JP2005045124A - ステンシルマスク、荷電粒子照射装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ステンシルマスクに対する特別な処理を必要とせずにステンシルマスクの長寿命化を図れるステンシルマスク、荷電粒子照射装置及び方法を提供すること。
【解決手段】 厚さ方向を貫通する開口パターン10が形成されたステンシルマスク4の表裏を反転させる反転手段を設け、荷電粒子の照射を受けた面4aを被処理基板5に対向する側に、被処理基板5に対向していた面を荷電粒子の入射を受ける側に位置変換できるようにした。反転手段は、ステンシルマスク4の外縁部を静電吸着するマスクホルダ1と、このマスクホルダ1を支持部3の軸まわりに回転させる回転手段から構成される。
【選択図】 図3
【解決手段】 厚さ方向を貫通する開口パターン10が形成されたステンシルマスク4の表裏を反転させる反転手段を設け、荷電粒子の照射を受けた面4aを被処理基板5に対向する側に、被処理基板5に対向していた面を荷電粒子の入射を受ける側に位置変換できるようにした。反転手段は、ステンシルマスク4の外縁部を静電吸着するマスクホルダ1と、このマスクホルダ1を支持部3の軸まわりに回転させる回転手段から構成される。
【選択図】 図3
Description
本発明は、荷電粒子を被処理基板へと選択的に通すための開口パターンが厚さ方向を貫通して形成されたステンシルマスク、このステンシルマスクを用いた荷電粒子照射装置及び方法に関する。更に詳しくは、荷電粒子の入射を受けた損傷領域がステンシルマスクの一方の面に偏らせないようにしてステンシルマスクの反りの抑制を図ったステンシルマスク、荷電粒子照射装置及び方法に関する。
半導体装置の製造に際して、例えばシリコン基板などの被処理基板に所望の導電型の領域を形成するために不純物イオンを打ち込むイオン注入が従来より行われている。このイオン注入の方法として、半導体基板に対して所定の距離だけ離して対向させたステンシルマスクを用いる方法がある。例えば、特許文献1、非特許文献1参照。
特開平11−288680号公報
「LSI製造システムで出し抜く」,日経マイクロデバイス,日経BP社,2001年,2月号,p.45
図11(a)に示すように、ステンシルマスク4には所望の開口パターン10が形成され、その開口パターン10を通して被処理基板5に対して荷電粒子の注入が選択的に行われる。
ステンシルマスクを用いたイオン注入は、半導体基板上に密着形成されるレジストマスクを用いる方法のようにリソグラフィ工程やレジストマスク除去工程を必要とせず、1枚のステンシルマスクを繰り返して使うことができ、効率的且つ低コストなプロセスであり、多品種少量生産に適した製造技術の1つとして大いに期待されている。
しかし、繰り返し使われているうちに、開口パターン以外の部分に対するイオンの衝突も繰り返され、その部分でのダメージが蓄積されていく。この結果、複数回のイオン注入工程の後には、図11(b)に示すようにイオン衝突を繰り返し受けたダメージ層12aによって誘発される内部応力によってステンシルマスク4に反りが生じ、高い精度でもってイオン注入を行うことができなくなってしまう。
そこで、例えば非特許文献2、3には、予めステンシルマスクに不純物注入を行ってステンシルマスクの強度を高めるようにすることが開示されている。
「IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing」,2002年5月,,VOL.15,No.2,p.183-188 「Technical Digest of International Electron Devices Meeting 2000 (IEDM2000)」,p.869-871
「IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing」,2002年5月,,VOL.15,No.2,p.183-188 「Technical Digest of International Electron Devices Meeting 2000 (IEDM2000)」,p.869-871
