KR20050012170A

KR20050012170A - 스텐실 마스크, 하전 입자 조사 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050012170A
Application number: KR1020040057439A
Authority: KR
Inventors: 도모유끼오사다; 시바따다께시; 니시하시즈또무
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤; 가부시끼가이샤 도시바; 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2005-01-31
Also published as: JP2005045124A; EP1505438A2; US20050058913A1; EP1505438A3; TW200527124A

Abstract

본 발명의 과제는 스텐실 마스크에 대한 특별한 처리를 필요로 하지 않고, 스텐실 마스크의 수명 장기화를 도모할 수 있는 스텐실 마스크, 하전 입자 조사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

두께 방향을 관통하는 개구 패턴(10)이 형성된 스텐실 마스크(4)의 표리를 반전시키는 반전 수단을 마련하여, 하전 입자의 조사를 받은 면(4a)을 피처리 기판(5)에 대향하는 측으로, 피처리 기판(5)에 대향하고 있던 면을 하전 입자의 입사를 받는 측으로 위치 변환할 수 있도록 하였다. 반전 수단은 스텐실 마스크(4)의 외연부를 정전 흡착하는 마스크 홀더(1)와 이 마스크 홀더(1)를 지지부(3)의 축 주위로 회전시키는 회전 수단으로 구성된다.

Description

스텐실 마스크, 하전 입자 조사 장치 및 방법 {STENCIL MASK, CHARGED PARTICLE IRRADIATION APPARATUS AND THE METHOD}

본 발명은, 하전 입자를 피처리 기판에 선택적으로 통과시키기 위한 개구 패턴이 두께 방향을 관통하여 형성된 스텐실 마스크, 이 스텐실 마스크를 이용한 하전 입자 조사 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 하전 입자의 입사를 받은 손상 영역이 스텐실 마스크의 한 쪽면에 치우치지 않게 하여 스텐실 마스크 휨의 억제를 도모한 스텐실 마스크, 하전 입자 조사 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조시에, 예를 들어 실리콘 기판 등의 피처리 기판에 원하는 도전형의 영역을 형성하기 위해 불순물 이온을 주입하는 이온 주입이 종래부터 행해지고 있다. 이 이온 주입의 방법으로서, 반도체 기판에 대해 원하는 거리만큼 분리하여 대향시킨 스텐실 마스크를 이용하는 방법이 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1, 비특허 문헌 1 참조.

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 평11-288680호 공보

[비특허 문헌 1]

「LSI 제조 시스템으로 앞지름」 닛께이 마이크로 디바이스, 닛께이 BP사, 2001년, 2월호, p.45

도1a에 도시한 바와 같이, 스텐실 마스크(4)에는 원하는 개구 패턴(10)이 형성되고, 그 개구 패턴(10)을 통해 피처리 기판(5)에 대해 하전 입자의 주입이 선택적으로 행해진다.

스텐실 마스크를 이용한 이온 주입은, 반도체 기판 상에 밀착 형성되는 레지스트 마스크를 이용하는 방법과 같이 리소그래피 공정이나 레지스트 마스크 제거 공정을 필요로 하지 않고, 1매의 스텐실 마스크를 반복하여 사용할 수 있다. 따라서, 효율적이면서 저비용인 프로세스이고, 다품종 소량 생산에 적합한 제조 기술의 하나로서 매우 기대되고 있다.

그러나, 반복하여 사용되고 있는 동안에 개구 패턴 이외의 부분에 대한 이온의 충돌도 반복되어 그 부분에서의 손상이 누적되어 간다. 이 결과, 복수 회의 이온 주입 공정 후에는, 도1b에 도시한 바와 같이 이온 충돌을 반복하여 받은 손상 층(12a)에 의해 유발되는 내부 응력에 의해 스텐실 마스크(4)에 휨이 생겨, 높은 정밀도를 갖고 이온 주입을 행할 수 없게 되어 버린다.

그래서, 예를 들어 비특허 문헌 2, 3에는, 미리 스텐실 마스크에 불순물 주입을 행하여 스텐실 마스크의 강도를 높이게 하는 것이 개시되어 있다,

[비특허 문헌 2]

「IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing」, 2002년 5월,. VOL.15, No.2, p.183-188

[비특허 문헌 3]

「Technical Digest of International Electron Devices Meeting 2000 (IEDM 200O)」, p.869-871

도2의 그래프는, 미리 스텐실 마스크에 불순물 주입을 행한 경우(실선 b)와,행하지 않은 경우(점선 a)로, 스텐실 마스크의 휨량을 비교한 결과이다. 횡축은 이온의 누적 도우즈량을 나타내고, 종축은 스텐실 마스크와 피처리 기판간의 거리의 변화를 나타낸다. 도2로부터 명백한 바와 같이, 미리 스텐실 마스크에 불순물 주입을 행한 경우(실선 b)의 쪽이 스텐실 마스크와 피처리 기판간의 거리의 변화가 작고, 즉 스텐실 마스크의 휨을 억제할 수 있다.

그러나, 미리 스텐실 마스크에 대해 피처리 기판으로의 이온 주입과는 별도로, 휨 억제를 위한 불순물 주입을 행하는 것은 그 만큼 수고와 시간을 요하고, 비용 상승으로 이어져 버린다.

