風装置には、加熱室２１内を高いクリーン度に維持するための、フィルタ等が設けられている。
扉２２は、基板保持治具３を出し入れする加熱室２１の開口部を、密閉するものである。
操作パネル２３は、ヒータの温度を調節する温度調節装置に電気的に接続され、加熱室２１内の温度設定に用いられるとともに、加熱室２１内の現在の温度を表示するものである。加熱室２１内の温度は、例えば室温＋５０℃から３６０℃の間に設定可能となっている。
【００１６】
基板保持治具３は、基板Ｗに対して熱処理を行うときに、基板Ｗを反らせた状態で保持するためのものである。基板保持治具３は、熱処理装置本体２に着脱自在、すなわち熱処理装置１に着脱自在に設けられている。
この着脱自在とした構成によれば、熱処理装置本体２の外部において、基板保持治具３に対する基板Ｗの着脱作業が可能となるので好ましい。つまり、熱処理装置本体２の内部において、後述するところの「基板保持治具３に対して基板Ｗの周縁部を押さえ部材３２の突出片３２ａにより調整しながら押さえ込む作業」が不要となる。ゆえに、基板保持治具３を熱処理装置本体２に着脱自在に設けた構成は、熱的な影響や狭い空間に束縛されることなく、安定した作業をもたらす。
【００１７】
本実施形態に係る基板保持治具３を、より詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る基板保持治具３の概略図であって、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は平面図である。
【００１８】
まず、基板保持治具３に保持される基板Ｗについて説明する。
基板Ｗは、ウエハ状の半導体からなる基板であって、略円形の板状に成形されている。基板Ｗの一面Ｗａには、図示しないが半導体素子（半導体デバイス）が形成されており、この一面Ｗａには全域に亘り樹脂層Ｒ１が配されている。樹脂層Ｒ１は、例えば感光性ポリイミド樹脂からなり、基板Ｗの一面Ｗａと後の工程で形成される再配線層との間を絶縁するために配される層（すなわち絶縁層）である。なお、樹脂層Ｒ１を形成する感光性ポリイミド樹脂は、熱硬化時にその体積が収縮する性質を有する。
基板Ｗが基板保持治具３によって保持される時点では、樹脂層Ｒ１はプリベークによって仮硬化され、露光・現像によって所定のパターン（図示せず）が形成されている。樹脂層Ｒ１に所定のパターンが形成されることで、半導体素子の端子パッドが樹脂層Ｒ１から露出した状態となっている。
【００１９】
基板保持治具３は、基板支持台３１と、押さえ部材３２とを備えている。
基板支持台３１は、基板Ｗが載置される台であって、円形の外周を備えた略板状に成形されている。なお、基板Ｗは、その他面Ｗｂが基板支持台３１に対向する姿勢で載置される。
基板支持台３１の基板Ｗが載置される側には、凸部３１ａが形成されている。凸部３１ａは、基板Ｗ側に膨出する球面状に成形されている。また、凸部３１ａは、基板Ｗにおける他面Ｗｂの全域に亘る大きさで形成され、基板Ｗの中央部に対応する部位が最も突出した形状となっている。なお、基板支持台３１の周縁部と比較したときの、凸部３１ａの突出高さは、基板Ｗの外径や板厚、樹脂層Ｒ１の物性（熱硬化時の収縮率等）に応じて設定してよい。なお、本実施形態における凸部３１ａの突出高さは、３ｍｍとなっている。
基板支持台３１の周縁部には、板厚方向に延在する雌ネジ穴が複数形成されている。この雌ネジ穴には、基板支持台３１に押さえ部材３２を固定するボルト３３が螺入される。
【００２０】
押さえ部材３２は、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から押圧して保持する部材であって、リング状に成形されている。押さえ部材３２には、複数のボルト３３がそれぞれ挿通される貫通孔が形成されている。押さえ部材３２の内周面と基板Ｗの外周端との間には、必要に応じて隙間が形成される。
押さえ部材３２は、基板保持治具３に着脱自在に設けられる構成が好ましい。この着脱自在とした構成によれば、基板Ｗの反っている状況（程度）に応じて、基板保持治具３に対して基板Ｗの周縁部の複数箇所を個別に、後述する押さえ部材３２の突出片３２ａを調整しながら押さえ込むことが可能となる。ゆえに、押さえ部材３２を基板保持治具３に着脱自在に設けた構成は、基板Ｗの反り抑制に貢献する。
【００２１】
押さえ部材３２の内周側には、全周に亘って、内側に向かって突出する突出片３２ａが設けられている。すなわち、突出片３２ａは、押さえ部材３２と同様にリング状に成形されている。突出片３２ａの内径は、基板Ｗの外径よりも小さな径に設定されており、押さえ部材３２を基板支持台３１に固定したときに、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から押圧することが可能となっている。突出片３２ａの基板支持台３１側の面は、凸部３１ａに応じた斜面となっている。また、押さえ部材３２を基板支持台３１に固定したときの、突出片３２ａと基板支持台３１（凸部３１ａ）との間には、基板Ｗと樹脂層Ｒ１とを合計した厚みに応じた隙間が形成される。
