JP2007208095A - ステンシルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】 ステンシルマスクの周囲に形成される電位分布に基づく電界強度を大きくし、荷電粒子がステンシルマスクの側壁に衝突する現象を抑制すること。
【解決手段】 ステンシルマスク１０は、第１導電層２２と、その第１導電層２２上に形成されている第１絶縁層２４と、その第１絶縁層２４上に形成されている第２導電層２６を備えている。ステンシルマスク１０はさらに、第１導電層２２又は第２導電層２６の外表面に形成されており、電源４２、４４に接続するための接続部３２、３４を備えている。ステンシルマスク１０には、所定パターンに対応して、第１導電層２２、第１絶縁層２４及び第２導電層２６を貫通する貫通孔２８が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被処理基板の表面に所定パターンで荷電粒子（イオン、電子等）を導入する際に用いられるステンシルマスクに関する。

スイッチング素子、ダイオード素子、発光素子、受光素子、又はマイクロマシン等の半導体装置を製造する工程では、半導体基板（被処理基板の一例）の表面の局所的範囲にイオン化した原子を導入する一方、それ以外の範囲にはイオン化した原子を導入しない処理が必要とされる。一般的に、この種の処理は、半導体基板の表面にマスクを形成する工程と、そのマスクに貫通孔を形成する工程と、その貫通孔から半導体基板の表面にイオン化した原子を導入する工程と、そのマスクを除去する工程を備えている。マスクには、レジスト膜、熱酸化膜、又はＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)膜等が用いられることが多い。この種の処理では、イオン化した原子を導入する毎に、半導体基板の表面にマスクを準備しなければならない。このため、この種の処理では、イオン化した原子を導入する毎に、半導体基板の表面にマスクを形成する工程と、そのマスクに貫通孔を形成する工程と、そのマスクを除去する工程を必要とし、製造に要する工程数が多くなるという問題がある。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。

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イオン化した原子を導入する。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マスクを形成する工程と、そのマスクに貫通孔を形成する工程と、そのマスク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。

特許文献１には、ステンシルマスクの電位を制御するために、ステンシルマスクに電源を接続した構造が提案されている。この技術は、被処理基板とグランドの間を流れる電流値に基づいて、ステンシルマスクと被処理基板の間の電位差を調整する。この技術によると、被処理基板に帯電する電荷を中和することができる。
特開２００４−２０７５６２号公報

ステンシルマスクを利用して荷電粒子を導入する場合、貫通孔を画定しているステンシルマスクの側壁の近傍を通過する荷電粒子の一部が、ステンシルマスクの側壁に衝突するという問題がある。これは、ステンシルマスクの側壁が完全に垂直方向に伸びていないことや、荷電粒子の進行方向が鉛直方向と完全に平行にならないことが原因である。このため、荷電粒子の照射エネルギーは、貫通孔の水平面内において、貫通孔の中心側で大きく、ステンシルマスクの側壁の近傍で小さくなってしまう。したがって、被処理基板に導入される荷電粒子は、所定パターンの中心側において所望の深さ及び量で導入されるものの、所定パターンの周縁側において所望の深さ及び量で導入されないという事態が発生してしまう。

特許文献１のように、ステンシルマスクに所定の電圧を印加すると、ステンシルマスクの周囲に電位分布が形成される。貫通孔を通過する荷電粒子は、この電位分布に基づく電位差に沿って偏向する。貫通孔を通過する荷電粒子の進行方向が、ステンシルマスクから離れる方向に偏向すれば、ステンシルマスクの側壁に荷電粒子が衝突する現象を抑制することができる。特許文献１のステンシルマスクは、上記の技術思想の利用を意図したものではない。上記の技術思想は、本発明者らによって着想されたものである。しかしながら、特許文献１のステンシルマスクは、ステンシルマスクに電圧を印加することによって、結果的に貫通孔を通過する荷電粒子の進行方向が偏向し、上記の作用効果を得ていると評価することもできる。

しかしながら、特許文献１のステンシルマスクは、ステンシルマスクの全体の電位を調整する。特許文献１のステンシルマスクは、ステンシルマスクの全体の電位を調整することによって、ステンシルマスクと被処理基板の間の電位差を調整する。ステンシルマスクの全体の電位を調整しているので、特許文献１のステンシルマスクの周囲に形成される電位分布は、ステンシルマスクと被処理基板の間の電位差に基づいて形成される。ステンシルマスクと被処理基板の間の距離は大きいので、ステンシルマスクの周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は小さい。このため、特許文献１の技術では、荷電粒子の進行方向を偏向させる効果を十分に得ることができない。
本発明は、ステンシルマスクの周囲に形成される電位分布に基づく電界強度を大きくし、荷電粒子がステンシルマスクの側壁に衝突する現象を実効的に抑制することを目的としている。

本発明のステンシルマスクは、複数の層を備えていることを特徴としている。本発明のステンシルマスクは、少なくとも導電層と絶縁層と導電層の積層構造を備えていることを特徴としている。ステンシルマスクを使用するときは、少なくとも一方の導電層に電源を接続する。他方の導電層は、他の電源に接続してもよく、あるいはフローティング状態にしておいてもよい。これにより、一方の導電層と他方の導電層の間に電位差を形成することができる。一方の導電層と他方の導電層の間に介在している絶縁層の厚みは薄いので、一方の導電層と他方の導電層の間の距離は小さい。このため、一方の導電層と他方の導電層の間の短い距離に、大きな電位差を形成することができる。したがって、本発明のステンシルマスクの周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は大きくなる。この電位分布を利用すれば、荷電粒子の進行方向を大きく偏向させることができる。これにより、荷電粒子がステンシルマスクの側壁に衝突する現象を実効的に抑制することができる。