図12のグラフは、予めステンシルマスクに不純物注入を行った場合(実線b)と、行わなかった場合(点線a)とで、ステンシルマスクの反り量を比較した結果である。横軸はイオンの累積ドーズ量を示し、縦軸はステンシルマスクと被処理基板間の距離の変化を示す。図12から明らかなように、予めステンシルマスクに不純物注入を行った場合(実線b)の方がステンシルマスクと被処理基板間の距離の変化が小さく、すなわちステンシルマスクの反りを抑制できている。
しかし、予めステンシルマスクに対して、被処理基板へのイオン注入とは別に、反り抑制のための不純物注入を行うことは、その分、手間と時間を要し、コストアップにつながってしまう。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、ステンシルマスクに対する特別な処理を必要とせずにステンシルマスクの長寿命化を図れるステンシルマスク、荷電粒子照射装置及び方法を提供することにある。
以上の課題を解決するにあたり、本発明のステンシルマスクは、荷電粒子を被処理基板へと選択的に通すための開口パターンとして、開口パターンAと、この開口パターンAを表裏反転した開口パターンBが形成されていることを特徴としている。
また、以上の課題を解決するにあたり、本発明の荷電粒子照射装置は、厚さ方向を貫通する開口パターンが形成されたステンシルマスクの表裏を反転させる反転手段を設け、荷電粒子の照射を受けた面を被処理基板に対向する側に、被処理基板に対向していた面を荷電粒子の入射を受ける側に位置変換できるようにしたことを特徴としている。
また、以上の課題を解決するにあたり、本発明の荷電粒子照射方法は、厚さ方向を貫通する開口パターンが形成されたステンシルマスクの一表面を被処理基板に対向させ、他表面側から荷電粒子を入射させて開口パターンを通して被処理基板に荷電粒子を照射する工程と、ステンシルマスクの表裏を反転させ、ステンシルマスクの他表面を被処理基板に対向させ、一表面側から荷電粒子を入射させて開口パターンを通して被処理基板に荷電粒子を照射する工程とを有することを特徴としている。
ステンシルマスクの表裏を反転させることで、荷電粒子の入射を受ける面と、被処理基板に対向する面とを入れ替えることができ、ステンシルマスクのどちらか一方の面だけが偏って荷電粒子による損傷を受けることを回避できる。これにより、ステンシルマスクの損傷に起因する内部応力もステンシルマスクの両面で同程度とすることができ、それぞれの表面側で生じる内部応力どうしが相殺し合ってステンシルマスクの反りを抑制できる。この結果、ステンシルマスクの繰り返し使用回数(使用寿命)を長くでき、コストの低減が図れる。
ステンシルマスクの材料としては、ステンシルマスクが荷電粒子によってスパッタされて浮遊する粒子による汚染を考慮すると、被処理基板と同じ材料とするのが好ましい。例えば被処理基板がシリコン基板の場合には、ステンシルマスクもシリコン材料とする。あるいは、スパッタされにくいタングステンなどの金属材料としてもよい。
ステンシルマスクを反転させる反転手段としては、ステンシルマスクを保持するマスクホルダごとひっくり返す構成が挙げられる。例えば、ステンシルマスクの外縁部に吸着してステンシルマスクを保持するマスクホルダと、ステンシルマスクの面に平行な軸まわりにマスクホルダを回転させる回転手段とを備えた反転手段が挙げられる。
マスクホルダがステンシルマスクを保持する構成としては、ステンシルマスクのどちらか一表面の外縁部に吸着する静電チャック式、あるいはステンシルマスクの両面の外縁部を挟み込むクランプ式などを採用することができる。
また、マスクホルダを回転手段を用いずに人の手によってひっくり返すようにしてもよい。この場合における上記反転手段としては、反転可能に据え付けられたマスクホルダから構成される。ただし、被処理基板に対する荷電粒子照射を真空下で行うような場合には、マスクホルダの反転を行う作業のたびに照射室の真空破壊を行わなければならないので生産効率が悪くなる。
その点、例えば電動モータなどの回転手段にてマスクホルダを反転させる構成では、照射室の真空雰囲気を維持したまま照射室外からの操作にてマスクホルダをひっくり返すことが行える。
