JP3790215B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写用マスクとして例えばステンシルマスクを用いた半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、所定のパターンを有するステンシルマスクを被処理基板上に一定の距離を置いて設置し、ステンシルマスクのパターン開口部を通して電子やイオンなどの荷電粒子を被処理基板に照射する方法がある。イオン注入工程に代表される荷電粒子を用いた半導体製造装置の例を示す。粒子源から、所望のエネルギーで加速されたイオンなどの荷電粒子(イオンビーム)は、スキャナーやマグネットを通過して、所望の大きさに成形される。成形されたイオンビームは、ステンシルマスクのパターン開口部を通して、被処理基板に照射される。ここで、被処理基板は、半導体基板であり、表面に半導体素子が形成されている。
【0003】
荷電粒子を用いて、被処理基板に処理を行うと、被処理基板に残留電荷が蓄積し、被処理基板に形成された半導体素子が、残留電荷による帯電によって、破壊してしまうという問題があった。この問題を解決するために、2次電子またはプラズマ電子を発生させて残留電荷を中和することによって、被処理基板の破壊を防ぐ方法が、一般に知られている。(例えば、特許文献1)
また、特許文献2では、ステンシルマスクと被処理基板の距離及び電位差を変化させることによって、被処理基板に帯電する残留電荷量を制御する方法が記載されている。ステンシルマスクと被処理基板の間に電源を設けたり、ステンシルマスクとグランドの間に電源を設け、かつ被処理基板とグランドの間に別の電源を設けることによって、被処理基板に帯電する残留電荷量を制御している。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−283411号公報(第4頁)
【特許文献2】
特開2002−203806号公報(図29,図35)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
2次電子またはプラズマ電子を発生させて残留電荷を中和するような電荷中和機構は、被処理基板やステンシルマスクの帯電量、荷電粒子のエネルギー量、装置内の真空度などに敏感であるため、装置内のこれらの状況によって、中和量が大きく変化してしまう。したがって、2次電子またはプラズマ電子を発生させて残留電荷を中和することによって、被処理基板の破壊を防ぐ方法では、結果的に、中和量が不足してしまったり、過剰の電子供給を行って、負に帯電してしまったりして、半導体素子を破壊する可能性があるという問題があった。また、2次電子またはプラズマ電子を発生させるような電荷中和機構では、装置の複雑化を招いていた。
【0006】
ステンシルマスクと被処理基板の距離及び電位差を変化させることによって、被処理基板に帯電する残留電荷量を制御する方法では、歩留まりは向上するものの、イオン注入工程を行う前に、ステンシルマスクと被処理基板の距離及び電位差の設定を行っているため、荷電粒子の照射条件が一定であり、かつ装置が安定した状態で処理が行われていれば、問題が生じないが、装置が不安定な状態となり、例えば、単位時間当たりの荷電粒子の照射量(電流量)が処理の間に変化する場合は、中和量が不足してしまったり、過剰の電子供給を行って、負に帯電してしまったりして、半導体素子を破壊する可能性があるという問題があった。
【0007】
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたもので、ステンシルマスクを用いた半導体製造工程において、被処理基板に帯電する残留電荷によって半導体素子が破壊する可能性を低減し、歩留まりを向上させることが可能な半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法の一形態は、被処理基板に対して対向して配置された、開口部を有するステンシルマスクを介して、前記被処理基板に荷電粒子を照射する工程において、
前記被処理基板とグランドの間を流れる電流値に応じて、前記ステンシルマスクと前記被処理基板との電位差を調整することを特徴とする。
【0009】
また、上記した目的を達成するための本発明の半導体製造装置の一形態は、被処理基板に対して対向して配置された、開口部を有するステンシルマスクと、
前記ステンシルマスクの開口部を介して前記被処理基板に荷電粒子を照射する粒子源と、
前記ステンシルマスクに接続され、前記ステンシルマスクの電位を変化させる第1の電源と、