本発明の一つのステンシルマスクは、被処理基板の表面に所定パターンで荷電粒子を導入する際に用いられるステンシルマスクに具現化することができる。本発明のステンシルマスクは、第１導電層と、その第１導電層上に形成されている第１絶縁層と、その第１絶縁層上に形成されている第２導電層を備えている。本発明のステンシルマスクはさらに、第１導電層の外表面に形成されており、第１電源に接続するための第１接続部を備えている。本発明のステンシルマスクはさらに、第２導電層の外表面に形成されており、第２電源に接続するための第２接続部を備えている。本発明のステンシルマスクは、所定パターンに対応して、第１導電層、第１絶縁層及び第２導電層を貫通する貫通孔が形成されている。なお、ここでいう電源は、導電層に電位を与えるものをいう。その電位には、接地電位も含まれる。
本発明のステンシルマスクを使用するときは、第１導電層に第１電源が接続される。第２導電層には、第２電源が接続される。これにより、第１導電層と第２導電層の間に電位差を形成することができる。第１絶縁層の厚みは薄いので、第１導電層と第２導電層の間の短い距離に、大きな電位差を形成することができる。したがって、本発明のステンシルマスクの周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は大きくなる。この電位分布を利用すれば、荷電粒子の進行方向を大きく偏向させることができる。これにより、荷電粒子がステンシルマスクの側壁に衝突する現象を実効的に抑制することができる。

本発明の一つのステンシルマスクでは、第１導電層は荷電粒子が出射する側であり、第２導電層は荷電粒子が入射する側である。この場合、第１導電層に形成されている貫通孔の幅が、第１絶縁層に形成されている貫通孔の幅よりも大きく形成されていることが好ましい。
上記形態のステンシルマスクでは、貫通孔を画定する側壁が、貫通孔の伸びる方向に沿って、第１導電層と第１絶縁層の間で連続していない。即ち、上記形態のステンシルマスクの貫通孔は、第１導電層と第１絶縁層の間に段差面を備えている。その段差面は、第１絶縁層の下面と側面によって形成されている。これにより、第１導電層と第２導電層の間に存在する第１絶縁層の外表面の最短距離は、段差面が形成されていない場合に比して長くなる。第１導電層と第２導電層の間に存在する第１絶縁層の外表面の最短距離が長いと、第１絶縁層の外表面に沿って生じる沿面放電に係る絶縁破壊耐圧を向上させることができる。

本発明の一つのステンシルマスクは、第２導電層上に形成されている第２絶縁層と、その第２絶縁層上に形成されている第３導電層をさらに備えていることが好ましい。本発明の一つのステンシルマスクはさらに、第３導電層の外表面に形成されており、第３電源に接続するための第３接続部を備えていることが好ましい。この場合、貫通孔は、第２絶縁層及び第３導電層をも貫通している。
上記形態のステンシルマスクは、第１導電層と第２導電層によって第１の導電層対が形成されている。さらに、上記形態のステンシルマスクは、第２導電層と第３導電層によって第２の導電層対が形成されている。
本発明のステンシルマスクを使用するときは、第１の導電層対に形成される電位差と、第２の導電層対の間に形成される電位差を略一致させる。これにより、ステンシルマスクの周囲に形成される電位分布は、第２導電層の上下に対称に形成される。したがって、荷電粒子は、貫通孔に入射するときの状態で貫通孔から出射することができる。本発明のステンシルマスクは、荷電粒子を貫通孔の形状に応じて出射することができる。本発明のステンシルマスクは、被処理基板の表面に所定パターンで荷電粒子を導入することを容易にすることができる。

本発明の一つのステンシルマスクは、第１絶縁層及び第２導電層に形成されている貫通孔の幅が、第２絶縁層に形成されている貫通孔の幅よりも大きく形成されていることが好ましい。
上記形態のステンシルマスクの貫通孔は、第２導電層と第２絶縁層の間に段差面を備えている。その段差面は、第２絶縁層の下面と側面によって形成されている。これにより、第２導電層と第３導電層の間に存在する第２絶縁層の外表面の最短距離は、段差面が形成されていない場合に比して長くなる。第２導電層と第３導電層の間に存在する第２絶縁層の外表面の最短距離が長いと、第２絶縁層の外表面に沿って生じる沿面放電に係る絶縁破壊耐圧を向上させることができる。

本発明の他の一つのステンシルマスクは、被処理基板の表面に所定パターンで荷電粒子を導入する際に用いられるステンシルマスクに具現化することができる。本発明のステンシルマスクは、第１導電層と、その第１導電層上に形成されている第１絶縁層と、その第１絶縁層上に形成されている第２導電層を備えている。本発明のステンシルマスクはさらに、第１導電層又は第２導電層の外表面に形成されており、電源に接続するための接続部を備えている。本発明のステンシルマスクは、所定パターンに対応して、第１導電層、第１絶縁層及び第２導電層を貫通する貫通孔が形成されていることを特徴としている。
本発明のステンシルマスクを使用するときは、第１導電層又は第２導電層の少なくともいずれか一方に電源を接続する。他方の導電層は、他の電源に接続してもよいし、フローティング状態にしておいてもよい。

