基板処理装置および半導体装置の製造方法
【課題】基板の加熱ムラを防止する。
【解決手段】基板１の加熱ムラを防止する基板処理装置１０は、処理室内１２に設けられ基板を保持する基板保持部２１と、前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部２６と、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔２０が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板１９と、を備える。
【解決手段】基板１の加熱ムラを防止する基板処理装置１０は、処理室内１２に設けられ基板を保持する基板保持部２１と、前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部２６と、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔２０が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板１９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にＩＣ（Integrated Circuit）等の半導体装置を製造する基板処理技術に係り、特に、マイクロ波を用いて、半導体ウエハ（以下、ウエハという）等の基板を処理し、半導体装置を製造する半導体製造装置、基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造工程においては、ウエハ上にＩＣ回路を作製する前工程が終了した後、ウエハを研磨して薄くするバック・グラインド、ウエハをチップに切断するダイシング、チップをパッドに装着するマウント、接着、モールド、仕上げプロセス、テストという後工程に進む。
ＷＬＰ（Wafer Level Packing ）は、ＩＣが作製されたウエハ上に、半導体パッケージとして必要な再配線、封止樹脂、はんだバンプを形成し個片化するものである。ＷＬＰの一種であるＳｉＰ（System in Package ）の製造では、前工程と後工程の間に中間工程が必要となり、前工程のウエハを受取った後、バック・グラインドの前に、チップの配線上部に加工を施す再配線などの工程が入り、ポリイミド系材料等で層間絶縁膜を形成して銅再配線を形成し、その先端にはんだボールを搭載する。
ウエハの研磨等が実施されるので、ウエハの厚さや反り等にも注意が必要になる。その点で、前工程と中間工程とを含む後工程が協調される必要がある。
従来、ポリイミド系材料の加熱・硬化には、抵抗加熱型ヒータが使用されてきたが、近年、低温での硬化、ウエハの反りの減少を目的として、マイクロ波を用いる試みがなされている。
例えば、４〜８ＧＨｚの範囲で、マイクロ波の周波数を変化させ、特定箇所のみが集中電界により加熱されることを防止しつつ、処理室内にマイクロ波を導入し、ウエハ上のポリイミド系材料を加熱処理して硬化するものである。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５３２１２２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、マイクロ波を処理室内に導入する加熱・硬化方法においては、マイクロ波の導入位置による放射パターンの影響や、処理室壁面とウエハエッジ部との距離による影響によって基板面内の加熱ムラが発生する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、基板面内の加熱ムラを防止することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するための手段の代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
（２）処理室内に設けられた基板保持部に基板が保持された状態で、ガス供給部からガスを供給するステップと、
マイクロ波供給部からマイクロ波を前記処理室内に供給し、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板を経由して前記基板にマイクロ波を照射するステップと、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
前記手段によれば、基板の加熱ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す正面断面図である。
【図２】その拡散板を示す平面図である。
【図３】電界分布と温度分布との関係を示す各分布図であり、（ａ）は単一周波数の場合を示し、（ｂ）は可変周波数の場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
【００１０】
図１に示されているように、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０は電磁波加熱装置１１を備えており、電磁波加熱装置１１は処理容器１２を備えている。処理容器１２は基板としてのウエハ１を処理する処理室１３を形成している。処理容器１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）のような金属材料により構築されており、処理室１３を電磁波的に遮蔽し、反射する構造となっている。
【００１１】
