JP2006287005A - Stencil mask, its manufacturing method and method of use thereof - Google Patents

Stencil mask, its manufacturing method and method of use thereof Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a thin layer of a stencil mask rises in its temperature owing to ionized atoms coming into collision therewith and is deformed by the heat produced thereby. <P>SOLUTION: The stencil mask 100 comprises the thin layer 25, and a thick layer 35 stacked on one surface of the thin layer 25. The thin layer 25 has a narrowed thin layer through-hole 22 formed therein, and the thick layer 35 has a wide thick layer through-hole 38 formed therein. The thin layer through hole 22 and the thick layer through-hole 38 are paired and communicated with each other. A step is formed between a side surface 29 of the thin layer 25 defining the thin layer through-hole 22 and a side surface of the thick layer 35 defining the thick layer through-hole 38. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置を製造する際に用いられるステンシルマスクに関する。本明細書でいうステンシルマスクとは、被処理基板の表面の所定位置に、荷電粒子(イオン、電子等)又はX線等の電磁波等を選択的に照射する際に用いられる遮蔽部材のことをいう。本発明のステンシルマスクは、例えばスイッチング素子、発光素子、受光素子、又はマイクロマシン等の半導体基板を利用して形成される装置を製造する際に好適に用いられる。   The present invention relates to a stencil mask used when manufacturing a semiconductor device. The stencil mask used in this specification refers to a shielding member used when selectively irradiating a predetermined position on the surface of a substrate to be processed with charged particles (ions, electrons, etc.) or electromagnetic waves such as X-rays. Say. The stencil mask of the present invention is suitably used for manufacturing an apparatus formed using a semiconductor substrate such as a switching element, a light emitting element, a light receiving element, or a micromachine.

半導体装置を製造する工程では、半導体基板の表面の局所的範囲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、それ以外の範囲には不純物を導入しない処理が必要とされる。一般的に、この種の処理では、半導体基板の表面に被覆膜を形成し、その被覆膜に貫通孔を形成し、その貫通孔から半導体基板の表面に不純物を導入する方法を利用することが多い。この方法では、半導体基板の表面に被覆膜を形成する工程、被覆膜に貫通孔を形成する工程、被覆膜を除去する工程等を必要とする。そのため、製造に要する工程数が多くなる。この問題を解決するために、ステンシルマスクの開発が進められている。   In the process of manufacturing a semiconductor device, a process is required in which ionized atoms (generally referred to as impurities) are introduced into a local range on the surface of the semiconductor substrate, while impurities are not introduced into other ranges. In general, this type of treatment uses a method in which a coating film is formed on the surface of a semiconductor substrate, a through hole is formed in the coating film, and impurities are introduced into the surface of the semiconductor substrate from the through hole. There are many cases. This method requires a step of forming a coating film on the surface of the semiconductor substrate, a step of forming a through hole in the coating film, a step of removing the coating film, and the like. Therefore, the number of processes required for manufacturing increases. In order to solve this problem, development of a stencil mask has been underway.

ステンシルマスクとは、貫通孔が予め形成されている遮蔽部材のことをいう。ステンシルマスクを用いる方法では、半導体基板の表面にステンシルマスクを被せ、次にステンシルマスク越しに半導体基板の表面に向けてイオン化原子を導入する。ステンシルマスクは、複数の半導体基板に対して繰返し利用される。ステンシルマスクを利用すれば、半導体基板の表面に被覆膜を形成し、その被覆膜に貫通孔を形成し、被覆膜を除去する工程を省略することができる。このため、半導体装置の製造に要する工程数を大幅に削減することができる。以下に、この種のステンシルマスクに関する特許文献を記す。
特開2004−207570号公報 特開2004−207385号公報 特開2003−37055号公報 特開2003−124097号公報 特開2003−59819号公報 特開2002−50565号公報
A stencil mask refers to a shielding member in which a through hole is formed in advance. In the method using a stencil mask, the surface of the semiconductor substrate is covered with a stencil mask, and then ionized atoms are introduced toward the surface of the semiconductor substrate through the stencil mask. The stencil mask is repeatedly used for a plurality of semiconductor substrates. If the stencil mask is used, a step of forming a coating film on the surface of the semiconductor substrate, forming a through hole in the coating film, and removing the coating film can be omitted. For this reason, the number of processes required for manufacturing the semiconductor device can be greatly reduced. The following is a patent document relating to this type of stencil mask.
JP 2004-207570 A JP 2004-207385 A JP 2003-37055 A JP 2003-1224097 A JP 2003-59819 A JP 2002-50565 A

半導体装置を小型化したいという要求が年々増加している。小型化された半導体装置を得るには、ステンシルマスクの貫通孔自体を微細に加工しなければならない。また、ステンシルマスクの貫通孔とそれに隣接する貫通孔の間の距離も微細に加工しなければならない。
ステンシルマスクは薄層部を備えており、その薄層部に複数の貫通孔が形成されている。貫通孔は、RIE(Reactive Ion Etching)法等を利用して、薄層部をエッチングすることによって形成される。エッチング加工のアスペクト比(貫通孔の深さを貫通孔の幅で除した値)の大きさには限界があるので、貫通孔の幅を微細化したり、隣接する貫通孔の間の距離を微細化するためには、薄層部を薄くするのが好ましい。
ところが、薄層部を薄くすると、イオン化原子を導入するときに、隣接する貫通孔と貫通孔の間に位置する薄層部の壁に衝突するイオン化原子によって薄層部の温度が上昇し、薄層部が変形してしまうことがある。薄層部が変形すると、イオン化原子の導入範囲がシフトするという問題や、イオン化原子の導入範囲の寸法が変動するという問題が発生する。薄層部が薄くなってくると、薄層部の機械的強度も下がり、取り扱いが非常に困難になるという問題も発生する。
The demand for miniaturizing semiconductor devices is increasing year by year. In order to obtain a miniaturized semiconductor device, the through hole of the stencil mask itself must be finely processed. Also, the distance between the through hole of the stencil mask and the adjacent through hole must be finely processed.
The stencil mask has a thin layer portion, and a plurality of through holes are formed in the thin layer portion. The through-hole is formed by etching the thin layer portion using an RIE (Reactive Ion Etching) method or the like. Since there is a limit to the size of the etching aspect ratio (the value obtained by dividing the depth of the through hole by the width of the through hole), the width of the through hole is reduced or the distance between adjacent through holes is reduced. In order to achieve this, it is preferable to make the thin layer portion thinner.
However, when the thin layer portion is thinned, when ionized atoms are introduced, the temperature of the thin layer portion increases due to ionized atoms that collide with the wall of the thin layer portion located between the adjacent through holes. The layer part may be deformed. When the thin layer portion is deformed, there arises a problem that the introduction range of ionized atoms shifts and a problem that the size of the introduction range of ionized atoms changes. As the thin layer portion becomes thinner, the mechanical strength of the thin layer portion also decreases, and there arises a problem that handling becomes very difficult.

薄層部の変形を抑制するためには、薄層部を厚くすることによって機械的剛性を向上させることが考えられる。薄層部を厚くすれば、熱伝達効率も上昇し、温度上昇も抑制できると期待される。例えば、高い異方性を実現するアルカリ溶液を用いるエッチング技術を利用すれば、厚みのある薄層部に微細な貫通孔を加工することができるかも知れない。あるいは、隣接する貫通孔の間の距離を微細化した貫通孔群を加工することができるかも知れない。   In order to suppress the deformation of the thin layer portion, it is conceivable to increase the mechanical rigidity by increasing the thickness of the thin layer portion. Increasing the thickness of the thin layer is expected to increase heat transfer efficiency and suppress temperature rise. For example, if an etching technique using an alkaline solution that realizes high anisotropy is used, it may be possible to process a fine through hole in a thick thin layer portion. Alternatively, it may be possible to process a through hole group in which the distance between adjacent through holes is miniaturized.

ところが、貫通孔群を形成する層の厚みを厚くすると、イオン化原子が幅狭で長い貫通孔(層の厚みが厚いと貫通孔の距離は長くなる)を通過するときに、貫通孔を画定する側面に衝突するイオン化原子の量が増加してしまう。このため、貫通孔を通過するイオン化原子の通過量が減少してしまう。したがって、半導体基板の表面に、所望する量のイオン化原子を導入することが困難になってしまう。減少する通過量を補うために、イオン化原子の導入に用いられるイオン注入装置の出力を上げることも考えられる。しかしながら、イオン注入装置の出力を上げると、イオン化原子の通過量は確保できるものの、貫通孔を画定する側面に衝突するイオン化原子量も増大してしまう。したがって、貫通孔群を形成する層の厚みを厚くしても、結局はステンシルマスクの温度上昇による変形が生じてしまう。
なお、上記の現象は、イオン化原子を導入する場合に限られず、荷電粒子又は電磁波等を照射する際に用いられるステンシルマスクにおいて、一般的に生じ得る。
本発明の目的は、荷電粒子又は電磁波等の通過量を確保しながら、変形を抑制することができるステンシルマスクを提供することである。
However, when the thickness of the layer forming the through-hole group is increased, the through-hole is defined when ionized atoms pass through a narrow and long through-hole (the thicker the layer, the longer the distance between the through-holes). The amount of ionized atoms that collide with the sides increases. For this reason, the passage amount of ionized atoms passing through the through hole is reduced. Therefore, it becomes difficult to introduce a desired amount of ionized atoms into the surface of the semiconductor substrate. In order to compensate for the decreasing passage amount, it is also conceivable to increase the output of an ion implantation apparatus used for introducing ionized atoms. However, when the output of the ion implantation apparatus is increased, the amount of ionized atoms that pass through can be secured, but the amount of ionized atoms that collide with the side surface that defines the through hole also increases. Therefore, even if the thickness of the layer forming the through hole group is increased, eventually the stencil mask is deformed due to the temperature rise.
The above phenomenon is not limited to the case of introducing ionized atoms, and can generally occur in a stencil mask used when irradiating charged particles or electromagnetic waves.
The objective of this invention is providing the stencil mask which can suppress a deformation | transformation, ensuring the passage amount of a charged particle or electromagnetic waves.

本発明のステンシルマスクは、薄層部と、その薄層部の一方の面に積層されている厚層部を有している。薄層部には幅狭な複数の薄層貫通孔が形成されており、厚層部には幅広な複数の貫通孔が形成されている。薄層部の薄層貫通孔と厚層部の厚層貫通孔は対を成して連通している。この結果、薄層貫通孔を画定する薄層部の側面と厚層貫通孔を画定する厚層部の側面の間に段差が形成されている。
ここで、「対を成して連通する」とは、薄層部の1つの薄層貫通孔に対して、厚層部の1つの厚層貫通孔が連通することをいう。薄層部の複数の薄層貫通孔が1つの厚層貫通孔に連通する場合や、1つの薄層貫通孔が複数の厚層貫通孔に連通する場合をいうのではない。
また、本発明のステンシルマスクは、次のように表現してもよい。
本発明のステンシルマスクは、薄層部と、その薄層部の一方の面に積層されている厚層部を有している。薄層部には複数の薄層貫通孔が形成されており、厚層部には複数の厚層貫通孔が形成されている。薄層部を貫通する薄層貫通孔と薄層貫通孔の間に位置している壁の幅が広く、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁の幅が狭く形成されている。薄層部を貫通する薄層貫通孔と薄層貫通孔の間に位置している壁には、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁が積層している。この結果、薄層貫通孔を画定する薄層部の側面と厚層貫通孔を画定する厚層部の側面の間に段差が形成されている。
The stencil mask of the present invention has a thin layer portion and a thick layer portion laminated on one surface of the thin layer portion. A plurality of narrow through holes are formed in the thin layer portion, and a plurality of wide through holes are formed in the thick layer portion. The thin layer through-hole in the thin layer part and the thick layer through-hole in the thick layer part communicate with each other in pairs. As a result, a step is formed between the side surface of the thin layer portion that defines the thin layer through hole and the side surface of the thick layer portion that defines the thick layer through hole.
Here, “communicating in pairs” means that one thick layer through hole of the thick layer portion communicates with one thin layer through hole of the thin layer portion. This does not mean a case where a plurality of thin layer through holes in the thin layer portion communicate with one thick layer through hole or a case where one thin layer through hole communicates with a plurality of thick layer through holes.
Moreover, you may express the stencil mask of this invention as follows.
The stencil mask of the present invention has a thin layer portion and a thick layer portion laminated on one surface of the thin layer portion. A plurality of thin layer through holes are formed in the thin layer portion, and a plurality of thick layer through holes are formed in the thick layer portion. The wall located between the thin layer through hole penetrating the thin layer part is wide and located between the thick layer through hole penetrating the thick layer part and the thick layer through hole. The wall is narrow. The wall located between the thin layer through hole and the thin layer through hole penetrating the thin layer part has a wall located between the thick layer through hole and the thick layer through hole penetrating the thick layer part. Laminated. As a result, a step is formed between the side surface of the thin layer portion that defines the thin layer through hole and the side surface of the thick layer portion that defines the thick layer through hole.