なお、マスクホルダの構成の一例として、ステンシルマスクの外縁部を保持するリング状の吸着部と、この吸着部から棒状に突き出た支持部を有し、その支持部でもって片持ち支持されようにし、反転時にはその支持部を回転軸としてマスクホルダを回転させる構成が挙げられる。あるいはリング状の吸着部を挟んでほぼ一直線状になって向き合う支持部を2本設けた両持ち支持にしてもよい。片持ち支持にした場合にはマスクホルダの回転や移動のための構成を簡単にできるという利点がある。
また、ステンシルマスクが反転することによって、開口パターンの向きが変わってしまうような場合には、ステンシルマスクに、開口パターンAと、この開口パターンAを表裏反転した開口パターンBとを形成すればよい。
更にこの場合に、ステンシルマスクが反転されるごとに、開口パターンAを通って荷電粒子が被処理基板に至る経路と、開口パターンBを通って荷電粒子が被処理基板に至る経路のどちらかを選択的に切り替えて遮蔽する遮蔽部材を設ければ、被処理基板には開口パターンA、Bのどちらか一方のみに基づいた荷電粒子照射領域を形成することができる。すなわち、開口パターンAに基づいた荷電粒子照射領域と、開口パターンBに基づいた荷電粒子照射領域とが同一の被処理基板上に混在して形成されることを回避できる。遮蔽部材をステンシルマスクと被処理基板との間に設けることで、ステンシルマスクに対する荷電粒子の入射は遮蔽部材によって妨げられず、この結果ステンシルマスクの表裏でダメージ層の面方向の分布を同じにできる。
また、ステンシルマスクの表裏の反転を行うタイミングとしては、被処理基板上に分割されて形成された各小領域ごとに行うよりも、1枚の被処理基板ごとに、あるいは複数枚の被処理基板ごとに行う方が反転の頻度を少なくでき、その分生産効率を向上できる。
本発明によれば、ステンシルマスクの表裏を反転させることで、荷電粒子の照射を受けた面を被処理基板に対向する側に、被処理基板に対向していた面を荷電粒子の入射を受ける側に位置変換でき、ステンシルマスクのどちらか一方の面だけが偏って荷電粒子による損傷を受けることを回避できる。これにより、ステンシルマスクの損傷に起因するステンシルマスクの反りを抑制でき、この結果、ステンシルマスクの繰り返し使用回数(使用寿命)を長くでき、コスト低減が図れる。
[第1の実施形態]
本実施形態では、荷電粒子照射装置の一例として、半導体結晶中におけるn型、p型の導電型変換や不純物濃度制御に用いられるイオン注入装置を示す。
本実施形態では、荷電粒子照射装置の一例として、半導体結晶中におけるn型、p型の導電型変換や不純物濃度制御に用いられるイオン注入装置を示す。
(荷電粒子照射装置の構成)
イオン注入装置は、イオン源、質量分析部、加速部、偏向マグネット、照射部などから構成される。イオン源では放電により原子がイオン化される。質量分析部ではイオン源で生成されたイオンガスの中から目的のイオンが取り出され、加速部はそのイオンを電界を利用して加速し、偏向マグネットは加速されたイオンを偏向して照射部へと導く。
イオン注入装置は、イオン源、質量分析部、加速部、偏向マグネット、照射部などから構成される。イオン源では放電により原子がイオン化される。質量分析部ではイオン源で生成されたイオンガスの中から目的のイオンが取り出され、加速部はそのイオンを電界を利用して加速し、偏向マグネットは加速されたイオンを偏向して照射部へと導く。
図1は、偏向マグネット11及びこの偏向マグネット11の下方に設けられる照射部20の斜視図を示す。照射部20は、被処理基板5を支持するステージや、ステンシルマスク4を被処理基板5に対向させて保持するマスクホルダ1などを備えている。
被処理基板5は例えば多数の半導体チップが作り込まれるシリコン基板であり、その被処理基板5はステージ6上に支持されている。ステージ6は例えば円形状の支持面を有し、第1の直線移動ステージ7上に固定されている。第1の直線移動ステージ7は、第2の直線移動ステージ8上を、矢印X方向に沿って移動自在となっている。第2の直線移動ステージ8はベース9上を矢印Y方向に沿って移動自在となっている。第1の直線移動ステージ7の移動方向(矢印X)と、第2の直線移動ステージ8の移動方向(矢印Y)とは互いに直交している。