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、貫通孔を画定しているステンシルマスクの側壁に荷電粒子が衝突する現象が深刻な問題となっていた。このため、従来のイオン注入装置は、被処理基板の表面に所定パターンで荷電粒子を導入することが困難であった。本発明のステンシルマスクは、荷電粒子がステンシルマスクの側壁に衝突する現象を抑制することができる。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。

本発明は、ステンシルマスクの使用方法も対象にしている。本発明のステンシルマスクの使用方法は、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を被処理基板の表面に照射する方法である。
本発明のステンシルマスクを使用すると、被処理基板の表面に所定パターンに応じて荷電粒子を導入することができる。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。

本発明は、ステンシルマスクを用いて半導体装置を製造する方法も対象にしている。
本発明のステンシルマスクを用いると、所定パターンに応じて荷電粒子を導入することができ、ひいては半導体装置の特性を改善することができる。

本発明のステンシルマスクは、貫通孔を通過する荷電粒子が、貫通孔を画定しているステンシルマスクの側壁に衝突する現象を抑制することができる。

実施例の主要な特徴を列記する。
（第１形態） 第１導電層、第２導電層及び第３導電層には、シリコン単結晶、ポリシリコン、アルミニウム又は銅などを好適に用いることができる。
（第２形態） 第１絶縁層及び第２絶縁層には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を好適に用いることができる。
（第３形態） 導電層に印加する電圧の正負は、荷電粒子の種類に応じて決定される。荷電粒子の帯電の正負が反転すれば、導電層に印加する電圧の正負も反転する。これにより、荷電粒子は、その帯電の正負に関係なく、同様な通過経路を得ることができる。

（第１実施例）
図１に、ステンシルマスク１０が用いられているイオン注入装置１１の構成を模式的に示す。
図１に示すように、イオン注入装置１１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、半導体基板５０（被処理基板の一例）が配置される注入室６を備えている。イオン注入装置１１はさらに、ステンシルマスク１０を備えている。ステンシルマスク１０は、加速器４と半導体基板５０の間に設けられている。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１０に向けてほぼ面的に照射される。ステンシルマスク１０は、所定パターンに応じた貫通孔を備えている。その貫通孔を通過したイオンは、半導体基板５０の表面に所定パターンに沿って導入される。

図２に、ステンシルマスク１０の要部断面図を模式的に示す。図２は、ステンシルマスク１０に形成されている貫通孔２８の一つを拡大したものである。実際には、ステンシルマスク１０は、所定パターンに応じた複数の貫通孔２８を備えていることが多い。
ステンシルマスク１０は、複数の層が積層している積層体２０を備えている。積層体２０は、第１導電層２２と、その第１導電層２２上に形成されている第１絶縁層２４と、その第１絶縁層２４上に形成されている第２導電層２６を備えている。第１導電層２２には、不純物がドープされているシリコン単結晶が用いられている。第１絶縁層２４には、シリコン酸化膜が用いられている。第２導電層２６には、不純物がドープされているシリコン単結晶が用いられている。

ステンシルマスク１０は、第１導電層２２の外表面に形成されており、第１電源４２に接続するための第１接続部３２を備えている。ステンシルマスク１０はさらに、第２導電層２６の外表面に形成されており、第２電源４４に接続するための第２接続部３４を備えている。第１電源４２は、第１導電層２２に負の直流電圧を印加することができる。第２電源４４は、第２導電層２６に正の直流電圧を印加することができる。なお、第１電源４２又は第２電源４４のいずれか一方を排除し、第１導電層２２又は第２導電層２６のいずれか一方を接地してもよい。あるいは、第１導電層２２又は第２導電層２６のいずれか一方をフローティング状態にしてもよい。
ステンシルマスク１０は、第１導電層２２、第１絶縁層２４及び第２導電層２６を貫通する貫通孔２８を備えている。貫通孔２８を画定するステンシルマスク１０の側壁２８ａは、鉛直方向（紙面上下方向）に略平行に伸びている。

ステンシルマスク１０を使用するときは、第１導電層２２に第１電源４２が接続される。第２導電層２６には、第２電源４４が接続される。第１導電層２２には、負の電圧が印加される。第２導電層２６には、正の電圧が印加される。これにより、第１導電層２２と第２導電層２６の間に電位差を形成することができる。ステンシルマスク１０の周囲には、第１導電層２２と第２導電層２６の間の電位差に基づいて電位分布が形成される。第１絶縁層２４の厚みは薄いので、第１導電層２２と第２導電層２６の間の短い距離に、大きな電位差を形成することができる。したがって、ステンシルマスク１０の周囲には、等電位線の間隔が密な電位分布が形成される。ステンシルマスク１０の周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は大きくなっている。