前記被処理基板に接続された第1の電流計と、
を具備している。
【0010】
上記した本発明の形態によれば、ステンシルマスクを用いた半導体製造工程において、被処理基板に帯電する残留電荷によって半導体素子が破壊する可能性を低減し、歩留まりを向上させることができることが可能な半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1に本発明の第1の実施の形態に係る半導体製造装置を示す。半導体装置の製造工程において、所定のパターンを有するステンシルマスク11を被処理基板12上に一定の距離を置いて設置する。粒子源から、所望のエネルギーで加速されたイオンなどの荷電粒子13(イオンビーム)は、スキャナーやマグネットを通過して、所望の大きさに成形され、成形されたイオンビーム13は、ステンシルマスクのパターン開口部を通して、被処理基板12に照射される。ここで、被処理基板12は、半導体基板であり、表面に半導体素子が形成されている。
【0012】
ステンシルマスク11は、電源14に接続されている。このため、装置外壁(またはグランド)を基準として、ステンシルマスク11の電位を制御することができる。また、被処理基板12は、電流計15を介して、装置外壁(またはグランド)に接続されている。このため、被処理基板から流れる電流を測定することができる。
【0013】
イオン注入工程などの半導体製造工程において、イオンビーム13の照射量が時間的に変化しない場合、被処理基板12に作用させる荷電粒子の量が一定であるとすると、電流計15で観測される電流I1も、一定の値である。つまり、被処理基板12を処理する処理条件に応じた適正な電流値が存在し、通常は、その一定値となる。最も好ましくは、電流I1の一定値は、0Aであるが、これに限らず、0A以外の一定値であってもかまわない。
【0014】
装置内の状況によって、ステンシルマスク11と被処理基板12の電気的バランスがくずれて、中和効果が薄れると、例えば、被処理基板12の表面に過剰な正電荷が蓄積し始める。被処理基板12の表面に蓄積した過剰な正電荷は、装置外壁へと流れ、電流I1が増加する。よって、本実施の形態では、被処理基板12に流れる電流I1を測定し、イオン注入工程中に、何らかの要因で、電流I1が適正な電流値よりも大きくなった場合は、電源14によって、ステンシルマスク11の電位を下げることによって、被処理基板12に蓄積され始めた正電荷を中和することができる。ステンシルマスク11の電位の調整を行う際に、電位を下げすぎると、被処理基板12の表面に負電荷が蓄積し、逆に、電流I2が適正な電流値によりも小さくなる。この場合は、電源14によって、ステンシルマスク11の電位を上げることによって、被処理基板12に蓄積され始めた負電荷を中和することができる。
【0015】
よって、本実施の形態では、イオン注入工程などの荷電粒子を用いた半導体製造工程において、不安定な装置状態による中和条件の変化がある場合であっても、装置状態に追随してステンシルマスクの電位を変化させることができるため、被処理基板に帯電する残留電荷によって半導体素子が破壊する可能性を低減し、歩留まりを向上させることができる。
(第2の実施の形態)
図2に本発明の第2の実施の形態に係る半導体製造装置を示す。半導体装置の製造工程において、所定のパターンを有するステンシルマスク21を被処理基板22上に一定の距離を置いて設置する。粒子源から、所望のエネルギーで加速されたイオンなどの荷電粒子23(イオンビーム)は、スキャナーやマグネットを通過して、所望の大きさに成形され、成形されたイオンビーム23は、ステンシルマスクのパターン開口部を通して、被処理基板22に照射される。ここで、被処理基板22は、半導体基板であり、表面に半導体素子が形成されている。
【0016】
ステンシルマスク21は、電源24に接続されている。このため、装置外壁(またはグランド)を基準として、ステンシルマスク21の電位を制御することができる。また、ステンシルマスク21に、電流計25が接続されている。このため、ステンシルマスク21から流れる電流を測定することができる。また、被処理基板22は、電流計26を介して、装置外壁(またはグランド)に接続されている。このため、被処理基板から流れる電流を測定することができる。
【0017】
イオン注入工程などの半導体製造工程において、イオンビーム23の照射量が時間的に変化しない場合、被処理基板22に作用させる荷電粒子の量が一定であるとすると、電流計26で観測される電流I1も、一定の値である。つまり、被処理基板22を処理する処理条件に応じた適正な電流値が存在し、通常は、その一定値となる。最も好ましくは、電流I1の一定値は、0Aであるが、これに限らず、0A以外の一定値であってもかまわない。
