(57)【要約】【課題】  変形が生じにくい遮蔽層を有するステンシルマスクを提供すること。【解決手段】  ステンシルマスク１０は、処理基板が配置される側に設けられている第１層２２と処理基板が配置される側とは反対側に設けられている第２層２４を有している遮蔽層２０を備えている。第１層２２には、処理基板の所定エリアに対応する形状の開孔３０が形成されている。第２層２４は、第１層２２上に分散して形成されていることを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理基板の表面の所定エリアに荷電粒子を照射するために用いるステンシルマスクであり、
前記所定エリアに対応する形状の開孔が形成されている遮蔽層を備えており、
その遮蔽層の処理基板が配置される側と反対側の表面に、複数の凸部が分散して形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
少なくとも一部の凸部が、隣接する開孔と開孔の間を亘って連続して形成されていることを特徴とする請求項１のステンシルマスク。
【請求項３】
隣接する開孔と開孔の間を伸びる線に沿って断面視したときの凸部の少なくとも一方の側面が、荷電粒子の射出側よりも入射側で側方に張り出す向きに傾斜していることを特徴とする請求項１又は２のステンシルマスク。
【請求項４】
少なくとも一部の凸部の全部の側面が、荷電粒子の射出側よりも入射側で側方に張り出す向きに傾斜していることを特徴とする請求項１のステンシルマスク。
【請求項５】
少なくとも一部の凸部が、処理基板の所定エリアに荷電粒子を照射する際に凸部の頂面から凸部内に導入される荷電粒子の濃度がピークとなる深さよりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかのステンシルマスク。
【請求項６】
少なくとも一部の凸部が、処理基板の所定エリアに荷電粒子を照射する際に凸部の頂面から凸部内に導入される荷電粒子の濃度がピーク濃度の１／１０となる深さよりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかのステンシルマスク。
【請求項７】
少なくとも一部の凸部が、処理基板の所定エリアに荷電粒子を照射する際に凸部の頂面から凸部内に導入される荷電粒子の濃度が荷電粒子を導入する前の遮蔽層に含まれている荷電粒子の濃度以下になる深さよりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかのステンシルマスク。
【請求項８】
前記遮蔽層は、処理基板が配置される側に設けられている第１層と、処理基板が配置される側と反対側に設けられている第２層を備えており、
第１層には、前記所定エリアに対応する形状の開孔が形成されており、
第２層は、第１層上に分散して形成されており、第１層上に複数の凸部を分散して形成していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかのステンシルマスク。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかのステンシルマスクを用いる荷電粒子注入装置であり、
荷電粒子を生成する荷電粒子生成装置と、
生成された荷電粒子から必要な荷電粒子を選択する質量分析装置と、
選択された荷電粒子を加速する加速装置と、
処理基板が配置される注入室と、
加速装置と処理基板の間に設けられているステンシルマスクと、
を備えている荷電粒子注入装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかのステンシルマスクを処理基板の上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を処理基板の表面に照射することを特徴とするステンシルマスクの使用方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかのステンシルマスクを半導体ウェハの上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を半導体ウェハの表面に照射することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理する基板（処理基板）の表面の所定エリアのみに荷電粒子（イオン、電子等）を照射するために用いるステンシルマスクに関する。ここでいうステンシルマスクは、荷電粒子を遮蔽する遮蔽層に荷電粒子の照射エリアに対応する形状の開孔が形成されており、開孔では荷電粒子の通過を許容し、開孔以外では荷電粒子の通過を禁止する部材をいう。ステンシルマスクは、半導体基板を加工する過程、例えば半導体基板を加工してスイッチング素子、発光素子、受光素子、又はマイクロマシン等を製造する過程で広く用いられる。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体装置を製造する工程では、処理する半導体基板の表面の所定エリア内に、イオン化した原子（一般的に不純物といわれる）を導入する一方、それ以外の領域にはイオン化原子を導入しない処理が多用される。この種の処理では、一般的に、処理する半導体基板の表面に被覆膜を形成し、その被覆膜に開孔を形成し、その開孔から露出する半導体基板の表面にイオン化原子を照射する方法が利用されている。この処理方法では、半導体基板の表面に被覆膜を形成する工程と、被覆膜に開孔を形成する工程と、被覆膜を除去する工程等を必要とする。このため、半導体装置を製造するために必要とされる工程数が多くなるという問題がある。