このステンシルマスク１０は、ボロンイオンを導入する際に用いられる。ボロンイオンは、正に帯電している。ボロンイオンが貫通孔２８を通過するときの進行方向は、図２に示すように、電位分布に基づく電位差に沿って偏向する。ボロンイオンの進行方向は、まず、貫通孔２８に入射する側で、第２導電層２６から離れる方向に偏向する。ボロンイオンの進行方向は、貫通孔２８を出射する側で、第１導電層２２に引き寄せられる方向に偏向する。ボロンイオンは、貫通孔２８を通過しているときに、概ね貫通孔２８の側壁２８ａから離れた位置を通過する。したがって、ステンシルマスク１０では、ボロンイオンが貫通孔２８の側壁２８ａに衝突する現象を実効的に抑制することができる。ボロンイオンの進行方向は、ステンシルマスク１０の周囲に形成される電位分布に基づいている。ステンシルマスク１０は、図２に示すボロンイオンの進行方向を達成する電位分布を形成することができる。

次に、図３及び図４を参照して、上記のステンシルマスク１０の作用効果をより詳細に検討した結果を示す。
図３（ａ）は、一枚の導電層１２０で構成されているステンシルマスク１００の例である。この構造は、従来技術に相当する。図３（ｂ）は、第１導電層２２２と第１絶縁層２２４と第２導電層２２６を有する積層体２２０で構成されているステンシルマスク２００の例である。この構造は、本実施例の技術に相当する。

図３（ａ）に示すステンシルマスク１００では、導電層１２０の外表面に形成されている接続部１３２を介して、導電層１２０が電源１４２に接続されている。電源１４２は、１ｋＶの正の直流電圧を導電層１２０に印加することができる。
導電層１２０の厚みＴ１２０は、１０μｍである。導電層１２０と半導体基板１５０の間の距離Ｄ１００は、２０μｍである。

図３（ｂ）に示すステンシルマスク２００では、第１導電層２２２の外表面に形成されている第１接続部２３２を介して、第１導電層２２２が第１電源２４２に接続されている。第１電源２４２は、１ｋＶの負の直流電圧を第１導電層２２２に印加することができる。ステンシルマスク２００では、第２導電層２２６の外表面に形成されている第２接続部２３４を介して、第２導電層２２６が第２電源２４４に接続されている。第２電源２４４は、１ｋＶの正の直流電圧を第２導電層２２６に印加することができる。
第１導電層２２２の厚みＴ２２２は、５μｍである。第１絶縁層２２４の厚みＴ２２４は、５μｍである。第２導電層２２６の厚みＴ２２６は、５μｍである。積層体２２０と半導体基板２５０の間の距離Ｄ２００は、２０μｍである。

図４（ａ）に、図３（ａ）に示すステンシルマスク１００の周囲に形成される電位分布を示す。図４（ｂ）に、図３（ｂ）に示すステンシルマスク２００の周囲に形成される電位分布を示す。なお、図４では、図示の明瞭化のために、図中の符号を省略している。
図４（ａ）に示すように、ステンシルマスク１００では、導電体１２０の全体の電位が固定されている。したがって、ステンシルマスク１００の周囲に形成される電位分布は、導電体１２０と半導体基板１５０の間の電位差に基づいて形成される。導電体１２０と半導体基板１５０の間の距離は大きいので、ステンシルマスク１００の周囲に形成される等電位線の間隔は大きい。したがって、ステンシルマスク１００の周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は小さい。このため、ステンシルマスク１００では、ボロンイオンの進行方向を偏向させる効果を十分に得ることができない。ステンシルマスク１００では、ボロンイオンの一部が、貫通孔を画定している導電体１２０の側壁に衝突する確率が高い。

一方、図４（ｂ）に示すように、ステンシルマスク２００では、第１導電層２２２と第２導電層２２６の間に電位差を形成することができる。ステンシルマスク２００の周囲には、第１導電層２２２と第２導電層２２６の間の電位差に基づいて電位分布が形成されている。第１絶縁層２２４の厚みは薄いので、第１導電層２２２と第２導電層２２６の間の短い距離に、大きな電位差を形成することができる。したがって、ステンシルマスク２００の周囲には、等電位線の間隔が密な電位分布が形成されている。ステンシルマスク２００の周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は大きくなっている。ステンシルマスク２００では、ボロンイオンの一部が、貫通孔を画定している積層体２２０の側壁に衝突する確率が低い。

図５に、ステンシルマスク１００のボロンイオンの偏向量Ｌ１００とステンシルマスク２００のボロンイオンの偏向量Ｌ２００を示す。図中１０１は、ステンシルマスク１００におけるボロンイオンの通過経路である。図中２０１は、ステンシルマスク２００におけるボロンイオンの通過経路である。なお、ボロンイオンは、照射エネルギーを１０ｋｅＶに設定している。
図５に示すように、積層体２２０を利用するステンシルマスク２００の偏向量Ｌ２００は、一枚の導電層１２０を利用するステンシルマスク１００の偏向量Ｌ１００に比して大幅に増大することが分かる。具体的には、ステンシルマスク１００の偏向量Ｌ１００は、０．２６μｍである。ステンシルマスク２００の偏向量Ｌ２００は、１．５８μｍである。これらの結果から、ステンシルマスク２００に積層体２２０を利用することによって、ステンシルマスク２００の周囲に形成される電位分布に基づく電界強度が大きくなり、ボロンイオンの進行方向を大きく偏向させ得ることが確認された。

