JP7389619B2 - マスクホルダ、固定装置、イオン照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオン照射に用いるメタルマスクを保持するマスクホルダ、メタルマスクをウェハに対して固定する固定装置、およびイオン照射方法に関する。

シリコンウェハ等の半導体基板に様々な微細加工を施すことで、半導体集積回路が製造される。集積回路の性能を向上させるため、半導体基板にヘリウム等のイオンを照射して欠陥領域が形成されることがある。例えば、ダイオードを内蔵する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造工程において、マスクを使用してイオン照射することにより、ダイオードが形成される箇所に欠陥領域が選択的に形成される。ダイオード領域に選択的に欠陥を形成することで、ダイオードの逆回復特性が向上しうる（例えば、特許文献１参照）。

特許第５３７５９７４号公報

イオン照射に使用されるマスクには主に、レジストマスク、シリコンマスク、メタルマスクがある。レジストマスクはフォトリソグラフィを利用するのでマスクパターンを良好な精度で製作しやすいが、イオン照射のたびにウェハに形成し照射後に除去しなければならず、コストがかかる。とくに、高エネルギーのイオン照射ではイオン遮蔽のためにレジスト膜厚を大きくすることを要し、コストだけでなく技術的な困難さも増す。シリコンマスクはマスクからウェハへの重金属汚染の懸念がない点で有利であるが、外力に弱く割れやすいので、取り扱いが難しい。

メタルマスクは、１枚のマスクを何回も繰り返し使用することができるので、コスト面で有利である。しかし、メタルマスクからウェハへの重金属汚染を避けるために、メタルマスクに適する材料と加工方法は限定され、このことがメタルマスクのマスクパターンの精度を向上するうえで制約となっている。また、メタルマスクに付着した汚染物質は洗浄により除去されうるが、実際には汚染物質を完全に除去することは容易でなく、残留する汚染物質がイオン照射中にメタルマスクからウェハに広がり、ウェハを汚染する懸念がある。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、メタルマスクを使用するイオン照射におけるウェハの汚染リスクを低減することにある。

本発明のある態様は、メタルマスクを介してウェハにイオン照射をするためにメタルマスクを保持するマスクホルダである。マスクホルダは、メタルマスクのマスクパターンを覆うようにメタルマスクに対してウェハ側に配置され、樹脂材料で形成されるウェハ保護膜と、メタルマスクおよびウェハ保護膜を保持する保持構造と、を備える。

本発明の別の態様は、メタルマスクを介してウェハにイオン照射をするためにメタルマスクをウェハに対して固定する固定装置である。固定装置は、上記のマスクホルダと、ウェハを保持するとともに、マスクホルダと結合されるウェハホルダと、を備え、ウェハを収容し外界から隔てられるウェハ収容室がマスクホルダとウェハホルダとの間に形成される。

本発明のさらに別の態様は、イオン照射方法である。この方法は、メタルマスクとウェハの間にウェハ保護膜を配置した状態でメタルマスクとウェハとを位置合わせする工程と、メタルマスクおよびウェハ保護膜を介してウェハにイオンを照射する工程と、を備える。ウェハ保護膜は、樹脂材料で形成され、メタルマスクに対してウェハ側でメタルマスクのマスクパターンを覆う。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、メタルマスクを使用するイオン照射におけるウェハの汚染リスクを低減することができる。

実施の形態に係るイオン照射装置の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係るマスクホルダとメタルマスクの概略上面図である。 図２に示されるマスクホルダとメタルマスクのＡ－Ａ断面の一部を模式的に示す部分断面図である。 イオン照射中のマスクホルダとメタルマスクを、ウェハホルダ、ウェハとともに模式的に示す部分断面図である。 他の実施の形態に係るマスクホルダとメタルマスクを模式的に示す部分断面図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）は、マスクパターンの例を示す概略図である。 実施の形態に係るマスクアライナの構成を模式的に示す側面図である。 図８（ａ）、図８（ｂ）は、図７に示されるマスクアライナにおけるメタルマスクとウェハの位置合わせを示す模式図である。 実施の形態に係るイオン照射方法を例示するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。

図１は、実施の形態に係るイオン照射装置５０の構成を模式的に示す図である。イオン照射装置５０は、ビーム生成装置５２と、ビーム輸送装置５４と、照射処理室５６とを備える。ビーム生成装置５２は、サイクロトロン方式やバンデグラフ方式の加速器を備えており、例えば、１ＭｅＶ～１００ＭｅＶ程度の加速エネルギーを有するイオンビームＢを生成する。ビーム輸送装置５４は、ビーム生成装置５２で生成されたイオンビームＢを照射処理室５６に輸送する。

