支持体付きメタルマスク装置及びそれを用いた装置の製造方法
【課題】１枚の基板に１枚のメタルマスクを用いる場合のメタルマスクの膨張量を基板の膨張量に近づけて蒸着パターンの位置ズレを防止する。
【解決手段】支持体付きメタルマスク装置１００は、半導体基板１０２の複数のスクライブライン１０６を物理的に１枚のプレートで覆い、半導体基板と異なる線膨張係数を有し、複数のチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターン１１２を複数の貫通孔として有し、複数の貫通孔を通じて半導体基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスク１１０と、メタルマスクの線膨張係数と半導体基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は半導体基板と同一の線膨張係数を有し、複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部１１６を有する支持体１１４と、一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、メタルマスクと支持体とを接続する接合体とを備える。
【解決手段】支持体付きメタルマスク装置１００は、半導体基板１０２の複数のスクライブライン１０６を物理的に１枚のプレートで覆い、半導体基板と異なる線膨張係数を有し、複数のチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターン１１２を複数の貫通孔として有し、複数の貫通孔を通じて半導体基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスク１１０と、メタルマスクの線膨張係数と半導体基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は半導体基板と同一の線膨張係数を有し、複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部１１６を有する支持体１１４と、一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、メタルマスクと支持体とを接続する接合体とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に金属を蒸着させる際に用いられる支持体付きメタルマスク装置およびその支持体付きメタルマスク装置を用いた装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路などの半導体装置は、半導体基板（例えば、シリコンウェハ）上に金属性の導体からなる配線層を成膜して製造される。有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイは、ガラス基板上に有機材料からなる有機層（発光層）を成膜して製造される。液晶ディスプレイは、ガス化した酸化インジウムスズ（Indium-Tin-Oxide; ＩＴＯ）を、ガラス基板上に析出させて薄膜を形成する。
【０００３】
これらの製品に共通する製法は、基板上に配線層を形成すべく金属を蒸着させる方法である。特に有機ＥＬディスプレイの製造工程では、有機層を形成する有機材料の耐水性が低いため、ウェットプロセスを利用できず、真空蒸着法が用いられる。金属は所定のパターン（配線パターン）で基板に蒸着させる必要があることから、その所定のパターンに対応した形状の貫通孔を有するメタルマスクを通して基板に金属を蒸着させる（例えば特許文献１〜特許文献３）。
【０００４】
特許文献１〜特許文献３によれば、大型化した１枚のガラス基板に対し、複数のメタルマスクを用いて１度に蒸着を行い、大型のガラス基板から複数の小型表示パネル用ガラス製品（１つの最終製品）をチップとして切り出す（取り出す）ことにより、製造効率を高めている。１つの支持枠体に複数のメタルマスクがそれぞれ固定され、位置ズレや熱膨張を防止して正確な金属の配線パターンが形成されるようにしている。尚、この明細書においては、最終製品である１つの機能体をチップと呼び、複数のチップが製造工程において１つの基体に集約されているものを基板と呼ぶ。即ち、１つの基板に対する１つの支持体に複数のメタルマスクをそれぞれ固定することを「多面取り」と呼ぶ。多面取りの例として、特許文献１は、１つのメタルマスクが複数のチップに対応し、特許文献２及び特許文献３は、１つのメタルマスクが１つのチップに対応している。これら特許文献１乃至３における共通の技術思想は、１つの支持枠体が複数のウィンドウを有し、それら各々のウィンドウにそれぞれ対応して複数のメタルマスクが固定されていることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３７２０３号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７０７３号公報
【特許文献３】特開２００９−４１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、１枚の基板の口径に対して少なくともその口径をカバーする１枚のメタルマスクを用いることが、１枚のメタルマスクを製造する工程数を削減する観点から好ましい。複数のメタルマスクを１つの支持体にそれぞれ固定する「多面取り」のメタルマスクの製造工程では、複数のメタルマスクを１つの支持枠体に位置合わせする際、各メタルマスクをすべて精度よく１つの支持体に位置合わせする必要がある。これに比較すると、１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合には、位置合わせは１回で済み、作業の煩雑さが軽減されるからである。尚、「１枚の基板に対する１枚のメタルマスク」に、１枚の基板が有するすべてのチップのそれぞれの配線パターンが形成されていることは、言うまでもない。
【０００７】
１枚のメタルマスクを用いる場合にも、基板への金属の蒸着時に真空チャンバ内で発生する熱によってメタルマスクには線膨張が生じる。線膨張が生じればメタルマスク自体が変形してしまうため、基板上に正確なパターンで蒸着金属を蒸着させることができない。とりわけ、１枚の基板のサイズが大口径化すれば、その大口径に対応した大口径の１枚のメタルマスクの線膨張による基板とのズレ量の絶対値が増大する。この点で、１枚のメタルマスクの線膨張の課題は、特許文献１乃至３が開示する１つのメタルマスクの線膨張の課題よりも更に厳しい。尚、この明細書においては、１枚の基板の口径に対して少なくともその口径をカバーするメタルマスクを、１枚のメタルマスクと呼ぶ。複数のウィンドウを有する１つの支持枠体において、各ウィンドウにそれぞれ対応して互いに独立した複数のメタルマスクの１つ１つを、１つのメタルマスクと呼ぶ。
【０００８】
特許文献１〜特許文献３では、既に述べたように、複数のメタルマスクを１つの支持枠体にそれぞれ固定して、基板に対する位置ズレや熱膨張を防止している。しかしこれらはいずれも、１枚の基板に対して複数のメタルマスクを基板に対して精度よく配列する、または１つのメタルマスクの欠陥に対して１枚のメタルマスクを再作成することなく、欠陥を有するメタルマスクのみを１つの支持枠体に対してリペアできるようにするためのものである。よって、１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合の熱膨張の課題を解決することはできない。
【０００９】
特に、生産性を高めるため、１枚の基板からなるべく多くのチップを得ようとすれば、１枚の基板のサイズ（口径）は大型化する。１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合、基板が大型化すれば、メタルマスクも大型化する。これはメタルマスクの膨張量を更に増大させ、１枚の基板にそれぞれ点在する複数のチップにおいて、それぞれ正確なパターンで金属を蒸着することをさらに困難にしてしまう。
【００１０】
しかも、メタルマスクの線膨張率＞基板の線膨張率のように、メタルマスクと基板の線膨張率に差がある場合が少なくない。これは、蒸着金属を緻密なパターンで成膜するためにメタルマスクの加工容易性を優先し、メタルマスクの材料として必ずしも基板に準ずる線膨張率の金属を選択できない場合があるからである。
【００１１】
蒸着時、真空チャンバ内は例えば２３０℃程度まで温度が上昇するため、上記のように線膨張率に差があると、例えば基板の膨張量に比較してメタルマスクの膨張量が大幅に増大し、１枚の基板にそれぞれ点在する複数のチップのすべてのチップにおいて設計どおりの蒸着パターンを成膜できなくなってしまう。従来は、予め線膨張率の差を見込んで縮小したメタルマスクを作成し、かかるメタルマスクを基板に対して適切に位置決めしていた。しかし１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合には、上述のように、基板の口径が大きくなるほどメタルマスクとの膨張量の絶対値との差も増大し、両者の位置ズレを１枚の基板にそれぞれ点在する複数のすべてのチップにおいて十分に抑制できるものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の代表的な構成は、基板が含む複数のすべてのチップ及び複数のすべてのチップのそれぞれの間を示す複数のスクライブラインを物理的に１枚のプレートで覆い、基板と異なる線膨張係数を有し、複数のすべてのチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターンを複数の貫通孔として有し、複数の貫通孔を通じて基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスクと、メタルマスクの線膨張係数と基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は基板と同一の線膨張係数を有し、複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部を有する支持体と、一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、メタルマスクと支持体とを接続する接合体と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、基板と線膨張率が等しく、あるいは、メタルマスクと基板との間の熱膨張率を有する支持体にメタルマスクが接合される。これにより、メタルマスクの膨張量は基板のそれと同等になるか、あるいは近付くため、熱膨張による両者の位置ズレが軽減される。これにより蒸着金属がより正確な蒸着パターンで蒸着されることとなる。
【００１４】
なおメタルマスクは、基板のうち複数のチップに分割される部分を被覆可能な１枚（一体）のメタルマスクであり、多面取り用の複数のメタルマスクでないことは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板と異なる線膨張係数を有する１枚のメタルマスクを用いて蒸着を行う場合に、メタルマスクの膨張量を基板のそれに近づけ、蒸着パターンの位置ズレを防止可能な支持体付きメタルマスク装置および装置製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第１の実施形態を示す概略鳥瞰図である。
【図２】図１の分解図である。
【図３】図２のスクライブラインに沿って半導体基板を割るときの原理図である。
【図４】図１の支持体付きメタルマスク装置を各方向から見た図である。
【図５】図２のメタルマスクを各方向から見た図である。
【図６】図５（ｂ）の変形例を示す図である。
【図７】図５（ｂ）の変形例を示す図である。
【図８】本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第２の実施形態を示す分解図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第３の実施形態を示す分解図である。
【図１１】図１０の支持体付きメタルマスク装置を各方向から見た図である。
【図１２】図１０の各種変形例を例示する模式図である。
【図１３】図１０の他の変形例を例示する模式図である。
【図１４】図１０のさらに他の変形例を例示する模式図である。
【図１５】本発明による支持体付きメタルマスク装置の製造方法及びその支持体付きメタルマスク装置を使用した半導体装置の製造方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図１６】図１５のマスク工程を示す図である。
【図１７】図１６の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の課題を解決する技術思想（コンセプト）の代表的な一例は、以下に示される。但し、本願の請求内容はこの技術思想に限られず、本願の請求項に記載の内容であることは言うまでもない。
【００１８】
本発明では、イオンプレーティングによってメタルマスクを介して基板へ金属を蒸着させる。しかしメタルマスクと基板との熱膨張率の相違により、両者の間には位置ズレが生じ、基板上に正確なパターンで蒸着金属を蒸着させることができない。そこでメタルマスクを基板と同一の素材（インバー材）からなる支持体で支持することにより、メタルマスクと基板との位置ズレを防止する。ただし支持体は、必ずしも基板と同一の素材で製造しなくてよく、少なくとも、メタルマスクと基板との間の熱膨張率を有していれば、両者の位置ズレを抑止できる。
【００１９】
また本発明では、１枚の基板の口径に対してその口径をカバーする１枚のメタルマスクを用い、これを支持体で支持している。本発明は、複数のメタルマスクを１つの支持体にそれぞれ固定する「多面取り」とは、明確に区分される。
【００２０】
本文において「チップ」とは、上記の１枚の基板を分割して得られる個々の回路装置を広く指し、半導体チップに限定解釈されるものではない。基板が半導体基板である場合は「チップ」は半導体チップ（シリコンチップ）を意味する。一方、基板が、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイの製造に使用するガラス基板やプラスチック基板である場合には、「チップ」は、それら基板を分割して得られるガラスチップやプラスチックチップを指す。
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
以下の実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２３】
（支持体付きメタルマスク装置：第１の実施形態）
図１は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第１の実施形態を示す概略鳥瞰図である。支持体付きメタルマスク装置１００は、半導体基板１０２に所定のパターンの金属を蒸着する装置である。支持体付きメタルマスク装置１００は、メタルマスク１１０、支持体１１４、マスクリング１１８および基板ホルダ１２２を含む。メタルマスク１１０は、貫通孔からなる複数の所定のパターンを有し、半導体基板１０２を覆う物理的に１枚のプレートである。支持体１１４は、メタルマスク１１０に付加される複数のラティス状（格子状）の格子部１１６を有する物理的に１枚のプレートである。マスクリング１１８と基板ホルダ１２２は、メタルマスク１１０及び支持体１１４並びに半導体基板１０２を挟んで固定する。支持体付きメタルマスク装置１００は真空蒸着装置の真空チャンバ内に配備されるが、真空蒸着装置の図示は省略している。支持体付きメタルマスク（メタルマスク１１０、支持体１１４、マスクリング１１８で構成）は真空蒸着法で用いられ、金属が加熱されて蒸発する蒸発源１０１と半導体基板１０２との間に設置される。これによって蒸発源１０１から到来する金属１０４は、所定のパターンで半導体基板１０２に蒸着する。
