JP5892003B2

JP5892003B2 - 半導体製造装置、半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5892003B2
Application number: JP2012187851A
Authority: JP
Inventors: 牛島　隆志; 隆志牛島; 敦志今井; 大祐藤原; 二郎野原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: JP2014045137A

Description

本発明は、半導体製造装置、及び前記半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。

従来より、例えば、シリコン等からなる半導体デバイスの一方の面に、開口部を有するメタルマスクを固定する。そして、メタルマスクの開口部内に露出する半導体デバイスの一方の面に、例えばスパッタリング装置等の真空成膜装置を用いて、所定の膜を成膜する半導体装置の製造方法が知られている。

半導体デバイスの一方の面にメタルマスクを固定する方法としては、例えば、磁力を用いる方法が知られている。より具体的には、半導体デバイスの他方の面側に、メタルマスクのフレーム領域に沿って、平面視における最大幅がフレーム領域の幅よりも小さな磁石を複数個配置し、半導体デバイスを介してメタルマスクを磁石で吸着する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２７７５１０号公報

しかしながら、上記の方法では、平面視における最大幅がメタルマスクのフレーム領域の幅よりも狭い磁石を用いてメタルマスクを固定するため、十分な固定力が得られず、半導体デバイスに対するメタルマスクの位置ずれや浮きが発生するおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、半導体デバイス上へメタルマスクを固定するための固定力を向上可能な半導体製造装置等を提供することを課題とする。

本半導体製造装置は、半導体デバイスを載置する載置面を備えた支持基板を有し、前記支持基板は、前記載置面に載置された前記半導体デバイス上に、格子状のラインパターンを備えたマスク構造体を固定する複数の磁石を備え、各々の前記磁石は、平面視において、前記ラインパターンが交差する点である格子点の下方、及び、隣接する前記格子点間の前記ラインパターンの下方、を含む位置に、前記ラインパターンに沿って離散的に配置され、各々の前記磁石のＮ極又はＳ極の何れか一方の端面に前記ラインパターンを相対させ、平面視における前記磁石の最大幅は、前記ラインパターンの幅よりも広く、各々の前記磁石は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ方向が前記半導体デバイスの厚さ方向を向くように配置され、隣接する前記磁石は、互いに逆極性になるように配置されていることを要件とする。

本半導体装置の製造方法は、支持基板の載置面に、半導体デバイスを介して、格子状のラインパターンを備えたマスク構造体を固定する工程と、前記格子状のラインパターンに囲まれた開口部内に露出する前記半導体デバイス上に、所定の膜を成膜する工程と、を有し、前記支持基板は、前記載置面に載置された前記半導体デバイス上に、格子状のラインパターンを備えたマスク構造体を固定する複数の磁石を備え、各々の前記磁石は、平面視において、前記ラインパターンが交差する点である格子点の下方、及び、隣接する前記格子点間の前記ラインパターンの下方、を含む位置に、前記ラインパターンに沿って離散的に配置され、各々の前記磁石のＮ極又はＳ極の何れか一方の端面に前記ラインパターンを相対させ、平面視における前記磁石の最大幅は、前記ラインパターンの幅よりも広く、各々の前記磁石は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ方向が前記半導体デバイスの厚さ方向を向くように配置され、隣接する前記磁石は、互いに逆極性になるように配置されていることを要件とする。

本発明によれば、半導体デバイス上へメタルマスクを固定するための固定力を向上可能な半導体製造装置等を提供できる。

本実施の形態に係る半導体製造装置に半導体デバイス及びマスク構造体が固定された状態を例示する図である。磁石の磁力線を模式的に示した図（その１）である。磁石の磁力線を模式的に示した図（その２）である。磁石の配置について説明する図（その１）である。磁石の配置について説明する図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１は本実施の形態に係る半導体製造装置に半導体デバイス及びマスク構造体が固定された状態を例示する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１を参照するに、本実施の形態に係る半導体製造装置１は、支持基板１０と、支持基板２０とを有する。支持基板１０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、ガラス、セラミック、樹脂等の非磁性体から形成することができる。支持基板１０の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。支持基板１０に設けられた複数の窪みには、各々磁石１５が配置（固定）されている。

各々の磁石１５は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ方向がＺ方向（半導体デバイス３０の厚さ方向）を向くように配置されている。又、隣接する磁石１５は、互いに逆極性になるように配置されている。つまり、支持基板１０の半導体デバイス３０側の面において、極性がＳ極である磁石１５に隣接する磁石１５の極性は必ずＮ極となり、極性がＮ極である磁石１５に隣接する磁石１５の極性は必ずＳ極となる。

各々の磁石１５の一端面は、例えば、支持基板１０の半導体デバイス３０側の面と略面一とすることができる。各々の磁石１５は、例えば、円柱状とすることができる。各々の磁石１５としては、例えば、サマリウムコバルト系磁石やネオジウム系磁石等を用いることができる。

