JP7031226B2

JP7031226B2 - Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP7031226B2
Application number: JP2017207530A
Authority: JP
Inventors: 大祐吉原; 保宏淺岡; 貴志美馬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: JP2019078951A

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to methods of manufacturing semiconductor devices.

特許文献１には、半導体装置の製造方法が開示されている。この製造方法は、凸部を有する半導体基板を用意する工程と、凸部に対応する位置に凹部を有するフォトマスクを用意する工程と、半導体基板の凸部にフォトマスクの凹部が対向するように、半導体基板に対してフォトマスクを配置する工程と、フォトマスクを介して半導体基板の表面に向けて光を照射し、半導体基板の表面を選択的に露光する工程とを備えている。 Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a semiconductor device. In this manufacturing method, a step of preparing a semiconductor substrate having a convex portion, a step of preparing a photomask having a concave portion at a position corresponding to the convex portion, and a step of preparing the concave portion of the photomask so as to face the convex portion of the semiconductor substrate. It also includes a step of arranging a photomask on the semiconductor substrate and a step of irradiating the surface of the semiconductor substrate with light through the photomask to selectively expose the surface of the semiconductor substrate.

特開２０１５－７６４６２号公報JP-A-2015-76462

このような製造方法によれば、半導体基板の凸部がフォトマスクの凹部内に収容されるため、半導体基板の凸部によって阻害されることなく、半導体基板とフォトマスクとを近接して配置することができる。これにより、フォトマスクに形成された所望の遮光パターンを、半導体基板の表面に精度よく転写することが可能となる。しかしながら、フォトマスクに設けられた凹部の内面には、フォトマスクの厚み方向へ変位する傾斜面（実質的に垂直な面も含む）が必ず形成される。このような傾斜面では、フォトマスクを通過する光が屈折又は全反射されることから、その傾斜面と対向する半導体基板の領域が、意図せず露光されないことがある。上記課題を鑑みて、本明細書では、半導体基板の表面に照射される光が、フォトマスクの凹部によって意図せず遮光されることを防止する技術を提供する。 According to such a manufacturing method, since the convex portion of the semiconductor substrate is housed in the concave portion of the photomask, the semiconductor substrate and the photomask are arranged close to each other without being hindered by the convex portion of the semiconductor substrate. be able to. This makes it possible to accurately transfer the desired light-shielding pattern formed on the photomask to the surface of the semiconductor substrate. However, an inclined surface (including a substantially vertical surface) that is displaced in the thickness direction of the photomask is always formed on the inner surface of the recess provided in the photomask. Since the light passing through the photomask is refracted or totally reflected on such an inclined surface, the region of the semiconductor substrate facing the inclined surface may not be unintentionally exposed. In view of the above problems, the present specification provides a technique for preventing the light shining on the surface of the semiconductor substrate from being unintentionally shielded by the concave portion of the photomask.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、凸部を有する半導体基板を用意する工程と、凸部に対応する位置に凹部を有するフォトマスクを用意する工程と、半導体基板の凸部にフォトマスクの凹部が対向するように、半導体基板に対してフォトマスクを配置する工程と、フォトマスクを介して半導体基板の表面に向けて光を照射し、半導体基板の表面を選択的に露光する工程とを備える。この製造方法におけるフォトマスクの凹部の内面の少なくとも一部は、粗面化されている。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification includes a step of preparing a semiconductor substrate having a convex portion, a step of preparing a photomask having a concave portion at a position corresponding to the convex portion, and a photo of the convex portion of the semiconductor substrate. A step of arranging a photomask on a semiconductor substrate so that the concave portions of the mask face each other, and a step of irradiating light toward the surface of the semiconductor substrate through the photomask to selectively expose the surface of the semiconductor substrate. And prepare. At least a part of the inner surface of the concave portion of the photomask in this manufacturing method is roughened.