【0018】
しかし、イオン注入工程などの半導体製造工程において、イオンビーム23の単位時間あたりの照射量が時間的に変化する場合、被処理基板22に作用させる単位時間あたりの荷電粒子の量も変化するため、電流計26で観測される電流I1も変化する。ところが、ステンシルマスク21と被処理基板22の電気的バランス安定した状態では、中和効果が持続しているため、ステンシルマスク21から流れる電流I2に対する被処理基板22から流れる電流I1の比、すなわち電流比I1/I2は、一定値となる。つまり、被処理基板22を処理する処理条件に応じた適正な電流比が存在し、通常は一定値となる。
【0019】
装置内の状況によって、ステンシルマスク21と被処理基板22の電気的バランスがくずれて、中和効果が薄れると、例えば、被処理基板22の表面に過剰な正電荷が蓄積し始める。被処理基板22の表面に過剰な正電荷が蓄積し始めると、ステンシルマスク21から流れる電流I2に対する被処理基板22から流れる電流I1の比、すなわち電流比I1/I2が増加する。よって、本実施の形態では、被処理基板22に流れる電流比I1/I2を測定し、イオン注入工程中に、何らかの要因で、電流比I1/I2が適正な電流比よりも大きくなった場合は、電源24によって、ステンシルマスク21の電位を下げることによって、被処理基板22に蓄積され始めた正電荷を中和することができる。ステンシルマスク21の電位の調整を行う際に、電位を下げすぎると、被処理基板22の表面に負電荷が蓄積し、逆に、電流比I1/I2が適正な電流比よりも小さくなる。この場合は、電源24によって、ステンシルマスク21の電位を上げることによって、被処理基板22に蓄積され始めた負電荷を中和することができる。
【0020】
よって、本実施の形態では、イオン注入工程などの荷電粒子を用いた半導体製造工程において、イオンビームの照射量が時間的に変化する場合であっても、被処理基板に帯電する残留電荷によって半導体素子が破壊する可能性を低減し、歩留まりを向上させることができる
(第1の変形例)
図3に本発明の第2の実施の形態の第1の変形例に係る半導体製造装置を示す。半導体装置の製造工程において、所定のパターンを有するステンシルマスク31を被処理基板32上に一定の距離を置いて設置する。粒子源から、所望のエネルギーで加速されたイオンなどの荷電粒子33(イオンビーム)は、スキャナーやマグネットを通過して、所望の大きさに成形され、成形されたイオンビーム33は、ステンシルマスクのパターン開口部を通して、被処理基板32に照射される。ここで、被処理基板32は、半導体基板であり、表面に半導体素子が形成されている。
【0021】
ステンシルマスク31は、電源34に接続されている。このため、装置外壁(またはグランド)を基準として、ステンシルマスク31の電位を制御することができる。また、ステンシルマスク31には、電流計35が接続されており、ステンシルマスク31から流れる電流を測定することができる。さらに、被処理基板32は、電源36に接続されている。このため、装置外壁(またはグランド)を基準として、被処理基板32の電位を制御することができる。また、被処理基板32には、電流計37が接続されており、被処理基板32から流れる電流を測定することができる。
【0022】
イオン注入工程などの半導体製造工程において、イオンビーム33の照射量が時間的に変化しない場合、被処理基板32に作用させる荷電粒子の量が一定であるとすると、電流計37で観測される電流I1も、一定の値である。つまり、被処理基板を処理する処理条件に応じた適正な電流値が存在し、通常は、その一定値となる。最も好ましくは、電流I1の一定値は、0Aであるが、これに限らず、0A以外の一定値であってもかまわない。
【0023】
しかし、イオン注入工程などの半導体製造工程において、イオンビーム33の単位時間あたりの照射量が時間的に変化する場合、被処理基板32に作用させる単位時間あたりの荷電粒子の量も変化するため、電流計37で観測される電流I1も変化する。ところが、ステンシルマスク31と被処理基板32の電気的バランス安定した状態では、中和効果が持続しているため、ステンシルマスク31から流れる電流I2に対する被処理基板32から流れる電流I1の比、すなわち電流比I1/I2は、一定値となる。つまり、被処理基板32を処理する処理条件に応じた適正な電流比が存在し、通常は一定値となる。
【0024】