処理室１３内には隔壁１５が処理室１３内を上下に仕切るように水平に架設されており、隔壁１５には円形の取付口１６が、その中心が処理室１３の中心と垂直方向で略一致するように開設されている。処理容器１２上の取付口１６の中心線上には駆動装置としてのモータ１７が設置されており、モータ１７の回転軸１８は取付口１６の中心に挿入されている。回転軸１８の下端（言い換えれば、基板保持部とマイクロ波供給部との間）には、拡散板１９が水平に配されて中心を固定されている。
図２に示されているように、拡散板１９には円形の貫通孔２０が複数開設されている。貫通孔２０群の孔密度（単位面積に対する貫通孔の割合）は、中央部（ウエハの中心に対向した部位）の孔密度が、周辺部（ウエハ端部に対向した部位）の孔密度よりも高くなるように設定されている。例えば、中央部の貫通孔２０の個数は周辺部の貫通孔２０の個数よりも多い。すなわち、複数の貫通孔が開口率が拡散板の中心からの距離によって異なるように設けられている。
貫通孔２０の直径Ｄは、λ／２（１／２波長）以上となるように設定されており、例えば、２５ｍｍに設定されている。
ここで、λは、処理室１３内に導入されるマイクロ波（後述する）の波長である。貫通孔２０の直径Ｄをλ／２以上に設定する理由は、マイクロ波が貫通孔２０を支障なく通過するようにさせるためである。
【００１２】
処理室１３の底部には、ウエハ１を保持する基板保持部としての載置台２１が設けられている。載置台２１は保持したウエハ１の中心と処理室１３の中心と拡散板１９の中心とが垂直方向で一致するように設けられている。載置台２１は石英またはテフロン（登録商標）等からなる複数（本実施形態においては３本）の柱２１ａと、金属からなる台２１ｂとを備えており、柱２１ａによってウエハ１を下から３点支持する。柱２１ａの先端は台２１ｂ表面（ウエハ裏面と対向する面）からλ／４の奇数倍の位置となるように構成される。このような位置にすることで、台２１ｂから反射するマイクロ波のピーク（波形の腹の位置）で照射することが可能となるため、効率よく加熱することができる。
【００１３】
処理室１３内には、ウエハ１の温度を検出する温度検出器２２が設けられている。温度検出器２２は、後述する制御部５０に電気的に接続されている。
【００１４】
処理容器１２の上部には、電磁波を処理室１３内に供給する導波口２４が設けられている。導波口２４には導波路２５の一端が接続されており、導波路２５の他端には電磁波発生部２６が接続されている。電磁波発生部２６は周波数が変化する高周波の電磁波としてのマイクロ波を発生する。電磁波発生部２６としてはマイクロトロン等が用いられる。電磁波波発生部２６においては、高周波増幅器としてＴＷＴ（進行波管）が用いられ、例えば、５．８５〜６．６５ＧＨｚの高周波の電磁波（マイクロ波）が連続的に変化されながら発生される。
電磁波発生部２６で発生した周波数が変化するマイクロ波は、導波路２５を介して導波口２４から処理室１６内に導入される。すなわち、電磁波発生部２６と導波路２５と導波口２４から、マイクロ波供給部が構成される。
【００１５】
処理容器１２の天井壁には、窒素（Ｎ２ ）ガスを導入するガス導入管３０が設けられている。ガス導入管３０には、上流から順に、ガス供給源３１、ガス流量を調整するＭＦＣ３２、ガス流路を開閉するバルブ３３が設けられており、このバルブ３３を開閉することで、処理室１３内にガス導入管３０からガスが導入、または導入停止される。ガス導入管３０から導入される導入ガスは、ウエハ１や処理容器１２を冷却したり、パージガスとして処理室１３内のガスを押し出したりするのに用いられる。
ガス導入管３０とガス供給源３１とＭＦＣ３２とバルブ３３とから、ガス導入部が構成される。ＭＦＣ３２とバルブ３３は制御部５０と電気的に接続されており、制御部５０により制御される。
【００１６】
処理容器１２の天井壁には排気管３４が設けられており、排気管３４には上流から順に、圧力調整バルブ３５と排気装置としての真空ポンプ３６が設けられている。圧力調整バルブ３５の開度を調整することで、処理室１３内の圧力が所定の値に調整される。排気管３４と圧力調整バルブ３５と真空ポンプ３６とから排気部が構成される。
圧力調整バルブ３５および真空ポンプ３６は制御部５０と電気的に接続されており、制御部５０により圧力調整制御される。
【００１７】
処理容器１２の一側壁にはメンテナンス口３７が大きく開設されており、メンテナンス口３７にはメンテナンス扉３８がシールリング３９を介して気密かつ開閉可能に取り付けられている。
【００１８】
処理容器１２の各壁体内およびメンテナンス扉３８内には、処理容器１２を冷却する冷却路４０が設けられている。冷却路４０には冷却水が供給されており、例えば、加熱処理過程において、ウエハ１からの放射熱や加熱されたガス等により処理容器１２が温度上昇するのを抑制することができる。これにより、温度上昇に伴う処理容器１２の電磁波の反射効率の低下を抑制することができる。処理容器１２の温度を一定とすることで、処理容器１２の電磁波の反射効率を一定とし、延いては、実質的な電磁波電力を安定させることが可能となる。
【００１９】
図１に示されているように、処理容器１２のメンテナンス口３７と反対側の側壁には、搬送室４２を形成した密閉容器４１が連結されているとともに、処理室１３の内外にウエハ１を搬送するためのウエハ搬送口４３が開設されている。ウエハ搬送口４３には、ゲートバルブ４４が設けられており、このゲートバルブ４４を開けることにより、処理室１３内と搬送室４２内とが連通するように構成されている。
