CN110931385A - 加热装置以及加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加热装置,能够在清洁的加热环境中加热基板。加热装置包括:加热板,从下方加热被定位于加热位置的矩形状的基板;升降机构,使基板相对于加热板在铅垂方向上在比加热位置高的待机位置和加热位置之间升降;以及矫正机构,具有能够与基板的上表面的周缘部抵接的矫正构件,矫正机构通过使矫正构件在定位于加热位置的基板的四边的附近位于加热位置,将在通过加热板加热基板前基板中的向上方翘曲的周缘部矫正至加热位置,并限制在基板的加热中基板的周缘部向加热位置的上方翘曲,来控制通过加热板加热的基板的姿势。
Description
技术领域
本发明涉及从下方加热矩形状的基板的加热装置以及加热方法。
背景技术
作为半导体器件的制造工艺的一种,存在所谓的加热处理,所述加热处理一边以大致水平姿势支撑具有矩形状的基板,一边从下方加热基板。在该加热处理中,近年来,随着基板的大型化,基板的翘曲也进一步变大,从而难以进行均匀的加热处理。因此,提出使用例如日本特开2006-339485号公报所记载的矫正技术。在该矫正技术中,在腔室盖的下表面周缘部设置倾斜面,并在使该倾斜面与基板的周缘端抵接后,进一步使腔室盖下降至烘烤板(相当于本发明的“加热板”)侧,以矫正基板的翘曲。通过该矫正,能够适当地维持基板和烘烤板之间的距离,从而能够实现均匀的加热处理。
在上述加热处理中,在基板的翘曲矫正时,由于设置于腔室盖上的倾斜面和基板的周缘端互相摩擦,因此,可能会产生颗粒。因此,难以在清洁的加热环境中加热基板。
另外,在上述加热处理中,由于腔室盖的倾斜面向烘烤板侧按压基板的周缘端部,因此,腔室盖的下降量大于应该矫正的翘曲量。因此,若基板的翘曲量多,则需要与此相应地增大下降量。然而,腔室盖超过允许范围移动是不妥当的,因此,有时难以应对翘曲量的增大。在这种情况下,不能矫正基板的翘曲。特别地,近年来,在以晶片级封装(WLP:WaferLevel Packaging)或面板级封装(PLP:Panel Level Packaging)等制造方式制造的半导体封装中,在矩形状的玻璃基板上多层地组合多个半导体芯片、芯片间的布线等,它们的热收缩率或热膨胀率的差异量大于仅层叠抗蚀层等的半导体基板。因此,期望提供提高能够矫正的基板的翘曲的最大量(以下,称为“最大矫正量”)的技术。
发明内容
本发明鉴于上述问题而提出,其目的在于,提供一种加热装置以及加热方法,既能够提高最大矫正量,又能够在清洁的加热环境中加热基板。
本发明的一技术方案的加热装置,其特征在于,包括:加热板,从下方加热被定位于加热位置的矩形状的基板;升降机构,使所述基板相对于所述加热板在铅垂方向上在比所述加热位置高的待机位置和所述加热位置之间升降;以及矫正机构,具有能够与所述基板的上表面的周缘部抵接的矫正构件,所述矫正机构通过使所述矫正构件在定位于所述加热位置的所述基板的四边的附近位于所述加热位置,将在通过所述加热板加热所述基板前所述基板中的向上方翘曲的所述周缘部矫正至所述加热位置,并限制在所述基板的加热中所述基板的周缘部向加热位置的上方翘曲,来控制通过所述加热板加热的所述基板的姿势。
本发明的另一技术方案的加热方法,其特征在于,包括:使矩形状的基板相对于加热板定位于规定的加热位置的工序;使能够与所述基板的上表面的周缘部抵接的矫正构件从比所述加热位置高的位置朝向定位于所述加热位置的所述基板下降,并使所述矫正构件在所述基板的四边的附近定位于所述加热位置,在所述矫正构件的下降中,将所述基板中的向上方翘曲的所述周缘部矫正至所述加热位置的工序;以及在将所述矫正构件定位至所述加热位置的状态下,通过所述加热板加热所述基板,并且限制在所述基板的加热中所述基板的周缘部向所述加热位置的上方翘曲的工序。