装置内の状況によって、ステンシルマスク31と被処理基板32の電気的バランスがくずれて、中和効果が薄れると、例えば、被処理基板32の表面に過剰な正電荷が蓄積し始める。被処理基32板の表面に過剰な正電荷が蓄積し始めると、ステンシルマスク31から流れる電流I2に対する被処理基板32から流れる電流I1の比、すなわち電流比I1/I2が増加する。
【0025】
よって、本実施の形態では、被処理基板に流れる電流比I1/I2を測定し、イオン注入工程中に、何らかの要因で、電流比I1/I2が適正な電流比よりも大きくなった場合は、電源34及び電源36によって、ステンシルマスク31と被処理基板32の電位差を小さくすることによって、被処理基板に蓄積され始めた正電荷を中和することができる。ステンシルマスク31と被処理基板32の電位差の調整を行う際に、電位差を小さくしすぎると、被処理基板の表面に負電荷が蓄積し、逆に、電流比I1/I2が適正な電流比よりも小さくなる。
【0026】
第1の変形例では、電源34及び電源36を調整して、ステンシルマスク31と被処理基板32の電位差を大きくすることによって、被処理基板32に蓄積され始めた負電荷を中和することができる。このとき、被処理基板32に接続された電源36は、半導体素子への影響を考慮し、電源34の補助的役割として使用することが好ましい。ステンシルマスク31及び被処理基板32に接続された電源34及び電源36を用いて、ステンシルマスク31と被処理基板32の電位を独立して調整することができるため、最適となる中和条件に精度よく調整することができる。よって、第1の変形例においても、イオン注入工程などの荷電粒子を用いた半導体製造工程において、イオンビームの照射量が時間的に変化する場合であっても、被処理基板に帯電する残留電荷によって半導体素子が破壊する可能性を低減し、歩留まりを向上させることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、イオン注入工程などの荷電粒子を用いた半導体製造工程において、被処理基板に帯電する残留電荷によって半導体素子が破壊する可能性を低減し、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装製造装置を用いた半導体装置の製造方法の工程の一部を示す図である。
【図2】 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装製造装置を用いた半導体装置の製造方法の工程の一部を示す図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態の第1の変形例に係る半導体装製造装置を用いた半導体装置の製造方法の工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
11,21,31 ステンシルマスク
12,22,32 被処理基板
13,23,33 イオンビーム
14,24,34,36 電源
15,25,26,35,37 電流計
Claims (5)
- 被処理基板に対して対向して配置された、開口部を有するステンシルマスクを介して、前記被処理基板に荷電粒子を照射する工程において、
前記被処理基板とグランドの間を流れる電流値に応じて、前記ステンシルマスクと前記被処理基板との電位差を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 被処理基板に対して対向して配置された、開口部を有するステンシルマスクを介して、前記被処理基板に荷電粒子を照射する工程において、
前記被処理基板に流れる電流値と前記ステンシルマスクに流れる電流値の比に応じて、前記ステンシルマスクと前記被処理基板との電位差を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 被処理基板に対して対向して配置された、開口部を有するステンシルマスクと、
前記ステンシルマスクの開口部を介して前記被処理基板に荷電粒子を照射する粒子源と、
前記ステンシルマスクに接続され、前記ステンシルマスクの電位を変化させる第1の電源と、前記被処理基板に接続された第1の電流計と、
を具備した半導体製造装置。 - 前記被処理基板は、グランドに接続されており、
前記第1の電源は、グランドを基準として前記ステンシルマスクの電位を変化させることを特徴とする請求項3に記載の半導体製造装置。 - 前記ステンシルマスクに、第2の電流計が接続されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体製造装置。
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