본 발명은 상술한 문제에 비추어 이루어져, 그 목적으로 하는 바는 스텐실 마스크에 대한 특별한 처리를 필요로 하지 않고 스텐실 마스크의 수명 장기화를 도모할 수 있는 스텐실 마스크, 하전 입자 조사 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

도1a는 스텐실 마스크의 개구 패턴을 통해 피처리 기판에 하전 입자가 조사되어 있는 상태의 단면도이고, 도1b는 스텐실 마스크에 휨이 발생한 상태의 단면도.

도2는 스텐실 마스크와 피처리 기판 사이의 거리 변화와 하전 입자의 누적 도우즈량의 관계를 나타내는 그래프.

도3은 본 발명의 실시 형태에 관한 하전 입자 조사 장치 주요부의 사시도.

도4a 및 도4b는 스텐실 마스크의 일표면측으로부터의 하전 입자 조사를 도시하는 도면으로, 도4a는 사시도, 도4b는 단면도.

도5는 스텐실 마스크가 마스크 홀더마다 반전되는 모습을 도시하는 사시도.

도6a 및 도6b는 도4a 및 도4b와는 표리가 반대로 된 스텐실 마스크를 이용한 하전 입자 조사를 도시하는 도면으로, 도6a는 사시도, 도6b는 단면도.

도7a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 마스크 홀더에 의해 보유 지지된 스텐실 마스크의 일표면측으로부터의 하전 입자 조사를 설명하는 단면도이고, 도7b는 도7a의 스텐실 마스크가 마스크 홀더마다 반전되어 다른 표면측을 하전 입자 조사면으로 한 단면도.

도8은 스텐실 마스크에 형성된 직사각형 개구 패턴을 도시하는 평면도.

도9a는 스텐실 마스크에 형성된 L자형의 개구 패턴을 도시하는 평면도이고, 도9b는 도9a의 스텐실 마스크가 1점 쇄선으로 나타낸 축 주위로 회전되어 그 표리가 반전된 상태의 평면도.

도10은 개구 패턴(A)과 이 개구 패턴(A)을 표리 반전시킨 개구 패턴(B)이 형성된 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 스텐실 마스크의 평면도.

도11a는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 차폐 부재를 스텐실 마스크와 피처리 기판 사이에 개재시켜 개구 패턴(B)을 통한 하전 입자 조사를 차폐하고 있는 상태의 단면도이고, 도11b는 도11a의 스텐실 마스크가 마스크 홀더마다 반전되고, 또한 차폐 부재가 개구 패턴(A)을 통한 하전 입자 조사를 차폐하고 있는 상태의 단면도.

도12는 차폐 부재의 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 마스크 홀더

4 : 스텐실 마스크

5 : 피처리 기판

10, A, Z : 개구 패턴

12a, 12b : 손상 층

25 : 차폐 부재

B : 개구 패턴(A)의 표리 반전 패턴

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하전 입자를 피처리 기판에 선택적으로 통과시키기 위한 개구 패턴이 두께 방향을 관통하여 형성된 스텐실 마스크이며, 상기 개구 패턴으로서 제1 개구 패턴과 상기 제1 개구 패턴을 표리 반전한 제2 개구 패턴을 갖는다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하전 입자 조사 장치는 피처리 기판에 대향하여 배치되고, 두께 방향을 관통하는 개구 패턴이 형성된 스텐실 마스크와, 상기 스텐실 마스크에 하전 입자를 입사시켜 상기 개구 패턴을 통해 상기 피처리 기판에 상기 하전 입자를 조사하는 하전 입자 조사 수단과, 상기 스텐실 마스크의 표리를 반전시키는 반전 수단을 갖는다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하전 입자 조사 방법은 두께 방향을 관통하는 개구 패턴이 형성된 스텐실 마스크의 일표면을 피처리 기판에 대향시키고, 다른 표면측으로부터 하전 입자를 입사시켜 상기 개구 패턴을 통해 상기 피처리 기판에 상기 하전 입자를 조사하는 공정과, 상기 스텐실 마스크의 표리를 반전시키켜 상기 스텐실 마스크의 다른 표면을 상기 피처리 기판에 대향시키는 공정과, 상기 일표면측으로부터 상기 하전 입자를 입사시켜 상기 개구 패턴을 통해 상기 피처리 기판에 상기 하전 입자를 조사하는 공정을 갖는다.

스텐실 마스크의 표리를 반전시킴으로써, 하전 입자의 입사를 받는 면과 피처리 기판에 대향하는 면을 교체할 수 있어, 스텐실 마스크 중 어느 한 쪽면만이 치우쳐 하전 입자에 의한 손상을 입는 것을 회피할 수 있다. 이에 의해 스텐실 마스크의 손상에 기인하는 내부 응력도 스텐실 마스크의 양면에서 동일한 정도로 할 수 있고, 각각의 표면측에서 생기는 내부 응력끼리가 서로 상쇄되어 스텐실 마스크의 휨을 억제할 수 있다. 이 결과, 스텐실 마스크의 반복 사용 횟수(사용 수명)를 길게 할 수 있어 비용의 저감이 도모된다.

스텐실 마스크의 재료로서는, 스텐실 마스크가 하전 입자에 의해 스패터되어 부유하는 입자에 의한 오염을 고려하면, 피처리 기판과 동일 재료로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 피처리 기판이 실리콘 기판인 경우에는, 스텐실 마스크도 실리콘 재료로 한다. 혹은, 스패터되기 어려운 텅스텐 등의 금속 재료로 해도 좋다.

