(57)【要約】【課題】半導体を形成するウェハ表面に所望通りの電極が容易に形成されるとともに、電極形成時の歩留まりを高めることを可能にした半導体の電極形成方法及びその方法に使用する金属蒸着用マスクを提供すること。【解決手段】金属蒸着用マスクをガラスにより形成するとともに、該ガラスマスク１１に形成したウェハ表面に所定のパターンを形成する貫通孔１５の周壁に傾斜を付け、前記貫通孔１５のウェハに対面する側の被蒸着面側開口面１５ａより蒸着用原子導入側開口面１５ｂを拡大し、蒸着用原子導入側開口面１５ｂに対して斜め方向から蒸発金属原子が飛来してきても、前記貫通孔１５を通過させてウェハ４の被蒸着面に蒸発金属原子を蒸着させる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動可能の固定台上に半導体ウェハと前記半導体ウェハの上に所定の貫通孔が形成されたマスクを重ねて固定し、これを金属蒸気中に配置して前記半導体ウェハの表面に前記貫通孔を通過した金属蒸気により所定の電極を形成しなる半導体の電極形成方法において、前記所定の貫通孔が形成されたマスクをガラスとしてなることを特徴とする半導体の電極形成方法。
【請求項２】
半導体ウェハにマスクを重ねて固定台に固定する手段をバネ体としてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体の電極形成方法。
【請求項３】
所定のパターンの複数の貫通孔が形成されてなる請求項１に記載の半導体の電極形成方法に使用する蒸着用ガラスマスク。
【請求項４】
半導体ウェハからはみ出す固定台への取付け部を有する請求項３に記載の蒸着用ガラスマスク。
【請求項５】
金属蒸気が通過する貫通孔の孔壁に傾斜を形成し、半導体ウェハに対面する側の開口面より金属蒸気導入側開口面を拡大してなる請求項３に記載の蒸着用ガラスマスク。
【請求項６】
金属蒸気が通過する貫通孔の孔壁に傾斜を形成し、半導体ウェハに対面する側の開口面より金属蒸気導入側開口面を拡大してなるとともに、半導体ウェハに対面する側の開口面の周縁角部を垂直に立ち上げてなる請求項３に記載の蒸着用ガラスマスク。
【請求項７】
表裏を識別する識別手段を設けてなる請求項３に記載の蒸着用ガラスマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の電極形成法及びその形成に使用する蒸着用マスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体、例えばＧａＰの基板上にＧａＰのＮ層が形成され、そのＮ層の上にＧａＰのＰ層が形成され、そのＰ層の表面にＡｕ等の電極が形成された発光半導体素子（ＬＥＤ）等では、ＧａＰの基板にＧａＰのＮ層を、その上にＰ層を形成した半導体ウェハ（以下、「ウエハ」という。）の状態でＰ層側の表面に、所定のピッチで貫通孔が形成されたマスクを当てがって金属の蒸気中に配置し、これにより電極を形成する場合がある。
【０００３】
図１２は、この場合の電極を形成する蒸着装置の概略構成を示すもので、所定の位置にるつぼ等の蒸発金属発生源２が配設されたベル・ジャー（蒸着容器）１内に、この蒸発金属発生源２に対して所定の角度揺動する固定台３が配置されている。そして、この固定台３にウェハ４を配置し、ウェハ４上にはウェハ４と例えば同径で所定のピッチで所定の形状に穿孔された金属マスク５が配置され、金属マスク５の周縁近傍の複数個所でピン６等を使用して金属マスク５およびウェハ４を固定台３に固定している。なお、図示していないが金属マスク５とウェハ４との間に適宜スペーサが配置される。
【０００４】
この状態で、蒸発金属発生源２を加熱することにより、蒸発金属発生源２から蒸発金属原子７が金属マスク５の方向に飛来し、図１３の金属マスク５とウェハ４の部分の拡大断面図で示すように、金属マスク５に穿孔された貫通孔８を通ってウェハ４上に蒸着される。このようにして、ウェハ４上には、所定のピッチで所定の形状の電極９が形成される。
【０００５】
なお、金属マスク５の１個の貫通孔８は、ＬＥＤでは、１個のＬＥＤ素子の電極に対応するが、ＩＣ等の場合には、金属マスク５の数個の貫通孔８が１個のＩＣ素子の電極に対応する場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、金属マスク５は、厚さが数十μｍ程度と薄く、蒸発金属発生源２等の熱の影響を受けて膨張し、中央部が膨むなど様々に変形する。このように金属マスク５が変形すると、ウェハ４と金属マスク５との間隔が大きく離れたり、金属マスク５の貫通孔８の位置が時々刻々変化したりし、そのためにウェハ４上に所定形状で所定の位置に正確な電極を形成することが困難であるという問題がある。