ゲートバルブ４４とウエハ搬送口４３との接触部分には、シール材としての非金属製のガスケット（導電性シールリング）４５が取り付けられている。このため、ゲートバルブ４４とウエハ搬送口４３との接触部分は密閉され、処理室１３から電磁波が漏洩しないようになっている。
【００２０】
搬送室４２内には、ウエハ１を搬送する搬送ロボット４６が設けられている。搬送ロボット４６には、ウエハ１を搬送する際にウエハ１を支持する搬送アーム４６ａが備えられている。ゲートバルブ４４を開くことによって、搬送ロボット４６により処理室１３内と搬送室４２内との間で、ウエハ１を搬送することが可能なように構成されている。処理室１３内に搬送されたウエハ１は載置台２１に載置される。
【００２１】
基板処理装置１０は、この基板処理装置１０の各構成部分の動作を制御する制御部５０を備える。制御部５０は、電磁波発生部２６、ゲートバルブ４４、搬送ロボット４６、ＭＦＣ３２、バルブ３３、圧力調整バルブ３５等の各構成部の動作を制御する。
【００２２】
以上の構成に係る基板処理装置１０の作用を説明することにより、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を、半導体装置を製造する複数の工程の中の一工程である加熱・硬化工程を主に説明する。
本実施形態においては、ＷＬＰ（ウエハレベルパッケージ）技術が使用され、ポリイミド系材料を絶縁膜として使用している。ポリイミド系材料のキュア（硬化）処理では、例えば、層間絶縁膜を形成し、Ｃｕ配線にはんだボールを付着させた状態で、マイクロ波によってウエハ温度を２５０℃程度まで加熱する。このときの処理室内雰囲気は、処理室およびウエハの酸化を防止するために、例えば窒素雰囲気とする。キュア処理によって層間絶縁膜が硬化され、層間をより高絶縁状態とすることが可能となる。
【００２３】
以下の各ステップにおいて、基板処理装置の作動は制御部５０によって制御される。
（搬入ステップ）
ウエハ１を処理室１３に搬入する搬入ステップにおいて、まず、ゲートバルブ４４を開き、処理室１３と搬送室４２とを連通させる。
次に、処理対象のウエハ１を搬送アーム４６ａで保持し、搬送ロボット４６により、搬送室４２内から処理室１３内へ搬入する。処理室１３内に搬入されたウエハ１は、搬送ロボット４６により載置台２１の柱２１ａ上に載置される。
搬送ロボット４６の搬送アーム４６ａが処理室１３内から搬送室４２内へ戻ると、ゲートバルブ４４が閉じられる。
【００２４】
（窒素ガス置換ステップ）
窒素ガス置換ステップにおいて、処理室１３内を窒素雰囲気に置換する。
処理室１３内のガス（雰囲気）が真空ポンプ３６により排気管３５から排出されるとともに、窒素ガスがガス導入管３０から処理室１３内に導入される。このとき、処理室１３内の圧力が圧力調整バルブ３５によって所定の値（大気圧）に調整される。
【００２５】
（加熱ステップ）
窒素ガスが処理室１３内にガス導入管３０から導入されるとともに、処理室１３内の圧力が圧力調整バルブ３５により予め設定された所定値（大気圧）に調整されつつ、処理室１３内の窒素ガスが排気管３４から排出される。
また、拡散板１９がモータ１７によって回転される。
さらに、冷却水が冷却路４０に流通されて、処理容器１２の壁体およびメンテナンス扉３８の温度上昇が抑制される。
【００２６】
この状態で、例えば、５．８５〜６．６５ＧＨｚで連続的に変化するマイクロ波が、電磁波発生部２６から導波路２５および導波口２４を経由して、処理室１３内における隔壁１５の上方空間内に導入される。連続的に変化するマイクロ波においては、例えば、変化する幅の中心に位置する波長を基準として貫通孔２０の径や柱２１ａの高さを設定する。
隔壁１５の上方空間内に導入されたマイクロ波は、拡散板１９の複数の貫通孔２０を通過する。このとき、貫通孔２０は直径Ｄが２５ｍｍ（Ｄ≒λ／２、１／２波長）に設定されているので、マイクロ波は貫通孔２０を支障なく通過する。
拡散板１９の貫通孔２０群を通過（経由）したマイクロ波は、隔壁１５の下方空間内に至り、柱２１ａ上のウエハ１に照射される。このとき、拡散板１９が回転しているので、拡散板１９の貫通孔２０群を通過するマイクロ波は、図３（ｂ）に示されているように攪乱される。
【００２７】
マイクロ波をウエハ１に照射すると、ウエハ１が加熱されるため、ウエハ１上のポリイミド系絶縁層が硬化（キュア）される。すなわち、ポリイミド系材料の分子がマイクロ波により振動されることで加熱されるので、ポリイミド系材料層における不要な成分（この場合はＮ−メチルピロリドン）が排出される。このような現象によって分子間の結合度が高まり、ポリイミド系材料層が硬化する。
本実施形態においては、周波数５．８５〜６．６５ＧＨｚのマイクロ波を出力５００Ｗ、ウエハ１の温度２５０℃、処理室１３内の圧力を大気圧として１０分間、加熱・硬化処理を行った。
【００２８】
ところで、単一周波数のマイクロ波が処理室に導入されると、図３（ａ）に示されているように、定在波が発生して、電界分布が単調になるので、処理室内の温度分布も単調になる。その結果、加熱されるウエハの温度分布が不均一になる。
しかし、本実施形態のように、周波数が変化するマイクロ波が処理室に導入されると、図３（ｂ）に示されているように、定在波が処理室内で発生する現象が抑制されて、電界分布が複雑になるので、処理室内の温度分布も複雑になる。その結果、加熱されるウエハの温度分布が相対的に均一になる。
しかも、本実施形態においては、周波数が変化するマイクロ波は拡散板１９によって攪乱されることにより、電界分布がより一層複雑になるので、処理室内の温度分布もより一層複雑になる。その結果、加熱されるウエハの温度分布がより一層均一になる。