図６は、図２に示すステンシルマスク１０の変形例である。この変形例のステンシルマスク１０は、第１導電層２２に形成されている貫通孔２８の幅が、第１絶縁層２４及び第２導電層２６に形成されている貫通孔２８の幅よりも大きく形成されている。
ステンシルマスク１０では、貫通孔２８を画定する側壁２８ａが、貫通孔２８の伸びる方向（紙面上下方向）に沿って、第１導電層２２と第１絶縁層２４の間で連続していない。即ち、ステンシルマスク１０の貫通孔２８は、第１導電層２２と第１絶縁層２４の間に段差面を備えている。その段差面は、第１絶縁層２４の下面２４ｂと側面２４ａによって形成されている。これにより、第１導電層２２と第２導電層２６の間に存在する第１絶縁層２４の外表面の最短距離は、段差面が形成されていない場合（即ち、第１絶縁層２４の側面２４ａのみの場合）に比して長くなる。第１導電層２２と第２導電層２６の間に存在する第１絶縁層２４の外表面の最短距離が長いと、第１絶縁層２４の外表面に沿って生じる沿面放電に係る絶縁破壊耐圧を向上させることができる。図６に示す形態の貫通孔２８を備えることによって、ステンシルマスク１０の絶縁破壊耐圧は顕著に向上する。

第１実施例のステンシルマスク１０のその他の特徴を記載する。
（１）ステンシルマスク１０では、貫通孔２８の側壁２８ａの近傍に形成される電位分布に基づく電界強度は、第１導電層２２と第２導電層２６の間の距離、第１導電層２２と第２導電層２６の間の電位差に基づいて決定される。したがって、所望の電界強度を容易に得ることができ、荷電粒子の偏向量を調整し易い。一方、図３に示すような一枚の導電層１２０を利用するステンシルマスク１００では、貫通孔の側壁の近傍に形成される電位分布に基づく電界強度は、導電層１２０と半導体基板１５０の距離、貫通孔の幅、導電層１２０に印加する電圧等によって決定される。特に、貫通孔の幅は、パターンによって様々な大きさで形成されている。このため、貫通孔の側壁の近傍に形成される電位分布に基づく電界強度が、場所によってバラツクという問題がある。一枚の導電層１２０を利用するステンシルマスク１００では、所望の電界強度を容易に得ることができず、荷電粒子の偏向量を調整し難い。
（２）積層体２０を利用するステンシルマスク１０では、貫通孔２８の側壁２８ａの近傍に形成される電位分布に基づく電界強度が、一枚の導電層１２０を利用するステンシルマスク１００の電界強度よりも大きくなる。したがって、ステンシルマスク１０では、第１導電層２２と第２導電層２６に印加する電圧を小さくすることができる。一般的に、荷電粒子の注入は、真空中で行われることが多い。したがって、電圧を小さくすることができると、真空中での放電の発生を抑制することができる。このため、積層体２０を利用するステンシルマスク１０では、荷電粒子の注入を信頼性の高い状態で実現することができる。
なお、上記の特徴は、以下に説明する第２実施例においても、同様に得られるものである。

（第２実施例）
図７に、ステンシルマスク３００の要部断面図を模式的に示す。図７は、ステンシルマスク３００に形成されている貫通孔３２８の一つを拡大したものである。図８（ａ）に、ステンシルマスク３００の全体の平面図を模式的に示す。図８（ｂ）に、ステンシルマスク３００の全体の断面図を模式的に示す。なお、実際には、ステンシルマスク３００は、所定パターンに応じた複数の貫通孔３２８を備えていることが多い。本実施例では、本技術思想の説明を容易にするために、貫通孔３２８が一つの場合を例にしている。

図７に示すように、ステンシルマスク３００は、複数の層が積層している積層体３２０を備えている。積層体３２０は、第１導電層３２２と、その第１導電層３２２上に形成されている第１絶縁層３２３と、その第１絶縁層３２３上に形成されている第２導電層３２４と、その第２導電層３２４上に形成されている第２絶縁層３２５と、その第２絶縁層３２５上に形成されている第３導電層３２６を備えている。第１導電層３２２には、不純物がドープされているシリコン単結晶が用いられている。第１絶縁層３２３には、シリコン酸化膜が用いられている。第２導電層３２４には、不純物がドープされているシリコン単結晶が用いられている。第２絶縁層３２５には、シリコン酸化膜が用いられている。第３導電層３２６には、不純物がドープされているシリコン単結晶が用いられている。

ステンシルマスク３００は、第１導電層３２２の外表面に形成されており、第１電源３４２に接続するための第１接続部３３２を備えている。ステンシルマスク３００はさらに、第２導電層３２４の外表面に形成されており、第２電源３４４に接続するための第２接続部３３４を備えている。ステンシルマスク３００はさらに、第３導電層３２６の外表面に形成されており、第３電源３４６に接続するための第３接続部３３６を備えている。第１電源３４２は、第１導電層３２２に接地電位を与えることができる。第２電源３４４は、第２導電層３２４に負の直流電圧を印加することができる。第３電源３４６は、第３導電層３２６に接地電位を与えることができる。なお、第１電源３４２及び第３電源３４６が接地電位を与えるための電源に代えて、正の直流電源を印加するための電源に代えてもよい。
ステンシルマスク３００は、第１導電層３２２、第１絶縁層３２３、第２導電層３２４、第２絶縁層３２５及び第３導電層３２６を貫通する貫通孔３２８を備えている。貫通孔３２８を画定するステンシルマスク３００の側壁３２８ａは、鉛直方向（紙面上下方向）にほぼ平行に伸びている。