【０００７】
また、蒸発金属原子７の蒸着中の金属マスク５の変形を極力少なくするために、金属マスク５は通常ウェハ４と同じ大きさに形成される。そのため、ウェハ４に金属マスク５を合わせて固定台３に固定するとき、その固定を行う固定具６が、ウェハ４上に位置することとなり、固定具６が位置するウェハ４の表面部分には金属が蒸着されず、その分歩留まりが悪いという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、半導体ウェハの表面に所望通りの電極を容易に形成することができるとともに、電極形成時の歩留まりを高めることを可能にした半導体の電極形成方法及びその方法に使用する蒸着用マスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る本発明は、揺動可能の固定台上に半導体ウェハと前記半導体ウェハの上に所定の貫通孔が形成されたマスクを重ねて固定し、これを金属蒸気中に配置して前記半導体ウェハの表面に前記貫通孔を通過した金属蒸気により所定の電極を形成しなる半導体の電極形成方法において、前記所定の貫通孔が形成されたマスクをガラスとしてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、請求項１に係る本発明において、半導体ウェハにマスクを重ねて固定台に固定する手段をバネ体としてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、請求項１に係る本発明において使用する蒸着用ガラスマスクが、所定のパターンの複数の貫通孔が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、請求項３に係る本発明の蒸着用ガラスマスクが、半導体ウェハからはみ出す固定台への取付け部を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、請求項３に係る本発明の蒸着用ガラスマスクが、金属蒸気が通過する貫通孔の孔壁に傾斜を形成し、半導体ウェハに対面する側の開口面より金属蒸気導入側開口面を拡大してなることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る本発明は、請求項３に係る本発明の蒸着用ガラスマスクが、金属蒸気が通過する貫通孔の孔壁に傾斜を形成し、半導体ウェハに対面する側の開口面より金属蒸気導入側開口面を拡大してなるとともに、半導体ウェハに対面する側の開口面の周縁角部を垂直に立ち上げてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る本発明は、請求項３に係る本発明の蒸着用ガラスマスクが、表裏を識別する識別手段を設けてなることを特徴とする。
【００１６】
本発明では、ガラス材を素材として形成したガラス板に所定の位置および所定の形状の貫通孔を穿孔してガラスマスクを形成し、このガラスマスクを半導体装置を形成するウェハ上に重ねて固定し金属蒸気中に配置する。金属蒸気はガラスマスクの貫通孔を通過してウェハ上の所定の位置および所定の形状で蒸着する。このようにして半導体の必要とする個所に電極を形成する。
【００１７】
ガラス板に所定の位置および所定の形状の貫通孔を穿孔して形成したガラスを蒸着用マスクとするので、熱膨張が極めて小さく、したがって蒸発金属発生源の熱による形状の変化が殆どなく、所定形状で所定の位置に正確な電極を容易に形成することができ、また蒸着用マスクを半導体ウェハよりも大きくすることができ、蒸着時の蒸着用マスクと半導体ウェハの固定台への固定も固定手段を半導体ウェハにかかること無くでき、歩留まりを高めることができる。
【００１８】