【００２９】
ところで、拡散板１９の貫通孔２０群の孔密度が全体にわたって均一であると、ウエハ１の温度分布はウエハ１の中央部が低くなりウエハ１の周辺部が高くなる傾向がある。ウエハ周辺部（ウエハ端部）は表面に照射されるマイクロ波と側面に照射されるマイクロ波とで二重に加熱されることが原因と考えられる。
しかし、本実施形態においては、拡散板１９の貫通孔２０群は中央部の孔密度が周辺部の孔密度よりも高くなるように設定されていることにより、当該中央部が低くなり周辺部が高くなる傾向を矯正することができるので、真下に載置されたウエハ１の温度分布は全体にわたって均一になる。換言すれば、マイクロ波によるウエハ１の加熱に際して、加熱ムラを防止することができる。
【００３０】
（基板搬出ステップ）
加熱処理ステップが終了すると、前述した搬入ステップに示した手順とは逆の手順により、加熱・硬化処理したウエハ１を処理室１３から搬送室４２内へ搬出する。
【００３１】
本実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００３２】
（１）マイクロ波を処理室内に導入してウエハを加熱する際において、加熱ムラが発生するのを防止することができるので、ウエハを温度分布が均一になるように加熱することができる。
【００３３】
（２）拡散板の貫通孔群を中央部孔密度が周辺部孔密度よりも高くなるように設定することにより、ウエハ温度分布を全体にわたって均一化することができるので、簡単な構成によってウエハ温度分布の均一化を実現することができる。
【００３４】
（３）拡散板の貫通孔群の孔密度を変更することにより、ウエハ温度分布を最適化することができるので、コスト対効果を向上させることができる。
【００３５】
（４）貫通孔の直径Ｄをマイクロ波の波長λの半分以上（Ｄ≧λ／２）に設定することにより、マイクロ波が貫通孔を支障なく通過することができるので、マイクロ波の効率低下を防止することができる。
【００３６】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３７】
例えば、拡散板の複数の貫通孔は、開口率（単位面積に対する開口部の面積の割合を百分率で表した値）が拡散板の中心からの距離によって異なるように設けてもよい。好ましくは、拡散板の複数の貫通孔は、開口率が拡散板の中心から周辺に行くに従って大きくなるように設ける。この場合、開口率は複数の貫通孔の個数を増減して調整するに限らず、各貫通孔の直径を増減して調整してもよい。
【００３８】
拡散板の貫通孔は円形に形成するに限らず、多角形等に形成してもよい。
【００３９】
マイクロ波は、周波数５．８５〜６．６５ＧＨｚで連続的に変化させるに限らず、周波数４〜８ＧＨｚで連続的に変化させてもよいし、単一波長で供給してもよい。
【００４０】
処理室内に供給するガスは、窒素ガスを使用するに限らず、アルゴン等の不活性ガスを使用することができる。
【００４１】
層間絶縁膜だけでなく、封止材や緩衝材等のキュア処理にも適用することができる。
【００４２】
ウエハに処理を施す場合に限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等々に処理を施すのに適用することができる。
【００４３】
本発明の好ましい態様を付記する。
（１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
（２）前記拡散板が回転される（１）に記載の基板処理装置。
（３）前記貫通孔の直径がマイクロ波の波長λの半分以上（Ｄ≧λ／２）に設定される（１）または（２）に記載の基板処理装置。
（４）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、開口率が前記拡散板の中心からの距離によって異なるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
（５）処理室内に設けられた基板保持部に基板が保持された状態で、ガス供給部からガスを供給するステップと、
マイクロ波供給部からマイクロ波を前記処理室内に供給し、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板を経由して前記基板にマイクロ波を照射するステップと、
を備える半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００４４】
１…ウエハ、１０…基板処理装置、１１…電磁波加熱装置、１２…処理容器、１３…処理室、１５…隔壁、１６…取付口、１７…モータ（駆動装置）、１８…回転軸、１９…拡散板、２０…貫通孔、
２１…載置台、２１ａ…柱、２１ｂ…台、２２…温度検出器、
２４…導波口、２５…導波路、２６…電磁波発生部、
３０…ガス導入管、３１…ガス供給源、３２…ＭＦＣ、３３…バルブ、
３４…排気管、３５…圧力調整バルブ、３６…真空ポンプ、
３７…メンテナンス口、３８…メンテナンス扉、３９…シールリング、
４０…冷却路、
４１…密閉容器、４２…搬送室、４３…ウエハ搬送口、４４…ゲートバルブ、４５…ガスケット、４６…搬送ロボット、
