(57)【要約】【課題】  段差を覆う感光性樹脂を十分に感光させることができるとともに、薄板部に正確にレジストを形成する。【解決手段】  半導体装置の製造方法であって、薄板部を囲む厚板部を有する半導体ウエハを準備する工程と、薄板部と厚板部の境界の段差を有する半導体ウエハの表面に感光性樹脂を塗布する工程と、フォトマスクを介して感光性樹脂に光を照射する工程を有する。フォトマスクが、透光性ウエハと、遮光パターンと、減光フィルタを有する。透光性ウエハの下面において、中央部が外周部よりも下側に突出している。中央部内の透光性ウエハの下面に遮光パターンが設けられている。透光性ウエハの上面に、中央部で外周部よりも光透過率が低くなるように減光フィルタが設けられている。光を照射する工程では、中央部を薄板部の上方に位置させ、外周部を厚板部及び段差の上方に位置させて、光を照射する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
薄板部と、前記薄板部を囲むとともに前記薄板部よりも厚みが厚い厚板部を有する半導体ウエハを準備する工程と、
前記薄板部と前記厚板部の境界の段差を有する前記半導体ウエハの表面に、感光性樹脂を塗布する工程と、
フォトマスクを介して前記感光性樹脂に光を照射する工程、
を有しており、
前記フォトマスクが、透光性ウエハと、遮光パターンと、減光フィルタを有しており、
前記透光性ウエハが、中央部と、前記中央部を囲む外周部を有しており、
前記透光性ウエハの下面において、前記中央部が前記外周部よりも下側に突出しており、
前記中央部内の前記透光性ウエハの前記下面に、前記遮光パターンが設けられており、
前記透光性ウエハの上面に、前記中央部で前記外周部よりも光透過率が低くなるように前記減光フィルタが設けられており、
光を照射する前記工程では、前記中央部が前記薄板部の上方に位置し、前記外周部が前記厚板部及び前記段差の上方に位置するように、前記光透過性ウエハの前記下面を前記半導体ウエハの前記表面に対向させた状態で光を照射する、
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
特許文献１に、薄板部と、薄板部を囲むとともに薄板部よりも厚みが厚い厚板部を有する半導体ウエハが開示されている。この半導体ウエハによれば、厚板部に支持されることによって薄板部の反りが抑制される。薄板部を用いて、厚みが薄い半導体装置を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２２８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように薄板部と厚板部を有する半導体ウエハは、薄板部と厚板部の境界の位置に段差を有する。段差を有する表面において、薄板部にパターニングされた構造（例えば、拡散層、絶縁層または電極等）を形成する場合がある。このような構造を形成する場合、半導体ウエハの段差を有する表面において、薄板部内にパターニングされたレジストが設けられる。レジストは、以下のようにして形成される。まず、段差を有する表面に感光性樹脂を塗布する。次に、遮光パターンを有するフォトマスクを介して薄板部上の感光性樹脂に光を照射する。感光性樹脂の光を照射された部分が変質する。以下では、このように、光の照射によって感光性樹脂が変質することを、「感光」という。遮光パターンを介した光の照射によって感光性樹脂を感光させることによって、遮光パターンの形状を感光性樹脂に転写する。その後、感光性樹脂の感光した部分を除去する。除去されずに残存した感光性樹脂が、レジストとなる。レジストを介して、イオン注入やエッチングを行うことで、薄板部にパターニングされた構造（例えば、拡散層、絶縁層または電極等）を形成することができる。
【０００５】
上述したレジストの形成方法では、半導体ウエハの表面に感光性樹脂を塗布するときに、薄板部と厚板部の境界の段差を覆う部分で感光性樹脂が局所的に厚くなる。このため、段差を覆う部分の感光性樹脂が感光し難い。段差を覆う部分の感光性樹脂が十分に感光しないと、この部分の感光性樹脂を適切に除去することができず、段差に感光性樹脂が残存する。この場合、後工程で残存した感光性樹脂が剥離し、パーティクルの原因となる。また、段差を覆う部分の感光性樹脂を十分に感光させるために光の照射量を多くすると、遮光パターンの裏側に回り込む光が多くなり、遮光パターンの形状を感光性樹脂に正確に転写することができない。この場合、薄板部に正確にレジストを形成することができず、加工精度が悪化する。