図８に示すように、ステンシルマスク３００は、積層体３２０と、シリコン基板３７２と、静電チャック３７４を備えている。ステンシルマスク３００は、平面視したときに、略円形の形状を備えている。ステンシルマスク３００は、その中心部にメンブレン部３８２を備えている。メンブレン部３８２には、貫通孔３２８が形成されており、所定パターンが作り込まれている。シリコン基板３７２は、積層体３２０上に埋め込み絶縁膜３７１を介して形成されている。シリコン基板３７２は、メンブレン部３８２の周囲を一巡して形成されている。シリコン基板３７２は、積層体３２０の機械的剛性を向上させている。静電チャック３７４は、シリコン基板３７２上に形成されている。静電チャック３７４は、ステンシルマスク３００の周縁を一巡して形成されている。静電チャック３７４は、ステンシルマスク３００を半導体基板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利用される。静電チャック３７４の表面には、冷却装置が設けられていてもよい。

静電チャック３７４は、シリコン基板３７２にまで達する複数の開口３６８を備えている。ステンシルマスク３００は、開口３６８を介して、導電層３２２、３２４、３２６の外表面に形成されている接続部３３２、３３４、３３６に外部の電源３４２、３４４、３４６を接続する。図８では、そのうちの第１導電層３２２の第１接続部３３２と第１電源３４２が接続する形態に係る断面図を代表して図示している。
図８に示すように、開口３６８の下方のシリコン基板３７２及び積層体３２０には、それらを貫通して第１導電層３２２にまで達する電極プラグ３６４が形成されている。電極プラグ３６４の側面は、側面絶縁膜３６２によって被覆されている。電極プラグ３６４は、第１接続部３３２を介して第１導電層３２２に電気的に接続している。電極プラグ３６４は、側面絶縁膜３６２によって、第２導電層３２４及び第３導電層３２６から電気的に隔てられている。したがって、電極プラグ３６４は、第１導電層３２２に選択的に接続されている。電極プラグ３６４と第１電源３４２は、コンタクトピン３６６を介して電気的に接続されている。
他の第２接続部３３４及び第３接続部３３６も、第１接続部３３２の構成と実質的に同様である。即ち、第２接続部３３４の場合は、電極プラグが第２導電層３２４にまで達するように形成されている。第３接続部３３６の場合は、電極プラグが第３導電層３２６にまで達するように形成されている。

ステンシルマスク３００には、第１導電層３２２と第２導電層３２４によって第１の導電層対が形成されている。ステンシルマスク３００にはさらに、第２導電層３２４と第３導電層３２６によって第２の導電層対が形成されている。ステンシルマスク３００を使用するときは、第１導電層３２２は、接地電位に固定される。第２導電層３２４には第２電源３４４が接続され、第２導電層３２４は、負電位に固定される。第３導電層３２６は、接地電位に固定される。ステンシルマスク３００では、第１導電層３２２と第２導電層３２４の間に電位差を形成することができる。さらに、ステンシルマスク３００では、第２導電層３２４と第３導電層３２６の間に電位差を形成することができる。ステンシルマスク３００の周囲には、第１導電層３２２と第２導電層３２４の間の電位差と、第２導電層３２４と第３導電層３２６の間の電位差に基づいて電位分布が形成されている。第１絶縁層３２３及び第２絶縁層３２５の厚みは薄いので、第１導電層３２２と第２導電層３２４の間の短い距離及び第２導電層３２４と第３導電層３２６の間の短い距離に、大きな電位差を形成することができる。したがって、ステンシルマスク３００の周囲には、等電位線の間隔が密な電位分布が形成されている。ステンシルマスク３００の周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は大きくなっている。

さらに、ステンシルマスク３００では、第１導電層３２２と第２導電層３２４によって構成されている第１の導電層対に形成される電位差は、第２導電層３２４と第３導電層３２６によって構成されている第２の導電層対の間に形成される電位差に略一致している。これにより、ステンシルマスク３００の周囲に形成される電位分布は、第２導電層３２４の上下に対称に形成される。

このステンシルマスク３００は、ボロンイオンを導入する際に用いられる。ボロンイオンは、正に帯電している。ボロンイオンが貫通孔３２８を通過するときの進行方向は、図７に示すように、電位分布に基づく電位差に沿って偏向する。ボロンイオンの進行方向は、まず、貫通孔３２８に入射する側で、第３導電層３２６から離れる方向に偏向する。ボロンイオンの進行方向は、第３導電層３２６と第２導電層３２４の間で、第２導電層３２４に引き寄せられる方向に偏向する。ボロンイオンの進行方向は、第２導電層３２４と第１導電層３２２の間で、第２導電層３２４から離れる方向に偏向する。ボロンイオンの進行方向は、貫通孔３２８を出射する側で、第１導電層２２に引き寄せられる方向に偏向する。ボロンイオンは、貫通孔３２８を通過しているときにおいて、概ね貫通孔３２８の側壁３２８ａから離れた位置を通過する。したがって、ステンシルマスク３００では、ボロンイオンが貫通孔３２８の側壁３２８ａに衝突する現象を実効的に抑制することができる。