上記のステンシルマスクでは、薄層部を貫通する薄層貫通孔と薄層貫通孔の間に位置している壁(遮蔽パターンに相当する)の一方の面から、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁が伸びている。この厚層部の壁が、薄層部の壁の熱を外部に伝熱する効果を有し、薄層部の壁の温度上昇を抑制する。厚層部の壁が存在することによって、ステンシルマスクの機械的強度も向上しており、薄層部の壁が温度上昇によって変形してしまう現象をさらに抑制することができる。
さらに、薄層部を貫通する薄層貫通孔は幅狭に形成されており、厚層部を貫通する厚層貫通孔は幅広に形成されている。厚層部側から貫通孔を見ると、厚層部の幅広な厚層貫通孔が、薄層部の幅狭な薄層貫通孔に連通している。厚層部側は荷電粒子又は電磁波等が入射してくる側であり、薄層部側は荷電粒子又は電磁波等が出射する側である。したがって、このステンシルマスクを利用して、例えばイオン化原子を通過させる場合、イオン化原子は幅広な厚層貫通孔と幅狭な薄層貫通孔を通過して、所定パターンに調整されて出射していく。イオン化原子が幅広な厚層貫通孔を通過するときは、厚層貫通孔に十分な幅が確保されているので、通過量が極端に減少することがない。さらに、イオン化原子が幅狭な薄層貫通孔を通過するときも、薄層部の厚みが薄いので、通過量が極端に減少することがない。このため、イオン化原子が厚層部を通過するときも、薄層部を通過するときも、いずれの場合でも通過量の減少が抑制されている。したがって、イオン化原子の通過量が十分に確保されるのである。このことから、イオン注入装置の出力を大きくして、イオン化原子を照射しなくても、十分な量のイオン化原子の通過量を確保することができる。
また、厚層部の壁の伝熱効果によって、薄層部の温度上昇を抑制することができるので、本発明のステンシルマスクでは、イオン注入装置の出力を大きくして多くのイオン化原子を照射するという利用にも耐えることができる。本発明のステンシルマスクを利用すると、高濃度なイオン注入領域を形成したり、被処理基板の深部にイオン注入領域を形成したりすることもでき、多様なイオン注入領域を形成することが可能となる。
上記のステンシルマスクを利用すると、薄層部に形成されている微細な貫通孔によって、微細構造の装置の製造を可能にする。厚層部の壁によって、薄層部の壁の熱を効果的に外部に伝熱することができる。これにより、薄層部の壁の温度上昇を抑制することができる。厚層部の壁は、厚層部に幅広な厚層貫通孔をもたらすために、厚層部の壁によって薄層部の薄層貫通孔を通過するイオン化原子を極端に減らすこともない。
イオン化原子等の透過能力が高く、機械的強度に優れ、変形しづらいステンシルマスクが実現される。
In the above stencil mask, the thin layer penetrating the thick layer portion from one surface of the thin layer through hole penetrating the thin layer portion and the wall (corresponding to the shielding pattern) located between the thin layer through holes. A wall located between the through hole and the thick layer through hole extends. The wall of the thick layer portion has an effect of transferring the heat of the wall of the thin layer portion to the outside, and suppresses the temperature rise of the wall of the thin layer portion. Due to the presence of the thick layer wall, the mechanical strength of the stencil mask is improved, and the phenomenon that the thin layer wall is deformed due to a temperature rise can be further suppressed.
Further, the thin layer through hole penetrating the thin layer portion is formed narrow, and the thick layer through hole penetrating the thick layer portion is formed wide. When the through hole is viewed from the thick layer portion side, the wide thick layer through hole in the thick layer portion communicates with the narrow thin layer through hole in the thin layer portion. The thick layer portion side is a side on which charged particles or electromagnetic waves are incident, and the thin layer portion side is a side on which charged particles or electromagnetic waves are emitted. Therefore, for example, when ionized atoms are allowed to pass through using this stencil mask, the ionized atoms pass through the wide thick layer through-holes and the narrow thin layer through-holes and are adjusted to a predetermined pattern and emitted. . When ionized atoms pass through a wide thick layer through-hole, a sufficient width is ensured in the thick layer through-hole, so that the amount of passage does not extremely decrease. Further, even when ionized atoms pass through a narrow thin layer through-hole, the thickness of the thin layer portion is thin, so that the passing amount is not extremely reduced. For this reason, when ionized atoms pass through the thick layer part and also through the thin layer part, a decrease in the passing amount is suppressed in both cases. Therefore, a sufficient amount of ionized atoms can be secured. From this, it is possible to secure a sufficient amount of ionized atoms to pass without increasing the output of the ion implantation apparatus and irradiating the ionized atoms.
Moreover, since the temperature increase of the thin layer portion can be suppressed by the heat transfer effect of the thick layer portion wall, the stencil mask of the present invention irradiates many ionized atoms by increasing the output of the ion implantation apparatus. It can withstand the use. By using the stencil mask of the present invention, it is possible to form a high-concentration ion implantation region or to form an ion implantation region in a deep part of the substrate to be processed, and to form various ion implantation regions. Become.
When the above stencil mask is used, a fine-structured device can be manufactured by a fine through-hole formed in the thin layer portion. The heat of the wall of the thin layer portion can be effectively transferred to the outside by the wall of the thick layer portion. Thereby, the temperature rise of the wall of a thin layer part can be suppressed. The wall of the thick layer portion provides a wide thick layer through hole in the thick layer portion, so that the ionized atoms passing through the thin layer through hole of the thin layer portion are not extremely reduced by the thick layer portion wall.
A stencil mask having high transmission capability of ionized atoms and the like, excellent mechanical strength, and hardly deformed is realized.

厚層貫通孔を画定する厚層部の側面が、薄層部の前記一方の面に対して略垂直方向に伸びていることが好ましい。
この場合、薄層部の壁が存在する範囲内で、厚層部の壁を積層方向に長く伸ばすことが可能となる。厚層部の壁の積層方向の高さを高くすることができる。厚層部の壁の積層方向の高さを高くすることによって、放熱効果や伝熱効果を向上させることができるとともに、ステンシルマスクの機械的剛性も向上させることができる。
It is preferable that the side surface of the thick layer portion defining the thick layer through hole extends in a direction substantially perpendicular to the one surface of the thin layer portion.
In this case, the wall of the thick layer portion can be elongated in the stacking direction within the range where the wall of the thin layer portion exists. The height in the stacking direction of the wall of the thick layer portion can be increased. By increasing the height of the thick layer portion in the stacking direction, the heat dissipation effect and the heat transfer effect can be improved, and the mechanical rigidity of the stencil mask can also be improved.

薄層部が第1導電型不純物を含む半導体層であり、厚層部が第2導電型不純物を含む半導体層であることが好ましい。
従来から知られているステンシルマスクは、SOI(Silicon On Insulator)基板を利用して製造されることが多い。SOI基板はシリコン酸化膜を備えている。シリコン酸化膜の熱伝導は極めて低い。したがって、従来のステンシルマスクでは、薄層部に熱が蓄積し易い構造であった。そのため、薄層部の過度な温度上昇が問題となっていた。本発明のステンシルマスクは、SOI基板を利用しなくても製造可能な構造を備えている。本発明のステンシルマスクは、不純物を含む半導体層を利用して製造することが可能な構造を備えている。このため、SOI基板を利用して作製されるステンシルマスクに比して、熱伝導の点において顕著に改善されている。薄層部の温度上昇を顕著に抑制することができる。
また、薄層部と厚層部が、結晶構造が連続している半導体層内に形成されていてもよい。
また、半導体層が、シリコン単結晶層で形成されていることが好ましい。汎用のシリコンウェハ等を利用して製造可能な構造とすることができる。
The thin layer portion is preferably a semiconductor layer containing a first conductivity type impurity, and the thick layer portion is preferably a semiconductor layer containing a second conductivity type impurity.
Conventionally known stencil masks are often manufactured using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. The SOI substrate includes a silicon oxide film. The thermal conductivity of the silicon oxide film is extremely low. Therefore, the conventional stencil mask has a structure in which heat is easily accumulated in the thin layer portion. Therefore, an excessive temperature rise in the thin layer portion has been a problem. The stencil mask of the present invention has a structure that can be manufactured without using an SOI substrate. The stencil mask of the present invention has a structure that can be manufactured using a semiconductor layer containing impurities. For this reason, it is remarkably improved in terms of heat conduction as compared with a stencil mask manufactured using an SOI substrate. The temperature rise of the thin layer portion can be remarkably suppressed.
Further, the thin layer portion and the thick layer portion may be formed in a semiconductor layer having a continuous crystal structure.
The semiconductor layer is preferably formed of a silicon single crystal layer. The structure can be manufactured using a general-purpose silicon wafer or the like.

厚層部に、厚層貫通孔群の周辺を一巡する包囲壁が形成されていることが好ましい。
包囲壁は、薄層部の支持部として機能する。ステンシルマスクの機械的剛性を向上させることができる。
It is preferable that an encircling wall that goes around the periphery of the thick layer through hole group is formed in the thick layer portion.
The surrounding wall functions as a support portion for the thin layer portion. The mechanical rigidity of the stencil mask can be improved.

包囲壁が、冷却手段に接続されていることが好ましい。
冷却手段を設けることによって、薄層部に蓄積した熱を包囲壁を介して冷却手段へ伝熱することができる。
The surrounding wall is preferably connected to the cooling means.
By providing the cooling means, the heat accumulated in the thin layer portion can be transferred to the cooling means through the surrounding wall.

包囲壁の積層方向の高さと、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁の積層方向の高さが等しく形成されているのが好ましい。なお、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁の高さが、包囲壁の高さよりも低く形成されていてもよい。   It is preferable that the height in the stacking direction of the surrounding wall is equal to the height in the stacking direction of the wall located between the thick layer through hole penetrating the thick layer portion and the thick layer through hole. In addition, the height of the wall located between the thick layer through-hole penetrating the thick layer portion and the thick layer through-hole may be formed lower than the height of the surrounding wall.