【００２２】
本実施形態に係る基板保持治具３には４本のボルト３３が用いられているが、この本数に限定されるものではない。たとえば、ボルト３３は３本以上とし、基板保持治具３の周方向に等間隔に配する構成例が挙げられる。
また、基板支持台３１、押さえ部材３２及びボルト３３は、基板Ｗに対する熱処理温度（例えば３２０℃）に耐えうる材質、例えばステンレスを用いて成形されている。
【００２３】
なお、本実施形態における押さえ部材３２には突出片３２ａが設けられているが、これに限定されるものではなく、図３に示すような変形例を採用してもよい。図３は、本実施形態に係る基板保持治具３の第一の変形例を示す平面図である。
図３に示すように、押さえ部材３２の内周側には、内側に向かって突出する複数の爪部３２ｂが設けられている。爪部３２ｂは３つ設けられ、図３に示す構成例は、押さえ部材３２が周方向に等間隔に配された一例である。爪部３２ｂの押さえ部材３２からの突出長さは、基板Ｗの周縁部を押圧するに十分な長さに設定されている。なお、爪部３２ｂの個数は、３つに限定されるものではなく、４つ以上であってもよい。
また、図３に示す基板保持治具３においては、３本のボルト３３が用いられており、爪部３２ｂと対応する位置にそれぞれ配されている。
【００２４】
また、本実施形態における押さえ部材３２は、図２（ａ）に示すように、基板支持台３１の周縁部と接して固定されるが、これに限定されるものではなく、図４に示すような変形例を採用してもよい。図４は、本実施形態に係る基板保持治具３の第二の変形例を示す垂直断面図である。
図４に示すように、基板支持台３１と、押さえ部材３２との間には、符号ｈで示す隙間が形成されている。すなわち、図４に示す基板保持治具３においては、ボルト３３の基板支持台３１への螺入量を調整することで、押さえ部材３２の基板Ｗに対する押し込み量を変化させ、基板Ｗの反り量を調整できる構成となっている。すなわち、ボルト３３が、基板支持台３１と押さえ部材３２との距離を変化させる調整部として構成されている。
また、基板支持台３１と押さえ部材３２との距離を変化させる調整部を、ボルト３３以外に設けてもよい。例えば、基板支持台３１と押さえ部材３２との間に、互いの距離を調整するためのスペーサやカラー（いずれも図示せず）を配置する構成であってもよい。予め異なる高さのスペーサやカラーを準備しておき、交換することで、基板支持台３１と押さえ部材３２との距離を変化させることが可能となる。
【００２５】
次に、熱処理装置１を用いた基板Ｗに対する熱処理の手順を説明する。
図５は、本実施形態における基板Ｗに対する熱処理の手順を示す概略図である。なお、図５は、同図（ａ）から（ｅ）の順に、熱処理の手順を示している。
【００２６】
まず、図５（ａ）に示すように、基板Ｗに樹脂層Ｒ１を配する。なお、基板Ｗの一面Ｗａには、予め半導体素子を形成しておく。
基板Ｗの一面Ｗａに、流動性を有する状態の感光性ポリイミド樹脂を、例えばスピンコート法を用いて塗布する。塗布後、プリベークにより樹脂を仮硬化させて、樹脂層Ｒ１を形成する。樹脂層Ｒ１における膜厚の調整は、スピンコート時の回転数調整により行う。続いて、樹脂層Ｒ１に対して、露光装置を用いて所定のパターン（図示せず）を露光し、現像液を用いてパターンを現像する。この現像により、基板Ｗに形成された半導体素子の端子パッド等が、樹脂層Ｒ１から露出する。
【００２７】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板保持治具３に基板Ｗを保持させる。
基板支持台３１の凸部３１ａ側に、基板Ｗを載置する。なお、基板Ｗの他面Ｗｂが基板支持台３１に対向する姿勢で、基板Ｗを基板支持台３１に載置する。
続いて、ボルト３３を押さえ部材３２の貫通孔に挿通させるとともに、ボルト３３を基板支持台３１の雌ネジ穴に螺入させる。ボルト３３の螺入に伴い、押さえ部材３２は基板支持台３１に次第に近づく。押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、押さえ部材３２の突出片３２ａが、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から他面Ｗｂ側に向けて押圧する。一方、基板Ｗの中央部は、基板支持台３１の凸部３１ａによって他面Ｗｂ側から支持されている。そのため、押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、基板Ｗは凸部３１ａ及び突出片３２ａから互いに逆の方向に押圧され、基板Ｗは、一面Ｗａの全域が球面状に膨出するように反った状態となる（図４と同様の状態）。すなわち、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。押さえ部材３２が基板支持台３１の周縁部に接するまでボルト３３を螺入させて、基板支持台３１への押さえ部材３２の固定が完了する。