在这样构成的发明中,矫正构件能够与基板的上表面的周缘部抵接。并且,矫正构件在定位于加热位置的基板的四边的附近位于加热位置。在此,通过加热板加热基板前基板中的向上方翘曲的周缘部与矫正构件抵接而被矫正至加热位置。另外,即使在基板的加热中基板的周缘部向加热位置的上方翘曲,也能够与矫正构件抵接来限制翘曲。这样,通过矫正构件向铅垂下方抵接于基板的上表面,控制基板的姿势,并且通过加热板加热该基板。
如上所述,矫正构件向铅垂下方与基板的上表面抵接来矫正翘曲。因此,能够抑制颗粒的产生,从而在清洁的环境中加热基板,并且,与现有技术相比,能够提高最大矫正量。
附图说明
图1是表示本发明的加热装置的第一实施方式的图。
图2是沿图1的A-A线的剖视图。
图3是用于说明矫正销向支撑部安装的图。
图4是表示通过如图1所示的加热装置进行加热动作的流程图。
图5是示意性地表示加热动作的主要工序的示意图。
图6是表示使用不具有矫正机构的加热装置进行加热处理时的温度特性的图表。
图7是表示使用本实施方式的加热装置进行加热处理时的温度特性的图表。
图8是表示本发明的加热装置的第二实施方式的图。
图9是表示本发明的加热装置的第三实施方式的图。
图10是表示本发明的加热装置的第四实施方式的图。
图11是表示本发明的加热装置的第五实施方式的图。
附图标记的说明:
1 加热装置
20 加热板
30 升降机构
32 升降销
33、46 升降构件
34 升降销驱动部
40 矫正机构
43 升降柱
44 连接配件
45 支撑部
45A~45D 支撑构件
47 升降柱驱动部
48、48a 矫正销(矫正构件)
49 矫正块(矫正构件)
P1 主加热位置(加热位置)
P2 预加热位置(加热位置)
S 基板
Z 铅垂方向
具体实施方式
图1是表示本发明的加热装置的第一实施方式的图。另外,图2是沿图1的A-A线的剖视图。该加热装置1在俯视时呈矩形状,接收并加热在加热装置1的表面上层叠有半导体芯片、布线等的半导体封装用玻璃基板(以下,简称为“基板”)S。此外,基板的材质、层叠物的种类并不限定于此,另外,也可以加热例如用于制造半导体封装以外的半导体器件的基板。
如图1所示,加热装置1包括接收基板S的腔室10。通过在腔室10内进行处理,能够防止由于加热处理而挥发的气体成分向周围飞散,并且通过覆盖被加热的基板S的周围来抑制散热,从而能够提高能量效率。为了这些目的,腔室10为将顶板11、侧板12、底板13以及挡板14箱型地组合的结构。
挡板14相对于设置于腔室10的一个侧面的开口15自由开闭地安装,在关闭状态下,经由密封件(省略图示)按压腔室10的侧面来堵塞开口15。另一方面,在图1的虚线所示的挡板14的打开状态下,能够经由打开的开口15与外部进行基板S的交换。即,通过未图示的外部的搬运机器人等保持的未处理的基板S经由开口15被搬入腔室10内。另外,在腔室10内处理完成的基板S通过搬运机器人等向外部搬出。
在腔室10的底部设置有加热板20。在加热板20的上表面设置有多个凹部(省略图示),并在各个凹部中嵌入直径比凹部的深度略大的球体21。通过这些球体21的顶部能够从下方支撑基板S,从外部搬入的基板S以将层叠有半导体芯片等的面朝上的方式载置于球体21上。这样,基板S以距加热板20的上表面形成被称为接近间隙的微小空间的状态被定位。在本说明书中,将这样定位并进行加热处理的基板S的位置(在本说明书中,铅垂方向Z中的基板S的上表面的高度位置)称为“主加热位置”。另外,如后面详细地说明,在本说明书中,将在待机位置和主加热位置之间进行预加热的位置称为“预加热位置”,所述待机位置是为了在铅垂方向Z上进行基板S的交接而使基板S暂时待机的位置。
如图1所示,为了对被定位于主加热位置(图5中的附图标记P1)或预加热位置(图5中的附图标记P2)的基板S施加加热处理,在加热板20的内部内置有加热器22。通过从控制装置整体的控制部90向该加热器22供给电力,加热器22进行动作。由此,通过来自加热板20的上表面的辐射热,对基板S进行均匀地加热。此外,能够根据基板S的平面尺寸等适当地设定球体21的个数、位置。