本発明のステンシルマスクを備えたイオン注入装置は極めて有用なものとなる。即ち、本発明のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン生成手段と、生成されたイオンから必要なイオンを選択する質量分析手段と、選択されたイオンを加速する加速手段と、被処理基板が配置される注入室と、加速手段と被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、温度上昇に基づく変形等が深刻な問題となっていた。このため、イオン注入装置は、ステンシルマスクが変形しない範囲内でしか利用できず、イオン注入装置の性能を十分に発揮できないでいた。本発明のステンシルマスクは、温度上昇に基づく変形等に対して有効に対処することができる。このため、本発明のステンシルマスクを設けることによって、極めて有用なイオン注入装置を実現することができる。
The ion implantation apparatus provided with the stencil mask of the present invention is extremely useful. That is, an ion implantation apparatus according to the present invention includes an ion generation unit that generates ions, a mass analysis unit that selects necessary ions from the generated ions, an acceleration unit that accelerates selected ions, and a substrate to be processed. An implantation chamber is provided, and a stencil mask provided between the acceleration means and the substrate to be processed is provided.
In a stencil mask provided in a conventional ion implantation apparatus, deformation due to a temperature rise has been a serious problem. For this reason, the ion implantation apparatus can be used only within a range where the stencil mask is not deformed, and the performance of the ion implantation apparatus cannot be sufficiently exhibited. The stencil mask of the present invention can effectively cope with deformation and the like due to temperature rise. For this reason, by providing the stencil mask of the present invention, an extremely useful ion implantation apparatus can be realized.

本発明のステンシルマスクを被処理基板の表面に被せ、ステンシルマスク越しに荷電粒子又は電磁波を被処理基板の表面に照射して使用するのが好ましい。
本発明のステンシルマスクを使用すると、被処理基板の表面を微細に加工することが可能となる。また、薄層部の温度上昇が抑制されていることから、機器の出力を大きくして荷電粒子又は電磁波を照射することができる。本発明のステンシルマスクを使用すると、被処理基板に対して、多様な導入領域を形成することができる。
It is preferable to use the stencil mask of the present invention by covering the surface of the substrate to be processed and irradiating the surface of the substrate to be processed with charged particles or electromagnetic waves through the stencil mask.
When the stencil mask of the present invention is used, the surface of the substrate to be processed can be finely processed. Moreover, since the temperature rise of a thin layer part is suppressed, the output of an apparatus can be enlarged and a charged particle or electromagnetic waves can be irradiated. When the stencil mask of the present invention is used, various introduction regions can be formed on the substrate to be processed.

本発明者らは、上記のステンシルマスクを製造するのに好適な方法をも創作した。
本発明の一つの製造方法は、第1導電型不純物を含む半導体薄層に第2導電型不純物を含む半導体厚層が積層された半導体基板の半導体薄層側の露出面からエッチングして半導体薄層を貫通する複数の薄層貫通孔を形成する工程と、半導体厚層側の露出面からエッチングして半導体厚層を貫通する複数の厚層貫通孔を形成する工程を備えている。このとき、平面視したときに半導体薄層を貫通する薄層貫通孔に対応する位置で半導体厚層をエッチングする。また薄層貫通孔を幅狭にエッチングし、厚層貫通孔を幅広にエッチングする。薄層貫通孔を幅狭にエッチングし、厚層貫通孔を幅広にエッチングすることによって、薄層貫通孔を画定する半導体薄層の側面と厚層貫通孔を画定する半導体厚層の側面の間に段差を形成することができる。
半導体薄層は、微細な薄層貫通孔群を作り込むことが可能な程度に薄く調整されている。これにより、半導体薄層に対して微細な薄層貫通孔群を作り込むことができる。なお、薄層貫通孔群を形成する工程では、RIE法、アルカリ溶液を利用したウェットエッチング法、あるいはその他のエッチング技術を利用することができる。次に、半導体厚層の露出面から、半導体薄層の薄層貫通孔に向けて幅広な厚層貫通孔を形成する。これらの工程を経て、半導体薄層に幅狭な薄層貫通孔が形成され、半導体厚層に幅広な厚層貫通孔が形成される。半導体厚層側から貫通孔を見ると、幅広な厚層貫通孔が、幅狭な薄層貫通孔に向けて連通した状態が得られる。薄層貫通孔を画定する側面と厚層貫通孔を画定する側面の間に段差が形成されている。本発明のステンシルマスクを得ることができる。
The present inventors also created a method suitable for manufacturing the above stencil mask.
In one manufacturing method of the present invention, a semiconductor thin film is etched by etching from an exposed surface on the semiconductor thin layer side of a semiconductor substrate in which a semiconductor thick layer containing a second conductivity type impurity is stacked on a semiconductor thin layer containing a first conductivity type impurity. A step of forming a plurality of thin layer through holes penetrating the layer and a step of forming a plurality of thick layer through holes penetrating the semiconductor thick layer by etching from an exposed surface on the semiconductor thick layer side. At this time, the semiconductor thick layer is etched at a position corresponding to the thin layer through hole penetrating the semiconductor thin layer when viewed in plan. Further, the thin layer through hole is etched narrowly, and the thick layer through hole is etched wide. By etching the thin layer through hole narrowly and etching the thick layer through hole wide, between the side surface of the semiconductor thin layer defining the thin layer through hole and the side surface of the semiconductor thick layer defining the thick layer through hole A step can be formed.
The semiconductor thin layer is adjusted to be thin enough to make a fine thin layer through hole group. Thereby, a fine thin layer through-hole group can be made with respect to the semiconductor thin layer. In the step of forming the thin layer through hole group, an RIE method, a wet etching method using an alkaline solution, or other etching techniques can be used. Next, a wide thick through hole is formed from the exposed surface of the thick semiconductor layer toward the thin through hole of the thin semiconductor layer. Through these steps, a narrow thin layer through hole is formed in the semiconductor thin layer, and a wide thick layer through hole is formed in the semiconductor thick layer. When the through hole is viewed from the semiconductor thick layer side, a state in which the wide thick layer through hole communicates toward the narrow thin layer through hole is obtained. A step is formed between the side surface defining the thin layer through hole and the side surface defining the thick layer through hole. The stencil mask of the present invention can be obtained.

半導体厚層に複数の厚層貫通孔を形成する工程では、以下の方法を好適に利用することができる。まず、半導体厚層の露出面の面方位を(211)に選択しておく。さらに、半導体薄層と半導体厚層が逆バイアスされる電圧を半導体薄層と半導体厚層の間に印加した状態で、半導体厚層の露出面からアルカリ溶液を利用してウェットエッチングを実施する。これにより、半導体薄層に達する複数の厚層貫通孔を形成することができる。
アルカリ溶液を利用するウェットエッチングにおいて、半導体厚層の露出面の面方位に(211)を選択しておくと、半導体厚層に対して、その積層方向に沿って異方性エッチングを進行させることができる。さらに、半導体薄層と半導体厚層が逆バイアスされているので、異方性エッチングの進行を半導体薄層と半導体厚層の界面で停止させることができる。ステンシルマスクを精度よく製造することができる。
In the step of forming a plurality of thick layer through holes in the semiconductor thick layer, the following method can be suitably used. First, the surface orientation of the exposed surface of the semiconductor thick layer is selected as (211). Further, wet etching is performed using an alkaline solution from the exposed surface of the semiconductor thick layer in a state where a voltage at which the semiconductor thin layer and the semiconductor thick layer are reversely biased is applied between the semiconductor thin layer and the semiconductor thick layer. Thereby, a plurality of thick layer through holes reaching the semiconductor thin layer can be formed.
In wet etching using an alkaline solution, if (211) is selected as the surface orientation of the exposed surface of the semiconductor thick layer, anisotropic etching proceeds along the stacking direction of the semiconductor thick layer. Can do. Furthermore, since the semiconductor thin layer and the semiconductor thick layer are reversely biased, the progress of anisotropic etching can be stopped at the interface between the semiconductor thin layer and the semiconductor thick layer. A stencil mask can be manufactured with high accuracy.

本発明の他の一つの製造方法は、半導体基板の表面から半導体基板に侵入する浅い複数の凹陥を形成する工程を備えている。さらに、凹陥群を画定する半導体基板の側面にマスク材を形成する工程を備えている。さらに、凹陥群の底面において露出する半導体基板から半導体基板の深部に深く侵入するトレンチを異方性エッチングによって形成する工程を備えている。さらに、トレンチを画定する半導体基板の側面を等方性エッチングによって拡張する工程を備えている。
この製造方法を利用すると、結晶構造が連続している半導体基板を用いてステンシルマスクを作製することができる。まず、半導体基板の表面から半導体基板に侵入する浅い複数の凹陥を形成する。次に、凹陥群を画定する半導体基板の側面にマスク材を形成する。次に、凹陥群の底面において露出する半導体基板から半導体基板の深部に深く侵入するトレンチを異方性エッチングによって形成した後に、そのトレンチを等方性エッチングによって拡張する。この等方性エッチングのとき、凹陥群の側面にはマスク材が形成されているので、凹陥群の幅は維持される。その一方において、トレンチの幅は拡張される。これにより、幅狭な貫通孔(凹陥)と、幅広な貫通孔(トレンチ)が形成される。半導体基板の裏面から貫通孔を見ると、幅広な貫通孔(トレンチ)が、幅狭な貫通孔(凹陥)に向けて連通した状態が得られる。幅狭な貫通孔(凹陥)を画定する側面と幅広な貫通孔(トレンチ)を画定する側面の間に段差が形成されている。本発明のステンシルマスクを得ることができる。
Another manufacturing method of the present invention includes a step of forming a plurality of shallow recesses that enter the semiconductor substrate from the surface of the semiconductor substrate. Furthermore, a step of forming a mask material on the side surface of the semiconductor substrate that defines the recess group is provided. Furthermore, a step of forming a trench that penetrates deeply into the deep part of the semiconductor substrate from the semiconductor substrate exposed on the bottom surface of the recess group is provided by anisotropic etching. Furthermore, a step of expanding a side surface of the semiconductor substrate that defines the trench by isotropic etching is provided.
When this manufacturing method is used, a stencil mask can be manufactured using a semiconductor substrate having a continuous crystal structure. First, a plurality of shallow recesses that enter the semiconductor substrate from the surface of the semiconductor substrate are formed. Next, a mask material is formed on the side surface of the semiconductor substrate that defines the recess group. Next, a trench that penetrates deeply into the deep portion of the semiconductor substrate from the semiconductor substrate exposed at the bottom surface of the recess group is formed by anisotropic etching, and then the trench is expanded by isotropic etching. In this isotropic etching, since the mask material is formed on the side surface of the concave group, the width of the concave group is maintained. On the other hand, the width of the trench is expanded. Thereby, a narrow through-hole (concave) and a wide through-hole (trench) are formed. When the through hole is viewed from the back surface of the semiconductor substrate, a state in which the wide through hole (trench) communicates toward the narrow through hole (concave) is obtained. A step is formed between the side surface defining the narrow through-hole (concave) and the side surface defining the wide through-hole (trench). The stencil mask of the present invention can be obtained.

本発明のステンシルマスクは、厚みの薄い薄層部を備えており、この薄層部に微細な複数の薄層貫通孔が形成されている。さらに、厚層部の壁を設けることによって、薄層部の壁の熱を効果的に外部に放熱あるいは伝熱することができる。厚層部の壁によってステンシルマスクの強度も向上する。これらの相乗効果により、薄層部の変形を抑制することができる。厚層部には薄層部の貫通孔よりも幅広の厚層貫通孔が形成されており、薄層部の薄層貫通孔を通過するイオン化原子等を遮蔽することも少ない。   The stencil mask of the present invention includes a thin layer portion having a small thickness, and a plurality of fine thin layer through holes are formed in the thin layer portion. Furthermore, by providing the wall of the thick layer part, the heat of the wall of the thin layer part can be effectively radiated or transferred to the outside. The strength of the stencil mask is improved by the thick wall. Due to these synergistic effects, deformation of the thin layer portion can be suppressed. A thick layer through-hole wider than the through-hole in the thin layer portion is formed in the thick layer portion, and ionized atoms passing through the thin layer through-hole in the thin layer portion are hardly shielded.