스텐실 마스크를 반전시키는 반전 수단으로서는, 스텐실 마스크를 보유 지지하는 마스크 홀더마다 뒤집는 구성을 예로 들 수 있다. 예를 들어, 스텐실 마스크의 외연부에 흡착하여 스텐실 마스크를 보유 지지하는 마스크 홀더와, 스텐실 마스크의 면에 평행한 축 주위에 마스크 홀더를 회전시키는 회전 수단을 구비한 반전 수단을 들 수 있다.

마스크 홀더가 스텐실 마스크를 보유 지지하는 구성으로서는, 스텐실 마스크 중 어느 한 쪽이 일표면의 외연부에 흡착되는 정전 척식, 혹은 스텐실 마스크의 양면의 외연부를 끼워 넣는 클램프식 등을 채용할 수 있다.

또한, 마스크 홀더를 회전 수단을 이용하지 않고 사람의 손에 의해 뒤집게 해도 좋다. 이 경우에 있어서의 상기 반전 수단으로서는 반전 가능하게 부착된 마스크 홀더로 구성된다. 단, 피처리 기판에 대한 하전 입자 조사를 진공 하에서 행하는 경우에는 마스크 홀더의 반전을 행하는 작업마다 조사실의 진공 파괴를 행해야만 하므로, 생산 효율이 나빠진다.

그 점, 예를 들어 전동 모터 등의 회전 수단으로 마스크 홀더를 반전시키는 구성에서는 조사실의 진공 분위기를 유지한 상태에서 조사실 외부로부터의 조작으로 마스크 홀더를 뒤집는 것을 행할 수 있다.

또한, 마스크 홀더의 구성의 일예로서, 스텐실 마스크의 외연부를 보유 지지하는 링형의 흡착부와, 이 흡착부로부터 막대형으로 돌출된 지지부를 갖고, 그 지지부를 갖고 편측 지지되도록 하고, 반전시에는 그 지지부를 회전축으로 하여 마스크 홀더를 회전시키는 구성을 들 수 있다. 혹은 링형의 흡착부를 사이에 두고 대략 일직선형이 되어 마주 향하는 지지부를 2개 설치한 양측 지지로 해도 좋다. 편측 지지로 한 경우에는 마스크 홀더의 회전이나 이동을 위한 구성을 간단하게 할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 스텐실 마스크가 반전함으로써 개구 패턴의 방향이 변해버린 경우에는 스텐실 마스크에 제1 개구 패턴과, 이 제1 개구 패턴을 표리 반전한 제2 개구 패턴을 형성하면 된다.

또한 이 경우에, 스텐실 마스크가 반전될 때마다 제1 개구 패턴을 통해 하전 입자가 피처리 기판에 이르는 경로와, 제2 개구 패턴을 통해 하전 입자가 피처리 기판에 이르는 경로 중 어느 한 쪽을 선택적으로 절환하여 차폐하는 차폐 부재를 설치하면, 피처리 기판에는 제1 개구 패턴 혹은 제2 개구 패턴 중 어느 한 쪽만을 기초로 한 하전 입자 조사 영역을 형성할 수 있다. 즉, 제1 개구 패턴을 기초로 한 하전 입자 조사 영역과, 제2 개구 패턴을 기초로 한 하전 입자 조사 영역이 동일한 피처리 기판 상에 혼재하여 형성되는 것을 회피할 수 있다. 차폐 부재를 스텐실 마스크와 피처리 기판 사이에 설치함으로써 스텐실 마스크에 대한 하전 입자의 입사는 차폐 부재에 의해 방해되지 않고, 이 결과 스텐실 마스크의 표리에서 손상 층의 면방향의 분포를 동일하게 할 수 있다.

또한, 스텐실 마스크의 표리의 반전을 행하는 타이밍으로서는 피처리 기판 상에 분할되어 형성된 각 소영역마다 행하는 것보다도 1매의 피처리 기판마다, 혹은 복수매의 피처리 기판마다 행하는 쪽이 반전의 빈도를 적게 할 수 있고, 그 만큼 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

[제1 실시 형태]

본 실시 형태에서는 하전 입자 조사 장치의 일예로서, 반도체 결정 중에 있어서의 n형, p형의 도전형 변환이나 불순물 농도 제어에 이용되는 이온 주입 장치를 나타낸다.

(하전 입자 조사 장치의 구성)

이온 주입 장치는 이온원, 질량 분석부, 가속부, 편향 마그네트, 조사부 등으로 구성된다. 이온원에서는 방전에 의해 원자가 이온화된다. 질량 분석부에서는 이온원에서 생성된 이온 가스 중으로부터 원하는 이온이 취출되고, 가속부는 그 이온을, 전계를 이용하여 가속하고, 편향 마그네트는 가속된 이온을 편향하여 조사부로 유도한다.

도3은 편향 마그네트(11) 및 이 편향 마그네트(11)의 하방에 설치되는 조사부(20)의 사시도를 도시한다. 조사부(20)는 피처리 기판(5)을 지지하는 스테이지나, 스텐실 마스크(4)를 피처리 기판(5)에 대향시켜 보유 지지하는 마스크 홀더(1) 등을 구비하고 있다.

피처리 기판(5)은, 예를 들어 다수의 반도체 칩이 제조되는 실리콘 기판이고, 그 피처리 기판(5)은 스테이지(6) 상에 지지되어 있다. 스테이지(6)는, 예를 들어 원형상의 지지면을 갖고, 제1 직선 이동 스테이지(7) 상에 고정되어 있다. 제1 직선 이동 스테이지(7)는 제2 직선 이동 스테이지(8) 상을 화살표 X방향에 따라서 이동 가능하게 되어 있다. 제2 직선 이동 스테이지(8)는 베이스(9) 상을 화살표 Y방향에 따라서 이동 가능하게 되어 있다. 제1 직선 이동 스테이지(7)의 이동 방향(화살표 X)과, 제2 직선 이동 스테이지(8)의 이동 방향(화살표 Y)은 서로 직교하고 있다.