【０００３】
ステンシルマスクを利用する場合は、処理する半導体基板等の上方にステンシルマスクを設置し、そのステンシルマスク越しにイオン化原子等の荷電粒子を半導体基板等の表面に照射する。ステンシルマスクは、繰返して利用することができる。
ステンシルマスクを用いると、処理基板の表面に被覆膜を形成する工程と、被覆膜に開孔を形成する工程と、被覆膜を除去する工程等を省略することができる。したがって、半導体装置等を製造するために必要とされる工程数を大幅に削減することができる。
ステンシルマスクに係る特許文献を以下に示す。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７５７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７５６１号公報
【特許文献３】特開２００３−２４３２９６号公報
【特許文献４】特開２００２−２０３８０６号公報
【特許文献５】特開平１０−２６８５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１６に、従来のステンシルマスク１１００の断面図を模式的に示す。図１６（Ａ）は、使用前のステンシルマスク１１００である。図１６（Ｂ）は、繰返し使用した後のステンシルマスク１１００である。なお、処理する基板は、ステンシルマスク１１００の下方に配置される。ステンシルマスク１１００は、扁平な遮蔽層１２００を備えている。遮蔽層１２００には、荷電粒子の照射エリアに対応する形状の開孔１３００が形成されている。荷電粒子は、ステンシルマスク１１００の上方から入射し、ステンシルマスク１１００の開孔１３００を通過し、処理する基板の表面に照射される。開孔１３００を通過しない荷電粒子は、遮蔽層１２００に衝突する。遮蔽層１２００に衝突した荷電粒子は、遮蔽層１２００の表面部分に導入される。荷電粒子が導入された遮蔽層１２００の表面部分は、アモルファス化され、体積が膨張する。遮蔽層１２００の裏面部分は、荷電粒子が導入されないので、体積は変化しない。遮蔽層１２００の表面側では体積が膨張し、遮蔽層１２００の裏面側では体積が変化しないので、遮蔽層１２００に内部応力が発生する。このため、図１６（Ｂ）に示すように、遮蔽層１２００が大きく変形してしまう。遮蔽層１２００が変形すると、開孔１３００のパターンがずれてしまう（１３００ａ参照）。したがって、ステンシルマスク１１００を用いて処理基板に照射する荷電粒子のエリアを正確に制御するためには、ステンシルマスク１１００が変形しない条件でステンシルマスク１１００を利用しなければならない。従来のステンシルマスク１１００は変形しやすいために、その使用回数や不純物の導入量などを強く制限する必要がある。
【０００６】
本発明は、表面部分に荷電粒子が導入されたとしても、変形が生じにくい遮蔽層を備えているステンシルマスクを提供することを目的としている。これによってステンシルマスクを変形しづらくし、ステンシルマスクの使用条件を緩和することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、遮蔽層の表面部分に導入される荷電粒子の導入領域が、ステンシルマスクの広い範囲に連続しないようする。すなわち、遮蔽層に導入される荷電粒子の導入領域が複数領域に分断されており、各々の導入領域の面積が小さく分割されるようにする。
【０００８】
荷電粒子の導入領域が遮蔽層の表面部分において長く連続していると、遮蔽層に発生する内部応力が増大してしまう。導入領域が分断されていると、遮蔽層に発生する内部応力が蓄積して大きな値に成長することが抑制される。本発明では、この技術思想を具現化するために、遮蔽層の表面に複数の凸部を分散して形成する。遮蔽層の表面に複数の凸部が分散して形成されていると、荷電粒子の導入領域は、凸部の頂面における導入領域と、凸部と凸部の間に存在する底面における導入領域に分断される。このため、遮蔽層に発生する内部応力が大きな値に成長することが抑制され、遮蔽層に変形が生じにくくなる。本発明によると、変形が生じにくい遮蔽層を備えているステンシルマスクを提供することができる。これによって、ステンシルマスクの利用条件を緩和することができる。
なお、本発明の遮蔽層は、一枚の層で構成されていてもよく、複数枚の層で構成されていてもよい。遮蔽層が一枚の層で構成される場合は、遮蔽層と凸部が同一材料で一体的に形成される。遮蔽層が複数枚の層の場合は、層と層の組合せによって遮蔽層の表面に複数の凸部が構成されていてもよいし、あるいは最外表面に設けられている層に複数の凸部が同一材料で一体的に形成されていてもよい。
【０００９】
本発明は、処理基板の表面の所定エリアに荷電粒子を照射するために用いるステンシルマスクに関する。本発明のステンシルマスクは、その所定エリアに対応する形状の開孔が形成されている遮蔽層を備えており、その遮蔽層の処理基板が配置される側と反対側の表面に、複数の凸部が分散して形成されている。
荷電粒子が入射してくる側の遮蔽層の表面に複数の凸部が分散して形成されていると、遮蔽層の表面部分に導入される荷電粒子の導入領域は、凸部の頂面における導入領域と、凸部と凸部の間に存在する底面における導入領域に分断される。このため、本発明によると、遮蔽層に発生する内部応力が大きな値となるまで発達することが抑制され、遮蔽層が変形しづらい。