ビーム輸送装置５４には、偏向装置６０、ビームスリット６２、アブソーバ６４が設けられる。偏向装置６０は、ビーム生成装置５２からのイオンビームＢを電界式または磁界式でスキャンし、ウェハ１２の全体がイオンビームＢにより順次走査されるようにする。スキャンされたビームＢは、ビームスリット６２およびアブソーバ６４を通過する。照射面積を一定に保つためにビームスリット６２によってビームＢは成形され、成形されたビームＢがアブソーバ６４を通じてウェハ１２に到達する。アブソーバ６４は、アルミニウム（Ａｌ）等の材料で構成されるエネルギー減速板であり、アブソーバ６４を通過するイオンビームＢを減速させて所望のエネルギーを有するように調整する。

イオン照射装置５０においては、メタルマスク１４を介してウェハ１２にイオン照射をするためにメタルマスク１４をウェハ１２に対して固定する固定装置１８が使用される。ウェハ１２は、ウェハホルダ２０に保持され、メタルマスク１４は、マスクホルダ４０に保持される。マスクホルダ４０は、ウェハホルダ２０とともに固定装置１８を構成する。ウェハホルダ２０は、たとえば適当な固定具を用いて、マスクホルダ４０と結合される。固定装置１８は、イオン照射中にウェハ１２に対してメタルマスク１４が動かないように位置決めするための固定治具である。固定装置１８は、搬送プレート６６に取り付けられ、照射処理室５６に搬送される。

メタルマスク１４は、ウェハ１２よりもイオンビームＢの進行方向の手前側に配置される。したがって、スキャンされたビームＢは、メタルマスク１４越しにウェハ１２に入射する。メタルマスク１４は、部分的に開口が形成されたパターン部を有し、入射するイオンビームＢの一部を遮蔽し、残りの部分を通過させる。イオンビームＢの照射により、ウェハ１２の内部にはメタルマスク１４のパターンに応じた位置に欠陥領域が形成される。

メタルマスク１４は、ウェハ１２を覆うことのできる大きさを有する。メタルマスク１４は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、またはその他の重金属、またはこれらの合金で形成される。メタルマスク１４は、たとえば、４２アロイのように、ウェハ１２の熱膨張率に近い熱膨張率をもつ低熱膨張合金で形成されてもよい。ただし、メタルマスク１４の形状および材質はこれに限定されない。メタルマスク１４は、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミ材で形成されてもよい。

イオン照射装置５０は、イオンビームに関する様々なパラメータ、例えば、イオン種、加速エネルギー、イオン照射量（ビーム電流、照射時間）、イオン照射方向を調整することができるように構成されている。イオン照射に用いられるイオン種は、Ｈ、Ｈｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎｅ、Ｓｉ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅからなる群より選択される少なくとも１種の原子がイオン化されたものが挙げられる。具体的には、例えば、^１Ｈ^＋、^２Ｈ^＋、^３Ｈｅ^２＋、^４Ｈｅ^２＋などが挙げられる。イオン照射システム１０は、イオン照射を０．００１ＭｅＶ以上の加速エネルギーで行ってもよい。あるいは、０．１ＭｅＶ以上の加速エネルギーで行ってもよい。また、イオン照射を１００ＭｅＶ以下の加速エネルギーで行ってもよい。あるいは、３０ＭｅＶ以下の加速エネルギーで行ってもよい。

イオンが照射されるウェハ１２は典型的には、円形のシリコン基板であるが、ウェハ１２の形状および材質はこれに限定されず、その他の半導体基板であってもよい。ウェハ１２は、例えば３００ｍｍ以下の直径を有し、例えば３００ｍｍまたは２５０ｍｍまたは２００ｍｍまたは１５０ｍｍの直径を有しうる。ウェハ１２は、例えば５０μｍ～１．５ｍｍ程度の厚みを有してもよく、例えば１００μｍ～９００μｍ程度の厚みを有してもよい。

ウェハ１２にイオン照射が行われると、ウェハ内部のある深さにまでイオンが到達する。その際、到達した領域を含む近傍では格子欠陥が形成され、結晶の規則性（周期性）が乱れた状態となる。このような格子欠陥が多い領域では電子が散乱されやすくなり、電子の移動が阻害される。つまり、イオン照射により局所的な格子欠陥が生じた領域では、抵抗率が上昇することになる。イオン照射装置５０において上述のパラメータを調整することにより、ウェハ中の欠陥層の面内位置、深さ位置、深さ方向の幅、抵抗率の大きさを適宜設定できる。なお、イオン照射により得られる欠陥層は、高抵抗領域を形成する目的の他に、キャリアのライフタイム制御層を形成する目的など、様々な用途に用いることができる。

イオン照射装置５０には、イオン照射量を計測するために電流計６８が設けられていてもよい。電流計６８は、搬送プレート６６とアブソーバ６４に接続されている。そのため、電流計６８は、メタルマスク１４とウェハ１２に照射され搬送プレート６６に流れる電流値（Ｉ_１）とアブソーバ６４に流れる電流値（Ｉ_２）の合計を計測する。