実施例の主要な特徴を列記する。
(第1形態) 薄層部と、その薄層部の一方の面に積層されている厚層部を備えているステンシルマスクである。
(第2形態) 第1形態のステンシルマスクにおいて、入射面から出射面まで連通する貫通孔群を備えており、入射面側の幅が出射面側の幅より大きく形成されている。
(第3形態) 第1形態のステンシルマスクにおいて、厚層部を貫通する貫通孔の幅が、薄層部を貫通する貫通孔の幅よりも大きく形成されている。
(第4形態) 第1形態のステンシルマスクにおいて、薄層部を貫通する薄層貫通孔を画定する薄層部の側面と、厚層部を貫通する厚層貫通孔を画定する厚層部の側面が、積層方向に連続していない。
(第5形態) 薄層貫通孔を画定する側面と厚層貫通孔を画定する側面は、積層方向に直交する方向にずれており、その両者間に段差が形成されている。その段差の張出し幅は、いずれの段差においても略一定に形成されている。
The main features of the examples are listed.
(1st form) It is a stencil mask provided with the thin layer part and the thick layer part laminated | stacked on one surface of the thin layer part.
(2nd form) The stencil mask of the 1st form is provided with the through-hole group connected from an entrance plane to an output surface, and the width | variety by the side of an entrance plane is formed larger than the width | variety by the side of an output surface.
(Third embodiment) In the stencil mask of the first embodiment, the width of the through hole penetrating the thick layer portion is formed larger than the width of the through hole penetrating the thin layer portion.
(4th form) In the stencil mask of 1st form, the side surface of the thin layer part which defines the thin layer through-hole which penetrates a thin layer part, and the thick layer part which defines the thick layer through hole which penetrates a thick layer part Side surfaces are not continuous in the stacking direction.
(5th form) The side surface which demarcates a thin layer through-hole, and the side surface which demarcates a thick layer through-hole have shifted | deviated to the direction orthogonal to the lamination direction, and the level | step difference is formed between both. The overhang width of the step is formed to be substantially constant at any step.

図面を参照して以下に実施例を詳細に説明する。
(第1実施例)
図1〜図3に、イオン注入で用いられるステンシルマスク100を示す。ステンシルマスク100は、イオンを注入したい被処理半導体層の表面に被せられ、被処理半導体層の表面に選択的にイオンを導入するために用いられる。図1は、ステンシルマスク100の全体を示す斜視図である。図2は、ステンシルマスク100の要部の拡大斜視図である。図3は、ステンシルマスク100の縦断面図であり、それぞれ模式的に示したものである。
図4に、ステンシルマスク100が用いられているイオン注入装置10の構成を示す。イオン注入装置10は、イオンを生成するイオン源2(イオン生成手段の一例)と、生成されたイオンから必要なイオンを選択する質量分析器3(質量分析手段の一例)と、選択されたイオンを加速する加速器4(加速手段の一例)と、イオン注入処理される被処理半導体層7が配置される注入室6を備えている。被処理半導体層7の表面にステンシルマスク100が被せされており、加速器4と被処理半導体層7の間にステンシルマスク100が設けられている、ということもできる。加速器4で加速されたイオンは、スキャナ装置5によって掃引され、ステンシルマスク100に向けてほぼ面的に照射される。ステンシルマスク100のパターンに沿って通過したイオンは、被処理半導体層7の表面に導入される。
Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 to 3 show a stencil mask 100 used in ion implantation. The stencil mask 100 is placed on the surface of a semiconductor layer to be processed for ion implantation, and is used to selectively introduce ions into the surface of the semiconductor layer to be processed. FIG. 1 is a perspective view showing the entire stencil mask 100. FIG. 2 is an enlarged perspective view of a main part of the stencil mask 100. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the stencil mask 100, which is schematically shown.
FIG. 4 shows a configuration of the ion implantation apparatus 10 in which the stencil mask 100 is used. The ion implantation apparatus 10 includes an ion source 2 (an example of an ion generation unit) that generates ions, a mass analyzer 3 (an example of a mass analysis unit) that selects necessary ions from the generated ions, and selected ions. And an implantation chamber 6 in which a semiconductor layer 7 to be processed to be ion-implanted is disposed. It can also be said that the surface of the semiconductor layer 7 to be processed is covered with the stencil mask 100 and the stencil mask 100 is provided between the accelerator 4 and the semiconductor layer 7 to be processed. Ions accelerated by the accelerator 4 are swept by the scanner device 5 and are irradiated almost planely toward the stencil mask 100. Ions that have passed along the pattern of the stencil mask 100 are introduced into the surface of the semiconductor layer 7 to be processed.

図1〜図3に示すように、ステンシルマスク100は、薄層部25と、その薄層部25の一方の面に積層されている厚層部35を備えている。ステンシルマスク100は、シリコン単結晶からなる半導体基板を利用して形成されている。その面方位は図1〜図3に示されている。
図1に示すように、薄層部25には、ストライプ状の複数の薄層貫通孔22が形成されている。図示14が出射面であり、図示16が入射面である。入射面16側から面的に入射してきたイオン化原子は、ストライプ状の薄層貫通孔22を通過することによって、被処理半導体層の表面に対してストライプ状に照射される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the stencil mask 100 includes a thin layer portion 25 and a thick layer portion 35 laminated on one surface of the thin layer portion 25. The stencil mask 100 is formed using a semiconductor substrate made of silicon single crystal. The plane orientation is shown in FIGS.
As shown in FIG. 1, a plurality of stripe-shaped thin layer through holes 22 are formed in the thin layer portion 25. 14 is an exit surface, and 16 is an entrance surface. The ionized atoms incident in a plane from the incident surface 16 side pass through the stripe-shaped thin layer through-holes 22 and are irradiated in a stripe pattern on the surface of the semiconductor layer to be processed.

図2と図3に示すように、ステンシルマスク100の薄層部25には、薄層部25を貫通する複数の薄層貫通孔22が形成されている。ステンシルマスク100の厚層部35には、厚層部35を貫通する複数の厚層貫通孔38が形成されている。薄層部25を貫通する薄層貫通孔22は幅狭であり、厚層部35を貫通する厚層貫通孔38は幅広に形成されている。また、薄層部25の薄層貫通孔22と薄層貫通孔22の間に位置している薄層部壁24の幅が広く、厚層部35の厚層貫通孔38と厚層貫通孔38の間に位置している厚層部壁32の幅が狭い、ということもできる。
薄層部25の薄層貫通孔22と厚層部35の厚層貫通孔38は対を成して連通している。1つの薄層貫通孔22は1つの厚層貫通孔38に連通している。また、薄層部壁24と厚層部壁32が対を成して積層している、ということもできる。
厚層部壁32が薄層部壁24の一方の面から伸びている。厚層部壁32は、薄板状に形成されている。厚層貫通孔38を画定する厚層部35の側面39(厚層部壁32の側面39である)は、薄層貫通孔22を画定する薄層部25の側面29(薄層部壁24の側面29である)よりも内側の範囲を積層方向に伸びている。厚層部壁32の側面39と薄層部壁24の側面29は、積層方向に直交する方向にずれている。このため、薄層貫通孔22を画定する薄層部25の側面29と厚層貫通孔38を画定する厚層部35の側面39の間に段差21が形成されている。段差21は、複数の貫通孔のそれぞれに形成されており、全ての段差21の張出し幅42は略一定に形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the thin layer portion 25 of the stencil mask 100 is formed with a plurality of thin layer through holes 22 penetrating the thin layer portion 25. In the thick layer portion 35 of the stencil mask 100, a plurality of thick layer through holes 38 penetrating the thick layer portion 35 are formed. The thin layer through hole 22 penetrating the thin layer part 25 is narrow, and the thick layer through hole 38 penetrating the thick layer part 35 is formed wide. Also, the width of the thin layer portion wall 24 located between the thin layer through hole 22 and the thin layer through hole 22 of the thin layer portion 25 is wide, and the thick layer through hole 38 and the thick layer through hole of the thick layer portion 35 are wide. It can also be said that the width of the thick layer portion wall 32 located between 38 is narrow.
The thin layer through hole 22 of the thin layer portion 25 and the thick layer through hole 38 of the thick layer portion 35 communicate with each other in a pair. One thin layer through hole 22 communicates with one thick layer through hole 38. It can also be said that the thin layer wall 24 and the thick layer wall 32 are laminated in pairs.
A thick layer wall 32 extends from one surface of the thin layer wall 24. The thick layer wall 32 is formed in a thin plate shape. The side surface 39 (which is the side surface 39 of the thick layer portion wall 32) defining the thick layer through hole 38 is the side surface 29 (the thin layer portion wall 24) of the thin layer portion 25 defining the thin layer through hole 22. The side range 29) extends in the stacking direction. The side surface 39 of the thick layer portion wall 32 and the side surface 29 of the thin layer portion wall 24 are shifted in the direction orthogonal to the stacking direction. Therefore, a step 21 is formed between the side surface 29 of the thin layer portion 25 that defines the thin layer through hole 22 and the side surface 39 of the thick layer portion 35 that defines the thick layer through hole 38. The step 21 is formed in each of the plurality of through holes, and the overhang width 42 of all the steps 21 is formed to be substantially constant.

図3に示すように、薄層貫通孔22群及び厚層貫通孔38群の周辺の位置に、包囲薄層部壁26及び包囲厚層部壁34が一巡して形成されている。包囲薄層部壁26及び包囲厚層部壁34は、薄層部25の機械的剛性を向上させる機能を有している。また、包囲薄層部壁26及び包囲厚層部壁34は、ステンシルマスク100を被処理半導体層の上方に設置するときに、他の設置用装置との接触部としても利用される。厚層部壁32及び包囲厚層部壁34は周辺位置において連結している。包囲厚層部壁34の裏面には、冷却装置82が設けられている。   As shown in FIG. 3, the surrounding thin layer portion wall 26 and the surrounding thick layer portion wall 34 are formed in a round at positions around the thin layer through hole 22 group and the thick layer through hole 38 group. The surrounding thin layer portion wall 26 and the surrounding thick layer portion wall 34 have a function of improving the mechanical rigidity of the thin layer portion 25. In addition, the surrounding thin layer portion wall 26 and the surrounding thick layer portion wall 34 are also used as contact portions with other installation apparatuses when the stencil mask 100 is placed above the semiconductor layer to be processed. The thick layer wall 32 and the surrounding thick layer wall 34 are connected at the peripheral position. A cooling device 82 is provided on the back surface of the surrounding thick layer portion wall 34.

図2に示すように、薄層部25の厚み(図示25に相当する)は薄く形成されているので、薄層部25に幅狭な複数の薄層貫通孔22を作り込むことができる。具体的には、薄層部25の厚みは約5μmであり、薄層部25の薄層貫通孔22の幅28は約0.5μmである。したがって、アスペクト比(薄層部25の厚みを薄層貫通孔22の幅28で除した値)は約10である。アスペクト比が約10であれば、RIE法を用いるエッチング加工を利用して、薄層部25に対して幅狭な複数の薄層貫通孔22を作り込むことができる。なお、薄層部壁24の幅27は3.5μmである。   As shown in FIG. 2, since the thickness of the thin layer portion 25 (corresponding to that shown in FIG. 25) is thin, a plurality of narrow thin layer through holes 22 can be formed in the thin layer portion 25. Specifically, the thickness of the thin layer portion 25 is about 5 μm, and the width 28 of the thin layer through hole 22 of the thin layer portion 25 is about 0.5 μm. Therefore, the aspect ratio (a value obtained by dividing the thickness of the thin layer portion 25 by the width 28 of the thin layer through-hole 22) is about 10. If the aspect ratio is about 10, a plurality of thin layer through holes 22 having a narrow width with respect to the thin layer portion 25 can be formed by using an etching process using the RIE method. The width 27 of the thin layer portion wall 24 is 3.5 μm.

