JP2005045124A - ステンシルマスク、荷電粒子照射装置及び方法 - Google Patents

ステンシルマスク、荷電粒子照射装置及び方法 Download PDF

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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

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
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
本発明の実施形態に係る荷電粒子照射装置要部の斜視図である。 ステンシルマスクの一表面側からの荷電粒子照射を示す図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は断面図を示す。 ステンシルマスクがマスクホルダごと反転される様子を示す斜視図である。 図２とは表裏が逆になったステンシルマスクを用いた荷電粒子照射を示す図であり、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は断面図を示す。 ステンシルマスクに形成された矩形状の開口パターンを示す平面図である。 （ａ）はステンシルマスクに形成されたＬ字状の開口パターンを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のステンシルマスクが１点鎖線で示す軸まわりに回転されその表裏が反転された状態の平面図である。 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とが形成された、本発明の第２の実施形態に係るステンシルマスクの平面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るマスクホルダによって保持されたステンシルマスクの一表面側からの荷電粒子照射を説明する断面図であり、（ｂ）は（ａ）のステンシルマスクがマスクホルダごと反転され他表面側を荷電粒子照射面とした断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る遮蔽部材をステンシルマスクと被処理基板との間に介在させ開口パターンＢを通じての荷電粒子照射を遮断している状態の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のステンシルマスクがマスクホルダごと反転され、なおかつ遮蔽部材が開口パターンＡを通じての荷電粒子照射を遮断している状態の断面図である。 図９に示す遮蔽部材の平面図である。 （ａ）はステンシルマスクの開口パターンを通して被処理基板に荷電粒子が照射されている状態の断面図であり、（ｂ）はステンシルマスクに反りが生じた状態の断面図である。 ステンシルマスクと被処理基板間の距離変化と、荷電粒子の累積ドーズ量との関係を示すグラフである。
符号の説明
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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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