(57)【要約】【課題】  処理基板のうち半導体素子を形成できる領域を多く取ることが可能なステンシルマスクを提供する。【解決手段】  ステンシルマスクは、基板の処理の際に基板に照射されるイオンを位置選択的に遮断し、相互に対向する２つの面を貫く開口を有し、透過部４１を有する。透過部は、基板上に形成された位置合わせ用パターンおよびその周囲の基板を含むマーク領域により反射されて観測装置に入射する観測光を透過させ且つイオンを遮断する材質から構成される。また、透過部は、第１部分と第１部分から区画された第２部分４２とからなる。【選択図】      図５
2007027273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理の際に前記基板に照射されるイオンを位置選択的に遮断するステンシルマスクであって、
前記イオンを遮断し、相互に対向する２つの面を貫く開口を有し、前記基板上に形成された位置合わせ用パターンおよびその周囲の前記基板を含むマーク領域により反射されて観測装置に入射する観測光を透過させ且つ前記イオンを遮断する材質から構成される透過部を有し、前記透過部が第１部分と前記第１部分から区画された第２部分とからなることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
前記第２部分の前記開口の対向する２つの辺の間の距離が、２Ｌｔａｎθ（ただし、Ｌは前記基板と前記ステンシルマスクとの間の距離、θは前記基板に対する垂線と前記観測光の光軸との間の角度）より小さいことを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク。
【請求項３】
基板の処理の際に前記基板に照射されるイオンを位置選択的に遮断するステンシルマスクであって、
相互に対向する第１主面および第２主面を有し、前記イオンを遮断し、前記第１主面および第２主面を貫く開口を有し、第１部分と前記第１部分により囲まれ且つ前記第１部分と異なる厚さを有する第２部分とを含む、ことを特徴とするステンシルマスク。
【請求項４】
イオンを遮断し、前記イオンを通過させる第１開口と透過部とを有するステンシルマスクの前記開口を介して前記基板に前記イオンを照射するイオン照射部と、
前記ステンシルマスクが配置されるべき位置の上方に配置され、前記基板上に形成された位置合わせ用パターンおよびその周囲の前記基板を含むマーク領域に、前記ステンシルマスクの前記透過部を透過する観測光を照射する光源と、
前記マーク領域によって反射され、前記透過部を通過した前記観測光の反射光を受け取り、前記反射光に応じた画像を表示する観測装置と、
前記基板を保持し、前記基板と前記イオン照射部との相対的な位置関係を制御する基板保持部と、
を具備することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項５】
イオンを遮断し、相互に対向する２つの面を貫く開口を有し、第１部分と前記第１部分から区画された第２部分とを包含する透過部を有するステンシルマスクを、表面に形成された位置合わせ用パターンを有する基板の上方に配置する工程と、
前記透過部を透過する観測光を、前記ステンシルマスクを介して前記位置合わせ用パターンおよびその周囲の前記基板を含むマーク領域に照射する工程と、
前記マーク領域により反射された前記観測光の反射光を観測装置により受け取る工程と、
前記観測装置での観測結果に応じて前記ステンシルマスクと前記基板との相対的な位置関係を制御する工程と、
前記開口を介して前記イオンを前記基板に照射する工程と、
を具備することを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンシルマスク、イオン注入装置、イオン注入方法に関し、例えば、ステンシルマスクを用いてイオンを選択的に処理基板に照射する半導体基板処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板（ウェハ）上に集積回路を形成する一連の工程には、イオン注入工程が含まれる。イオン注入装置として、回路パターンと等倍の開口パターンをステンシルマスク上に形成し、このステンシルマスクの開口を通して、処理基板に位置選択的にイオンを注入するものが知られている（特開平２０００−３８８１号公報（特許文献１））。ここで、処理基板（以下、基板と称する）とは、半導体基板、および半導体基板上に種々の導電膜および絶縁膜が形成された構造である。
【０００３】
このイオン注入装置を用いた処理の際、基板上の回路パターンの位置とステンシルマスクの開口パターンの位置とは、回路設計で許された範囲内でのずれで合わせられる必要がある。この位置合わせをより高精度に行うためには、イオン注入の処理ごとに位置合わせ作業を行うことが望ましい。そこで、ステンシルマスクに位置合わせ用の開口（マスクマーク）を設け、マスクマークを通して、ステンシルマスクの位置ずれ観測用のパターン基板上のパターン（ウェハマーク）を観測し、基板とステンシルマスクの相対的な位置が確認される。