なお、基板Ｗの反り量を調整するため、ボルト３３の螺入の量を調整して、基板支持台３１と押さえ部材３２との間に隙間ｈ（図４参照）を形成するようにしてもよい。これにより、加圧の程度を微調整できるので、基板Ｗが受けるダメージを抑制することが可能となる。
【００２８】
次に、図５（ｃ）に示すように、基板Ｗに対して熱処理を施す。
基板Ｗを保持した基板保持治具３を、熱処理装置本体２の加熱室２１（図１参照）内に配置し、基板Ｗに対して熱処理（キュア）を施す。なお、樹脂層Ｒ１は熱硬化とともにその体積が収縮する。そのため、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じる。
【００２９】
次に、図５（ｄ）に示すように、基板Ｗを基板保持治具３から取り外す。
基板保持治具３を熱処理装置本体２の加熱室２１から取り出し、押さえ部材３２を基板支持台３１から離脱させて、基板Ｗを基板保持治具３から取り外す。
樹脂層Ｒ１が熱硬化に伴い収縮することで、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じている。しかしながら、本実施形態に係る基板保持治具３は、樹脂層Ｒ１を熱硬化させるときに一面Ｗａが球面状に膨出するように基板Ｗを反らせており、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。そのため、樹脂層Ｒ１の収縮により生じる応力と、基板保持治具３の保持により生じる応力とを互いに相殺させることができ、基板Ｗを基板保持治具３から取り外したときの、基板Ｗ内の残留応力を従来に比べて低減させることができる。したがって、基板Ｗの残留応力を原因とする反りを、従来よりも抑制することができる。また、残留応力が低減されているため、基板Ｗの半導体素子に加えられる応力も低減されており、応力を原因とする半導体素子の破損等が減少し、長期に亘る半導体装置の信頼性を向上させることができる。
なお、この工程の後に、樹脂層Ｒ１の表面に再配線層や封止層、外部端子（半田バンプ）等を形成する工程を必要に応じて実施する。また、本実施形態における樹脂層Ｒ１の形成の手順を用いて、再配線層の後に形成される封止層を形成してもよい。
【００３０】
次に、図５（ｅ）に示すように、基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削する。
基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削して、基板Ｗの板厚を薄くする。この研削の方法は、機械研削及び化学機械研磨のいずれであってもよい。研削して基板Ｗの板厚が薄くなることで、その剛性は低下するが、基板Ｗの残留応力が従来よりも低減されており、基板Ｗの剛性が低下してもその反り量の増大を抑えることができる。よって、基板Ｗの板厚を薄くしたとしても、基板Ｗの反りを抑制できる。基板Ｗの反りが抑制されることで、基板Ｗの保持や搬送を適切に行うことができ、半導体装置の製造におけるトラブルを防止し、製造を安定して行うことができる。
なお、この工程の後に、基板Ｗを所定のチップ寸法に切り分け（ダイシング）、半導体装置の製造が完了する。
【００３１】
以上より、本実施形態によれば、樹脂層Ｒ１の収縮により生じる応力と、基板保持治具３の保持により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、基板Ｗを基板保持治具３から取り外した後における、基板Ｗの残留応力が従来に比べて低減される。したがって、樹脂層Ｒ１の硬化後に生じる、基板Ｗの反りを抑制できるという効果がある。
【００３２】
＜第二実施形態＞
本発明の第二の実施形態について、図６から図９を参照して説明する。これらの図において、図１から図５に示す第一の実施形態における構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
図６は、本実施形態に係るめっき装置４の概略を示す垂直断面図である。
めっき装置４（半導体装置の製造装置）は、基板Ｗの表面にめっきを施すための装置であって、めっき槽５（導体層形成手段）と、基板保持治具３Ａとを備えている。なお、本実施形態では、基板Ｗの表面に銅めっきを施すものとする。
【００３４】
めっき槽５は、電解液Ｌ（めっき液）を貯留するための槽である。電解液Ｌとしては、例えば硫酸銅溶液が使用される。めっき槽５の電解液Ｌ内には、基板保持治具３Ａが複数浸漬して配される。めっき槽５の内部には、複数の基板保持治具３Ａを保持する不図示のホルダが設けられている。