피처리 기판(5)에 대해서는, 예를 들어 수십 ㎛ 내지 100 ㎛ 정도의 간극을 두고 스텐실 마스크(4)가 대향된다. 스텐실 마스크(4)는, 예를 들어 피처리 기판(5)과 동일한 실리콘 재료로 이루어지는 원판형이다. 피처리 기판(5)과 스텐실 마스크(4)는 서로의 면을 평행하게 하여 마주 향한다.

또한, 스텐실 마스크(4)에는 도4a 및 도4b에 도시한 바와 같이 개구 패턴(10)이 형성되어 있다. 개구 패턴(10)은 스텐실 마스크(4)의 두께 방향을 관통하는 복수의 관통 구멍의 집합으로서 형성된다.

스텐실 마스크(4)는 마스크 홀더(1)에 의해 피처리 기판(5)과의 사이에 상기 간극을 유지하여 보유 지지되어 있다. 마스크 홀더(1)는, 예를 들어 강유전체 세라믹스의 내부에 금속 전극을 설치하여 이루어지는 링형의 정전 흡착부(2)를 갖고, 그 금속 전극에 전압을 인가하여 스텐실 마스크(4)의 외연부와 정전 흡착부(2)의 표면과의 사이에 정부(正負)의 전하를 발생시켜 스텐실 마스크(4)의 외연부를 흡착한다.

마스크 홀더(1)의 정전 흡착부(2)의 외주측에는 직경 외측으로 연장되는 막대형의 지지부(3)가 접속되고, 이 지지부(3)는 마스크 홀더 구동 수단(100)에 연결되어 있다. 마스크 홀더 구동 수단(100)은 마스크 홀더(1)를 반전시키는 회전 수단이나, 마스크 홀더(1)를 상하 방향으로 이동시키는 상하 이동 수단이나, 마스크 홀더(1)를 수평면 내에서 이동시키는 수평 이동 수단 등을 구비하고 있다.

상기 회전 수단은, 예를 들어 전동 모터이고, 이 회전 수단과 마스크 홀더(1)로부터 본 실시 형태에 관한 반전 수단이 구성된다.

(피처리 기판에의 하전 입자 조사 방법)

다음에, 이상의 하전 입자 조사 장치를 이용한 피처리 기판에의 하전 입자 조사 방법에 대해 설명한다.

우선, 도4a 및 도4b에 도시한 바와 같이, 스텐실 마스크(4)의 일표면(4a)을 하전 입자의 입사를 받는 측[도3에 도시하는 편향 마그네트(11)에 대향하는 측]을 향하게 하고, 이 일표면(4a)의 반대면인 다른 표면(4b)(도4b 참조)을 피처리 기판(5)에 대향시킨 상태에서 일표면(4a)측으로부터 하전 입자(I)를 입사시킨다. 예를 들어, B 이온, P 이온, As 이온 등의 하전 입자(I)는 방향성이 정리된, 또한 가속된 하전 입자 빔으로서 스텐실 마스크(4)에 입사한다.

스텐실 마스크(4)에 형성된 개구 패턴(10)은 하전 입자(I)의 조사를 행해야 할 피처리 기판(5) 상의 원하는 반도체 칩(13a)에 위치 맞춤되어 있다.

스텐실 마스크(4)에 입사한 하전 입자(I) 중 개구 패턴(10)을 통과하는 것만이 반도체 칩(13a)에 박아 넣어지고, 개구 패턴(10)에 따른 원하는 불순물 영역이 반도체 칩(13a)에 형성된다. 개구 패턴(10) 이외의 부분에서는, 하전 입자(I)는 스텐실 마스크(4)의 표면(4a)에 박아 넣어지고, 그 하전 입자(I)와, 스텐실 마스크(4)의 결정 격자 원자와의 충돌에 의해 결정은 손상을 입어 일표면(4a)의 표층에 손상 층(12a)(도4b 참조)이 형성된다.

다음에 다른 반도체 칩에 하전 입자 조사를 하는 경우에는 그 전에 도5에 도시한 바와 같이 스텐실 마스크(4)의 표리를 반전시킨다. 구체적으로는 스텐실 마스크(4)를 보유 지지하는 마스크 홀더(1)의 지지부(3)에 연결된 회전 수단(예를 들어 전동 모터)을 구동시키고, 지지부(3)를 회전축으로 하여[1점 쇄선으로 나타내는 스텐실 마스크(4)의 면에 평행한 축을 회전축으로 하여] 마스크 홀더(1)를 회전시킨다. 이 마스크 홀더(1)의 회전에 의해 마스크 홀더(1)의 정전 흡착부(2)에 외연부가 흡착된 스텐실 마스크(4)도 회전하여 표리가 반전된다.

또한, 스텐실 마스크(4)를 마스크 홀더(1)마다 반전시킬 때에는 피처리 기판(5) 혹은 이를 지지하는 스테이지와의 간섭을 피하기 위해, 상술한 상하 이동 수단으로 마스크 홀더(1)를 스테이지로부터 떨어지는 방향으로 이동시키고, 그 위치에서 반전시킨 후 다시 스테이지측으로 이동시켜, 피처리 기판(5)과 원하는 간극이 되도록 접근시킨다. 혹은, 상술한 수평 이동 수단으로 마스크 홀더(1)를 스테이지로부터 떨어진 위치로 이동시키고, 그 위치에서 반전시킨 후 다시 스테이지 상으로 복귀시키도록 해도 좋다.