蒸着用ガラスマスクは、蒸着用金属マスクよりも厚みが厚くなるが、金属蒸気が通過する貫通孔を半導体ウェハに対面する側の開口面より金属蒸気導入側開口面を孔壁を傾斜させて拡大することにより、斜め方向から蒸発金属原子が飛来してきてもこれを半導体ウェハに到達させることができる。また、蒸着すべき蒸発金属原子等が直角に飛来するように半導体ウェハの蒸着面あるいは蒸発金属発生源等のセッテングの配慮が軽減される。この場合、半導体ウェハに対面する側の開口面の周縁角部を垂直に立ち上げると鋭角となる角部の欠けを防ぐことができる。また、蒸着用ガラスマスクに表裏を識別する識別手段を設けると、蒸着用ガラスマスクに表裏を簡単に見分けることができ、貫通孔に傾斜が形成されている蒸着用ガラスマスクの表裏の扱い誤りを防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上に説明したように、本発明によれば、半導体ウェハの表面に所望通りの電極を容易に形成することができるとともに、電極形成時の歩留まりを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る蒸着装置の構成を示す概略平面図、図２は図１に示す実施形態の蒸着用マスクの一部分の拡大平面図、図３は一例の貫通孔部の拡大断面図である。なお、図１７で示す従来の蒸着装置と同一部分には同一の符号を付している。
【００２１】
図１において、１１は蒸着用マスク、１２は蒸発金属発生源２に対して所定の角度揺動（図の紙面に対して垂直方向）する固定台、１３はバネ、１４はリング状のバネ受けである。この実施形態では、蒸着用マスク１１は、例えばＧａＰの基板上にＧａＰのＮ層及びその上にＰ層が形成された発光半導体を形成するウェハ４よりも大径に形成されていて、ウエハ４の表面から外れる周縁部にバネ１３およびバネ受け１４を配置し、ウエハ４および蒸着用マスク１１をバネ力により固定台１２に固定している。
【００２２】
具体的な固定の一例は、リング状のバネ受１４の適宜間隔を設けた複数箇所に先端部にねじ切りを施したピンを立て、このピンにコイルバネ１３を挿通し、そのピンを蒸着用マスク１１の周縁部に形成された固定用の孔を挿通し、さらに固定台１２に形成された固定用の孔を挿通して、固定台１２の裏面でピン先端部のねじに図示していないちょうナットを螺合して固定する。なお、図示していないが蒸着用マスク１１とウェハ４との間に適宜スペーサが配置される。
【００２３】
このようにウェハ４に蒸着用マスク１１を重ねて固定台１２に固定する手段をバネ体にすると、ウェハ４と蒸着用マスク１１との位置合わせを簡単に行うことができる。また蒸着用マスク１１をウエハ４よりも大径とし、固定手段がウェハ４の電極形成領域１１ｈの外側領域１１ｇに位置するので、ウェハ４の電極形成領域全面に所望の蒸発金属を当てることができ、歩留まりを高めることができる。
【００２４】
蒸着用マスク１１は、厚さｔが８００μｍ程度の平板状のガラスで形成されていて、図２に示すように、ウエハ４に対面する平面のほぼ全域に所定の間隔（ピッチ）たとえば２６０μｍで直径Ｄがほぼ１００μｍの金属蒸気を通す貫通孔１５が形成されている。この実施形態では貫通孔１５の形状は円形とされている。なお、１６は固定用の貫通孔である。
【００２５】
このような微細な貫通孔１５が多数形成される蒸着用マスク１１に用いているガラスは、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕの金属イオンをＣｅＯ２の増感剤と共に加えて溶解した珪酸塩ガラスで、微細な貫通孔Ｈは、このガラスの両面を研磨し、研磨したガラスの一方の表面に、蒸着用マスク１１の多数の貫通孔１５で形成されるパターンと同様のパターンを画いたマスクを載置して紫外線を照射し、ガラス内に潜像を形成する。
【００２６】
次に未露光部分にも紫外線を照射し、適切な熱処理により感光した部分（潜像部分）を結晶化させ酸に溶けやすくする。次いで結晶化した部分を酸で溶解、すなわち化学的エッチングにより除去して加工形成される。
【００２７】
このようにして形成された蒸着用マスク（以下、ガラスマスクという。）１１は、物理的、化学的耐久性に優れ、熱に対する線膨張が６．０×１０−６／Ｋで形成され、熱膨張が金属例えば通常蒸着用マスクとして用いられている鉄（Ｆｅ）製のものに比べて非常に小さく、また、剛性率１０５Ｋｇｆ／ｃｍ２と硬度の高いものとなっている。
【００２８】
この実施形態のガラスマスク１１の貫通孔１５は、図３に示すように、ウェハ４の被蒸着面に対面する側の面１１ａに位置する開口面１５ａの孔径１は１００μｍ程度に形成され、反対側すなわち蒸着用原子導入側の面１１ｂに位置する開口面１５ｂの孔径Ｌは１８０μｍ程度に形成され、貫通孔周囲壁は傾斜角度３度程度の傾斜面に形成されている。
【００２９】