また、マスクアライナ７０が照射処理室５６の外に設けられていてもよい。マスクアライナ７０は、イオン照射装置５０とともにイオン照射システムを構成してもよい。マスクアライナ７０は、ウェハ１２とメタルマスク１４の位置合わせ（アライメント）、ウェハホルダ２０とマスクホルダ４０の固定および固定解除に用いられる。矢印７１で図示されるようにして、互いに位置合わせされたウェハ１２とメタルマスク１４を収めた固定装置１８が搬送プレート６６とともに、マスクアライナ７０から照射処理室５６へと搬送され、照射処理室５６でイオン照射が行われ、照射処理室５６からマスクアライナ７０に再び搬送される。

図２は、実施の形態に係るマスクホルダ４０とメタルマスク１４の概略上面図である。図３は、図２に示されるマスクホルダ４０とメタルマスク１４のＡ－Ａ断面の一部を模式的に示す部分断面図である。マスクホルダ４０とメタルマスク１４は左右対称の構成であるため、図３には簡潔のために右側のみを示す。図３において上側がビーム上流側にあたり、下側がウェハ側にあたる。

メタルマスク１４は、マスクパターン１５とアライメント開口１６を有するプレートである。このプレートは、ウェハ１２の直径より大きい幅と長さをもち、矩形（たとえば正方形）であってもよい。メタルマスク１４の厚さは、例えば１ｍｍ未満（例えば約０．１ｍｍ）であってもよい。メタルマスク１４は、上述のように、金属で形成されている。メタルマスク１４は、たとえば、フォトエッチングなどの微細加工技術、またはエレクトロフォーミングなどの精密薄膜形成技術を用いて製作される。

マスクパターン１５とアライメント開口１６は、プレート上でウェハ１２に相当する領域の内側に配置される。このパターン配置領域はウェハ１２と同じ直径の円形であってもよい。領域内には互いに縦横に隣接する多数のパターンエリアが含まれ、各パターンエリアにマスクパターン１５が形成される。マスクパターン１５の例は後述する。アライメント開口１６は、メタルマスク１４越しにウェハ１２上のアライメントマークまたはその他の部位を観察するための貫通孔であり、メタルマスク１４上のパターン配置領域内でマスクパターン１５よりも外側に位置する。一例として、４つのアライメント開口１６がメタルマスク１４の中心まわりに均等に設けられ、各アライメント開口１６は同じ大きさの円形である。

マスクホルダ４０は、ウェハ保護膜４１と、上流側保護膜４２と、保持構造４３とを備える。ウェハ保護膜４１は、メタルマスク１４のマスクパターン１５を覆うようにメタルマスク１４に対してウェハ側に配置され、上流側保護膜４２は、マスクパターン１５を覆うようにメタルマスク１４に対してウェハ保護膜４１とは反対側（すなわちビーム上流側）に配置される。保持構造４３は、メタルマスク１４、ウェハ保護膜４１および上流側保護膜４２をこれらの外周部で挟み込むようにして保持する。

ウェハ保護膜４１は、樹脂材料で形成されるフィルムである。ウェハ保護膜４１は、ウェハ１２に面するメタルマスク１４の表面を全体的に覆い、それにより、メタルマスク１４によるウェハ１２の重金属汚染や、メタルマスク１４からウェハ１２へのその他の汚染物質の移動からウェハ１２を保護する。ウェハ保護膜４１は、メタルマスク１４のマスクパターン１５だけでなく、アライメント開口１６も覆う。

ウェハ保護膜４１は、メタルマスク１４とともに保持構造４３で挟持されるように、メタルマスク１４と同じ外寸を有するか、またはメタルマスク１４よりいくらか小さい外寸を有してもよい。ウェハ保護膜４１は、メタルマスク１４と同様に、矩形であってもよい。

ウェハ保護膜４１は、イオンビームＢへの影響をなるべく小さくするように設計され、アブゾーバのようにイオンビームＢを減速させることも、イオンビームＢを遮蔽することも意図されていない。そのため、ウェハ保護膜４１は、十分に薄いことが好ましく、ウェハ保護膜４１の厚さは、例えば、メタルマスク１４より薄くてもよい。ウェハ保護膜４１の厚さは、メタルマスク１４の厚さの半分より薄くてもよい。ウェハ保護膜４１は、例えば、０．０１ｍｍより厚くてもよい。

ウェハ保護膜４１は、アライメント開口１６およびウェハ保護膜４１を通じてウェハ１２のアライメントマークを観察可能とするように透明または半透明であることが好ましい。このようにすれば、メタルマスク１４とウェハ１２のアライメントが容易になる。また、ウェハ保護膜４１は、イオン照射を受けるので、耐放射線性と耐熱性を有することが望ましい。そこで、ウェハ保護膜４１を形成する樹脂材料の仕様上の耐熱温度は、たとえば、２００℃以上であってもよい。また、樹脂材料のガラス転移温度は、たとえば、２００℃以上であってもよい。