厚層部壁32の幅33は約2μmである。厚層部35の積層方向の高さ(図示35に相当する)は約200μmである。厚層部壁32は、薄層部壁24の熱を外部に放熱及び伝熱することによって、薄層部壁24の温度上昇を抑制することができる。厚層部壁32がそれぞれの薄層部壁24に対を成して形成されているので、薄層部壁24の温度の上昇は顕著に抑制される。薄層部壁24が変形してしまう現象が顕著に抑制される。また、厚層部壁32によって薄層部壁24の機械的剛性も向上している。厚層部壁32がそれぞれの薄層部壁24に対を成して形成されているので、薄層部壁24の機械的剛性は大きく向上している。さらに、厚層部壁32と包囲厚層部壁34は周辺位置において連結しているので、薄層部壁24の機械的剛性は顕著に向上している。   The width 33 of the thick layer wall 32 is about 2 μm. The height of the thick layer portion 35 in the stacking direction (corresponding to 35 in the figure) is about 200 μm. The thick layer wall 32 can suppress the temperature rise of the thin layer wall 24 by radiating and transferring the heat of the thin layer wall 24 to the outside. Since the thick layer wall 32 is formed in a pair with each thin layer wall 24, the temperature rise of the thin layer wall 24 is remarkably suppressed. The phenomenon that the thin layer portion wall 24 is deformed is remarkably suppressed. Further, the mechanical rigidity of the thin layer portion wall 24 is also improved by the thick layer portion wall 32. Since the thick layer wall 32 is formed in pairs with each thin layer wall 24, the mechanical rigidity of the thin layer wall 24 is greatly improved. Further, since the thick layer wall 32 and the surrounding thick layer wall 34 are connected at the peripheral position, the mechanical rigidity of the thin layer wall 24 is remarkably improved.

薄層部25の薄層貫通孔22の幅28は0.5μmであり、厚層部35の厚層貫通孔38の幅38は、2.0μmで形成されている。薄層部25の薄層貫通孔22は幅狭に形成されており、厚層部35の厚層貫通孔38は幅広に形成されている。厚層部35側から見ると、厚層部35の幅広な厚層貫通孔38が、薄層部25の幅狭な薄層貫通孔22に連通している。厚層部壁32は、薄層部壁24の範囲内を積層方向に略垂直に伸びているので、通過するイオン化原子の進路を妨害しない。イオン化原子が幅広な厚層貫通孔38を通過するときは、十分な幅が確保されているので、通過量が極端に減少することはない。イオン化原子が幅狭な薄層貫通孔22を抜けるときも、薄層部壁24は薄く形成されているので、薄層貫通孔22を画定する薄層部壁24の側面にイオン化原子が衝突する現象が抑制され、通過量が極端に減少することはない。このため、イオン化原子の通過量を十分に確保することができる。   The width 28 of the thin layer through hole 22 of the thin layer portion 25 is 0.5 μm, and the width 38 of the thick layer through hole 38 of the thick layer portion 35 is 2.0 μm. The thin layer through hole 22 of the thin layer portion 25 is formed narrow, and the thick layer through hole 38 of the thick layer portion 35 is formed wide. When viewed from the thick layer portion 35 side, the wide thick layer through hole 38 of the thick layer portion 35 communicates with the narrow thin layer through hole 22 of the thin layer portion 25. Since the thick layer wall 32 extends within the range of the thin layer wall 24 substantially perpendicularly to the stacking direction, it does not obstruct the path of ionized atoms passing therethrough. When ionized atoms pass through the wide thick layer through-hole 38, a sufficient width is ensured, so that the passing amount does not extremely decrease. Even when ionized atoms pass through the narrow thin layer through hole 22, the thin layer wall 24 is formed thin, so that the ionized atom collides with the side surface of the thin layer wall 24 that defines the thin layer through hole 22. The phenomenon is suppressed, and the passing amount does not extremely decrease. For this reason, a sufficient amount of ionized atoms can be secured.

図5に、ステンシルマスク100を通過するイオン化原子量の分布を模式的に示す。図5(a)がステンシルマスク100の場合であり、図5(b)は、薄層部と厚層部の間に段差が形成されていない場合(比較例とする)、即ち、幅狭な貫通孔が長く伸びている場合である。なお、入射面と出射面の上下位置が、図1〜図3の図示に対して反転していることに留意されたい。
まず、比較例の場合を説明する。貫通孔が長く伸びている場合、貫通孔内を進行するイオン化原子の一部は、空間電荷効果(正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、貫通孔を画定する側面に衝突し吸収される。したがって、図5(b)に示すように、ステンシルマスクを通過したイオン化原子量の分布は、貫通孔の側面に近い側と貫通孔の中心側で大きな差が生じており、また、通過したイオン化原子量も極めて少ない。このため、均一な分布のイオン化原子導入領域を形成することが難しいばかりか、高濃度にイオン化原子を導入することも難しい。仮に、イオン注入装置の出力を大きくして、イオン化原子の導入量を増加させることも考えられるが、この場合は貫通孔の側面に衝突するイオン化原子量も増加し、ステンシルマスクが変形してしまう。
一方、本実施例のステンシルマスク100では、ステンシルマスク100を通過したイオン化原子量の分布が均一化されているとともに、通過するイオン化原子量も多い。幅広な厚層貫通孔38にすることによって、ステンシルマスク100を通過するイオン化原子量を増大させるとともに、均一な分布を得ることができる。さらに、段差21の張出し幅42をそれぞれ一定にしておくことによって、通過するイオン化原子の分布を極めて均一にすることができる。通過するイオン化原子量を増大させることができるので、高濃度なイオン化原子導入領域を形成することもできる。本実施例のステンシルマスク100を利用すれば、多様なイオン化原子導入領域を形成することができる。
FIG. 5 schematically shows the distribution of the amount of ionized atoms passing through the stencil mask 100. FIG. 5A shows a case of the stencil mask 100, and FIG. 5B shows a case where no step is formed between the thin layer portion and the thick layer portion (as a comparative example), that is, the width is narrow. This is a case where the through hole extends long. It should be noted that the vertical positions of the entrance surface and the exit surface are inverted with respect to the illustrations of FIGS.
First, the case of a comparative example will be described. When the through-holes extend long, some of the ionized atoms that travel in the through-holes are caused by the space charge effect (a phenomenon that diverges outward based on the repulsive force between positively charged ionized atoms). It impacts and absorbs the defining side. Therefore, as shown in FIG. 5B, the distribution of the amount of ionized atoms that have passed through the stencil mask has a large difference between the side close to the side surface of the through hole and the center side of the through hole. Is extremely small. For this reason, it is difficult not only to form an ionized atom introduction region having a uniform distribution, but also to introduce ionized atoms at a high concentration. It is conceivable to increase the output of the ion implantation apparatus to increase the amount of ionized atoms introduced. In this case, however, the amount of ionized atoms that collide with the side surface of the through hole also increases, and the stencil mask is deformed.
On the other hand, in the stencil mask 100 of the present embodiment, the distribution of the amount of ionized atoms passing through the stencil mask 100 is made uniform, and the amount of ionized atoms passing therethrough is large. By using the wide thick layer through-hole 38, the amount of ionized atoms passing through the stencil mask 100 can be increased and a uniform distribution can be obtained. Furthermore, by making the overhang width 42 of the step 21 constant, the distribution of ionized atoms that pass through can be made extremely uniform. Since the amount of ionized atoms passing therethrough can be increased, a high concentration ionized atom introduction region can also be formed. By using the stencil mask 100 of this embodiment, various ionized atom introduction regions can be formed.

ステンシルマスク100は、他に次の特徴を有している。
包囲厚層部壁34の裏面に冷却装置82が接続している。ここで用いられる冷却装置82には、例えば、静電チャック等を挙げることができる。
冷却装置82を接続することによって、薄層部壁24に蓄積した熱を包囲厚層部壁34を介して冷却装置82に伝熱することができる。従来構造のように、SOI基板を利用して形成されたステンシルマスクの場合では、包囲薄層部壁と包囲厚層部壁の間に埋め込みシリコン酸化膜が介在しているので、包囲厚層部壁に冷却装置を設けたとしても、埋め込みシリコン酸化膜によって熱の伝導が阻害され、十分な冷却効果を得ることができなかった。一方、本実施例のステンシルマスク100では、埋め込みシリコン酸化膜が存在していないので、薄層部壁24に蓄積した熱を包囲厚層部壁34を介して効率的に冷却装置82に逃がすことができる。冷却装置82を設けることによって、冷却効果を有効に得ることができる。
The stencil mask 100 has the following other features.
A cooling device 82 is connected to the back surface of the surrounding thick layer portion wall 34. An example of the cooling device 82 used here is an electrostatic chuck.
By connecting the cooling device 82, the heat accumulated in the thin layer portion wall 24 can be transferred to the cooling device 82 through the surrounding thick layer portion wall 34. In the case of a stencil mask formed using an SOI substrate as in the conventional structure, an embedded silicon oxide film is interposed between the surrounding thin layer portion wall and the surrounding thick layer portion wall. Even if a cooling device is provided on the wall, heat conduction is hindered by the buried silicon oxide film, and a sufficient cooling effect cannot be obtained. On the other hand, in the stencil mask 100 of this embodiment, since there is no buried silicon oxide film, the heat accumulated in the thin layer wall 24 is efficiently released to the cooling device 82 via the surrounding thick layer wall 34. Can do. By providing the cooling device 82, a cooling effect can be obtained effectively.

(第1実施例の製造方法)
図6〜図12を参照して、ステンシルマスク100の製造方法を説明する。
まず、図6に示すように、n型の半導体薄層20とp型の半導体厚層30が積層している半導体基板を用意する。半導体薄層20は、半導体厚層30の表面からエピタキシャル成長することによって得ることができる。エピタキシャル成長に代えて、p型の半導体厚層の表面にn型不純物を導入して半導体基板を得てもよく、あるいはn型の半導体薄層とp型の半導体厚層を貼り合わせることによって半導体基板を得てもよい。
次に、図7に示すように、半導体薄層20の表面にCVD(Chemical Vapor Deposition)法を利用して、CVD酸化膜50をパターニングする。なお、CVD酸化膜50に代えて、HTO(High Temperature Oxide)膜、熱酸化膜、あるいはレジスト膜を利用してもよい。
次に、図8に示すように、RIE(Reactive Ion Etching)法を利用して、CVD酸化膜50から露出している半導体薄層20に複数の薄層貫通孔22を形成する。なお、薄層貫通孔22を形成することによって、薄層貫通孔22と薄層貫通孔22の間に位置する半導体薄層20に薄層部壁24が形成され、その薄層部壁24の周辺に位置している半導体薄層20に薄層部壁24を一巡する包囲薄層部壁26が形成される。薄層貫通孔22は、半導体薄層20を貫通して半導体厚層30に達している。
(Production method of the first embodiment)
A method for manufacturing the stencil mask 100 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 6, a semiconductor substrate in which an n-type semiconductor thin layer 20 and a p-type semiconductor thick layer 30 are stacked is prepared. The semiconductor thin layer 20 can be obtained by epitaxial growth from the surface of the semiconductor thick layer 30. Instead of epitaxial growth, an n-type impurity may be introduced into the surface of the p-type semiconductor thick layer to obtain a semiconductor substrate, or the semiconductor substrate may be obtained by bonding the n-type semiconductor thin layer and the p-type semiconductor thick layer together. You may get
Next, as shown in FIG. 7, a CVD oxide film 50 is patterned on the surface of the semiconductor thin layer 20 by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Instead of the CVD oxide film 50, an HTO (High Temperature Oxide) film, a thermal oxide film, or a resist film may be used.
Next, as shown in FIG. 8, a plurality of thin layer through holes 22 are formed in the semiconductor thin layer 20 exposed from the CVD oxide film 50 by using a reactive ion etching (RIE) method. By forming the thin layer through hole 22, a thin layer part wall 24 is formed in the semiconductor thin layer 20 positioned between the thin layer through hole 22 and the thin layer through hole 22. An encircling thin layer wall 26 is formed around the thin layer wall 24 in the semiconductor thin layer 20 located in the periphery. The thin layer through hole 22 passes through the semiconductor thin layer 20 and reaches the semiconductor thick layer 30.