【０００４】
しかしながら、ステンシルマスクにマスクマークが設けられると、そこを通して、基板にイオンが注入される。マスクマークは、回路パターンとは無関係の位置に設けられ、位置合わせに必要な所定の形状を有する。このため、基板の、マスクマーク下方の領域へのイオンの注入、不注入を選択できない。よって、この領域には半導体素子を製造することができない。このことは、半導体装置の製造コストを下げるために１つの半導体基板からより多くの半導体チップを作製するという要請に反する。
【特許文献１】特開2000-3881号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、処理基板のうち半導体素子を形成できる領域を多く取ることが可能なステンシルマスク、イオン注入装置、イオン注入方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の視点によるステンシルマスクは、基板の処理の際に前記基板に照射されるイオンを位置選択的に遮断するステンシルマスクであって、前記イオンを遮断し、相互に対向する２つの面を貫く開口を有し、前記基板上に形成された位置合わせ用パターンおよびその周囲の前記基板を含むマーク領域により反射されて観測装置に入射する観測光を透過させ且つ前記イオンを遮断する材質から構成される透過部を有し、前記透過部が第１部分と前記第１部分から区画された第２部分とからなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の視点によるステンシルマスクは、基板の処理の際に前記基板に照射されるイオンを位置選択的に遮断するステンシルマスクであって、相互に対向する第１主面および第２主面を有し、前記イオンを遮断し、前記第１主面および第２主面を貫く開口を有し、第１部分と前記第１部分により囲まれ且つ前記第１部分と異なる厚さを有する第２部分とを含む、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の視点によるイオン注入装置は、イオンを遮断し、前記イオンを通過させる第１開口と透過部とを有するステンシルマスクの前記開口を介して前記基板に前記イオンを照射するイオン照射部と、前記ステンシルマスクが配置されるべき位置の上方に配置され、前記基板上に形成された位置合わせ用パターンおよびその周囲の前記基板を含むマーク領域に、前記ステンシルマスクの前記透過部を透過する観測光を照射する光源と、前記マーク領域によって反射され、前記透過部を通過した前記観測光の反射光を受け取り、前記反射光に応じた画像を表示する観測装置と、前記基板を保持し、前記基板と前記イオン照射部との相対的な位置関係を制御する基板保持部と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４の視点によるイオン注入方法は、前記イオンを遮断し、相互に対向する２つの面を貫く開口を有し、第１部分と前記第１部分から区画された第２部分とを包含する透過部を有するステンシルマスクを、表面に形成された位置合わせ用パターンを有する基板の上方に配置する工程と、前記透過部を透過する観測光を、前記ステンシルマスクを介して前記位置合わせ用パターンおよびその周囲の前記基板を含むマーク領域に照射する工程と、前記マーク領域により反射された前記観測光の反射光を観測装置により受け取る工程と、前記観測装置での観測結果に応じて前記ステンシルマスクと前記基板との相対的な位置関係を制御する工程と、前記開口を介して前記イオンを前記基板に照射する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、処理基板のうち半導体素子を形成できる領域を多く取ることが可能なステンシルマスク、イオン注入装置、イオン注入方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者等は、本発明の開発の過程において、背景技術の項目で述べたようなイオン注入装置を用いてより効率的に半導体チップを作製する方法について研究した。その結果、本発明者等は、以下に述べるような知見を得た。
【００１２】
現在、ステンシルマスクと基板の位置合わせのための観測装置によってイオンビームが遮蔽されることを防止するために、位置合わせには斜光アライメント法が用いられている。図１乃至図３は、斜光アライメント法を用いた位置合わせの手法を説明する図面である。図１は、ステンシルマスクおよび基板の各主要部の上面図であり、図２は、それらの側面図である。図３は、観測画像を例示している。
【００１３】