上記した製造方法では、フォトマスクの凹部の内面の少なくとも一部は、粗面化されている。このような凹部を有するフォトマスクを用いた場合、半導体基板に向けて光を照射すると、光がフォトマスクを通過する際に、凹部の内面に形成された微細な凹凸によって、光がランダムに屈折する。その結果、凹部の傾斜面に対向する半導体基板の領域にも光は到達する。これにより、フォトマスクに形成された凹部によって、光が意図せず遮光されることが防止され、フォトマスクに形成された所望の遮光パターンを、精度よく半導体基板に転写することが可能となる。なお、凹部内の粗面化された範囲には、傾斜面が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。 In the above-mentioned manufacturing method, at least a part of the inner surface of the concave portion of the photomask is roughened. When a photomask having such recesses is used, when light is irradiated toward the semiconductor substrate, when the light passes through the photomask, the light is randomly refracted by the fine irregularities formed on the inner surface of the recesses. do. As a result, the light reaches the region of the semiconductor substrate facing the inclined surface of the recess. As a result, the concave portion formed in the photomask prevents light from being unintentionally shielded from light, and the desired light-shielding pattern formed in the photomask can be accurately transferred to the semiconductor substrate. The roughened area in the recess may or may not include an inclined surface.

実施例のリソグラフィ装置１０の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the lithography apparatus 10 of an Example. 下側から見たときの、フォトマスク１６の平面図を示す。ここでは、遮光パターン１８の図示は省略する。The plan view of the photomask 16 when viewed from the lower side is shown. Here, the illustration of the shading pattern 18 is omitted. 図１のＩＩＩ部の拡大図である。It is an enlarged view of the part III of FIG. フォトマスク１６の製造方法の一実施例の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of one Example of the manufacturing method of the photomask 16.

図面を参照して、本技術を半導体装置の製造方法に適用した一実施例について説明する。本実施例の製造方法では、本技術に係る一又は複数のフォトリソグラフィ工程が実施される。フォトリソグラフィ工程は、半導体基板１２の表面１２ａに写真技術を利用してパターンを転写する工程である。半導体基板１２の表面１２ａに形成されたパターンは、半導体基板１２に対するエッチングやイオン注入といった処理において、マスクとして利用される。以下では、本実施例におけるフォトリソグラフィ工程について、詳細に説明する。 An embodiment in which the present technology is applied to a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to the drawings. In the manufacturing method of this embodiment, one or more photolithography steps according to the present technology are carried out. The photolithography step is a step of transferring a pattern onto the surface 12a of the semiconductor substrate 12 by using photographic technology. The pattern formed on the surface 12a of the semiconductor substrate 12 is used as a mask in processing such as etching and ion implantation on the semiconductor substrate 12. Hereinafter, the photolithography process in this embodiment will be described in detail.

図１は、フォトリソグラフィ工程で使用されるリソグラフィ装置１０を示す。図１に示すように、リソグラフィ装置１０は、フォトマスク１６と光源２０とを備える。このリソグラフィ装置１０は、凸部１２ｂを有する半導体基板１２に対して使用される。特に限定されないが、ここで例示する半導体基板１２は、概して円板形状であり、円形状の表面１２ａを有している。半導体基板１２の表面１２ａには、半導体基板１２の外周縁に沿って凸部１２ｂが設けられている。凸部１２ｂは、半導体基板１２の厚み方向に突出しており、半導体基板１２の外周縁に沿って環状に延びている。このような凸部１２ｂは、一般に、薄板化された半導体基板１２の強度を確保するために設けられる。 FIG. 1 shows a lithography apparatus 10 used in a photolithography process. As shown in FIG. 1, the lithography apparatus 10 includes a photomask 16 and a light source 20. The lithography device 10 is used for the semiconductor substrate 12 having the convex portion 12b. Although not particularly limited, the semiconductor substrate 12 exemplified here is generally disk-shaped and has a circular surface 12a. The surface 12a of the semiconductor substrate 12 is provided with a convex portion 12b along the outer peripheral edge of the semiconductor substrate 12. The convex portion 12b protrudes in the thickness direction of the semiconductor substrate 12 and extends in an annular shape along the outer peripheral edge of the semiconductor substrate 12. Such a convex portion 12b is generally provided to secure the strength of the thinned semiconductor substrate 12.