在加热装置1中,为了在加热板20和搬运机器人之间顺利地进行基板S的交接,设置有升降机构30。具体地说,在腔室10的底板13以及加热板20上设置多个沿铅垂方向Z延伸的通孔31,并且在这些通孔31中插通有升降销32。各升降销32的下端固定于升降构件33。升降构件33被升降销驱动部34支撑为能够沿上下方向自由升降。升降销驱动部34根据来自控制部90的升降指令进行运作,使升降构件33升降。由此,各升降销32一体地升降,升降销32在升降销32的上端相比加热板20的球体21更向上方突出的上部位置和升降销32的上端相比球体21更向下方退避的下部位置之间移动。另外,如后面的说明所示,升降销32能够移动至上部位置以及下部位置的中间位置,使基板S定位于预加热位置P2。
图1是表示升降销处于下部位置的状态,在该状态下,升降销32的上端与基板S分离。因此,基板S被球体21从下方支撑,形成接近间隙。这样,基板S被定位于主加热位置P1。另一方面,若升降销32上升,则升降销32的上端与基板S的下表面抵接,并向上推动基板S。由此,使基板S位于向上方远离主加热位置P1的预加热位置P2。另外,通过使基板S位于进一步向上方远离预加热位置P2的待机位置,能够通过搬运机器人进行基板S的交接。另一方面,若未支撑基板S的升降销32上升至上部位置,则能够通过搬运机器人将未处理的基板S搬入至待机位置。这样,能够在搬运机器人和加热装置1之间进行基板S的交接。
在本实施方式中,为了矫正基板S的翘曲而对基板S进行均匀的加热处理,设置有矫正机构40。具体地说,在加热板20的四角部分,通孔41沿铅垂方向Z设置。另外,与这四个通孔41相对应地,在腔室10的底板13上,沿铅垂方向Z设置有通孔42。在加热板20的各角,升降柱43插通通孔41、42。在各升降柱43的上端安装连接配件44。并且,经由这四个连接配件44,框架状(或框状)的支撑部45被支撑在加热板20的上方。另一方面,各升降柱43的下端固定于升降构件46。该升降构件46被升降柱驱动部47支撑为能够沿上下方向自由升降。升降柱驱动部47根据来自控制部90的升降指令进行动作,使升降构件46升降。由此,各升降柱43一体地升降,使支撑部45沿铅垂方向Z移动。
支撑部45配置为,从通过加热板20进行加热处理的基板S的上方面向该基板S的上表面的周缘部Sa整体。即,支撑部45的下表面451(图3)与周缘部Sa的整周相对。并且,多个矫正销48从支撑部45的下表面451向铅垂下方垂直设置。
图3是用于说明矫正销向支撑部安装的图。在支撑部45上贯穿设置有多个(在本实施方式中,如图2所示为十六个)通孔452,矫正销48相对于各通孔452能够自由装卸。更具体地说,如图3所示,矫正销48的下端部481向铅垂下方延伸设置为尖细形状(顶端越来越细的形状)。另一方面,矫正销48的上端部482被加工成自由插拔通孔452的粗度,在其外周面螺刻外螺纹。并且,通过使用两个螺母483、484,矫正销48在使下端部481从支撑部45向铅垂下方突出设置的状态下固定于支撑部45。即,在使下侧螺母483与矫正销48的上端部482螺接的状态下,将矫正销48的上端部482插入通孔452并从支撑部45的上表面突出,接着在突出的部分上安装上侧螺母484,通过由下侧螺母483以及上侧螺母484夹持支撑部45,矫正销48被支撑部45支撑。在本实施方式中,由于矫正销48具有如上所述的结构,因此,通过调整下侧螺母483以及上侧螺母484相对于矫正销48的上端部482的螺接位置,能够高精度地调整矫正销48的下端部481相对于支撑部45的下垂量DR。优选地,例如,在基板S的翘曲量比较大的情况下,将下垂量也调整为比较大。