本明細書では、段差を覆う感光性樹脂を十分に感光させることができるとともに、薄板部に正確にレジストを形成することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、薄板部と前記薄板部を囲むとともに前記薄板部よりも厚みが厚い厚板部を有する半導体ウエハを準備する工程と、前記薄板部と前記厚板部の境界の段差を有する前記半導体ウエハの表面に感光性樹脂を塗布する工程と、フォトマスクを介して前記感光性樹脂に光を照射する工程を有している。前記フォトマスクが、透光性ウエハと、遮光パターンと、減光フィルタを有している。前記透光性ウエハが、中央部と、前記中央部を囲む外周部を有している。前記透光性ウエハの下面において、前記中央部が前記外周部よりも下側に突出している。前記中央部内の前記透光性ウエハの前記下面に、前記遮光パターンが設けられている。前記透光性ウエハの上面に、前記中央部で前記外周部よりも光透過率が低くなるように前記減光フィルタが設けられている。光を照射する前記工程では、前記中央部が前記薄板部の上方に位置し、前記外周部が前記厚板部及び前記段差の上方に位置するように、前記透光性ウエハの前記下面を前記半導体ウエハの前記表面に対向させた状態で光を照射する。
【０００７】
この製造方法では、半導体ウエハに感光性樹脂を塗布する工程において、薄板部と厚板部の境界の段差を覆う部分で感光性樹脂が局所的に厚くなる。その後、フォトマスクを介して感光性樹脂に光が照射される。フォトマスクの透光性ウエハは、中央部と外周部を有する。中央部が薄板部の上方に位置し、外周部が厚板部及び段差の上方に位置するようにフォトマスクが配置される。減光フィルタは、中央部で外周部よりも光透過率が低くなるように設けられている。したがって、中央部を透過する光が、外周部を透過する光よりも弱くなる。外周部を透過した光（強い光）は、半導体ウエハの薄板部と段差を覆う感光性樹脂に照射される。段差を覆う感光性樹脂に強い光が照射されるので、段差を覆う厚い感光性樹脂を十分に感光させることができる。また、中央部で減光された弱い光は、遮光パターンを介して薄板部を覆う感光性樹脂に照射される。遮光パターンの隙間を通過する光が弱いので、遮光パターンの裏側への光の回り込みを抑制することができる。したがって、薄板部を覆う感光性樹脂に、正確に遮光パターンの形状を転写することができる。したがって、感光性樹脂の感光した部分を除去することで、薄板部の表面に正確にレジストを形成することができる。以上に説明したように、この製造方法によれば、段差を覆う感光性樹脂を十分に感光させることができるとともに、薄板部に正確にレジストを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体ウエハ１２の平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における半導体ウエハ１２の断面図。
【図３】感光性樹脂２０塗布後の半導体ウエハ１２の断面図。
【図４】フォトマスク３０の平面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線におけるフォトマスク３０の断面図。
【図６】光を照射する工程の説明図。
【図７】感光した感光性樹脂２０を除去した後の半導体ウエハ１２の断面図。
【図８】側面４０ｃに入射する光の説明図。
【図９】側面４０ｃを傾斜させた実施形態の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１、２に示す半導体ウエハ１２は、薄板部１４と厚板部１６を有している。薄板部１４は、半導体ウエハ１２の中央部に設けられている。厚板部１６は、半導体ウエハ１２の外周部に設けられている。厚板部１６の厚みは、薄板部１４の厚みよりも厚い。厚板部１６は、環状に伸びており、薄板部１４を囲んでいる。半導体ウエハ１２は、おもて面１２ａと裏面１２ｂを有している。おもて面１２ａは平坦である。裏面１２ｂには、薄板部１４と厚板部１６との境界を構成する段差１８が設けられている。
【００１０】
実施形態の製造方法では、半導体ウエハ１２から半導体装置を製造する。まず、薄板部１４のおもて面１２ａ側の半導体領域に、必要な素子構造（図示省略）を形成する。また、薄板部１４のおもて面１２ａ上に必要な電極、絶縁層等（図示省略）を形成する。
【００１１】
