(57)【要約】      （修正有）【課題】  多様な照射領域を形成可能な貫通孔を有するとともに、貫通孔を通過したイオン化原子が、半導体基板の表面の所望の領域によく一致して照射され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、半導体基板が配置される側の裏面層５０と、イオン化原子が入射する側の表面層２０と、裏面層５０と表面層２０の間に設けられている中間層３０を備えている。裏面層５０には、所定領域に対応する形状の第３貫通孔５２、５６が形成されている。中間層３０には、第３貫通孔５２、５６に連通する第２貫通孔３２、３６が形成されている。表面層２０の少なくとも一つの一巡第２貫通孔３２に対応する範囲に、その一巡第２貫通孔３２に連通する複数の分散第１貫通孔２２が分散して形成されている。【選択図】  図９
2007287972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射するためのステンシルマスクであり、
処理基板が配置される側の裏面層と、
荷電粒子が入射する側の表面層と、
裏面層と表面層の間に設けられている中間層を備えており、
裏面層には、前記所定領域に対応する形状の第３貫通孔が形成されており、
中間層には、第３貫通孔に連通する第２貫通孔が形成されており、
表面層の少なくとも一部の第２貫通孔に対応する範囲に、その第２貫通孔に連通する複数の第１貫通孔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】
荷電粒子の進行方向に沿って観測したときに、第３貫通孔が第２貫通孔内に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】
第２貫通孔と第３貫通孔が、各々の層において一巡しており、一巡する第２貫通孔に対応する範囲に、複数の第１貫通孔が分散して形成され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】
第２貫通孔と第３貫通孔が、各々の層において一巡している貫通孔とそれ以外の貫通孔で構成されており、少なくとも一巡する第２貫通孔に対応する範囲に、複数の第１貫通孔が分散して形成され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５】
中間層の厚みが、裏面層の厚みよりも厚い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】
裏面層の熱伝導率が、中間層の熱伝導率よりも大きく、
表面層の熱伝導率が、中間層の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかのステンシルマスク。
【請求項７】
中間層の熱容量が、裏面層の熱容量及び表面層の熱容量よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかのステンシルマスク。
【請求項８】
裏面層の材料には、ダイヤモンド、多結晶シリコン、窒化物系セラミック又は炭化珪素が用いられており、
表面層の材料には、ダイヤモンド、多結晶シリコン、窒化物系セラミック又は炭化珪素が用いられており、
中間層の材料には、単結晶シリコンが用いられていることを特徴とする請求項６又は７のステンシルマスク。
【請求項９】
中間層の厚みが、隣接する一方の第１貫通孔を通過して第１貫通孔と第1貫通孔を分離する壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線と、隣接する他方の第１貫通孔を通過して同じ分離壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線が、第２貫通孔内で交差する関係に設定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかのステンシルマスク。
【請求項１０】
隣接する第１貫通孔と第１貫通孔を分離する壁の横断面積が、荷電粒子の進行方向に沿って縮小していることを特徴とする請求項１〜９のいずれかのステンシルマスク。
【請求項１１】
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請求項１〜１０のいずれかの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１２】
請求項１〜１０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１３】
請求項１〜１０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。
【請求項１４】
処理基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射するためのステンシルマスクを製造する方法であり、
裏面層と埋込み層と中間層を有する積層構造体を用意し、裏面層を貫通して埋め込み層に達する前記所定領域に対応する形状の第３貫通孔を形成する工程と、
中間層を貫通して埋め込み層に達する第２貫通孔を前記第３貫通孔に対向する位置に形成する工程と、
第２貫通孔に犠牲部材を充填する工程と、
中間層の表面上及び犠牲部材の表面上に表面層を形成する工程と、
表面層を貫通して犠牲部材に達する複数の第１貫通孔を形成する工程と、
第１貫通孔群を介して犠牲部材を除去する工程と、
第３貫通孔と第２貫通孔の間に介在する埋込み層を除去する工程と、
を備えているステンシルマスクの製造方法。
【請求項１５】
処理基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射するためのステンシルマスクを製造する方法であり、
裏面層と中間層を有する積層構造体を用意し、裏面層を貫通して中間層に達する前記所定領域に対応する形状の第３貫通孔を形成する工程と、
中間層を貫通して第３貫通孔に達する第２貫通孔を形成する工程と、
第３貫通孔及び第２貫通孔に犠牲部材を充填する工程と、
中間層の表面上及び犠牲部材の表面上に表面層を形成する工程と、
表面層を貫通して犠牲部材に達する複数の第１貫通孔を形成する工程と、
犠牲部材を除去する工程と、
を備えているステンシルマスクの製造方法。
【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）の表面の所定領域に荷電粒子（イオン、電子等）を照射するためのステンシルマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する過程では、ステンシルマスクを利用して、半導体基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射する処理を実施することが多い。例えば、スイッチング素子を製造する過程では、ステンシルマスクを利用して、半導体基板の表面の所定領域にイオン化原子を照射することによって、その半導体基板の表面部分にイオン化原子を導入する処理を実施することが多い。ステンシルマスクは、薄肉な層を備えており、その層にはイオン化原子を導入する領域に対応した形状の貫通孔が形成されている。