【００２４】
図２は図１の分解図である。半導体基板（例えばシリコンウェハ）１０２は、Ｘ方向（第１の方向）及びＹ方向（第２の方向）に延在する格子状の複数の境界線（スクライブライン１０６）で包囲されている多角形の複数のチップを有する、物理的に１枚の基板である。より厳密に言えば、半導体基板１０２は、最終的にスクライブライン１０６に沿って複数のチップに分割されることが予定されているものである。また、半導体基板１０２は、最終製品として有効な複数のチップが獲得される製品有効領域１０８を中央に有する。半導体基板１０２から製品有効領域１０８を除く製品無効領域に含まれる複数のチップは製品として採用されない部分である。これは信頼性の視点からの品質管理、その他の視点から定義される。しかし、１枚のメタルマスク１１０が含む複数の所定の蒸着パターン１１２は、製品有効領域１０８における複数のチップに対応する複数の所定パターン、及び製品無効領域における複数のチップに対応する複数の所定パターンの両者を含む。よって、両者のチップのそれぞれに対して金属の蒸着が行われる。チップの形状は本実施形態では正方形である。ただし多角形であればよく、四角形に限られないことは言うまでもない。例えば、正方形のほか、長方形、それ以上の複数の頂点を有する多角形が含まれる。半導体基板も、本実施形態では円形であるが、円形でなくともよく、多角形でもよい。
【００２５】
スクライブライン１０６は本実施形態では図２に示すように、互いに直行する平行で等間隔の複数の直線からなり、各チップが正方形となっている。ただし、いずれかの方向の直線の間隔を変更して各チップが長方形となるようにしてもよい。また、チップの形状が矩形以外のものになるよう、スクライブライン１０６は自由に変更してよい。
【００２６】
図３は図２のスクライブラインに沿って半導体基板１０２を割るときの原理図である。スクライブライン１０６は、そこで半導体基板１０２が分割されることが予定されたラインである。図２の段階ではスクライブライン１０６は仮想的なラインであり、実際に半導体基板１０２にスクライブライン１０６が描かれているわけではない。図３に示すように、半導体基板１０２を複数のチップに分割する際にはレーザステルスダイシングを用いる。すなわちレーザヘッド１０７で半導体基板１０２上にレーザビーム１０９を断続的に照射しながら矢印方向に走査する。これによってスクライブライン１０６に沿って半導体基板１０２がミシン目状に切削される。このスクライブライン１０６に沿って切削された形状を破断のきっかけとして半導体基板１０２が割られ、半導体基板１０２は各チップに分割される。
【００２７】
スクライブライン１０６は厳密に言えばミシン目状に形成される面積を有する領域であるが、その幅は図３に示す通り１００μｍ程度であるから、実質的にはラインと考えてよい。半導体基板１０２を割る方法は、その他にダイサーで切断する方法等、周知の方法が知られている。
【００２８】
（メタルマスク）
図２に示すように、支持体付きメタルマスク装置１００は、メタルマスク１１０を備える。メタルマスク１１０は、半導体基板１０２のうち、製品有効領域１０８及び製品無効領域並びにスクライブライン１０６を被覆する。すなわち本実施形態では、物理的に１枚のプレートである１枚のメタルマスク１１０で半導体基板１０２の全体（複数のチップ）に蒸着を行っていて、物理的に複数枚のメタルマスクで半導体基板１０２を被覆するものではない。
【００２９】
メタルマスク１１０は厚さ５０〜１００μｍ程度の金属板のプレートからなる。例えば、半導体基板１０２よりメタルマスク１１０の材である金属が、線膨張係数が高い。また、金属板のプレートは、５０〜１００μｍであり変形しやすく、「半導体基板１０２の線膨張率＜メタルマスク１１０の線膨張率」の関係がある。メタルマスク１１０は、半導体基板１０２の複数のチップにそれぞれ対応する位置に、貫通孔からなる所定の蒸着パターン１１２（個々の貫通孔は図示省略）を有する。この蒸着パターン１１２を通して、図１に示した蒸着金属１０４は、半導体基板１０２に蒸着する。
【００３０】
メタルマスク１１０の材料については特に限定しないが、金属性であり、ステンレス鋼（熱膨張係数はシリコンの約５倍）などを用いることが好ましい。メタルマスク１１０は、フォトリソグラフィー法によってパターニングされたフォトレジストなどとは異なるリジッドなマスクである。したがって、１枚のメタルマスク１１０をそのままの状態で半導体基板１０２に被せる（覆う）ことが可能であり、そのままの状態で半導体基板１０２から剥離することが可能である。１枚のメタルマスク１１０を、複数の製造工程で使用する(リサイクルする）ことが可能である。これらの点において、フォトレジストなどの有機マスクとは明確に区別される。
【００３１】
（支持体）
図２に示すように、支持体付きメタルマスク装置１００は支持体１１４を備える。支持体１１４はインバー材からなる。インバー材の組成は重量％で、ニッケル３６％、鉄６４％である。インバー材は所定の環境条件において熱膨張率が半導体基板（シリコン製）と実質的に等しく、３．２×１０−６（１／Ｋ）程度（１００℃から２００℃の平均値）の線膨張係数を有する。支持体１１４は、４２アロイ（４２Alloy）で製造してもよい。４２アロイもインバー材と同様にシリコンと同等の線膨張係数を有する素材である。その組成は例えば、重量％でニッケル４２％、鉄５７％である。微量の銅やマンガンが添加されることもある。
【００３２】
支持体１１４は、格子状のスクライブライン１０６に対応する位置でメタルマスク１１０に接合し、メタルマスク１１０を固定する格子（ラティス）状の格子部１１６を中央に有する。
【００３３】
支持体付きメタルマスク装置１００は、マスクリング１１８をさらに備えている。マスクリング１１８は、支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域（外周領域）でメタルマスク１１０と反対側に接する環状の板材である。マスクリング１１８が、外周領域で支持体１１４を固定（接合または脱着可能な構造）するような構造としてもよい。マスクリング１１８は支持体１１４と同一の素材で製造するのが望ましく、本実施形態ではインバー材で製造されている。したがって支持体１１４と実質的に等しい線膨張係数を有し、所定の環境条件において熱膨張率が半導体基板（シリコン製）と実質的に等しい。ただしマスクリング１１８は、メタルマスク１１０の線膨張係数と半導体基板１０２の線膨張係数との間の線膨張係数を有してもよい。それによってメタルマスク１１０の膨張量を基板１０２のそれに近づけ、蒸着パターンの位置ズレを抑止可能だからである。マスクリング１１８は、不図示の手段により、基板ホルダ１２２との間に、半導体基板１０２、メタルマスク１１０及び支持体１１４を挟む構造を有している。
【００３４】
（接合体）
図４は図１の支持体付きメタルマスク（メタルマスク１１０、支持体１１４、マスクリング１１８で構成）を各方向から見た図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）の鳥瞰図である。図４（ｂ）に示すように、本実施形態における支持体付きメタルマスクは、メタルマスク１１０、支持体１１４およびマスクリング１１８の３層構造を有する。好ましくは、これら３層は互いに接合体１２０によって接合されている。すなわち接合体１２０は、メタルマスク１１０を支持体１１４に接合し、さらに支持体１１４をマスクリング１１８に接合している。接合体１２０は、複数のすべてのチップのうち少なくとも製品有効領域１０８に配置される。接合体１２０の材質は、本実施形態ではポリイミド樹脂であり、支持体１１４および半導体基板１０２と膨張率が実質的に同一である。
【００３５】
図５は図２のメタルマスク１１０を支持体１１４の方向から見た図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の領域Ｘの部分拡大図である。図５（ａ）に示すように、メタルマスク１１０には１つ１つのチップの領域に対応して１つ１つの区画を有し、各区画内に所定のパターンである蒸着パターン１１２が貫通孔として形成されている。故に、蒸着パターン１１２が示す領域は、最終製品となる１つのチップに対応する１つの区画を示す。尚、図５においては、そのパターンは簡略化のために図示されていない。それら複数の蒸着パターン１１２が、縦横（Ｘ方向、Ｙ方向）に配列されている。そして図５（ｂ）に示すように、蒸着パターン１１２が形成された部分を避けて格子状に塗布された接合体１２０によって、メタルマスク１１０は支持体１１４の格子部１１６に接合されている。なおメタルマスク１１０は蒸着パターン１１２が配列された中央の外側の円環状の領域１２１においても、支持体１１４に接合されている。
【００３６】
（支持体付きメタルマスク装置の作用効果）
図２に示すように、支持体付きメタルマスク装置１００は、基板ホルダ１２２をさらに備えている。半導体基板１０２は、土台となる基板ホルダ１２２に固定される。基板ホルダ１２２には半導体基板１０２と形状が同一の孔（窪み）１２４が設けられている。図１に示すように、半導体基板１０２はこの孔１２４に部分的に埋設され、その上から、上記の３層構造の支持体付きメタルマスクが被せられ、蒸着源１０１から金属による蒸着が行われる。蒸着時に加熱されたメタルマスク１１０は膨張しようとする。
【００３７】
本実施形態では、基板ホルダ１２２もインバー材からなる。したがって基板ホルダ１２２は支持体１１４と実質的に等しい線膨張係数を有し、所定の環境条件において熱膨張率が半導体基板（シリコン製）と実質的に等しい。ただし、メタルマスク１１０の線膨張係数と基板の線膨張係数との間の線膨張係数を有してもよい。
【００３８】
本実施形態によれば、図５（ｂ）に示したように、メタルマスク１１０は、半導体基板１０２のスクライブライン１０６に対応する、支持体１１４の格子部１１６の領域に塗布された接合体１２０によって、支持体１１４の格子部１１６に接し、接合されている。したがって、メタルマスク１１０の線膨張は、線膨張率の低い支持体１１４の格子部１１６によって妨げられ、メタルマスク１１０には、内部応力１２５が発生するだけとなる。
【００３９】
図２に示す支持体１１４は、半導体基板１０２と線膨張率がほぼ等しく且つ、線膨張率がメタルマスク１０２よりも小さい。言い換えれば、メタルマスク１１０の線膨張率よりも半導体基板１０２の線膨張率に近い。半導体基板１０２の口径とほぼ同一の口径を有する１枚のメタルマスク１１０の熱膨張による寸法の増減は、メタルマスク１１０が格子部１１６においてそれぞれ接合されている線膨張率の低い１枚の支持体１１４によって抑制される。つまり１枚のメタルマスク１１０全体の膨張量は、支持体１１４の膨張量と同等になるよう抑制される。すなわち半導体基板１０２の膨張量と同等になるよう抑制される。このように１枚のメタルマスク１１０全体の線膨張量は１枚の半導体基板１０２全体の線膨張量と等しくなる。メタルマスク１１０の蒸着パターン１１２の位置ズレは、１枚の半導体基板１０２のどの場所においても解消され、複数の区画１１２にそれぞれ蒸着される金属がより正確に半導体基板１０２にそれぞれ蒸着されることとなる。
【００４０】
支持体１１４は、半導体基板１０２と実質的に線膨張率が等しく、メタルマスク１１０より線膨張率が低いという関係にあればよい。したがって、「半導体基板１０２の線膨張率≦支持体１１４の線膨張率＜メタルマスク１１０の線膨張率」なる関係にあってもよいし、「支持体１１４の線膨張率≦半導体基板１０２の線膨張率＜メタルマスク１１０の線膨張率」なる関係にあってもよい。
【００４１】
また上記構成によれば、図２に示したように、支持体１１４の格子部１１６は、半導体基板１０２上の格子状のスクライブライン１０６に対応する位置で、メタルマスク１１０に接合する。スクライブライン１０６は、半導体基板１０２から最終製品であるチップを分割する際に切断される境界線である。つまりメタルマスク１１０には、図５（ｂ）にも示したように、所定の蒸着パターン１１２が形成された部分（区画）を避けて支持体１１４が接合される。したがって支持体１１４は、最終的な製品であるチップ上の蒸着パターンには一切影響を及ぼさない。
【００４２】
また、接合体１２０として、支持体１１４と実質的に同一の膨張率を有するポリイミド樹脂を用いることにより、接合体１２０は、支持体１１４とともにメタルマスク１１０の膨張量を基板の膨張率に近づけている。
【００４３】
（接合体の接合のバリエーション）
図６および図７はそれぞれ、図５（ｂ）の変形例を示す図である。図６では、Ｘ方向の辺がＹ方向の辺よりも短い長方形のチップを製造するため、支持体（図示省略）の格子部の開口（マス目）、および、メタルマスクの蒸着パターン１２６は、長方形になっている。この変形例では、接合体１２８（材質は接合体１２０と同一でよい）は、図６に示すように、格子部のうち、長方形のマス目の長辺（Ｙ方向の辺）に相当する部分にてメタルマスクを支持体に接合する。
【００４４】
基板のチップが長方形の場合、メタルマスクの線膨張が各チップに対して生じる蒸着パターンの位置ズレは、長辺方向（図６のＹ方向）へ、より大きくなる。そこで長辺に相当する部分で支持体をメタルマスクに接合すれば、効果的に位置ズレを防止可能である。また図５（ｂ）で格子部１１６全体が接合体１２０によってメタルマスク１１０に接合されている場合と比較すると、図６の変形例では接合体１２８の材料の使用量およびその接合に関する作業時間、並びに接合の精度の管理場所が少なくて済む。尚、長方形の長辺（Ｙ方向の辺）すべての領域に接合体を配置せず、長辺の少なくとも一部の領域に接合体を配置してもよい。例えば、基板のＸ方向、Ｙ方向のスクライブラインにそれぞれ対応する、支持体の格子部のＸライン、Ｙラインの交点であるクロスエリア（符号なし）を除く、Ｙ方向の辺に接合体を配置して、メタルマスクと接合してもよい。また、メタルマスクの長方形の蒸着パターン１２６の長辺の１点若しくは２点に接合体を設置してもよい。更に、長方形の蒸着パターン１２６の長辺に２点の接合体、及び短辺に１点の接合体を設置してもよい。これら接合面積と接合点との組み合わせでもよい。これらが示唆する技術思想は、長辺と短辺の長さの比において、その比に応じた接合点の数、接合面積の比を設定することを示す。
【００４５】
図６のように蒸着パターン１２６がチップに対応して長方形の場合、これに対応する格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、ＸラインおよびＹラインを構成している。図６では各マス目の長辺で構成されるＹラインに対応する領域にのみ、接合体１２８が配置されている。しかし接合体は、Ｘラインを構成する各マス目の短辺の一部（線分）とＹラインを構成する各マス目の長辺の一部（線分）とに設けてもよい。その場合、長辺と短辺の長さの比に基づいて接合体を設けるという上記の技術思想に従い、長辺に設けられる接合体のほうを長くしてよい。
【００４６】
また接合体はスポット状に各箇所に設けることとしてもよい。その場合も、上記と同様の技術思想に従い、各マス目の短辺に設けられる接合体の数を、各マス目の長辺に設けられる接合体の数より少なくしてよい。
【００４７】
図７では、チップの形状は図５（ｂ）と同一の正方形であり、これに対応して正方形の蒸着パターン１１２が用いられているが、接合体１３０は、支持体１１４の格子部１１６の少なくとも交差点（クロスエリア）に相当する部分にて、メタルマスク１１０を支持体１１４に接合している。
【００４８】
上記の構成によれば、各チップの上下および左右に対称な各地点に対応する接合箇所を設けてメタルマスク１１０を支持体１１４に接合することにより、チップに生じる縦横いずれの方向の蒸着パターンの位置ズレも効果的に防止可能である。またこの場合も、接合体１３０の材料および作業時間、並びに管理場所が少なくて済む。