【００１０】
本発明のステンシルマスクでは、少なくとも一部の凸部が、隣接する開孔と開孔の間を亘って連続して形成されていることが好ましい。すなわち、隣接する開孔と開孔の間に存在する遮蔽層を、連続する凸部が開孔から開孔まで分断していることが好ましい。
この場合、遮蔽層の表面部分に形成される荷電粒子の導入領域は、その凸部を境にして分断され、複数の導入領域に分けられる。本発明によると、遮蔽層に発生する内部応力が大きな値に発達することが抑制され、遮蔽層に変形が生じにくい。
【００１１】
本発明のステンシルマスクでは、隣接する開孔と開孔の間を伸びる線に沿って断面視したときの凸部の少なくとも一方の側面が、荷電粒子の射出側よりも入射側で側方に張り出す向きに傾斜していることが好ましい。
隣接する開孔と開孔の間を伸びる遮蔽層は、隣接する開孔と開孔の間を長く伸びていることが多い。このため、この遮蔽層の表面に形成される荷電粒子の導入領域が、隣接する開孔と開孔の間に長く伸びる形状となりすい。
隣接する開孔と開孔の間を伸びる線に沿って断面視したときの凸部の少なくとも一方の側面が、荷電粒子の射出側よりも入射側で側方に大きく張り出す向きに傾斜していると、荷電粒子の進行方向に沿ってステンシルマスクを観測したときに、その側面は荷電粒子にさらされず、凸部の頂面によって遮蔽されている。従ってその側面に導入される荷電粒子が減少する。この結果、凸部の頂面に形成される荷電粒子の導入領域と、凸部間の底面に形成される荷電粒子の導入領域は、側面によって確実に分断される。これにより、荷電粒子の導入領域が、隣接する開孔と開孔の間を長く伸びることがなく、隣接する開孔と開孔の間を伸びる遮蔽層が変形しづらくなる。
【００１２】
本発明のステンシルマスクでは、少なくとも一部の凸部の全部の側面が、荷電粒子の射出側よりも入射側で側方に大きく張り出す向きに傾斜していることが好ましい。
上記の形態によると、凸部の全部の側面が凸部の頂面と鋭角で接している。すなわち、荷電粒子の進行方向に沿ってステンシルマスクを観測したときに、凸部の構成する全部の側面が荷電粒子にさらされず、凸部の頂面によって遮蔽されている。凸部の頂面における荷電粒子の導入領域と、凸部と凸部の間に存在する底面における荷電粒子の導入領域は、確実に分断される。このため、遮蔽層に発生する内部応力が大きな値となるまで発達することが抑制され、遮蔽層が変形しづらい。
【００１３】
本発明のステンシルマスクでは、少なくとも一部の凸部が、処理基板の所定エリアに荷電粒子を照射する際に凸部の頂面から凸部内に導入される荷電粒子の濃度がピークとなる深さよりも厚く形成されていることが好ましい。すなわち、凸部と凸部の間に形成される谷に相当する範囲が、荷電粒子の濃度がピークとなる深さよりも深く掘り込まれていることが好ましい。
上記の状態が満たされていると、凸部の頂面から導入された荷電粒子の濃度がピークとなる深さは、凸部の底面まで達しない。凸部の頂面に形成される荷電粒子の導入領域と、凸部と凸部の間に存在する谷に相当する範囲に形成される荷電粒子の導入領域は、確実に分断される。
凸部の頂面から導入された荷電粒子の濃度がピークとなる深さは、理論的に求めることもできるし、実験して求めることもできる。
【００１４】
本発明のステンシルマスクでは、少なくとも一部の凸部が、処理基板の所定エリアに荷電粒子を照射する際に凸部の頂面から凸部内に導入される荷電粒子の濃度がピーク濃度の１／１０となる深さよりも厚く形成されていることが好ましい。すなわち、凸部と凸部の間に形成される谷に相当する範囲が、荷電粒子の濃度がピーク濃度の１／１０となる深さよりも深く掘り込まれていることが好ましい。
ステンシルマスクに導入される荷電粒子は、概ねガウス分布を示す。上記の状態が満たされていると、凸部の頂面に形成される荷電粒子の導入領域と、谷に形成される荷電粒子の導入領域は、高さの差によって実効的に分断される。
【００１５】
本発明のステンシルマスクでは、少なくとも一部の凸部が、処理基板の所定エリアに荷電粒子を照射する際に凸部の頂面から凸部内に導入される荷電粒子の濃度が荷電粒子を導入する前の遮蔽層に含まれている荷電粒子の濃度以下になる深さよりも厚く形成されていることが好ましい。
荷電粒子の照射に伴って導入される荷電粒子の濃度が、荷電粒子の照射に先立って含まれている荷電粒子の濃度以下になる深さは、荷電粒子の照射に伴って荷電粒子が実質的に導入されない深さであると評価できる。上記の状態が満たされていると、凸部の頂面に形成される荷電粒子の導入領域と、凸部と凸部の間に存在する谷に形成される荷電粒子の導入領域は、高さの差によって完全に分断される。
【００１６】
本発明のステンシルマスクの遮蔽層は、処理基板が配置される側に設けられている第１層と、処理基板が配置される側と反対側に設けられている第２層を備えていてもよい。この場合、第１層には、荷電粒子を導入するエリアに対応する形状の開孔が形成されており、第２層は、第１層上に分散して形成されている。第２層が第１層上に分散して形成されていると、第２層は第１層上に複数の凸部を分散して形成する。
第２層が第１層上に分散して形成されていると、遮蔽層の表面部分に導入される荷電粒子の導入領域は、第２層の表面に形成される導入領域と、第１層の表面に形成される導入領域の間で分断される。本発明によると、第１層に発生する内部応力が大きな値に発達することが抑制され、変形が生じにくいステンシルマスクを提供することができる。