이상의 것에 의해, 도6a 및 도6b에 도시한 바와 같이, 앞의 반도체 칩(13a)에의 하전 입자 조사시에는 피처리 기판(5)에 대향하고 있던 스텐실 마스크(4)의 다른 표면(4b)이 하전 입자(I)의 입사를 받는 측[도3에 도시하는 편향 마그네트(11)에 대향하는 측]을 향하게 된다. 또한, 다른 표면(4b)의 반대면이고 앞의 반도체 칩(13a)에의 하전 입자 조사시에는 하전 입자(I)의 입사를 받는 측을 향하고 있던 일표면(4a)은 피처리 기판(5)에 대향하게 된다.

그리고, 피처리 기판(5)을 지지하는 스테이지(6, 7, 8)(도3 참조)를 이동시키는 등하여 스텐실 마스크(4)에 형성된 개구 패턴(10)을 금회 하전 입자(I)의 조사를 행해야 할 반도체 칩(13b)(도6a 참조)에 위치 맞춤한다.

이 경우에 있어서도 앞의 반도체 칩(13a)에의 조사시와 마찬가지로, 하전 입자(I)는 방향성이 정리된, 또한 가속된 하전 입자 빔으로서 스텐실 마스크(4)에 입사한다. 그리고, 개구 패턴(10)을 통과하는 하전 입자(I)만이 반도체 칩(13b)에 박아 넣어지고, 개구 패턴(10)에 따른 원하는 불순물 영역이 반도체 칩(13b)에 형성된다.

개구 패턴(10) 이외의 부분에서는, 하전 입자(I)는 스텐실 마스크(4)의 다른 표면(4b)에 박아 넣어지고, 그 하전 입자(I)와 스텐실 마스크(4)의 결정 격자 원자와의 충돌에 의해 결정은 손상을 입어 다른 표면(4b)의 표층에 손상 층(12b)(도6b 참조)이 형성된다.

이후, 피처리 기판(5) 상의 다른 반도체 칩에 대해서도 1개의 반도체 칩마다, 혹은 복수개의 반도체 칩마다 스텐실 마스크(4)는 표리 반전되어 하전 입자 조사가 행해져 간다.

이상에 의해, 스텐실 마스크(4)의 표리(4a, 4b)에 있어서, 결정의 손상 정도[손상 층(12a, 12b)]를 어느 한 쪽의 면으로 치우치게 하는 일 없이 균등하게 할 수 있고, 그 결정 손상에 기인하여 생기는 응력을 표리에서 같은 정도로 할 수 있다. 이 결과, 스텐실 마스크(4)의 휨의 발생을 억제할 수 있어 스텐실 마스크(4)의 수명 장기화가 도모된다. 또한, 손상 층(12a, 12b)의 형성 후에, 예를 들어 전기로를 이용하거나 혹은 레이저를 이용하여 스텐실 마스크(4)에 열을 부여하여 어닐 처리를 실시함으로써 더욱 효과적인 휨 억제를 도모할 수 있다.

또, 스텐실 마스크(4)의 표리 반전의 타이밍으로서는 반도체 칩 단위로 행하는 데 한정되지 않고, 피처리 기판(5)마다 혹은 로트마다[복수매의 피처리 기판(5)마다] 행해도 좋다. 이 방법이 반도체 칩 단위로 행하는 것보다도 스텐실 마스크(4)의 반전의 빈도를 저감시킬 수 있어 효율적인 반도체 제조를 행할 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 1 × 10¹⁶㎝^-2의 도우즈량에서는 스텐실 마스크의 휨량은 이온 주입에 영향을 줄수록 큰 것은 아니다. 예를 들어 MOS 트랜지스터에 웰이나 채널 스톱 등을 형성하기 위한 이온 주입 도우즈량은 10¹³㎝^-2정도이고, 1매의 피처리 기판당 100개의 반도체 칩을 형성한다고 생각해도, 누적 도우즈량은 10¹³㎝^-2× 100 ＝ 10¹⁵㎝^-2밖에 되지 않으므로, 피처리 기판마다 또는 로트마다의 반전에서도 충분히 스텐실 마스크 표리의 응력의 균형을 유지할 수 있어 휨의 발생을 억제할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음에 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 또, 상기 제1 실시 형태와 같은 구성 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에서는, 도7a에 도시한 바와 같이 마스크 홀더(1)에 있어서 스텐실 마스크(4)의 일표면(4a)의 외연부에 흡착하는 정전 흡착부(2)의 내경(R2)을 피처리 기판(5)의 직경(R1)보다도 크게 한 것을 특징으로 하고 있다. 예를 들어, R2 ≥ 2 × R1로 하고 있다. 물론, 정전 흡착부(2)는 개구 패턴(10)에는 걸리지않아, 개구 패턴(10)을 통한 하전 입자의 피처리 기판(5)에의 조사는 마스크 홀더(1)에 의해 방해받지 않는다.

본 실시 형태에 있어서도 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 우선 도7a에 도시한 바와 같이 스텐실 마스크(4)의 일표면(4a)을 하전 입자의 입사측을 향하게 하고, 이 일표면(4a)의 반대면인 다른 표면(4b)을 피처리 기판(5)에 대향하게 한 상태에서 일표면(4a)측으로부터 하전 입자를 입사시킨다. 스텐실 마스크(4)의 다른 표면(4b)과 피처리 기판(5)의 간극(t)은 예를 들어 수십 ㎛ 내지 100 ㎛ 정도가 된다.

