JP4648028B2

JP4648028B2 - マスク位置合わせ装置

Info

Publication number: JP4648028B2
Application number: JP2005034163A
Authority: JP
Inventors: 昌史大坂; 雅明池上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: JP2006222262A

Description

本発明は、半導体ウェハ（以下「ウェハ」と称する）とマスクとを位置合わせするためのマスク位置合わせ装置に関する。

パワーデバイスに使用される整流ダイオードの中で高耐圧を要求されるものの一部は、ガードリング領域のみに選択的に電子線等の荷電粒子を照射してシリコンのライフタイムを下げることにより、高い絶縁耐圧を確保している。

ガードリング領域のみに選択的に電子線を照射するために、従来は、所定の開口パターンを有するマスク（ＳＵＳ製のマスクが主流であるため、以下「ＳＵＳマスク」と称する）を、粘着テープを使用してウェハの上面上に貼り付けていた。具体的には、まず、ウェハ固定治具上にウェハを載置し、粘着テープで固定する。次に、ウェハとＳＵＳマスクとのＸ，Ｙ，θ方向の位置関係を目視にて確認しつつ、ＳＵＳマスクをウェハ上に位置合わせして載置し、粘着テープで固定する。

その後、ＳＵＳマスクの上面側からウェハに向けて荷電粒子が照射される。これにより、ＳＵＳマスクの開口部のみを介して荷電粒子がウェハに照射され、シリコンのライフタイムが選択的に制御される。

なお、ウェハとマスクとの位置合わせに関する技術が、下記特許文献１〜６に開示されている。

実開昭５５−１５２０５２号公報実開昭５７−２９１３９号公報実開平５−６２０２９号公報特開昭５４−１０６８０号公報特開昭６３−２９６２３７号公報特開２００１−３４５２５３号公報

しかしながら、従来の方法には、以下に列挙するような問題がある。

ウェハとＳＵＳマスクとの位置合わせを手作業で行わなければならないため、その作業が繁雑であるとともに、位置ずれが発生する可能性がある。

ウェハに直接粘着テープを貼り付けることにより、ウェハが汚染されたり、異物が発生する。

粘着テープをウェハに貼り付ける際、あるいは粘着テープをウェハから剥がす際に、ウェハを傷つける可能性がある。

ＳＵＳマスクがウェハに接触するために、ＳＵＳマスクによってウェハを傷つける可能性がある。

本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、ウェハとマスクとの位置合わせを、ウェハを汚染したり傷つけることなく簡易かつ正確に実行し得る、マスク位置合わせ装置を得ることを目的とする。

本発明に係るマスク位置合わせ装置は、ウェハが載置されるウェハ載置面と、前記ウェハ載置面の外周に沿って形成された外周壁とを有する第１の治具と、マスクが固定される内壁を有する枠体と、前記枠体の底面において、前記枠体の中心を挟んで対向して配設された、対を成すウェハ位置補正機構とを有する第２の治具とを備え、前記ウェハ載置面上に前記ウェハが載置された状態で、前記ウェハの上面側から前記枠体を前記外周壁に当接させることにより、前記ウェハの側面に接触する前記ウェハ位置補正機構によって、前記ウェハの側面が前記ウェハ載置面の中心に向けて押圧されることを特徴とする。

本発明に係るマスク位置合わせ装置によれば、ウェハとマスクとの位置合わせを、ウェハを汚染したり傷つけることなく簡易かつ正確に実行することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相当する要素を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置が備えるウェハ載置治具１の構造を示す上面図である。また、図２は、図１に示したラインII−IIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図であり、図３は、図１に示したラインIII−IIIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。

ウェハ載置治具１は、底板５０と外周壁２とを備えている。底板５０の上面は、ノッチやオリエンテーションフラットが形成されたシリコンウェハ（以下「ウェハ」と称する）の上面形状に合わせた形状を有している。図１に示した例では、オリエンテーションフラットが形成されたウェハ１０（図４参照）を想定しているため、底板５０の上面形状は、円形の外周の一部が直線となった形状を成している。底板５０の上面は、ウェハ１０が載置されるウェハ載置面として規定される。また、製造工程のばらつきに起因するウェハ１０の直径寸法のばらつきに対応するため、底板５０の直径は、ウェハ１０の直径よりも１００〜１０００μｍ程度大きく設計されている。従って、ウェハ１０をウェハ載置面上に載置しただけでは、ウェハ１０は正確には位置決めされない。