図１に示されるように、ステンシルマスク１０１には、マスクマーク１０２が形成されている。また、基板１０３には、ウェハマーク１０４が形成されている。そして、マスクマーク１０２とウェハマーク１０４との相対的な位置ずれ量を観測することにより、基板１０３とステンシルマスク１０１との位置ずれが観測される。
【００１４】
図２に示されるように、観測用の光（観測光）の光源１１１は、マスクマーク１０２の上方から、基板１０３の平面方向にずれた位置に配置される。よって、観測光１１２は、基板１０３に対して角度θで入射する。
【００１５】
観測装置１１３も、マスクマーク１０４の上方から基板１０３の平面方向にずれた位置に配置される。なお、ステンシルマスク１０１と基板１０３との間の距離はＬである。
【００１６】
図２に示されるような状況を観測装置１１３により観測すると、図３に示される画像が得られる。図３に示されるように、マスクマーク１０４の上端および下端との距離を（長さｄ１および長さｄ２）観測することにより、マスクマーク１０４の位置とウェハマーク１０２の位置関係から平面方向の位置ずれ量が求められる。
【００１７】
また、観測画像において、マスクマーク１０４の一部は、ステンシルマスク１０１の影１２１により覆われている。この影１２１の幅Ｗは、２Ｌ×ｔａｎθである。よって、影１２１の長さから、ステンシルマスク１０１と基板１０３の間隔が計算できる。
【００１８】
以上のような手法により観測が行われるため、画像においてウェハマーク１０４が表示される必要がある。よって、マスクマーク１０２のウェハマークが延びる方向の長さ（図の左右方向の長さ）は、２Ｌ×ｔａｎθより大きくなければならない。すなわち、マスクマーク１０２の大きさは、距離Ｌに依存する。
【００１９】
したがって、距離Ｌを小さくすることにより、マスクマーク１０２を小さくすることができる。そして、マスクマーク１０２を小さくすることにより、基板のうち半導体素子を形成できる領域を大きくすることができると考えられる。
【００２０】
しかしながら、イオン注入装置の特性上、ステンシルマスク１０１と基板１０３との間の距離にも下限が存在する。この結果、マスクマーク１０２の大きさにも下限が存在する。すなわち、単にマスクマーク１０２を小さくする手法を採ることはできない。
【００２１】
以下に、このような知見に基づいて構成された本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００２２】
（第１実施形態）
図４は、第１実施形態に係るイオン注入装置の主要部を概略的に示している。図４に示すように、イオン注入装置１は、少なくともイオン照射部１１、光源１５、観測装置１６、ウェハステージ（基板保持部）１９を有する。
【００２３】
イオン照射部１１は、処理基板１２に対する注入角度が所定の値とされた軌道を有するイオンビーム１３を処理基板１２に向けて照射する。すなわち、イオン照射部１１は、イオンビームを発生し、イオンビームを所定の領域を処理できる大きさまで拡散し、拡散されたイオンビームの中に存在する個々のイオンの軌道を平行にし、平行にされたイオンビームの軌道を処理基板１２に向かって変化させる。イオン照射部１１は、例えば、イオンビーム発生部２１、コリメータマグネット２２等を有する。
【００２４】
処理基板１２は、イオン注入の対象となる基板であり、半導体基板、およびイオン注入が行われる段階に応じて半導体基板上に絶縁膜、導電膜が形成された状態を含む。以下、このような処理基板を単に基板または半導体基板と称する。基板１２には、後述する位置合わせ用のマークが形成されている。
【００２５】
イオンビーム発生部２１は、イオン源、アナライザーマグネット、加速管、静電スキャナー等（何れも図示せぬ）を有する。アナライザーマグネットは、イオン源が発生するイオンの中から目的のイオンを選択的に取り出す。加速管は、イオンを所望のエネルギーまで加速し、照射する。静電スキャナーは、照射された１つの軌道に沿ったイオンビーム１３を適当な広さを有する放射状へと拡散する。拡散されたイオンビーム２３は、コリメータマグネット２２へと進入する。
【００２６】
コリメータマグネット２２は、進入したイオンビーム２３を基板１２に向かう方向へと導くとともに、放射状に進入したイオンビーム２３の軌道が平行となるように誘導する。イオン照射部１１は、デフレクターを有していても良い。デフレクターは、その内部の電場を変化させることにより、コリメータマグネット２２から進行するイオンビーム２３の軌道を調整する。
【００２７】
ステンシルマスク１４は、イオン照射部１１のイオンビーム照射口の下方に配置される。ステンシルマスク１４は、イオンを遮断する材質から構成され、形成されるべき回路パターンに応じた位置に、対向する２つの面を貫く開口を有する。
【００２８】