그리고, 스텐실 마스크(4)에 입사되는 하전 입자 중 개구 패턴(10)을 통과하는 것만이 피처리 기판(5) 상의 반도체 칩에 박아 넣어진다. 개구 패턴(10) 이외의 부분에서는 하전 입자는 스텐실 마스크(4)의 일표면(4a)에 박아 넣어져, 그 하전 입자와 스텐실 마스크(4)의 결정 격자 원자와의 충돌에 의해 일표면(4a)의 표층은 손상된다.

다음에, 다른 반도체 칩에 하전 입자 조사를 행하는 경우에는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 스텐실 마스크(4)를 보유 지지하는 마스크 홀더(1)마다 스텐실 마스크(4)를 반전한다. 이 반전시에는 피처리 기판(5) 혹은 이를 지지하는 스테이지와의 간섭을 피하기 위해, 상술한 상하 이동 수단으로 마스크 홀더(1)를 스테이지로부터 떨어지는 방향으로 이동시키고, 그 위치에서 반전시킨 후 다시 스테이지측으로 이동시켜 피처리 기판(5)과 원하는 간극(t)이 되도록 접근시킨다. 혹은, 상술한 수평 이동 수단으로 마스크 홀더(1)를 스테이지로부터 벗어난 위치로 이동시켜, 그 위치에서 반전시킨 후 다시 스테이지 상으로 복귀시키도록 해도 좋다.

이상에 의해, 도7b에 도시한 바와 같이 앞의 반도체 칩으로의 하전 입자 조사시에는 피처리 기판(5)에 대향하고 있던 스텐실 마스크(4)의 다른 표면(4b)이 하전 입자의 입사를 받는 측을 향하게 된다. 이 다른 표면(4b)의 반대면이며, 앞의 반도체 칩에의 하전 입자 조사시에는 하전 입자의 입사측을 향하고 있던 일표면(4a)은 피처리 기판(5)에 대향하게 된다.

이 때, 마스크 홀더(1)의 정전 흡착부(2)의 내경(R2)을 피처리 기판(5)의 직경(R1)보다도 크게 함으로써, 스텐실 마스크(4)가 반전되어 정전 흡착부(2)가 피처리 기판(5)과의 대향면측으로 이동해도, 도7b에 도시한 바와 같이 정전 흡착부(2)와 피처리 기판(5)의 간섭을 회피할 수 있다. 따라서, 피처리 기판(5)에 대향하는 스텐실 마스크(4)의 일표면(4a)과 피처리 기판(5)의 간극(t)을 반전 후에도 유지할 수 있다.

스텐실 마스크(4)와 피처리 기판(5)의 간격(t)으로서는 원하는 조사 정밀도를 확보하기 위해 수십 ㎛ 내지 100 ㎛ 정도로 근접시켜 둘 필요가 있지만, 본 실시 형태에서는 마스크 홀더(1)에 의해 방해받는 일 없이 스텐실 마스크(4)의 반전 전, 반전 후에 있어서도 그 근접 거리를 유지한 상태에서 정밀도 좋은 하전 입자 조사를 행할 수 있다. 또한, 상술한 예에서는 정전 흡착부(2)를 스텐실 마스크(4)의 일표면(4a)의 외연부에 흡착시켰지만, 다른 표면(4b)의 외연부에 흡착시켜도 좋다.

[제3 실시 형태]

다음에 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 또, 상기 제1, 제2 실시 형태와 같은 구성 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

스텐실 마스크(4)에 형성되는 개구 패턴으로서, 예를 들어 도8에 도시한 바와 같이 1점 쇄선으로 나타내는 회전축을 사이에 두고 동일하게 직사각 형상의 개구부가 형성되어 이루어지는 개구 패턴(Z)의 경우에는, 회전축 주위에 스텐실 마스크(4)가 회전되어 그 표리가 반전되어도 반전 전과 반전 후 어느 쪽도 같은 개구 패턴(Z)을 얻을 수 있다.

그러나, 도9a에 도시한 바와 같이, 예를 들어 1점 쇄선으로 나타내는 회전축을 사이에 두고 동일 형상의 L자형 개구부가 형성되어 이루어지는 개구 패턴(A)의 경우에는, 회전축 주위에 스텐실 마스크(4)가 회전되어 그 표리가 반전되면, 도9b에 도시한 바와 같이 L자형의 개구부 방향이 개구 패턴(A)과는 좌우가 반대가 된 개구 패턴(A')이 되어 버린다.

이 경우에는, 도10에 도시한 바와 같이 개구 패턴(제1 개구 패턴)(A)에다가, 이 개구 패턴(A)과는 좌우 방향을 반대로 한 개구 패턴(제2 개구 패턴)(B)을 스텐실 마스크(4)의 회전축(1점 쇄선으로 나타냄)을 사이에 두어 마주 보도록 형성한다. 즉, 동일한 스텐실 마스크(4)에 회전축에 관하여 대칭인 2개의 개구 패턴(A)과 개구 패턴(B)을 형성한다. 회전축 주위에 스텐실 마스크(4)가 회전되어 표리가 반전하면, 개구 패턴(A)은 개구 패턴(B)의 방향으로 변환되고, 개구 패턴(B)은 개구 패턴(A)의 방향으로 변환된다.