被処理基板5に対しては、例えば数十μm〜100μmほどの間隙をあけてステンシルマスク4が対向される。ステンシルマスク4は、例えば、被処理基板5と同じシリコン材料からなる円板状を呈する。被処理基板5とステンシルマスク4とは互いの面を平行にして向き合う。
また、ステンシルマスク4には、図2に示すように開口パターン10が形成されている。開口パターン10は、ステンシルマスク4の厚さ方向を貫く複数の貫通孔の集合として形成される。
ステンシルマスク4はマスクホルダ1によって、被処理基板5との間に上記間隙を保って保持されている。マスクホルダ1は、例えば強誘電体セラミックスの内部に金属電極を設けてなるリング状の静電吸着部2を有し、その金属電極に電圧を印加してステンシルマスク4の外縁部と静電吸着部2の表面との間に正負の電荷を発生させて、ステンシルマスク4の外縁部を吸着する。
マスクホルダ1の静電吸着部2の外周側には径外方に延在する棒状の支持部3が接続され、この支持部3は、図示しないマスクホルダ駆動手段に連結されている。マスクホルダ駆動手段は、マスクホルダ1を反転させる回転手段や、マスクホルダ1を上下方向に移動させる上下動手段や、マスクホルダ1を水平面内で移動させる水平移動手段などを備えている。
上記回転手段は例えば電動モータであり、この回転手段とマスクホルダ1とから、本実施形態に係る反転手段が構成される。
(被処理基板への荷電粒子照射方法)
次に、以上の荷電粒子照射装置を用いた被処理基板への荷電粒子照射方法について説明する。
次に、以上の荷電粒子照射装置を用いた被処理基板への荷電粒子照射方法について説明する。
先ず、図2に示すように、ステンシルマスク4の一表面4aを荷電粒子の入射を受ける側(図1に示す偏向マグネット11に対向する側)に向け、この一表面4aの反対面である他表面4b(図2(b)参照)を被処理基板5に対向させた状態で、一表面4a側から荷電粒子Iを入射させる。例えば、Bイオン、Pイオン、Asイオンなどの荷電粒子Iは、方向性の整った、なおかつ加速された荷電粒子ビームとしてステンシルマスク4に入射する。
ステンシルマスク4に形成された開口パターン10は、荷電粒子Iの照射を行うべき被処理基板5上の所望の半導体チップ13aに位置合わせされている。
ステンシルマスク4に入射される荷電粒子Iは、開口パターン10を通り抜けるもののみが半導体チップ13aに打ち込まれ、開口パターン10に応じた所望の不純物領域が半導体チップ13aに形成される。開口パターン10以外の部分では、荷電粒子Iは、ステンシルマスク4の一表面4aに打ち込まれ、その荷電粒子Iと、ステンシルマスク4の結晶格子原子との衝突によって結晶は損傷を受け、一表面4aの表層にダメージ層12a(図2(b)参照)が形成される。
次に、他の半導体チップへ荷電粒子照射を行う場合には、その前に、図3に示すごとくステンシルマスク4の表裏を反転させる。具体的には、ステンシルマスク4を保持するマスクホルダ1の支持部3に連結された回転手段(例えば電動モータ)を駆動させて、支持部3を回転軸として(1点鎖線で示される、ステンシルマスク4の面に平行な軸を回転軸として)マスクホルダ1を回転させる。このマスクホルダ1の回転により、マスクホルダ1の静電吸着部2に外縁部が吸着されたステンシルマスク4も回転され表裏が反転する。
なお、ステンシルマスク4をマスクホルダ1ごと反転させるに際しては被処理基板5あるいはこれを支持するステージとの干渉を避けるため、上述した上下動手段にてマスクホルダ1をステージから離れる方向に移動させ、その位置で反転させてから再びステージ側に移動させて、被処理基板5と所望の間隙になるように接近させる。あるいは、上述した水平移動手段にてマスクホルダ1をステージから外れた位置に移動させ、その位置で反転させてから再びステージ上に戻すようにしてもよい。
以上のことにより、図4に示すように、先の半導体チップ13aへの荷電粒子照射の際には被処理基板5に対向していたステンシルマスク4の他表面4bが、荷電粒子Iの入射を受ける側(図1に示す偏向マグネット11に対向する側)に向けられ、この他表面4bの反対面であり先の半導体チップ13aへの荷電粒子照射の際には荷電粒子Iの入射を受ける側に向けられていた一表面4aは被処理基板5に対向させられる。
