JP2011256409A - 支持体付きメタルマスク装置及びそれを用いた装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持体付きメタルマスク装置100は、半導体基板102の複数のスクライブライン106を物理的に1枚のプレートで覆い、半導体基板と異なる線膨張係数を有し、複数のチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターン112を複数の貫通孔として有し、複数の貫通孔を通じて半導体基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスク110と、メタルマスクの線膨張係数と半導体基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は半導体基板と同一の線膨張係数を有し、複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部116を有する支持体114と、一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、メタルマスクと支持体とを接続する接合体とを備える。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第1の実施形態を示す概略鳥瞰図である。支持体付きメタルマスク装置100は、半導体基板102に所定のパターンの金属を蒸着する装置である。支持体付きメタルマスク装置100は、メタルマスク110、支持体114、マスクリング118および基板ホルダ122を含む。メタルマスク110は、貫通孔からなる複数の所定のパターンを有し、半導体基板102を覆う物理的に1枚のプレートである。支持体114は、メタルマスク110に付加される複数のラティス状(格子状)の格子部116を有する物理的に1枚のプレートである。マスクリング118と基板ホルダ122は、メタルマスク110及び支持体114並びに半導体基板102を挟んで固定する。支持体付きメタルマスク装置100は真空蒸着装置の真空チャンバ内に配備されるが、真空蒸着装置の図示は省略している。支持体付きメタルマスク(メタルマスク110、支持体114、マスクリング118で構成)は真空蒸着法で用いられ、金属が加熱されて蒸発する蒸発源101と半導体基板102との間に設置される。これによって蒸発源101から到来する金属104は、所定のパターンで半導体基板102に蒸着する。
図2に示すように、支持体付きメタルマスク装置100は、メタルマスク110を備える。メタルマスク110は、半導体基板102のうち、製品有効領域108及び製品無効領域並びにスクライブライン106を被覆する。すなわち本実施形態では、物理的に1枚のプレートである1枚のメタルマスク110で半導体基板102の全体(複数のチップ)に蒸着を行っていて、物理的に複数枚のメタルマスクで半導体基板102を被覆するものではない。
図2に示すように、支持体付きメタルマスク装置100は支持体114を備える。支持体114はインバー材からなる。インバー材の組成は重量%で、ニッケル36%、鉄64%である。インバー材は所定の環境条件において熱膨張率が半導体基板(シリコン製)と実質的に等しく、3.2×10−6(1/K)程度(100℃から200℃の平均値)の線膨張係数を有する。支持体114は、42アロイ(42Alloy)で製造してもよい。42アロイもインバー材と同様にシリコンと同等の線膨張係数を有する素材である。その組成は例えば、重量%でニッケル42%、鉄57%である。微量の銅やマンガンが添加されることもある。
図4は図1の支持体付きメタルマスク(メタルマスク110、支持体114、マスクリング118で構成)を各方向から見た図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は図4(a)のA−A断面図、図4(c)は図4(b)の鳥瞰図である。図4(b)に示すように、本実施形態における支持体付きメタルマスクは、メタルマスク110、支持体114およびマスクリング118の3層構造を有する。好ましくは、これら3層は互いに接合体120によって接合されている。すなわち接合体120は、メタルマスク110を支持体114に接合し、さらに支持体114をマスクリング118に接合している。接合体120は、複数のすべてのチップのうち少なくとも製品有効領域108に配置される。接合体120の材質は、本実施形態ではポリイミド樹脂であり、支持体114および半導体基板102と膨張率が実質的に同一である。
図2に示すように、支持体付きメタルマスク装置100は、基板ホルダ122をさらに備えている。半導体基板102は、土台となる基板ホルダ122に固定される。基板ホルダ122には半導体基板102と形状が同一の孔(窪み)124が設けられている。図1に示すように、半導体基板102はこの孔124に部分的に埋設され、その上から、上記の3層構造の支持体付きメタルマスクが被せられ、蒸着源101から金属による蒸着が行われる。蒸着時に加熱されたメタルマスク110は膨張しようとする。
図6および図7はそれぞれ、図5(b)の変形例を示す図である。図6では、X方向の辺がY方向の辺よりも短い長方形のチップを製造するため、支持体(図示省略)の格子部の開口(マス目)、および、メタルマスクの蒸着パターン126は、長方形になっている。この変形例では、接合体128(材質は接合体120と同一でよい)は、図6に示すように、格子部のうち、長方形のマス目の長辺(Y方向の辺)に相当する部分にてメタルマスクを支持体に接合する。
本実施形態では、図1、図2および図4に示したように、メタルマスク110を支持する支持体114がさらに、その格子部116の周囲の平面の外周領域でマスクリング118によって支持されている。これによって支持体付きメタルマスク装置100の支持体付きメタルマスクの膨張量はさらに基板のそれに近付き、より確実に蒸着パターンの位置ズレを防止可能となる。