５０…制御部、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にＩＣ（Integrated Circuit）等の半導体装置を製造する基板処理技術に係り、特に、マイクロ波を用いて、半導体ウエハ（以下、ウエハという）等の基板を処理し、半導体装置を製造する半導体製造装置、基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造工程においては、ウエハ上にＩＣ回路を作製する前工程が終了した後、ウエハを研磨して薄くするバック・グラインド、ウエハをチップに切断するダイシング、チップをパッドに装着するマウント、接着、モールド、仕上げプロセス、テストという後工程に進む。
ＷＬＰ（Wafer Level Packing ）は、ＩＣが作製されたウエハ上に、半導体パッケージとして必要な再配線、封止樹脂、はんだバンプを形成し個片化するものである。ＷＬＰの一種であるＳｉＰ（System in Package ）の製造では、前工程と後工程の間に中間工程が必要となり、前工程のウエハを受取った後、バック・グラインドの前に、チップの配線上部に加工を施す再配線などの工程が入り、ポリイミド系材料等で層間絶縁膜を形成して銅再配線を形成し、その先端にはんだボールを搭載する。
ウエハの研磨等が実施されるので、ウエハの厚さや反り等にも注意が必要になる。その点で、前工程と中間工程とを含む後工程が協調される必要がある。
従来、ポリイミド系材料の加熱・硬化には、抵抗加熱型ヒータが使用されてきたが、近年、低温での硬化、ウエハの反りの減少を目的として、マイクロ波を用いる試みがなされている。
例えば、４〜８ＧＨｚの範囲で、マイクロ波の周波数を変化させ、特定箇所のみが集中電界により加熱されることを防止しつつ、処理室内にマイクロ波を導入し、ウエハ上のポリイミド系材料を加熱処理して硬化するものである。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５３２１２２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、マイクロ波を処理室内に導入する加熱・硬化方法においては、マイクロ波の導入位置による放射パターンの影響や、処理室壁面とウエハエッジ部との距離による影響によって基板面内の加熱ムラが発生する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、基板面内の加熱ムラを防止することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するための手段の代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
（２）処理室内に設けられた基板保持部に基板が保持された状態で、ガス供給部からガスを供給するステップと、
マイクロ波供給部からマイクロ波を前記処理室内に供給し、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板を経由して前記基板にマイクロ波を照射するステップと、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
前記手段によれば、基板の加熱ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す正面断面図である。
【図２】その拡散板を示す平面図である。
【図３】電界分布と温度分布との関係を示す各分布図であり、（ａ）は単一周波数の場合を示し、（ｂ）は可変周波数の場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
【００１０】
図１に示されているように、本発明の実施形態に係る基板処理装置１０は電磁波加熱装置１１を備えており、電磁波加熱装置１１は処理容器１２を備えている。処理容器１２は基板としてのウエハ１を処理する処理室１３を形成している。処理容器１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）のような金属材料により構築されており、処理室１３を電磁波的に遮蔽し、反射する構造となっている。
【００１１】
処理室１３内には隔壁１５が処理室１３内を上下に仕切るように水平に架設されており、隔壁１５には円形の取付口１６が、その中心が処理室１３の中心と垂直方向で略一致するように開設されている。処理容器１２上の取付口１６の中心線上には駆動装置としてのモータ１７が設置されており、モータ１７の回転軸１８は取付口１６の中心に挿入されている。回転軸１８の下端（言い換えれば、基板保持部とマイクロ波供給部との間）には、拡散板１９が水平に配されて中心を固定されている。
図２に示されているように、拡散板１９には円形の貫通孔２０が複数開設されている。貫通孔２０群の孔密度（単位面積に対する貫通孔の割合）は、中央部（ウエハの中心に対向した部位）の孔密度が、周辺部（ウエハ端部に対向した部位）の孔密度よりも高くなるように設定されている。例えば、中央部の貫通孔２０の個数は周辺部の貫通孔２０の個数よりも多い。すなわち、複数の貫通孔が開口率が拡散板の中心からの距離によって異なるように設けられている。
貫通孔２０の直径Ｄは、λ／２（１／２波長）以上となるように設定されており、例えば、２５ｍｍに設定されている。
ここで、λは、処理室１３内に導入されるマイクロ波（後述する）の波長である。貫通孔２０の直径Ｄをλ／２以上に設定する理由は、マイクロ波が貫通孔２０を支障なく通過するようにさせるためである。
【００１２】