ステンシルマスク１４は、また、透過部（図示せぬ）を有する。透過部は、位置合わせのための観測用の光（以下、観測光と称する）を透過させ、イオンを遮断する材質により構成される。透過部を含むステンシルマスク１４の構成については、後に詳述する。
【００２９】
光源１５および観測装置１６は、ステンシルマスク１４とイオン照射部１１との間で、イオンビーム１３の軌道と重ならないように設けられる。光源１５は観測光を射出する。観測光は、処理基板の垂線に対して所定の角度（例えばθ°）の角度で、処理基板に入射する。
【００３０】
観測光として用いられる光は、上記のように、透過部の材質との関係において決定される。より具体的には、観測光は、透過部を透過可能な波長の光を含んでいる。このような、材質および光の組み合わせとして、例えば、ダイアモンドおよび赤色の発光ダイオード（中心波長６６０ｎｍ）を用いることができる。ダイアモンドは、高い硬度を持つため、後述のように透過部内に設けられる位置参照部を他の部分より薄膜化した場合に変形しにくいという利点を有する。またダイアモンドは紫外から赤外領域までの透過率が高いので他のより青色や緑色の短波長の発光ダイオードを使用することができる。現状の技術では青色に比べて、赤色の発光ダイオードの方がより高い輝度が得られるので観測が容易になる。またより短波長の青色を使用すれば、観測分解能（観測位置精度）が向上することが期待できる。
【００３１】
またダイアモンド以外の材質として、酸化錫（ＳｎＯ2）や酸化インジウム（ＩｎＯ）を使用することもできる。これらは、透明電極と呼ばれ、ダイアモンド同様に可視領域を透過する。さらに高い電気伝導度を有するため、イオン注入によってマスクが帯電するのを防止することができる。
【００３２】
観測装置１６は、基板１２によって反射された観測光（反射光）が入射する位置に配置される。観測装置１６は、少なくとも、反射光を受光する受光部（例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ）１７と、受光した反射光によって形成される画像を表示するモニタ部１８とを有する。観測光源１５および観測装置１６は、イオンビームの軌道を遮らないように配置される。
【００３３】
ウェハステージ１９は、基板１２を保持し、基板１２のイオンが注入されるべき領域が、ステンシルマスク１４の開口の下方に位置するように基板１２の位置合わせを行う。より詳しくは、後述のように、ステンシルマスク１４の位置参照部と、基板１２上に形成されたウェハマークを用いて、ステンシルマスク１４と基板１２との位置合わせが行われる。
【００３４】
観測装置１６での観測結果に応じて、制御部２０等がウェハステージ１９を制御して、ステンシルマスク１４と基板１２との相対位置の調整を自動で行うようにしてもよい。
【００３５】
次に、図５乃至図７を参照して、第１実施形態に係るステンシルマスク、および観測装置１６により観測される画像について説明する。図５は、第１実施形態に係るステンシルマスク１４および基板１２の各主要部の上面図であり、図６は、それらの側面図である。図７は、第１実施形態における観測画像を例示している。
【００３６】
図５は、基板１２上には、ウェハマーク３２が形成されている。基板１２には、第１実施形態のイオン注入装置１によるイオン注入工程に先立ち、位置合わせ用マーク（以下、ウェハマークと称する）３２が形成されている。ウェハマーク３２は、例えば、先の工程で形成された絶縁膜または導電膜等のパターン、または層間絶縁膜内に形成された開口により実現される。
【００３７】
ステンシルマスク１４は、基板１２の上方に配置される。ステンシルマスク１４は、透過部４１を有する。透過部４１は、上記のように、観測光を透過させ且つイオンを遮断する材質により構成される。または、ステンシルマスク１４の製造を容易にする観点から、ステンシルマスク１４全体が、観測光を透過する物質から構成されていてもよい。
【００３８】
ステンシルマスク１４は、また、従来のマスクマークに対応する位置参照部（第２部分）４２を有する。位置参照部４２は、透過部４１内に設けられる。位置参照部４２は、観測装置の画像上でのウェハマーク３２との位置関係を把握するために設けられる。
【００３９】
位置参照部４２は、ステンシルマスク１４の位置参照部４２以外の部分（第１部分）との境界が分かるような構成を有していればよい。位置参照部４２の構成として、例えば、位置参照部４２を他の部分より薄くしたり（図６）、厚くしたり（図７）することが可能である。なお、位置参照部４２のみが透過部４１とされていても良い。
【００４０】
図５は、ステンシルマスク１４と基板１２の位置が合っている状態に対応する。したがって、図５に示すように、ウェハマーク３２は、図面の上下方向および左右方向において、位置参照部４２の中央に位置している。
【００４１】