【０００３】
半導体基板の表面部分に形成したい導入領域は多様である。例えば、導入領域の形状が多様であれば、それに対応してステンシルマスクに形成される貫通孔の形状も多様にしなければならない。このため、貫通孔の形状によっては、その貫通孔を画定している層の側面において変形が生じ易くなってしまう。例えば、微細で複雑な形状の貫通孔は、その貫通孔を画定している層の側面において変形が生じ易い。この変形に対して対策を講じることが望まれている。
また、半導体基板の表面部分に、一巡する導入領域を形成したいことがある。この場合、ステンシルマスクの層に形成される貫通孔も一巡させなければならない。しかしながら、貫通孔を一巡させると、貫通孔よりも外側の層と内側の層が分離してしまう。この分離に対して対策を講じることが望まれている。
【０００４】
これらの問題に対策するためには、貫通孔を横断して梁を設ければよい。貫通孔を横断する梁が設けられていると、貫通孔を画定している層の側面を補強することができる。また、一巡している貫通孔に梁が設けられていると、貫通孔よりも外側の層と内側の層が梁を介して連結され、外側の層と内側の層の分離が防止される。なお、梁を設ける技術の必要性は、上記の例に対策する場合に限られない。梁を設ける技術は、様々な課題に対策するために必要とされる。
関連する特許文献を以下に示す。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９３４８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１２１８７号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０２９０号公報
【特許文献４】特開２００１−１０９１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
貫通孔を横断する梁を設ければ、半導体基板の表面部分に多様な導入領域を作り込むことができ得る。しかしながら、この種のステンシルマスクを利用してイオン化原子を導入すると、導入領域の一部が梁によって遮蔽され、導入領域内のイオン化原子の濃度にムラが生じてしまう。ステンシルマスクと処理基板の間の距離を大きく確保すれば、イオン化原子の発散現象によって梁に係る遮蔽パターンを実質的に消失させることができ得る。しかしながら、ステンシルマスクと処理基板の間の距離を大きく確保すると、貫通孔を通過した荷電粒子が処理基板の表面に到達する時点で、荷電粒子がステンシルマスクの貫通孔の範囲を超えてその外側にも広がってしまう。このため、処理基板の表面の所望の領域に荷電粒子を照射することが難しくなってしまう。
本発明は、多様な照射領域を形成可能な貫通孔を有するとともに、ステンシルマスクと処理基板の間の距離を短くすることができるステンシルマスクを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、処理基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射するためのステンシルマスクに具現化することができる。本発明のステンシルマスクは、処理基板が配置される側の裏面層と、荷電粒子が入射する側の表面層と、裏面層と表面層の間に設けられている中間層を備えている。裏面層には、荷電粒子を照射する領域に対応する形状の第３貫通孔が形成されている。中間層には、第３貫通孔に連通する第２貫通孔が形成されている。表面層の少なくとも一部の第２貫通孔に対応する範囲に、その第２貫通孔に連通する複数の第１貫通孔が分散して形成されている。
裏面層と中間層と表面層は、積層構造体を構成している。積層構造体には、これらの層以外の層が追加で設けられていてもよい。例えば、裏面層と中間層の間に追加の層が設けられていてもよい。この場合、中間層の第２貫通孔は、追加の層に形成されている貫通孔を介して裏面層の第３貫通孔に連通している。
第１貫通孔群と第２貫通孔と第３貫通孔は、荷電粒子の入射側から射出側までステンシルマスクを連通している。第１貫通孔群が形成されている範囲では、隣接する第１貫通孔と第１貫通孔を分離する分離壁が、第３貫通孔と第２貫通孔の上方を横断している。分離壁は、様々な課題に対策するために必要とされる。例えば、分離壁は、第３貫通孔に多様な形状を許容し、その結果、多様な照射領域を可能にする。入射してくる荷電粒子は、第１貫通孔群を通過して第２貫通孔に侵入する。第２貫通孔に侵入した荷電粒子は、空間電荷効果（正又は負に荷電している荷電粒子の斥力に基づいて発散する現象）によって、第２貫通孔内で発散する。このため、隣接する一方の第１貫通孔を通過した荷電粒子の通過経路と隣接する他方の第１貫通孔を通過した荷電粒子の通過経路は、第２貫通孔内で重畳する。したがって、第２貫通孔を通過して第３貫通孔まで達した荷電粒子は、横方向に連続した状態になっている。即ち、第３貫通孔には、横方向に連続した荷電粒子が入射する。第３貫通孔に入射してくる荷電粒子には、隣接する第１貫通孔と第１貫通孔の間の分離壁による射影パターンが実質的に消失している。したがって、ステンシルマスクと処理基板の間の距離が短くても、第３貫通孔を通過した荷電粒子は、分離壁による遮蔽パターンの影響を受けずに、第３貫通孔の形状をよく反映した状態で射出することができる。ステンシルマスクと処理基板の間の距離を短くすれば、第３貫通孔から射出した荷電粒子は、処理基板の表面の所望の領域によく一致して照射される。
本発明のステンシルマスクによれば、多様な照射領域を形成可能な貫通孔を有するとともに、第３貫通孔から射出した荷電粒子が処理基板の表面の所望の領域によく一致して照射される。
【０００８】
本発明のステンシルマスクでは、荷電粒子の進行方向に観測したときに、第３貫通孔が第２貫通孔内に形成されていることが好ましい。
この形態によると、第３貫通孔の第２貫通孔側の端面の全領域は、第２貫通孔に向けて露出している。したがって、第３貫通孔に入射してくる荷電粒子には、第３貫通孔と第２貫通孔の間で遮蔽パターンが形成されない。第３貫通孔を通過した荷電粒子は、第３貫通孔の形状をよく反映した状態で射出することができる。
【０００９】
本発明のステンシルマスクでは、第２貫通孔と第３貫通孔が、各々の層において一巡しており、一巡する第２貫通孔に対応する範囲に、複数の第１貫通勾が分散して形成されていてもよい。
上記形態のステンシルマスクでは、隣接する第１貫通孔と第１貫通孔の間の分離壁が、第２貫通孔及び第３貫通孔よりも外側の積層構造体の部分と、第２貫通孔及び第３貫通孔よりも内側の積層構造体の部分を連結することができる。したがって、外側の積層構造体の部分と内側の積層構造体の部分が分離してしまうことが防止されている。上記形態のステンシルマスクを用いると、外側の積層構造体の部分と内側の積層構造体の部分の分離を防止しながら、処理基板の表面の一巡する範囲に荷電粒子を照射することができる。
【００１０】
