JP2017215484A - 露光装置、露光方法、及び物品製造方法 - Google Patents

露光装置、露光方法、及び物品製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体チップとモールド材とを含む基板に形成される配線層の高精度化に有利な技術を提供すること。【解決手段】半導体チップと該半導体チップの周囲に配置されるモールド材とを有する基板の露光領域を露光する露光装置が提供される。該露光装置は、前記基板を保持して移動するステージと、前記ステージに保持された前記基板の前記露光領域の複数の計測点において該基板の高さを計測する計測部と、制御部とを有する。前記制御部は、前記基板における前記半導体チップの配置に関する設計データに基づいて、前記複数の計測点におけるそれぞれの計測結果に重み付けを行い、該重み付けがされた計測結果に基づいて、前記ステージの高さ及び傾きの少なくともいずれかを制御する。【選択図】 図４

Description

本発明は、露光装置、露光方法、及び物品製造方法に関する。
近年、ＦＯＷＬＰ（Fan Out Wafer Level Packaging）と呼ばれる半導体デバイスのパッケージング方法が、半導体デバイス製造工程に取り入れられてきている。ＦＯＷＬＰにおいては、図１に示すような、前工程処理が終わりダイシングされた複数の半導体チップ１０１を並べてモールド材１０２で固めた基板１００が構成される。このような基板１００は再構成基板ともよばれる。そして、この基板１００に対して、露光装置などによるマイクロリソグラフィ技術を用いて、図２に示すような配線層１０３、電極パッド１０４などが形成される。ＦＯＷＬＰにおいては、図２から分かるように、配線層１０３、電極パッド１０４は、半導体チップ１０１上のみならず、モールド材１０２上にも形成される。
パッケージングの高密度化のため、特に配線層１０３は微細なものが多く、線幅は数μm程度となる。このため、露光装置を用いてこれらのパターニングを行う場合、基板の高さ方向の位置合わせが重要となる。この高さ方向の位置合わせにおいては、基板の高さをあらかじめ計測し、基板を保持するステージの高さを調整することが一般的である。
しかし、モールド材１０２の平坦化は難しく、図３に示すように、モールド材１０２には、表面の粗さ３ａ、凹み３ｂ、あるいは凸部３ｃなどが存在するため、高精度な基板の高さ計測が難しい。このような課題に対しては、従来、基板の高さ計測により得られた計測値が異常であると判断される場合、基板の高さ方向の位置合わせ制御においてはその計測値を除外するといった対策が行われる。例えば特許文献１は、基板の高さを計測するための複数のセンサで露光領域内の段差形状を計測し、その計測結果に基づき、複数のセンサのうち基板の高さ方向の位置合わせ制御に用いるセンサを選択する技術を開示している。
特開２００２‐１００５５２号公報
しかし、従来技術によれば、基板の状態によっては、基板の高さ計測の結果の正常、異常の判断が正しく行われず、不適切な基板の高さ位置合わせが行われ、微細なパターニングができない場合があった。
本発明は、半導体チップとモールド材とを含む基板に形成される配線層の高精度化に有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、半導体チップと該半導体チップの周囲に配置されるモールド材とを有する基板の露光領域を露光する露光装置であって、前記基板を保持して移動するステージと、前記ステージに保持された前記基板の前記露光領域の複数の計測点において該基板の高さを計測する計測部と、制御部とを有し、前記制御部は、前記基板における前記半導体チップの配置に関する設計データに基づいて、前記複数の計測点におけるそれぞれの計測結果に重み付けを行い、該重み付けがされた計測結果に基づいて、前記ステージの高さ及び傾きの少なくともいずれかを制御することを特徴とする露光装置が提供される。
本発明によれば、半導体チップとモールド材とを含む基板に形成される配線層の高精度化に有利な技術を提供することができる。
再構成基板を説明する図。 再構成基板を説明する図。 再構成基板におけるモールド材の表面の粗さ、凹凸の例を示す図。 実施形態における露光装置の構成を示す図。 露光領域内のフォーカス計測点の例を示す図。 半導体チップとフォーカス計測点の配置例を示す図。 半導体チップとフォーカス計測点の配置例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
図４は、実施形態における露光方法を実施する露光装置の構成を示す図である。露光装置は、光源４０１を有する。光源４０１は、i線水銀ランプやエキシマレーザなどで構成されうる。照明光学系４０２は、光源４０１からの光を導光してマスク４０３を照明する。マスク４０３には投影されるべきパターンが描かれている。マスク４０３を通過した光は、投影光学系４０４を通して、基板１００に達する。本実施形態において、基板１００は、ＦＯＷＬＰにより得られた、いわゆる再構成基板である。この再構成基板は、図１に示されるように、前工程処理が終わりダイシングされた１つ以上の半導体チップ１０１を配置し、半導体チップ１０１の周囲にモールド材１０２（例えば、エポキシ樹脂）を配置することにより構成される。そして、この基板１００に対して、露光装置を用いて、図２に示すような配線層１０３、電極パッド１０４などが形成される。ＦＯＷＬＰにおいては、図２から分かるように、配線層１０３、電極パッド１０４は、半導体チップ１０１上のみならず、モールド材１０２上にも形成される。図１では半導体チップ１０１間は配線層１０３で接続されていないが、場合によっては、異なる特性の複数の半導体チップが配線層により接続されるものもある。
マスク４０３に描かれたパターンが投影光学系４０４を介して基板１００の表面に投影される。投影されたマスクパターンの像は、あらかじめ基板１００の表面に塗布されていたレジストやポリイミドなどの感光性の材料を反応させる。それを現像することにより、基板１００の表面にパターンが形成される。