図６は、位置参照部４２の構成の一例として、位置参照部４２が他の部分より薄い場合を示している。図７は、位置参照部４２の構成の一例として、位置参照部４２が他の部分より厚い場合を示している。
【００４２】
図６、図７に示すように、斜光アライメント法が用いられるため、光源１５および観測装置１６は、ウェハマーク３２およびその周辺の基板１２（マーク領域）の真上から基板の平面方向にずれた位置に配置される。よって、光源１５から発せられた観測光は、基板１２の垂線に対して角度θでステンシルマスク１４に入射する。
【００４３】
また、観測光４３がステンシルマスク１４を透過して基板１２に到達し、基板１２により反射された観測光４３（反射光４４）もステンシルマスク１４を透過する必要がある。このため、透過部４１は、ステンシルマスク１４の、光源１５とマーク領域とを結ぶ直線上の部分、およびマーク領域と観測装置１６を結ぶ直線上の部分、に形成されている。
【００４４】
透過部４１は観測光４３を透過させる材質により構成されているので、各観測光４３は、透過部４１を透過する。この際、観測光４３が透過する透過部４１の厚さに応じて、観測光４３の強度が減少する。
【００４５】
観測光４３は、ウェハマーク３２およびその周辺の基板１２により反射され、再度、ス透過部４１を透過する。この際も、反射光４４の強度は、透過する透過部４１の厚さに応じて減少する。そして、透過部４１を透過した反射光４４は観測装置１６に入射し、入射した反射光４４に応じた画像が観測装置１６に表示される。
【００４６】
図８は、位置参照部４２が他の部分より薄い場合に対応する。図８において、部分５１は、透過部４１の位置参照部４２以外の部分（厚い部分）を透過し、基板１２により反射され、透過部４１の厚い部分を透過した観測光によって示される部分である。
【００４７】
部分５２は、透過部４１の厚い部分を透過し、基板１２により反射され、位置参照部４２（薄い部分）を透過した観測光によって示される部分である。また、部分５３は、位置参照部４２を透過し、基板１２により反射され、透過部４１の厚い部分を透過した観測光によって示される部分である。
【００４８】
部分５２と、部分５３とは、基板１２とステンシルマスク１４との距離に応じて、間隔を有して並んでおり、これら以外の部分が部分５３に対応する。なお、基板１２とステンシルマスク１４との距離が小さいときには、部分５２と部分５３の一部が重なる場合もある。
【００４９】
上記のように、ウェハマーク３２は、真上から見た場合、位置参照部４２内に収まっている。しかしながら、観測装置１６は、位置参照部４２の真上からずれた位置に位置しているので、ウェハマーク３２は、画像上の部分５２、５３に亘る位置に表示される。
【００５０】
ウェハマークの横方向の何％が、部分５２、５３内に位置するかは、基板１２の垂線に対する角度、および、ステンシルマスク１４と基板１２との間の距離（高さ方向の距離）に応じて変化する。すなわち、図８の状態が、ステンシルマスク１４の位置と基板１２の位置とが合っている状態（基準状態）なので、画像上のウェハマーク３２の、左右方向における基準状態からのずれを測定すれば、ステンシルマスク１４と基板１２との間の距離を特定できる。
【００５１】
図８の上下方向に関しては従来と同じである。すなわち、ウェハマークの上端と部分５２、５３の上端との距離、およびウェハマークの下端と部分５２、５３の下端との距離を計測することにより、位置ずれを特定できる。
【００５２】
図８の左右方向の位置確認に関しては、従来技術ではウェハマーク３２と位置参照部４２を別に用意するとともにこれを観測するための光源と観測装置を図８の上下方向に配置することで達成していた。
【００５３】
本実施形態を用いた場合、基準状態における画像上での各ウェハマーク３２と部分５２、５３との相対的な位置関係を記録しておき、観測中の状態の画像上での各ウェハマークと部分５２、５３との相対的な位置関係が、基準状態からどの程度ずれているのかを観測することにより、左右方向の位置ずれを特定できる。
【００５４】
これにより、基板上１２に形成するウェハマークの数を減らすことも可能になる。
【００５５】
以上述べた方法によってステンシルマスク１４と基板１２との位置ずれが観測され、この結果に応じて、ステンシルマスク１４と基板１２との位置が合うようにウェハステージ１９が制御される。そして、位置合わせが完了した状態でイオン照射部１１から、ステンシルマスク１４の開口を介して、基板１２にイオンが注入される。
【００５６】
本発明の第１実施形態に係るステンシルマスク１４およびこれを用いたイオン注入装置によれば、観測光４３および透過部４１の材質が、透過部４１を観測光４３が透過し且つイオンが遮断されるように選択される。このため、このようなステンシルマスク１４を用いたイオン注入の際、形成予定の半導体素子に応じてイオンが注入されるべき領域以外の領域にイオンが注入されることが回避される。このため、基板１２のうち半導体素子を形成できる領域を多く取ることができる。