外周壁２は、ウェハ載置面の外周に沿って起立して形成されている。外周壁２の上面は、底板５０の上面よりも上方に位置する。換言すれば、ウェハ載置治具１には、底板５０の上面によって規定される底面と、外周壁の内側面によって規定される側面とを有する凹部３が形成されている。また、外周壁２の上面内には、複数個（図１に示した例では３個）のネジ穴５ａ〜５ｃが所定の箇所に形成されている。

ウェハ載置治具１には、凹部４ａ〜４ｆが形成されている。凹部４ａの内側半分は底板５０内に形成されており、外側半分は外周壁２内に形成されている。ここで、「内側」とは底板５０の上面の中心点Ａ１に近い側を意味し、「外側」とは中心点Ａ１から遠い側を意味する。他の凹部４ｂ〜４ｆについても同様に、内側半分は底板５０内に形成されており、外側半分は外周壁２内に形成されている。図３を参照して、凹部４ａ〜４ｆは凹部３よりも深く形成されており、換言すれば、底面凹部４ａ〜４ｆの底面は凹部３の底面よりも下方に位置する。凹部４ａと凹部４ｄとは、中心点Ａ１を挟んで互いに対向する箇所に形成されている。つまり、凹部４ａと凹部４ｄとが対を成している。同様に、凹部４ｂと凹部４ｅとが対を成し、凹部４ｃと凹部４ｆとが対を成している。

なお、ウェハ載置治具１には、搬送アーム（図示しない）によってウェハ１０をウェハ載置面上に搬送した後に搬送アームを引き抜くための、所定形状の溝５１が形成されている。

図４は、ウェハ１０の構造を示す上面図である。ウェハ１０には、複数のチップ１１が行列状に並んで形成されている。各チップ１１内には、例えば、整流ダイオードを含むパワーデバイスがそれぞれ作り込まれる。背景技術の説明で述べた通り、パワーデバイスに使用される整流ダイオードにおいては、高い絶縁耐圧を確保すべく、ガードリング領域のみに荷電粒子を選択照射する工程が実行される。本実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置は、かかる選択照射工程において、ＳＵＳマスク２２（図５参照）とウェハ１０とを位置合わせするために用いられる。但し、この用途に限定されるものではなく、マスクとウェハとの位置合わせが必要な任意の製造工程に用いることが可能である。

なお、本実施の形態１において「位置合わせ」とは、主に、ウェハ載置面の上面の中心点Ａ１（図１参照）と、ウェハ１０の上面の中心点Ａ２（図４参照）とを、平面視上互いに重なり合わせることを意味する。換言すれば、ウェハ載置面上に載置されたウェハ１０の位置を補正することにより、図１に示した座標系におけるＸ方向及びＹ方向に関する中心点Ａ１，Ａ２の位置ずれを無くすことを意味する。また、ＳＵＳマスク２２をθ方向に回転させることにより、チップ１１とＳＵＳマスク２２の開口部２５（図５参照）とのθ方向のずれを補正することも、本実施の形態１における「位置合わせ」の概念に含める場合もある。

図５は、本実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置が備えるＳＵＳマスク固定治具２０の構造を示す上面図である。また、図６は、図５に示したラインVI−VIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図であり、図７は、図５に示したラインVII−VIIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。

ＳＵＳマスク固定治具２０は、環状枠２１とウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｆとを備えている。環状枠２１は、図１に示したウェハ載置治具１の外周壁２に対応した形状を成している。環状枠２１の内壁には、円板状のＳＵＳマスク２２が固定されている。

ＳＵＳマスク２２には、複数の開口部２５が形成されている。開口部２５の形成パターンは、図４に示したチップ１１の形成パターン（図５に破線で示している）に対応している。各チップ１１のうち荷電粒子を照射すべき領域の上方のみに、開口部２５が形成されている。開口部２５は、ＳＵＳマスク２２の上面から底面に貫通して形成されている。ＳＵＳマスク２２のうち開口部２５が形成されていない部分は、照射された荷電粒子を遮蔽するのに十分な厚み（０．１〜１．０ｍｍ程度）を持っている。