めっき槽５は、陽極電極５１と、めっき電源５２と、電解液Ｌの流入口５３と、めっき槽５から流れ出た電解液Ｌを受ける収集樋５４と、収集樋５４に接続された流出口５５とを備えている。また、めっき槽５は、流入口５３及び流出口５５にそれぞれ接続される電解液貯留槽と、電解液貯留槽から流入口５３に向けて電解液Ｌを流動させるポンプと、流入口５３の上流側に設けられるフィルタ（いずれも図示せず）とを備えている。
【００３５】
陽極電極５１は、銅又は銅合金（含リン銅等）からなる板状部材であり、電解液Ｌ内に浸漬して配されている。なお、陽極電極５１を覆うように、アノードバッグ５６が配されている。アノードバッグ５６は、陽極電極５１から生じる未溶解の金属粒子を捕集するための袋状の部材である。
めっき電源５２は、陽極電極５１及び基板保持治具３Ａに保持された基板Ｗに、電解液Ｌを介して電流を流すための電源である。めっき電源５２の陽極側が陽極電極５１に接続され、陰極側が基板Ｗ（すなわち被めっき電極）に接続されている。めっき電源５２が電流を流すことで、陽極電極５１が電気分解され、銅が電解液Ｌ内に電解して分散する。分散した銅は電流の流れとともに、被めっき電極である基板Ｗの表面において析出する。すなわち、めっき装置４を用いることで、基板Ｗの表面にめっきを施すことが可能となっている。
【００３６】
本実施形態に係る基板保持治具３Ａを、より詳細に説明する。
図７は、本実施形態に係る基板保持治具３Ａの概略図であって、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は平面図である。
【００３７】
まず、基板保持治具３Ａに保持される基板Ｗについて説明する。
基板Ｗの一面Ｗａには、上記第一の実施形態において説明した樹脂層Ｒ１（硬化済み）が配されている。樹脂層Ｒ１の表面には、シード層Ｓと、レジスト層Ｒ２とが順次配されている。シード層Ｓは、スパッタリングや真空蒸着等を用いて形成された金属薄膜層である。シード層Ｓには、例えばチタンや銅が用いられる。レジスト層Ｒ２は感光性樹脂からなり、再配線層Ｐ（図９参照）を形成するためのパターン（図示せず）が形成されている。すなわち、レジスト層Ｒ２は、再配線層Ｐが形成される部位が除去された構成となっている。
【００３８】
本実施形態に係る基板保持治具３Ａは、押さえ部材３２に設けられる給電ピン３２ｃを備えている。
本実施形態において、給電ピン３２ｃは、押さえ部材３２に３つ設けられ、周方向に等間隔に配された構成例を示しているが、本発明は給電ピンの数や配置に限定されるものではない。また、給電ピン３２ｃは、押さえ部材３２の突出片３２ａを貫通して設けられている。給電ピン３２ｃにおける基板支持台３１側の先端は、押さえ部材３２を基板支持台３１に固定したときに、基板Ｗのレジスト層Ｒ２を貫通してシード層Ｓに接する構成となっている。なお、めっきの実施時において、給電ピン３２ｃは、めっき電源５２の陰極側（図６参照）に接続される。
なお、本実施形態における基板支持台３１、押さえ部材３２及びボルト３３は、電解液Ｌによる溶解・浸食を防止するために、例えば塩化ビニルを用いて成形されている。また、基板支持台３１の周縁部と比較したときの、凸部３１ａの突出高さは、基板Ｗの外径や板厚、再配線層Ｐ（図９参照）の物性（形成時の収縮率等）に応じて設定してよい。なお、本実施形態における凸部３１ａの突出高さは、１ｍｍとなっている。
【００３９】
また、本実施形態における押さえ部材３２には突出片３２ａが設けられているが、これに限定されるものではなく、図８に示すように突出片３２ａの代わりに複数の爪部３２ｂを設けてもよい。図８は、本実施形態に係る基板保持治具３Ａの変形例を示す平面図である。
図８に示すように、給電ピン３２ｃは、３つの爪部３２ｂにそれぞれ設けられている。また、ボルト３３は、押さえ部材３２の爪部３２ｂに対応する位置にそれぞれ配されている。なお、図８の構成例は、３つの爪部３２ｂが周方向に等間隔に配された場合である。
【００４０】
さらに、本実施形態においても、第一実施形態にて参照した図４に示すように、ボルト３の螺入量を調整することで、基板支持台３１と押さえ部材３２との間の隙間ｈを変化させ、基板Ｗの反り量を調整するようにしてもよい。
【００４１】
次に、めっき装置４を用いた基板Ｗに対するめっき処理の手順を説明する。
図９は、本実施形態における基板Ｗに対するめっき処理の手順を示す概略図である。なお、図９は、同図（ａ）から（ｆ）の順に、めっき処理の手順を示している。
【００４２】
まず、図９（ａ）に示すように、基板Ｗにシード層Ｓを配する。なお、基板Ｗの一面Ｗａには、予め半導体素子及び樹脂層Ｒ１（硬化済み）を形成しておく。
スパッタリング又は真空蒸着等を用いて、樹脂層Ｒ１の全域及び樹脂層Ｒ１から露出した部位（半導体素子の端子パッド等）の表面に、シード層Ｓを形成する。
【００４３】
次に、図９（ｂ）に示すように、基板Ｗにレジスト層Ｒ２を配する。