이와 같은 개구 패턴(A 및 B)을 갖는 스텐실 마스크(4)를 이용하여, 예를 들어 피처리 기판(5) 상에 형성된 인접하는 2개의 반도체 칩에 대해 한 번에 하전 입자 조사를 행한다. 어떠한 반도체 칩에 대해서는 개구 패턴(A)을 통해 하전 입자 조사를 행하고, 그 반도체 칩에 인접하는 반도체 칩에 대해서는 개구 패턴(B)을 통해 하전 입자 조사를 행한다.

이 조사를 종료하면, 스텐실 마스크(4)를 반전시켜 마찬가지로 개구 패턴(A, B)을 통한 2개의 반도체 칩에 대한 하전 입자 조사를 행한다. 이 조사 후에 다시 스텐실 마스크(4)를 반전시키고, 또한 다른 2칩분의 하전 입자 조사를 행한다. 이후, 이를 반복함으로써 보다 효율적으로 디바이스를 제조할 수 있다. 또, 스텐실 마스크(4)를 반전시키는 타이밍은 본 실시 형태에 있어서도 반도체 칩 단위에 한정되지 않고, 피처리 기판마다 혹은 로트마다라도 좋다.

본 실시 형태에 따르면, 1매의 피처리 기판에 있어서 어떠한 반도체 칩에는 개구 패턴(A)에 따른 하전 입자 주입 영역(불순물 주입 영역)이 형성되고, 다른 반도체 칩에는 개구 패턴(A)과 좌우 대칭성이 반대인 개구 패턴(B)에 따른 하전 입자 주입 영역이 형성되게 되지만, 개개의 반도체 칩에 관하여 성능적인 문제는 없다.

[제4 실시 형태]

다음에 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 또, 상기 제1, 제2, 제3 실시 형태와 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에서는 도11a에 도시한 바와 같이 스텐실 마스크(4)와 피처리 기판(5) 사이에 차폐 부재(25)를 개재시키고 있다. 차폐 부재(25)는 피처리 기판(5)과 동일 부재의 예를 들어 실리콘 재료로 이루어지고, 도12에 도시한 바와 같이 원판형으로, 그 절반 정도의 영역은 반원형으로 도려내어져 개구부(25a)로 되어 있다.

차폐 부재(25)는 피처리 기판(5)과 대향하는 면의 외연부에 흡착하는 정전 척(26)에 의해 지지되어 있다. 정전 척(26)의 내경은 피처리 기판(5)의 직경보다 커 피처리 기판(5)에 간섭하고 있지 않다.

반도체 제조에 있어서의 하전 입자(이온)의 주입 깊이는 깊은 것이라도 수 ㎛이므로, 하전 입자의 투과를 부분적으로 차단하는 역할을 담당하는 차폐 부재(25)의 두께로서는 10 ㎛ 정도이면 충분하다. 이로 인해, 스텐실 마스크(4)와 피처리 기판(5)의 간극(수십 ㎛ 내지 100 ㎛)에 차폐 부재(25)를 개재시키는 것이 가능하다.

본 실시 형태에서는, 우선 도11a에 도시한 바와 같이 상기 제3 실시 형태에서 설명한 개구 패턴(B)의 하방에 차폐 부재(25)의 도려내지 않은 부분을 위치시키고, 개구 패턴(A)의 하방에 차폐 부재(25)의 개구부(25a)를 위치시킨다.

이에 의해, 개구 패턴(B)을 통과한 하전 입자는 차폐 부재(25)에 박아 넣어져 피처리 기판(5)에는 이르지 않고, 한편 개구 패턴(A)을 통과한 하전 입자는 개구부(25a)를 통해 그대로 피처리 기판(5) 상의 반도체 칩에 박아 넣어진다.

다음에, 상기 각 실시 형태와 마찬가지로 하여 스텐실 마스크(4)를 마스크 홀더(1)마다 표리 반전시켜, 도11b에 도시한 바와 같이 앞에서와는 반대로 개구 패턴(A)을 차폐 부재(25)의 도려내어져 있지 않은 부분에 위치시키고, 개구 패턴(B)을 차폐 부재(25)의 개구부(25a)에 위치시킨다.

이에 의해, 개구 패턴(A)을 통과한 하전 입자는 차폐 부재(25)에 박아 넣어져 피처리 기판(5)에는 이르지 않고, 한편 개구 패턴(B)을 통과한 하전 입자는 개구부(25a)를 통해 그대로 피처리 기판(5) 상의 반도체 칩에 박아 넣어진다.

이 때, 상기 제3 실시 형태에서 설명한 바와 같이 표리 반전된 개구 패턴(B)은 개구 패턴(A)과 같은 방향이 되므로, 결국 도11a에 도시하는 반전 전과, 도11b에 도시하는 반전 후에는 어느 쪽도 개구 패턴(A)에 따른 하전 입자 조사 영역(불순물 주입 영역)이 피처리 기판(5) 상의 반도체 칩에 형성된다.

이에 의해, 반도체 디바이스의 제조 공정 전체를 통한 불필요한 비용 상승을 회피할 수 있다. 즉, 하전 입자 조사 공정에서 2개의 개구 패턴(A, B)을 기초로 한 다른 불순물 주입 영역을 형성해 버리면, 에칭 등의 다른 공정에서 이용하는 마스크에 관해서도 개구 패턴(A, B)과 정합을 취하기 위해 다른 패턴의 것을 준비할 필요가 생겨 버려 큰 비용 상승으로 이어진다. 혹은, 본래 동일한 제품으로서 제조되어야 하는 것으로, 2 종류 이상의 규격이 발생되어 버려, 설계를 포함하여 큰 비용 상승으로 이어져 버린다.