したがって、ウェハ保護膜４１を形成する樹脂材料は、ポリイミド、ポリアミド、またはポリエーテルエーテルケトンを含んでもよい。これらの樹脂材料は、上述の条件、つまり、透明性、耐放射線性、および耐熱性を満たしうる。好ましくは、ウェハ保護膜４１は、ポリイミドで形成される。ポリイミドは、耐放射線性と耐熱性に優れる。また、ポリイミドは、琥珀色（半透明）または無色透明のフィルムとして容易に入手可能である。

上流側保護膜４２は、ウェハ保護膜４１と同じ形状、材料とすればよい。上流側保護膜４２を設けることにより、メタルマスク１４からの重金属汚染またはその他の汚染物質が照射処理室５６またはイオン照射装置５０の上流側へと広がることを防止することができる。ただし、必要に応じて、上流側保護膜４２は、ウェハ保護膜４１と異なる設計とされてもよい。また、上流側保護膜４２は、省略されてもよい。

保持構造４３は、一組の補強フレーム４４（上フレーム４４ａ、下フレーム４４ｂ）と、一組のスペーサー板４５とを備える。スペーサー板４５は、メタルマスク１４の上下両側に設けられる。すなわち、一方のスペーサー板４５がウェハ保護膜４１とメタルマスク１４の間に挿入され、他方のスペーサー板４５が上流側保護膜４２とメタルマスク１４の間に挿入されている。このようなウェハ保護膜４１、上流側保護膜４２、メタルマスク１４、およびスペーサー板４５からなる積層構造が、補強フレーム４４（上フレーム４４ａ、下フレーム４４ｂ）で上下に支持される。補強フレーム４４とスペーサー板４５は、例えば、アルミ材、ＳＵＳなど金属で形成される。

上フレーム４４ａと下フレーム４４ｂは、例えば固定ねじ４６を用いて固定される。補強フレーム４４には固定ねじ４６用のねじ穴が形成され、ウェハ保護膜４１、上流側保護膜４２、メタルマスク１４、およびスペーサー板４５にも固定ねじ４６を通す貫通孔が形成されている。なお、他の適切な固定手段が用いられてもよく、例えば、上フレーム４４ａと下フレーム４４ｂの外側からこれらを挟み込むクリップまたはブロックで上フレーム４４ａと下フレーム４４ｂが機械的に固定されてもよい。あるいは、上フレーム４４ａと下フレーム４４ｂそれぞれに磁石を組み込んで、上フレーム４４ａと下フレーム４４ｂが磁力で固定されてもよい。

補強フレーム４４とスペーサー板４５はそれぞれ、メタルマスク１４のマスクパターン１５とアライメント開口１６を遮らないように、中心に開口を有する。一例として、補強フレーム４４は、中心に矩形開口をもつ矩形枠であり、スペーサー板４５は、中心に円形開口をもつ矩形プレートである。補強フレーム４４とスペーサー板４５の外寸は、メタルマスク１４と同じであってもよい。スペーサー板４５の円形開口は、メタルマスク１４のパターン配置領域（上述）と同じ大きさであってもよい。補強フレーム４４の矩形開口は、スペーサー板４５の円形開口より大きい。

補強フレーム４４は、マスクホルダ４０とメタルマスク１４の形状を保持する役割を果たすために、相応の厚さとフレーム幅をもつ。補強フレーム４４の寸法はメタルマスク１４とウェハ１２のサイズにもよるが、例えば、補強フレーム４４の厚さは、少なくともメタルマスク１４の厚さより大きく、例えば１ｍｍ～５ｍｍであってもよい。フレーム幅は例えば１ｃｍ～５ｃｍであってもよい。

保持構造４３は、マスクパターン１５がウェハ保護膜４１から隙間４７をあけて配置されるようにメタルマスク１４およびウェハ保護膜４１を保持する。同様に、保持構造４３は、マスクパターン１５が上流側保護膜４２から隙間４７をあけて配置されるようにメタルマスク１４および上流側保護膜４２を保持する。ウェハ保護膜４１（または上流側保護膜４２）とメタルマスク１４の間にはスペーサー板４５が配置されているので、隙間４７は、スペーサー板４５の厚さにより規定される。スペーサー板４５の厚さは、補強フレーム４４の厚さより小さく、例えば、メタルマスク１４の厚さと同程度であってもよい。

ウェハ保護膜４１（または上流側保護膜４２）と隙間４７は、マスクホルダ４０の外からメタルマスク１４のマスクパターン１５に力が加わるとき（例えば、作業者が作業中に誤ってウェハ保護膜４１を手で触れたとき）、緩衝材の役割を果たしうる。このように、ウェハ保護膜４１（または上流側保護膜４２）をマスクパターン１５から離して配置することは、メタルマスク１４の変形やマスクパターン１５の損傷を防ぐことに役立つ。