本発明のステンシルマスクでは、第２貫通孔と第３貫通孔が、各々の層において一巡している貫通孔と、それ以外の貫通孔で構成されていてもよい。この場合、少なくとも一巡する第２貫通孔に対応する範囲に、複数の第１貫通孔が分散して形成されていることを特徴としている。
上記形態のステンシルマスクでは、処理基板の表面の一巡する範囲と、処理基板の表面のそれ以外の範囲に、荷電粒子を同時に照射することができる。上記形態のステンシルマスクでは、中間層が設けられているので、一巡する第３貫通孔に入射する荷電粒子とそれ以外の形状の第３貫通孔に入射する荷電粒子のいずれもが、横方向に連続した状態になっている。したがって、ステンシルマスクと処理基板の間の距離が短くても、一巡する第３貫通孔を通過した荷電粒子は一巡する第３貫通孔の形状をよく反映した状態で射出し、それ以外の形状の第３貫通孔を通過した荷電粒子もその第３貫通孔の形状をよく反映した状態で射出することができる。ステンシルマスクと処理基板の間の距離を短くすれば、一巡する第３貫通孔から射出した荷電粒子は処理基板の表面の一巡する範囲によく一致して照射され、それ以外の形状の第３貫通孔から射出した荷電粒子も処理基板の表面のそれ以外の範囲によく一致して照射される。
【００１１】
本発明のステンシルマスクでは、中間層の厚みが、裏面層の厚みよりも厚いことが好ましい。
第３貫通孔は、処理基板の表面の所定領域に対応した形状を備えているので、その所定領域の幅が狭いときは、第３貫通孔の幅も狭く形成しなければならない。幅狭な第３貫通孔を裏面層に形成するためには、加工時のアスペクト比を考慮すると、裏面層が薄肉であることが望ましい。一方、薄肉の裏面層は、機械的剛性が弱くなる。本発明のステンシルマスクでは、厚肉の中間層が設けられているので、薄肉な裏面層を採用したとしても、ステンシルマスクの機械的剛性を強くすることができる。
【００１２】
本発明のステンシルマスクでは、裏面層の熱伝導率が、中間層の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。さらに、表面層の熱伝導率が、中間層の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。
ステンシルマスクを用いて荷電粒子を導入すると、ステンシルマスクのうち貫通孔が形成されているパターン領域では、荷電粒子の一部がステンシルマスクに衝突する。荷電粒子がステンシルマスクに衝突すると、パターン領域の温度が上昇する。パターン領域で発生した熱は、パターン領域の周辺に向けて熱伝導し、そのステンシルマスクの周辺でステンシルマスクに接触している他の固定部材に排熱される。上記形態のステンシルマスクによると、ステンシルマスクのパターン領域で発生した熱は、裏面層及び表面層を介してステンシルマスクの周辺側に効率的に熱伝導することができる。なお、中間層にも熱伝導率の大きい材料を採用すると、パターン領域の熱容量が小さくなり、熱を周辺側に熱伝導させるよりも先に、パターン領域が高温に達し、ひいてはステンシルマスクが破損されてしまう。
上記形態にステンシルマスクは、パターン領域の熱容量が小さくなり過ぎるのを抑えながら、ステンシルマスクの周辺側への熱伝導を向上させることができる。
【００１３】
本発明のステンシルマスクでは、中間層の熱容量が、裏面層の熱容量及び表面層の熱容量よりも大きいことが好ましい。
ステンシルマスクのパターン領域の熱容量が大きいと、パターン領域の急激な温度上昇が抑えられる。しかしながら、裏面層、中間層及び表面層のいずれも熱容量の大きい材料で構成すると、ステンシルマスクの周辺側への熱伝導が低下し、ステンシルマスクの冷却効果が低下する。上記形態のステンシルマスクでは、中間層の熱容量を裏面層の熱容量及び表面層の熱容量よりも大きくする。これにより、パターン領域の急激な温度上昇を抑えるとともに、裏面層及び表面層を介してステンシルマスクの周辺側への熱伝導を向上させることができる。上記形態のステンシルマスクによると、ステンシルマスクが使用時に達する最高温度が顕著に低下する。
【００１４】
本発明のステンシルマスクでは、裏面層の材料にダイヤモンド、多結晶シリコン、窒化物系セラミック又は炭化珪素が用いられているのが好ましい。さらに、表面層の材料にダイヤモンド、多結晶シリコン、窒化物系セラミック又は炭化珪素が用いられているのが好ましい。さらに、中間層の材料に単結晶シリコンが用いられていることが好ましい。
ダイヤモンド、多結晶シリコン、窒化物系セラミック又は炭化珪素の熱伝導率は、単結晶シリコンの熱伝導率よりも大きい。さらに、ダイヤモンド、多結晶シリコン、窒化物系セラミック又は炭化珪素の熱容量は、単結晶シリコンの熱容量よりも小さい。上記の材料の組合せを採用すると、ステンシルマスクのパターン領域の急激な温度上昇を抑えるとともに、ステンシルマスクの冷却効果が向上し、ステンシルマスクが使用時に達する最高温度が低下する。ステンシルマスクの変形が顕著に抑制される。
【００１５】
本発明のステンシルマスクでは、中間層の厚みが、隣接する一方の第１貫通孔を通過して第１貫通孔と第１貫通孔を分離する壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線と、隣接する他方の第１貫通孔を通過して同じ分離壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線が、第２貫通孔内で交差する関係に設定されていることが好ましい。
中間層の厚みが上記範囲に設定されていると、隣接する一方の第１貫通孔を通過した荷電粒子と隣接する他方の第１貫通孔を通過した荷電粒子の間でも、空間電荷効果による斥力が作用する。このため、隣接する第１貫通孔と第１貫通孔の間において、隣接する一方の第１貫通孔を通過した荷電粒子の通過領域内の存在密度と隣接する他方の第１貫通孔を通過した荷電粒子の通過経路内の存在密度が平均化され、分離壁による遮蔽パターンが第２貫通孔内で実質的に消失する。
【００１６】
本発明のステンシルマスクでは、隣接する第１貫通孔と第１貫通孔を分離する壁の横断面積が、荷電粒子の進行方向に沿って縮小していることが好ましい。
この場合、隣接する第１貫通孔と第１貫通孔の間の分離壁が、荷電粒子が入射する側で幅広であり、処理基板が配置される側で幅狭に形成されている。荷電粒子が入射する側で分離壁が幅広に形成されているので、分離壁は、第１貫通孔によって隔てられている表面層同士を強固に連結することができる。また、処理基板側が配置される側で分離壁が幅狭に形成されているので、荷電粒子は、分離壁の後方に良好に回り込むことができる。
【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。
【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。
【００２０】