次に、図9に示すように、エッチング法を利用して、CVD酸化膜50を除去する。
次に、図10に示すように、熱酸化法を利用して、半導体薄層20及び半導体厚層30の露出している全ての面に熱酸化膜52を形成する。
次に、図11に示すように、半導体厚層30の裏面に形成されている熱酸化膜52の一部を除去して、複数の領域54を形成する。平面視したときに、熱酸化膜52が除去された領域54は、表面側の薄層貫通孔22の位置に対応している。熱酸化膜52が除去された領域54は、薄層貫通孔22の幅よりも大きく調整されている。
Next, as shown in FIG. 9, the CVD oxide film 50 is removed using an etching method.
Next, as shown in FIG. 10, a thermal oxide film 52 is formed on all exposed surfaces of the semiconductor thin layer 20 and the semiconductor thick layer 30 using a thermal oxidation method.
Next, as shown in FIG. 11, a part of the thermal oxide film 52 formed on the back surface of the semiconductor thick layer 30 is removed to form a plurality of regions 54. When viewed in plan, the region 54 from which the thermal oxide film 52 has been removed corresponds to the position of the thin layer through-hole 22 on the surface side. The region 54 where the thermal oxide film 52 is removed is adjusted to be larger than the width of the thin layer through hole 22.

次に、図12に示すように、熱酸化膜52が除去された領域54から露出している半導体厚層30の裏面から、異方性エッチングを実施する。異方性エッチングによって形成された複数の厚層貫通孔38は、薄層貫通孔22まで達する。この段階を経て、厚層貫通孔38と厚層貫通孔38の間に位置している半導体厚層30に厚層部壁32が形成され、その厚層部壁32の周辺に位置している半導体厚層30に厚層部壁32を一巡する包囲厚層部壁34が形成される。
この異方性エッチングは電界エッチングを好適に利用することができる。その具体的なの方法を、図13を参照して説明する。
図示91は、水酸化カリウム(KOH)、又は水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等のアルカリ溶液である。図示92はポテンショスタット(電気化学測定装置)であり、図示93は電流計であり、図示94は参照電極であり、図示95は対向電極である。ポテンショスタット92から伸びている端子96、97、98は、半導体薄層20と参照電極94と対向電極95に接続している。
異方性エッチングは、半導体基板をアルカリ溶液91に浸水することによって行う。このとき、半導体薄層20に印加する電圧は、対向電極95よりも高くなるように調整されている。半導体厚層30は、アルカリ溶液91に対して露出しているので、半導体厚層30の電位はアルカリ溶液91の電位に固定される。即ち、半導体厚層30の電位は対向電極95の電位に固定される。一方、半導体薄層20には、対向電極95よりも高い電圧が印加されている。したがって、n型の半導体薄層20とp型の半導体厚層30は逆バイアスされている。アルカリ溶液91を利用するウェットエッチングにおいて、半導体厚層30の表面の面方位に(211)を選択しておくと、半導体厚層30に対して、その積層方向に向けて異方性エッチングを進行させることができる。具体的には、面方位(211)、(110)、(111)のエッチングレート比は、1.3:0.06:0.005であることから、面方位(211)の方向に向けてエッチングを進行させることができる。さらに、半導体薄層20と半導体厚層30が逆バイアスされているので、半導体薄層20と半導体厚層30の界面まで進行してきた厚層貫通孔38は、その界面において陽極酸化が起こり、エッチングの進行が停止する。なお、電流計93を利用することによって、厚層貫通孔38が界面まで進行したか否かをモニターすることもできる。上記の電界エッチングを利用することによって、厚層貫通孔38を精度よく形成することができる。
最後に、フッ化水素酸(HF)、又はバッファードフッ酸(BHF)等を用いて、熱酸化膜52を除去することによって、本実施例のステンシルマスク100を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 12, anisotropic etching is performed from the back surface of the semiconductor thick layer 30 exposed from the region 54 where the thermal oxide film 52 has been removed. The plurality of thick layer through holes 38 formed by anisotropic etching reach the thin layer through holes 22. Through this stage, a thick layer wall 32 is formed in the semiconductor thick layer 30 located between the thick layer through hole 38 and the thick layer through hole 38, and is positioned around the thick layer wall 32. An encircling thick layer wall 34 is formed around the thick layer wall 32 in the semiconductor thick layer 30.
For this anisotropic etching, electric field etching can be preferably used. The specific method will be described with reference to FIG.
Reference numeral 91 denotes an alkaline solution such as potassium hydroxide (KOH) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH). 92 is a potentiostat (electrochemical measurement device), 93 is an ammeter, 94 is a reference electrode, and 95 is a counter electrode. Terminals 96, 97, 98 extending from the potentiostat 92 are connected to the semiconductor thin layer 20, the reference electrode 94, and the counter electrode 95.
The anisotropic etching is performed by immersing the semiconductor substrate in the alkaline solution 91. At this time, the voltage applied to the semiconductor thin layer 20 is adjusted to be higher than that of the counter electrode 95. Since the semiconductor thick layer 30 is exposed to the alkaline solution 91, the potential of the semiconductor thick layer 30 is fixed to the potential of the alkaline solution 91. That is, the potential of the semiconductor thick layer 30 is fixed to the potential of the counter electrode 95. On the other hand, a voltage higher than that of the counter electrode 95 is applied to the semiconductor thin layer 20. Therefore, the n-type semiconductor thin layer 20 and the p-type semiconductor thick layer 30 are reverse-biased. In the wet etching using the alkaline solution 91, if (211) is selected as the surface orientation of the surface of the semiconductor thick layer 30, anisotropic etching proceeds toward the stacking direction of the semiconductor thick layer 30. Can be made. Specifically, since the etching rate ratio of the plane orientations (211), (110), and (111) is 1.3: 0.06: 0.005, it is directed toward the plane orientation (211). Etching can proceed. Further, since the semiconductor thin layer 20 and the semiconductor thick layer 30 are reverse-biased, the thick layer through-hole 38 that has progressed to the interface between the semiconductor thin layer 20 and the semiconductor thick layer 30 undergoes anodic oxidation at the interface and is etched. Progress stops. Note that by using the ammeter 93, it is possible to monitor whether or not the thick layer through hole 38 has advanced to the interface. By using the electric field etching, the thick layer through hole 38 can be formed with high accuracy.
Finally, the stencil mask 100 of this embodiment can be obtained by removing the thermal oxide film 52 using hydrofluoric acid (HF), buffered hydrofluoric acid (BHF), or the like.

(第2実施例)
図14に、ステンシルマスク200の縦断面図を模式的に示す。
ステンシルマスク200は、厚層部壁132の高さが、包囲厚層部壁134の高さよりも小さく調整されている。薄層貫通孔122群及び厚層貫通孔138群が形成されている中心側領域162の厚層部壁132の高さが、包囲厚層部壁134の高さよりも小さく調整されている。ステンシルマスク200を利用すると、イオン化原子が厚層部135の厚層貫通孔138を通過するときに、厚層部壁132の側面に衝突することによって通過量が減少してしまう現象さえも減少させることができる。ステンシルマスク200は、通過するイオン化原子量を大幅に増加させることができる。
なお、ステンシルマスク200は、第1実施例のステンシルマスク100に比して、熱の放熱性及び機械的剛性に関しては低下している。しかしながら、イオン化原子の透過性を顕著に向上させることができる。即ち、ステンシルマスク200は、これらの特性のバランスを、厚層部壁132の積層方向の高さを変更することによって調製することが可能な構造といえる。ステンシルマスク200の構造を採用すると、熱の放熱性、機械的剛性、及びイオン化原子の透過性のそれぞれを、所望したバランスで具備するステンシルマスクを得ることができる。
(Second embodiment)
In FIG. 14, the longitudinal cross-sectional view of the stencil mask 200 is typically shown.
In the stencil mask 200, the height of the thick layer wall 132 is adjusted to be smaller than the height of the surrounding thick layer wall 134. The height of the thick layer wall 132 in the central region 162 where the thin layer through hole 122 group and the thick layer through hole 138 group are formed is adjusted to be smaller than the height of the surrounding thick layer wall 134. When the stencil mask 200 is used, even when ionized atoms pass through the thick layer through hole 138 of the thick layer portion 135, the phenomenon that the amount of passage is reduced by colliding with the side surface of the thick layer portion wall 132 is reduced. be able to. The stencil mask 200 can greatly increase the amount of ionized atoms passing therethrough.
The stencil mask 200 is lower in heat dissipation and mechanical rigidity than the stencil mask 100 of the first embodiment. However, the permeability of ionized atoms can be significantly improved. That is, the stencil mask 200 can be said to be a structure in which the balance of these characteristics can be adjusted by changing the height of the thick layer portion wall 132 in the stacking direction. When the structure of the stencil mask 200 is adopted, it is possible to obtain a stencil mask having a desired balance of heat dissipation, mechanical rigidity, and ionized atom permeability.

(第2実施例の製造方法)
図15〜図19を参照して、ステンシルマスク200の製造方法を説明する。
熱酸化膜152を形成するまでは、第1実施例のステンシルマスク100の場合と同一工程とすることができる(第1実施例の図10に示す段階まで)。
次に、図15に示すように、半導体厚層130の裏面に形成されている熱酸化膜152の一部を除去する。平面視したときに、熱酸化膜152が除去された領域156は、薄層貫通孔122群が形成されている領域に対応している。
次に、図16に示すように、熱酸化膜152が除去された領域156から露出する半導体厚層130を異方性エッチングによって除去する。異方性エッチングは、アルカリ溶液を用いたウェットエッチングを利用することができる。このとき、除去された部分が半導体厚層130を貫通して半導体薄層120に達するより先に異方性エッチングを停止する。例えば、時間等によって調整すればよい。これにより、図16に示すように、半導体厚層130の裏面に、中心側領域162に対応した凹部が形成される。
次に、図17に示すように、熱酸化法を利用することによって、凹部において露出している半導体厚層130に熱酸化膜158を形成する。
(Manufacturing method of the second embodiment)
A method for manufacturing the stencil mask 200 will be described with reference to FIGS.
Until the thermal oxide film 152 is formed, the same process as that of the stencil mask 100 of the first embodiment can be performed (until the stage shown in FIG. 10 of the first embodiment).
Next, as shown in FIG. 15, a part of the thermal oxide film 152 formed on the back surface of the semiconductor thick layer 130 is removed. When viewed in a plan view, the region 156 from which the thermal oxide film 152 has been removed corresponds to a region where the thin layer through-hole 122 group is formed.
Next, as shown in FIG. 16, the semiconductor thick layer 130 exposed from the region 156 from which the thermal oxide film 152 has been removed is removed by anisotropic etching. The anisotropic etching can utilize wet etching using an alkaline solution. At this time, anisotropic etching is stopped before the removed portion reaches the semiconductor thin layer 120 through the semiconductor thick layer 130. For example, it may be adjusted according to time or the like. As a result, as shown in FIG. 16, a recess corresponding to the central region 162 is formed on the back surface of the thick semiconductor layer 130.
Next, as shown in FIG. 17, a thermal oxide film 158 is formed on the semiconductor thick layer 130 exposed in the recess by using a thermal oxidation method.