図8は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第2の実施形態を示す分解図である。図9は、図8のC−C断面図である。本実施形態にかかる支持体付きメタルマスク装置200(図9)が第1の実施形態と異なる点は、メタルマスク110と支持体114の半導体基板102に対する上下関係が入れ替わっている点である。メタルマスク110を支持体114とマスクリング118とで挟む構造となっている。言い換えれば、マスクリング118は、メタルマスク110の支持体114と反対側に配置し、接合体220(材質は接合体120と同一でよい)によってメタルマスク110と接合されている。マスクリング118がメタルマスク110に接する領域は、支持体114の格子部116の周囲の領域に対応している。
図10は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第3の実施形態を示す分解図である。図11は、図10の支持体付きメタルマスク装置300を各方向から見た図であり、図11(a)は図10のD−D断面図、図11(b)は図11(a)の鳥瞰図である。本実施形態にかかる支持体付きメタルマスク装置300が第1の実施形態と異なる点は、支持体114と同一の形状・素材の支持体214を追加し、2つの支持体114、214が、メタルマスク110の表裏面にそれぞれ当接している点である。つまりメタルマスク110を2つの支持体114、214で挟む構造となる。支持体214は、支持体114の格子部116と同一形状の格子部216を有している。
図15は本発明による支持体付きメタルマスク装置の製造方法及びその支持体付きメタルマスク装置を使用した半導体装置の製造方法の実施形態を示すフローチャートである。支持体付きメタルマスク装置の製造方法では、まず、支持体にメタルマスクを接合する接合工程400を行う。接合工程400では、例えば図2に示したように、それぞれ貫通孔からなる複数の所定の蒸着パターン112を有する物理的に1枚の金属板からなるメタルマスク110を、メタルマスク110の線膨張係数よりも半導体基板102の線膨張係数に近い格子部116を有する支持体114に接合する。また、支持体114の格子部116の周囲の領域に、支持体114と実質的に等しい線膨張係数を有するマスクリング118をさらに接合してもよい。これによって支持体付きメタルマスク装置100の支持体付きメタルマスクが出来上がる。
以下、接合工程400において、例えば、図9の支持体付きメタルマスク装置200の支持体付きメタルマスクを使用した半導体装置の製造方法の工程を説明する。図15に示すように、接合工程400の後には、マスク工程410を行う。図16は図15のマスク工程410を示す図である。マスク工程410では、まず、支持体114と実質的に線膨張係数が等しく、フォトリソグラフィーで製造されたトランジスタの拡散工程やそれら複数のトランジスタ間の電気的な接続を行うフォトリソグラフィーで製造された内部配線が完了した半導体基板102を用意する。そして図16に示すように、半導体基板102の格子状のスクライブライン106に沿って溝500を加工する。この溝500は幅約50〜80μmとし、深さは50μm以上である。かかる溝500は、例えば、半導体ウェハを個々のデバイスチップに分離する手法と同様にハーフダイシングすることにより、形成が可能である。
図15に示すように、マスク工程410の後には成膜工程420を行う。成膜工程420では、図16の最後の図面に示す支持体付きメタルマスク装置200の支持体付きメタルマスクを通して、半導体基板102に蒸着金属を蒸着させる。この成膜工程420は、本実施形態では、蒸着工程422であるイオンプレーティング工程422と、リフトオフ工程424とを含む。イオンプレーティング工程422に替えてスパッタ装置によるスパッタリング工程としてもよい。
半導体基板の配線層の成膜には、フォトリソグラフィー法が広く使用されているが、本発明者らは、上述のように、メタルマスク110を介してフォトリソグラフィー法を用いてトランジスタやそのトランジスタに接続する内部配線等を含む半導体基板102の上に金属材料をイオンプレーティングし、その後メタルマスク110を剥離(リフトオフ)する方法を用いている。メタルマスク110のハンドリングは、厳密には支持体付きメタルマスク装置200等の支持体付きメタルマスクごと行っている。
図15に示すように、成膜工程420の後には分割工程430を行う。分割工程430では、支持体114の格子部116に対応する格子状のスクライブライン106に沿って、半導体基板102を複数のチップに切断(分割)する。これは、既に説明したレーザステルスダイシングによって行うことができる。
102 …半導体基板
104 …蒸着金属
106、206 …スクライブライン
110 …メタルマスク
112、126 …蒸着パターン
114、214 …支持体
116、216 …格子部
118 …マスクリング
120、128、130 …接合体
122 …基板ホルダ
500 …溝
Claims (20)
- 基板が含む複数のすべてのチップ及び前記複数のすべてのチップのそれぞれの間を示す複数のスクライブラインを物理的に1枚のプレートで覆い、前記基板と異なる線膨張係数を有し、前記複数のすべてのチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターンを複数の貫通孔として有し、前記複数の貫通孔を通じて基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスクと、
前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有し、前記複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部を有する支持体と、