そして、被処理基板5を支持するステージ6、7、8(図1参照)を移動させるなどして、ステンシルマスク4に形成された開口パターン10を、今回荷電粒子Iの照射を行うべき半導体チップ13b(図4参照)に位置合わせする。
この場合においても、先の半導体チップ13aへの照射時と同様に、荷電粒子Iは、方向性の整った、なおかつ加速された荷電粒子ビームとしてステンシルマスク4に入射し、開口パターン10を通り抜けるもののみが半導体チップ13bに打ち込まれ、開口パターン10に応じた所望の不純物領域が半導体チップ13bに形成される。
開口パターン10以外の部分では、荷電粒子Iは、ステンシルマスク4の他表面4bに打ち込まれ、その荷電粒子Iと、ステンシルマスク4の結晶格子原子との衝突によって結晶は損傷を受け、他表面4bの表層にダメージ層12b(図4(b)参照)が形成される。
以降、被処理基板5上の他の半導体チップについても、1個の半導体チップごとに、あるいは複数個の半導体チップごとに、ステンシルマスク4は表裏反転されて荷電粒子照射が行われていく。
以上のことにより、ステンシルマスク4の表裏4a、4bにおいて、結晶の損傷程度(ダメージ層12a、12b)をどちらかの面に偏らせることなく均等にでき、その結晶損傷に起因して生じる応力を表裏で同程度とすることができる。この結果、ステンシルマスク4の反りの発生を抑制でき、ステンシルマスク4の長寿命化が図れる。また、ダメージ層12a、12bの形成後に、例えば電気炉を用いて、あるいはレーザを用いてステンシルマスク4に熱を与えてアニール処理を施すことで、さらに効果的な反り抑制を図ることができる。
なお、ステンシルマスク4の表裏反転のタイミングとしては半導体チップ単位で行うことに限らず、被処理基板5ごと、あるいはロットごと(複数枚の被処理基板5ごと)に行ってもよい。この方が、半導体チップ単位で行うよりもステンシルマスク4の反転の頻度を低減でき効率的な半導体製造を行える。
図12に示されるように、1×1016cm-2のドーズ量では、ステンシルマスクの反り量はイオン注入に影響が出るほど大きなものではない。例えばMOSトランジスタにウェルやチャネルストップ等を形成するためのイオン注入ドーズ量は1013cm-2程度であり、1枚の被処理基板あたり100個の半導体チップを形成すると考えても、累積ドーズ量は1013cm-2×100=1015cm-2にしかならないので、被処理基板ごとまたはロットごとの反転でも十分にステンシルマスク表裏の応力の均衡を維持でき、反りの発生を抑制できる。
[第2の実施形態]
次に本発明の第2の実施形態について説明する。なお、上記第1の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
次に本発明の第2の実施形態について説明する。なお、上記第1の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
本実施形態では、図8(a)に示すように、マスクホルダ1においてステンシルマスク4の一表面4aの外縁部に吸着する静電吸着部2の内径R2を、被処理基板5の直径R1よりも大きくしたことを特徴としている。例えば、R2≧2×R1としている。もちろん、静電吸着部2は開口パターン10にはかかっておらず、開口パターン10を通しての荷電粒子の被処理基板5への照射はマスクホルダ1によって妨げられない。
本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様、先ず、図8(a)に示すように、ステンシルマスク4の一表面4aを荷電粒子の入射を受ける側に向け、この一表面4aの反対面である他表面4bを被処理基板5に対向させた状態で、一表面4a側から荷電粒子を入射させる。ステンシルマスク4の他表面4bと被処理基板5との間隙tは例えば数十μm〜100μm程度にされる。
そして、ステンシルマスク4に入射される荷電粒子は、開口パターン10を通り抜けるもののみが被処理基板5上の半導体チップに打ち込まれ、開口パターン10以外の部分では、荷電粒子は、ステンシルマスク4の一表面4aに打ち込まれ、その荷電粒子と、ステンシルマスク4の結晶格子原子との衝突によって一表面4aの表層は損傷を受ける。