次に、図３に示すように、スピンコート法によって、半導体ウエハ１２の裏面１２ｂに感光性樹脂２０を塗布する。より詳細には、半導体ウエハ１２をその中心軸周りに回転させた状態で、薄板部１４内の裏面１２ｂに液状の感光性樹脂２０を塗布する。すると、遠心力によって裏面１２ｂ上の感光性樹脂２０が外周側に向かって移動する。感光性樹脂２０は、段差１８を乗り越えて厚板部１６まで移動する。したがって、薄板部１４から厚板部１６に亘って裏面１２ｂ全体が感光性樹脂２０によって覆われる。このように感光性樹脂２０を塗布すると、段差１８において感光性樹脂２０が局所的に厚くなる。感光性樹脂２０を塗布したら、感光性樹脂２０を乾燥させる。
【００１２】
次に、フォトマスクを介して感光性樹脂２０に光を照射する。まず、フォトマスクについて説明する。図４、５に示すように、フォトマスク３０は、透光性ウエハ３２、減光フィルタ４０及び遮光パターン４２を有している。
【００１３】
透光性ウエハ３２は、透明なガラスにより構成されている。透光性ウエハ３２は、中央部３４と外周部３６を有している。外周部３６は、環状に伸びており、中央部３４を囲んでいる。中央部３４の厚みは、外周部３６の厚みよりも厚い。透光性ウエハ３２は、上面３２ａと下面３２ｂを有している。上面３２ａは平坦である。下面３２ｂにおいては、中央部３４が外周部３６よりも下側に突出している。図１及び図４に示すように半導体ウエハ１２と透光性ウエハ３２を平面視したときに、半導体ウエハ１２の薄板部１４の直径は、透光性ウエハ３２の中央部３４の直径よりも大きい。
【００１４】
減光フィルタ４０は、中央部３４内の上面３２ａに設けられている。外周部３６内の上面３２ａには、減光フィルタ４０が設けられていない。減光フィルタ４０は、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ４０ａとバンドフィルタ４０ｂを有している。ＮＤフィルタ４０ａは、略全ての波長の光を略均等に減光するフィルタである。ＮＤフィルタ４０ａは、透光性ウエハ３２の上面３２ａに貼り付けられている。バンドフィルタ４０ｂは、波長によって光透過率が変化するフィルタである。バンドフィルタ４０ｂは、短い波長の光に対して高い光透過率を有し、長い波長の光に対して低い光透過率を有する。より詳細には、バンドフィルタ４０ｂは、ｉ線（３６５ｎｍの波長の光）に対して高い光透過率を有し、ｈ線（４０５ｎｍの波長の光）及びｇ線（４３６ｎｍの波長の光）に対して低い光透過率を有する。バンドフィルタ４０ｂはＮＤフィルタ４０ａの表面に貼り付けられている。
【００１５】
遮光パターン４２は、中央部３４内の下面３２ｂに設けられている。遮光パターン４２は、光を透過しない材料によって構成されている。遮光パターン４２は、中央部３４内の下面３２ｂに部分的に設けられている。下面３２ｂの遮光パターン４２が設けられていない範囲では、光が透過する。
【００１６】
感光性樹脂２０に光を照射する工程では、図６に示すように、透光性ウエハ３２の下面３２ｂが半導体ウエハ１２の裏面１２ｂと対向するように、フォトマスク３０を配置する。より詳細には、透光性ウエハ３２の中央部３４が半導体ウエハ１２の薄板部１４の上方に位置し、透光性ウエハ３２の外周部３６が半導体ウエハ１２の厚板部１６及び段差１８の上方に位置するようにフォトマスク３０を配置する。次に、フォトマスク３０の上方から、図６の矢印９２に示すように、半導体ウエハ１２に向かって光を照射する。ここでは、少なくともｉ線、ｈ線及びｇ線を含む波長範囲の光を照射する。
【００１７】
透光性ウエハ３２の外周部３６は減光フィルタ４０に覆われていないので、外周部３６では略全ての光が透過する。このため、半導体ウエハ１２の厚板部１６及び段差１８を覆う感光性樹脂２０に強い光が照射される。段差１８を覆う部分の感光性樹脂２０は厚みが厚いが、強い光によってその全体が感光される。このため、厚板部１６及び段差１８を覆う感光性樹脂２０を十分に感光させることができる。
【００１８】
透光性ウエハ３２の中央部３４は減光フィルタ４０に覆われているので、中央部３４では光の透過率が低い。特に、バンドフィルタ４０ｂは長い波長の光を透過し難いので、中央部３４では長い波長の光が特に減光される。また、中央部３４内の下面３２ｂに遮光パターン４２が設けられている。遮光パターン４２が存在する部分では、光が透過しない。遮光パターン４２が存在しない部分（以下、遮光パターン４２の隙間という）では、減光フィルタ４０によって減光された光が透過する。遮光パターン４２の隙間を通過した光は、半導体ウエハ１２の薄板部１４を覆っている感光性樹脂２０に照射される。したがって、中央部３４の下側で、光が照射された部分の感光性樹脂２０が感光する。これによって、感光性樹脂２０に、遮光パターン４２の形状が転写される。上述したように、中央部３４では減光フィルタ４０によって光が減光されるので、遮光パターン４２の隙間を通過する光の強度は弱い。