本発明は、上記のステンシルマスクを製造する際に利用することが可能な方法も提供する。本発明は、処理基板の表面部分の所定領域に荷電粒子を照射するためのステンシルマスクを製造する方法に関する。本発明の一つの製造方法は、裏面層と埋込み層と中間層を有する積層構造体を用意し、裏面層を貫通して埋め込み層に達する前記所定領域に対応する形状の第３貫通孔を形成する工程を備えている。本発明の一つの製造方法は、中間層を貫通して埋め込み層に達する第２貫通孔を第３貫通孔に対向する位置に形成する工程を備えている。本発明の一つの製造方法は、第２貫通孔に犠牲部材を充填する工程を備えている。本発明の一つの製造方法は、中間層の表面上及び犠牲部材の表面上に表面層を形成する工程を備えている。本発明の一つの製造方法は、表面層を貫通して犠牲部材に達する複数の第１貫通孔を形成する工程を備えている。本発明の一つの製造方法は、第１貫通孔群を介して犠牲部材を除去する工程を備えている。本発明の一つの製造方法は、第３貫通孔と第２貫通孔の間に介在する埋込み層を除去する工程を備えている。
【００２１】
本発明の他の一つの製造方法は、裏面層と中間層を有する積層構造体を用意し、裏面層を貫通して中間層に達する前記所定領域に対応する形状の第３貫通孔を形成する工程を備えている。本発明の他の一つの製造方法は、中間層を貫通して第３貫通孔に達する第２貫通孔を形成する工程を備えている。本発明の他の一つの製造方法は、第３貫通孔及び第２貫通孔に犠牲部材を充填する工程を備えている。本発明の他の一つの製造方法は、中間層の表面上及び犠牲部材の表面上に表面層を形成する工程を備えている。本発明の他の一つの製造方法は、表面層を貫通して犠牲部材に達する複数の第１貫通孔を形成する工程を備えている。本発明の他の一つの製造方法は、犠牲部材を除去する工程を備えている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のステンシルマスクは、多様な照射領域を形成可能な貫通孔を備えている。さらに、本発明のステンシルマスクは、ステンシルマスクと処理基板の間の距離を短くして用いることができ、貫通孔から射出した荷電粒子を処理基板の表面の所望の領域によく一致して照射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず、本発明の特徴を列記する。
（第１形態）  荷電粒子は、イオン化原子である。
（第２形態）  隣接する第１貫通孔と第１貫通孔を分離する分離壁は、第２貫通孔の上方を横断している。分離壁は、積層構造体の内側の部分と外側の部分を連結している。
（第３形態）  隣接する第１貫通孔と第１貫通孔の間を伸びる分離壁の幅は、ほぼ一様に形成されている。この形態によると、各分離壁の後方に回り込む荷電粒子の密度を、ほぼ一様にすることができる。
（第４形態）  第３形態において、第１貫通孔の形状には、三角形、四角形又は正六角形が採用されている。第１貫通孔の形状が三角形、四角形、正六角形のいずれかであると、共通形状の第１貫通孔を繰返し配列させることができる。さらに、第１貫通孔の形状が、三角形、四角形、正六角形のいずれかであると、隣接する第１貫通孔と第１貫通孔を分離する分離壁が、ほぼ一様の幅を持って伸びることができる。
【実施例】
【００２４】
（第１実施例）
以下、図面を参照して実施例のステンシルマスクに関して説明する。本実施例のステンシルマスクは、半導体基板の表面の所定領域に向けてイオン化した原子を照射することによって、半導体基板の表面部分に導入領域を形成するために用いられる。本実施例のステンシルマスクを利用すると、半導体基板の表面部分を一巡する導入領域と、それとは異なる形状の導入領域を同時に形成することができる。
【００２５】
まず、各図面を簡単に説明する。図１に、イオン注入装置１００の構成を概略的に示す。図２に、ステンシルマスク１０の要部斜視図を模式的に示す。図２に示すように、ステンシルマスク１０は、裏面層５０と埋込み絶縁層４０と中間層３０と表面層２０が積層している扁平状の積層構造体６０を備えている。裏面層５０は、半導体基板が配置される側に形成されている。表面層２０は、イオン化原子が入射する側に形成されている。詳細は後述するが、積層構造体６０には、入射側（紙面上側）から射出側（紙面下側）まで貫通する２種類の貫通孔のグループが形成されており、それらの貫通孔を通過したイオン化原子は、半導体基板の表面に向けて照射される。一つの貫通孔のグループは、積層構造体６０を一巡しており、半導体基板の表面部分に一巡する導入領域を形成する。他の一つの貫通孔のグループは、一巡する貫通孔のグループの内側に形成されており、半導体基板の表面部分に微細な導入領域を形成する。図３〜図６に、積層構造体６０を構成する各層の要部斜視図を示す。図３に、裏面層５０の要部斜視図を示す。図４に、埋込み絶縁層４０の要部斜視図を示す。図５に、中間層３０の要部斜視図を示す。図６に、表面層２０の要部斜視図を示す。図７に、図２のVII-VII線に対応する縦断面図を示す。図８に、図２のVIII-VIII線に対応する縦断面図を示す。図９に、図２のIX−IX線に沿って切断したときに現れる断面を平面化した断面図を示す。
【００２６】
まず、図１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、イオン化原子が導入される半導体基板７が配置される注入室６を備えている。半導体基板７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７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の表面に向けてほぼ面的に照射される。ステンシルマスク１０に形成されている貫通孔を通過したイオン化原子は、半導体基板７の表面の所定領域に向けて照射され、その所定領域に対応した導入領域を形成する。
【００２７】
次に、各図面を詳細に説明する。
図３に示すように、裏面層５０には、裏面層５０を貫通する第３貫通孔５２、５６が形成されている。第３貫通孔５２、５６は、裏面層５０を一巡する一巡第３貫通孔５２を備えている。一巡第３貫通孔５２は、半導体基板７の表面部分を一巡している導入領域に対応した形状を備えている。
第３貫通孔５２、５６は、一巡第３貫通孔５６よりも内側の裏面層５０に形成されている複数のストライプ第３貫通孔５６を備えている。個々のストライプ第３貫通孔５６の平面形状は、長手方向を有する長方形状である。ストライプ第３貫通孔５６群は、領域５８内で平行に並んでおり、ストライプ状に配置されている。即ち、ストライプ第３貫通孔５６群は、半導体基板７の表面部分のストライプ状の導入領域に対応した形状を備えている。
裏面層５０は、半導体基板７の表面に向けて照射するイオン化原子の経路を制限している。裏面層５０は、半導体基板７の表面部分の導入領域に対応した形状の第３貫通孔５２、５６を備えていることから、パターン層ともいう。
【００２８】
図４に示すように、埋込み絶縁層４０には、埋込み絶縁層４０を貫通する埋込み貫通孔４２、４６が形成されている。埋込み貫通孔４２、４６は、埋込み絶縁層４０を一巡する一巡埋込み貫通孔４２を備えている。一巡埋込み貫通孔４２は、埋込み絶縁層４０内を一巡第３貫通孔５２に沿って一巡しており、一巡第３貫通孔５２に連通している。一巡埋込み貫通孔４２の幅４２Ｗは、一巡第３貫通孔５２の幅５２Ｗよりも大きい。一巡埋込み貫通孔４２の横断面積は、一巡第３貫通孔５２の横断面積よりも大きく形成されている。さらに、イオン化原子の進行方向に観測したときに、一巡第３貫通孔５２は、一巡埋込み貫通孔４２内に形成されている。