半導体基板１２を構成する材料は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。但し、半導体基板１２を構成する材料は、特別に限定されず、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）といった窒化物半導体であってもよい。半導体基板１２の表面１２ａ上には、レジスト膜１４が均一に形成されている。レジスト膜１４は、例えば、感光性を有する樹脂等の有機材料で構成されることができる。一例ではあるが、レジスト膜１４は、スピンコート等によって半導体基板１２上に均一な膜厚で形成されることができる。 The material constituting the semiconductor substrate 12 is, for example, silicon (Si). However, the material constituting the semiconductor substrate 12 is not particularly limited, and may be a nitride semiconductor such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN). A resist film 14 is uniformly formed on the surface 12a of the semiconductor substrate 12. The resist film 14 can be made of, for example, an organic material such as a photosensitive resin. As an example, the resist film 14 can be formed on the semiconductor substrate 12 with a uniform film thickness by spin coating or the like.

フォトマスク１６は、例えばガラス基板のような透明材料で構成されることができ、レチクルとも称される。フォトマスク１６は、概して板形状又はシート形状であり、上面１６ａと、その上面１６ａと反対側に位置する下面１６ｂを有する。フォトマスク１６は、半導体基板１２の表面１２ａに、フォトマスク１６の下面１６ｂが対向するように、半導体基板１２に対して対向配置される。フォトマスク１６の下面１６ｂには、遮光パターン１８が形成されている。遮光パターン１８は、例えば、クロムといった金属材料で構成されている。遮光パターン１８は、一例ではあるが、電子線リソグラフィ等によって所望のパターン形状に形成される。 The photomask 16 can be made of a transparent material such as a glass substrate and is also referred to as a reticle. The photomask 16 is generally plate-shaped or sheet-shaped, and has an upper surface 16a and a lower surface 16b located on the opposite side of the upper surface 16a. The photomask 16 is arranged to face the semiconductor substrate 12 so that the lower surface 16b of the photomask 16 faces the surface 12a of the semiconductor substrate 12. A light-shielding pattern 18 is formed on the lower surface 16b of the photomask 16. The shading pattern 18 is made of a metal material such as chromium. Although the light-shielding pattern 18 is an example, it is formed into a desired pattern shape by electron beam lithography or the like.

光源２０は、半導体基板１２に向けて光を照射する。光源２０は、フォトマスク１６の上面１６ａ側に配置されており、光源２０が発した光は、フォトマスク１６を介して半導体基板１２の表面１２ａに照射される。前述したように、フォトマスク１６には遮光パターン１８が形成されているので、光源２０が発した光の一部はフォトマスク１６の遮光パターン１８によって遮光される。フォトマスク１６の遮光パターン１８部分以外を通過する光は、半導体基板１２の表面１２ａを照射し、レジスト膜１４を感光させる。光源２０には、特に限定されないが、例えば紫外光を発するものなどが用いられる。 The light source 20 irradiates light toward the semiconductor substrate 12. The light source 20 is arranged on the upper surface 16a side of the photomask 16, and the light emitted by the light source 20 irradiates the surface 12a of the semiconductor substrate 12 via the photomask 16. As described above, since the light-shielding pattern 18 is formed on the photomask 16, a part of the light emitted by the light source 20 is shielded by the light-shielding pattern 18 of the photomask 16. Light passing through a portion other than the light-shielding pattern 18 portion of the photomask 16 irradiates the surface 12a of the semiconductor substrate 12 to expose the resist film 14. The light source 20 is not particularly limited, but for example, a light source that emits ultraviolet light is used.