前記一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、前記メタルマスクと前記支持体とを接続する接合体と、を備えることを特徴とする、支持体付きメタルマスク装置。 - 前記接合体は、前記複数のすべてのチップのうち少なくとも製品有効領域に配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記接合体は、第1の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第1のライン及び前記第1の方向と異なる第2の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第2のラインとの交点の領域に配置される、ことを特徴とする請求項1または2に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記接合体は、第1の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第1のライン及び前記第1の方向と異なる第2の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第2のラインの少なくともいずれか一方のラインに配置される、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第1のラインおよび前記第2のラインを構成していて、前記接合体は、前記いずれか一方のラインの領域に配置されることを特徴とする請求項4に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第1のラインおよび前記第2のラインを構成していて、各マス目の長辺の第1の領域に前記接合体が配置され、各マス目の短辺のうち前記第1の領域よりも小さな第2の領域に前記接合体が配置されることを特徴とする請求項4に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第1のラインおよび前記第2のラインを構成していて、各マス目の長辺に第1の数の前記接合体が配置され、各マス目の短辺に前記第1の数よりも少ない前記接合体が配置されることを特徴とする請求項4に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記支持体は、前記メタルマスクの第1の面に前記接合体によって接続する第1の支持体と、前記第1の面とは異なる第2の面に前記接合体によって接続する第2の支持体を含む、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記第1の支持体が有する格子部及び前記第2の支持体が有する格子部は、少なくとも前記複数のスクライブラインのうち互いに異なるスクライブラインに対応するマス目を有することを特徴とする請求項8に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記第1の支持体が有する格子部及び前記第2の支持体が有する格子部は、第1の方向及び前記第1の方向と異なる第2の方向の少なくともいずれか一方において、前記複数のスクライブラインのうち互いに異なるスクライブラインに対応するマス目を有する、ことを特徴とする請求項9に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記基板のスクライブラインは、前記チップの表面よりも低い凹型の形状を有し、
前記第1の支持体の格子部は、前記凹型の形状に対応する形状を有する、ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。 - 前記メタルマスクの表面は、前記基板のチップの表面に接する、ことを特徴とする請求項11に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記支持体の外周及び前記メタルマスクの外周の少なくともいずれか一方を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する板材を備える、こと特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記基板を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する基板ホルダを備える、こと特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記支持体の最外周及び前記メタルマスクの最外周の少なくともいずれか一方を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する板材と、
前記基板を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する基板ホルダとを備え、
前記板材と前記基板ホルダによって前記支持体及び前記メタルマスク並びに前記基板を挟み込む、こと特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。 - 前記基板は半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
- 支持体付きメタルマスクを基板に設置するマスク工程と、
前記メタルマスクの貫通孔を通して前記基板の表面に金属を蒸着する蒸着工程と、
前記支持体付きメタルマスクを前記基板から剥離するリフトオフ工程と、を備えることを特徴とする装置の製造方法。 - 更に、前記基板の表面に蒸着された金属に、外部端子電極を形成する外部端子形成工程、を備えることを特徴とする請求項17に記載の装置の製造方法。
- 更に、少なくとも前記リフトオフ工程の後、前記スクライブラインに沿って前記基板を複数のチップに分割する分割工程と、を備えることを特徴とする請求項17または18に記載の装置の製造方法。
- 前記基板は半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項17乃至19のいずれか一項に記載の装置の製造方法。
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