埋込み貫通孔４２、４６は、一巡埋込み貫通孔４２よりも内側の埋込み絶縁層４０に形成されている矩形状の矩形埋込み貫通孔４６を備えている。矩形埋込み貫通孔４６は、裏面層５０の領域５８に対応して形成されている。イオン化原子の進行方向に観測したときに、裏面層５０の領域５８は、矩形埋込み貫通孔４６内に形成されている。矩形埋込み貫通孔４６は、ストライプ第３貫通孔５６群に連通している。
【００２９】
図５に示すように、中間層３０には、中間層３０を貫通する第２貫通孔３２、３６が形成されている。第２貫通孔３２、３６は、中間層３０を一巡する一巡第２貫通孔３２を備えている。一巡第２貫通孔３２は、中間層３０内を一巡埋込み貫通孔４２に沿って一巡しており、一巡埋込み貫通孔４２に連通している。一巡第２貫通孔３２の幅３２Ｗは、一巡第３貫通孔５２の幅５２Ｗよりも大きく、一巡埋込み貫通孔４２の幅４２Ｗに一致している。一巡第２貫通孔３２の横断面積は、一巡第３貫通孔５２の横断面積よりも大きく形成されており、一巡埋込み貫通孔４２の横断面積に一致している。さらに、イオン化原子の進行方向に観測したときに、一巡第３貫通孔５２は一巡第２貫通孔３２内に形成されており、一巡埋込み貫通孔４２の周縁と一巡第２貫通孔の周縁は一致している。
第２貫通孔３２、３６は、一巡第２貫通孔３２よりも内側の中間層３０に形成されている矩形状の矩形第２貫通孔３６を備えている。矩形第２貫通孔３６は、矩形埋込み貫通孔４６に対応して形成されている。イオン化原子の進行方向に観測したときに、裏面層５０の領域５８は矩形第２貫通孔３６内に形成されており、矩形第２貫通孔３６の周縁と矩形埋込み貫通孔４６の周縁は一致している。
【００３０】
図６に示すように、表面層２０には、表面層２０を貫通する第１貫通孔２２、２６が形成されている。第１貫通孔２２、２６は、一巡第２貫通孔３２に対応する範囲に分散して形成されている複数の分散第１貫通孔２２と、その分散第１貫通孔２２群よりも内側の表面層２０に形成されている矩形第１貫通孔２６を備えている。
分散第１貫通孔２２の平面形状は、矩形である。分散第１貫通孔２２群は、表面層２０内を一巡第２貫通孔３２に沿って一巡して配置されている。隣接する分散第１貫通孔２２と分散第１貫通孔２２の間には、分離壁２４が形成されている。分離壁２４の幅は、ほぼ一様に形成されている。分離壁２４は、一巡第３貫通孔５２、一巡埋込み貫通孔４２及び一巡第２貫通孔３２の上方を横断して伸びている。分離壁２４は、一巡第３貫通孔５２、一巡埋込み貫通孔４２及び一巡第２貫通孔３２によって分離されている積層構造体６０の内側の部分と外側の部分を連結している。したがって、一巡第３貫通孔５２、一巡埋込み貫通孔４２及び一巡第２貫通孔３２によって分離されている積層構造体６０の内側の部分と外側の部分が分離してしまうことが防止されている。
矩形第１貫通孔２６は、矩形第２貫通孔３６に対応して形成されている。イオン化原子の進行方向に観測したときに、矩形第１貫通孔２６の周縁と矩形第２貫通孔３６の周縁は一致している。
表面層２０は、積層構造体６０の内側の部分と外側の部分を連結する分離壁２４を備えていることから、機械保持層ともいう。
【００３１】
図７〜９に示すように、分散第１貫通孔群２２と一巡第２貫通孔３２と一巡埋込み貫通孔４２と一巡第３貫通孔５２は、ステンシルマスク１０の入射側から射出側まで連通している。分散第１貫通孔群２２と一巡第２貫通孔３２と一巡埋込み貫通孔４２と一巡第３貫通孔５２は、一つの貫通孔のグループ（以下、第１の貫通孔のグループという）を構成していると観念することができる。この第１の貫通孔のグループを通過したイオン化原子は、半導体基板７の表面部分を一巡する導入領域を形成する。
矩形第１貫通孔２６と矩形第２貫通孔３６と矩形埋込み貫通孔４６とストライプ第３貫通孔群５６も、ステンシルマスク１０の入射側から射出側まで連通している。矩形第１貫通孔２６と矩形第２貫通孔３６と矩形埋込み貫通孔４６とストライプ第３貫通孔群５６は、他の一つの貫通孔のグループ（以下、第２の貫通孔のグループという）を構成していると観念することができる。この第２の貫通孔のグループを通過したイオン化原子は、半導体基板７の表面部分にストライプ状の導入領域を形成する。
【００３２】
図１０に、ステンシルマスク１０越しにイオン化原子を導入する様子を模式的に示す。図１０の断面は、図９の断面に対応している。なお、図１０では、図の明瞭化のために大部分の符号を省略している（符号は、図９を参照）。図１０において、多数の黒点が点在している範囲は、入射してくるイオン化原子の通過経路を示している。また、隣接する分散第１貫通孔２２と分散第１貫通孔２２の間の分離壁２４の後方に向けて傾斜して描かれている線２０Ｌは、分散第１貫通孔２２群を通過して分離壁２４の後方に回り込むイオン化原子の存在密度がステンシルマスク１０に入射するイオン化原子の存在密度の５０％となる線を表している。
【００３３】
図１０に示すように、第１の貫通孔のグループは、ステンシルマスク１０の入射側から射出側まで連通している。分散第１貫通孔２２群が形成されている範囲では、分離壁２４が、一巡第３貫通孔５２と一巡埋込み貫通孔４２と一巡第２貫通孔３２の上方を横断している。分離壁２４は、積層構造体６０の外側の部分と内側の部分を連結し、積層構造体６０の外側の部分と内側の部分が分離してしまうのを防止する。入射してくるイオン化原子は、分散第１貫通孔２２群を通過して一巡第２貫通孔３２に侵入する。一巡第２貫通孔３２に侵入したイオン化原子は、空間電荷効果（正又は負に荷電している荷電粒子の斥力に基づいて発散する現象）によって、一巡第２貫通孔３２内で発散する。このため、隣接する一方の分散第１貫通孔２２を通過したイオン化原子の通過経路と隣接する他方の分散第１貫通孔２２を通過したイオン化原子の通過経路は、一巡第２貫通孔３２内で重畳する。
【００３４】
なかでも、ステンシルマスク１０では、中間層３０の厚みが、隣接する一方の分散第１貫通孔２２を通過して分離壁２４の後方に回り込むイオン化原子の存在密度がステンシルマスク１０に入射するイオン化原子の存在密度の５０％となる線２０Ｌと、隣接する他方の分散第１貫通孔２２を通過して同じ分離壁２４の後方に回り込むイオン化原子の存在密度がステンシルマスク１０に入射するイオン化原子の存在密度の５０％となる線２０Ｌが、一巡第２貫通孔３２内で交差する関係に設定されている。中間層３０の厚みが上記範囲に設定されていると、隣接する一方の分散第１貫通孔２２を通過したイオン化原子と隣接する他方の分散第１貫通孔２２を通過したイオン化原子の間でも、空間電荷効果による斥力が作用し、イオン化原子は一巡第２貫通孔３２内で散乱する。このため、隣接する分散第１貫通孔２２と分散第１貫通孔２２の間において、隣接する一方の分散第１貫通孔２２を通過したイオン化原子の通過領域内の存在密度と隣接する他方の分散第１貫通孔２２を通過したイオン化原子の通過経路内の存在密度が平均化され、分離壁２４による遮蔽パターンが一巡第２貫通孔３２内で実質的に消失する。
