JP5217907B2

JP5217907B2 - 蒸着用マスク

Info

Publication number: JP5217907B2
Application number: JP2008278103A
Authority: JP
Inventors: 俊介坂本; 健一緒方
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: JP2010106302A

Description

本発明は、蒸着の処理過程で発生する熱や処理装置の回転による蒸着用マスクのたわみを回避できる蒸着用マスクに関する。

ウェハに形成された半導体素子の表面には、半導体素子と半導体素子外部（以後、単に外部）を電気的に接続するための表面電極が形成される。この表面電極と外部とは電流容量の増加などを目的としてはんだを用いて直接接合されることがある。はんだによる表面電極と外部の接合は、ワイヤボンドなどによる電極取り出しと比較して接合面積を増加させることができる利点がある。

前述のようにはんだを用いて表面電極と外部を接続する場合、表面電極最表面には合金層を備えることが接続容易性や接続強度確保の観点から好ましい。表面電極の最表面に合金を形成するためには蒸着法が用いられる。蒸着法により合金を形成する際には、所望の開口パターンが形成された蒸着用マスクをウェハ表面に載せてパターンニングが行われる。

蒸着用マスクを用いてウェハ上に合金層を形成する際には、合金層がウェハ上の所望の位置にずれなく形成される必要がある。合金層のパターンの位置ずれ要因の一つには蒸着用マスクとウェハとの間の隙間が生じることが挙げられる。そこで、例えば特許文献１には半導体ウェハとメタルマスク（蒸着用マスク）を密着させて蒸着を行う方法が開示されている。詳細には、蒸着用マスクの外周部分を押さえることで蒸着用マスクの膨張を抑制し、ウェハと蒸着用マスクの隙間を抑制する。また、水冷パイプにより蒸着用マスクを冷却しその膨張を抑制する。

特開平０４−６９９３６号公報特開平０４−２２１３２号公報特開平０４−２２５２３５号公報

前述の通り、蒸着用マスクは蒸着時においてウェハと隙間無く密着している必要がある。しかしながら、例えば特許文献１に記載の蒸着用マスクを用いた蒸着では、蒸着処理過程で発生する熱による熱膨張や蒸着装置の回転などにより、蒸着用マスクがたわむ問題があった。蒸着用マスクのたわみは蒸着用マスク−ウェハ間の隙間の原因となる。蒸着用マスクのたわみにより例えばパターン位置ずれ・滲みなどの合金層パターン形成異常が発生する問題があった。なお、ここでいうパターン形成異常の問題は合金層形成に限らず広く金属層形成の際にも起こりえるものである。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蒸着用マスクのたわみを回避して弊害なく所望の位置に合金層を形成できる蒸着用マスクを提供することを目的とする。

本願の発明にかかる蒸着用マスクは、被蒸着体であるウェハと接するウェハ対向面と、該ウェハ対向面と反対の面であり蒸着源と対向する蒸着源対向面と、該ウェハ対向面と該蒸着源対向面とを貫通する開口を有するマスク開口領域と、該開口の形成されない領域である無効領域とを有する。そして該蒸着源対向面の該無効領域に付加された線状の補強部材を備え、該開口と該補強部材との該蒸着源対向面と平行方向の距離は、該補強部材の厚さより大きいことを特徴とする。

本発明により弊害なくウェハ上の所望の位置に金属層を蒸着できる。

実施の形態
本実施形態は弊害なくウェハ上に金属層を蒸着できる蒸着用マスクに関する。この実施形態は図１−４を参照して説明するが図番を跨って同一の符号が付された部分は同一概念でまとめられる部分、あるいは同一の材料からなるものであるから重複して説明しない場合がある。