また、ステンシルマスク３００では、周囲に形成される電位分布が第２導電層３２４の上下に対称に形成される。したがって、ボロンイオンは、貫通孔３２８に入射するときの状態で貫通孔３２８を出射することができる。ステンシルマスク３００は、ボロンイオンを貫通孔３２８の形状に応じて出射することができる。ステンシルマスク３００は、半導体基板３５０の表面に所定パターンでボロンイオンを導入することを容易にする。

次に、図９を参照して、上記のステンシルマスク３００の作用効果をより詳細に検討した結果を示す。
図９は、第１導電層４２２と、第１絶縁層４２３と、第２導電層４２４と、第２絶縁層４２５と、第３導電層４２６を有する積層体４２０で構成されているステンシルマスク４００の例である。

ステンシルマスク４００では、第１導電層４２２の外表面に形成されている第１接続部４３２を介して、第１導電層４２２が第１電源４４２に接続されている。第１電源４４２は、接地電位を第１導電層４２２に与えることができる。ステンシルマスク４００では、第２導電層４２４の外表面に形成されている第２接続部４３４を介して、第２導電層４２４が第２電源４４４に接続されている。第２電源４４４は、１ｋＶの負の直流電圧を第２導電層４２４に印加することができる。ステンシルマスク４００では、第３導電層４２６の外表面に形成されている第３接続部４３６を介して、第３導電層４２６が第３電源４４６に接続されている。第３電源４４６は、接地電位を第３導電層４２６に与えることができる。
第１導電層４２２の厚みＴ４２２は、２μｍである。第１絶縁層４２３の厚みＴ４２３は、５μｍである。第２導電層４２４の厚みＴ４２４は、３μｍである。第２絶縁層４２５の厚みＴ４２５は、５μｍである。第３導電層４２６の厚みＴ４２６は、２μｍである。貫通孔４２８の幅Ｗ４２８は、２０μｍである。積層体４２０と半導体基板４５０の間の距離Ｄ４００は、５０μｍである。

図１０に、ステンシルマスク４００の周囲に形成される電位分布を示す。図１１に、ステンシルマスク４００の周囲に形成される電位分布の拡大図を示す。図１１は、図１０のステンシルマスク４００の貫通孔４２８の側壁４２８ａ（紙面右側）の拡大図である。なお、図１０及び図１１では、図示の明瞭化のために、図中の符号を省略している。
図１０及び図１１に示すように、ステンシルマスク４００では、第１導電層４２２と第２導電層４２４の間に電位差を形成することができる。さらに、ステンシルマスク４００では、第２導電層４２４と第３導電層４２６の間に電位差を形成することができる。ステンシルマスク４００の周囲には、第１導電層４２２と第２導電層４２４の間の電位差と、第２導電層４２４と第３導電層４２６の間の電位差に基づいて電位分布が形成されている。第１絶縁層４２３及び第２絶縁層４２５の厚みは薄いので、ステンシルマスク４００の周囲には、等電位線の間隔が密な電位分布が形成されている。ステンシルマスク４００の周囲に形成される電位分布に基づく電界強度は大きくなっている。ステンシルマスク４００では、ボロンイオンの一部が、貫通孔４２８を画定している積層体４２０の側壁４２８ａに衝突する確率が低い。

さらに、ステンシルマスク４００では、第１導電層４２２と第２導電層４２４の間の第１の導電対に形成される電位差は、第２導電層４２４と第３導電層４２６の間の第２の導電対の間に形成される電位差に略一致している。これにより、ステンシルマスク４００の周囲に形成される電位分布は、第２導電層４２４の上下に対称に形成されていることが分かる。これにより、ボロンイオンは、貫通孔４２８に入射するときの状態で貫通孔４２８を出射することができる。ステンシルマスク４００は、ボロンイオンを貫通孔４２８の形状に応じて出射することができる。ステンシルマスク４００は、半導体基板４５０の表面に所定パターンでボロンイオンを導入することを容易にする。