環状枠２１には、複数個（図５に示した例では３個）の切り欠き部２３ａ〜２３ｃが、ウェハ載置治具１の外周壁２に設けられたネジ穴５ａ〜５ｃ（図１参照）に対応する箇所に形成されている。切り欠き部２３ａ〜２３ｃは、環状枠２１の上面から底面に貫通して形成されている。従って、ネジ穴５ａ〜５ｃに螺合するネジ２４ａ〜２４ｃを、環状枠２１の上面側から切り欠き部２３ａ〜２３ｃを通してネジ穴５ａ〜５ｃ内に挿通することにより、ネジ２４ａ〜２４ｃによって環状枠２１と外周壁２とを互いに固定することができる。

また、切り欠き部２３ａ〜２３ｃは、θ方向に所定の長さで延在している。従って、環状枠２１と外周壁２とが完全に固定されない程度にネジ２４ａ〜２４ｃを緩めた状態で、環状枠２１をθ方向に回転させることができる。

ウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｆは、環状枠２１の底面において、図１に示した凹部４ａ〜４ｆに対応する箇所に配設されている。ウェハ位置補正機構２６ａとウェハ位置補正機構２６ｄとは、環状枠２１の中心点Ａ３を挟んで互いに対向している。同様に、ウェハ位置補正機構２６ｂとウェハ位置補正機構２６ｅとが中心点Ａ３を挟んで互いに対向しており、ウェハ位置補正機構２６ｃとウェハ位置補正機構２６ｆとが中心点Ａ３を挟んで互いに対向している。つまり、図５に示したＳＵＳマスク固定治具２０は、３対のウェハ位置補正機構を備えている。なお、ネジ２４ａ〜２４ｃによってＳＵＳマスク固定治具２０とウェハ載置治具１とを互いに固定した状態では、ウェハ載置面の中心点Ａ１と環状枠の中心点Ａ３とは、平面視上互いに重なり合う。

図７には、ウェハ位置補正機構２６ｆの具体的な構造が示されている。他のウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｅの構造も、図７に示した構造と同様である。板バネ３０の一端が、ネジ３１によって環状枠２１の底面に固定されている。板バネ３０の他端には、カバー３２が固定されている。カバー３２には、ローラ３３とラッチ機構３４とが取り付けられている。ローラ３３は、環状枠２１を外周壁２に当接させることによりウェハ１０の側面に接触するウェハ接触部として機能する。

図８は、ローラ３３の構造を示す斜視図である。ローラ３３は、幅Ｗを有する円板状を成している。ローラ３３の材質をＰＴＦＥ又はポリイミド樹脂にすることにより、耐熱性、耐久性、及び耐薬品性を向上することができる。また、ローラ３３の材質をＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、又はＰＣＴＦＥにすることにより、耐熱性、耐久性、及び耐薬品性を向上できるとともに、射出成型による製造が可能となるため、廉価性を向上できる。また、ローラ３３の材質をシリコーン樹脂とすることにより、耐熱性及び耐薬品性を向上できるとともに、ローラ３３に接触するウェハ１０に与える機械的ストレスを軽減することができる。

図７を参照して、ラッチ機構３４によって、ローラ３３の回転方向が一方向に制限される。具体的にラッチ機構３４は、ローラ３３に接触するウェハ１０がローラ３３に対して上昇する方向（図７において反時計回りの方向）へのローラ３４の回転を許容し、一方、ローラ３３に接触するウェハ１０がローラ３３に対して降下する方向（図７において時計回りの方向）へのローラ３４の回転を制限する。

図９，１０は、図３に対応させて、本実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置の使用方法を説明するための断面図である。

図９を参照して、まず、ウェハ載置治具１のウェハ載置面上に、ウェハ１０を載置する。上記の通り、底板５０の直径は、ウェハ１０の直径よりも１００〜１０００μｍ程度大きく設計されている。従って、この段階ではウェハ１０は正確には位置決めされておらず、図９に示した例では、右寄りに偏って載置されている。

図１０，１，５を参照して、次に、ウェハ載置面上にウェハ１０が載置され、環状枠２１にＳＵＳマスク２２が取り付けられた状態で、ネジ２４ａ〜２４ｃを、環状枠２１の上面側から切り欠き部２３ａ〜２３ｃを通してネジ穴５ａ〜５ｃ内に次第に螺挿させる。これにより、環状枠２１がウェハ１０の上面側からウェハ載置治具１に向けて徐々に降下する。