図１は実施形態の蒸着用マスクを用いてウェハに蒸着を行う様子を説明する図である。図１に示されるように蒸着装置１００は蒸着を行うチャンバーである蒸着室１０２を備える。蒸着室１０２は排気口１０６を有し、排気口１０６から真空ポンプを用いた真空引きが行われる。この真空引きにより蒸着室１０２内部は典型的には10^-3〜10^-4 Pa程度の真空が維持されるが、この真空度は気化した蒸着粒子の平均自由工程との関係で適宜定められるからこの値に特に限定されない。さらに蒸着室１０２には蒸着材料が設置された蒸着源１０８が配置される。そして図１中の蒸着源１０８から伸びる矢印方向に蒸着材料が気化する。

前述の蒸着源１０８からの蒸着材料が到達・付着する場所には被蒸着体であるウェハ３０が配置される。ウェハ３０は、詳細については後述する蒸着用マスク１０とピンセット１２０によって結合されている。さらに、ピンセット１２０で固定されたウェハ３０と蒸着用マスク１０からなる構造は冶具１１０によって第１回転機構１１２に固定される。図１に示されるように第１回転機構１１２はピンセット１２０で固定されたウェハ３０と蒸着用マスク１０からなる構造を回転させる機構である。さらに第１回転機構１１２は第２回転機構１１４に固定される。第２回転機構１１４も第１回転機構１１２と同様に図中に矢印で示される方向にウェハ３０を回転させる機構である。このようにウェハ３０は第１回転機構１１２と第２回転機構１１４により回転させられながら蒸着が行われる。

図２は前述の蒸着用マスク１０の詳細を説明する図である。図２はこの実施形態ではステンレス製である蒸着用マスク１０の平面図である。本実施形態の蒸着用マスク１０は、前述のピンセット１２０によって固定されてウェハ３０と接触するウェハ対向面（後述する）と、ウェハ対向面と反対の面であり蒸着源１０８に対向する蒸着源対向面１５を備える。図２に描かれるのは蒸着用マスク１０の蒸着源対向面１５である。

実施形態の蒸着源対向面１５は蒸着用マスク１０を貫通する開口２１を有するマスク開口領域１４と、開口２１の形成されない領域である無効領域１２とに大別できる。マスク開口領域１４とは図２において破線で囲まれた領域をいう。図２から把握できるようにマスク開口領域１４は蒸着源対向面１５に複数配置される。一方、無効領域１２とは蒸着源対向面１５であって開口領域１４以外の領域である。そして、このような無効領域１２には線状の補強部材１６が付加されている。補強部材１６はこの実施形態ではステンレス製で、格子状に付加される。補強部材１６は無効領域１２に対しスポット溶接によって付加されるものである。

また、補強部材１６は、蒸着源対向面１５においてマスク開口領域１４が形成される部分よりも、より蒸着源対向面１５の外周へ及ぶ長さを有する。さらに補強部材１６の重量は補強部材１６付加前の蒸着用マスクの重量の３０％以下となるように重量が調整されている。これは図１で説明したように蒸着を行う際に、補強部材が重いと蒸着用マスク１０とウェハ３０の隙間をもたらす要因となってしまうので、これを回避する趣旨である。

さらに蒸着源対向面１５には左側モニターパターン２０と右側モニターパターン１８が形成される。左側モニターパターン２０と右側モニターパターン１８はマスク開口領域１４よりも蒸着用マスク１０の外周側に形成されるそれぞれ３の開口からなる。左側モニターパターン２０と右側モニターパターン１８は蒸着後、形成された金属のパターン精度をモニターするために形成される。

図３は蒸着用マスク１０がピンセット１２０によりウェハと結合された状態を説明する平面図である。図３に示すようにピンセット１２０によって、ウェハ３０と蒸着用マスク１０とが結合される。ここで、結合とはウェハ３０と蒸着用マスク１０をピンセット１２０で固定することであり、両者は蒸着後に分離可能である。

さらに、この実施形態ではウェハ３０の径は蒸着用マスク１０の径よりも２ｍｍほど長い。これは図３においてｇで表される長さが２ｍｍ程度であることを意味する。一般に蒸着用マスクは外周ほどひずみが顕著に現れる傾向がある。そこで、このように蒸着用マスク１０の径をウェハ３０に対して短くしておくことで蒸着用マスク１０の不必要なひずみを抑制できる。