この３度程度の傾斜は、可能であれば３度より大きい角度にすることが好ましいが、貫通孔１５間のピッチＰが細い場合には隣接する貫通孔を考慮する必要がある。この実施形態の場合は、被蒸着面側開口面１５ａの寸法１が１００μｍ程度、ピッチＰが２００μｍ程度のパターンを対象にしているもので蒸着用原子導入側開口面１５ｂの寸法Ｌ１８０μｍは必然的な値であり、厚さｔが８００μｍでは自ずと定められた傾斜であり、この程度の傾斜であっても、ウェハ表面に所定パターン通りの例えば電極を均一に形成することや貫通孔１５の内周壁に蒸発金属原子の付着を抑制することが可能である。
【００３０】
以上のように構成されたガラスマスク１１を用いて、半導体ウェハの被蒸着面にＡｕ等の電極用金属蒸着を行う場合について説明する。真空中で蒸発金属発生源２から蒸発金属原子７が発生し、その発生した蒸発金属原子７が各貫通孔１５を通過してウェハ４の表面上の所定の個所に被着する。ガラスマスク１１は、熱に対する線膨張が小さいので、蒸着中に膨張などによる変形が起こらず、ウェハ４の表面上の所定の個所に正確に電極を形成することができる。
【００３１】
このガラスマスク１１の貫通孔１５の内周壁には傾斜が設けられ蒸着用原子導入側開口面１５ｂが被蒸着面側開口面１５ａよりも大きく形成されているので、図４に示すように、蒸着用原子導入側開口面１５ｂの斜め方向から飛来する蒸発金属原子７に対しても、貫通孔１５の蒸着用原子導入側開口面１５ｂの周囲角部の影を形成することなくウェハ４の被蒸着面４ａに被着する。
【００３２】
しかも、被蒸着面側開口面１５ａの形状は、ウェハ４の被蒸着面４ａに蒸着する金属蒸着膜のパターンの形状をなしているので、ウェハ４の被蒸着面４ａに蒸着する金属蒸着膜は、所定のパターン通りの形状で蒸着される。また、蒸着用原子導入側開口面１５ｂの斜め方向から飛来する蒸発金属原子７に対しても対応することができるので、その分ウェハ４の被蒸着面４ａと蒸発金属原子７等の粒子線を直角でセッテングする苦労が軽減される。
【００３３】
この実施形態に係るガラスマスク１１の貫通孔１５は、蒸着用原子導入側開口面１５ｂ及び被蒸着面側開口面１５ａの両方共円形にし、蒸着用原子導入側開口面１５ｂを被蒸着面側開口面１５ａよりも大きく形成し、裁頭円錐状にしたものであるが、図５および図６の貫通孔１５の平面図に示すように、裁頭三角錐状や裁頭四角錐状に形成してもよく、また図７の貫通孔１５の平面図に示すように、被蒸着面側開口面１５ａを四角形、被蒸着面側開口面１５ａを円形に形成してもよい。
【００３４】
このように形成しても、蒸着用原子導入側開口面１５ｂの斜め方向から飛来する蒸発金属原子７に対して、貫通孔１５の蒸着用原子導入側開口面１５ｂの周囲角部の影を形成することなくウェハ４の被蒸着面４ａに比較的均一に被着され、前記の実施形態のガラスマスク１１と同様の効果が得れる。また、ガラスマスク１１の貫通孔１５の貫通孔周囲壁は傾斜を有しない垂直壁であってもよい。
【００３５】
ところで、マスク１１をガラス板で形成し、各実施形態のように貫通孔１５の周囲壁に傾斜を形成すると、貫通孔１５の被蒸着面側開口面１５ａの周縁角部の断面形状が鋭角のナイフ・エッジ状になり、その角部が衝撃に対して若干脆く、欠け易いきらいがある。そこで、図８に示すように、貫通孔１５の被蒸着面側開口面１５ａの周縁角部１５ｃの部分を直角に立ち上がらせ、周縁部１５ｃに厚みを持たせている。
【００３６】
すなわち、図８はガラスマスク１１の一例の貫通孔部の拡大断面図で、図２に示したものと同様に厚さｔは８００μｍ、蒸着用原子導入側開口面１５ｂの径Ｌは１８０μｍ、被蒸着面側開口面１５ａの径１は１００μｍ程度に形成されている。そして、被蒸着面側開口面１５ａの周縁角部１５ｃの部分は、蒸着用原子導入側開口面１５ｂに向けて直角に寸法Ｔが１０μ程度立ち上げている。
【００３７】
つまり、被蒸着面側開口面に位置する貫通孔１５の周囲壁に傾斜を設けずに直角に形成して貫通孔１５の全体の断面形状を漏斗状にしている。このようにすることにより、貫通孔１５の周囲壁を傾斜させても周縁部１５ｃの部分が厚くされ、これに伴い、衝撃等に対して強度を増すことができる。
【００３８】
また、各実施形態のように貫通孔１５の周囲壁に傾斜を形成すると、貫通孔１５はウェハ４に対面する側の被蒸着面側開口面１５ａより蒸着用金属原子導入側開口面１５ｂを拡大してガラスマスク１１が形成されるため、ウェハ４に対面する側の裏面とその反対側の表面とを区別する必要がある。その区別を容易にするための例を図９および図１０に示し説明する。
【００３９】