【００１７】
本発明のステンシルマスクを備えた荷電粒子注入装置は極めて有用なものとなる。本発明の荷電粒子注入装置は、荷電粒子を生成する荷電粒子生成装置と、生成された荷電粒子から必要な荷電粒子を選択する質量分析装置と、選択された荷電粒子を加速する加速装置と、処理基板が配置される注入室と、加速装置と処理基板の間に設けられているステンシルマスクを備えている。
従来のイオン注入装置に備えられていたステンシルマスクでは、荷電粒子の一部が遮蔽層の表面に導入されることによって生じる変形が深刻な問題となっていた。このため、従来の荷電粒子注入装置では、ステンシルマスクを頻繁に交換する必要があり、製造コストを増大させていた。本発明の荷電粒子注入装置では、ステンシルマスクを交換する頻度が減少し、製造コストを大幅に低減することができる。
【００１８】
本発明は、ステンシルマスクの使用方法も提供する。本発明の使用方法は、本発明のステンシルマスクを処理基板の上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を処理基板の表面に照射することを特徴としている。
【００１９】
本発明は、半導体装置の製造方法も提供する。本発明の半導体装置の製造方法は、本発明のステンシルマスクを半導体ウェハの上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を半導体ウェハの表面に照射することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のステンシルマスクでは、荷電粒子が入射する側の遮蔽層の表面に複数の凸部が分散して形成されている。このため、本発明のステンシルマスクは、遮蔽層の表面部分に導入される荷電粒子の導入領域を、複数個に分断することができる。個々には小さな複数個の導入領域に分断されていると、遮蔽層に発生する内部応力が大きな値に発達することが抑制される。本発明によると、遮蔽層に発生する内部応力が大きな値に発達することが抑制され、遮蔽層に変形が生じにくいステンシルマスクを提供することができる。ステンシルマスクの使用条件が緩和され、荷電粒子の選択的導入プロセスに要するコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の好ましい形態を列記する。
（第１形態）ステンシルマスクは、第１層と第２層の積層構造である。
（第２形態）第１形態において、第１層には、処理基板の所定エリアに対応する形状の開孔が形成されている。第２層は、第１層の表面上に分散して形成されている。
（第３形態）第２形態において、第２層の表面と第２層の側面によって、第１層の表面に凸部が形成されている。
（第４形態）凸部は、平面視したときに、隣接する開孔と開孔を結ぶ方向に長く伸びている。
（第５形態）第４形態において、遮蔽層は隣接する開孔と開孔の間を、開孔同士を結ぶ方向と直交する方向に長く伸びている。凸部は、平面視したときに、隣接する開孔と開孔を完全に横断している。
（第６形態）第５形態において、凸部は、遮蔽層の長手方向に略直交する側面を有している。すなわち、隣接する開孔と開孔の間を横断している側面を有している。その側面は、上方が張り出してオーバーハングを形成する側に傾斜している。
（第７形態）荷電粒子は、イオン化原子である。
【実施例】
【００２２】
図１〜図５を参照して、本実施例のステンシルマスク１０に関して説明する。図１に、ステンシルマスク１０に設けられている遮蔽層２０の要部斜視図を模式的に示す。図２に、図１のII-II線断面図を示す。図３に図１のIII-III線断面図を示す。なお、図２及び図３に示すように、遮蔽層２０の周囲には、機械的剛性を向上させるための周囲支持層４６が形成されているが、図１では、明瞭化のために周囲支持層４６の図示を省略している。また、図１に示す遮蔽層２０の形態は、本実施例の作用効果を理解し易くするために、単純な構造を例にしている。実際の遮蔽層２０は、より複雑な形態の開孔３０を有する構造や、図１に示す基本形態が繰返された構造を備えていることが多い。
処理する半導体基板は、遮蔽層２０の紙面下側に配置されている。イオン化原子は、紙面上側から入射し、遮蔽層２０の開孔３０を通過して処理する半導体基板の表面側に導入される。
【００２３】
図４を参照して、ステンシルマスク１０が設けられているイオン注入装置１００に関して先に説明する。イオン注入装置１００は、イオン化原子を生成するイオン源２（荷電粒子生成装置の一例）と、生成されたイオン化原子から必要なイオン化原子を選択する質量分析器３（質量分析装置の一例）と、選択されたイオン化原子を加速する加速器４（加速装置の一例）と、イオン化原子を導入する半導体基板５２が配置される注入室６を備えている。半導体基板５２の上方（前方）にはステンシルマスク１０が設置されている。ステンシルマスク１０は、加速器４と半導体基板５２の間に設けられている。加速器４で加速されたイオン化原子は、スキャナ装置５によって掃引され、ステンシルマスク１０に向けてほぼ面的に照射される。ステンシルマスク１０に形成されている開孔３０を通過したイオン化原子は、半導体基板５２の表面の所定エリア内に導入される。
【００２４】
次に、ステンシルマスク１０を詳細に説明する。図１に示すように、ステンシルマスク１０の遮蔽層２０は、半導体基板が配置される側（すなわち荷電粒子の射出側）に設けられている第１層２２と、半導体基板が配置される側とは反対側（すなわち荷電粒子の入射側）に設けられている第２層２４を備えている。