処理室１３の底部には、ウエハ１を保持する基板保持部としての載置台２１が設けられている。載置台２１は保持したウエハ１の中心と処理室１３の中心と拡散板１９の中心とが垂直方向で一致するように設けられている。載置台２１は石英またはテフロン（登録商標）等からなる複数（本実施形態においては３本）の柱２１ａと、金属からなる台２１ｂとを備えており、柱２１ａによってウエハ１を下から３点支持する。柱２１ａの先端は台２１ｂ表面（ウエハ裏面と対向する面）からλ／４の奇数倍の位置となるように構成される。このような位置にすることで、台２１ｂから反射するマイクロ波のピーク（波形の腹の位置）で照射することが可能となるため、効率よく加熱することができる。
【００１３】
処理室１３内には、ウエハ１の温度を検出する温度検出器２２が設けられている。温度検出器２２は、後述する制御部５０に電気的に接続されている。
【００１４】
処理容器１２の上部には、電磁波を処理室１３内に供給する導波口２４が設けられている。導波口２４には導波路２５の一端が接続されており、導波路２５の他端には電磁波発生部２６が接続されている。電磁波発生部２６は周波数が変化する高周波の電磁波としてのマイクロ波を発生する。電磁波発生部２６としてはマイクロトロン等が用いられる。電磁波波発生部２６においては、高周波増幅器としてＴＷＴ（進行波管）が用いられ、例えば、５．８５〜６．６５ＧＨｚの高周波の電磁波（マイクロ波）が連続的に変化されながら発生される。
電磁波発生部２６で発生した周波数が変化するマイクロ波は、導波路２５を介して導波口２４から処理室１６内に導入される。すなわち、電磁波発生部２６と導波路２５と導波口２４から、マイクロ波供給部が構成される。
【００１５】
処理容器１２の天井壁には、窒素（Ｎ２ ）ガスを導入するガス導入管３０が設けられている。ガス導入管３０には、上流から順に、ガス供給源３１、ガス流量を調整するＭＦＣ３２、ガス流路を開閉するバルブ３３が設けられており、このバルブ３３を開閉することで、処理室１３内にガス導入管３０からガスが導入、または導入停止される。ガス導入管３０から導入される導入ガスは、ウエハ１や処理容器１２を冷却したり、パージガスとして処理室１３内のガスを押し出したりするのに用いられる。
ガス導入管３０とガス供給源３１とＭＦＣ３２とバルブ３３とから、ガス導入部が構成される。ＭＦＣ３２とバルブ３３は制御部５０と電気的に接続されており、制御部５０により制御される。
【００１６】
処理容器１２の天井壁には排気管３４が設けられており、排気管３４には上流から順に、圧力調整バルブ３５と排気装置としての真空ポンプ３６が設けられている。圧力調整バルブ３５の開度を調整することで、処理室１３内の圧力が所定の値に調整される。排気管３４と圧力調整バルブ３５と真空ポンプ３６とから排気部が構成される。
圧力調整バルブ３５および真空ポンプ３６は制御部５０と電気的に接続されており、制御部５０により圧力調整制御される。
【００１７】
処理容器１２の一側壁にはメンテナンス口３７が大きく開設されており、メンテナンス口３７にはメンテナンス扉３８がシールリング３９を介して気密かつ開閉可能に取り付けられている。
【００１８】
処理容器１２の各壁体内およびメンテナンス扉３８内には、処理容器１２を冷却する冷却路４０が設けられている。冷却路４０には冷却水が供給されており、例えば、加熱処理過程において、ウエハ１からの放射熱や加熱されたガス等により処理容器１２が温度上昇するのを抑制することができる。これにより、温度上昇に伴う処理容器１２の電磁波の反射効率の低下を抑制することができる。処理容器１２の温度を一定とすることで、処理容器１２の電磁波の反射効率を一定とし、延いては、実質的な電磁波電力を安定させることが可能となる。
【００１９】
図１に示されているように、処理容器１２のメンテナンス口３７と反対側の側壁には、搬送室４２を形成した密閉容器４１が連結されているとともに、処理室１３の内外にウエハ１を搬送するためのウエハ搬送口４３が開設されている。ウエハ搬送口４３には、ゲートバルブ４４が設けられており、このゲートバルブ４４を開けることにより、処理室１３内と搬送室４２内とが連通するように構成されている。
ゲートバルブ４４とウエハ搬送口４３との接触部分には、シール材としての非金属製のガスケット（導電性シールリング）４５が取り付けられている。このため、ゲートバルブ４４とウエハ搬送口４３との接触部分は密閉され、処理室１３から電磁波が漏洩しないようになっている。
【００２０】
搬送室４２内には、ウエハ１を搬送する搬送ロボット４６が設けられている。搬送ロボット４６には、ウエハ１を搬送する際にウエハ１を支持する搬送アーム４６ａが備えられている。ゲートバルブ４４を開くことによって、搬送ロボット４６により処理室１３内と搬送室４２内との間で、ウエハ１を搬送することが可能なように構成されている。処理室１３内に搬送されたウエハ１は載置台２１に載置される。
【００２１】
基板処理装置１０は、この基板処理装置１０の各構成部分の動作を制御する制御部５０を備える。制御部５０は、電磁波発生部２６、ゲートバルブ４４、搬送ロボット４６、ＭＦＣ３２、バルブ３３、圧力調整バルブ３５等の各構成部の動作を制御する。
【００２２】
以上の構成に係る基板処理装置１０の作用を説明することにより、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を、半導体装置を製造する複数の工程の中の一工程である加熱・硬化工程を主に説明する。
本実施形態においては、ＷＬＰ（ウエハレベルパッケージ）技術が使用され、ポリイミド系材料を絶縁膜として使用している。ポリイミド系材料のキュア（硬化）処理では、例えば、層間絶縁膜を形成し、Ｃｕ配線にはんだボールを付着させた状態で、マイクロ波によってウエハ温度を２５０℃程度まで加熱する。このときの処理室内雰囲気は、処理室およびウエハの酸化を防止するために、例えば窒素雰囲気とする。キュア処理によって層間絶縁膜が硬化され、層間をより高絶縁状態とすることが可能となる。