【００４９】
（マスクリングの効果）
本実施形態では、図１、図２および図４に示したように、メタルマスク１１０を支持する支持体１１４がさらに、その格子部１１６の周囲の平面の外周領域でマスクリング１１８によって支持されている。これによって支持体付きメタルマスク装置１００の支持体付きメタルマスクの膨張量はさらに基板のそれに近付き、より確実に蒸着パターンの位置ズレを防止可能となる。
【００５０】
マスクリング１１８は必ずしも必要ではないが、支持体１１４の厚さが薄い場合、その支持体１１４の膨張量を基板の膨張量に更に近づけることができるため、備えられているのが望ましい。マスクリング１１８は、図４（ｂ）に示すように、支持体１１４より厚さが大きいとよい。更に、そのマスクリング１１８は、基板ホルダ１２２に固定する手段によって、支持体１１６を介して、１枚のメタルマスク１１０全体の熱膨張を勘案した寸法精度を高めることができる。
【００５１】
支持体付きメタルマスク装置１００を含め、本願の実施形態はすべて、円形のメタルマスクを用いている。しかし、半導体基板の形状が円形でなく多角形の場合は、それに合わせて多角形状の支持体付きメタルマスクを用いてもよい。
【００５２】
（支持体付きメタルマスク装置：第２の実施形態）
図８は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第２の実施形態を示す分解図である。図９は、図８のＣ−Ｃ断面図である。本実施形態にかかる支持体付きメタルマスク装置２００（図９）が第１の実施形態と異なる点は、メタルマスク１１０と支持体１１４の半導体基板１０２に対する上下関係が入れ替わっている点である。メタルマスク１１０を支持体１１４とマスクリング１１８とで挟む構造となっている。言い換えれば、マスクリング１１８は、メタルマスク１１０の支持体１１４と反対側に配置し、接合体２２０（材質は接合体１２０と同一でよい）によってメタルマスク１１０と接合されている。マスクリング１１８がメタルマスク１１０に接する領域は、支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域に対応している。
【００５３】
第１の実施形態では、支持体付きメタルマスク装置１００のメタルマスク１１０が半導体基板１０２に密着しているが、本実施形態では、図８に示すように、支持体１１４が半導体基板１０２に密着することとなる。
【００５４】
本実施形態によっても、支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクの膨張量は基板の膨張量に近付き、より確実に蒸着パターン１１２の位置ズレを防止可能となる。
【００５５】
（支持体付きメタルマスク装置：第３の実施形態）
図１０は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第３の実施形態を示す分解図である。図１１は、図１０の支持体付きメタルマスク装置３００を各方向から見た図であり、図１１（ａ）は図１０のＤ−Ｄ断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の鳥瞰図である。本実施形態にかかる支持体付きメタルマスク装置３００が第１の実施形態と異なる点は、支持体１１４と同一の形状・素材の支持体２１４を追加し、２つの支持体１１４、２１４が、メタルマスク１１０の表裏面にそれぞれ当接している点である。つまりメタルマスク１１０を２つの支持体１１４、２１４で挟む構造となる。支持体２１４は、支持体１１４の格子部１１６と同一形状の格子部２１６を有している。
【００５６】
かかる構造によっても、支持体付きメタルマスク装置３００の支持体付きメタルマスクの膨張量は基板の膨張量に近付き、より確実に蒸着パターン１１２の位置ズレを防止可能となる。なお本実施形態においても、マスクリング１１８は必ずしも必要ではない。
【００５７】
図１０のように、支持体１１４の格子部１１６と支持体２１４の格子部２１６とで、マス目の形状、位置および数が同一であれば、支持体１１４と支持体２１４を共通化し、同一の製造工程で製作することができる利点がある。
【００５８】
ただし、支持体１１４の格子部１１６と支持体２１４の格子部２１６とは、必ずしも同一の位置や数のマス目を有しなくてよい。図１２は図１０の各種変形例を例示する模式図である。例えば図１２（ａ）の変形例では、格子部１１６Ａ、２１６Ａの個々のマス目は、蒸着パターン１１２をＸＹ方向に２個ずつ、すなわち計４個包含する大きさを有する。したがって格子部１１６、２１６を有する支持体１１４、２１４を接合する場合と比較すると接合体の数が減少し、支持体付きメタルマスクの製造工程におけるコストおよび時間を削減できる。詳細には、接合体の材料の使用量およびその接合に関する作業時間、並びに接合の精度の管理場所が少なくて済む。
【００５９】
図１２（ｂ）の変形例では、格子部１１６Ｂ、２１６Ｂの個々のマス目の大きさは格子部１１６Ａ、２１６Ａのそれと同じである。ただし格子部１１６Ｂ、２１６Ｂのマス目の配置がずらしてある。かかるずらしがない場合に比較すると、格子部１１６Ｂ、２１６Ｂでメタルマスク１１０を挟んだとき、半導体基板１０２のスクライブライン１０６に相当する箇所すべてに格子部１１６Ｂ、２１６Ｂのいずれかが接合される。この変形例によれば、格子のラインの数を削減して支持体付きメタルマスクの製造工程を削減できるとともに、メタルマスク１１０のスクライブライン１０６に相当する位置をすべて、表裏いずれかから支持可能である。
【００６０】
図１３は図１０の他の変形例を例示する模式図である。図１３では、図６の長方形の蒸着パターン１２６に対応する格子部の各種変形例を示している。図１３ではスクライブラインを符号２０６で示している。図１３（ａ）の変形例では、格子部１１６Ｃ、２１６Ｃの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に１個ずつ、Ｙ方向に２個ずつ、すなわち計２個包含する大きさを有する。このように、長方形の蒸着パターン１２６の長辺の方向（Ｙ方向）に沿って、より多くの蒸着パターン１２６を包含するよう、個々のマス目を形成してよい。
【００６１】
図１３（ｂ）の変形例では、格子部１１６Ｄ、２１６Ｄの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に２個ずつ、Ｙ方向に３個ずつ、すなわち計６個包含する大きさを有する。ただし格子部１１６Ｄ、２１６Ｄのマス目の配置がずらしてある。かかるずらしがない場合に比較すると、格子部１１６Ｄ、２１６Ｄでメタルマスクを挟んだとき、半導体基板のスクライブライン２０６に相当する、より多くの箇所に格子部１１６Ｄ、２１６Ｄのいずれかが接合され、メタルマスクを支持可能である。
【００６２】
図１４は図１０のさらに他の変形例を例示する模式図である。図１４でも、図１３と同様に、長方形の蒸着パターン１２６に対応する格子部の各種変形例を示している。図１４でもスクライブラインを符号２０６で示している。図１４（ａ）の変形例では、格子部１１６Ｅの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に２個ずつ、Ｙ方向に２個ずつ、すなわち計４個包含する大きさを有する。一方、格子部２１６Ｅの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に２個ずつ、Ｙ方向に３個ずつ、すなわち計６個包含する大きさを有する。このように格子部１１６Ｅ、２１６Ｅが包含する蒸着パターン１２６の数は異なっていてもよい。
【００６３】
図１４（ｂ）の変形例では、格子部１１６Ｆ、２１６Ｆの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に１個ずつ、Ｙ方向に２個ずつ、すなわち計２個包含する大きさを有する。この点では図１３（ａ）の変形例と同様である。ただし格子部１１６Ｆ、２１６Ｆのマス目の配置がＹ方向にずらしてあり、格子部１１６Ｆ、２１６Ｆでメタルマスクを挟むと、半導体基板のスクライブライン２０６に相当する箇所すべてに格子部１１６Ｆ、２１６Ｆのいずれかが接合される。
【００６４】
図１２〜図１４に示した変形例から明らかなように、メタルマスクを表裏から挟む２つの支持体の格子部のマス目は、蒸着パターンを縦横方向（ＸＹ方向）それぞれ任意の複数個包含する大きさとしてよい。また、双方の支持体の格子部のマス目は、縦横方向（ＸＹ方向）それぞれに、任意の本数のスクライブライン分、ずらして重なるように形成してよい。
【００６５】
以上、第１〜第３の実施形態について説明した。これら実施形態では、マスクリング１１８は半導体基板１０２から最も遠い側にあるが、支持体付きメタルマスク装置１００、２００、３００の各支持体付きメタルマスクを反転させ、マスクリング１１８を半導体基板１０２に密接させてもよい。
【００６６】
（支持体付きメタルマスク装置の製造方法：接合工程）
図１５は本発明による支持体付きメタルマスク装置の製造方法及びその支持体付きメタルマスク装置を使用した半導体装置の製造方法の実施形態を示すフローチャートである。支持体付きメタルマスク装置の製造方法では、まず、支持体にメタルマスクを接合する接合工程４００を行う。接合工程４００では、例えば図２に示したように、それぞれ貫通孔からなる複数の所定の蒸着パターン１１２を有する物理的に１枚の金属板からなるメタルマスク１１０を、メタルマスク１１０の線膨張係数よりも半導体基板１０２の線膨張係数に近い格子部１１６を有する支持体１１４に接合する。また、支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域に、支持体１１４と実質的に等しい線膨張係数を有するマスクリング１１８をさらに接合してもよい。これによって支持体付きメタルマスク装置１００の支持体付きメタルマスクが出来上がる。
【００６７】
接合工程４００では、支持体付きメタルマスク装置１００の支持体付きメタルマスクに代えて、図９、図１１に示す支持体付きメタルマスク装置２００、３００のいずれかの支持体付きメタルマスクを製造してもよい。支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを製造する場合には、図８に示すように、メタルマスク１１０と支持体１１４とを接合し、メタルマスク１１０とマスクリング１１８とで挟む構成とすればよい。
【００６８】
接合工程４００において支持体付きメタルマスク装置３００の支持体付きメタルマスクを製造する場合には、図１０に示すように、２つの支持体１１４、２１４をメタルマスク１１０を挟むようにその表裏面にそれぞれ接合すればよい。更に、一方の支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域に、マスクリング１１８を接合してもよい。
【００６９】
接合工程４００におけるあらゆる接合は、メッキ法、固相拡散接合法、半田接合法、電気抵抗溶接法およびレーザ溶接法から選択される方法によって行ってもよい。固相拡散接合法は、拡散溶接とも言われ、母材を密着させて加圧することにより接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する溶接方法である拡散接合の一種である。電気抵抗溶接法には、プジェクション溶接、スポット溶接、シーム溶接などがある。
【００７０】
（半導体装置の製造方法：マスク工程）
以下、接合工程４００において、例えば、図９の支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを使用した半導体装置の製造方法の工程を説明する。図１５に示すように、接合工程４００の後には、マスク工程４１０を行う。図１６は図１５のマスク工程４１０を示す図である。マスク工程４１０では、まず、支持体１１４と実質的に線膨張係数が等しく、フォトリソグラフィーで製造されたトランジスタの拡散工程やそれら複数のトランジスタ間の電気的な接続を行うフォトリソグラフィーで製造された内部配線が完了した半導体基板１０２を用意する。そして図１６に示すように、半導体基板１０２の格子状のスクライブライン１０６に沿って溝５００を加工する。この溝５００は幅約５０〜８０μｍとし、深さは５０μｍ以上である。かかる溝５００は、例えば、半導体ウェハを個々のデバイスチップに分離する手法と同様にハーフダイシングすることにより、形成が可能である。
【００７１】
次に、図１６に示すように、溝５００が加工された半導体基板１０２を基板ホルダ１２２の孔１２４に埋設して固定する。さらに支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを、支持体１１４の格子部１１６が溝５００に嵌るように、半導体基板１０２に密着させて被せる。詳細には、半導体基板１０２のスクライブライン１０６は溝５００によって基板（チップ）表面よりも低い凹型の形状を有し、格子部１１６は凹型の形状に対応する形状を有していて凹型の形状と嵌るように接する。よって、メタルマスク１１０の表面が半導体基板１０２（チップ）の表面に密着する。
【００７２】
上記の方法によれば、支持体１１４の格子部１１６と半導体基板１０２の溝５００とを利用して、メタルマスク１１０を半導体基板１０２に対して位置決めすることとなる。この方法によれば、線膨張によるメタルマスク１１０の変形だけでなく、メタルマスク１１０を半導体基板１０２に被せるマスク工程における両者の位置ズレも、最小限に抑えることが可能となる。更に、メタルマスク１１０と半導体基板１０２との両者の面の密着性も確保できる。
【００７３】
支持体付きメタルマスク装置２００のメタルマスク１１０には、貫通孔からなる所定の蒸着パターン１１２が設けられている。したがって半導体基板１０２に支持体付きメタルマスクを被せると、半導体基板１０２の表面のうち、配線層を形成すべき領域が、貫通孔を介して露出する。
【００７４】
（半導体装置製造方法：成膜工程）
図１５に示すように、マスク工程４１０の後には成膜工程４２０を行う。成膜工程４２０では、図１６の最後の図面に示す支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを通して、半導体基板１０２に蒸着金属を蒸着させる。この成膜工程４２０は、本実施形態では、蒸着工程４２２であるイオンプレーティング工程４２２と、リフトオフ工程４２４とを含む。イオンプレーティング工程４２２に替えてスパッタ装置によるスパッタリング工程としてもよい。
【００７５】
図１７は図１６の領域Ｙを拡大した部分拡大図であり、図１５の成膜工程４２０を示す図である。図１７（ａ）に示すように、メタルマスク１１０には、代表として示す貫通孔５２０などの複数の貫通孔からなる蒸着パターン１１２が設けられている。成膜工程４２０の最初のイオンプレーティング工程４２２では、図１７（ｂ）に示すように、イオンプレーティング法によって半導体基板１０２の表面に金属１０４を蒸着させる。イオンプレーティング法とは、蒸着させるべき金属材料を真空中で蒸発又は昇華させ、金属蒸気に正の電荷、半導体基板１０２に負の電位を印加し、メタルマスクを陰極側の電極に接続することによって、半導体基板１０２に金属材料を蒸着させる方法である。すなわち、マスク工程が完了した図１６の最後の図面に示される組立体を真空チャンバ（図示省略）に収容し、気体状の金属１０４（Ｃｕなど）に正の電荷、半導体基板１０２に負の電荷を印加することによって行う。尚、金属はアルミでもよい。
【００７６】
これにより、支持体付きメタルマスク装置２００を構成するメタルマスク１１０の蒸着パターン１１２を介して露出している半導体基板１０２の表面に、金属１０４（例えばバリア金属材料、Ｃｕの２層を含んでよい、更にそれらの金属材料に替えてアルミを主成分とする材料でもよい）が堆積した状態となる。