이에 대해, 본 실시예에서는 상기 차폐 부재(25)를 이용함으로써, 스텐실 마스크(4)의 표리 반전을 반복해도 항상 동일한 개구 패턴을 기초로 한 불순물 주입 영역을 형성할 수 있어, 상기와 같은 비용 상승을 초래하지 않는다.

또한, 차폐 부재(25)에도 하전 입자가 주입되어 손상 층이 형성되지만, 차폐 부재(25)에 관해서는 반도체 칩에 대한 맞춤 정밀도인 것을 고려할 필요는 없고,또한 주입되는 하전 입자는 스텐실 마스크(4)의 개구 패턴을 통과한 것뿐이며, 스텐실 마스크(4)에 비해 입사되는 하전 입자의 도우즈량은 훨씬 작고, 또한 절반 정도의 영역이 도려내어져 있는 경우도 있어 휨은 발생하기 어렵다.

이상, 본 발명의 각 실시 형태에 대해 설명하였지만, 물론 본 발명은 이들에 한정되는 일 없이 본 발명의 기술적 사상을 기초로 하여 다양한 변형이 가능하다.

하전 입자 조사 장치로서는, 개구 패턴이 형성된 스텐실 마스크를 이용하여 피처리 기판에 대해 하전 입자를 선택적으로 조사시키는 장치라면 좋고, 이온 주입 장치에 한정되지 않으며 이온 에칭 장치, 플라즈마 에칭 장치, 전자선 노광 장치 등을 예로 들 수 있다.

또한, 피처리 기판으로서는 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소 등의 반도체 기판, 혹은 액정 패널 기판, 그 밖에 하전 입자를 조사하여 처리되는 기판을 예로 들 수 있다.

본 발명에 따르면, 스텐실 마스크의 표리를 반전시킴으로써 하전 입자의 조사를 받은 면을 피처리 기판에 대향하는 측으로, 피처리 기판에 대향하고 있던 면을 하전 입자의 입사를 받는 측으로 위치 변환할 수 있고, 스텐실 마스크 중 어느 한 쪽의 면만이 치우쳐 하전 입자에 의한 손상을 받는 것을 회피할 수 있다. 이에 의해, 스텐실 마스크의 손상에 기인하는 스텐실 마스크의 휨을 억제할 수 있고, 이 결과 스텐실 마스크의 반복 사용 횟수(사용 수명)를 길게 할 수 있어 비용 저감을 도모할 수 있다.

Claims

하전 입자를 피처리 기판에 선택적으로 통과시키기 위한 개구 패턴이 두께 방향으로 관통하여 형성된 스텐실 마스크이며,

상기 개구 패턴으로서 제1 개구 패턴과 상기 제1 개구 패턴을 표리 반전한 제2 개구 패턴을 갖는 스텐실 마스크.
피처리 기판에 대향하여 배치되고, 두께 방향을 관통하는 개구 패턴이 형성된 스텐실 마스크와,

상기 스텐실 마스크에 하전 입자를 입사시켜 상기 개구 패턴을 통해 상기 피처리 기판에 상기 하전 입자를 조사하는 하전 입자 조사 수단과,

상기 스텐실 마스크의 표리를 반전시키는 반전 수단을 갖는 하전 입자 조사 장치.
제2항에 있어서, 상기 반전 수단은,

상기 스텐실 마스크의 외연부에 흡착하여 상기 스텐실 마스크를 보유 지지하는 마스크 홀더와,

상기 스텐실 마스크의 면에 평행한 축 주위에 상기 마스크 홀더를 회전시키는 회전 수단을 갖는 하전 입자 조사 장치.
제3항에 있어서, 상기 마스크 홀더는 상기 스텐실 마스크의 외연부에 흡착하는 부분의 내경이, 상기 피처리 기판의 평면 치수보다 큰 하전 입자 조사 장치.
제2항에 있어서, 상기 스텐실 마스크는 상기 개구 패턴으로서 제1 개구 패턴과 상기 제1 개구 패턴을 표리 반전한 제2 개구 패턴을 갖는 하전 입자 조사 장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 개구 패턴을 통해 상기 하전 입자가 상기 피처리 기판에 이르는 경로와, 상기 제2 개구 패턴을 통해 상기 하전 입자가 상기 피처리 기판에 이르는 경로 중 어느 한 쪽을 선택적으로 차폐하는 차폐 부재를 더 갖는 하전 입자 조사 장치.
두께 방향을 관통하는 개구 패턴이 형성된 스텐실 마스크의 일표면을 피처리 기판에 대향시키고, 다른 표면측으로부터 하전 입자를 입사시켜 상기 개구 패턴을 통해 상기 피처리 기판에 상기 하전 입자를 조사하는 공정과,

상기 스텐실 마스크의 표리를 반전시켜 상기 스텐실 마스크의 다른 표면을 상기 피처리 기판에 대향시키는 공정과,

상기 일표면측으로부터 상기 하전 입자를 입사시켜 상기 개구 패턴을 통해 상기 피처리 기판에 상기 하전 입자를 조사하는 공정을 갖는 하전 입자 조사 방법.
제7항에 있어서, 상기 스텐실 마스크의 표리의 반전을 1매의 상기 피처리 기판마다, 혹은 복수매의 상기 피처리 기판마다 행하는 하전 입자 조사 방법.