【００５７】
（第２実施形態）
第２実施形態では第１実施形態と異なり、ステンシルマスクに位置合わせ用のマスクマークが形成されている。このマスクマークの大きさは、従来のものに比べて小さい。
【００５８】
第２実施形態は、ステンシルマスクの形状が第１実施形態と異なり、イオン注入装置は第１実施形態と同じである。よって、観測光および透過部の材質は、観測光が透過部を透過するように、それぞれ選択される。
【００５９】
次に、図９乃至図１１を参照して、第２実施形態に係るステンシルマスク、および観測装置１６により観測される画像について説明する。図９は、第２実施形態に係るステンシルマスク６１および基板１２の各主要部の上面図であり、図１０は、それらの側面図である。図１１は、第２実施形態における観測画像を例示している。
【００６０】
図９は、ステンシルマスク６１と基板１２の位置が合っている状態に対応する。図９に示すように、ステンシルマスク６１は、基板１２の上方に配置される。ステンシルマスク６１は、第１実施形態と同様に、透過部４１を有する。
【００６１】
透過部４１内には、マスクマーク６２が形成される。マスクマーク６２は、第１実施形態の位置参照部４２と同様の機能を有し、観測装置の画像上でのウェハマーク３２との位置関係を把握するために設けられる。
【００６２】
マスクマーク６２の大きさは、図１に示されるものより小さい。すなわち、上記のように、従来はステンシルマスクが観測光を透過しないため、観測装置の画像上でウェハマークを認識するためには、マスクマークのウェハマークが延びる方向における長さ（左右方向の長さ）は、２Ｌ×ｔａｎθより大きくなければならない。
【００６３】
これに対して、第２実施形態では、透過部４１が観測光４３を透過させることができる。このため、マスクマーク６２の対向する２辺間の距離（マスクマーク６２のウェハマーク６２が延びる方向の長さ）が２Ｌ×ｔａｎθ以下であっても、観測装置１６の画像上でウェハマークを認識することができる。よって、ステンシルマスク６１の対向する２辺間の距離を、２Ｌ×ｔａｎθより小さくすることができる。この結果、マスクマーク６２を介してイオンが注入されることにより半導体素子を形成できない領域を小さく抑えることができる。
【００６４】
図１０から分かるように、観測光４３が観測装置１６に至るまでの経路は３種類有り得る。１つ目は、透過部４１を透過し、基板１２により反射され、再度透過部４１を透過するものである。２つ目は、透過部４１を透過し、基板１２により反射され、マスクマーク６２を通過して観測装置１６に入射するものである。３つ目は、マスクマーク６２を通過し、基板１２により反射され、透過部４１を通過して観測装置１６に入射するものである。これら３種の経路を通過した観測光４３に応じて、観測装置１６により観測される画像が形成される。
【００６５】
図１１に示すように、観測装置１６における画像は、部分７１、７２、７３により構成される。部分７１、７２、７３は、それぞれ、上記の３種の経路を経て観測装置に到達した観測光４３による象に対応する。
【００６６】
マスクマーク６２は、従来のものより小さいが、透過部４１が、観測光４３を透過させるので、ウェハマーク３２は画像上で観測される。この例では、マスクマーク３２は、部分７２、７３を左右に横断し、両端が部分７１に達する。
【００６７】
以上述べたステンシルマスク６１を用いて、第１実施形態と同じく、ステンシルマスク６１と基板１２との位置ずれが観測され、この結果に応じて、ステンシルマスクと基板１２との位置が合うようにウェハステージ１９が制御され、イオン注入が行われる。
【００６８】
また、ステンシルマスク６１と基板１２との間の距離を観測する必要がない場合は、マスクマークを、図１２のようにすることもできる。すなわち、図１２に示すように、１つのウェハマーク３２に対して２つのマスクマーク６２が設けられる。マスクマーク６２は、上下方向において離れて並んでいる。この構成の場合、マスクマーク６２に挟まれた領域が、第１実施形態の位置参照部４２に対応する。
【００６９】
位置合わせの際、２つのマスクマーク６２の間にウェハマーク３２を位置させる。ウェハマーク３２の上端と上側のマスクマーク６２の下端との距離、およびウェハマーク３２の下端と上側のマスクマーク６２の上端との距離、を用いて、上下方向の位置合わせを行える。
【００７０】
本発明の第２実施形態に係るステンシルマスク６１およびこれを用いたイオン注入装置によれば、第１実施形態と同じく、観測光４３および透過部４１の材質が、透過部４１を観測光４３が透過し且つイオンが遮断されるように選択される。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。
【００７１】