シード層Ｓの表面に、流動性を有する状態のレジスト用樹脂を塗布する。塗布後、樹脂を仮硬化させた後に、露光し現像することで、パターン（図示せず）を有するレジスト層Ｒ２を形成する。すなわち、再配線層を形成する部位が除去されたレジスト層Ｒ２を形成する。
【００４４】
次に、図９（ｃ）に示すように、基板保持治具３Ａに基板Ｗを保持させる。
基板支持台３１の凸部３１ａ側に、基板Ｗを載置する。なお、基板Ｗの他面Ｗｂが基板支持台３１に対向する姿勢で、基板Ｗを基板支持台３１に載置する。
続いて、ボルト３３を押さえ部材３２の貫通孔に挿通させるとともに、ボルト３３を基板支持台３１の雌ネジ穴に螺入させる。ボルト３３の螺入に伴い、押さえ部材３２は基板支持台３１に次第に近づく。押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、押さえ部材３２の突出片３２ａが、基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から他面Ｗｂ側に向けて押圧する。一方、基板Ｗの中央部は、基板支持台３１の凸部３１ａによって他面Ｗｂ側から支持されている。そのため、押さえ部材３２が基板支持台３１に近づくことで、基板Ｗは凸部３１ａ及び突出片３２ａから互いに逆の方向に押圧され、基板Ｗは、一面Ｗａの全域が球面状に膨出するように反った状態となる（図４と同様の状態）。すなわち、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。押さえ部材３２が基板支持台３１の周縁部に接するまでボルト３３を螺入させて、基板支持台３１への押さえ部材３２の固定が完了する。なお、突出片３２ａが基板Ｗの周縁部を一面Ｗａ側から押圧することで、突出片３２ａに設けられた給電ピン３２ｃが、レジスト層Ｒ２を貫通してシード層Ｓに接触する。
また、基板Ｗの反り量を調整するため、ボルト３３の螺入の量を調整して、基板支持台３１と押さえ部材３２との間に隙間ｈ（図４参照）を形成するようにしてもよい。これにより、加圧の程度を微調整できるので、基板Ｗが受けるダメージを抑制することが可能となる。
【００４５】
次に、図９（ｄ）に示すように、基板Ｗに対してめっき処理を施す。
給電ピン３２ｃをめっき電源５２の陰極側に接続し、基板Ｗを保持した基板保持治具３Ａを、めっき槽５の電解液Ｌ内に浸漬して保持する。浸漬後、めっき電源５２から陽極電極５１及び基板Ｗに対して電流を流す。陽極電極５１を構成する銅が電解され電解液Ｌ内に分散し、分散した銅が電流の流れとともに電解液Ｌ内を移動し、基板Ｗのレジスト層Ｒ２によって被覆されていないシード層Ｓの表面に析出する。シード層Ｓの表面に銅が析出することで、再配線層Ｐ（導体層）が形成される。なお、再配線層Ｐをなす銅は形成とともにその体積が収縮する。そのため、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じる。
【００４６】
次に、図９（ｅ）に示すように、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外す。
基板保持治具３Ａをめっき槽５から取り出し、押さえ部材３２を基板支持台３１から離脱させて、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外す。
再配線層Ｐが形成に伴い収縮することで、一面Ｗａの全域を凹状に反らせる応力が基板Ｗに生じている。しかしながら、本実施形態に係る基板保持治具３Ａは、再配線層Ｐを形成するときに一面Ｗａが球面状に膨出するように基板Ｗを反らせており、一面Ｗａの全域を膨出させる応力が基板Ｗに加えられている。そのため、再配線層Ｐの収縮により生じる応力と、基板保持治具３Ａの保持により生じる応力とを互いに相殺させることができ、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外したときの、基板Ｗ内の残留応力を従来に比べて低減させることができる。したがって、基板Ｗの残留応力を原因とする反りを、従来よりも抑制することができる。また、残留応力が低減されているため、基板Ｗの半導体素子に加えられる応力も低減されており、応力を原因とする半導体素子の破損等が減少し、長期に亘る半導体装置の信頼性を向上させることができる。
なお、この工程の後に、レジスト層Ｒ２及びシード層Ｓの除去、封止層、及び外部端子（半田バンプ）等を形成する工程を必要に応じて実施する。
【００４７】
次に、図９（ｆ）に示すように、基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削する。
基板Ｗの他面Ｗｂ側を研削して、基板Ｗの板厚を薄くする。この研削の方法は、機械研削及び化学機械研磨のいずれであってもよい。研削して基板Ｗの板厚が薄くなることで、その剛性は低下するが、基板Ｗの残留応力が従来よりも低減されており、基板Ｗの剛性が低下してもその反り量の増大を抑えることができる。よって、基板Ｗの板厚を薄くしたとしても、基板Ｗの反りを抑制できる。基板Ｗの反りが抑制されることで、基板Ｗの保持や搬送を適切に行うことができ、半導体装置の製造におけるトラブルを防止し、製造を安定して行うことができる。