次に、他の半導体チップへ荷電粒子照射を行う場合には、第1の実施形態と同様に、ステンシルマスク4を保持するマスクホルダ1ごとステンシルマスク4を反転する。この反転に際しては被処理基板5あるいはこれを支持するステージとの干渉を避けるため、上述した上下動手段にてマスクホルダ1をステージから離れる方向に移動させ、その位置で反転させてから再びステージ側に移動させて、被処理基板5と所望の間隙tになるように接近させる。あるいは、上述した水平移動手段にてマスクホルダ1をステージから外れた位置に移動させ、その位置で反転させてから再びステージ上に戻すようにしてもよい。
以上のことにより、図8(b)に示すように、先の半導体チップへの荷電粒子照射の際には被処理基板5に対向していたステンシルマスク4の他表面4bが、荷電粒子の入射を受ける側に向けられ、この他表面4bの反対面であり先の半導体チップへの荷電粒子照射の際には荷電粒子の入射を受ける側に向けられていた一表面4aは被処理基板5に対向させられる。
このとき、マスクホルダ1の静電吸着部2の内径R2を、被処理基板5の直径R1よりも大きくしたことによって、ステンシルマスク4が反転され静電吸着部2が被処理基板5との対向面側に移動しても図8(b)に示すように、静電吸着部2と被処理基板5との干渉を回避でき、よって、被処理基板5に対向するステンシルマスク4の一表面4aと被処理基板5との間隙tを反転後も維持できる。
ステンシルマスク4と被処理基板5との間隔tとしては、所望の照***度を確保するために、数十μm〜100μm程度に近接させておく必要があるが、本実施形態では、マスクホルダ1によって妨げられることなく、ステンシルマスク4の反転前、反転後においてもその近接距離を保った状態で精度良い荷電粒子照射を行える。なお、上述した例では静電吸着部2をステンシルマスク4の一表面4aの外縁部に吸着させたが、他表面4bの外縁部に吸着さてもよい。
[第3の実施形態]
次に本発明の第3の実施形態について説明する。なお、上記第1、第2の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
次に本発明の第3の実施形態について説明する。なお、上記第1、第2の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
ステンシルマスク4に形成される開口パターンとして、例えば図5に示すように、1点鎖線で示される回転軸を挟んで同じ矩形状の開口部が形成されてなる開口パターンZの場合には、回転軸まわりにステンシルマスク4が回転されその表裏が反転されても、反転前と反転後どちらでも同じ開口パターンZが得られる。
しかし、図6(a)に示すように、例えば1点鎖線で示される回転軸を挟んで同形状のL字状の開口部が形成されてなる開口パターンAの場合には、回転軸まわりにステンシルマスク4が回転されその表裏が反転されると、図6(b)に示すように、L字状の開口部の向きが開口パターンAとは左右が逆になった開口パターンA’となってしまう。
この場合には、図7に示すように、開口パターンAに加えて、この開口パターンAとは左右の向きを逆にした開口パターンBを、ステンシルマスク4の回転軸(1点鎖線で示す)を挟んで向き合うように形成する。すなわち、同じステンシルマスク4に、回転軸に関して対称な2つの開口パターンAと開口パターンBを形成する。回転軸まわりにステンシルマスク4が回転され表裏が反転すると、開口パターンAは開口パターンBの向きに変換され、開口パターンBは開口パターンAの向きに変換される。
このような開口パターンA及びBを有するステンシルマスク4を用いて、例えば被処理基板5上に形成された隣接する2個の半導体チップに対して一度に荷電粒子照射を行う。ある半導体チップに対しては開口パターンAを通して荷電粒子照射を行い、その半導体チップに隣接する半導体チップに対しては開口パターンBを通して荷電粒子照射を行う。