次に、図18に示すように、半導体厚層130に形成されている熱酸化膜158の一部を除去して、複数の領域159を形成する。平面視したときに、熱酸化膜158が除去された領域159は、表面側の薄厚貫通孔122の位置に対応している。熱酸化膜158が除去された領域159は、薄厚貫通孔122の幅よりも大きく形成されている。
次に、図19に示すように、熱酸化膜158が除去された領域159から露出する半導体厚層130を異方性エッチングによって除去する。厚層貫通孔138は薄層貫通孔122に達する。この異方性エッチングには、第1実施例で説明した電界エッチングを利用するのが好ましい。第1実施例の場合と同様に、半導体薄層120と半導体厚層130の界面を逆バイアスさせることによって、界面まで進行してきたトレンチ138の進行を停止させることができる。
最後に、フッ化水素酸(HF)、又はバッファードフッ酸(BHF)等を用いて、熱酸化膜152、158を除去することによって、図14に示すステンシルマスク200を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 18, a part of the thermal oxide film 158 formed in the semiconductor thick layer 130 is removed to form a plurality of regions 159. When viewed in plan, the region 159 from which the thermal oxide film 158 has been removed corresponds to the position of the thin through hole 122 on the surface side. The region 159 from which the thermal oxide film 158 has been removed is formed larger than the width of the thin through hole 122.
Next, as shown in FIG. 19, the semiconductor thick layer 130 exposed from the region 159 from which the thermal oxide film 158 has been removed is removed by anisotropic etching. The thick layer through hole 138 reaches the thin layer through hole 122. For this anisotropic etching, it is preferable to use the electric field etching described in the first embodiment. As in the case of the first embodiment, the progress of the trench 138 that has progressed to the interface can be stopped by reverse biasing the interface between the semiconductor thin layer 120 and the semiconductor thick layer 130.
Finally, the thermal oxide films 152 and 158 are removed using hydrofluoric acid (HF), buffered hydrofluoric acid (BHF), or the like, whereby the stencil mask 200 shown in FIG. 14 can be obtained.

(第3実施例)
図20に、ステンシルマスク300の縦断面図を模式的に示す。
ステンシルマスク300は、薄層部壁224、包囲薄層部壁226、厚層部壁232、包囲層部壁234が一体で形成されている。ステンシルマスク300は、結晶構造が連続している一枚の半導体基板を利用して作製される。第1実施例のステンシルマスク100や第2実施例のステンシルマスク200はいずれも、表面側に予め形成された薄層貫通孔22、122群に対して、裏面側から厚層貫通孔38、138群を積層方向の位置関係を一致させて形成する必要がある。第1実施例のステンシルマスク100や第2実施例のステンシルマスク200はいずれも、正確なアライメントを要することが多い。第3実施例のステンシルマスク300は、薄層貫通孔と厚層貫通孔を一致させるためのアライメントの工程を含まない。第3実施例のステンシルマスク300は、アライメントの工程を実施しないで、薄層貫通孔と厚層貫通孔を一致させることができる。第3実施例のステンシルマスク300は、所望の構造を得ることが容易な構造といえる。
(Third embodiment)
FIG. 20 schematically shows a longitudinal sectional view of the stencil mask 300.
In the stencil mask 300, the thin layer portion wall 224, the surrounding thin layer portion wall 226, the thick layer portion wall 232, and the surrounding layer portion wall 234 are integrally formed. The stencil mask 300 is manufactured using a single semiconductor substrate having a continuous crystal structure. The stencil mask 100 of the first embodiment and the stencil mask 200 of the second embodiment are both thick layer through-holes 38 and 138 from the back side with respect to the thin layer through-holes 22 and 122 previously formed on the front side. It is necessary to form the group by matching the positional relationship in the stacking direction. Both the stencil mask 100 of the first embodiment and the stencil mask 200 of the second embodiment often require accurate alignment. The stencil mask 300 of the third embodiment does not include an alignment step for matching the thin layer through hole and the thick layer through hole. The stencil mask 300 of the third embodiment can match the thin layer through hole and the thick layer through hole without performing the alignment step. It can be said that the stencil mask 300 of the third embodiment is a structure in which it is easy to obtain a desired structure.

(第3実施例の製造方法)
図21〜図28を参照して、ステンシルマスク300の製造方法を説明する。
まず、図21に示すように、半導体基板270を用意する。
次に、図22に示すように、CVD法を利用して、半導体基板270の表面に第1CVD酸化膜282をパターニングする。なお、第1CVD酸化膜282に代えて、HTO膜、TEOS(オルソ珪酸テトラエチル)膜、シリコン窒化膜、あるいは熱酸化膜を利用してもよい。
次に、図23に示すように、第1CVD酸化膜282から露出している半導体基板270の表面に、RIE法を利用して浅い複数の凹陥222を形成する。凹陥222群は後に、ステンシルマスク300の薄層貫通孔222を構成する。凹陥222群の深さによって、ステンシルマスク300の薄層部壁224の厚み方向の高さが調整される。
次に、図24に示すように、CVD法を利用して、第2CVD酸化膜284を形成する。
次に、図25に示すように、RIE法を利用して、凹陥222群の底面に形成されている第2CVD酸化膜284を除去する。これにより、凹陥222を画定している半導体基板270の側面に第2CVD酸化膜284が残存した状態が得られる。なお、本実施例では、第1CVD酸化膜282の表面に形成されている第2CVD酸化膜284も除去されているが、必要に応じて、この部分の第2CVD酸化膜284は除去しなくてもよい。
(Manufacturing method of the third embodiment)
A method for manufacturing the stencil mask 300 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 21, a semiconductor substrate 270 is prepared.
Next, as shown in FIG. 22, the first CVD oxide film 282 is patterned on the surface of the semiconductor substrate 270 by using the CVD method. Instead of the first CVD oxide film 282, an HTO film, TEOS (tetraethyl orthosilicate) film, silicon nitride film, or thermal oxide film may be used.
Next, as shown in FIG. 23, a plurality of shallow recesses 222 are formed on the surface of the semiconductor substrate 270 exposed from the first CVD oxide film 282 by using the RIE method. The concave 222 group later constitutes the thin layer through hole 222 of the stencil mask 300. The height in the thickness direction of the thin layer portion wall 224 of the stencil mask 300 is adjusted by the depth of the recess 222 group.
Next, as shown in FIG. 24, a second CVD oxide film 284 is formed using the CVD method.
Next, as shown in FIG. 25, the second CVD oxide film 284 formed on the bottom surface of the recess 222 group is removed by using the RIE method. As a result, a state in which the second CVD oxide film 284 remains on the side surface of the semiconductor substrate 270 defining the recess 222 is obtained. In this embodiment, the second CVD oxide film 284 formed on the surface of the first CVD oxide film 282 is also removed. However, if necessary, the second CVD oxide film 284 in this portion may not be removed. Good.

次に、図26に示すように、凹陥222群の底面において露出している半導体基板270から、アルカリ溶液を利用したウェットエッチングによって、半導体基板270の深部に侵入するトレンチ272を形成する。トレンチ272は、図26に示すように、半導体基板270内に留まっていてもよく、あるいは半導体基板270を貫通してもよい。なお、トレンチ272を形成する手法は、アルカリ溶液を利用したウェットエッチングの他に、例えば、RIE法等を利用してもよい。
次に、図27に示すように、トレンチ272を画定している半導体基板270の側面から等方性エッチングを実施することによって、トレンチ272を拡張させる。具体的には、ケミカルドライエッチング(CDE)法を利用することによって、トレンチ272を画定している側面から等方性エッチングを実施することができる。この等方性エッチングのとき、凹陥222の側面には第2CVD酸化膜284が形成されているので、凹陥222の幅は維持される。一方において、トレンチ272の幅は拡張する。したがって、凹陥222(ステンシルマスク300の薄層貫通孔222を構成する)の形状は維持される。なお、トレンチ272を画定している側面から等方性エッチングする手法は、ケミカルドライエッチングの他に、トレンチ272内にアルカリ水溶液を侵入させることによって、等方性エッチングを行うこともできる。
次に、図28に示すように、トレンチ272が露出するまで、半導体基板270の裏面から研磨する。この段階を経て、厚層部壁232と包囲厚層部壁234が形成される。なお、トレンチ272を形成するときに、半導体基板270を貫通して形成した場合は、この研磨工程を省略することができる。
最後に、フッ化水素酸(HF)、又はバッファードフッ酸(BHF)等を用いて、凹陥222を画定している側面に残存している第2CVD酸化膜284を除去することによって、図20に示すステンシルマスク300を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 26, a trench 272 that penetrates into the deep part of the semiconductor substrate 270 is formed from the semiconductor substrate 270 exposed on the bottom surface of the group of recesses 222 by wet etching using an alkaline solution. The trench 272 may remain in the semiconductor substrate 270 or may penetrate the semiconductor substrate 270, as shown in FIG. As a method for forming the trench 272, for example, an RIE method or the like may be used in addition to wet etching using an alkaline solution.
Next, as shown in FIG. 27, the trench 272 is expanded by performing isotropic etching from the side surface of the semiconductor substrate 270 defining the trench 272. Specifically, isotropic etching can be performed from the side surface defining the trench 272 by using a chemical dry etching (CDE) method. In this isotropic etching, since the second CVD oxide film 284 is formed on the side surface of the recess 222, the width of the recess 222 is maintained. On the other hand, the width of the trench 272 expands. Therefore, the shape of the recess 222 (which constitutes the thin layer through hole 222 of the stencil mask 300) is maintained. As a method of performing isotropic etching from the side surface defining the trench 272, isotropic etching can be performed by injecting an alkaline aqueous solution into the trench 272 in addition to chemical dry etching.
Next, as shown in FIG. 28, polishing is performed from the back surface of the semiconductor substrate 270 until the trench 272 is exposed. Through this stage, the thick layer wall 232 and the surrounding thick layer wall 234 are formed. Note that, when the trench 272 is formed, if the semiconductor substrate 270 is formed so as to penetrate, this polishing step can be omitted.
Finally, the second CVD oxide film 284 remaining on the side surface defining the recess 222 is removed using hydrofluoric acid (HF), buffered hydrofluoric acid (BHF), or the like, thereby removing the second CVD oxide film 284 shown in FIG. The stencil mask 300 shown in FIG.

(変形例)
図29に、ステンシルマスク400の縦断面図を模式的に示す。
ステンシルマスク400は、厚層部壁332と包囲厚層部壁334が、2つの部材a、bによって形成されている例である。ステンシルマスク400も前記の各実施例と同様に、厚みの薄い薄層部425によって、微細な薄層貫通孔322を得ることができる。さらに、厚みの薄い薄層部壁424によって、その薄層貫通孔322を通過するときの、イオン化原子の通過量も十分に確保できる。また、厚層部335の厚層貫通孔338を通過するときの、イオン化原子の通過量も十分に確保できる。さらに、厚層部壁332を設けることによって、薄層部壁424の熱を効果的に外部に放熱することができる。
さらに、ステンシルマスク400の構造を採用すると、厚層部壁332及び包囲厚層部壁334の2つの部材a、bの高さ、幅などを調整することによって、熱の放熱性、機械的剛性、及びイオン化原子の透過性のそれぞれを、所望したバランスで具備するステンシルマスクを得ることができる。
(Modification)
In FIG. 29, the longitudinal cross-sectional view of the stencil mask 400 is typically shown.
The stencil mask 400 is an example in which the thick layer wall 332 and the surrounding thick layer wall 334 are formed by two members a and b. In the stencil mask 400 as well, the fine thin layer through-hole 322 can be obtained by the thin layer portion 425 having a small thickness, as in the above embodiments. Further, the thin layer portion wall 424 having a small thickness can sufficiently secure the passing amount of ionized atoms when passing through the thin layer through hole 322. Further, a sufficient amount of ionized atoms can be secured when passing through the thick layer through-hole 338 of the thick layer portion 335. Furthermore, by providing the thick layer wall 332, the heat of the thin layer wall 424 can be effectively radiated to the outside.
Furthermore, when the structure of the stencil mask 400 is adopted, the heat dissipation and mechanical rigidity of the two members a and b of the thick layer wall 332 and the surrounding thick layer wall 334 are adjusted. And a stencil mask each having a desired balance of ion atom permeability.