【００２３】
以下の各ステップにおいて、基板処理装置の作動は制御部５０によって制御される。
（搬入ステップ）
ウエハ１を処理室１３に搬入する搬入ステップにおいて、まず、ゲートバルブ４４を開き、処理室１３と搬送室４２とを連通させる。
次に、処理対象のウエハ１を搬送アーム４６ａで保持し、搬送ロボット４６により、搬送室４２内から処理室１３内へ搬入する。処理室１３内に搬入されたウエハ１は、搬送ロボット４６により載置台２１の柱２１ａ上に載置される。
搬送ロボット４６の搬送アーム４６ａが処理室１３内から搬送室４２内へ戻ると、ゲートバルブ４４が閉じられる。
【００２４】
（窒素ガス置換ステップ）
窒素ガス置換ステップにおいて、処理室１３内を窒素雰囲気に置換する。
処理室１３内のガス（雰囲気）が真空ポンプ３６により排気管３５から排出されるとともに、窒素ガスがガス導入管３０から処理室１３内に導入される。このとき、処理室１３内の圧力が圧力調整バルブ３５によって所定の値（大気圧）に調整される。
【００２５】
（加熱ステップ）
窒素ガスが処理室１３内にガス導入管３０から導入されるとともに、処理室１３内の圧力が圧力調整バルブ３５により予め設定された所定値（大気圧）に調整されつつ、処理室１３内の窒素ガスが排気管３４から排出される。
また、拡散板１９がモータ１７によって回転される。
さらに、冷却水が冷却路４０に流通されて、処理容器１２の壁体およびメンテナンス扉３８の温度上昇が抑制される。
【００２６】
この状態で、例えば、５．８５〜６．６５ＧＨｚで連続的に変化するマイクロ波が、電磁波発生部２６から導波路２５および導波口２４を経由して、処理室１３内における隔壁１５の上方空間内に導入される。連続的に変化するマイクロ波においては、例えば、変化する幅の中心に位置する波長を基準として貫通孔２０の径や柱２１ａの高さを設定する。
隔壁１５の上方空間内に導入されたマイクロ波は、拡散板１９の複数の貫通孔２０を通過する。このとき、貫通孔２０は直径Ｄが２５ｍｍ（Ｄ≒λ／２、１／２波長）に設定されているので、マイクロ波は貫通孔２０を支障なく通過する。
拡散板１９の貫通孔２０群を通過（経由）したマイクロ波は、隔壁１５の下方空間内に至り、柱２１ａ上のウエハ１に照射される。このとき、拡散板１９が回転しているので、拡散板１９の貫通孔２０群を通過するマイクロ波は、図３（ｂ）に示されているように攪乱される。
【００２７】
マイクロ波をウエハ１に照射すると、ウエハ１が加熱されるため、ウエハ１上のポリイミド系絶縁層が硬化（キュア）される。すなわち、ポリイミド系材料の分子がマイクロ波により振動されることで加熱されるので、ポリイミド系材料層における不要な成分（この場合はＮ−メチルピロリドン）が排出される。このような現象によって分子間の結合度が高まり、ポリイミド系材料層が硬化する。
本実施形態においては、周波数５．８５〜６．６５ＧＨｚのマイクロ波を出力５００Ｗ、ウエハ１の温度２５０℃、処理室１３内の圧力を大気圧として１０分間、加熱・硬化処理を行った。
【００２８】
ところで、単一周波数のマイクロ波が処理室に導入されると、図３（ａ）に示されているように、定在波が発生して、電界分布が単調になるので、処理室内の温度分布も単調になる。その結果、加熱されるウエハの温度分布が不均一になる。
しかし、本実施形態のように、周波数が変化するマイクロ波が処理室に導入されると、図３（ｂ）に示されているように、定在波が処理室内で発生する現象が抑制されて、電界分布が複雑になるので、処理室内の温度分布も複雑になる。その結果、加熱されるウエハの温度分布が相対的に均一になる。
しかも、本実施形態においては、周波数が変化するマイクロ波は拡散板１９によって攪乱されることにより、電界分布がより一層複雑になるので、処理室内の温度分布もより一層複雑になる。その結果、加熱されるウエハの温度分布がより一層均一になる。
【００２９】
ところで、拡散板１９の貫通孔２０群の孔密度が全体にわたって均一であると、ウエハ１の温度分布はウエハ１の中央部が低くなりウエハ１の周辺部が高くなる傾向がある。ウエハ周辺部（ウエハ端部）は表面に照射されるマイクロ波と側面に照射されるマイクロ波とで二重に加熱されることが原因と考えられる。
しかし、本実施形態においては、拡散板１９の貫通孔２０群は中央部の孔密度が周辺部の孔密度よりも高くなるように設定されていることにより、当該中央部が低くなり周辺部が高くなる傾向を矯正することができるので、真下に載置されたウエハ１の温度分布は全体にわたって均一になる。換言すれば、マイクロ波によるウエハ１の加熱に際して、加熱ムラを防止することができる。
【００３０】
（基板搬出ステップ）
加熱処理ステップが終了すると、前述した搬入ステップに示した手順とは逆の手順により、加熱・硬化処理したウエハ１を処理室１３から搬送室４２内へ搬出する。
【００３１】
本実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００３２】
（１）マイクロ波を処理室内に導入してウエハを加熱する際において、加熱ムラが発生するのを防止することができるので、ウエハを温度分布が均一になるように加熱することができる。
【００３３】
（２）拡散板の貫通孔群を中央部孔密度が周辺部孔密度よりも高くなるように設定することにより、ウエハ温度分布を全体にわたって均一化することができるので、簡単な構成によってウエハ温度分布の均一化を実現することができる。