此外,在图1以及图2中,矫正销48作为本发明的“矫正构件”安装于全部的十六个通孔452,这十六个矫正销48中的安装在支撑部45的四角的矫正销48a相当于本发明的“角销”。另外,也可以例如交替地安装矫正销48,以代替在全部通孔452中安装矫正销48。
这样,在将矫正销48安装于支撑部45的状态下,从控制部90给出上下移动的指令时,升降构件46沿Z方向升降,并使矫正销48全部沿铅垂方向移动。由此,能够矫正基板S的翘曲。一边参照图4以及图5,一边说明包括这一点的由加热装置1所执行的加热处理。
图4是表示通过图1所示的加热装置进行加热动作的流程图。另外,图5是示意性地表示加热动作的主要工序的图。该加热处理通过控制部90执行预先准备的控制程序并使装置各部进行规定的动作来实现。首先,加热装置1的各部被初始化为用于接收基板S的初始状态。在初始状态下,挡板14关闭,加热板20升温至用于加热基板S的规定温度。接着,基板S从该状态被搬入腔室10内。即,在该基板搬入时刻,升降销32被定位于上部位置,并且矫正销48被定位于相比该升降销32充分高的位置(退避位置)。接着,通过打开挡板14,变为能够从外部接收基板S的搬入的状态。在该状态下,通过外部的搬运机器人将基板S搬入腔室10内,基板S从搬运机器人被交接至升降销32(步骤S1)。
这样,加热处理前的基板S在待机位置一边被升降销32支撑,一边等待加热处理的开始,在搬运机器人退避后,若关闭挡板14,升降销32下降规定距离,如图5的“S2时刻”的栏所示,将基板S定位于预加热位置P2(步骤S2)。该“预加热位置”是在铅垂方向上进行上述那样的基板S的交接的位置和主加热位置P1的中间位置,通过该定位,铅垂方向Z上的基板S的上表面的高度位置与预加热位置P2一致。
接下来,在使基板S位于预加热位置P2的状态下,计算出基板S和矫正销48的距离Da,并使支撑部45和矫正销48一起向铅垂下方移动该距离Da。由此,矫正销48的下端部481的尖端位于预加热位置P2(步骤S3)。在此,在基板S翘曲为凹状(或者,有时也被称为“谷状”),即,如同栏的左侧附图中的虚线所示,基板S的周缘部Sa向上方翘曲的情况下,该周缘部Sa在矫正销48的移动中被矫正销48的下端部481向铅垂下方按压,并被定位于预加热位置P2。这样一来,通过矫正销48进行翘曲的矫正。另一方面,在基板S翘曲为凸状(或者,有时也被称为“山状”),即,如同栏的右侧附图的实线所示,基板S的周缘部Sa向下方弯曲的情况下,矫正销48在不与基板S的周缘部Sa接触的状态下,被定位于预加热位置P2。
另外,在本实施方式中,对使基板S以及矫正销48位于预加热位置P2的状态,即通过矫正销48矫正基板S的周缘部Sa的翘曲的状态保持规定时间(步骤S4)。在该保持中执行预加热处理。在该加热处理中,在多数情况下,基板S的下表面的温度因来自加热板20的上表面的辐射热而变高,从而使基板S的周缘部Sa向上方翘曲。然而,如图5的“预加热”的栏所示,在矫正销48位于预加热位置P2的状态下,执行加热处理。因此,如同栏的右侧附图的虚线所示,在加热处理的开始时为向下方翘曲的状态的周缘部Sa随着加热处理而向上方翘曲,但在翘曲至预加热位置P2的时刻,该周缘部Sa与矫正销48的下端部481抵接,并被定位至预加热位置P2。另外,在这之后也留置于预加热位置P2。另一方面,如同栏的左侧附图所示,与矫正销48抵接并被定位于预加热位置P2的周缘部Sa通过矫正销48被留置于预加热位置P2。
这样,若一边通过矫正销48进行翘曲的矫正,一边结束预加热(在步骤S4中为“是”),则升降销32下降至下部位置。由此,基板S从升降销32被交接至加热板20的球体21,从而基板S被定位于主加热位置P1。另外,在通过矫正销48继续进行基板S的翘曲矫正的状态下,支撑部45与升降销32的下降同步地下降,以将矫正销48定位于主加热位置P1(步骤S5)。从该时刻开始主加热处理。执行该主加热处理直到经过规定时间(步骤S6)。