【００７７】
このようにして半導体基板１０２に金属１０４を蒸着させた後、支持体付きメタルマスクを半導体基板１０２から剥離する（リフトオフ工程４２４）。このリフトオフ工程４２４によって、図１７（ｃ）に示すように、半導体基板１０２の表面に金属１０４からなる配線層を残存させる。これにより、蒸着パターン１１２に応じた配線層が残存することから、これらの製造工程においてフォトリソグラフィー法を用いることなく、リフトオフ法によって配線層がパターニングされることになる。このように、本実施形態では、イオンプレーティング工程４２２とリフトオフ工程４２４によって、フォトリソグラフィー法を用いることなく所望の配線パターンの配線層を直接形成することができる。本明細書においては、このような手法をイオンプリンティングと呼ぶことがある。所望の配線層のパターンと同じ複数の配線層を成膜する場合には、配線層の数だけイオンプレーティング工程４２２とリフトオフ工程４２４とを繰り返せばよい。異なる配線パターンを多層で形成する場合、マスク工程４１０とイオンプレーティング工程４２２とリフトオフ工程４２４とを繰り返せばよい。
【００７８】
本実施形態による支持体付きメタルマスク装置を使用した半導体装置の製造方法によれば、メタルマスク１１０を半導体基板１０２に被せる第１の工程、イオンプリンティングによって、金属の蒸着によって配線層（蒸着金属１０４）を形成する第２の工程、及びリフトオフの第３の工程で構成される１セットの工程を、１つのメタルマスク１１０によって行うことができる。しかも、メタルマスク１１０は、フォトリソグラフィー工程（レジストの塗布、露光、現像、及びレジストの剥離を含む一連の工程）によって形成されたフォトレジストよりも安価に大量生産可能であるとともに、メタルマスク１１０及び支持体１１４にそれぞれ被着した金属をエッチングにより除去すれば、クリーニングされたメタルマスク１１０、支持体１１４及びそのエッチングされた金属材料を繰り返し使用することが可能である。本発明者らの実験によれば、５回程度繰り返して使用しても、形成される配線層（蒸着金属１０４）に品質の低下は見られなかった。これらにより、生産性が高く低コストな半導体装置を提供することが可能となる。
【００７９】
（成膜工程の背景）
半導体基板の配線層の成膜には、フォトリソグラフィー法が広く使用されているが、本発明者らは、上述のように、メタルマスク１１０を介してフォトリソグラフィー法を用いてトランジスタやそのトランジスタに接続する内部配線等を含む半導体基板１０２の上に金属材料をイオンプレーティングし、その後メタルマスク１１０を剥離（リフトオフ）する方法を用いている。メタルマスク１１０のハンドリングは、厳密には支持体付きメタルマスク装置２００等の支持体付きメタルマスクごと行っている。
【００８０】
イオンプレーティング法自体は広く知られた金属成膜方法であるが、イオンプレーティング法とリフトオフ法を組み合わせることによって、フォトリソグラフィー法を用いることなく配線層を直接形成する方法（イオンプリンティング）は、少なくとも半導体チップのウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ: Wafer Level Package）においては提案された例がない。その理由として、ＷＬＰにおいて膜厚の薄い配線層を形成する方法としては、フォトリソグラフィー法と蒸着やスパッタリングなどの非イオンスピーシーズによる物理被着を用いた方法が確立していて、ＷＬＰにおいて膜厚の厚い配線層を形成する方法としては、フォトリソグラフィー法とメッキ法を用いた方法が確立しているためであると考えられる。
【００８１】
しかしながら、本発明者らの研究によれば、上記の方法、すなわちイオンプリンティングで回路基板上に配線層を形成する方が、フォトリソグラフィー法を用いた現在のプロセスよりも製造コストが低くなるばかりでなく、形成された配線層の特性も良好となることを見いだした。これが本発明による半導体装置製造方法の実施形態の成膜工程にて、イオンプレーティング法を採用している理由である。
【００８２】
イオンプレーティングのように、イオンで被着するＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）によれば、半導体基板に電荷がすべて蓄積され、この電位が偏在化し、半導体基板中に既に形成されたトランジスタ及びそのトランジスタに電気的に接続する内部端子電極などの回路が破壊されてしまう。したがって、イオンで被着するＰＶＤは内部端子電極を電気的に接続する金属性の導体を形成する工程には使えない、というのが、当業者の技術常識であった。したがって、上記工程にイオンプレーティングを使用する、という本発明に相当する技術は、従来存在せず、専ら、レジスト等を使用したフォトリソ法、メタルマスクを含む印刷法、並びにメッキ法等が用いられてきた。
【００８３】
本発明では、「メタルマスク」を用いて「イオンプレーティング」を行っている。マスクがメタルであり、これが電位を均質化するため、イオンプレーティングを用いるにも拘らず内部端子電極が破壊されない、という、きわめて重要な効果が得られる。
【００８４】
すなわち、メタルマスクには、イオンの粒子の有する正の電荷が吸収され、電位が均質化される。これは、イオンプレーティングによってイオンの粒子から成膜された金属性の導体が、メタルマスクに接しているためである。仮に接していなくても、真空中で成膜が行われ、しかも成膜された導体からメタルマスクまでの隙間が狭いため、簡単に電荷がメタルマスクにリークする。
【００８５】
本発明はこのように、半導体基板の内部端子電極に電気的に接続する金属性の導体を形成する工程にイオンプレーティングは使えない、という当業者の技術常識を覆したものである。
【００８６】
これまで述べた半導体装置の製造方法の一例を総括すると、次のようになる。内部端子電極を有する半導体基板に、内部端子電極と外部とを電気的に接続する外部端子電極を形成する回路基板の製造方法であって、内部端子電極を含む基板の表面の一部が露出するような開口部を有する、陰極側に接続される金属性のメタルマスクを基板に被せるマスク工程と、基板の表面の一部及びメタルマスク上に、イオンプレーティング法により正の電荷を有するイオンの粒子から金属性の導体を形成する成膜工程と、メタルマスクを剥離することによって、基板の表面の一部に形成された内部端子電極と電気的に接続する金属性の導体からなる配線層を残存させるリフトオフ工程と、配線層に電気的に接続された外部端子電極を形成する電極形成工程と、を備える。
【００８７】
（半導体装置製造方法：分割工程）
図１５に示すように、成膜工程４２０の後には分割工程４３０を行う。分割工程４３０では、支持体１１４の格子部１１６に対応する格子状のスクライブライン１０６に沿って、半導体基板１０２を複数のチップに切断（分割）する。これは、既に説明したレーザステルスダイシングによって行うことができる。
【００８８】
なお、本明細書の半導体装置製造方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、その他の工程を含んでもよい。例えば、リフトオフ工程４２４と分割工程４３０の間には、形成された金属１０４に更に電気的に接続する外部端子電極（ソルダーボールやボンディングワイヤ）を形成する外部端子形成工程を含んでもよい。
【００８９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９０】
本願の技術思想のメタルマスクは、実施例で開示したシリコンを基板とするウェハに限られない。例えば、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイの製造に使用するメタルマスクにも適用できる。その場合、基板としてガラス基板やプラスチック基板が用いられる。特に、それらの基板は、半導体ウェハの面積（口径）よりも遥かに大きく、本願の作用、効果がより一層発揮できる。
【００９１】
更に、支持体付きメタルマスクとマスクリングとの密着方法、接合方法、支持体付きメタルマスクと基板との密着方法、基板と基板ホルダとの密着方法、基板ホルダの構造は、実施例が開示する方法、構造に限られない。更に、半導体基板１０２の線膨張率＞メタルマスク１１０の線膨張率の関係であってもよい。支持体、接合体の線膨張率もそれらの間にあればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、基板に金属を蒸着させる際に用いられる支持体付きメタルマスク装置およびその支持体付きメタルマスク装置を用いた装置の製造方法、好ましくは、基板に金属を蒸着させる際に用いられる支持体付きメタルマスク装置およびその支持体付きメタルマスク装置を用いた装置の製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００、２００、３００ …支持体付きメタルマスク装置
１０２ …半導体基板
１０４ …蒸着金属
１０６、２０６ …スクライブライン
１１０ …メタルマスク
１１２、１２６ …蒸着パターン
１１４、２１４ …支持体
１１６、２１６ …格子部
１１８ …マスクリング
１２０、１２８、１３０ …接合体
１２２ …基板ホルダ
５００ …溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に金属を蒸着させる際に用いられる支持体付きメタルマスク装置およびその支持体付きメタルマスク装置を用いた装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路などの半導体装置は、半導体基板（例えば、シリコンウェハ）上に金属性の導体からなる配線層を成膜して製造される。有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイは、ガラス基板上に有機材料からなる有機層（発光層）を成膜して製造される。液晶ディスプレイは、ガス化した酸化インジウムスズ（Indium-Tin-Oxide; ＩＴＯ）を、ガラス基板上に析出させて薄膜を形成する。
【０００３】
これらの製品に共通する製法は、基板上に配線層を形成すべく金属を蒸着させる方法である。特に有機ＥＬディスプレイの製造工程では、有機層を形成する有機材料の耐水性が低いため、ウェットプロセスを利用できず、真空蒸着法が用いられる。金属は所定のパターン（配線パターン）で基板に蒸着させる必要があることから、その所定のパターンに対応した形状の貫通孔を有するメタルマスクを通して基板に金属を蒸着させる（例えば特許文献１〜特許文献３）。
【０００４】
特許文献１〜特許文献３によれば、大型化した１枚のガラス基板に対し、複数のメタルマスクを用いて１度に蒸着を行い、大型のガラス基板から複数の小型表示パネル用ガラス製品（１つの最終製品）をチップとして切り出す（取り出す）ことにより、製造効率を高めている。１つの支持枠体に複数のメタルマスクがそれぞれ固定され、位置ズレや熱膨張を防止して正確な金属の配線パターンが形成されるようにしている。尚、この明細書においては、最終製品である１つの機能体をチップと呼び、複数のチップが製造工程において１つの基体に集約されているものを基板と呼ぶ。即ち、１つの基板に対する１つの支持体に複数のメタルマスクをそれぞれ固定することを「多面取り」と呼ぶ。多面取りの例として、特許文献１は、１つのメタルマスクが複数のチップに対応し、特許文献２及び特許文献３は、１つのメタルマスクが１つのチップに対応している。これら特許文献１乃至３における共通の技術思想は、１つの支持枠体が複数のウィンドウを有し、それら各々のウィンドウにそれぞれ対応して複数のメタルマスクが固定されていることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３７２０３号公報
【特許文献２】特開２００１−２３７０７３号公報
【特許文献３】特開２００９−４１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、１枚の基板の口径に対して少なくともその口径をカバーする１枚のメタルマスクを用いることが、１枚のメタルマスクを製造する工程数を削減する観点から好ましい。複数のメタルマスクを１つの支持体にそれぞれ固定する「多面取り」のメタルマスクの製造工程では、複数のメタルマスクを１つの支持枠体に位置合わせする際、各メタルマスクをすべて精度よく１つの支持体に位置合わせする必要がある。これに比較すると、１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合には、位置合わせは１回で済み、作業の煩雑さが軽減されるからである。尚、「１枚の基板に対する１枚のメタルマスク」に、１枚の基板が有するすべてのチップのそれぞれの配線パターンが形成されていることは、言うまでもない。
【０００７】
１枚のメタルマスクを用いる場合にも、基板への金属の蒸着時に真空チャンバ内で発生する熱によってメタルマスクには線膨張が生じる。線膨張が生じればメタルマスク自体が変形してしまうため、基板上に正確なパターンで蒸着金属を蒸着させることができない。とりわけ、１枚の基板のサイズが大口径化すれば、その大口径に対応した大口径の１枚のメタルマスクの線膨張による基板とのズレ量の絶対値が増大する。この点で、１枚のメタルマスクの線膨張の課題は、特許文献１乃至３が開示する１つのメタルマスクの線膨張の課題よりも更に厳しい。尚、この明細書においては、１枚の基板の口径に対して少なくともその口径をカバーするメタルマスクを、１枚のメタルマスクと呼ぶ。複数のウィンドウを有する１つの支持枠体において、各ウィンドウにそれぞれ対応して互いに独立した複数のメタルマスクの１つ１つを、１つのメタルマスクと呼ぶ。
【０００８】
特許文献１〜特許文献３では、既に述べたように、複数のメタルマスクを１つの支持枠体にそれぞれ固定して、基板に対する位置ズレや熱膨張を防止している。しかしこれらはいずれも、１枚の基板に対して複数のメタルマスクを基板に対して精度よく配列する、または１つのメタルマスクの欠陥に対して１枚のメタルマスクを再作成することなく、欠陥を有するメタルマスクのみを１つの支持枠体に対してリペアできるようにするためのものである。よって、１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合の熱膨張の課題を解決することはできない。
【０００９】
特に、生産性を高めるため、１枚の基板からなるべく多くのチップを得ようとすれば、１枚の基板のサイズ（口径）は大型化する。１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合、基板が大型化すれば、メタルマスクも大型化する。これはメタルマスクの膨張量を更に増大させ、１枚の基板にそれぞれ点在する複数のチップにおいて、それぞれ正確なパターンで金属を蒸着することをさらに困難にしてしまう。
【００１０】
しかも、メタルマスクの線膨張率＞基板の線膨張率のように、メタルマスクと基板の線膨張率に差がある場合が少なくない。これは、蒸着金属を緻密なパターンで成膜するためにメタルマスクの加工容易性を優先し、メタルマスクの材料として必ずしも基板に準ずる線膨張率の金属を選択できない場合があるからである。
【００１１】