なお、この工程の後に、基板Ｗを所定のチップ寸法に切り分け（ダイシング）、半導体装置の製造が完了する。
【００４８】
また、本実施形態においてはめっき法を用いて再配線層Ｐを形成するときに、基板保持治具３Ａにより基板Ｗを反らせて保持している。もっとも、これに限定されるものではなく、例えばシード層Ｓがその形成時に収縮し、基板Ｗに反りを生じさせるものである場合には、シード層Ｓの形成時に基板保持治具３（図２参照）を用いて基板Ｗを反らせて保持するようにしてもよい。
【００４９】
以上より、本実施形態によれば、再配線層Ｐの収縮により生じる応力と、基板保持治具３Ａの保持により生じる応力とを互いに相殺させることが可能となる。各応力が互いに相殺されることで、基板Ｗを基板保持治具３Ａから取り外した後における、基板Ｗの残留応力が従来に比べて低減される。したがって、再配線層Ｐの形成後に生じる、基板Ｗの反りを抑制できるという効果がある。
【００５０】
＜実施例＞
第一及び第二の実施形態における製造方法を用いた場合の、ウエハーレベルＣＳＰの製造過程おける基板の反り量を、従来の製造方法を用いた場合の基板の反り量と比較した結果を以下に説明する。
【００５１】
感光性ポリイミド樹脂（東レ：ＰＷ−１２００）をスピンコート法にて、８インチウエハ状のＳｉ半導体からなる基板（厚さ７２５μｍ）の一面全域に塗布し、ホットプレート（１２０℃）にて４分間プリベークした。なお、プリベーク後の樹脂層の厚さを１５μｍとなるように、スピンコートの回転数を調整した。
次に、樹脂層にｉ線ステッパー（露光機）を用いて所定のパターンを露光する。露光量は１０００ｍＪ／ｃｍ２ とした。
次に、現像液として２．３８％のＴＭＡＨ水溶液を用い、基板を１２０秒ディッピングして現像した。
【００５２】
基板を基板保持治具に保持した状態で、ポリイミド樹脂のキュアを行う。基板を保持した基板保持治具を、熱処理装置（ヤマト科学株式会社製クリーンオーブンＤＴＳ８２）内に入れ、３２０℃で３０分間のキュアを実施する。キュア後、基板を基板保持治具から取り外す。この樹脂層は、基板表面と後に形成される再配線層との間を絶縁する絶縁層となる。
【００５３】
続いて、ポリイミド樹脂上に再配線層をめっき法にて形成する。
スパッタリングにてシード層をポリイミド樹脂上に形成する。シード層はＴｉ（厚さ１００ｎｍ）及びＣｕ（厚さ２００ｎｍ）を順に形成した２層構造とした。すなわち、Ｔｉ層がポリイミド樹脂と接する下地層となっている。なお、Ｔｉ層及びＣｕ層のいずれもが、ポリイミド樹脂の全面に形成されている。
次に、再配線層用のめっきレジストをフォトリソグラフィーによって形成する。めっきレジストには、東京応化工業株式会社製ＰＭＥＲＰ−ＬＡ９００ＰＭを使用した。
次に、基板保持治具によって保持された基板の表面に、Ｃｕの電解めっきにて厚さ５μｍの再配線層を形成する。なお電解液は硫酸銅溶液を用い、電流密度は１Ａ／ｄｍとした。めっき完了後、めっき槽から基板を取り出し、純水にて洗浄を行った。
【００５４】
次に、めっきレジストを剥離した後、再配線層（Ｃｕめっき）が形成されていない部位のシード層を、Ｃｕ、Ｔｉの順にエッチングによって除去した。
次に、再配線層及び樹脂層上に封止樹脂層を形成した。封止樹脂層に行うパターニングは、後述する半田バンプ形成部を開口するための露光用マスクを用いる。封止樹脂層のキュアでは、樹脂層の熱硬化に用いた基板保持治具を再度利用した。
次に、半田バンプを形成した。３Ａｇ系の鉛フリー半田ペーストを印刷した後、リフロー及びフラックス洗浄をすることで、半田バンプを形成した。
【００５５】
半田バンプ形成面に表面保護テープを貼付した後、裏面研磨することで基板を薄板化する。裏面研磨後の基板の厚さは２３０μｍとした。表面保護テープの剥離後、基板の反り量を測定した結果、第一実施形態と第二実施形態を併用することにより、基板の中央部と周縁部との差を０．３ｍｍに抑えることができた。
一方、比較例として、キュア及びめっき時に基板保持治具を用いることなく、樹脂層、再配線層、封止樹脂層及び半田バンプを形成した基板を製造した。この比較例により形成された基板の反り量は、基板の中央部と周縁部との差が３．２ｍｍであった。
以上の結果より、従来の製造方法（比較例）に比べて、本発明に係る基板保持治具を用いる製造方法では、基板の反り量を１／１０にできることが判明した。
したがって、上述した実施例の結果により、本発明に係る製造方法を用いることで、樹脂層の硬化後及び再配線層（導体層）の形成後に生じる基板の反りを抑制できる効果が確認された。
【００５６】