また、イオン照射中にイオンビームＢによってメタルマスク１４は加熱されるが、隙間４７は、メタルマスク１４からウェハ保護膜４１（または上流側保護膜４２）への熱伝達を抑える役割も果たす。メタルマスク１４とウェハ保護膜４１が接触している場合に比べて、イオン照射中のウェハ保護膜４１の温度上昇を抑えることができる。これは、ウェハ保護膜４１の温度が耐熱温度を超えることを防ぐのに役立つ。なお、ウェハ保護膜４１が十分な耐熱性をもつ場合など、ウェハ保護膜４１とメタルマスク１４が接触してもよい場合には、スペーサー板４５は省略されてもよい。

図４は、イオン照射中のマスクホルダ４０とメタルマスク１４を、ウェハホルダ２０、ウェハ１２とともに模式的に示す部分断面図である。イオン照射中、メタルマスク１４を保持したマスクホルダ４０は、ウェハ１２を保持したウェハホルダ２０と結合される。固定装置１８は、搬送プレート６６上に取り付けられ、これらは照射処理室５６に配置される。

ウェハホルダ２０にはウェハ１２を受け入れるための凹部が形成され、この凹部内で外周に沿って下部スペーサー２２が配置され、下部スペーサー２２の上にウェハ１２が配置されている。ウェハ１２の外周部が下部スペーサー２２を介してウェハホルダ２０に支持されている。また、ウェハホルダ２０の凹部内でウェハ１２の外周部の上には、上部スペーサー２３が配置されている。マスクホルダ４０とウェハホルダ２０は、例えばボルト、ねじなど適宜の固定手段により互いに固定される。このとき、上部スペーサー２３の上面がウェハ保護膜４１の下面と接触し、上部スペーサー２３、ウェハ１２、下部スペーサー２２がウェハ保護膜４１とウェハホルダ２０との間に挟み込まれる。これにより、イオン照射中、ウェハ１２の位置が保持される。

上部スペーサー２３によりウェハ保護膜４１とウェハ１２との間に空間が確保される。メタルマスク１４と同様に、イオン照射中にイオンビームＢによってウェハ１２も加熱されるが、この空間は、ウェハ１２からウェハ保護膜４１への熱伝達を抑える役割も果たす。ウェハ１２とウェハ保護膜４１が接触している場合に比べて、イオン照射中のウェハ保護膜４１の温度上昇を抑えることができ、ウェハ保護膜４１の温度が耐熱温度を超えることを防ぐのに役立つ。

なお、下部スペーサー２２と上部スペーサー２３はウェハ１２と接触するので、ウェハ１２の重金属汚染を避けるため、例えばアルミニウム、シリコン、樹脂などで形成される。

マスクホルダ４０とウェハホルダ２０との間には、ウェハ１２を収容するウェハ収容室２４が形成される。ウェハ収容室２４は、外界（すなわち、固定装置１８の外部）から隔てられる。ウェハ１２は、ウェハホルダ２０とマスクホルダ４０によって外界から隔離され、イオン照射中、および固定装置１８の搬送中、汚染から保護される。

イオンビームＢがメタルマスク１４に入射するとき、メタルマスク１４はイオンビームＢから電荷を得る。メタルマスク１４の両側に位置するウェハ保護膜４１と上流側保護膜４２は、樹脂材料（例えばポリイミド）で形成されるので、多くの場合、絶縁性をもつ。仮に、メタルマスク１４から電荷を逃がす経路が無かったとすると、イオン照射中にメタルマスク１４に電荷が溜まってしまうチャージアップが発生する。そうすると、電流計６８は、電流Ｉ_１を正確に計測しがたくなる。

そこで、マスクホルダ４０の保持構造４３は、イオン照射の際にメタルマスク１４から外部への電流経路３０を形成する。メタルマスク１４とその周囲の金属部材との間で導通が確保されている。イオン照射によってメタルマスク１４が受ける電荷は、メタルマスク１４から、スペーサー板４５、固定ねじ４６、下フレーム４４ｂを経て、ウェハホルダ２０へと流れ、さらに、搬送プレート６６を通じて電流計６８へと流れることができる。もし、上フレーム４４ａにイオンが照射されたとしても、上フレーム４４ａから固定ねじ４６を通じて下フレーム４４ｂに電流を流すこともできる。

また、ウェハ保護膜４１の外寸がメタルマスク１４、スペーサー板４５よりも小さいので、電流経路３０は、ウェハ保護膜４１の外側にも形成される。メタルマスク１４が受ける電荷は、メタルマスク１４から、スペーサー板４５と下フレーム４４ｂの外周部を通じてウェハホルダ２０へと流れる。図においては、ウェハ保護膜４１の厚さを誇張して描いているので、スペーサー板４５と下フレーム４４ｂが厚さ方向に離れているようにみえる。しかし、実際にはウェハ保護膜４１はきわめて薄く、上下の補強フレーム４４が固定ねじ４６で固定されるので、スペーサー板４５と下フレーム４４ｂ（上フレーム４４ａも同様）は互いに接触し、導通は確保されている。