基板１００は、基板を保持して移動する基板ステージ４０５に保持されており、基板ステージ４０５をステップ移動させて所定の露光領域を露光することを繰り返して基板１００の表面全体にわたって露光を行うことができる。基板ステージ４０５は、不図示の干渉計やエンコーダなどの位置計測装置を通じて、その位置や姿勢が高精度に管理されており、それによって高精度な重ね合わせ露光を実現している。
露光の際は、マスクパターンの像の位置に基板の高さ及び傾きを合わせるため、計測部４０６（例えばフォーカスセンサ）で基板の高さを計測し、その計測結果に基づき、基板ステージ４０５の高さ及び傾きの少なくともいずれかが制御される。なお、以下では、基板ステージ４０５の高さ及び傾きの少なくともいずれかを制御することを、単に「基板の高さ位置合わせ」という場合もある。
なお、図４において、計測部４０６は光学的な検出を行うフォーカスセンサとして描かれているが、これに限らず、静電容量センサや圧力センサ等を用いた他の検出方式でもよい。基板の高さ及び傾きを計測するため、図５に示すように、露光領域５０１内には計測部４０６によってフォーカス状態が計測される複数の計測点５０２が含まれる。図５では９つの計測点５０２が格子状に配置されているが、配置数、配置位置はこれに限定されない。
また、計測部４０６、基板ステージ４０５、投影光学系４０４などは、制御部４０７に接続されている。制御部４０７は、不図示の記憶部を含み、計測部４０６で計測された基板の高さや傾きの情報など種々の情報を記憶するとともに、基板ステージ４０５などに駆動指令を出して制御する。制御部４０７は、例えば、基板ステージ４０５をステップ移動させて露光領域５０１を露光することを繰り返して基板全体を露光する、いわゆるステップアンドリピート方式で露光を行うよう制御することができる。
本実施形態における露光装置の構成は概ね以上のとおりである。以下、この露光装置による露光方法を説明する。
制御部４０７は、露光領域５０１の大きさ及び位置の情報、及び、露光領域５０１における計測点５０２の位置の情報を、あらかじめ保持している。通常、図６に示すように、半導体チップ１０１に対し露光領域５０１の方が大きく、１つの露光領域５０１に半導体チップ１０１が複数含まれる。つまりこの場合には、１回の露光で複数の半導体チップが同時に露光されうる。
制御部４０７には、基板１００における半導体チップ１０１の配置に関する設計データが入力される。設計データは例えば、不図示の操作画面を介してユーザにより入力され、制御部４０７の記憶部に記憶される。設計データは、例えば、個々の半導体チップ１０１のサイズ及び基板１００における配置位置の情報、または、半導体チップ１０１の外形形状の情報を含む。制御部４０７は、複数の計測点のそれぞれが、半導体チップ１０１の上に位置するかモールド材１０２の上に位置するかを判定する。これは、例えば、露光領域５０１の大きさ及び位置、露光領域５０１における計測点５０２の位置等の既知の情報と、入力された設計データに含まれる半導体チップ１０１のサイズ及び配置位置の情報とに基づいて判定される。図６においては、半導体チップ１０１上に位置する計測点が６０１で、モールド材１０２上に位置する計測点が６０２で示されている。例えば、９個の計測点５０２が図５に示されるように配置されている場合、図６に示されるように、それらのうち４個の計測点６０１が半導体チップ１０１上に位置し、５個の計測点６０２がモールド材１０２上に位置する。
前述の通り、モールド材１０２の平坦化は難しく、半導体チップ１０１に比べて、表面が粗い、凹凸があるため、高精度な基板の高さ計測が難しいという課題がある。そこで本実施形態の露光方法においては、制御部４０７が半導体チップ１０１上に位置する計測点での計測結果のみに基づいて、露光時の基板の高さ位置合わせを実施する。半導体チップ１０１に比べて平坦ではないモールド材１０２上の計測点６０２の計測結果を露光時の基板の高さ位置合わせに用いないことで、高精度なフォーカス制御が可能であり、微細な配線層の形成を実現することができる。
図６では、１つの露光領域５０１に半導体チップ１０１が複数含まれる例を示したが、図７のように、１つの露光領域５０１に含まれる半導体チップ１０１が１つだけの場合でも、上記と同様の方法を適用することができる。図７の例においても、制御部４０７は、複数の計測点のそれぞれについて、半導体チップ１０１上に位置するかモールド材１０２上に位置するかを判定する。
上述の説明では、制御部４０７が半導体チップ１０１上に位置する計測点の計測結果のみに基づき、露光時の基板の高さ位置合わせを実施するようにした。しかし、モールド材１０２上に位置する計測点の計測結果を完全に無効とはせず、複数の計測点におけるそれぞれの計測結果に重み付けを行い、該重み付けがされた計測結果に基づいて、前記基板の高さ及び傾きの少なくともいずれかを制御するようにしてもよい。例えば、半導体チップ１０１上に位置する計測点よりも、モールド材１０２上に位置する計測点の計測結果に対する重みを小さくする。こうすることで、例えば半導体チップ１０１上に位置する計測点の数が十分に確保できない場合に、モールド材１０２上に位置する計測点が重みを小さくした上で利用され、基板の高さ位置合わせの精度を維持することができる。なお、上述の説明のようにモールド材１０２上に位置する計測点の計測結果を完全に無効とする場合には、モールド材１０２上に位置する計測点の計測結果に対する重みを０にすればよい。これにより、該計測点の計測結果が除外される。また、半導体チップ１０１の配置に関する設計データに基づいて、計測部４０６による複数の計測点５０２が半導体チップ１０１上にのみ配置されるように計測部４０６を調整してもよい。また、半導体チップ１０１の配置に関する設計データに基づいて、半導体チップ１０１上の計測点５０２を追加して、計測点の数を増やして、計測してもよい。
＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
１００：基板、４０１：光源、４０２：照明光学系、４０３：マスク、４０４：投影光学系、４０５：基板ステージ、４０６：計測部、４０７：制御部