図４は図３における４−４破線における断面図である。図４に示すように蒸着用マスク１０のウェハ対向面１７がウェハ３０と接触する。また、補強部材１６が付加された蒸着源対向面１５と反対の面、すなわちウェハ対向面１７であって補強部材１６が付加された領域直下に相当する部分には凹部３６が形成される。凹部３６は、補強部材１６の付加のためのスポット溶接により生じる溶接痕がウェハ３０と接することのないように形成されるものである。このような凹部３６は典型的には化学処理によって形成されるが特に限定されない。図４で溶接痕は上部溶接痕３２と下部溶接痕３４からなり、凹部３６は下部溶接痕３４がウェハ３０と接してウェハ３０を傷つけないように形成されている。つまり下部溶接痕３４は凹部３６の内壁にある。

さらにこの実施形態の蒸着用マスク１０の開口２１の幅（以後ｂ）と開口２１の深さ（以後ａ）は以下のように定められる。すなわち、ａをｂで除算した値は、補強部材１６の厚さ（以後ｃ）を開口２１と補強部材１６との蒸着源対向面１５に平行な方向の距離（以後ｄ）で除算した値より大きい。これは開口２１に入射する蒸着粒子が補強部材１６によって遮断されないための条件である。このような効果を得るためには当然に開口２１間の幅（以後ｆ）が同幅方向と平行方向の補強部材１６の幅（以後ｅ）より大きい。本実施形態の蒸着用マスク１０は上述の構成を備える。

本発明を適用しない蒸着用マスクを用いたウェハの蒸着処理では、処理過程で発生する熱や処理装置の回転によって蒸着用マスクがひずむことがある。そして、ひずんだ蒸着用マスクを用いた蒸着によって形成された金属パターンのパターン不良が発生するおそれがあった。パターン不良とは、パターン位置ずれ・滲みなどの金属層パターン形成異常である。ここで、滲みとは蒸着用マスクとウェハとの間の意図しない隙間に蒸着材料が浸入することで形成される薄い金属層のことであり、パターンショートなどの原因となりえるものである。

またこのような蒸着用マスクの強度不足は蒸着用マスクを単に厚くすることで対応し得る。しかしながらそれでは蒸着用マスクの開口のアスペクト比が厳しくなるため蒸着速度や、開口の埋め込み性とトレードオフであるという問題があった。また、特許文献１に記載の通り磁気的手段による蒸着用マスクとウェハの密着を図ることや、蒸着用マスクの外周を固定したり、水冷によりしたりすることによる蒸着用マスクのひづみ抑制（膨張抑制）では蒸着用装置や処理工程が複雑化する問題もあった。

本発明の蒸着用マスク１０によれば上述の問題を解決できる。すなわち、本発明の蒸着用マスク１０は蒸着源対向面１５に補強部材１６が付加されており蒸着用マスク１０の強度を高めることができる。さらに所望の蒸着用マスク強度を得るために補強部材１６の幅や配置密度を適宜調整可能である。よって蒸着用マスクのひずみを効果的に抑制できる。

さらに、図４を参照して説明した通り、補強部材１６の厚みおよび開口２１に対する配置位置は、開口２１の幅および深さのとの関係において、開口２１に入射する蒸着粒子が補強部材１６によって遮断されないように形成配置される。よって、補強部材１６によってマスク開口領域１４の開口２１に入射する蒸着粒子を遮断することはない。従って補強部材１６の付加に伴って蒸着速度や開口の埋め込み性へ悪影響を与えることなく蒸着を実施できる。

さらに、前述した通り、補強部材１６はマスク開口領域１４よりも蒸着用マスク１０の外周側に及ぶから、マスク開口領域１４全体に渡ってひずみ抑制効果を得ることができる。また、この実施形態の蒸着用マスク１０のウェハ対向面１７には凹部３６が形成されているから、蒸着用マスク１０に補強部材１６を付加する際に表れる溶接痕が凹部３６の内壁に形成される。よって、溶接痕がウェハ３０に接しウェハ３０を傷つける弊害を回避できる。