第１層２２は、周囲を一巡しているループ層２２Ｒと、そのループ層２２Ｒ内をＸ方向に伸びる第１伸長層２２Ｘと、Ｙ方向に伸びる第２伸長層２２Ｙを備えている。第１層２２には、ループ層２２Ｒ、第１伸長層２２Ｘ、第２伸長層２２Ｙで区画された４つの矩形状の開孔３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ（以下、総称として開孔３０ともいう）が形成されている。
【００２５】
遮蔽層２０を用いることで、半導体基板の表面に、４つの矩形状の開孔３０に対応する形状のエリアにイオン化原子を導入することができる。遮蔽層２０と半導体基板の距離を大きく確保し、第１伸長層２２Ｘあるいは第２伸長層２２Ｙを幅を細くすると、空間電荷効果（正又は負に荷電したイオン化原子同士の斥力に基づいて、外側に発散する現象）によって、開孔３０を通過したイオン化原子が第１伸長層２２Ｘと第２伸長層２２Ｙに下方に回り込み、第１伸長層２２Ｘの一方側の開孔３０を通過したイオン化原子が導入される半導体基板の表面の範囲と、第１伸長層２２Ｘの他方側の開孔３０を通過したイオン化原子が導入される半導体基板の表面の範囲が重なり合うようになる。すなわち、半導体基板の表面に荷電粒子が導入される範囲と、ステンシルマスクの開孔の形状は、おおむね対応するものの厳密には一致しない。荷電粒子の導入範囲とステンシルマスクの開孔が対応するという場合、厳密に一致することを意味せず、おおむね一致することを意味する。
なお、空間電荷効果を積極的に利用し、第１伸長層２２Ｘあるいは第２伸長層２２Ｙの出現間隔と幅を調整することによって、半導体基板の表面に導入されるイオン化原子の濃度を導入位置に依存して変化させることができる。後者のパターンを形成するステンシルマスク１０は、図１に示す遮蔽層２０を基本形態とし、その基本形態が繰返された構造を備えていることが多い。
【００２６】
第２層２４は、第１層２２の表面上に分散して形成されている。このため、第１層２２の表面上には、複数の凸部２６が分散して形成されている。なお、図１では、図の明瞭化のために、第１伸長層２２Ｘの表面上に形成されている複数の凸部２６にのみ符号を付しており、以下ではそれらの凸部２６を中心に説明する。
凸部２６は、直方体である。凸部２６は、隣接する開孔３０ｂと開孔３０ｃの間を連続して伸びている。即ち、凸部２６は、開孔３０ｃに臨む側面２４ｃと、隣接する開孔３０ｂに臨む側面２４ｄを備えており、側面２４ｃは開孔３０ｃまで達しており、側面２４ｄは隣接する開孔３０ｂまで達している。凸部２６の側面２４ｃと開孔３０ｃを画定している第１層２２の側面２２ｂは、厚み方向に段差を形成していない。また、凸部２６の側面２４ｄと隣接する開孔３０ｂを画定している第１層２２の側面２２ｂも、厚み方向に段差を形成していない。他の複数の凸部２６もまた、同様な構造を備えている。したがって、複数の凸部２６は、平面視したときに、第１伸長層２２ＸをＸ方向に複数個に完全に分断している。
第２伸長層２２Ｙの表面上に形成されている凸部２６も、同様の構造を備えている。したがって、第２伸長層２２Ｙの凸部２６も、平面視したときに、第２伸長層２２ＹをＹ方向に複数個に分断している。また、ループ層２２Ｒの表面上に形成されている複数の凸部２６も、平面視したときに、Ｘ方向に長く伸びる部分ではループ層２２ＲをＸ方向に複数個に完全に分断するとともに、Ｙ方向に長く伸びる部分ではループ層２２ＲをＹ方向にも複数個に完全に分断している。したがって、複数の凸部２６は、平面視したときに、第１層２２を複数個に完全に分断している。
【００２７】
凸部２６は、側面２４ｂを備えている。凸部２６の側面２４ｂは、隣接する開孔３０と開孔３０の間を伸びる線に沿って断面視したときの側面である（その断面視は、図２の断面図に対応する）。
凸部２６の側面２４ｂは、イオン化原子の射出側よりも入射側で側方に大きく張り出す向きに大きく傾斜している。図５（Ａ）に、その様子を示す。図５（Ａ）は、図２の断面図の要部拡大断面図である。凸部２６の側面２４ｂは、処理基板が配置される側での凸部２６の横断面よりも、凸部２６の頂面側での凸部２６の横断面の方が大きくなる向きに傾斜している。したがって、凸部２６の側面２４ｂは、その凸部２６の頂面２４ａと鋭角で接している。即ち、凸部２６の側面２４ｂは、平面視したときに、非露出の状態で形成されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、ステンシルマスク１０は、遮蔽層２０の周囲を一巡する包囲支持層４６を備えている。包囲支持層４６は、酸化シリコン層４２を介して遮蔽層２０に接合している。包囲支持層４６は、遮蔽層２０に比して十分に厚く形成されている。包囲支持層４６は、遮蔽層２０の機械的剛性を向上させており、ステンシルマスク１０を製造する際のステンシルマスク１０の破損を防止する。また、包囲支持層４６は、ステンシルマスク１０を半導体基板５２（図４参照）の上方（前方）に設置するときに、他の設置用装置に対する接触部としても利用される。包囲支持層４６には、図示しない冷却装置が設けられていてもよい。この場合、遮蔽層２０の熱を酸化シリコン層４２及び包囲支持層４６を介して外部に逃がすことができる。
【００２９】