以上、本発明の半導体装置の製造方法並びに半導体装置の製造装置及び基板保持治具について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５７】
例えば、上記実施形態にて説明した製造方法を、ウエハーレベルＣＳＰ以外の半導体装置の製造方法に使用してもよい。
【００５８】
また、上述した第一の実施形態に係る基板保持治具３の代わりに、図１０に示す基板保持治具３Ｂを用いてもよい。図１０は、第一の実施形態に係る基板保持治具３の第三の変形例を示す垂直断面図である。
基板保持治具３Ｂにおける基板支持台３１には、第二凸部３１ｂ（凸部）が設けられている。第二凸部３１ｂは基板支持台３１から基板Ｗに向けて突出しており、基板Ｗの中央部に対応する位置に配されている。なお、この基板保持治具３Ｂを、第二の実施形態に係るめっき装置４に用いてもよい。
【００５９】
また、上述した第一の実施形態に係る基板保持治具３の代わりに、図１１に示す基板保持治具３Ｃを用いてもよい。図１１は、第一の実施形態に係る基板保持治具３の第四の変形例を示す垂直断面図である。
基板保持治具３Ｃにおける基板支持台３１には、板厚方向に延びる複数の貫通孔３１ｃが形成されている。なお、貫通孔３１ｃは凸部３１ａをも貫通して配されている。貫通孔３１ｃが形成されていることで、熱処理装置本体２の加熱室２１（図１参照）内の熱せられた気体が貫通孔３１ｃを通じて基板Ｗの他面Ｗｂに接することができ、基板Ｗ側からも樹脂層Ｒ１を加熱することができる。また、キュア時に基板Ｗをなるべく加熱したくない場合には、貫通孔３１ｃを通じて冷却用流体を基板Ｗの他面Ｗｂに接触させて、基板Ｗを冷却してもよい。なお、この基板保持治具３Ｃを、第二の実施形態に係るめっき装置４に用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、半導体装置の製造方法並びに半導体装置の製造装置及び基板保持治具に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 熱処理装置（半導体装置の製造装置）、２ 熱処理装置本体（樹脂硬化手段）、３ 基板保持治具、３１ 基板支持台、３１ａ 凸部、３１ｂ 第二凸部（凸部）、３２ 押さえ部材、３２ｂ 爪部、３３ ボルト（調整部）、４ めっき装置（半導体装置の製造装置）、５ めっき槽（導体層形成手段）、Ｗ 基板、Ｗａ 一面、Ｗｂ 他面、Ｒ１ 樹脂層、Ｐ 再配線層（導体層）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記樹脂層を硬化させる第二工程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記一面に導体層を形成する第二工程と、を少なくとも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】
前記第二工程の後に、前記基板の他面側を研削する第三工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第一工程は、前記基板の他面側を、凸部を備える基板支持台に向けて、前記基板支持台に前記基板を載置する工程と、押さえ部材を用いて、前記基板の周縁部を前記一面側から前記他面側に向けて押圧し、前記基板を反らせる工程と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記押さえ部材は、前記周縁部を全周に亘って押圧することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記押さえ部材は、前記周縁部の互いに離間する複数の箇所を押圧することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第一工程は、前記基板支持台と前記押さえ部材との距離を調整する工程を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記樹脂層を硬化させる樹脂硬化手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項９】
ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記一面に、導体層を形成する導体層形成手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記基板保持治具は、前記基板がその他面側を向けて載置される基板支持台と、前記基板の周縁部を前記一面側から押圧して保持する押さえ部材と、を備え、前記基板支持台は、前記基板側に突出して配される凸部を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
前記押さえ部材は、前記基板支持台に着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１２】