支持基板１０上には支持基板２０が配置されている。支持基板１０と支持基板２０とは分離可能に構成されており、例えば、支持基板２０上に半導体デバイス３０を載置した状態で、支持基板１０のみをＺ方向に移動可能に構成することができる。支持基板２０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、ガラス、セラミック、樹脂等の非磁性体から形成することができる。支持基板２０の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。なお、支持基板１０及び２０は、必ずしも平板状でなくてもよい。例えば、支持基板１０及び２０には、適宜、ザグリや貫通孔等を設けることができる。

支持基板２０の載置面には半導体デバイス３０が載置され、更に、載置面に載置された半導体デバイス３０上には複数の開口部４０ｘを有するマスク構造体４０が固定されている。半導体デバイス３０は、例えば、シリコンや炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ガリウム砒素等から形成されている。半導体デバイス３０の厚さは、例えば、数１０μｍ〜数１００μｍ程度とすることができる。半導体デバイス３０は、例えば、車載用の半導体デバイスである。

なお、半導体デバイス３０が６インチ、８インチ、１２インチ等のウェハ状態である場合、支持基板１０や支持基板２０の平面形状は、半導体デバイス３０の平面形状に対応するように円形状とすることができる。

マスク構造体４０は、例えば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金（４２アロイ）等の磁性体により形成されている。マスク構造体４０の厚さは、例えば、数１０μｍ〜数１００μｍ程度とすることができる。

マスク構造体４０は、例えば格子状のラインパターン４１及び４２を備え、格子状のラインパターン４１及び４２に囲まれた部分が開口部４０ｘとなる。ラインパターン４１は、例えば、Ｘ方向に平行に略一定幅に形成され、ラインパターン４２は、例えば、Ｙ方向に平行に略一定幅に形成されている。

支持基板１０の磁石１５は、平面視において、ラインパターン４１とラインパターン４２とが交差する点である格子点の下方（Ｚ−方向）、及び、隣接する格子点間のラインパターン４１及び４２の下方（Ｚ−方向）に配置されている。なお、平面視とは、図１のＺ方向からマスク構造体４０等を視ることをいう。

平面視における磁石１５の最大幅は、ラインパターン４１及び４２の各々の幅よりも広く設計されている。図１の例では、磁石１５の平面形状が円形なので、平面視における磁石１５の最大幅＝磁石１５の直径であり、磁石１５の直径がラインパターン４１及び４２の各々の幅よりも大きく設計されている。

但し、磁石１５の平面形状は円形には限定されず、楕円形や正方形、長方形等の任意の形状とすることができる。磁石１５の平面形状が楕円形の場合は、平面視における磁石１５の最大幅＝磁石１５の長径であり、磁石１５の長径がラインパターン４１及び４２の各々の幅よりも大きく設計される。

又、磁石１５の平面形状が正方形の場合は、平面視における磁石１５の最大幅＝磁石１５の一辺の長さであり、磁石１５の一辺の長さがラインパターン４１及び４２の各々の幅よりも長く設計される。又、磁石１５の平面形状が長方形の場合は、平面視における磁石１５の最大幅＝磁石１５の長辺の長さであり、磁石１５の長辺の長さがラインパターン４１及び４２の各々の幅よりも長く設計される。

このように、支持基板１０に設けられた磁石１５と磁性体により形成されているマスク構造体４０とを半導体デバイス３０を挟み込むように配置することにより、磁力で半導体デバイス３０上にマスク構造体４０を固定できる。この際、各々の磁石１５とマスク構造体４０のラインパターン４１及び４２との位置関係を図１のようにすることで、マスク構造体４０全体を半導体デバイス３０上に強固に固定できる。これに関し、図２及び図３を参照しながら、更に詳しく説明する。

図２及び図３は、磁石１５の磁力線を模式的に示した図である。平面視における磁石１５の最大幅は、ラインパターン４１及び４２の各々の幅よりも大きく設計されているため、図２に示すように、磁石１５からマスク構造体４０に対して斜め方向からも磁力線Ｍが到達する。これにより、マスク構造体４０を半導体デバイス３０に引き付ける力を大きくできる。

又、磁石１５を、平面視において、格子点の下方及び隣接する格子点間のラインパターン４１及び４２の下方に配置すると共に、隣接する磁石１５を互いに逆極性になるように配置することにより、ラインパターン４１及び４２が隣接する磁石１５間の磁力線の経路となる。