蒸着時、真空チャンバ内は例えば２３０℃程度まで温度が上昇するため、上記のように線膨張率に差があると、例えば基板の膨張量に比較してメタルマスクの膨張量が大幅に増大し、１枚の基板にそれぞれ点在する複数のチップのすべてのチップにおいて設計どおりの蒸着パターンを成膜できなくなってしまう。従来は、予め線膨張率の差を見込んで縮小したメタルマスクを作成し、かかるメタルマスクを基板に対して適切に位置決めしていた。しかし１枚の基板に対して１枚のメタルマスクを用いる場合には、上述のように、基板の口径が大きくなるほどメタルマスクとの膨張量の絶対値との差も増大し、両者の位置ズレを１枚の基板にそれぞれ点在する複数のすべてのチップにおいて十分に抑制できるものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の代表的な構成は、基板が含む複数のすべてのチップ及び複数のすべてのチップのそれぞれの間を示す複数のスクライブラインを物理的に１枚のプレートで覆い、基板と異なる線膨張係数を有し、複数のすべてのチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターンを複数の貫通孔として有し、複数の貫通孔を通じて基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスクと、メタルマスクの線膨張係数と基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は基板と同一の線膨張係数を有し、複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部を有する支持体と、一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、メタルマスクと支持体とを接続する接合体と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、基板と線膨張率が等しく、あるいは、メタルマスクと基板との間の熱膨張率を有する支持体にメタルマスクが接合される。これにより、メタルマスクの膨張量は基板のそれと同等になるか、あるいは近付くため、熱膨張による両者の位置ズレが軽減される。これにより蒸着金属がより正確な蒸着パターンで蒸着されることとなる。
【００１４】
なおメタルマスクは、基板のうち複数のチップに分割される部分を被覆可能な１枚（一体）のメタルマスクであり、多面取り用の複数のメタルマスクでないことは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板と異なる線膨張係数を有する１枚のメタルマスクを用いて蒸着を行う場合に、メタルマスクの膨張量を基板のそれに近づけ、蒸着パターンの位置ズレを防止可能な支持体付きメタルマスク装置および装置製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第１の実施形態を示す概略鳥瞰図である。
【図２】図１の分解図である。
【図３】図２のスクライブラインに沿って半導体基板を割るときの原理図である。
【図４】図１の支持体付きメタルマスク装置を各方向から見た図である。
【図５】図２のメタルマスクを各方向から見た図である。
【図６】図５（ｂ）の変形例を示す図である。
【図７】図５（ｂ）の変形例を示す図である。
【図８】本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第２の実施形態を示す分解図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第３の実施形態を示す分解図である。
【図１１】図１０の支持体付きメタルマスク装置を各方向から見た図である。
【図１２】図１０の各種変形例を例示する模式図である。
【図１３】図１０の他の変形例を例示する模式図である。
【図１４】図１０のさらに他の変形例を例示する模式図である。
【図１５】本発明による支持体付きメタルマスク装置の製造方法及びその支持体付きメタルマスク装置を使用した半導体装置の製造方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図１６】図１５のマスク工程を示す図である。
【図１７】図１６の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の課題を解決する技術思想（コンセプト）の代表的な一例は、以下に示される。但し、本願の請求内容はこの技術思想に限られず、本願の請求項に記載の内容であることは言うまでもない。
【００１８】
本発明では、イオンプレーティングによってメタルマスクを介して基板へ金属を蒸着させる。しかしメタルマスクと基板との熱膨張率の相違により、両者の間には位置ズレが生じ、基板上に正確なパターンで蒸着金属を蒸着させることができない。そこでメタルマスクを基板と同一の素材（インバー材）からなる支持体で支持することにより、メタルマスクと基板との位置ズレを防止する。ただし支持体は、必ずしも基板と同一の素材で製造しなくてよく、少なくとも、メタルマスクと基板との間の熱膨張率を有していれば、両者の位置ズレを抑止できる。
【００１９】
また本発明では、１枚の基板の口径に対してその口径をカバーする１枚のメタルマスクを用い、これを支持体で支持している。本発明は、複数のメタルマスクを１つの支持体にそれぞれ固定する「多面取り」とは、明確に区分される。
【００２０】
本文において「チップ」とは、上記の１枚の基板を分割して得られる個々の回路装置を広く指し、半導体チップに限定解釈されるものではない。基板が半導体基板である場合は「チップ」は半導体チップ（シリコンチップ）を意味する。一方、基板が、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイの製造に使用するガラス基板やプラスチック基板である場合には、「チップ」は、それら基板を分割して得られるガラスチップやプラスチックチップを指す。
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
以下の実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２３】
（支持体付きメタルマスク装置：第１の実施形態）
図１は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第１の実施形態を示す概略鳥瞰図である。支持体付きメタルマスク装置１００は、半導体基板１０２に所定のパターンの金属を蒸着する装置である。支持体付きメタルマスク装置１００は、メタルマスク１１０、支持体１１４、マスクリング１１８および基板ホルダ１２２を含む。メタルマスク１１０は、貫通孔からなる複数の所定のパターンを有し、半導体基板１０２を覆う物理的に１枚のプレートである。支持体１１４は、メタルマスク１１０に付加される複数のラティス状（格子状）の格子部１１６を有する物理的に１枚のプレートである。マスクリング１１８と基板ホルダ１２２は、メタルマスク１１０及び支持体１１４並びに半導体基板１０２を挟んで固定する。支持体付きメタルマスク装置１００は真空蒸着装置の真空チャンバ内に配備されるが、真空蒸着装置の図示は省略している。支持体付きメタルマスク（メタルマスク１１０、支持体１１４、マスクリング１１８で構成）は真空蒸着法で用いられ、金属が加熱されて蒸発する蒸発源１０１と半導体基板１０２との間に設置される。これによって蒸発源１０１から到来する金属１０４は、所定のパターンで半導体基板１０２に蒸着する。
【００２４】
図２は図１の分解図である。半導体基板（例えばシリコンウェハ）１０２は、Ｘ方向（第１の方向）及びＹ方向（第２の方向）に延在する格子状の複数の境界線（スクライブライン１０６）で包囲されている多角形の複数のチップを有する、物理的に１枚の基板である。より厳密に言えば、半導体基板１０２は、最終的にスクライブライン１０６に沿って複数のチップに分割されることが予定されているものである。また、半導体基板１０２は、最終製品として有効な複数のチップが獲得される製品有効領域１０８を中央に有する。半導体基板１０２から製品有効領域１０８を除く製品無効領域に含まれる複数のチップは製品として採用されない部分である。これは信頼性の視点からの品質管理、その他の視点から定義される。しかし、１枚のメタルマスク１１０が含む複数の所定の蒸着パターン１１２は、製品有効領域１０８における複数のチップに対応する複数の所定パターン、及び製品無効領域における複数のチップに対応する複数の所定パターンの両者を含む。よって、両者のチップのそれぞれに対して金属の蒸着が行われる。チップの形状は本実施形態では正方形である。ただし多角形であればよく、四角形に限られないことは言うまでもない。例えば、正方形のほか、長方形、それ以上の複数の頂点を有する多角形が含まれる。半導体基板も、本実施形態では円形であるが、円形でなくともよく、多角形でもよい。
【００２５】
スクライブライン１０６は本実施形態では図２に示すように、互いに直行する平行で等間隔の複数の直線からなり、各チップが正方形となっている。ただし、いずれかの方向の直線の間隔を変更して各チップが長方形となるようにしてもよい。また、チップの形状が矩形以外のものになるよう、スクライブライン１０６は自由に変更してよい。
【００２６】
図３は図２のスクライブラインに沿って半導体基板１０２を割るときの原理図である。スクライブライン１０６は、そこで半導体基板１０２が分割されることが予定されたラインである。図２の段階ではスクライブライン１０６は仮想的なラインであり、実際に半導体基板１０２にスクライブライン１０６が描かれているわけではない。図３に示すように、半導体基板１０２を複数のチップに分割する際にはレーザステルスダイシングを用いる。すなわちレーザヘッド１０７で半導体基板１０２上にレーザビーム１０９を断続的に照射しながら矢印方向に走査する。これによってスクライブライン１０６に沿って半導体基板１０２がミシン目状に切削される。このスクライブライン１０６に沿って切削された形状を破断のきっかけとして半導体基板１０２が割られ、半導体基板１０２は各チップに分割される。
【００２７】
スクライブライン１０６は厳密に言えばミシン目状に形成される面積を有する領域であるが、その幅は図３に示す通り１００μｍ程度であるから、実質的にはラインと考えてよい。半導体基板１０２を割る方法は、その他にダイサーで切断する方法等、周知の方法が知られている。
【００２８】
（メタルマスク）
図２に示すように、支持体付きメタルマスク装置１００は、メタルマスク１１０を備える。メタルマスク１１０は、半導体基板１０２のうち、製品有効領域１０８及び製品無効領域並びにスクライブライン１０６を被覆する。すなわち本実施形態では、物理的に１枚のプレートである１枚のメタルマスク１１０で半導体基板１０２の全体（複数のチップ）に蒸着を行っていて、物理的に複数枚のメタルマスクで半導体基板１０２を被覆するものではない。
【００２９】
メタルマスク１１０は厚さ５０〜１００μｍ程度の金属板のプレートからなる。例えば、半導体基板１０２よりメタルマスク１１０の材である金属が、線膨張係数が高い。また、金属板のプレートは、５０〜１００μｍであり変形しやすく、「半導体基板１０２の線膨張率＜メタルマスク１１０の線膨張率」の関係がある。メタルマスク１１０は、半導体基板１０２の複数のチップにそれぞれ対応する位置に、貫通孔からなる所定の蒸着パターン１１２（個々の貫通孔は図示省略）を有する。この蒸着パターン１１２を通して、図１に示した蒸着金属１０４は、半導体基板１０２に蒸着する。
【００３０】
メタルマスク１１０の材料については特に限定しないが、金属性であり、ステンレス鋼（熱膨張係数はシリコンの約５倍）などを用いることが好ましい。メタルマスク１１０は、フォトリソグラフィー法によってパターニングされたフォトレジストなどとは異なるリジッドなマスクである。したがって、１枚のメタルマスク１１０をそのままの状態で半導体基板１０２に被せる（覆う）ことが可能であり、そのままの状態で半導体基板１０２から剥離することが可能である。１枚のメタルマスク１１０を、複数の製造工程で使用する(リサイクルする）ことが可能である。これらの点において、フォトレジストなどの有機マスクとは明確に区別される。
【００３１】
（支持体）
図２に示すように、支持体付きメタルマスク装置１００は支持体１１４を備える。支持体１１４はインバー材からなる。インバー材の組成は重量％で、ニッケル３６％、鉄６４％である。インバー材は所定の環境条件において熱膨張率が半導体基板（シリコン製）と実質的に等しく、３．２×１０−６（１／Ｋ）程度（１００℃から２００℃の平均値）の線膨張係数を有する。支持体１１４は、４２アロイ（４２Alloy）で製造してもよい。４２アロイもインバー材と同様にシリコンと同等の線膨張係数を有する素材である。その組成は例えば、重量％でニッケル４２％、鉄５７％である。微量の銅やマンガンが添加されることもある。
【００３２】
支持体１１４は、格子状のスクライブライン１０６に対応する位置でメタルマスク１１０に接合し、メタルマスク１１０を固定する格子（ラティス）状の格子部１１６を中央に有する。
【００３３】
支持体付きメタルマスク装置１００は、マスクリング１１８をさらに備えている。マスクリング１１８は、支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域（外周領域）でメタルマスク１１０と反対側に接する環状の板材である。マスクリング１１８が、外周領域で支持体１１４を固定（接合または脱着可能な構造）するような構造としてもよい。マスクリング１１８は支持体１１４と同一の素材で製造するのが望ましく、本実施形態ではインバー材で製造されている。したがって支持体１１４と実質的に等しい線膨張係数を有し、所定の環境条件において熱膨張率が半導体基板（シリコン製）と実質的に等しい。ただしマスクリング１１８は、メタルマスク１１０の線膨張係数と半導体基板１０２の線膨張係数との間の線膨張係数を有してもよい。それによってメタルマスク１１０の膨張量を基板１０２のそれに近づけ、蒸着パターンの位置ズレを抑止可能だからである。マスクリング１１８は、不図示の手段により、基板ホルダ１２２との間に、半導体基板１０２、メタルマスク１１０及び支持体１１４を挟む構造を有している。
【００３４】
（接合体）
図４は図１の支持体付きメタルマスク（メタルマスク１１０、支持体１１４、マスクリング１１８で構成）を各方向から見た図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）の鳥瞰図である。図４（ｂ）に示すように、本実施形態における支持体付きメタルマスクは、メタルマスク１１０、支持体１１４およびマスクリング１１８の３層構造を有する。好ましくは、これら３層は互いに接合体１２０によって接合されている。すなわち接合体１２０は、メタルマスク１１０を支持体１１４に接合し、さらに支持体１１４をマスクリング１１８に接合している。接合体１２０は、複数のすべてのチップのうち少なくとも製品有効領域１０８に配置される。接合体１２０の材質は、本実施形態ではポリイミド樹脂であり、支持体１１４および半導体基板１０２と膨張率が実質的に同一である。
【００３５】
図５は図２のメタルマスク１１０を支持体１１４の方向から見た図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の領域Ｘの部分拡大図である。図５（ａ）に示すように、メタルマスク１１０には１つ１つのチップの領域に対応して１つ１つの区画を有し、各区画内に所定のパターンである蒸着パターン１１２が貫通孔として形成されている。故に、蒸着パターン１１２が示す領域は、最終製品となる１つのチップに対応する１つの区画を示す。尚、図５においては、そのパターンは簡略化のために図示されていない。それら複数の蒸着パターン１１２が、縦横（Ｘ方向、Ｙ方向）に配列されている。そして図５（ｂ）に示すように、蒸着パターン１１２が形成された部分を避けて格子状に塗布された接合体１２０によって、メタルマスク１１０は支持体１１４の格子部１１６に接合されている。なおメタルマスク１１０は蒸着パターン１１２が配列された中央の外側の円環状の領域１２１においても、支持体１１４に接合されている。
【００３６】
（支持体付きメタルマスク装置の作用効果）