図５を参照して、本実施例のステンシルマスク１０の作用効果を説明する。図５（Ａ）に、本実施例のステンシルマスク１０の遮蔽層２０の要部断面図を模式的に示す。図５（Ｂ）に、従来のステンシルマスクの遮蔽層１２０の要部断面図を模式的に示す。図５では、ステンシルマスクに設けられている遮蔽層２０、１２０の一部のみを図示している。なお、遮蔽層２０、１２０には、開孔が形成されているが、図５は、開孔が現れない部分の断面の一部である。
【００３０】
図５（Ｂ）に示すように、従来のステンシルマスクは、扁平な形状の遮蔽層１２０を備えている。従来のステンシルマスク越しに半導体基板の表面側にイオン化原子を照射すると、イオン化原子の一部は、開孔を通過し、半導体基板の表面側に導入される。イオン化原子の他の一部は、遮蔽層１２０に衝突し、遮蔽層１２０の表面部分に導入される（図中の黒丸参照。以下、導入領域という）。導入領域は、アモルファス化され、体積が膨張する。一方、遮蔽層１２０の裏面部分は、イオン化原子が導入されないので、体積は変化しない。したがって、遮蔽層１２０の表面部分の導入領域の体積が膨張し、遮蔽層１２０の裏面部分の体積が変化しないので、遮蔽層１２０の表面部分に引張り応力が発生し、遮蔽層１２０の裏面部分に圧縮応力が発生する。遮蔽層１２０の表面部分の引張り応力と裏面部分の圧縮応力に基づく内部応力に応じて、図５（Ｂ）の波線に示すように、遮蔽層１２０が大きく変形してしまう。特に、導入領域が長く連続していると、内部応力が大きくなり、変形が生じ易い。遮蔽層１２０が変形すると、開孔パターンがずれてしまい、半導体基板の表面の所定エリアに、イオン化原子を正確に導入することができなくってしまう。
【００３１】
一方、図５（Ａ）に示すように、本実施例の遮蔽層２０では、第１層２２の表面上に複数の凸部２６が設けられている。このため、導入領域が、第２層２４の表面２４ａに形成されている導入領域と第１層２２の表面２２ａに形成されている導入領域の間で分断されている。導入領域が分断されていると、遮蔽層２０に発生する内部応力の増大が抑制される。このため、本実施例の遮蔽層２０によると、遮蔽層２０に発生する内部応力の増大が抑制され、遮蔽層２０に変形が生じにくい。
このため、本実施例のステンシルマスク１０は、繰返し使用したとしても、変形することなく、元の状態を維持することができる。したがって、ステンシルマスク１０を交換する頻度が減少し、製造コストを削減することができる。
【００３２】
遮蔽層２０は、他に次の特徴を備えている。
（１）図５（Ａ）に示すように、遮蔽層２０では、凸部２６の側面２４ｂが、その凸部２６の頂面２４ａと鋭角で接している。したがって、平面視したときに、側面２４ｂは、非露出の状態で形成されていることを特徴としている。
第１伸長層２２Ｘは、Ｘ方向に長手を有している。このため、第１伸長層２２Ｘにイオン化原子の導入領域が形成されると、その導入領域は長手を有することになる。長手を有する導入領域は、遮蔽層２０の変形を促進させてしまう。したがって、第１伸長層２２Ｘに対しては、その長手方向に形成されている導入領域を良好に分断することが重要である。本実施例では、第１伸長層２２Ｘの表面上に凸部２６が形成されており、その凸部２６によって導入領域が分断されている。さらに、その凸部２６の側面２４ｂが、入射してくるイオン化原子に対して非露出になっている。これにより、第１伸長層２２Ｘの長手方向において、第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域の間が良好に分断される。
【００３３】
（２）図１に示すように、一つの凸部２６は、平面視したときに、隣接する開孔３０と開孔３０の間を結ぶ方向（Ｙ方向）に長手を有している。換言すると、凸部２６は、Ｘ方向の幅が短く形成されている。凸部２６は、平面視したときに、第１伸長層２２Ｘの表面をＹ方向に横断することによって、第１伸長層２２Ｘを分断する。これにより、第１伸長層２２Ｘの表面２２ａの導入領域を分断する。第１伸長層２２Ｘの表面２２ａの導入領域を分断することができれば、凸部２６のＸ方向の幅は、大きく確保する必要がない。凸部２６のＸ方向の幅が大きすぎると、凸部２６内の内部応力が増大するという問題もある。したがって、凸部２６は、隣接する開孔３０と開孔３０を結ぶ方向に長手を有しているのが好ましい。
【００３４】
（３）図６に、図５（Ａ）のVI−VI線に対応したイオン化原子が導入される濃度（以下、不純物濃度という）の分布を示す。図６の縦軸は、第２層２４の表面２４ａからの深さであり、図６の横軸は、不純物濃度である。図６に示すように、遮蔽層２０に導入されたイオン化原子は、第２層２４内に留まっており、第１層２２まで達していない。したがって、第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域の間が良好に分断されている。
【００３５】
第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域の間が良好に分断されるためには、以下のいずれかの状態が満たされていることが好ましい。
【００３６】
第２層２４が、処理基板の所定エリア内にイオン化原子を導入する際に第２層２４の表面から第２層２４内に導入されるイオン化原子の濃度がピークとなる深さ（図６のＨ２４Ａ）よりも厚く形成されていることが好ましい。即ち、第２層２４の厚みが、図６のＨ２４Ａの厚みを超えていることが好ましい。
上記の状態になっていると、第２層２４の表面２４ａから導入されたイオン化原子のピーク濃度の位置は、第２層２４内に留まっており、第１層２２の表面２２ａまで達しない。このため、第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域の間が良好に分断される。