つまり、図３に示すように、隣接する磁石１５の一方から出た磁力線Ｍはマスク構造体４０（ラインパターン４１又は４２）を通って隣接する磁石１５の他方に到達する。つまり、磁力線Ｍが大気中を通る場合、なるべく短いルートを通ろうとするが、磁性体を介したルートを通る方が大気中を通るルートに比べて短くなる場合、磁力線Ｍは優先的に磁性体であるマスク構造体４０（ラインパターン４１又は４２）内を通る。これにより、マスク構造体４０全体を半導体デバイス３０に引き付ける力Ｆを大きくできるため、マスク構造体４０全体を半導体デバイス３０上に強固に固定できる。

その結果、マスク構造体４０全体において、半導体デバイス３０に対する位置ずれや浮きの発生を防止できる。なお、磁石１５の平面形状を四角形（正方形や長方形等）とすることにより、磁石１５の体積が増大するため、マスク構造体４０全体を半導体デバイス３０に引き付ける力Ｆをより強くできる。

半導体デバイス３０に対するマスク構造体４０全体の位置ずれや浮きの発生を防止し、マスク構造体４０の開口部４０ｘ内に形成される成膜パターンの寸法精度を確保するためには、図４に示すａ及びｂが式（１）を満たすことが好ましい。すなわち、隣接する磁石１５の間隔ｂを、磁石１５の上面とマスク構造体４０の下面との間隔ａの２倍よりも大きくすることが好ましい。

２ａ＜ｂ・・・（１）
なお、図１では、隣接する格子点間のラインパターン４１及び４２の下方に配置する磁石１５の数を１個とする例を示したが、磁石１５の数を複数個としても構わない。この場合にも、上記式（１）を満たすように配置することが好ましい。

例えば、図５に示すように、ラインパターン４２が複数種類の幅のラインパターン（幅の狭いラインパターン４２ａと幅の広いラインパターン４２ｂ）を有する場合には、幅の狭いラインパターン４２ａの方が機械的強度が低く外部応力等により撓みやすくなる。よって、ラインパターン４２ａを半導体デバイス３０上に強固に固定するため、磁石１５ａと磁石１５ｂとの間に優先的に磁力線が通るようにすることが好ましい。

具体的には、磁石１５ａ−磁石１５ｂ間の距離と磁石１５ｂ−磁石１５ｃ間の距離とが同一である場合には、磁石１５ｃの磁力を磁石１５ａ及び１５ｂの磁力よりも相対的に弱くする。これにより、磁石１５ａ−磁石１５ｂ間に優先的に磁力線が通るようにすることができる。

磁石１５ａ−磁石１５ｂ間の距離と磁石１５ｂ−磁石１５ｃ間の距離とが異なる場合には、距離の差に応じて各々の磁石の強度を調整することにより、磁石１５ａ−磁石１５ｂ間に優先的に磁力線が通るようにすることができる。

他の方法としては、磁石１５ａ−磁石１５ｂ間の支持基板２０側の面にヨークを設けることで、磁石１５ａ−磁石１５ｂ間に優先的に磁力線が通るようにすることができる。

ここで、半導体製造装置１を用いて半導体デバイス３０に所定の膜を成膜する半導体装置の製造方法について説明する。

まず、第１の工程では、成膜対象である半導体デバイス３０を準備し、所定位置に停止させる。次に、第２の工程では、半導体デバイス３０の一方の面に、開口部４０ｘを有するマスク構造体４０をアライメントしながら接置する。次に、第３の工程では、支持基板１０及び２０を有する半導体製造装置１を、半導体デバイス３０の他方の面に近づける。なお、半導体製造装置１は図１のＺ方向（半導体デバイス３０の一方の面及び他方の面に垂直な方向）に移動可能に構成されている。

なお、予め支持基板１０と支持基板２０とをＺ方向で分離しておき、支持基板２０の載置面に半導体デバイス３０を載置し、その後、支持基板２０上に半導体デバイス３０を載置した状態で、支持基板１０のみをＺ＋方向に移動させてもよい。

前述のように、半導体製造装置１では、磁石１５をマスク構造体４０の格子点の下方及び隣接する格子点間のラインパターン４１及び４２の下方に配置すると共に、隣接する磁石１５を互いに逆極性になるように配置している。又、半導体製造装置１では、平面視における磁石１５の最大幅を、ラインパターン４１及び４２の各々の幅よりも広く設計している。

そのため、以上の第１の工程から第３の工程により、図１に示したように、半導体デバイス３０に対するマスク構造体４０の位置ずれや浮きの発生が抑制された状態で、マスク構造体４０全体を半導体デバイス３０上に強固に固定できる。

次に、第４の工程では、半導体デバイス３０を介してマスク構造体４０が固定された半導体製造装置１（図１の状態）を成膜装置内に移し、マスク構造体４０の開口部４０ｘ内に露出する半導体デバイス３０上に、所定の膜（例えば、銅やアルミニウム、ニッケル等を主成分とする導電膜等）を成膜する。この所定の膜は、例えば、半導体デバイス３０を外部の配線基板や半導体装置等と電気的に接続するための電極パターンとして用いることができる。