図２に示すように、支持体付きメタルマスク装置１００は、基板ホルダ１２２をさらに備えている。半導体基板１０２は、土台となる基板ホルダ１２２に固定される。基板ホルダ１２２には半導体基板１０２と形状が同一の孔（窪み）１２４が設けられている。図１に示すように、半導体基板１０２はこの孔１２４に部分的に埋設され、その上から、上記の３層構造の支持体付きメタルマスクが被せられ、蒸着源１０１から金属による蒸着が行われる。蒸着時に加熱されたメタルマスク１１０は膨張しようとする。
【００３７】
本実施形態では、基板ホルダ１２２もインバー材からなる。したがって基板ホルダ１２２は支持体１１４と実質的に等しい線膨張係数を有し、所定の環境条件において熱膨張率が半導体基板（シリコン製）と実質的に等しい。ただし、メタルマスク１１０の線膨張係数と基板の線膨張係数との間の線膨張係数を有してもよい。
【００３８】
本実施形態によれば、図５（ｂ）に示したように、メタルマスク１１０は、半導体基板１０２のスクライブライン１０６に対応する、支持体１１４の格子部１１６の領域に塗布された接合体１２０によって、支持体１１４の格子部１１６に接し、接合されている。したがって、メタルマスク１１０の線膨張は、線膨張率の低い支持体１１４の格子部１１６によって妨げられ、メタルマスク１１０には、内部応力１２５が発生するだけとなる。
【００３９】
図２に示す支持体１１４は、半導体基板１０２と線膨張率がほぼ等しく且つ、線膨張率がメタルマスク１０２よりも小さい。言い換えれば、メタルマスク１１０の線膨張率よりも半導体基板１０２の線膨張率に近い。半導体基板１０２の口径とほぼ同一の口径を有する１枚のメタルマスク１１０の熱膨張による寸法の増減は、メタルマスク１１０が格子部１１６においてそれぞれ接合されている線膨張率の低い１枚の支持体１１４によって抑制される。つまり１枚のメタルマスク１１０全体の膨張量は、支持体１１４の膨張量と同等になるよう抑制される。すなわち半導体基板１０２の膨張量と同等になるよう抑制される。このように１枚のメタルマスク１１０全体の線膨張量は１枚の半導体基板１０２全体の線膨張量と等しくなる。メタルマスク１１０の蒸着パターン１１２の位置ズレは、１枚の半導体基板１０２のどの場所においても解消され、複数の区画１１２にそれぞれ蒸着される金属がより正確に半導体基板１０２にそれぞれ蒸着されることとなる。
【００４０】
支持体１１４は、半導体基板１０２と実質的に線膨張率が等しく、メタルマスク１１０より線膨張率が低いという関係にあればよい。したがって、「半導体基板１０２の線膨張率≦支持体１１４の線膨張率＜メタルマスク１１０の線膨張率」なる関係にあってもよいし、「支持体１１４の線膨張率≦半導体基板１０２の線膨張率＜メタルマスク１１０の線膨張率」なる関係にあってもよい。
【００４１】
また上記構成によれば、図２に示したように、支持体１１４の格子部１１６は、半導体基板１０２上の格子状のスクライブライン１０６に対応する位置で、メタルマスク１１０に接合する。スクライブライン１０６は、半導体基板１０２から最終製品であるチップを分割する際に切断される境界線である。つまりメタルマスク１１０には、図５（ｂ）にも示したように、所定の蒸着パターン１１２が形成された部分（区画）を避けて支持体１１４が接合される。したがって支持体１１４は、最終的な製品であるチップ上の蒸着パターンには一切影響を及ぼさない。
【００４２】
また、接合体１２０として、支持体１１４と実質的に同一の膨張率を有するポリイミド樹脂を用いることにより、接合体１２０は、支持体１１４とともにメタルマスク１１０の膨張量を基板の膨張率に近づけている。
【００４３】
（接合体の接合のバリエーション）
図６および図７はそれぞれ、図５（ｂ）の変形例を示す図である。図６では、Ｘ方向の辺がＹ方向の辺よりも短い長方形のチップを製造するため、支持体（図示省略）の格子部の開口（マス目）、および、メタルマスクの蒸着パターン１２６は、長方形になっている。この変形例では、接合体１２８（材質は接合体１２０と同一でよい）は、図６に示すように、格子部のうち、長方形のマス目の長辺（Ｙ方向の辺）に相当する部分にてメタルマスクを支持体に接合する。
【００４４】
基板のチップが長方形の場合、メタルマスクの線膨張が各チップに対して生じる蒸着パターンの位置ズレは、長辺方向（図６のＹ方向）へ、より大きくなる。そこで長辺に相当する部分で支持体をメタルマスクに接合すれば、効果的に位置ズレを防止可能である。また図５（ｂ）で格子部１１６全体が接合体１２０によってメタルマスク１１０に接合されている場合と比較すると、図６の変形例では接合体１２８の材料の使用量およびその接合に関する作業時間、並びに接合の精度の管理場所が少なくて済む。尚、長方形の長辺（Ｙ方向の辺）すべての領域に接合体を配置せず、長辺の少なくとも一部の領域に接合体を配置してもよい。例えば、基板のＸ方向、Ｙ方向のスクライブラインにそれぞれ対応する、支持体の格子部のＸライン、Ｙラインの交点であるクロスエリア（符号なし）を除く、Ｙ方向の辺に接合体を配置して、メタルマスクと接合してもよい。また、メタルマスクの長方形の蒸着パターン１２６の長辺の１点若しくは２点に接合体を設置してもよい。更に、長方形の蒸着パターン１２６の長辺に２点の接合体、及び短辺に１点の接合体を設置してもよい。これら接合面積と接合点との組み合わせでもよい。これらが示唆する技術思想は、長辺と短辺の長さの比において、その比に応じた接合点の数、接合面積の比を設定することを示す。
【００４５】
図６のように蒸着パターン１２６がチップに対応して長方形の場合、これに対応する格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、ＸラインおよびＹラインを構成している。図６では各マス目の長辺で構成されるＹラインに対応する領域にのみ、接合体１２８が配置されている。しかし接合体は、Ｘラインを構成する各マス目の短辺の一部（線分）とＹラインを構成する各マス目の長辺の一部（線分）とに設けてもよい。その場合、長辺と短辺の長さの比に基づいて接合体を設けるという上記の技術思想に従い、長辺に設けられる接合体のほうを長くしてよい。
【００４６】
また接合体はスポット状に各箇所に設けることとしてもよい。その場合も、上記と同様の技術思想に従い、各マス目の短辺に設けられる接合体の数を、各マス目の長辺に設けられる接合体の数より少なくしてよい。
【００４７】
図７では、チップの形状は図５（ｂ）と同一の正方形であり、これに対応して正方形の蒸着パターン１１２が用いられているが、接合体１３０は、支持体１１４の格子部１１６の少なくとも交差点（クロスエリア）に相当する部分にて、メタルマスク１１０を支持体１１４に接合している。
【００４８】
上記の構成によれば、各チップの上下および左右に対称な各地点に対応する接合箇所を設けてメタルマスク１１０を支持体１１４に接合することにより、チップに生じる縦横いずれの方向の蒸着パターンの位置ズレも効果的に防止可能である。またこの場合も、接合体１３０の材料および作業時間、並びに管理場所が少なくて済む。
【００４９】
（マスクリングの効果）
本実施形態では、図１、図２および図４に示したように、メタルマスク１１０を支持する支持体１１４がさらに、その格子部１１６の周囲の平面の外周領域でマスクリング１１８によって支持されている。これによって支持体付きメタルマスク装置１００の支持体付きメタルマスクの膨張量はさらに基板のそれに近付き、より確実に蒸着パターンの位置ズレを防止可能となる。
【００５０】
マスクリング１１８は必ずしも必要ではないが、支持体１１４の厚さが薄い場合、その支持体１１４の膨張量を基板の膨張量に更に近づけることができるため、備えられているのが望ましい。マスクリング１１８は、図４（ｂ）に示すように、支持体１１４より厚さが大きいとよい。更に、そのマスクリング１１８は、基板ホルダ１２２に固定する手段によって、支持体１１６を介して、１枚のメタルマスク１１０全体の熱膨張を勘案した寸法精度を高めることができる。
【００５１】
支持体付きメタルマスク装置１００を含め、本願の実施形態はすべて、円形のメタルマスクを用いている。しかし、半導体基板の形状が円形でなく多角形の場合は、それに合わせて多角形状の支持体付きメタルマスクを用いてもよい。
【００５２】
（支持体付きメタルマスク装置：第２の実施形態）
図８は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第２の実施形態を示す分解図である。図９は、図８のＣ−Ｃ断面図である。本実施形態にかかる支持体付きメタルマスク装置２００（図９）が第１の実施形態と異なる点は、メタルマスク１１０と支持体１１４の半導体基板１０２に対する上下関係が入れ替わっている点である。メタルマスク１１０を支持体１１４とマスクリング１１８とで挟む構造となっている。言い換えれば、マスクリング１１８は、メタルマスク１１０の支持体１１４と反対側に配置し、接合体２２０（材質は接合体１２０と同一でよい）によってメタルマスク１１０と接合されている。マスクリング１１８がメタルマスク１１０に接する領域は、支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域に対応している。
【００５３】
第１の実施形態では、支持体付きメタルマスク装置１００のメタルマスク１１０が半導体基板１０２に密着しているが、本実施形態では、図８に示すように、支持体１１４が半導体基板１０２に密着することとなる。
【００５４】
本実施形態によっても、支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクの膨張量は基板の膨張量に近付き、より確実に蒸着パターン１１２の位置ズレを防止可能となる。
【００５５】
（支持体付きメタルマスク装置：第３の実施形態）
図１０は、本発明にかかる支持体付きメタルマスク装置の第３の実施形態を示す分解図である。図１１は、図１０の支持体付きメタルマスク装置３００を各方向から見た図であり、図１１（ａ）は図１０のＤ−Ｄ断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の鳥瞰図である。本実施形態にかかる支持体付きメタルマスク装置３００が第１の実施形態と異なる点は、支持体１１４と同一の形状・素材の支持体２１４を追加し、２つの支持体１１４、２１４が、メタルマスク１１０の表裏面にそれぞれ当接している点である。つまりメタルマスク１１０を２つの支持体１１４、２１４で挟む構造となる。支持体２１４は、支持体１１４の格子部１１６と同一形状の格子部２１６を有している。
【００５６】
かかる構造によっても、支持体付きメタルマスク装置３００の支持体付きメタルマスクの膨張量は基板の膨張量に近付き、より確実に蒸着パターン１１２の位置ズレを防止可能となる。なお本実施形態においても、マスクリング１１８は必ずしも必要ではない。
【００５７】
図１０のように、支持体１１４の格子部１１６と支持体２１４の格子部２１６とで、マス目の形状、位置および数が同一であれば、支持体１１４と支持体２１４を共通化し、同一の製造工程で製作することができる利点がある。
【００５８】
ただし、支持体１１４の格子部１１６と支持体２１４の格子部２１６とは、必ずしも同一の位置や数のマス目を有しなくてよい。図１２は図１０の各種変形例を例示する模式図である。例えば図１２（ａ）の変形例では、格子部１１６Ａ、２１６Ａの個々のマス目は、蒸着パターン１１２をＸＹ方向に２個ずつ、すなわち計４個包含する大きさを有する。したがって格子部１１６、２１６を有する支持体１１４、２１４を接合する場合と比較すると接合体の数が減少し、支持体付きメタルマスクの製造工程におけるコストおよび時間を削減できる。詳細には、接合体の材料の使用量およびその接合に関する作業時間、並びに接合の精度の管理場所が少なくて済む。
【００５９】
図１２（ｂ）の変形例では、格子部１１６Ｂ、２１６Ｂの個々のマス目の大きさは格子部１１６Ａ、２１６Ａのそれと同じである。ただし格子部１１６Ｂ、２１６Ｂのマス目の配置がずらしてある。かかるずらしがない場合に比較すると、格子部１１６Ｂ、２１６Ｂでメタルマスク１１０を挟んだとき、半導体基板１０２のスクライブライン１０６に相当する箇所すべてに格子部１１６Ｂ、２１６Ｂのいずれかが接合される。この変形例によれば、格子のラインの数を削減して支持体付きメタルマスクの製造工程を削減できるとともに、メタルマスク１１０のスクライブライン１０６に相当する位置をすべて、表裏いずれかから支持可能である。
【００６０】
図１３は図１０の他の変形例を例示する模式図である。図１３では、図６の長方形の蒸着パターン１２６に対応する格子部の各種変形例を示している。図１３ではスクライブラインを符号２０６で示している。図１３（ａ）の変形例では、格子部１１６Ｃ、２１６Ｃの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に１個ずつ、Ｙ方向に２個ずつ、すなわち計２個包含する大きさを有する。このように、長方形の蒸着パターン１２６の長辺の方向（Ｙ方向）に沿って、より多くの蒸着パターン１２６を包含するよう、個々のマス目を形成してよい。
【００６１】
図１３（ｂ）の変形例では、格子部１１６Ｄ、２１６Ｄの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に２個ずつ、Ｙ方向に３個ずつ、すなわち計６個包含する大きさを有する。ただし格子部１１６Ｄ、２１６Ｄのマス目の配置がずらしてある。かかるずらしがない場合に比較すると、格子部１１６Ｄ、２１６Ｄでメタルマスクを挟んだとき、半導体基板のスクライブライン２０６に相当する、より多くの箇所に格子部１１６Ｄ、２１６Ｄのいずれかが接合され、メタルマスクを支持可能である。
【００６２】
図１４は図１０のさらに他の変形例を例示する模式図である。図１４でも、図１３と同様に、長方形の蒸着パターン１２６に対応する格子部の各種変形例を示している。図１４でもスクライブラインを符号２０６で示している。図１４（ａ）の変形例では、格子部１１６Ｅの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に２個ずつ、Ｙ方向に２個ずつ、すなわち計４個包含する大きさを有する。一方、格子部２１６Ｅの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に２個ずつ、Ｙ方向に３個ずつ、すなわち計６個包含する大きさを有する。このように格子部１１６Ｅ、２１６Ｅが包含する蒸着パターン１２６の数は異なっていてもよい。
【００６３】
図１４（ｂ）の変形例では、格子部１１６Ｆ、２１６Ｆの個々のマス目は、蒸着パターン１２６をＸ方向に１個ずつ、Ｙ方向に２個ずつ、すなわち計２個包含する大きさを有する。この点では図１３（ａ）の変形例と同様である。ただし格子部１１６Ｆ、２１６Ｆのマス目の配置がＹ方向にずらしてあり、格子部１１６Ｆ、２１６Ｆでメタルマスクを挟むと、半導体基板のスクライブライン２０６に相当する箇所すべてに格子部１１６Ｆ、２１６Ｆのいずれかが接合される。
【００６４】
図１２〜図１４に示した変形例から明らかなように、メタルマスクを表裏から挟む２つの支持体の格子部のマス目は、蒸着パターンを縦横方向（ＸＹ方向）それぞれ任意の複数個包含する大きさとしてよい。また、双方の支持体の格子部のマス目は、縦横方向（ＸＹ方向）それぞれに、任意の本数のスクライブライン分、ずらして重なるように形成してよい。
【００６５】
以上、第１〜第３の実施形態について説明した。これら実施形態では、マスクリング１１８は半導体基板１０２から最も遠い側にあるが、支持体付きメタルマスク装置１００、２００、３００の各支持体付きメタルマスクを反転させ、マスクリング１１８を半導体基板１０２に密接させてもよい。
【００６６】
（支持体付きメタルマスク装置の製造方法：接合工程）