【００３５】
したがって、一巡第２貫通孔３２を通過して一巡埋込み貫通孔４２及び一巡第３貫通孔５２まで達したイオン化原子の通過経路は、横方向に連続した状態になっている。即ち、一巡第３貫通孔５２には、横方向に連続したイオン化原子が入射する。一巡第３貫通孔５２に入射してくるイオン化原子には、分離壁２４による射影パターンが実質的に消失している。
さらに、一巡埋込み貫通孔４２の横断面積は、一巡第３貫通孔５２の横断面積よりも大きく形成されている。このため、一巡第３貫通孔５２の一巡埋込み貫通孔４２側の端面の全領域は、一巡埋込み貫通孔４２に向けて露出している。したがって、一巡第３貫通孔５２に入射してくるイオン化原子には、一巡埋込み貫通孔４２と一巡第３貫通孔５２の間で遮蔽パターンが形成されない。
この結果、一巡第３貫通孔５２を通過したイオン化原子は、一巡第３貫通孔５２の形状をよく反映した状態で射出することができる。ステンシルマスク１０と半導体基板７の間の距離１０Ｄを短くすれば、一巡第３貫通孔５２から射出したイオン化原子は、半導体基板７の表面の所望の領域によく一致して照射される。
【００３６】
一方、図１０に示すように、第２の貫通孔のグループも、ステンシルマスク１０の入射側から射出側まで連通している。入射してくるイオン化原子は、矩形第１貫通孔２６と矩形第２貫通孔３６と矩形埋込み貫通孔４６を通過してストライプ第３貫通孔５６群に達する。ストライプ第３貫通孔５６群の上方には、イオン化原子を遮蔽するものが存在していないので、ストライプ第３貫通孔５６群には多量のイオン化原子が入射してくる。さらに、矩形埋込み貫通孔４６の横断面積は、ストライプ第３貫通孔５６群が設けられている領域５８の範囲の面積よりも大きく形成されている。このため、ストライプ第３貫通孔５６群の矩形埋込み貫通孔４６側の端面の全領域は、矩形埋込み貫通孔４６に向けて露出している。したがって、ストライプ第３貫通孔５６群に入射してくるイオン化原子には、矩形埋込み貫通孔４６とストライプ第３貫通孔５６群の間で遮蔽パターンが形成されない。
この結果、ストライプ第３貫通孔５６群を通過したイオン化原子は、ストライプ第３貫通孔５６群の形状をよく反映した状態で射出することができる。ステンシルマスク１０と半導体基板７の間の距離１０Ｄを短くすれば、ストライプ第３貫通孔５６群から射出したイオン化原子は、半導体基板７の表面の所望の領域によく一致して照射される。
【００３７】
ステンシルマスク１０を利用すると、半導体基板７の表面の複数種類の所定領域に向けて、イオン化原子を同時に照射することができる。特に、本実施例のように、一つの所定領域が半導体基板７の表面を一巡している場合、積層構造体６０の分離を防止するために、分離壁２４を設ける必要がある。分離壁２４が設けられていると、分離壁２４によって遮蔽パターンが形成される。ステンシルマスク１０では、中間層３０が分離壁２４と第３貫通孔５２、５６の間に所定の距離を提供している。このため、ステンシルマスク１０では、分離壁２４によって形成された遮蔽パターンを中間層３０の第２貫通孔３２、３６内で実質的に消失させることができる。
【００３８】
ステンシルマスク１０では、裏面層５０（パターン層）と表面層２０（機械保持層）の間に中間層３０が設けられており、裏面層５０と表面層２０の間に所定の距離を提供している。このため、ステンシルマスク１０では、表面層２０（機械保持層）から中間層３０に侵入したイオン化原子は、第３貫通孔５２、５６に達する時点で、横方向に連続した状態になっている。このため、ステンシルマスク１０では、半導体基板７の照射領域に対応した複数種類の貫通孔が設けられていても、それぞれの貫通孔に入射してくるイオン化原子は、横方向に連続した状態になっている。ステンシルマスク１０では、一巡第３貫通孔５２を通過したイオン化原子は一巡第３貫通孔５２の形状をよく反映して射出し、ストライプ第３貫通孔５６群を通過したイオン化原子はストライプ第３貫通孔５６群の形状をよく反映して射出することができる。ステンシルマスク１０と半導体基板７の間の距離１０Ｄを短くすれば、一巡第３貫通孔５２に対応した半導体基板７の表面の範囲に向けてイオン化原子が照射され、ストライプ第３貫通孔５６群に対応した半導体基板７の表面の範囲に向けてイオン化原子が照射される。
【００３９】
ステンシルマスク１０の他の特徴を列記する。
（１）ステンシルマスク１０では、中間層３０の厚みが、裏面層５０の厚みよりも厚く形成されている。
第３貫通孔５２、５６は、エッチング法を利用して形成される。エッチング法のアスペクト比を考慮すると、裏面層５０が薄肉であることが望ましい。一方、薄肉の裏面層５０は、機械的剛性が弱くなる。ステンシルマスク１０では、厚肉の中間層３０が設けられているので、薄肉な裏面層５０を採用したとしても、ステンシルマスク１０の機械的剛性を強くすることができる。
（２）隣接する分散第１貫通孔２２と分散第１貫通孔２２を分離する分離壁２４は、複数の方向に伸びる梁によって構成されていてもよい。例えば、分離壁２４が、格子状に構成されていてもよい。
（３）矩形第１貫通孔２６が、複数の貫通孔が分散することによって構成されていてもよい。
矩形第１貫通孔２６が複数の貫通孔によって構成されていると、隣接する貫通孔と貫通孔の間の分離壁は、ストライプ第３貫通孔５６に多様な形状を許容し、その結果、多様な照射領域を可能にする。さらに、隣接する貫通孔と貫通孔の間の分離壁は、ステンシルマスク１０の機械的剛性を強くすることができる。
（４）図１１に、ステンシルマスク１０の変形例を示す。この変形例のステンシルマスクでは、分離壁２４Ａの横断面積が、イオン化原子の進行方向に沿って縮小している。この場合、分離壁２４Ａは、イオン化原子の入射側で幅広であり、半導体基板７が配置される側で幅狭に形成されている。イオン化原子の進行方向から観測したときに、分離壁２４Ａの側面が非露出になっている。
イオン化原子の入射側で分離壁２４Ａが幅広に形成されているので、分離壁２４Ａは、積層構造体６０の外側の部分と内側の部分を強固に連結することができる。さらに、半導体基板７が配置される側で分離壁２４Ａが幅狭に形成されているので、イオン化原子は、分離壁２４Ａの後方に良く回り込むことができる。この変形例のステンシルマスクを用いると、一巡第３貫通孔５２に入射するイオン化原子に分離壁２４Ａの遮蔽パターンが含まれていない状態を容易に実現することができる。
【００４０】
（ステンシルマスク１０の製造方法）
次に、図１２〜図１７を参照して、ステンシルマスク１０の製造方法を説明する。
まず、図１２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、中間層３０と埋込み絶縁層４０と裏面層５０を備えている。中間層３０の材料には、単結晶シリコンのシリコン基板が用いられており、その厚みは約５００〜１０００μｍである。埋込み絶縁層４０の材料には、酸化シリコンが用いられており、その厚みは約１μｍである。裏面層５０の材料には、単結晶シリコンが用いられており、その厚みは約２０μｍである。
【００４１】