図５は、他の実施の形態に係るマスクホルダ４０とメタルマスク１４を模式的に示す部分断面図である。図５に示される実施の形態では、マスクパターン１５がウェハ保護膜４１上に形成されることを除いて、図１から図４を参照して述べた実施の形態と同じである。以下では、相違する構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。

メタルマスク１４は、マスクパターン１５を形成するメタル層１００と、中間層１０２と、ウェハ保護膜４１とを備える。メタル層１００は、たとえばニッケルで形成されるが、上述のように、適する他の金属材料で形成されてもよい。ウェハ保護膜４１は、たとえばポリイミドで形成されるが、上述のように、適する他の樹脂材料で形成されてもよい。中間層１０２は、メタル層１００とウェハ保護膜４１との接着性を良好にするために設けられ、たとえば銅またはその他の金属材料で形成されてもよい。中間層１０２とウェハ保護膜４１は十分に薄い膜厚を有するので、イオン照射の際にイオンビームの透過を妨げない。なお、ポリイミド層の表面に銅薄膜（例えば数μｍ程度）を形成したフィルムは一般に容易に入手可能である。こうしたフィルム材料にエレクトロフォーミングでニッケルのマスクパターン１５を形成することができる。このようにしても、ウェハ保護膜４１は、イオン照射中に起こりうるメタルマスク１４による重金属汚染からウェハ１２を保護することができる。

アライメント開口１６は、メタルマスク１４に貫通孔として形成されている。図示されるように、アライメント開口１６は、メタル層１００だけでなく、中間層１０２とウェハ保護膜４１も貫通している。これにより、中間層１０２が不透明である場合にも（例えば銅薄膜は不透明である）、アライメント開口１６を通じてウェハ１２上のアライメントマーク７２を観察可能となる。また、貫通孔の形成は、中間層１０２をウェハ保護膜４１から剥離してウェハ保護膜４１を残すのに比べて、加工が簡単である。アライメント開口１６を通じてメタルマスク１４からウェハ１２が汚染されるのを防ぐために、アライメント開口１６は、ウェハ保護膜４１と同じ樹脂材料で形成される保護パッチ１０４で塞がれている。保護パッチ１０４は、ウェハ保護膜４１の一部をなすとみなされる。

既述の実施の形態と同様に、メタルマスク１４のビーム上流側にはスペーサー板４５を介して上流側保護膜４２が配置される。上流側保護膜４２、スペーサー板４５、メタルマスク１４（ウェハ保護膜４１を含む）からなる積層構造が、補強フレーム４４（上フレーム４４ａ、下フレーム４４ｂ）で上下に支持される。補強フレーム４４でメタルマスク１４を挟み込んで固定ねじ４６で固定するので、メタルマスク１４の上側と下側の導通は確保されている。また、メタルマスク１４の中間層１０２も電流経路３０の一部となる。イオン照射によってメタルマスク１４が受ける電荷は、マスクパターン１５から、中間層１０２、固定ねじ４６、下フレーム４４ｂを経て、マスクホルダ４０の外部へと流れる。

図６（ａ）、図６（ｂ）は、マスクパターン１５の例を示す概略図である。図６（ａ）に示されるように、メタルマスク１４には多数のスリット１１０が平行に形成され、マスクパターン１５はストライプ状のイオン遮蔽領域を形成する。各スリット１１０は縦方向に延び、スリット１１０の上下でマスクパターン１５は横方向に接続している。イオンが通過するスリット１１０とイオンを遮蔽するストライプが交互に並ぶ。スリット１１０を通過するイオンがウェハに照射される。このマスクパターン１５は、例えば、図２から図４に示す第１方式のメタルマスク１４に適用可能である。また、図５に示す第２方式のメタルマスク１４にも適用しうる。

図６（ｂ）に示されるように、メタルマスク１４は、ストライプ状のイオン遮蔽領域１１２からなるマスクパターン１５を有する。ただし、各イオン遮蔽領域１１２は、他のイオン遮蔽領域１１２と接続していない孤立パターンとして形成される。このマスクパターン１５は、第２方式のメタルマスク１４に適用される。よって、各イオン遮蔽領域１１２は、中間層１０２の上に形成されている。

第２方式のメタルマスク１４では、第１方式のメタルマスク１４のようにイオン遮蔽領域が互いに接続している必要がないので、マスクパターン１５の設計自由度が高く、より多様なパターンでイオン照射をすることができる。