この照射を終えると、ステンシルマスク4を反転させて、同様に開口パターンA、Bを通しての2個の半導体チップに対する荷電粒子照射を行う。この照射後に再びステンシルマスク4を反転させ、また別の2チップ分の荷電粒子照射を行う。以降、これを繰り返すことで、より効率的にデバイスを製造できる。なお、ステンシルマスク4を反転させるタイミングは、本実施の形態においても、半導体チップ単位に限らず、被処理基板ごと、あるいはロットごとでもよい。
本実施形態によれば、1枚の被処理基板において、ある半導体チップには開口パターンAに応じた荷電粒子注入領域(不純物注入領域)が形成され、別の半導体チップには開口パターンAと左右対称性が逆の開口パターンBに応じた荷電粒子注入領域が形成されることになるが、個々の半導体チップに関して性能的な問題はない。
[第4の実施形態]
次に本発明の第4の実施形態について説明する。なお、上記第1、第2、第3の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
次に本発明の第4の実施形態について説明する。なお、上記第1、第2、第3の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
本実施形態では、図9(a)に示すように、ステンシルマスク4と被処理基板5との間に遮蔽部材25を介在させている。遮蔽部材25は、被処理基板5と同材料の例えばシリコン材料からなり、図10に示すように円板状を呈し、その半分ほどの領域は半円状にくり抜かれて開口部25aとなっている。
遮蔽部材25は、被処理基板5と対向する面の外縁部に吸着する静電チャック26によって支持されている。静電チャック26の内径は被処理基板5の直径より大きく、被処理基板5に干渉していない。
半導体製造における荷電粒子(イオン)の注入深さは深いものでも数μmであるので、荷電粒子の透過を部分的に遮断する役割を担う遮蔽部材25の厚さとしては10μm程度あれば十分であり、ステンシルマスク4と被処理基板5との間隙(数十μm〜100μm)に介在させることは可能である。
本実施形態では、先ず、図9(a)に示すように、上記第3の実施形態で説明した開口パターンBの下方に遮蔽部材25のくり抜かれていない部分を位置させ、開口パターンAの下方に遮蔽部材25の開口部25aを位置させる。
これにより、開口パターンBを通り抜けた荷電粒子は遮蔽部材25に打ち込まれて被処理基板5には至らず、他方、開口パターンAを通り抜けた荷電粒子は開口部25aを通ってそのまま被処理基板5上の半導体チップに打ち込まれる。
次に、上記各実施形態と同様にして、ステンシルマスク4をマスクホルダ1ごと表裏反転させ、図9(b)に示すように、先程とは逆に、開口パターンAを遮蔽部材25のくり抜かれていない部分に位置させ、開口パターンBを遮蔽部材25の開口部25aに位置させる。
これにより、開口パターンAを通り抜けた荷電粒子は遮蔽部材25に打ち込まれて被処理基板5には至らず、他方、開口パターンBを通り抜けた荷電粒子は開口部25aを通ってそのまま被処理基板5上の半導体チップに打ち込まれる。
このとき、上記第3の実施形態で説明したように、表裏反転された開口パターンBは開口パターンAと同じ向きになるので、結局、図9(a)に示す反転前と、図9(b)に示す反転後では、どちらも開口パターンAに応じた荷電粒子照射領域(不純物注入領域)が被処理基板5上の半導体チップに形成される。
これによって、半導体デバイスの製造工程全体を通しての無駄なコストアップを回避できる。すなわち、荷電粒子照射工程で2つの開口パターンA、Bに基づいた異なる不純物注入領域を形成してしまうと、エッチングなどの他工程で用いるマスクに関しても開口パターンA、Bと整合をとるために異なるパターンのものを用意する必要が生じてしまい、大きなコストアップにつながる。あるいは、本来同じ製品として製造されるべきものに、2種類以上の規格が生じてしまい、設計を含め大きなコストアップにつながってしまう。
これに対して、本実施形態では、上記遮蔽部材25を用いることで、ステンシルマスク4の表裏反転を繰り返しても、常に同じ開口パターンに基づいた不純物注入領域を形成することができ、上記したようなコストアップをまねかない。