次に、図１３に示すように、裏面層５０の表面に、第１フォトレジスト６２をパターニングする。次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を利用して、第１フォトレジスト６２の開孔から露出する裏面層５０をエッチングし、一巡第３貫通孔５２及びストライプ第３貫通孔５６群を形成する。一巡第３貫通孔５２及びストライプ第３貫通孔５６群を形成した後に、ＲＩＥ法を利用して、裏面層５０の表面に形成されている第１フォトレジスト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。
【００４２】
次に、図１４に示すように、中間層３０の裏面に、第２フォトレジスト６３をパターニングする。次に、ＲＩＥ法を利用して、第２フォトレジスト６３から露出する中間層３０をエッチングし、一巡第２貫通孔３２及び矩形第２貫通孔３６を形成する。一巡第２貫通孔３２は、一巡第３貫通孔５２に対向する位置に形成される。矩形第２貫通孔３６は、ストライプ第３貫通孔５６群に対向する位置に形成される。
【００４３】
次に、図１５に示すように、一巡第２貫通孔３２及び矩形第２貫通孔３６内に、シルセスキオキサン等を有する第１犠牲部材６４及び第２犠牲部材６５を充填する。なお、第１犠牲部材６４及び第２犠牲部材６５は、便宜の上で呼称を異ならせているが、同一のものである。充填方法には、スピン法、スキャン法（ノズル塗布、ディスペンサ塗布など）、印刷法（スクリーン印刷、インクジェット印刷など）を利用することができる。充填された第１犠牲部材６４及び第２犠牲部材６５は、ＵＶ、熱などを利用して硬化させる。第１犠牲部材６４と第２犠牲部材６５を硬化させた後に、必要に応じて、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Policing）法、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法などを利用して、中間層３０、第１犠牲部材６４及び第２犠牲部材６５の表面を平坦化する。
次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を利用して、中間層３０、第１犠牲部材６４及び第２犠牲部材６５の表面上に、ポリシリコンの表面層２０を結晶成長する。なお、ＣＶＤ法に代えて、液状塗布を利用して表面層２０を形成してもよい。また、表面層２０の材料には、ＣＶＤダイヤモンド、窒化シリコン等の窒化物系セラミック又は炭化珪素を用いてもよい。
【００４４】
次に、図１６に示すように、表面層２０の裏面に、第３フォトレジスト６６をパターニングする。次に、ドライエッチング法を利用して、第３フォトレジスト６６から露出する表面層２０をエッチングし、複数の分散第１貫通孔２２及び矩形第１貫通孔２６を形成する。分散第１貫通孔２２群は、表面層２０を貫通して第１犠牲部材６４に達している。矩形第１貫通孔２６は、表面層２０を貫通して第２犠牲部材６５に達している。
【００４５】
次に、図１７に示すように、フッ化水素酸（ＨＦ）又は緩衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）等を利用して、埋込み絶縁膜４０の一部、第１犠牲部材６４及び第２犠牲部材６５を選択的にエッチングする。
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。
【００４６】
（ステンシルマスク１０の変形例のステンシルマスクの製造方法）
次に、図１８〜図２３を参照して、ステンシルマスク１０の変形例のステンシルマスクの製造方法を説明する。この変形例のステンシルマスクは、ステンシルマスク１０の埋込み絶縁層４０が存在しない構造である。
まず、中間層１３０を準備する。中間層１３０の材料には、単結晶シリコンのシリコン基板が用いられており、その厚みは約５００μｍ〜１０００μｍである。次に、ＣＶＤ法を利用して、中間層１３０の表面上に、裏面層１５０を結晶成長する。裏面層１５０の材料には、ＣＶＤダイヤモンドが用いられており、その厚みは約２０μｍである。
【００４７】
次に、図１９に示すように、裏面層１５０の表面に、第１フォトレジスト１６２をパターニングする。次に、ドライエッチング法を利用して、第１フォトレジスト１６２の開孔から露出する裏面層１５０をエッチングし、一巡第３貫通孔１５２及びストライプ第３貫通孔１５６群を形成する。一巡第３貫通孔１５２及びストライプ第３貫通孔１５６群を形成した後に、ＲＩＥ法を利用して、裏面層１５０の表面に形成されている第１フォトレジスト１６２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。
【００４８】
次に、図２０に示すように、中間層１３０の裏面に、第２フォトレジスト１６３をパターニングする。次に、ドライエッチング法を利用して、第２フォトレジスト１６３から露出する中間層１３０をエッチングし、一巡第２貫通孔１３２及び矩形第２貫通孔１３６を形成する。一巡第２貫通孔１３２は、中間層１３０を貫通して一巡第３貫通孔１５２に達している。矩形第２貫通孔１３６は、中間層１３０を貫通してストライプ第３貫通孔１５６群に達している。
【００４９】
次に、図２１に示すように、一巡第３貫通孔１５２及び一巡第２貫通孔１３２内に、シルセスキオキサン等を有する第１犠牲部材１６４を充填する。さらに、ストライプ第３貫通孔１５６群及び矩形第２貫通孔１３６内に、シルセスキオキサン等を有する第２犠牲部材１６５を充填する。なお、第１犠牲部材１６４及び第２犠牲部材１６５は、便宜の上で呼称を異ならせているが、同一のものである。充填方法には、スピン法、スキャン法（ノズル塗布、ディスペンサ塗布など）、印刷法（スクリーン印刷、インクジェット印刷など）を利用することができる。充填された第１犠牲部材１６４及び第２犠牲部材１６５は、ＵＶ、熱などを利用して硬化させる。第１犠牲部材１６４と第２犠牲部材１６５を硬化させた後に、必要に応じて、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Policing）法、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法などを利用して、中間層１３０、第１犠牲部材１６４及び第２犠牲部材１６５の表面を平坦化する。
次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を利用して、中間層１３０、第１犠牲部材１６４及び第２犠牲部材１６５の表面上に、ＣＶＤダイヤモンドの表面層１２０を結晶成長する。なお、表面層１２０の材料には、多結晶シリコン、窒化シリコンなどの窒化物系セラミック又は炭化珪素を用いてもよい。
【００５０】
次に、図２２に示すように、表面層１２０の裏面に、第３フォトレジスト１６６をパターニングする。次に、ドライエッチング法を利用して、第３フォトレジスト１６６から露出する表面層１２０をエッチングし、複数の分散第１貫通孔１２２及び矩形第１貫通孔１２６を形成する。分散第１貫通孔１２２群は、表面層１２０を貫通して第１犠牲部材１６４に達している。矩形第１貫通孔１２６は、表面層１２０を貫通して第２犠牲部材１６５に達している。