また、第２実施形態に係るステンシルマスク６１は、従来のものより小さいマスクマーク６２を有しているが、マスクマーク６２の周辺は透過部４１により形成されている。このため、観測装置１６の画像上、従来では影となっていた部分も、透過部４１を透過する観測光によって、画像上に表れる。よって、小さいマスクマーク６２でも、位置合わせを行うことができる。マスクマーク６２を小さくすることによって、基板１２のうち、半導体素子を形成できない領域を小さく抑えることができる。
【００７２】
なお、マスクマーク６２が形成されるため、第１実施形態と比べて、半導体素子の形成不能領域は大きくなる。しかしながら、マスクマーク６２は、パターン用の開口と同じ工程で作製できるので、第１実施形態のようにステンシルマスクに段差を設ける必要がない。よって、第１実施形態と比べて、ステンシルマスクの製造が容易になる。
【００７３】
（第３実施形態）
第３実施形態では、第２実施形態と同じステンシルマスクが用いられる一方、観測光の観測方法が異なる。
【００７４】
図１３は、第３実施形態に係るステンシルマスク５１および基板１２の各主要部の上面図であり、図１４は、それらの側面図である。図１３に示すように、位置合わせの際、マスクマーク６２は、ウェハマーク３２の中央から左右方向（ウェハマーク３２の延びる方向）にずれた位置に配置される。このマスクマーク６２の位置は、図１４に示すように、反射光４４がマスクマーク６２を通過して観測装置１６に入射するように配置される。
【００７５】
図１４に示すように、観測装置１６には、光源１５から発せられ、透過部４１を透過し、基板１２に反射され、マスクマーク６２を通過した観測光４３が主に入射する。光が透過部４１を透過する際、その強度が減少するため、基板１２に到達する観測光４３の強度は減少する。したがって、この観測光４３の反射光４４を観測すると、この強度の減少分、画像上での明度は低下する。
【００７６】
さらに、イオン注入時にイオンがステンシルマスクの表面に衝突するため、ステンシルマスクを使用し続けると、一般に、その表面が改質する。そのため、透過部４１の光の透過率が減少する。表面が劣化した透過部４１を透過した反射光４４を観測装置１６で受光した場合、ウェハマーク３２の観測画像は著しく劣化する。あるいは観測光４３が表面で散乱するため、透過部４１を透過させて観測したウェハマーク３２の画像がぼやける。
【００７７】
しかしながら、第３実施形態によれば、反射光４４は透過部４１を透過しないので、少なくとも、マスクマーク６２の位置情報を含んでいる反射光４４の強度は、基板１２にて反射された以降、透過部４１による影響を受けない。よって、透過部４１の改質に伴い、透過部４１を透過する観測光４３の強度が減少し、この結果観測画像の明度が下がったとしても、画像上での象がぼやけることを回避できる。反射光４４の強度の減少は、観測装置１６の受光感度の調整や、画像のコントラストの調整によって、補填することができる。
【００７８】
この後、第１実施形態と同じく、ステンシルマスク６１と基板１２との位置ずれが観測され、この結果に応じて、ステンシルマスク６１と基板１２との位置が合うようにウェハステージ１９が制御され、イオン注入が行われる。
【００７９】
本発明の第３実施形態に係るステンシルマスク６１およびこれを用いたイオン注入装置によれば、第１実施形態と同じく、観測光４３および透過部４１の材質が、透過部４１を観測光４３が透過し且つイオンが遮断されるように選択される。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。
【００８０】
また、第３実施形態に係るステンシルマスク６１は、第２実施形態と同じく、透過部４１内に、従来のものよりも小さいマスクマーク６２を有する。このため、第２実施形態と同じ効果を得られる。
【００８１】
また、第３実施形態に係るイオン注入装置によれば、観測装置１６が、マスクマーク６２を通過した反射光４４を主に受光できる位置に配置される。このため、強度の減少を経ない反射光４４が観測される。よって、透過部４１が改質することに伴い、観測光４３の強度が減少したとしても、反射光４４の強度はこれ以上減少しないため、明確なウェハマーク３２の画像を得られる。
【００８２】
（第４実施形態）
第４実施形態は、第１乃至第３実施形態に付加して用いられ、第４実施形態のステンシルマスクは、その表面が他の物質により覆われている。
【００８３】
図１５、図１６は、第４実施形態に係るステンシルマスクを概略的に示す断面図であり、図１５は第４実施形態が第１実施形態に適用された例を示している。図１６は、第４実施形態が第２、第３実施形態に適用された例を示している。
【００８４】
図１５、図１６に示すように、ステンシルマスク８１は、基部８１と薄膜８１とからなる。基部８１は、第１乃至第３実施形態のステンシルマスク１４、６１と同じであり、全体または一部が透過部４１からなる。薄膜８１は、少なくとも透過部４１または基部８１全体の表面を覆い、観測光４３を透過させる材質により構成される。