図１２は、図７に示すステンシルマスク３００の変形例である。この変形例のステンシルマスク３００は、第１導電層３２２に形成されている貫通孔３２８の幅が、第１絶縁層３２３及び第２導電層３２４に形成されている貫通孔３２８の幅よりも大きく形成されている。さらに、変形例のステンシルマスク３００は、第１絶縁層３２３及び第２導電層３２４に形成されている貫通孔３２８の幅が、第２絶縁層３２５及び第３導電層３２６に形成されている貫通孔３２８の幅よりも大きく形成されている。
ステンシルマスク３００では、貫通孔３２８を画定する側壁３２８ａが、貫通孔３２８の伸びる方向（紙面上下方向）に沿って、第１導電層３２２と第１絶縁層３２３の間で連続していない。さらに、貫通孔３２８を画定する側壁３２８ａが、貫通孔３２８の伸びる方向（紙面上下方向）に沿って、第２導電層３２４と第２絶縁層３２５の間で連続していない。即ち、ステンシルマスク３００の貫通孔３２８は、第１導電層３２２と第１絶縁層３２３の間及び第２導電層３２４と第２絶縁層３２５の間に段差面を備えている。前者の段差面は、第１絶縁層３２３の下面３２３ｂと側面３２３ａによって形成されている。後者の段差面は、第２絶縁層３２５の下面３２５ｂと側面３２５ａによって形成されている。これにより、第１導電層３２２と第２導電層３２４の間に存在する第１絶縁層３２３の外表面の最短距離は、段差面が形成されていない場合（即ち、第１絶縁層３２３の側面３２３ａのみの場合）に比して長くなる。さらに、第２導電層３２４と第３導電層３２６の間に存在する第２絶縁層３２５の外表面の最短距離は、段差面が形成されていない場合（即ち、第２絶縁層３２５の側面３２５ａのみの場合）に比して長くなる。第１導電層３２２と第２導電層３２４の間に存在する第１絶縁層３２３の外表面の最短距離が長いと、第１絶縁層３２３の外表面に沿って生じる沿面放電に係る絶縁破壊耐圧を向上させることができる。さらに、第２導電層３２４と第３導電層３２６の間に存在する第２絶縁層３２５の外表面の最短距離が長いと、第２絶縁層３２５の外表面に沿って生じる沿面放電に係る絶縁破壊耐圧を向上させることができる。図１２に示す形態の貫通孔３２８を備えることによって、ステンシルマスク３００の絶縁破壊耐圧は顕著に向上する。

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。

イオン注入装置の構成を示す。 第１実施例のステンシルマスクの要部断面図を模式的に示す。 （ａ）従来のステンシルマスクの概略的な構成を示す。（ｂ）第１実施例のステンシルマスの概略的な構成を示す。 （ａ）従来のステンシルマスクの電位分布を示す。（ｂ）第１実施例のステンシルマスの電位分布を示す。 従来のステンシルマスクと実施例のステンシルマスクのイオンの偏向量を示す。 第１実施例のステンシルマスクの変形例を示す。 第２実施例のステンシルマスクの要部断面図を模式的に示す。 （ａ）第２実施例のステンシルマスクの全体の平面図を模式的に示す。（ｂ）第２実施例のステンシルマスクの全体の断面図を模式的に示す。 第２実施例のステンシルマスクの概略的な構成を示す。 第２実施例のステンシルマスの電位分布を示す。 第１実施例のステンシルマスの拡大した電位分布を示す。 第２実施例のステンシルマスクの変形例を示す。

符号の説明

２０、２２０、３２０、４２０：積層体
２２、２２２、３２２、４２２：第１導電層
２４、２２４、３２３、４２３：第１絶縁層
２６、２２６、３２４、４２４：第２導電層
３２５、４２５：第２絶縁層
３２６、４２６：第３導電層
２８、３２８、４２８：貫通孔
３２、２３２、３３２、４３２：第１接続部
３４、２３４、３３４、４３４：第２接続部
３３６、４３６：第３接続部
４２、２４２、３４２、４４２：第１電源
４４、２４４、３４４、４４４：第２電源
３４６、４４６：第３電源

Claims (9)

1. 被処理基板の表面に所定パターンで荷電粒子を導入する際に用いられるステンシルマスクであり、
   第１導電層と、
   その第１導電層上に形成されている第１絶縁層と、
   その第１絶縁層上に形成されている第２導電層と、
   第１導電層の外表面に形成されており、第１電源に接続するための第１接続部と、
   第２導電層の外表面に形成されており、第２電源に接続するための第２接続部を備え、
   前記所定パターンに対応して、第１導電層、第１絶縁層及び第２導電層を貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
2. 第１導電層は荷電粒子が出射する側であり、第２導電層は荷電粒子が入射する側であり、
   第１導電層に形成されている貫通孔の幅が、第１絶縁層に形成されている貫通孔の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１のステンシルマスク。
3. 前記第２導電層上に形成されている第２絶縁層と、
   その第２絶縁層上に形成されている第３導電層と、
   その第３導電層の外表面に形成されており、第３電源に接続するための第３接続部をさらに備え、
   前記貫通孔は、第２絶縁層及び第３導電層をも貫通していることを特徴とする請求項１又は２のステンシルマスク。
4. 第１導電層は荷電粒子が出射する側であり、第３導電層は荷電粒子が入射する側であり、
   第１絶縁層及び第２導電層に形成されている貫通孔の幅が、第２絶縁層に形成されている貫通孔の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項３のステンシルマスク。
5. 被処理基板の表面に所定パターンで荷電粒子を導入する際に用いられるステンシルマスクであり、
   第１導電層と、
   その第１導電層上に形成されている第１絶縁層と、
   その第１絶縁層上に形成されている第２導電層と、
   第１導電層又は第２導電層の外表面に形成されており、電源に接続するための接続部を備え、
   前記所定パターンに対応して、第１導電層、第１絶縁層及び第２導電層を貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とするステンシルマスク。
6. 第１導電層は荷電粒子が出射する側であり、第２導電層は荷電粒子が入射する側であり、
   第１導電層に形成されている貫通孔の幅が、第１絶縁層に形成されている貫通孔の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項５のステンシルマスク。
7. 請求項１〜６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。
8. 請求項１〜６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、マスク越しに荷電粒子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。
9. 請求項１〜６のいずれかのステンシルマスクを用いて半導体装置を製造する方法。