在该主加热处理中,与预加热处理中同样,在通过矫正销48的存在使基板S的周缘部Sa定位于主加热位置P1的状态下,执行主加热处理。并且,若主加热处理结束(在步骤S6中为“是”),则支撑部45移动至图5的“S2时刻”的栏所示的位置,以使矫正销48位于待机位置(基板S的交接位置)的上方的位置,即上述退避位置(步骤S7)。接着,基板S被卸载至外部(步骤S8)。即,通过升降销32上升,使基板S与加热板20分离,打开挡板14并使搬运机器人进入,从而基板S从升降销32向搬运机器人交接而被搬出。
如上所述,根据本实施方式,矫正销48设置为能够与基板S的上表面的周缘部Sa抵接。并且,在加热处理(预加热处理以及主加热处理)中,矫正销48在定位至加热位置(预加热位置P2以及主加热位置P1)的基板S的四边的附近位于该加热位置。因此,即使基板S的整个周缘部Sa或一部分在预加热前已经发生翘曲,也能够使基板S与矫正销48抵接并将其矫正至预加热位置P2。另外,在基板S的加热中,即使基板S的周缘部向加热位置的上方翘曲,也能够通过与矫正销48的抵接来限制翘曲。其结果,能够在基板S的表面内均匀地进行加热处理。
为了证明该效果,将纵510×横510×厚1.1mm的玻璃基板由从图1的加热装置1去除了矫正机构40的装置和如图1所示的加热装置1加热至110℃,分别获得如图6以及图7所示的实验结果。图6是表示利用不具有矫正机构的加热装置进行加热处理时的温度特性的图表,图7是表示利用本实施方式的加热装置进行加热处理时的温度特性的图表。在这些图表中,横轴表示加热时间,纵轴表示通过安装于基板S的上表面中央以及四角的温度传感器所测量的温度。另外,在这些图表中,虚线表示基板S的上表面中央的温度变化,虚线之外表示基板S的上表面四角的温度变化。从这些图表能够清楚地看出,通过设置矫正机构40,能够获得优良的温度均匀性。
另外,根据本实施方式,通过矫正销48向铅垂下方抵接于基板S的上表面,能够控制基板S的姿势,并且能够通过加热板20加热该基板S。因此,与基板的端面和倾斜面相互摩擦的现有技术(日本特开2006-339485号公报所记载的发明)相比,能够抑制颗粒的产生,从而能够在清洁的环境中加热基板S。另外,与现有技术相比,能够提高最大矫正量。
在这样的实施方式中,主加热位置P1以及预加热位置P2相当于本发明的“加热位置”的一例。另外,矫正销48相当于本发明的“矫正构件”的一例。另外,升降柱43、升降构件46以及升降柱驱动部47作为本发明的“移动机构”发挥作用。
此外,本发明并不限于上述的实施方式,只要不脱离本发明的主旨,也能够进行上述实施方式以外的各种变更。例如,在上述实施方式中,十六个矫正销48安装至框架状的支撑部45,但矫正销48的个数并不限于此,能够根据基板S的尺寸、形状适当地变更。另外,关于支撑部45的结构,例如图8、图9所示,也可以使用组合多个支撑构件45A~45D的结构(第二实施方式、第三实施方式)。另外,也可以构成为使支撑构件45A~45D一起沿铅垂方向Z移动,也可以构成为使支撑构件45A~45D单独地沿铅垂方向Z移动。
另外,在上述实施方式中,通过多个矫正销48沿基板S的四边离散地按压基板S的上表面的周缘部Sa,来矫正基板S的翘曲,如图10所示,也可以使用矫正块49,该矫正块49被加工成沿基板S的边部延伸设置,并且在与延伸设置方向正交的面内下端部被加工成尖细形状(第四实施方式)。在这种情况下,能够沿基板S的边部连续地按压基板S的上表面的周缘部Sa,来矫正基板S的翘曲。此外,图10中的附图标记491是用于将矫正块49安装至支撑部45的轴部。
另外,在上述实施方式中,将矫正构件(矫正销48、矫正块49)的下端部加工成锐利,以与基板S的上表面的周缘部Sa点接触或线接触,但矫正构件的下端部的形状并不限于此。例如图11所示,也可以将矫正块49的下端部加工成具有恒定宽度W的抵接面492,在这种情况下,矫正块49能够一边与基板S的上表面的周缘部Sa面接触,一边矫正基板S的周缘部Sa的翘曲(第五实施方式)。