しかしながら、半導体ウエハ１２の薄板部１４を覆う感光性樹脂２０の厚みが薄いので、弱い光でも十分に感光性樹脂２０を感光させることができる。また、遮光パターン４２が中央部３４内の下面３２ｂに設けられているので、遮光パターン４２が感光性樹脂２０に対して近い位置に配置される。これによって、図６の矢印９０に示すように遮光パターン４２の裏側に光が周り込むことが抑制される。さらに、遮光パターン４２の隙間を通過する光の強度が弱いので、図６の矢印９０に示すように遮光パターン４２の裏側に回り込む光が少ない。特に、バンドフィルタ４０ｂによって回折し易い長波長の光が減光されているので、矢印９０に示すように回り込む光は特に少ない。したがって、遮光パターン４２の形状を正確に感光性樹脂２０に転写することができる。
【００１９】
次に、感光性樹脂２０の感光した部分を選択的にエッチングして除去する。感光性樹脂２０の段差１８を覆う部分（厚みが厚い部分）が十分に感光されているので、この部分を好適に除去することができる。したがって、段差１８に感光性樹脂２０の残渣が残存し難い。感光性樹脂２０の感光した部分を除去することで、図７に示すように、薄板部１４内の裏面１２ｂに、感光性樹脂２０の感光していない部分が残存する。感光性樹脂２０の残存した部分が、レジスト５０となる。次に、レジスト５０を介して薄板部１４にｎ型不純物をイオン注入する。レジスト５０が正確に形成されているので、ｎ型不純物の注入範囲を正確に制御することができる。その後、必要な電極等を裏面１２ｂに形成し、半導体ウエハ１２を複数のチップに分割することで、半導体装置が完成する。
【００２０】
以上に説明したように、この製造方法によれば、感光性樹脂２０の段差１８を覆う部分（厚い部分）を十分に感光させることができるので、その後にこの部分を好適に除去することができる。段差１８に感光性樹脂２０の残渣が残存し難いので、その後の工程で残渣を原因とするパーティクルが生じ難い。このため、半導体装置の良品率が向上する。また、この製造方法では、感光性樹脂２０の薄板部１４を覆う部分に正確に遮光パターン４２の形状を転写することができるので、半導体ウエハ１２に正確にｎ型不純物を注入することができる。なお、上述した実施形態ではｎ型不純物注入時にマスクとして用いられるレジスト５０を形成する工程について説明したが、電極や絶縁層をパターニングするためのレジストを形成する工程に本明細書に開示の技術を用いてもよい。
【００２１】
また、上述した実施形態では、減光フィルタ４０がＮＤフィルタ４０ａとバンドフィルタ４０ｂによって構成されていた。しかしながら、減光フィルタ４０が、ＮＤフィルタ４０ａのみ、または、バンドフィルタ４０ｂのみによって構成されていてもよい。また、減光フィルタ４０が他のフィルタによって構成されていてもよい。また、上述した実施形態では、透光性ウエハ３２の外周部３６に減光フィルタ４０が設けられていなかったが、外周部３６に中央部３４よりも光透過率が高い減光フィルタが設けられていてもよい。
【００２２】
また、上述した実施形態では、図８に示すように、減光フィルタ４０の側面４０ｃが、透光性ウエハ３２の上面３２ａに対して略垂直であった（なお、図８では、図の見易さのため、ＮＤフィルタ４０ａとバンドフィルタ４０ｂを区別していない）。この構成では、図８に示すように、減光フィルタ４０の側面４０ｃに入射した光が、透光性ウエハ３２の中心側に向かって屈折する。このため、屈折した光が遮光パターン４２の範囲内に照射される場合があった。これに対し、図９に示すように、減光フィルタ４０の側面４０ｃを、透光性ウエハ３２の中心側に向かって傾斜させてもよい。図９の構成によれば、側面４０ｃに入射した光が、下方向に屈折し易くなる。このため、屈折した光が遮光パターン４２の範囲内に照射されることを抑制することができる。これによって、より正確にレジスト５０を形成することが可能となる。
【００２３】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２４】
１２    ：半導体ウエハ
１４    ：薄板部
１６    ：厚板部
１８    ：段差
２０    ：感光性樹脂
３０    ：フォトマスク
３２    ：透光性ウエハ
３４    ：中央部
３６    ：外周部
４０    ：減光フィルタ
４２    ：遮光パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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