【００３４】
（３）拡散板の貫通孔群の孔密度を変更することにより、ウエハ温度分布を最適化することができるので、コスト対効果を向上させることができる。
【００３５】
（４）貫通孔の直径Ｄをマイクロ波の波長λの半分以上（Ｄ≧λ／２）に設定することにより、マイクロ波が貫通孔を支障なく通過することができるので、マイクロ波の効率低下を防止することができる。
【００３６】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３７】
例えば、拡散板の複数の貫通孔は、開口率（単位面積に対する開口部の面積の割合を百分率で表した値）が拡散板の中心からの距離によって異なるように設けてもよい。好ましくは、拡散板の複数の貫通孔は、開口率が拡散板の中心から周辺に行くに従って大きくなるように設ける。この場合、開口率は複数の貫通孔の個数を増減して調整するに限らず、各貫通孔の直径を増減して調整してもよい。
【００３８】
拡散板の貫通孔は円形に形成するに限らず、多角形等に形成してもよい。
【００３９】
マイクロ波は、周波数５．８５〜６．６５ＧＨｚで連続的に変化させるに限らず、周波数４〜８ＧＨｚで連続的に変化させてもよいし、単一波長で供給してもよい。
【００４０】
処理室内に供給するガスは、窒素ガスを使用するに限らず、アルゴン等の不活性ガスを使用することができる。
【００４１】
層間絶縁膜だけでなく、封止材や緩衝材等のキュア処理にも適用することができる。
【００４２】
ウエハに処理を施す場合に限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等々に処理を施すのに適用することができる。
【００４３】
本発明の好ましい態様を付記する。
（１）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
（２）前記拡散板が回転される（１）に記載の基板処理装置。
（３）前記貫通孔の直径がマイクロ波の波長λの半分以上（Ｄ≧λ／２）に設定される（１）または（２）に記載の基板処理装置。
（４）基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、開口率が前記拡散板の中心からの距離によって異なるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
（５）処理室内に設けられた基板保持部に基板が保持された状態で、ガス供給部からガスを供給するステップと、
マイクロ波供給部からマイクロ波を前記処理室内に供給し、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板を経由して前記基板にマイクロ波を照射するステップと、
を備える半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００４４】
１…ウエハ、１０…基板処理装置、１１…電磁波加熱装置、１２…処理容器、１３…処理室、１５…隔壁、１６…取付口、１７…モータ（駆動装置）、１８…回転軸、１９…拡散板、２０…貫通孔、
２１…載置台、２１ａ…柱、２１ｂ…台、２２…温度検出器、
２４…導波口、２５…導波路、２６…電磁波発生部、
３０…ガス導入管、３１…ガス供給源、３２…ＭＦＣ、３３…バルブ、
３４…排気管、３５…圧力調整バルブ、３６…真空ポンプ、
３７…メンテナンス口、３８…メンテナンス扉、３９…シールリング、
４０…冷却路、
４１…密閉容器、４２…搬送室、４３…ウエハ搬送口、４４…ゲートバルブ、４５…ガスケット、４６…搬送ロボット、
５０…制御部、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記拡散板が回転される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
処理室内に設けられた基板保持部に基板が保持された状態で、ガス供給部からガスを供給するステップと、
マイクロ波供給部からマイクロ波を前記処理室内に供給し、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板を経由して前記基板にマイクロ波を照射するステップと、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記拡散板が回転される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
処理室内に設けられた基板保持部に基板が保持された状態で、ガス供給部からガスを供給するステップと、
マイクロ波供給部からマイクロ波を前記処理室内に供給し、前記基板保持部と前記マイクロ波供給部との間に設けられ、複数の貫通孔が、前記基板保持部に保持された前記基板の中心に対向した部位の孔密度が前記基板の端部に対向した部位の孔密度よりも高くなるように設けられている拡散板を経由して前記基板にマイクロ波を照射するステップと、
を備える半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２１６７１５（Ｐ２０１２−２１６７１５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１９００（Ｐ２０１１−８１９００）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]