さらに、この実施形態の蒸着用マスク１０はマスク開口領域１４よりも外周側に左側モニターパターン２０と右側モニターパターン１８を備えるから、蒸着用マスク１０のひずみ差が最大になると考えられるマスク両端のひずみ量をモニターできる。

本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱しない範囲において様々な変形が可能である。例えば、図４を用いてａ、ｂ、ｃ、ｄの符号で定義した開口２１および補強部材１６の関係は本発明の効果を得るために必須ではない。すなわち、例えばｄ（開口２１と補強部材１６との蒸着源対向面１５に平行な方向の距離）はｃ（補強部材１６の厚さ）より大きいとの条件のみ課する場合でも蒸着源対向面１５に４５°の角度以下で入射する蒸着粒子のウェハ３０表面への蒸着を確保できるから、そのような条件で実使用上十分であればこの実施形態の記載に限定されない。

また、補強部材１６はステンレス製であり格子状に配置されることとしたが、実使用上十分な蒸着用マスク強度を得られる限りにおいて限定されない。

また、補強部材１６は無効領域１２にスポット溶接により付加されることとしたが、十分な接合強度を得られる限りにおいて限定されない。

また、本発明は蒸着法によりウェハ上に合金層を形成する場合の蒸着用マスクに適用すると効果が顕著であるが、同様に蒸着用マスクのひずみが生じるおそれのある環境でも効果が得られるためウェハ上に合金層を形成する用途に限定されない。

実施形態の蒸着について説明する図である。この発明の蒸着に用いられる蒸着用マスクの構成を説明する平面図である。蒸着用マスクとウェハを結合した状態を説明する平面図である。図３における４−４断面図である。

符号の説明

１０蒸着用マスク、１２無効領域、１４マスク開口領域、１５蒸着源対向面、１６補強部材、１７ウェハ対向面、２１開口、３０ウェハ、３４下部溶接痕、３６凹部、

Claims

被蒸着体であるウェハと接するウェハ対向面と、
前記ウェハ対向面と反対の面であり蒸着源と対向する蒸着源対向面と、
前記ウェハ対向面と前記蒸着源対向面とを貫通する開口を有するマスク開口領域と、
前記開口の形成されない領域である無効領域とを有する蒸着用マスクであって、
前記蒸着源対向面の前記無効領域に付加された線状の補強部材を備え、
前記開口と前記補強部材との前記蒸着源対向面と平行方向の距離は、前記補強部材の厚さより大きいことを特徴とする蒸着用マスク。
被蒸着体であるウェハと接するウェハ対向面と、
前記ウェハ対向面と反対の面であり蒸着源と対向する蒸着源対向面と、
前記ウェハ対向面と前記蒸着源対向面とを貫通する開口を有するマスク開口領域と、
前記開口の形成されない領域である無効領域とを有する蒸着用マスクであって、
前記蒸着源対向面の前記無効領域に付加された線状の補強部材を備え、
前記開口の深さを前記開口の幅で除算した値は、前記補強部材の厚さを前記開口と前記補強部材との前記蒸着源対向面と平行方向の距離で除算した値より大きいことを特徴とする蒸着用マスク。
被蒸着体であるウェハと接するウェハ対向面と、
前記ウェハ対向面と反対の面であり蒸着源と対向する蒸着源対向面と、
前記ウェハ対向面と前記蒸着源対向面とを貫通する開口を有するマスク開口領域と、
前記開口の形成されない領域である無効領域とを有する蒸着用マスクであって、
前記蒸着源対向面の前記無効領域に付加された線状の補強部材を備え、
前記補強部材はスポット溶接により前記無効領域と溶接され、
前記ウェハ対向面であって前記補強部材が付加された面と反対の部分には凹部が形成され、
前記スポット溶接のスポット溶接痕は前記凹部内壁にあることを特徴とする蒸着用マスク。