図１、図２に示すように、フォトマスク１６の下面１６ｂには、凹部１６ｃが形成されている。凹部１６ｃは、半導体基板１２の凸部１２ｂに対応する位置に形成されている。本実施例では、半導体基板１２の凸部１２ｂが環状に形成されているので、フォトマスク１６の凹部１６ｃも環状に形成されている（図２参照）。凹部１６ｃの内面は、粗面化されており、微細な凹凸を有している。この粗面化は、例えば、ブラスト処理などによって行うことができる。但し、粗面化を行う具体的な手法については特に限定されない。本実施例では、凹部１６ｃの内面の全体が粗面化されているが、他の実施形態として、凹部１６ｃの内面の一部のみが粗面化されていてもよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, a recess 16c is formed on the lower surface 16b of the photomask 16. The concave portion 16c is formed at a position corresponding to the convex portion 12b of the semiconductor substrate 12. In this embodiment, since the convex portion 12b of the semiconductor substrate 12 is formed in an annular shape, the concave portion 16c of the photomask 16 is also formed in an annular shape (see FIG. 2). The inner surface of the recess 16c is roughened and has fine irregularities. This roughening can be performed by, for example, a blasting process. However, the specific method for roughening the surface is not particularly limited. In this embodiment, the entire inner surface of the recess 16c is roughened, but as another embodiment, only a part of the inner surface of the recess 16c may be roughened.

続いて、リソグラフィ装置１０を用いたフォトリソグラフィ工程について説明する。先ず、半導体基板１２とフォトマスク１６とをそれぞれ用意し、半導体基板１２に対してフォトマスク１６を対向配置する。このとき、半導体基板１２の凸部１２ｂに、フォトマスク１６の凹部１６ｃを対向させ、半導体基板１２の凸部１２ｂの少なくとも一部を、フォトマスク１６の凹部１６ｃ内に収容する。これにより、凸部１２ｂを有する半導体基板１２に対して、フォトマスク１６を近接して配置することができる。 Subsequently, a photolithography process using the lithography apparatus 10 will be described. First, the semiconductor substrate 12 and the photomask 16 are prepared respectively, and the photomask 16 is arranged to face the semiconductor substrate 12. At this time, the concave portion 16c of the photomask 16 is opposed to the convex portion 12b of the semiconductor substrate 12, and at least a part of the convex portion 12b of the semiconductor substrate 12 is housed in the concave portion 16c of the photomask 16. As a result, the photomask 16 can be arranged in close proximity to the semiconductor substrate 12 having the convex portion 12b.

次に、フォトマスク１６を介して半導体基板１２の表面１２ａに向けて光を照射し、半導体基板１２の表面１２ａを選択的に露光する。これにより、フォトマスク１６に形成された所望の遮光パターン１８が、半導体基板１２の表面１２ａ（正確には、表面１２ａ上のレジスト膜１４）に転写される。前述したように、フォトマスク１６に形成された凹部１６ｃにより、半導体基板１２に対してフォトマスク１６が近接して配置されている。これにより、半導体基板１２の表面１２ａには、フォトマスク１６に形成された遮光パターン１８が精度よく転写される。 Next, light is irradiated toward the surface 12a of the semiconductor substrate 12 via the photomask 16 to selectively expose the surface 12a of the semiconductor substrate 12. As a result, the desired light-shielding pattern 18 formed on the photomask 16 is transferred to the surface 12a of the semiconductor substrate 12 (more accurately, the resist film 14 on the surface 12a). As described above, the photomask 16 is arranged in close proximity to the semiconductor substrate 12 by the recess 16c formed in the photomask 16. As a result, the light-shielding pattern 18 formed on the photomask 16 is accurately transferred to the surface 12a of the semiconductor substrate 12.