なお、ここではストライプ状のマスクパターン１５を例として説明したが、マスクパターン１５の形状はこの限りではなく、種々の形状がありうる。

図７は、実施の形態に係るマスクアライナ７０の構成を模式的に示す側面図である。マスクアライナ７０は、支持テーブル７４と、カメラ７８とを備える。支持テーブル７４は、固定装置１８を支持し、例えばＸＹθステージのようなステージ機構を有してもよい。支持テーブル７４は、ウェハ１２を保持したウェハホルダ２０を支持し、メタルマスク１４を保持したマスクホルダ４０がその上に重ね合わせるように配置される。カメラ７８は、支持テーブル７４の上方に配置されている。

図８（ａ）、図８（ｂ）は、図７に示されるマスクアライナ７０におけるメタルマスク１４とウェハ１２の位置合わせを示す模式図である。図８（ａ）に示されるように、カメラ７８は、メタルマスク１４のアライメント開口１６を通じてウェハ１２上のアライメントマーク７２を観察する。カメラ７８とアライメントマーク７２の間には、ウェハ保護膜４１と上流側保護膜４２があるが、これらは透明または半透明であるので、観察を妨げない。

したがって、図８（ｂ）に示されるように、カメラ７８は、アライメント開口１６とアライメントマーク７２をとらえることができる。例えば、アライメントマーク７２がアライメント開口１６の中心に位置するように支持テーブル７４がウェハ１２（またはウェハホルダ２０）とメタルマスク１４（またはマスクホルダ４０）を相対移動させることによって、メタルマスク１４とウェハ１２を位置合わせすることができる。

図９は、実施の形態に係るイオン照射方法を例示するフローチャートである。まず、ウェハ１２がウェハホルダ２０に置かれる（Ｓ１０）。次に、メタルマスク１４とウェハ１２とを位置合わせする工程が行われる（Ｓ１２）。メタルマスク１４を保持したマスクホルダ４０がウェハホルダ２０の上に置かれる。このようにして、位置合わせは、メタルマスク１４とウェハ１２の間にウェハ保護膜４１を配置した状態で行われる。位置合わせする工程は、アライメント開口１６およびウェハ保護膜４１を通じてウェハ１２のアライメントマーク７２を観察することを含む。位置合わせが完了すると、マスクホルダ４０とウェハホルダ２０が固定され（Ｓ１４）、それにより、メタルマスク１４がウェハ１２に正しく位置決めされる。

マスクホルダ４０とウェハホルダ２０を固定した後、メタルマスク１４とウェハ１２の位置ずれ量を確認する工程が行われてもよい（Ｓ１６）。この位置ずれ量の確認は、上述の位置合わせ工程と同様に、アライメント開口１６およびウェハ保護膜４１を通じてウェハ１２のアライメントマーク７２を観察することを含む。マスクホルダ４０とウェハホルダ２０を固定する工程（Ｓ１４）では、例えば作業者の不注意やその他の事情で、正しく位置合わせされたメタルマスク１４とウェハ１２がいくらかずれてしまうケースも起こりうる。したがって、メタルマスク１４とウェハ１２の位置ずれ量をイオン照射前に確認することにより、そうした位置ずれを把握し、ずれが大きければ位置合わせをやり直すことができる。位置ずれが生じたままイオン照射をしてウェハ１２を無駄にしてしまうといった望まれない状況を避けることができる。

マスクホルダ４０とウェハホルダ２０は搬送プレート６６にセットされ、照射処理室５６に搬送される（Ｓ１８）。そして、メタルマスク１４およびウェハ保護膜４１を介してウェハ１２にイオンを照射する工程が行われる（Ｓ２０）。イオン照射が終了すると、固定装置１８は照射処理室５６からマスクアライナ７０へと搬出される（Ｓ２２）。イオン照射後にも、メタルマスク１４とウェハ１２の位置ずれ量を確認する工程が行われてもよい（Ｓ２４）。イオン照射中に何らかの原因でメタルマスク１４とウェハ１２にずれが生じることなく正常にイオン照射が完了したことを確認することができる。このあと、マスクホルダ４０とウェハホルダ２０の固定は解除され（Ｓ２６）、イオン照射されたウェハ１２が回収される（Ｓ２８）。

既存のメタルマスクは多くの場合、ウェハの重金属汚染を防ぐためにアルミニウムで形成され、マスクパターンの加工は切削またはワイヤーカットでなされている。このようにメタルマスクの材質と加工方法が限定され、実現しうるマスクパターンの微細化にも限度があった（例えば、加工精度は±３０μｍ程度であり、マスクパターンの開口間寸法は０．２ｍｍ以上であった）。

これに対して、実施の形態によると、マスクホルダ４０には、メタルマスク１４のマスクパターン１５を覆うようにメタルマスク１４に対してウェハ側に配置され、樹脂材料で形成されるウェハ保護膜４１が設けられている。したがって、メタルマスク１４によるウェハ１２の重金属汚染や、メタルマスク１４からウェハ１２へのその他の汚染物質の移動からウェハ１２を保護することができる。