図９は、ガラスマスク１１が円形をなす場合で、ガラスマスク１１はウェハよりも大きめに形成され、ウェハの被蒸着面に金属蒸着膜を所定の形状のパターンで被着させるための貫通孔が形成された領域１１ｈとその貫通孔が形成されない領域１１ｇが領域１１ｈの周囲に形成され、領域１１ｇに適宜の間隔毎に円形の孔１１ｃと角形の孔１１ｄの識別手段が形成されていて、この円形の孔１１ｃと角形の孔１１ｄの並べ方により表面と裏面の区別をなすようにされている。
【００４０】
また、図１０は、ガラスマスク１１が四角形をなす場合で、ガラスマスク１１は一辺の長さをウェハの径よりも大きめに形成され、ウェハの被蒸着面に金属蒸着膜を所定の形状のパターンで被着させるための貫通孔が形成された領域１１ｈとその貫通孔が形成されない領域１１ｇが領域１１ｈの周囲に形成され、領域１１ｇの１つの角部に切欠き１１ｅとその切欠き１１ｅに連なる一辺に切欠き１１ｆによる識別手段が形成されていて、角部の切欠き１１ｅと一辺に形成された切欠き１１ｆとにより表面と裏面の区別をなすようにされている。
【００４１】
このような孔や切欠きを蒸着用マスクに形成しておくと、ガラスマスクを配置する部材、たとえば固定台にガラスマスクの孔や切欠きと嵌合する突起等を形成しておくと、ガラスマスクの表裏を間違うことなく容易にセットすることが可能になり、また、位置ずれ等も容易に防止することができる。
【００４２】
図１１は、蒸着用マスクの蒸着装置の固定台への取付け構造の他の実施形態を示す図で、１２は蒸着装置の固定台、１７は磁石であり、固定台１２は磁性体で構成され、蒸着用マスク１１の周縁部に磁石１７を配置してウエハ４及び蒸着用マスク４を磁力により固定している。なお、固定台１２に磁石を配置し、磁性体で固定するようにしても良い。このようにしても前記バネ体での固定と同様の効果を奏する。なお、この場合も蒸着用マスク１１とウェハ４との間に適宜スペーサ（図示していない）が配置される。
【００４３】
なお、各実施形態で具体的数値を示しているが、これらの数値は参考数値であって本発明はこれらの数値に限定されるものではなく、貫通孔の形状等も各実施形態の形状に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸着装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】図１に示す実施形態の蒸着用マスクの一部分の拡大平面図である。
【図３】図２に示す実施形態の蒸着用マスクの貫通孔部の拡大断面図である。
【図４】図３に示す貫通孔部の金属粒子の通過状態を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る蒸着用マスクの貫通孔の平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る蒸着用マスクの貫通孔の平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る蒸着用マスクの貫通孔の平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る蒸着用マスクの貫通孔部の拡大断面図である。
【図９】本発明に係る蒸着用マスクの表裏を区別する実施形態の平面図である。
【図１０】本発明に係る蒸着用マスクの表裏を区別する他の実施形態の平面図である。
【図１１】本発明に係る蒸着用マスクの蒸着装置の固定台への取付け構造の実施形態を示す断面図である。
【図１２】従来の蒸着装置の構成を示す概略平面図である。
【図１３】従来の蒸着用マスクの貫通孔部の金属粒子の通過状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 蒸着容器
２ 蒸発金属発生源
４ 半導体ウエハ
４ａ 蒸着面
１１ 蒸着用ガラスマスク
１１ａ 半導体ウエハ側表面
１１ｂ 蒸着用原子導入側表面
１１ｃ 表裏識別用円形孔
１１ｄ 表裏識別用角形孔
１１ｅ 表裏識別用切欠き
１１ｆ 表裏識別用切欠き
１１ｇ 貫通孔のない領域
１１ｈ 貫通孔形成領域
１２ 固定台
１３ バネ
１４ バネ受け
１５ 貫通孔
１５ａ 被蒸着面側開口面
１５ｂ 蒸着面側開口面
１５ｃ 周縁角部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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