なお、遮蔽部材25にも荷電粒子が注入されダメージ層が形成されるが、遮蔽部材25に関しては、半導体チップに対する合わせ精度のことを考慮する必要はなく、また、注入される荷電粒子はステンシルマスク4の開口パターンを通り抜けてきたもののみであり、ステンシルマスク4に比して入射される荷電粒子のドーズ量ははるかに少なく、更に、半分ほどの領域がくり抜かれていることもあって、反りは生じにくい。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
荷電粒子照射装置としては、開口パターンが形成されたステンシルマスクを用いて被処理基板に対して荷電粒子を選択的に照射させる装置であればよく、イオン注入装置に限らず、イオンエッチング装置、プラズマエッチング装置、電子線露光装置などを挙げることができる。
また、被処理基板としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素などの半導体基板、あるいは液晶パネル基板、その他荷電粒子を照射して処理される基板が挙げられる。
1…マスクホルダ、4…ステンシルマスク、5…被処理基板、10…開口パターン、12a,12b…ダメージ層、25…遮蔽部材、A…開口パターン、B…開口パターンAの表裏反転パターン、Z…開口パターン。
Claims (8)
- 荷電粒子を被処理基板へと選択的に通すための開口パターンが厚さ方向を貫通して形成されたステンシルマスクであって、
前記開口パターンとして、開口パターンAと、前記開口パターンAを表裏反転した開口パターンBが形成されている
ことを特徴とするステンシルマスク。 - 厚さ方向を貫通する開口パターンが形成されたステンシルマスクが被処理基板に対向して配置され、前記ステンシルマスクの前記被処理基板に対する対向面の反対面側から荷電粒子を入射させて、前記開口パターンを通して前記被処理基板に前記荷電粒子を照射する荷電粒子照射装置において、
前記ステンシルマスクの表裏を反転させる反転手段を設け、前記荷電粒子の照射を受けた面を前記被処理基板に対向する側に、前記被処理基板に対向していた面を前記荷電粒子の入射を受ける側に位置変換できるようにした
ことを特徴とする荷電粒子照射装置。 - 前記反転手段は、
前記ステンシルマスクの外縁部に吸着して前記ステンシルマスクを保持するマスクホルダと、
前記ステンシルマスクの面に平行な軸まわりに前記マスクホルダを回転させる回転手段とを備える
ことを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子照射装置。 - 前記マスクホルダにおいて、前記ステンシルマスクの外縁部に吸着する部分の内径を、前記被処理基板の平面寸法より大きくした
ことを特徴とする請求項3に記載の荷電粒子照射装置。 - 前記ステンシルマスクには、前記開口パターンとして、開口パターンAと、前記開口パターンAを表裏反転した開口パターンBが形成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子照射装置。 - 前記開口パターンAを通って前記荷電粒子が前記被処理基板に至る経路と、前記開口パターンBを通って前記荷電粒子が前記被処理基板に至る経路のどちらかを選択的に遮蔽する遮蔽部材が設けられている
ことを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子照射装置。 - 厚さ方向を貫通する開口パターンが形成されたステンシルマスクの一表面を被処理基板に対向させ、他表面側から荷電粒子を入射させて前記開口パターンを通して前記被処理基板に前記荷電粒子を照射する工程と、
前記ステンシルマスクの表裏を反転させ、前記ステンシルマスクの他表面を前記被処理基板に対向させ、前記一表面側から前記荷電粒子を入射させて前記開口パターンを通して前記被処理基板に前記荷電粒子を照射する工程とを有する
ことを特徴とする荷電粒子照射方法。 - 前記ステンシルマスクの表裏の反転を、1枚の前記被処理基板ごとに、あるいは複数枚の前記被処理基板ごとに行う
ことを特徴とする請求項7に記載の荷電粒子照射方法。
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