図１０を参照して、環状枠２１の降下が進むと、やがてウェハ位置補正機構２６ｃのローラ３３が、ウェハ１０の右端角部に接触する。すると、ウェハ位置補正機構２６ｃのローラ３３によってウェハ１０が左方向に押圧されて、ウェハ１０が左方向に変位する。その際、ウェハ位置補正機構２６ｃのローラ３３が所定方向（図１０において時計回りの方向）へ回転することにより、ローラ３３がウェハ１０に与える機械的なストレスが抑制されるため、ウェハ１０の折れや損傷を防止することができる。しかも、ウェハ位置補正機構２６ｃのローラ３３が上記所定方向とは反対の方向（図１０において反時計回りの方向）へ回転することがラッチ機構３４によって制限されているため、何らかの原因によって振動が加わった場合等であっても、ローラ３３とウェハ１０との係合が外れてローラ３３が跳ね上がるという事態を回避できる。

左方向へのウェハ１０の変位が進むと、ウェハ１０の左端部が、ウェハ位置補正機構２６ｃに対向するウェハ位置補正機構２６ｆのローラ３３に接触する。その結果、ウェハ１０は、ウェハ位置補正機構２６ｃ，２６ｆの各ローラ３３によって両側から押圧されることにより、ウェハ載置面上の所定箇所に位置決めされる。また、ウェハ位置補正機構２６ｃ，２６ｆの各板バネ３０の弾性復元力によって、ウェハ位置補正機構２６ｃ，２６ｆの各ローラ３３の間にウェハ１０が両側から挟み込まれて固定される。これにより、ウェハ載置面上でのウェハ１０の載置位置が固定される。

図９，１０ではＸ軸方向のみに関するウェハ１０の位置補正が示されているが、図５に示したように、ＳＵＳマスク固定治具２０は３対のウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｆを備えているため、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向に関してもウェハ１０の位置補正が行われ、その結果、ウェハ載置面の中心点Ａ１（図１参照）とウェハ１０の中心点Ａ２（図４参照）とが、平面視上互いに重なり合うこととなる。

なお、理論的には、ウェハ位置補正機構が２対設けられていれば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に関してウェハ１０の位置補正を行うことができる。但し、図１に示したように３対（あるいは４対以上）のウェハ位置補正機構４ａ〜４ｆを設けることにより、各ウェハ位置補正機構の負荷を分散でき、各ウェハ位置補正機構が有する板バネ３０の弾性復元力が低下することを抑制できるため、ＳＵＳマスク固定治具２０の長寿命化を図ることが可能となる。また、３対（あるいは４対以上）のウェハ位置補正機構によって３方向（あるいは４方向以上）の両側からウェハ１０が押圧されるため、各ウェハ位置補正機構が有する板バネ３０の反り量や弾性復元力の強さに多少のばらつきがあったとしても、ウェハ１０をウェハ載置面上の所定箇所に位置決めすることができる。

再び図１０を参照して、次に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関するウェハ１０の位置補正が完了した後、ネジ２４ａ〜２４ｃによって環状枠２１と外周壁２とを完全に固定する前の段階で、θ方向のずれを補正する。具体的には、チップ１１とＳＵＳマスク２２の開口部２５（図５参照）とのθ方向のずれ量を目視にて観察しながら、手作業にて環状枠２１をθ方向に回転させることにより、チップ１１と開口部２５とのθ方向のずれを無くす。これにより、ウェハ１０とＳＵＳマスク２２との位置合わせが完了する。その後、ネジ２４ａ〜２４ｃによって環状枠２１と外周壁２とを完全に固定する。

このように本実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置によると、ウェハ載置治具１のウェハ載置面上にウェハ１０が載置された状態で、ウェハ１０の上面側からＳＵＳマスク固定治具２０をウェハ載置治具１に当接させることにより、対を成すウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｆによってウェハ１０がウェハ載置面の中心に向けて押圧される。その結果、ウェハ１０がウェハ載置面上の所定の箇所に位置決めされる。従って、ウェハ１０とＳＵＳマスク２２との位置合わせを、ウェハ１０を汚染したり傷つけることなく簡易かつ正確に実行することが可能となる。

実施の形態２．
図１１は、図７に対応させて、本発明の実施の形態２に係るウェハ位置補正機構２６ｆの具体的な構造を示す断面図である。他のウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｅの構造も、図１１に示した構造と同様である。板バネ３０の一端が、ネジ３１によって環状枠２１の底面に固定されている。板バネ３０の他端には、カバー４０が固定されている。カバー４０内には、全ての方向に回転自在な球状の回転体として、球体４１が取り付けられている。球体４１は、環状枠２１を外周壁２に当接させることによりウェハ１０の側面に接触するウェハ接触部として機能する。球体４１の材質は、上記実施の形態１に係るローラ３３と同様に、ＰＴＦＥ、ポリイミド樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＣＴＦＥ、又はシリコーン樹脂である。