【００５１】
次に、図２３に示すように、フッ化水素酸（ＨＦ）又は緩衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）等を利用して、第１犠牲部材１６４及び第２犠牲部材１６５を選択的にエッチングする。ＨＦベイパーによるエッチングを利用してもよい。
これらの工程を経て、ステンシルマスク１０の変形例のステンシルマスクを得ることができる。
【００５２】
（第２実施例）
第２実施例では、ステンシルマスクの冷却効果に関して検証した。
図２４（Ａ）に、検証に用いたステンシルマスク２００の平面図を示す。図２４（Ｂ）に、そのステンシルマスク２００の断面図を示す。ステンシルマスク２００の平面形状は、略円形状である。ステンシルマスク２００は、下層２５０と上層２３０の２層構造を備えている。ステンシルマスク２００の中央領域には、複数の溝２２０が形成されている。複数の溝２２０で構成されている範囲は、ステンシルマスク２００のパターン領域に対応しており、個々の溝２２０が一つのチップに対応している。ステンシルマスク２００は、検証用に簡単化された構造である。ステンシルマスク２００の下層２５０は、第１実施例のステンシルマスク１０の裏面層５０に相当し、パターン層に相当する。ステンシルマスク２００の上層２３０は、第１実施例のステンシルマスク１０の中間層３０に相当する。
図２４（Ａ）に示すように、溝２２０群の周囲を矩形状に一巡している破線２１０は、イオン化原子が入射してくる範囲を示している。溝２２０群の周辺に位置する上層２３０の表面２４０は、静電チャックが接触する面である。
【００５３】
ステンシルマスク２００の各寸法は、以下の値に設定されている。図２４（Ａ）に示すように、複数の溝２２０で構成されるパターン領域のＹ方向の幅２２０Ｗａは３２ｍｍであり、Ｘ方向の幅２２０Ｗｂは３６ｍｍである。破線２１０で示されているイオンが入射してくる範囲のＹ方向の幅２１０Ｗａは４０ｍｍであり、Ｘ方向の幅２１０Ｗｂは４０ｍｍである。図２４（Ｂ）に示すように、ステンシルマスク２００の厚み２２０Ｈは０．５ｍｍであり、そのうち下層２５０の厚み２５０Ｈは０．０２ｍｍである。隣接する溝２２０と溝２２０の間の壁の幅２３０Ｗは、０．１２ｍｍである。
【００５４】
検証は、２つの試料を比較することで行った。１つの試料（Ａ）は、下層２５０の材料に単結晶シリコンが用いられ、上層２３０の材料にも単結晶シリコンが用いられている例である。他の試料（Ｂ）は、下層２５０の材料にＣＶＤダイヤモンドが用いられ、上層の材料に単結晶シリコンが用いられている例である。なお、単結晶シリコンとＣＶＤダイヤモンドの物性値を以下の表に示す。
【００５５】
【表１】
2007287972.tif 000003
【００５６】
イオンビームの入熱条件は、１２０Ｗの熱量が２秒間入射する期間と１秒間の非入射の期間を１サイクルとし、合計で１０サイクルのイオンビームの入射を行った。
図２５に、試料（Ａ）と試料（Ｂ）の温度変化を示す。温度は、パターン領域の中心付近で測定される温度である。図２５に示すように、試料（Ｂ）の温度が、試料（Ａ）の温度に比して顕著に低く抑えられえいることが分かる。試料（Ｂ）では、熱伝導率の大きいＣＶＤダイヤモンドが下層２５０に用いられている。このため、パターン領域で発生した熱は、下層２５０を介してステンシルマスク２００の周辺側に効率的に熱伝導され、上層２３０の表面２４０を介して静電チャックへ排熱される。なお、上層２３０にもＣＶＤダイヤモンドを用いると、パターン領域の熱容量が小さくなりすぎてしまい、１サイクルの期間でパターン領域の最高温度が変形を許容する範囲から逸脱してしまう。このため、ステンシルマスクが変形してしまう。
したがって、下層２５０の材料にＣＶＤダイヤモンドを採用し、上層２３０の材料に単結晶シリコンを採用することによって、パターン領域の熱容量を適度な値に保ちながら、周辺に向けての熱伝導を向上させることができる。
図２６に、試料（Ａ）の変位量と、試料（Ｂ）の変位量を示す。変位量は、周辺の上層２３０の表面２４０とパターン領域の上層２３０の表面の間の厚み方向の変位量である。図２６に示すように、試料（Ｂ）の変位量が顕著に抑えられていることが確認された。
【００５７】
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】
【００５８】
【図１】イオン注入装置の構成を概略的に示す。
【図２】ステンシルマスクの要部斜視図を模式的に示す。
【図３】裏面層の要部斜視図を模式的に示す。
【図４】埋込み絶縁層の要部斜視図を模式的に示す。
【図５】中間層の要部斜視図を模式的に示す。
【図６】表面層の要部斜視図を模式的に示す。
【図７】図２のVII−VII線に対応する断面図を模式的に示す。
【図８】図２のVIII−VIII線に対応する断面図を模式的に示す。
【図９】図２のIX−IX線に対応する断面図を模式的に示す。
【図１０】ステンシルマスクを通過するイオン化原子の様子を示す。
【図１１】変形例のステンシルマスクを通過するイオン化原子の様子を示す。
【図１２】ステンシルマスクの製造過程を示す（１）。
【図１３】ステンシルマスクの製造過程を示す（２）。
【図１４】ステンシルマスクの製造過程を示す（３）。
【図１５】ステンシルマスクの製造過程を示す（４）。
【図１６】ステンシルマスクの製造過程を示す（５）。
【図１７】ステンシルマスクの製造過程を示す（６）。
【図１８】変形例のステンシルマスクの製造過程を示す（１）。
【図１９】変形例のステンシルマスクの製造過程を示す（２）。
【図２０】変形例のステンシルマスクの製造過程を示す（３）。
【図２１】変形例のステンシルマスクの製造過程を示す（４）。
【図２２】変形例のステンシルマスクの製造過程を示す（５）。
【図２３】変形例のステンシルマスクの製造過程を示す（６）。
【図２４】（Ａ）第２実施例のステンシルマスクの平面図を示す。（Ｂ）第２実施例のステンシルマスクの断面図を示す。
【図２５】第２実施例のステンシルマスクの温度変化を示す。
【図２６】第２実施例のステンシルマスクの変位量を示す。
【符号の説明】
【００５９】
２：イオン源
３：質量分析器
４：加速器
５：スキャナ装置
６：注入室
７：半導体基板
１０：ステンシルマスク
２０、１２０：表面層
２２、１２２：分散第１貫通孔
２４：分離壁
２６、１２６：矩形第１貫通孔
３０、１３０：中間層
３２、１３２：一巡第２貫通孔
３４、１３４：矩形第２貫通孔
４０：埋込み絶縁層
４２：一巡埋込み貫通孔
４６：矩形埋込み貫通孔
５０、１５０：裏面層
５２、１５２：一巡第３貫通孔
５６、１５６：ストライプ第３貫通孔
６０：積層構造体
６４、１６４：第１犠牲部材
６５、１６５：第２犠牲部材
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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