【００３７】
また、第２層２４が、処理基板の所定エリア内に荷電粒子を導入する際に第２層２４の表面から第２層２４内に導入されるイオン化原子の濃度がピーク濃度の１／１０となる深さ（図６のＨ２４Ｂ）よりも厚く形成されていることが好ましい。即ち、第２層２４の厚みが、図６のＨ２４Ｂの厚みを超えていることが好ましい。
導入されるイオン化原子は、ガウス分布を示す。したがって、上記の状態になっていると、第２層２４の表面２４ａから導入されるイオン化原子の濃度は、第１層２２の表面２２ａ付近でピーク濃度の１／１０以下になっている。さらに、第１層２２の表面２２ａから導入されるイオン化原子の濃度も、第１層２２の表面２２ａ付近でピーク濃度の１／１０以下になっている。第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域は、実効的に分断されていると評価できる。このため、第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域の間が良好に分断される。
【００３８】
また、第２層２４が、処理基板の所定エリア内に荷電粒子を導入する際に第２層２４の表面から第２層２４内に導入されるイオン化原子の濃度が、イオン化原子を導入する前の第２層２４に含まれているイオン化原子の濃度以下になる深さ（図６のＨ２４Ｃ）よりも厚く形成されていることが好ましい。即ち、第２層２４の厚みが、図６のＨ２４Ｃの厚みを超えていることが好ましい。
導入されるイオン化原子の濃度が、第２層２４に不可避的に含まれている濃度以下になる位置は、その位置にイオン化原子が実質的に導入されていないと評価することができる。したがって、上記の条件が満たされていると、第２層２４の表面２４ａの導入領域は、第１層２２の表面２２ａの導入領域まで達しない。このため、第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域の間は、完全に分断される。
【００３９】
なお、上記状態を得るために、第２層２４の厚みを、ＬＳＳ理論に基づいて予め適値に調整することもできる。ステンシルマスク１０は、半導体基板の表面の所定エリアに対応して設計されており、イオン化原子を導入する際の導入条件も予め決定されている。したがって、第２層２４の表面２４ａから導入されるイオン化原子の不純物濃度の分布は、この導入条件からＬＳＳ理論に基づいて求めることができる。なお、ＬＳＳ理論に基づいてイオン化原子の不純物濃度の分布を計算するためには、イオン種、加速エネルギー、マスク表面材質、結晶方位、マスク材の温度の要素が必要となるが、これらはいずれも、イオン化原子を導入する際の導入条件に含まれる。したがって、第２層２４の表面２４ａから導入されるイオン化原子の不純物濃度の分布は、この導入条件からＬＳＳ理論に基づいて求めることができる。
このため、第２層２４の表面２４ａの導入領域と第１層２２の表面２２ａの導入領域の間を良好に分断するためには、第２層２４の厚みを、導入条件からＬＳＳ理論に基づいて求められる不純物濃度から決定することができる。
なお、ＬＳＳ理論に関しては、“J.Lindhard, M. Scharff and H. Schiott: Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk 33 (1963) 1”等の文献に詳しく記載されている。
【００４０】
（ステンシルマスク１０の製造方法）
次に、図７〜図１５を参照して、ステンシルマスク１０の製造方法を説明する。以下の製造方法で作製されるステンシルマスク１０は、図１〜３に示すステンシルマスク１０と若干相違する部分があるが、説明の便宜の上であることに留意されたい。また、以下に説明する製造方法は、より具体的な例を示しており、模式的な説明で用いた図１〜３に示すステンシルマスク１０と若干相違する部分がある。しかしながら、以下に説明する製造方法で作製されるステンシルマスク１０は、図１〜３に示すステンシルマスク１０と同種の作用効果を奏しており、実質的に同一のものである。
【００４１】
まず、図７に示すように、貼り合わせＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を準備する。ＳＯＩ基板は、シリコン支持基板４６（その一部は、包囲支持層４６になる）と埋込み酸化シリコン層４２（その一部は酸化シリコン層４２になる）とシリコン層２４（その一部は第２層２４となる）を備えている。
【００４２】
図８に示すように、シリコン層２４の表面に、第１フォトマスク６２をパターニングする。第１フォトマスク６２が被覆しているシリコン層２４の領域は、出来上がりの第２層２４に対応している。
次に、図９に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を利用して、第１フォトマスク６２から露出するシリコン層２４をエッチングしてトレンチ６４を形成する。ここで、トレンチ６４の内壁を順テーパ構造に加工すると、出来上がりの第２層２４の側面が逆テーパ状になる。トレンチ６４の内壁を順テーパ状に加工するためには、エッチングガス流量比、ＲＦパワー及び圧力等の製造条件を調整することによって、実現することができる。