前記押さえ部材は、リング状であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１３】
前記押さえ部材は、前記周縁部の互いに離間する複数の箇所をそれぞれ押圧する複数の爪部を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１４】
前記基板保持治具は、前記基板支持台と前記押さえ部材との距離を変化させる調整部を備えることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれか一項に記載の基板保持治具は、前記半導体装置の製造装置に着脱自在に設けられていることを特徴とする基板保持治具。
【請求項１】
一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記樹脂層を硬化させる第二工程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する第一工程と、前記第一工程の後に、前記一面に導体層を形成する第二工程と、を少なくとも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】
前記第二工程の後に、前記基板の他面側を研削する第三工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第一工程は、前記基板の他面側を、凸部を備える基板支持台に向けて、前記基板支持台に前記基板を載置する工程と、押さえ部材を用いて、前記基板の周縁部を前記一面側から前記他面側に向けて押圧し、前記基板を反らせる工程と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記押さえ部材は、前記周縁部を全周に亘って押圧することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記押さえ部材は、前記周縁部の互いに離間する複数の箇所を押圧することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第一工程は、前記基板支持台と前記押さえ部材との距離を調整する工程を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
一面に樹脂層が配された、ウエハ状の半導体からなる基板を、前記一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記樹脂層を硬化させる樹脂硬化手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項９】
ウエハ状の半導体からなる基板を、その一面の全域が球面状に膨出するように、反らせて保持する基板保持治具と、前記基板保持治具に保持されている前記基板の前記一面に、導体層を形成する導体層形成手段と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記基板保持治具は、前記基板がその他面側を向けて載置される基板支持台と、前記基板の周縁部を前記一面側から押圧して保持する押さえ部材と、を備え、前記基板支持台は、前記基板側に突出して配される凸部を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
前記押さえ部材は、前記基板支持台に着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１２】
前記押さえ部材は、リング状であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１３】
前記押さえ部材は、前記周縁部の互いに離間する複数の箇所をそれぞれ押圧する複数の爪部を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１４】
前記基板保持治具は、前記基板支持台と前記押さえ部材との距離を変化させる調整部を備えることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれか一項に記載の基板保持治具は、前記半導体装置の製造装置に着脱自在に設けられていることを特徴とする基板保持治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７８４２２（Ｐ２０１２−１７８４２２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４００３５（Ｐ２０１１−４００３５）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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