【００８５】
薄膜８３も、透過部４１と同様に、観測光４３を透過する必要があるので、観測光４３の波長に対して高い透過率を持つことが望ましい。しかしながら、薄膜８３の膜厚が薄ければ、透過率が低い材料を使うことも可能である。透過部４１を通過していく間の吸収および反射などによる実効光量の減衰と、観測装置１６が持つ感度を考慮して、薄膜８３の材質および膜厚を決定すればよい。具体的な材質として、例えば、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、レジスト膜を用いることができる。
【００８６】
上記のように、ステンシルマスクがイオン注入に繰り返し用いられることにより、透過部４１を含むステンシルマスクの表面が改質する。しかしながら、第４実施形態のステンシルマスク８１がイオン注入工程に使用された場合、イオンの衝突によるステンシルマスク８１の表面の改質は、薄膜８３で発生する。
【００８７】
薄膜８３を、基部８２から選択的に除去し、その後、新たな薄膜８３を成膜することにより、ステンシルマスク８１を再生できる。薄膜８３が、例えば二酸化シリコン膜の場合、例えば希フッ酸などの薬液を使用してこれを除去することができる。また、レジスト膜を使用した場合、アッシング（灰化）工程と硫酸と過酸化水素水の混合溶液を用いた薬液処理で除去することができる。
【００８８】
その他の構成は、第１乃至第３実施形態と同じである。
【００８９】
本発明の第４実施形態に係るステンシルマスク８１およびこれを用いたイオン注入装置によれば、第１実施形態と同じく、観測光４３および透過部４１の材質が、透過部４１を観測光４３が透過し且つイオンが遮断されるように選択される。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。
【００９０】
また、第４実施形態に係るステンシルマスク８１は、ともに観測光４３を透過させる透過部４１を含む基部８２と、その表面を覆う薄膜８３とから構成される。このため、イオンの衝突による改質は薄膜８３で発生し、薄膜８３を除去、再形成することにより、ステンシルマスク８１を再生できる。よって、ステンシルマスク８１の劣化によって減少した透過率を元の状態へと回復させることができる。
【００９１】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】ステンシルマスクおよび基板の各主要部の上面図。
【図２】ステンシルマスクおよび基板の各主要部の側面図。
【図３】観測画像を例示する図。
【図４】第１実施形態に係るイオン注入装置の主要部を概略的に示す図。
【図５】第１実施形態に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の上面図。
【図６】第１実施形態に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の側面図。
【図７】第１実施形態に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の側面図。
【図８】第１実施形態における観測画像を例示する図。
【図９】第２実施形態に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の上面図。
【図１０】第２実施形態に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の側面図。
【図１１】第２実施形態における観測画像を例示する図。
【図１２】第２実施形態の変形例に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の上面図。
【図１３】第３実施形態に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の上面図。
【図１４】第３実施形態に係るステンシルマスクおよび基板の各主要部の側面図。
【図１５】第４実施形態に係るステンシルマスクを概略的に示す断面図。
【図１６】第４実施形態に係るステンシルマスクを概略的に示す断面図。
【符号の説明】
【００９３】
１…イオン注入装置、１１…イオン照射部、１２…基板、１３、２３…イオンビーム、
１４…ステンシルマスク、１５…光源、１６…観測装置、１７…受光部、１８…モニタ部、１９…ウェハステージ、２０…制御部、２１…イオンビーム発生部、２２…コリメータマグネット。
【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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