ウェハ保護膜４１によってメタルマスク１４からウェハ１２への重金属汚染を防ぐことができるので、メタルマスク１４の材料として様々な重金属を採用することが可能になる。材質の制約が緩和されることで、採用しうる加工方法も多様となる。フォトエッチングやエレクトロフォーミングなど、微細化に適する加工方法でマスクパターン１５を製作することもできる。例えば、エレクトロフォーミングでは、加工精度±１０μｍ、開口間寸法３０μｍまでの加工が可能である。したがって、より高精度で微細なパターンでイオン照射をすることが可能となる。

ウェハ保護膜４１にポリイミドなどの透明または半透明の樹脂材料を使用することで、メタルマスク１４を保護した状態で、ウェハ１２とメタルマスク１４のアライメントが可能である。また、こうした樹脂材料は、金属に比べて密度が小さい。よって、ウェハ保護膜４１に入射するイオンの散乱は小さく、ウェハ保護膜４１がイオンビームに及ぼす影響は少ない。

以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、搬送プレート６６に固定装置１８が１つだけ取り付けられている場合を例として説明しているが、搬送プレート６６には、複数の固定装置１８が取り付けられてもよい。その場合、照射処理室５６内で搬送プレート６６がイオンビームＢに対し移動され、それによりイオン照射装置５０は一回のイオン照射で複数のウェハ１２を処理してもよい。また、一つの固定装置１８が複数組のウェハ１２とメタルマスク１４を並べて支持してもよく、つまり、一つのマスクホルダ４０が複数のメタルマスク１４を並べて保持し、一つのウェハホルダ２０が複数のウェハ１２を並べて保持してもよい。

１２ ウェハ、 １４ メタルマスク、 １５ マスクパターン、 １６ アライメント開口、 １８ 固定装置、 ２０ ウェハホルダ、 ２４ ウェハ収容室、 ３０ 電流経路、 ４０ マスクホルダ、 ４１ ウェハ保護膜、 ４３ 保持構造、 ４７ 隙間。

Claims (9)

1. メタルマスクを介してウェハにイオン照射をするために前記メタルマスクを保持するマスクホルダであって、
   前記メタルマスクのマスクパターンを覆うように前記メタルマスクに対してウェハ側に配置され、樹脂材料で形成されるウェハ保護膜と、
   前記メタルマスクおよび前記ウェハ保護膜を保持する保持構造と、を備え、
   前記保持構造は、前記イオン照射の際に前記メタルマスクから外部への電流経路を形成することを特徴とするマスクホルダ。
2. 前記ウェハ保護膜は、前記メタルマスクのアライメント開口も覆うように前記メタルマスクに対してウェハ側に配置され、前記アライメント開口および前記ウェハ保護膜を通じて前記ウェハのアライメントマークを観察可能とするように透明または半透明であることを特徴とする請求項１に記載のマスクホルダ。
3. 前記保持構造は、前記マスクパターンが前記ウェハ保護膜から隙間をあけて配置されるように前記メタルマスクおよび前記ウェハ保護膜を保持することを特徴とする請求項１または２に記載のマスクホルダ。
4. 前記マスクホルダは、前記メタルマスクを備え、前記マスクパターンが前記ウェハ保護膜上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマスクホルダ。
5. 前記マスクパターンを覆うように前記メタルマスクに対して前記ウェハ保護膜とは反対側に配置されるもう１つの保護膜をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマスクホルダ。
6. 前記樹脂材料は、ポリイミド、ポリアミド、またはポリエーテルエーテルケトンを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマスクホルダ。
7. メタルマスクを介してウェハにイオン照射をするために前記メタルマスクを前記ウェハに対して固定する固定装置であって、
   請求項１から６のいずれかに記載のマスクホルダと、
   前記ウェハを保持するとともに、前記マスクホルダと結合されるウェハホルダと、を備え、
   前記ウェハを収容し外界から隔てられるウェハ収容室が前記マスクホルダと前記ウェハホルダとの間に形成されることを特徴とする固定装置。
8. メタルマスクとウェハの間にウェハ保護膜を配置した状態で前記メタルマスクと前記ウェハとを位置合わせする工程と、
   前記メタルマスクおよび前記ウェハ保護膜を介して前記ウェハにイオンを照射する工程と、を備え、
   前記ウェハ保護膜は、樹脂材料で形成され、前記メタルマスクに対してウェハ側で前記メタルマスクのマスクパターンを覆っており、
   イオン照射の際に前記メタルマスクから外部への電流経路が形成されることを特徴とするイオン照射方法。
9. 前記ウェハ保護膜は、透明または半透明であり、前記メタルマスクに対してウェハ側で前記メタルマスクのアライメント開口も覆い、
   前記位置合わせする工程は、前記アライメント開口および前記ウェハ保護膜を通じて前記ウェハのアライメントマークを観察することを含むことを特徴とする請求項８に記載のイオン照射方法。

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