その一方で、フォトマスク１６に形成された凹部１６ｃの内面には、フォトマスク１６の厚み方向へ変位する傾斜面が存在する。仮に凹部１６ｃの内面が粗面化されていない場合、このような傾斜面では、フォトマスク１６を通過する光が、屈折又は全反射され得る。その結果、その傾斜面と対向する半導体基板１２の表面１２ａの領域が、意図せず露光されないことがある。 On the other hand, on the inner surface of the recess 16c formed in the photomask 16, there is an inclined surface that is displaced in the thickness direction of the photomask 16. If the inner surface of the recess 16c is not roughened, the light passing through the photomask 16 can be refracted or totally reflected on such an inclined surface. As a result, the region of the surface 12a of the semiconductor substrate 12 facing the inclined surface may not be unintentionally exposed.

この問題に対して、本実施例におけるフォトマスク１６では、凹部１６ｃの内面が粗面化されている。凹部１６ｃの内面が粗面化されていると、図３に示すように、光がフォトマスク１６を通過する際に、凹部１６ｃの内面に形成された微細な凹凸によって、光はランダムに屈折する。その結果、凹部１６ｃの傾斜面に対向する半導体基板１２の領域にも、凹部１６ｃの内面の様々な部分から光は到達する。これにより、フォトマスク１６に形成された凹部１６ｃによって、光が意図せず遮光されることが防止され、フォトマスク１６に形成された所望の遮光パターン１８を、精度よく半導体基板１２に転写することが可能となる。なお、凹部１６ｃ内の粗面化された範囲には、傾斜面が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。 In response to this problem, in the photomask 16 in this embodiment, the inner surface of the recess 16c is roughened. When the inner surface of the recess 16c is roughened, as shown in FIG. 3, when the light passes through the photomask 16, the light is randomly refracted by the fine irregularities formed on the inner surface of the recess 16c. .. As a result, light also reaches the region of the semiconductor substrate 12 facing the inclined surface of the recess 16c from various portions of the inner surface of the recess 16c. As a result, the concave portion 16c formed in the photomask 16 prevents light from being unintentionally shielded from light, and the desired light-shielding pattern 18 formed in the photomask 16 can be accurately transferred to the semiconductor substrate 12. Is possible. The roughened area in the recess 16c may or may not include an inclined surface.

遮光パターン１８が転写された半導体基板１２は、その後、現像されて不要部分が除去され、洗浄される。本実施例の場合、一例ではあるが、半導体基板１２に光を露光し、レジスト膜１４が感光した部分が不要部分に該当する。本実施例では、このようなポジ型のフォトリソグラフィを採用しているが、特別に限定されず、ネガ型を採用してもよい。上記したフォトリソグラフィ工程は半導体装置の製造工程の一工程であり、この工程を除いて、本実施例における半導体装置は従来と同様の製造工程で製造することができる。 The semiconductor substrate 12 to which the light-shielding pattern 18 is transferred is then developed to remove unnecessary portions and is washed. In the case of this embodiment, although it is an example, the portion exposed to light by exposing the semiconductor substrate 12 to the resist film 14 corresponds to an unnecessary portion. In this embodiment, such positive photolithography is adopted, but the negative type may be adopted without particular limitation. The above-mentioned photolithography step is one step of the manufacturing process of the semiconductor device, and except for this step, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured by the same manufacturing process as the conventional one.