另外,在上述实施方式中,为了使矫正销48与基于升降机构30的基板S的升降独立地沿铅垂方向Z移动,设置有移动机构(升降柱43、升降构件46以及升降柱驱动部47),但也可以构成为,使矫正销48与基于升降机构30的基板S的升降同步地沿铅垂方向Z移动。在这种情况下,不需要移动机构,从而能够实现装置结构的简单化以及成本降低。
另外,在上述实施方式中,将本发明适用于经由接近间隙进行加热处理的加热装置,但本发明也能够适用于在加热板20的上表面直接载置基板S来进行加热处理的加热装置、在加热处理时吸附基板的下表面来进行加热处理的加热装置(例如,日本特开2006-319093号公报)等。
另外,在上述实施方式中,执行作为加热处理的预加热和主加热,但也能够将本发明适用于只执行主加热的加热装置。
本发明能够适用于从下方加热矩形状的基板的所有加热技术。
Claims (9)
1.一种加热装置,其特征在于,
包括:
加热板,从下方加热被定位于加热位置的矩形状的基板;
升降机构,使所述基板相对于所述加热板在铅垂方向上在比所述加热位置高的待机位置和所述加热位置之间升降;以及
矫正机构,具有能够与所述基板的上表面的周缘部抵接的矫正构件,
所述矫正机构通过使所述矫正构件在定位于所述加热位置的所述基板的四边的附近位于所述加热位置,将在通过所述加热板加热所述基板前所述基板中的向上方翘曲的所述周缘部矫正至所述加热位置,并限制在所述基板的加热中所述基板的周缘部向加热位置的上方翘曲,来控制通过所述加热板加热的所述基板的姿势。
2.根据权利要求1所述的加热装置,其特征在于,
所述矫正构件是将下端部加工成尖细形状的矫正销,
所述矫正机构具有多个所述矫正销,使各矫正销的所述下端部与所述基板的上表面的周缘部点接触,来控制所述基板的姿势。
3.根据权利要求2所述的加热装置,其特征在于,
所述多个矫正销中的四个矫正销是设置为能够分别与所述基板的上表面的四角点接触的角销。
4.根据权利要求2所述的加热装置,其特征在于,
所述矫正机构具有支撑所述多个矫正销的上端部的支撑部,在通过所述加热板加热定位于所述加热位置的所述基板之前,使所述支撑部以支撑所述多个矫正销的状态沿所述铅垂方向移动,使各矫正销的所述下端部位于所述加热位置。
5.根据权利要求4所述的加热装置,其特征在于,
所述加热装置具有移动机构,所述移动机构与所述基板的升降独立地使所述支撑部在下方位置和上方位置之间移动,所述下方位置是使各矫正销的所述下端部位于所述加热位置的位置,所述上方位置是使各矫正销的所述下端部上升至比所述加热位置高的位置的位置。
6.根据权利要求4所述的加热装置,其特征在于,
所述升降机构与所述基板的升降同步地使所述支撑部在下方位置和上方位置之间移动,所述下方位置是使各矫正销的所述下端部位于所述加热位置的位置,所述上方位置是使各矫正销的所述下端部上升至比所述加热位置高的位置的位置。
7.根据权利要求4~6中任一项所述的加热装置,其特征在于,
所述多个矫正销分别独立地相对于所述支撑部能够自由装卸。
8.根据权利要求7所述的加热装置,其特征在于,
对于每个矫正销,能够在铅垂方向上调节所述矫正销向所述支撑部的安装。
9.一种加热方法,其特征在于,
包括:
使矩形状的基板相对于加热板定位于规定的加热位置的工序;
使能够与所述基板的上表面的周缘部抵接的矫正构件从比所述加热位置高的位置朝向定位于所述加热位置的所述基板下降,并使所述矫正构件在所述基板的四边的附近定位于所述加热位置,在所述矫正构件的下降中,将所述基板中的向上方翘曲的所述周缘部矫正至所述加热位置的工序;以及
在将所述矫正构件定位至所述加热位置的状态下,通过所述加热板加热所述基板,并且限制在所述基板的加热中所述基板的周缘部向所述加热位置的上方翘曲的工序。
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