Claims (8)

  1. 半導体チップと該半導体チップの周囲に配置されるモールド材とを有する基板の露光領域を露光する露光装置であって、
    前記基板を保持して移動するステージと、
    前記ステージに保持された前記基板の前記露光領域の複数の計測点において該基板の高さを計測する計測部と、
    制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記基板における前記半導体チップの配置に関する設計データに基づいて、前記複数の計測点におけるそれぞれの計測結果に重み付けを行い、該重み付けがされた計測結果に基づいて、前記ステージの高さ及び傾きの少なくともいずれかを制御することを特徴とする露光装置。
  2. 前記設計データは、前記半導体チップのサイズ及び前記基板における配置位置の情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  3. 前記制御部は、
    前記露光領域における前記複数の計測点の位置と、前記設計データに含まれる前記半導体チップのサイズ及び前記基板における配置位置の情報とに基づいて、前記複数の計測点のそれぞれについて、前記半導体チップの上に位置するか前記モールド材の上に位置するかを判定し、
    前記半導体チップの上に位置する計測点の計測結果よりも、前記モールド材の上に位置する計測点の計測結果に対する重みを小さくする
    ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
  4. 前記制御部は、前記モールド材の上に位置する計測点の計測結果に対する重みを０にすることにより該計測点の計測結果を除外して前記ステージの高さ及び傾きの少なくともいずれかを制御することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
  5. 前記露光領域に、前記半導体チップが複数含まれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
  6. 前記露光領域に、前記半導体チップが１つ含まれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
  7. 半導体チップと該半導体チップの周囲に配置されるモールド材とを有する基板の露光領域を露光する露光方法であって、
    ステージに保持された前記基板の複数の計測点において該基板の高さを計測する工程と、
    前記基板における前記半導体チップの配置に関する設計データに基づいて、前記複数の計測点におけるそれぞれの計測結果に重み付けを行い、該重み付けがされた計測結果に基づいて、前記ステージの高さ及び傾きの少なくともいずれかを制御する工程と、
    を有することを特徴とする露光方法。
  8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で前記露光された基板を現像する工程と、
    を含み、
    前記現像された基板を加工することによって物品を製造する
    ことを特徴とする物品製造方法。
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