続いて、図４を参照して、フォトマスク１６の製造方法の一例について説明する。第１工程Ｓ２では、凹部１６ｃを有するフォトマスク１６’を用意する。次に、第２工程Ｓ４では、遮光パターン１８をフォトマスク１６’内に形成する。そして、第３工程Ｓ６では、フォトマスク１６’の凹部１６ｃの内面にブラスト処理を行う。このブラスト処理では、本実施例のようにフォトマスク１６を構成する材料としてガラス基板を用いる場合、一例ではあるが、ＳｉＣなどの比較的に硬度の高い粒子や微粉末を投射することによって、凹部１６ｃの内面に微細な凹凸を形成できる。このとき、フォトマスク１６’の凹部１６ｃ以外の領域はマスキングし、遮光パターン１８を保護する。一例ではあるが、マスキングは感光性を有する樹脂等の有機材料を用いて行うことができる。また、凹部１６ｃのブラスト処理を行う面積は特別に限定されず、遮光パターン１８の解像度に応じて設定される露光量、レジスト膜１４の厚み寸法、及び露光距離などによって、任意に調整することができる。レジスト処理を行う凹部１６ｃの表面粗度の程度においても、任意に調整することができる。最後に第４工程Ｓ８で、洗浄を行い、フォトマスク１６は完成する。 Subsequently, an example of a method for manufacturing the photomask 16 will be described with reference to FIG. In the first step S2, a photomask 16'having a recess 16c is prepared. Next, in the second step S4, the light-shielding pattern 18 is formed in the photomask 16'. Then, in the third step S6, the inner surface of the concave portion 16c of the photomask 16'is blasted. In this blast treatment, when a glass substrate is used as a material constituting the photomask 16 as in this embodiment, although it is an example, by projecting relatively hard particles such as SiC or fine powder, a recess is formed. Fine irregularities can be formed on the inner surface of 16c. At this time, the area other than the recess 16c of the photomask 16'is masked to protect the light-shielding pattern 18. As an example, masking can be performed using an organic material such as a photosensitive resin. Further, the area where the recess 16c is blasted is not particularly limited, and can be arbitrarily adjusted depending on the exposure amount set according to the resolution of the light-shielding pattern 18, the thickness dimension of the resist film 14, the exposure distance, and the like. can. The degree of surface roughness of the recess 16c to be resisted can also be arbitrarily adjusted. Finally, in the fourth step S8, cleaning is performed to complete the photomask 16.

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。 Although some specific examples have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations.

１０：リソグラフィ装置
１２：半導体基板
１２ａ：半導体基板の表面
１２ｂ：半導体基板の凸部
１４：レジスト膜
１６：フォトマスク
１６ｃ：フォトマスクの凹部
１８：遮光パターン
２０：光源 10: Lithography device 12: Semiconductor substrate 12a: Surface of semiconductor substrate 12b: Convex portion of semiconductor substrate 14: Resist film 16: Photomask 16c: Concave portion of photomask 18: Light-shielding pattern 20: Light source

Claims

凸部を有する半導体基板を用意する工程と、
前記凸部に対応する位置に凹部を有するフォトマスクを用意する工程と、
前記半導体基板の前記凸部に前記フォトマスクの前記凹部が対向するように、前記半導体基板に対して前記フォトマスクを配置する工程と、
前記フォトマスクを介して前記半導体基板の表面に向けて光を照射し、前記半導体基板の前記表面を選択的に露光する工程と、
を備え、
前記フォトマスクの前記凹部の内面には、前記フォトマスクの厚み方向へ変位する傾斜面が存在するとともに、前記内面の少なくとも一部は粗面化されており、
前記配置する工程では、前記フォトマスクの前記傾斜面が、前記半導体基板の前記表面のうち、前記露光する工程で露光される範囲と対向するように、前記フォトマスクが配置される、
半導体装置の製造方法。 The process of preparing a semiconductor substrate with protrusions and
A step of preparing a photomask having a concave portion at a position corresponding to the convex portion, and
A step of arranging the photomask with respect to the semiconductor substrate so that the concave portion of the photomask faces the convex portion of the semiconductor substrate.
A step of irradiating the surface of the semiconductor substrate with light through the photomask to selectively expose the surface of the semiconductor substrate.
Equipped with
On the inner surface of the concave portion of the photomask, there is an inclined surface that is displaced in the thickness direction of the photomask, and at least a part of the inner surface is roughened .
In the step of arranging the photomask, the photomask is arranged so that the inclined surface of the photomask faces the range of the surface of the semiconductor substrate exposed in the step of exposure.
Manufacturing method of semiconductor devices.