図１５は本発明による支持体付きメタルマスク装置の製造方法及びその支持体付きメタルマスク装置を使用した半導体装置の製造方法の実施形態を示すフローチャートである。支持体付きメタルマスク装置の製造方法では、まず、支持体にメタルマスクを接合する接合工程４００を行う。接合工程４００では、例えば図２に示したように、それぞれ貫通孔からなる複数の所定の蒸着パターン１１２を有する物理的に１枚の金属板からなるメタルマスク１１０を、メタルマスク１１０の線膨張係数よりも半導体基板１０２の線膨張係数に近い格子部１１６を有する支持体１１４に接合する。また、支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域に、支持体１１４と実質的に等しい線膨張係数を有するマスクリング１１８をさらに接合してもよい。これによって支持体付きメタルマスク装置１００の支持体付きメタルマスクが出来上がる。
【００６７】
接合工程４００では、支持体付きメタルマスク装置１００の支持体付きメタルマスクに代えて、図９、図１１に示す支持体付きメタルマスク装置２００、３００のいずれかの支持体付きメタルマスクを製造してもよい。支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを製造する場合には、図８に示すように、メタルマスク１１０と支持体１１４とを接合し、メタルマスク１１０とマスクリング１１８とで挟む構成とすればよい。
【００６８】
接合工程４００において支持体付きメタルマスク装置３００の支持体付きメタルマスクを製造する場合には、図１０に示すように、２つの支持体１１４、２１４をメタルマスク１１０を挟むようにその表裏面にそれぞれ接合すればよい。更に、一方の支持体１１４の格子部１１６の周囲の領域に、マスクリング１１８を接合してもよい。
【００６９】
接合工程４００におけるあらゆる接合は、メッキ法、固相拡散接合法、半田接合法、電気抵抗溶接法およびレーザ溶接法から選択される方法によって行ってもよい。固相拡散接合法は、拡散溶接とも言われ、母材を密着させて加圧することにより接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する溶接方法である拡散接合の一種である。電気抵抗溶接法には、プジェクション溶接、スポット溶接、シーム溶接などがある。
【００７０】
（半導体装置の製造方法：マスク工程）
以下、接合工程４００において、例えば、図９の支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを使用した半導体装置の製造方法の工程を説明する。図１５に示すように、接合工程４００の後には、マスク工程４１０を行う。図１６は図１５のマスク工程４１０を示す図である。マスク工程４１０では、まず、支持体１１４と実質的に線膨張係数が等しく、フォトリソグラフィーで製造されたトランジスタの拡散工程やそれら複数のトランジスタ間の電気的な接続を行うフォトリソグラフィーで製造された内部配線が完了した半導体基板１０２を用意する。そして図１６に示すように、半導体基板１０２の格子状のスクライブライン１０６に沿って溝５００を加工する。この溝５００は幅約５０〜８０μｍとし、深さは５０μｍ以上である。かかる溝５００は、例えば、半導体ウェハを個々のデバイスチップに分離する手法と同様にハーフダイシングすることにより、形成が可能である。
【００７１】
次に、図１６に示すように、溝５００が加工された半導体基板１０２を基板ホルダ１２２の孔１２４に埋設して固定する。さらに支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを、支持体１１４の格子部１１６が溝５００に嵌るように、半導体基板１０２に密着させて被せる。詳細には、半導体基板１０２のスクライブライン１０６は溝５００によって基板（チップ）表面よりも低い凹型の形状を有し、格子部１１６は凹型の形状に対応する形状を有していて凹型の形状と嵌るように接する。よって、メタルマスク１１０の表面が半導体基板１０２（チップ）の表面に密着する。
【００７２】
上記の方法によれば、支持体１１４の格子部１１６と半導体基板１０２の溝５００とを利用して、メタルマスク１１０を半導体基板１０２に対して位置決めすることとなる。この方法によれば、線膨張によるメタルマスク１１０の変形だけでなく、メタルマスク１１０を半導体基板１０２に被せるマスク工程における両者の位置ズレも、最小限に抑えることが可能となる。更に、メタルマスク１１０と半導体基板１０２との両者の面の密着性も確保できる。
【００７３】
支持体付きメタルマスク装置２００のメタルマスク１１０には、貫通孔からなる所定の蒸着パターン１１２が設けられている。したがって半導体基板１０２に支持体付きメタルマスクを被せると、半導体基板１０２の表面のうち、配線層を形成すべき領域が、貫通孔を介して露出する。
【００７４】
（半導体装置製造方法：成膜工程）
図１５に示すように、マスク工程４１０の後には成膜工程４２０を行う。成膜工程４２０では、図１６の最後の図面に示す支持体付きメタルマスク装置２００の支持体付きメタルマスクを通して、半導体基板１０２に蒸着金属を蒸着させる。この成膜工程４２０は、本実施形態では、蒸着工程４２２であるイオンプレーティング工程４２２と、リフトオフ工程４２４とを含む。イオンプレーティング工程４２２に替えてスパッタ装置によるスパッタリング工程としてもよい。
【００７５】
図１７は図１６の領域Ｙを拡大した部分拡大図であり、図１５の成膜工程４２０を示す図である。図１７（ａ）に示すように、メタルマスク１１０には、代表として示す貫通孔５２０などの複数の貫通孔からなる蒸着パターン１１２が設けられている。成膜工程４２０の最初のイオンプレーティング工程４２２では、図１７（ｂ）に示すように、イオンプレーティング法によって半導体基板１０２の表面に金属１０４を蒸着させる。イオンプレーティング法とは、蒸着させるべき金属材料を真空中で蒸発又は昇華させ、金属蒸気に正の電荷、半導体基板１０２に負の電位を印加し、メタルマスクを陰極側の電極に接続することによって、半導体基板１０２に金属材料を蒸着させる方法である。すなわち、マスク工程が完了した図１６の最後の図面に示される組立体を真空チャンバ（図示省略）に収容し、気体状の金属１０４（Ｃｕなど）に正の電荷、半導体基板１０２に負の電荷を印加することによって行う。尚、金属はアルミでもよい。
【００７６】
これにより、支持体付きメタルマスク装置２００を構成するメタルマスク１１０の蒸着パターン１１２を介して露出している半導体基板１０２の表面に、金属１０４（例えばバリア金属材料、Ｃｕの２層を含んでよい、更にそれらの金属材料に替えてアルミを主成分とする材料でもよい）が堆積した状態となる。
【００７７】
このようにして半導体基板１０２に金属１０４を蒸着させた後、支持体付きメタルマスクを半導体基板１０２から剥離する（リフトオフ工程４２４）。このリフトオフ工程４２４によって、図１７（ｃ）に示すように、半導体基板１０２の表面に金属１０４からなる配線層を残存させる。これにより、蒸着パターン１１２に応じた配線層が残存することから、これらの製造工程においてフォトリソグラフィー法を用いることなく、リフトオフ法によって配線層がパターニングされることになる。このように、本実施形態では、イオンプレーティング工程４２２とリフトオフ工程４２４によって、フォトリソグラフィー法を用いることなく所望の配線パターンの配線層を直接形成することができる。本明細書においては、このような手法をイオンプリンティングと呼ぶことがある。所望の配線層のパターンと同じ複数の配線層を成膜する場合には、配線層の数だけイオンプレーティング工程４２２とリフトオフ工程４２４とを繰り返せばよい。異なる配線パターンを多層で形成する場合、マスク工程４１０とイオンプレーティング工程４２２とリフトオフ工程４２４とを繰り返せばよい。
【００７８】
本実施形態による支持体付きメタルマスク装置を使用した半導体装置の製造方法によれば、メタルマスク１１０を半導体基板１０２に被せる第１の工程、イオンプリンティングによって、金属の蒸着によって配線層（蒸着金属１０４）を形成する第２の工程、及びリフトオフの第３の工程で構成される１セットの工程を、１つのメタルマスク１１０によって行うことができる。しかも、メタルマスク１１０は、フォトリソグラフィー工程（レジストの塗布、露光、現像、及びレジストの剥離を含む一連の工程）によって形成されたフォトレジストよりも安価に大量生産可能であるとともに、メタルマスク１１０及び支持体１１４にそれぞれ被着した金属をエッチングにより除去すれば、クリーニングされたメタルマスク１１０、支持体１１４及びそのエッチングされた金属材料を繰り返し使用することが可能である。本発明者らの実験によれば、５回程度繰り返して使用しても、形成される配線層（蒸着金属１０４）に品質の低下は見られなかった。これらにより、生産性が高く低コストな半導体装置を提供することが可能となる。
【００７９】
（成膜工程の背景）
半導体基板の配線層の成膜には、フォトリソグラフィー法が広く使用されているが、本発明者らは、上述のように、メタルマスク１１０を介してフォトリソグラフィー法を用いてトランジスタやそのトランジスタに接続する内部配線等を含む半導体基板１０２の上に金属材料をイオンプレーティングし、その後メタルマスク１１０を剥離（リフトオフ）する方法を用いている。メタルマスク１１０のハンドリングは、厳密には支持体付きメタルマスク装置２００等の支持体付きメタルマスクごと行っている。
【００８０】
イオンプレーティング法自体は広く知られた金属成膜方法であるが、イオンプレーティング法とリフトオフ法を組み合わせることによって、フォトリソグラフィー法を用いることなく配線層を直接形成する方法（イオンプリンティング）は、少なくとも半導体チップのウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ: Wafer Level Package）においては提案された例がない。その理由として、ＷＬＰにおいて膜厚の薄い配線層を形成する方法としては、フォトリソグラフィー法と蒸着やスパッタリングなどの非イオンスピーシーズによる物理被着を用いた方法が確立していて、ＷＬＰにおいて膜厚の厚い配線層を形成する方法としては、フォトリソグラフィー法とメッキ法を用いた方法が確立しているためであると考えられる。
【００８１】
しかしながら、本発明者らの研究によれば、上記の方法、すなわちイオンプリンティングで回路基板上に配線層を形成する方が、フォトリソグラフィー法を用いた現在のプロセスよりも製造コストが低くなるばかりでなく、形成された配線層の特性も良好となることを見いだした。これが本発明による半導体装置製造方法の実施形態の成膜工程にて、イオンプレーティング法を採用している理由である。
【００８２】
イオンプレーティングのように、イオンで被着するＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）によれば、半導体基板に電荷がすべて蓄積され、この電位が偏在化し、半導体基板中に既に形成されたトランジスタ及びそのトランジスタに電気的に接続する内部端子電極などの回路が破壊されてしまう。したがって、イオンで被着するＰＶＤは内部端子電極を電気的に接続する金属性の導体を形成する工程には使えない、というのが、当業者の技術常識であった。したがって、上記工程にイオンプレーティングを使用する、という本発明に相当する技術は、従来存在せず、専ら、レジスト等を使用したフォトリソ法、メタルマスクを含む印刷法、並びにメッキ法等が用いられてきた。
【００８３】
本発明では、「メタルマスク」を用いて「イオンプレーティング」を行っている。マスクがメタルであり、これが電位を均質化するため、イオンプレーティングを用いるにも拘らず内部端子電極が破壊されない、という、きわめて重要な効果が得られる。
【００８４】
すなわち、メタルマスクには、イオンの粒子の有する正の電荷が吸収され、電位が均質化される。これは、イオンプレーティングによってイオンの粒子から成膜された金属性の導体が、メタルマスクに接しているためである。仮に接していなくても、真空中で成膜が行われ、しかも成膜された導体からメタルマスクまでの隙間が狭いため、簡単に電荷がメタルマスクにリークする。
【００８５】
本発明はこのように、半導体基板の内部端子電極に電気的に接続する金属性の導体を形成する工程にイオンプレーティングは使えない、という当業者の技術常識を覆したものである。
【００８６】
これまで述べた半導体装置の製造方法の一例を総括すると、次のようになる。内部端子電極を有する半導体基板に、内部端子電極と外部とを電気的に接続する外部端子電極を形成する回路基板の製造方法であって、内部端子電極を含む基板の表面の一部が露出するような開口部を有する、陰極側に接続される金属性のメタルマスクを基板に被せるマスク工程と、基板の表面の一部及びメタルマスク上に、イオンプレーティング法により正の電荷を有するイオンの粒子から金属性の導体を形成する成膜工程と、メタルマスクを剥離することによって、基板の表面の一部に形成された内部端子電極と電気的に接続する金属性の導体からなる配線層を残存させるリフトオフ工程と、配線層に電気的に接続された外部端子電極を形成する電極形成工程と、を備える。
【００８７】
（半導体装置製造方法：分割工程）
図１５に示すように、成膜工程４２０の後には分割工程４３０を行う。分割工程４３０では、支持体１１４の格子部１１６に対応する格子状のスクライブライン１０６に沿って、半導体基板１０２を複数のチップに切断（分割）する。これは、既に説明したレーザステルスダイシングによって行うことができる。
【００８８】
なお、本明細書の半導体装置製造方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、その他の工程を含んでもよい。例えば、リフトオフ工程４２４と分割工程４３０の間には、形成された金属１０４に更に電気的に接続する外部端子電極（ソルダーボールやボンディングワイヤ）を形成する外部端子形成工程を含んでもよい。
【００８９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９０】
本願の技術思想のメタルマスクは、実施例で開示したシリコンを基板とするウェハに限られない。例えば、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイの製造に使用するメタルマスクにも適用できる。その場合、基板としてガラス基板やプラスチック基板が用いられる。特に、それらの基板は、半導体ウェハの面積（口径）よりも遥かに大きく、本願の作用、効果がより一層発揮できる。
【００９１】
更に、支持体付きメタルマスクとマスクリングとの密着方法、接合方法、支持体付きメタルマスクと基板との密着方法、基板と基板ホルダとの密着方法、基板ホルダの構造は、実施例が開示する方法、構造に限られない。更に、半導体基板１０２の線膨張率＞メタルマスク１１０の線膨張率の関係であってもよい。支持体、接合体の線膨張率もそれらの間にあればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、基板に金属を蒸着させる際に用いられる支持体付きメタルマスク装置およびその支持体付きメタルマスク装置を用いた装置の製造方法、好ましくは、基板に金属を蒸着させる際に用いられる支持体付きメタルマスク装置およびその支持体付きメタルマスク装置を用いた装置の製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００、２００、３００ …支持体付きメタルマスク装置
１０２ …半導体基板
１０４ …蒸着金属
１０６、２０６ …スクライブライン
１１０ …メタルマスク
１１２、１２６ …蒸着パターン
１１４、２１４ …支持体
１１６、２１６ …格子部
１１８ …マスクリング
１２０、１２８、１３０ …接合体
１２２ …基板ホルダ