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。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

第1実施例のステンシルマスクの斜視図を示す。The perspective view of the stencil mask of 1st Example is shown. 第1実施例のステンシルマスクの要部の拡大斜視図を示す。The enlarged perspective view of the principal part of the stencil mask of 1st Example is shown. 第1実施例のステンシルマスクの縦断面図を模式的に示す。The longitudinal cross-sectional view of the stencil mask of 1st Example is typically shown. イオン注入装置の構成を示す。The structure of an ion implantation apparatus is shown. ステンシルマスクの貫通孔を通過するイオン化原子の分布を示す。The distribution of ionized atoms passing through the through holes of the stencil mask is shown. 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(1)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (1). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(2)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (2). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(3)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (3). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(4)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (4). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(5)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (5). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(6)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (6). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(7)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (7). 第1実施例の電界エッチングの製造工程を示す。The manufacturing process of the electric field etching of 1st Example is shown. 第2実施例のステンシルマスクの縦断面図を模式的に示す。The longitudinal cross-sectional view of the stencil mask of 2nd Example is shown typically. 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(1)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (1). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(2)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (2). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(3)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (3). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(4)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (4). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(5)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (5). 第3実施例のステンシルマスクの縦断面図を模式的に示す。The longitudinal cross-sectional view of the stencil mask of 3rd Example is typically shown. 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(1)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (1). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(2)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (2). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(3)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (3). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(4)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (4). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(5)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (5). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(6)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (6). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(7)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (7). 第1実施例のステンシルマスクの製造工程を示す(8)。The manufacturing process of the stencil mask of 1st Example is shown (8). ステンシルマスクの他の変形例の縦断面図を模式的に示す。The longitudinal cross-sectional view of the other modification of a stencil mask is shown typically.

符号の説明Explanation of symbols

14:入射面
16:出射面
20:半導体薄層
22:薄層貫通孔
24:薄層部壁
25:薄層部
26:包囲薄層部壁
30:半導体厚層
32:厚層部壁
34:包囲厚層部壁
35厚層部
38:厚層貫通孔
82:冷却装置
14: entrance surface 16: exit surface 20: semiconductor thin layer 22: thin layer through hole 24: thin layer wall 25: thin layer portion 26: surrounding thin layer wall 30: semiconductor thick layer 32: thick layer wall 34: Surrounding thick layer wall 35 Thick layer portion 38: Thick layer through hole 82: Cooling device

Claims (14)

薄層部と、
薄層部の一方の面に積層されている厚層部を有し、
薄層部には幅狭な複数の薄層貫通孔が形成されており、
厚層部には幅広な複数の厚層貫通孔が形成されており、
薄層部の薄層貫通孔と厚層部の厚層貫通孔は対を成して連通しており、
薄層貫通孔を画定する薄層部の側面と厚層貫通孔を画定する厚層部の側面の間に段差が形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
A thin layer,
It has a thick layer part laminated on one side of the thin layer part,
A plurality of narrow thin layer through holes are formed in the thin layer part,
In the thick layer portion, a plurality of wide thick layer through holes are formed,
The thin layer through hole of the thin layer part and the thick layer through hole of the thick layer part are in communication with each other in pairs.
A stencil mask, wherein a step is formed between a side surface of a thin layer portion defining a thin layer through hole and a side surface of a thick layer portion defining a thick layer through hole.
薄層部と、
薄層部の一方の面に積層されている厚層部を有し、
薄層部には複数の薄層貫通孔が形成されており、
厚層部には複数の厚層貫通孔が形成されており、
薄層部を貫通する薄層貫通孔と薄層貫通孔の間に位置している壁の幅が広く、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁の幅が狭く形成されており、
薄層部を貫通する薄層貫通孔と薄層貫通孔の間に位置している壁には、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁が積層しており、
薄層貫通孔を画定する薄層部の側面と厚層貫通孔を画定する厚層部の側面の間に段差が形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
A thin layer,
It has a thick layer part laminated on one side of the thin layer part,
A plurality of thin layer through holes are formed in the thin layer portion,
A plurality of thick layer through holes are formed in the thick layer portion,
The wall located between the thin layer through hole penetrating the thin layer part is wide and located between the thick layer through hole penetrating the thick layer part and the thick layer through hole. The wall is narrow,
The wall located between the thin layer through hole and the thin layer through hole penetrating the thin layer part has a wall located between the thick layer through hole and the thick layer through hole penetrating the thick layer part. Laminated,
A stencil mask, wherein a step is formed between a side surface of a thin layer portion defining a thin layer through hole and a side surface of a thick layer portion defining a thick layer through hole.
厚層貫通孔を画定する厚層部の側面が、薄層部の前記一方の面に対して略垂直方向に伸び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。   The stencil mask according to claim 1 or 2, wherein a side surface of the thick layer portion defining the thick layer through hole extends in a direction substantially perpendicular to the one surface of the thin layer portion. 薄層部が第1導電型不純物を含む半導体層であり、厚層部が第2導電型不純物を含む半導体層であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかのステンシルマスク。   4. The stencil mask according to claim 1, wherein the thin layer portion is a semiconductor layer containing a first conductivity type impurity and the thick layer portion is a semiconductor layer containing a second conductivity type impurity. 薄層部と厚層部が、結晶構造が連続している半導体層内に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかのステンシルマスク。   The stencil mask according to any one of claims 1 to 3, wherein the thin layer portion and the thick layer portion are formed in a semiconductor layer having a continuous crystal structure. 前記半導体層が、シリコン単結晶層で形成されていることを特徴とする請求項4又は5のステンシルマスク。   6. The stencil mask according to claim 4, wherein the semiconductor layer is formed of a silicon single crystal layer. 厚層部に、厚層貫通孔群の周辺を一巡する包囲壁が形成されている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。   The stencil mask according to any one of claims 1 to 6, wherein an encircling wall that goes around the periphery of the thick layer through hole group is formed in the thick layer portion. 前記包囲壁が、冷却手段に接続されていることを特徴とする請求項7のステンシルマスク。   The stencil mask according to claim 7, wherein the surrounding wall is connected to a cooling means. 前記包囲壁の積層方向の高さと、厚層部を貫通する厚層貫通孔と厚層貫通孔の間に位置している壁の積層方向の高さが等しいことを特徴とする請求項7又は8のステンシルマスク。   The height in the stacking direction of the surrounding wall is equal to the height in the stacking direction of the wall located between the thick layer through hole penetrating the thick layer portion and the thick layer through hole. 8 stencil mask. 請求項1〜9のいずれかのステンシルマスクを用いるイオン注入装置であり、
イオンを生成するイオン生成手段と、
生成されたイオンから必要なイオンを選択する質量分析手段と、
選択されたイオンを加速する加速手段と、
被処理基板が配置される注入室と、
加速手段と被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イオン注入装置。
An ion implantation apparatus using the stencil mask according to claim 1,
Ion generating means for generating ions;
A mass spectrometric means for selecting necessary ions from the generated ions;
Accelerating means for accelerating selected ions;
An injection chamber in which a substrate to be processed is disposed;
An ion implantation apparatus comprising a stencil mask provided between an acceleration means and a substrate to be processed.
請求項1〜9のいずれかのステンシルマスクを被処理基板の表面に被せ、ステンシルマスク越しに荷電粒子又は電磁波を被処理基板の表面に照射するステンシルマスクの使用方法。   A method for using a stencil mask, wherein the stencil mask according to any one of claims 1 to 9 is placed on a surface of a substrate to be processed, and charged particles or electromagnetic waves are irradiated to the surface of the substrate to be processed through the stencil mask. 第1導電型不純物を含む半導体薄層に第2導電型不純物を含む半導体厚層が積層された半導体基板の半導体薄層側の露出面からエッチングして半導体薄層を貫通する複数の薄層貫通孔を形成する工程と、
半導体厚層側の露出面からエッチングして半導体厚層を貫通する複数の厚層貫通孔を形成する工程を備えており、
平面視したときに半導体薄層を貫通する薄層貫通孔に対応する位置で半導体厚層をエッチングし、薄層貫通孔を幅狭にエッチングし、厚層貫通孔を幅広にエッチングし、薄層貫通孔を画定する半導体薄層の側面と厚層貫通孔を画定する半導体厚層の側面の間に段差を形成することを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
A plurality of thin layer penetrations penetrating through the semiconductor thin layer by etching from the exposed surface of the semiconductor thin layer side of the semiconductor substrate in which the semiconductor thick layer containing the second conductivity type impurity is laminated on the semiconductor thin layer containing the first conductivity type impurity Forming a hole;
Etching from an exposed surface on the semiconductor thick layer side to form a plurality of thick layer through holes penetrating the semiconductor thick layer,
When viewed in plan, the semiconductor thick layer is etched at a position corresponding to the thin layer through hole penetrating the semiconductor thin layer, the thin layer through hole is etched narrowly, the thick layer through hole is etched wide, and the thin layer A method of manufacturing a stencil mask, comprising forming a step between a side surface of a semiconductor thin layer defining a through hole and a side surface of a semiconductor thick layer defining a thick layer through hole.
半導体厚層の露出面の面方位を(211)に選択しておき、
半導体薄層と半導体厚層が逆バイアスされる電圧を半導体薄層と半導体厚層の間に印加した状態で、半導体厚層の露出面からアルカリ溶液を利用してウェットエッチングすることによって、半導体薄層に達する複数の厚層貫通孔を形成することを特徴とする請求項12の製造方法。
The surface orientation of the exposed surface of the semiconductor thick layer is selected as (211),
A semiconductor thin layer is obtained by performing wet etching using an alkaline solution from an exposed surface of the semiconductor thick layer in a state where a voltage at which the semiconductor thin layer and the semiconductor thick layer are reverse-biased is applied between the semiconductor thin layer and the semiconductor thick layer. The manufacturing method according to claim 12, wherein a plurality of thick layer through holes reaching the layer are formed.
半導体基板の表面から半導体基板に侵入する浅い複数の凹陥を形成する工程と、
凹陥群を画定する半導体基板の側面にマスク材を形成する工程と、
凹陥群の底面において露出する半導体基板から半導体基板の深部に深く侵入するトレンチを異方性エッチングによって形成する工程と、
前記トレンチを画定する半導体基板の側面を等方性エッチングによって拡張する工程を備えていることを特徴とするステンシルマスクの製造方法。
Forming a plurality of shallow recesses penetrating the semiconductor substrate from the surface of the semiconductor substrate;
Forming a mask material on the side surface of the semiconductor substrate that defines the recessed group; and
Forming a trench that penetrates deeply into the deep portion of the semiconductor substrate from the semiconductor substrate exposed at the bottom surface of the recess group by anisotropic etching;
A method for producing a stencil mask, comprising a step of expanding a side surface of a semiconductor substrate defining the trench by isotropic etching.
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