本実施の形態２に係るマスク位置合わせ装置によると、ウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｆは、ウェハ１０に接触した状態で全ての方向に回転自在な球体４１を備える。従って、チップ１１と開口部２５とのθ方向のずれを無くすために環状枠２１をθ方向に回転させる際に、ウェハ１０に接触した球体４１がθ方向に滑らかに回転するため、ウェハ１０に与える機械的ストレスを緩和することができる。

一方、上記実施の形態１に係るウェハ位置補正機構２６ａ〜２６ｆのように、球体４１ではなくローラ３３を備える場合には、ウェハ１０との接触面積が大きくなるため、ウェハ接触部によるウェハ１０の固定能力が高まるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置が備えるウェハ載置治具の構造を示す上面図である。図１に示したラインII−IIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。図１に示したラインIII−IIIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。ウェハの構造を示す上面図である。本発明の実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置が備えるＳＵＳマスク固定治具の構造を示す上面図である。図５に示したラインVI−VIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。図５に示したラインVII−VIIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。ローラの構造を示す斜視図である。図３に対応させて、本発明の実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置の使用方法を説明するための断面図である。図３に対応させて、本発明の実施の形態１に係るマスク位置合わせ装置の使用方法を説明するための断面図である。図７に対応させて、本発明の実施の形態２に係るウェハ位置補正機構の具体的な構造を示す断面図である。

符号の説明

１ウェハ載置治具、２外周壁、３，４ａ〜４ｆ凹部、５ａ〜５ｃネジ穴、５０底板、１０ウェハ、２０ＳＵＳマスク固定治具、２１環状枠、２２ＳＵＳマスク、２３ａ〜２３ｃ切り欠き部、２４ａ〜２４ｃネジ、２６ａ〜２６ｆウェハ位置補正機構、３０板バネ、３３ローラ、３４ラッチ機構、４１球体。

Claims

ウェハが載置されるウェハ載置面と、前記ウェハ載置面の外周に沿って形成された外周壁とを有する第１の治具と、
マスクが固定される内壁を有する枠体と、前記枠体の底面において、前記枠体の中心を挟んで対向して配設された、対を成すウェハ位置補正機構とを有する第２の治具と
を備え、
前記ウェハ載置面上に前記ウェハが載置された状態で、前記ウェハの上面側から前記枠体を前記外周壁に当接させることにより、前記ウェハの側面に接触する前記ウェハ位置補正機構によって、前記ウェハの側面が前記ウェハ載置面の中心に向けて押圧される、マスク位置合わせ装置。
前記外周壁の上面には複数のネジ穴が形成されており、
前記枠体には、前記枠体の上面から底面に貫通し、前記枠体の回転方向に所定の長さで延在する複数の切り欠きが、前記ネジ穴に対応する箇所に形成されており、
前記ネジ穴に螺合するネジを、前記枠体の上面側から前記切り欠きを通して前記ネジ穴内に挿通することにより、前記外周壁と前記枠体とが互いに固定される、請求項１に記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ位置補正機構は、少なくとも２対配設されている、請求項１又は２に記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ位置補正機構は、
前記枠体の底面に固定された一端を有する弾性体と、
前記弾性体の他端に固定され、前記枠体を前記外周壁に当接させることにより前記ウェハの側面に接触するウェハ接触部と
を有する、請求項１〜３のいずれか一つに記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ接触部は円板状のローラである、請求項４に記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ位置補正機構は、前記ローラに接触する前記ウェハが前記ローラに対して降下する方向への前記ローラの回転を制限するラッチ機構をさらに有する、請求項５に記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ接触部は、全ての方向に回転自在な球体である、請求項４に記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ接触部の材質は、ＰＴＦＥ及びポリイミド樹脂のいずれかである、請求項４〜７のいずれか一つに記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ接触部の材質は、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＣＴＦＥのいずれかである、請求項４〜７のいずれか一つに記載のマスク位置合わせ装置。
前記ウェハ接触部の材質は、シリコーン樹脂である、請求項４〜７のいずれか一つに記載のマスク位置合わせ装置。