５００ …溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が含む複数のすべてのチップ及び前記複数のすべてのチップのそれぞれの間を示す複数のスクライブラインを物理的に１枚のプレートで覆い、前記基板と異なる線膨張係数を有し、前記複数のすべてのチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターンを複数の貫通孔として有し、前記複数の貫通孔を通じて基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスクと、
前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有し、前記複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部を有する支持体と、
前記一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、前記メタルマスクと前記支持体とを接続する接合体と、を備えることを特徴とする、支持体付きメタルマスク装置。
【請求項２】
前記接合体は、前記複数のすべてのチップのうち少なくとも製品有効領域に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項３】
前記接合体は、第１の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第１のライン及び前記第１の方向と異なる第２の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第２のラインとの交点の領域に配置される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項４】
前記接合体は、第１の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第１のライン及び前記第１の方向と異なる第２の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第２のラインの少なくともいずれか一方のラインに配置される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項５】
前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第１のラインおよび前記第２のラインを構成していて、前記接合体は、前記いずれか一方のラインの領域に配置されることを特徴とする請求項４に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項６】
前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第１のラインおよび前記第２のラインを構成していて、各マス目の長辺の第１の領域に前記接合体が配置され、各マス目の短辺のうち前記第１の領域よりも小さな第２の領域に前記接合体が配置されることを特徴とする請求項４に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項７】
前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第１のラインおよび前記第２のラインを構成していて、各マス目の長辺に第１の数の前記接合体が配置され、各マス目の短辺に前記第１の数よりも少ない前記接合体が配置されることを特徴とする請求項４に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項８】
前記支持体は、前記メタルマスクの第１の面に前記接合体によって接続する第１の支持体と、前記第１の面とは異なる第２の面に前記接合体によって接続する第２の支持体を含む、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項９】
前記第１の支持体が有する格子部及び前記第２の支持体が有する格子部は、少なくとも前記複数のスクライブラインのうち互いに異なるスクライブラインに対応するマス目を有することを特徴とする請求項８に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１０】
前記第１の支持体が有する格子部及び前記第２の支持体が有する格子部は、第１の方向及び前記第１の方向と異なる第２の方向の少なくともいずれか一方において、前記複数のスクライブラインのうち互いに異なるスクライブラインに対応するマス目を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１１】
前記基板のスクライブラインは、前記チップの表面よりも低い凹型の形状を有し、
前記第１の支持体の格子部は、前記凹型の形状に対応する形状を有する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１２】
前記メタルマスクの表面は、前記基板のチップの表面に接する、ことを特徴とする請求項１１に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１３】
前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記支持体の外周及び前記メタルマスクの外周の少なくともいずれか一方を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する板材を備える、こと特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１４】
前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記基板を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する基板ホルダを備える、こと特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１５】
前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記支持体の最外周及び前記メタルマスクの最外周の少なくともいずれか一方を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する板材と、
前記基板を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する基板ホルダとを備え、
前記板材と前記基板ホルダによって前記支持体及び前記メタルマスク並びに前記基板を挟み込む、こと特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１６】
前記基板は半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１７】
支持体付きメタルマスクを基板に設置するマスク工程と、
前記メタルマスクの貫通孔を通して前記基板の表面に金属を蒸着する蒸着工程と、
前記支持体付きメタルマスクを前記基板から剥離するリフトオフ工程と、を備えることを特徴とする装置の製造方法。
【請求項１８】
更に、前記基板の表面に蒸着された金属に、外部端子電極を形成する外部端子形成工程、を備えることを特徴とする請求項１７に記載の装置の製造方法。
【請求項１９】
更に、少なくとも前記リフトオフ工程の後、前記スクライブラインに沿って前記基板を複数のチップに分割する分割工程と、を備えることを特徴とする請求項１７または１８に記載の装置の製造方法。
【請求項２０】
前記基板は半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の装置の製造方法。
【請求項１】
基板が含む複数のすべてのチップ及び前記複数のすべてのチップのそれぞれの間を示す複数のスクライブラインを物理的に１枚のプレートで覆い、前記基板と異なる線膨張係数を有し、前記複数のすべてのチップにそれぞれ対応する複数の所定のパターンを複数の貫通孔として有し、前記複数の貫通孔を通じて基板に金属を蒸着させる単一のメタルマスクと、
前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有し、前記複数のスクライブラインの少なくとも一部のスクライブラインに対応する格子部を有する支持体と、
前記一部のスクライブライン内の少なくとも一部の領域において、前記メタルマスクと前記支持体とを接続する接合体と、を備えることを特徴とする、支持体付きメタルマスク装置。
【請求項２】
前記接合体は、前記複数のすべてのチップのうち少なくとも製品有効領域に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項３】
前記接合体は、第１の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第１のライン及び前記第１の方向と異なる第２の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第２のラインとの交点の領域に配置される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項４】
前記接合体は、第１の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第１のライン及び前記第１の方向と異なる第２の方向に延在する前記スクライブラインに対応する前記格子部の第２のラインの少なくともいずれか一方のラインに配置される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項５】
前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第１のラインおよび前記第２のラインを構成していて、前記接合体は、前記いずれか一方のラインの領域に配置されることを特徴とする請求項４に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項６】
前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第１のラインおよび前記第２のラインを構成していて、各マス目の長辺の第１の領域に前記接合体が配置され、各マス目の短辺のうち前記第１の領域よりも小さな第２の領域に前記接合体が配置されることを特徴とする請求項４に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項７】
前記格子部の各マス目は長方形であり、各マス目の短辺および長辺がそれぞれ、前記第１のラインおよび前記第２のラインを構成していて、各マス目の長辺に第１の数の前記接合体が配置され、各マス目の短辺に前記第１の数よりも少ない前記接合体が配置されることを特徴とする請求項４に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項８】
前記支持体は、前記メタルマスクの第１の面に前記接合体によって接続する第１の支持体と、前記第１の面とは異なる第２の面に前記接合体によって接続する第２の支持体を含む、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項９】
前記第１の支持体が有する格子部及び前記第２の支持体が有する格子部は、少なくとも前記複数のスクライブラインのうち互いに異なるスクライブラインに対応するマス目を有することを特徴とする請求項８に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１０】
前記第１の支持体が有する格子部及び前記第２の支持体が有する格子部は、第１の方向及び前記第１の方向と異なる第２の方向の少なくともいずれか一方において、前記複数のスクライブラインのうち互いに異なるスクライブラインに対応するマス目を有する、ことを特徴とする請求項９に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１１】
前記基板のスクライブラインは、前記チップの表面よりも低い凹型の形状を有し、
前記第１の支持体の格子部は、前記凹型の形状に対応する形状を有する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１２】
前記メタルマスクの表面は、前記基板のチップの表面に接する、ことを特徴とする請求項１１に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１３】
前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記支持体の外周及び前記メタルマスクの外周の少なくともいずれか一方を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する板材を備える、こと特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１４】
前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記基板を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する基板ホルダを備える、こと特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１５】
前記支持体付きメタルマスク装置は、更に、前記支持体の最外周及び前記メタルマスクの最外周の少なくともいずれか一方を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する板材と、
前記基板を支持し、前記メタルマスクの線膨張係数と前記基板の線膨張係数との間の線膨張係数、又は前記基板と同一の線膨張係数を有する基板ホルダとを備え、
前記板材と前記基板ホルダによって前記支持体及び前記メタルマスク並びに前記基板を挟み込む、こと特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１６】
前記基板は半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の支持体付きメタルマスク装置。
【請求項１７】
支持体付きメタルマスクを基板に設置するマスク工程と、
前記メタルマスクの貫通孔を通して前記基板の表面に金属を蒸着する蒸着工程と、
前記支持体付きメタルマスクを前記基板から剥離するリフトオフ工程と、を備えることを特徴とする装置の製造方法。
【請求項１８】
更に、前記基板の表面に蒸着された金属に、外部端子電極を形成する外部端子形成工程、を備えることを特徴とする請求項１７に記載の装置の製造方法。
【請求項１９】
更に、少なくとも前記リフトオフ工程の後、前記スクライブラインに沿って前記基板を複数のチップに分割する分割工程と、を備えることを特徴とする請求項１７または１８に記載の装置の製造方法。
【請求項２０】
前記基板は半導体基板、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２５６４０９（Ｐ２０１１−２５６４０９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９４７５（Ｐ２０１０−１２９４７５）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（７０９００６５０７）株式会社ＳＫＬｉｎｋ (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（７０９００６５０７）株式会社ＳＫＬｉｎｋ (14)
【Ｆターム（参考）】
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