次に、図１０に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を利用して、トレンチ６４内にシリコン酸化膜６６を充填する。このとき、トレンチ６４の内壁が順テーパ構造に加工されていると、シリコン酸化膜６６の埋込み性も良好である。ＣＶＤ法に代えて、スピン塗布法を利用して、ＳＯＧ（Spin On Glass）材料を充填してもよい。
次に、ＲＩＥ法を利用して、シリコン層２４の表面に形成されている第１フォトマスク６２をエッチバッグする。エッチバッグを実施するには、ＲＩＥ法に代えて、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）法を利用してもよい。
【００４３】
次に、図１１に示すように、これまでの工程で得られる構造体の表面の薄い酸化膜を希フッ酸等によって除去した後に（この工程は図示せず）、CVD法を利用して、構造体の表面を覆うポリシリコン層２２（その一部は、第１層２２となる）を形成する。なお、CVD法に代えて、エピタキシャル成長法を利用してもよい。また、薄い酸化膜を除去するために、塩酸、水素ガス等を利用してもよい。
次に、図１２に示すように、ポリシリコン層２２の表面に、第２フォトマスク６８をパターニングする。第２フォトマスク６８の開孔部は、出来上がりの開孔３０に対応している。
次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を利用して、第２フォトマスク６８から露出するポリシリコン層２２をエッチングして開孔３０を形成する。開孔３０を形成した後に、第２フォトマスク６８をエッチング技術を利用して除去する。
【００４４】
図１３に示すように、ポリシリコン層２２の表面及びシリコン酸化膜６６の表面を熱酸化し、熱酸化膜６９を形成する。熱酸化膜６９を形成した後に、裏面に第３フォトマスク７２をパターニングする。
次に、図１４に示すように、第３フォトマスク７２から露出するシリコン支持基板４６を、アルカリ溶液を利用して埋込み酸化シリコン層４２が露出するまでエッチングする。アルカリ溶液には、水酸化カリウム（KOH）、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等を利用することができる。
最後に、図１５に示すように、露出する埋込み酸化シリコン層４２をエッチング除去した後に、シリコン層２４及びポリシリコン層２２を実質的にエッチングせずに、シリコン酸化膜６６及び熱酸化膜６９をエッチングする緩衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）等を利用して、シリコン酸化膜６６及び熱酸化膜６９を選択的に除去する。
これらの工程を経て、ステンシルマスク１０を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明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。
また、本明細書また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り、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施例のステンシルマスクの遮蔽層の要部斜視図を模式的に示す。
【図２】図１のII-II線に対応した矢視断面図を示す。
【図３】図１のIII-III線に対応した矢視断面図を示す。
【図４】イオン注入装置の構成を示す。
【図５】（Ａ）本実施例の遮蔽層の要部断面図を模式的に示す。（Ｂ）従来の遮蔽層の要部断面図を模式的に示す。
【図６】図５（Ａ）のVI-VI線に対応した不純物濃度の分布を示す。
【図７】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（１）。
【図８】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（２）。
【図９】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（３）。
【図１０】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（４）。
【図１１】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（５）。
【図１２】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（６）。
【図１３】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（７）。
【図１４】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（８）。
【図１５】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（９）。
【図１６】（Ａ）従来のステンシルマスクの使用する前の状態を示す。（Ｂ）従来のステンシルマスクの繰返し使用した後の状態を示す。
【符号の説明】
【００４７】
２：イオン源
３：質量分析器
４：加速器
５：スキャナ装置
１０：ステンシルマスク
２０：遮蔽層
２２：第１層
２４：第２層
２６：凸部
３０：開孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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