成膜装置としては、例えば、スパッタリング装置等の真空成膜装置を挙げることができる。スパッタリング装置は、例えば、真空雰囲気で気体放電を引き起こすことによりプラズマを発生させ、このプラズマの陽イオンをスパッタリング電極と呼ばれる負極に設置されたターゲットに衝突させる。そして、その衝突によりスパッタされた粒子を対象物（この場合には、マスク構造体４０の開口部４０ｘ内に露出する半導体デバイス３０上）に付着させて所定の膜を形成する装置である。

なお、例えば、スパッタリング装置を用いて所定の膜を成膜する場合には、成膜の過程でマスク構造体４０や半導体デバイス３０の温度が上昇するので、必要に応じ、支持基板１０及び２０を介してマスク構造体４０や半導体デバイス３０を冷却する。そのため、支持基板１０及び２０の材質として、銅や銅合金等の伝熱性に優れたものを選択することが好ましい。

次に、第５の工程では、半導体デバイス３０を介してマスク構造体４０が固定された半導体製造装置１を成膜装置外に移し、マスク構造体４０を半導体デバイス３０から剥離する。マスク構造体４０を剥離するためには、例えば、支持基板１０を図１のＺ−方向に移動させ、支持基板１０を支持基板２０から遠ざければよい。

但し、支持基板２０はマスク構造体４０から支持基板１０を遠ざける際に半導体デバイス３０が割れたりしなければ、設ける必要はない。つまり、支持基板２０は半導体製造装置１の必須の構成要素ではない。この場合には、支持基板１０載置面に半導体デバイス３０が載置され、マスク構造体４０を剥離するためには、例えば、支持基板１０を図１のＺ−方向に移動させ、支持基板１０を半導体デバイス３０から遠ざければよい。

以上の第１の工程から第５の工程により、半導体デバイス３０の所定位置（マスク構造体４０の開口部４０ｘに対応する位置）に所定の膜が成膜された半導体装置が完成する。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記実施の形態では、半導体デバイス３０上に１枚のマスク構造体４０を固定する例を示したが、半導体デバイス３０上に固定するマスク構造体は複数枚であってもよい。この場合、積層する各マスク構造体において、ラインパターンの幅は同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、上層のマスク構造体のラインパターンの幅を、下層のマスク構造体のラインパターンの幅よりも狭くすることができる。

なお、半導体デバイス３０上に複数枚のマスク構造体を固定する理由は、半導体デバイス３０上に所定の膜を成膜する過程でマスク構造体や半導体デバイス３０の温度が上昇した際に、上層のマスク構造体から効率よく放熱し、下層のマスク構造体の膨張を緩和するためである。

１半導体製造装置
１０、２０支持基板
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ磁石
３０半導体デバイス
４０マスク構造体
４０ｘ開口部
４１、４２、４２ａ、４２ｂラインパターン
Ｆ力
Ｍ磁力線

Claims

半導体デバイスを載置する載置面を備えた支持基板を有し、
前記支持基板は、前記載置面に載置された前記半導体デバイス上に、格子状のラインパターンを備えたマスク構造体を固定する複数の磁石を備え、
各々の前記磁石は、平面視において、前記ラインパターンが交差する点である格子点の下方、及び、隣接する前記格子点間の前記ラインパターンの下方、を含む位置に、前記ラインパターンに沿って離散的に配置され、
各々の前記磁石のＮ極又はＳ極の何れか一方の端面に前記ラインパターンを相対させ、
平面視における前記磁石の最大幅は、前記ラインパターンの幅よりも広く、
各々の前記磁石は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ方向が前記半導体デバイスの厚さ方向を向くように配置され、
隣接する前記磁石は、互いに逆極性になるように配置されている半導体製造装置。
支持基板の載置面に、半導体デバイスを介して、格子状のラインパターンを備えたマスク構造体を固定する工程と、
前記格子状のラインパターンに囲まれた開口部内に露出する前記半導体デバイス上に、所定の膜を成膜する工程と、を有し、
前記支持基板は、前記載置面に載置された前記半導体デバイス上に、格子状のラインパターンを備えたマスク構造体を固定する複数の磁石を備え、
各々の前記磁石は、平面視において、前記ラインパターンが交差する点である格子点の下方、及び、隣接する前記格子点間の前記ラインパターンの下方、を含む位置に、前記ラインパターンに沿って離散的に配置され、
各々の前記磁石のＮ極又はＳ極の何れか一方の端面に前記ラインパターンを相対させ、
平面視における前記磁石の最大幅は、前記ラインパターンの幅よりも広く、
各々の前記磁石は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ方向が前記半導体デバイスの厚さ方向を向くように配置され、
隣接する前記磁石は、互いに逆極性になるように配置されている半導体装置の製造方法。