(57)【要約】      （修正有）【課題】開孔範囲内に複数個の貫通孔が周期的に形成されているステンシルマスクを使用して半導体ウェーハにエネルギービームを照射する場合、梁による陰の影響が残り、その影響を解消しようとすると照射範囲が拡大して精度が低下する。【解決手段】エネルギービームの射出装置１２と、ステンシルマスク６を保持するマスクステージ２２と、半導体ウェーハ４を保持する試料ステージ２と、マスクステージ２２と試料ステージ２を相対的に振動させる振動発生機構２３を備えている。振動発生機構２３は、半導体ウェーハ４の表面に平行な面内で、複数個の貫通孔８が繰返し形成されている方向に、貫通孔８の繰返し周期の整数倍の振幅で、マスクステージ２２と試料ステージ２を相対的に振動させる。照射範囲を精度よく規制しながら、照射強度分布を均質化することができる。【選択図】図２
2008263016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの表面の所定範囲内にエネルギービームを照射する方法であり、
前記所定範囲に対応する範囲内に複数個の貫通孔が周期的に繰返し形成されているステンシルマスクを準備する工程と、
前記エネルギービームの射出装置から射出した前記エネルギービームが前記ステンシルマスクの前記複数個の貫通孔を通過して前記半導体ウェーハの表面に到達する位置関係に調整しておいて、前記射出装置から前記エネルギービームを射出する射出工程と、
前記射出工程で前記エネルギービームを射出している間に、前記ステンシルマスクと前記半導体ウェーハを、前記半導体ウェーハの表面に平行な面内で、前記複数個の貫通孔が周期的に繰返されている方向に、相対的に振動させる振動工程と、
を備えていることを特徴とするエネルギービームの照射方法。
【請求項２】
前記所定範囲が、その所定範囲の内側と外側を完全に分離する形状であり、
前記ステンシルマスクの前記内側に対応する範囲と、前記ステンシルマスクの前記外側に対応する範囲が、前記複数個の貫通孔の間を伸びている梁によって接続されており、
前記振動工程で、前記梁の幅以上の振幅で振動させることを特徴とする請求項１のエネルギービームの照射方法。
【請求項３】
前記ステンシルマスクに形成されている前記複数個の貫通孔が２以上の方向に繰返し形成されており、
前記振動工程で、前記２以上の方向に同時に相対振動させることを特徴とする請求項１又は２のエネルギービームの照射方法。
【請求項４】
前記振動工程で少なくとも２方向に同時に相対振動させる際に、方向別の振動周波数の整数比が、最大公約数が「１」となる整数の比であることを特徴とする請求項３のエネルギービームの照射方法。
【請求項５】
前記振動工程での振幅が、前記複数個の貫通孔の繰返し周期の整数倍であることを特徴とする請求項１から４のいずれかのエネルギービームの照射方法。
【請求項６】
前記振動工程での振幅が、前記複数個の貫通孔の繰返し周期の１〜３倍に等しいことを特徴とする請求項５のエネルギービームの照射方法。
【請求項７】
半導体ウェーハの表面の所定範囲内にエネルギービームを照射する装置であり、
前記エネルギービームの射出装置と、
ステンシルマスクを保持するマスクステージと、
前記半導体ウェーハを保持する試料ステージと、
前記マスクステージと前記試料ステージを相対的に振動させる振動発生機構を備えており、
前記ステンシルマスクの前記所定範囲に対応する範囲内に、複数個の貫通孔が周期的に繰返し形成されており、
前記射出装置と前記マスクステージと前記試料ステージは、前記射出装置から射出した前記エネルギービームが前記ステンシルマスクに形成されている前記複数個の貫通孔を通過して前記半導体ウェーハの表面に到達する位置関係に配置されており、
前記振動発生機構は、前記半導体ウェーハの表面に平行な面内で、前記複数個の貫通孔が繰返し形成されている方向に、前記複数個の貫通孔の繰返し周期の整数倍の振幅で、前記マスクステージと前記試料ステージを相対的に振動させることを特徴とするエネルギービームの照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの表面の所定範囲内にエネルギービームを照射する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、半導体ウェーハの表面の所定範囲内にエネルギービームを照射することが多い。そのために、半導体ウェーハの表面にパターニングされたマスク層を形成することが多いが、生産性を向上させるために、繰返し使用できるステンシルマスクを利用することもある。ここでいうステンシルマスクは、半導体ウェーハとは別部材であってエネルギービームを遮断する材料で形成されている板材に所定形状の貫通孔が形成されているものをいう。ここでいうエネルギービームは、ステンシルマスクで照射範囲を規制できるものを広く意味し、電子線等の荷電粒子ビームが例示される。あるいは、ホトレジストをパターニングするための光の照射範囲を規制するためにステンシルマスクを利用する場合は、ホトレジストに照射する光がエネルギービームとなる。各種の用途で用いるレーザ光の照射範囲を規制するためにステンシルマスクを利用する場合は、レーザ光がエネルギービームとなる。
ステンシルマスクは半導体ウェーハの表面から距離を隔てて用いるので、エネルギービームが集光する経路上にステンシルマスクを配置することもあれば、エネルギービームが平行に進行する経路上にステンシルマスクを配置することもあれば、エネルギービームが発散する経路上にステンシルマスクを配置することもある。集光する経路上にステンシルマスクを配置する場合はステンシルマスク上のパターンがウェーハ上では縮小され、発散する経路上にステンシルマスクを配置する場合はステンシルマスク上のパターンがウェーハ上では拡大される。ステンシルマスク上のパターンとウェーハ上のパターンは対応するものの、同寸であるとは限られない。
【０００３】
ステンシルマスクは繰返し利用できる長所を持っている反面、エネルギービームを照射したい範囲がリング状であると、リングの内側範囲を遮蔽するステンシルマスクとリングの外側範囲を遮蔽するステンシルマスクが完全に分離されてしまい、両者の相対的位置関係を固定することができないという制約を持っている。
この問題を解決するために、エネルギービームを照射したいリング状の範囲に、複数個の貫通孔が周期的に繰返し形成されているステンシルマスクが開発されている。このステンシルマスクによると、隣接する貫通孔の間を伸びている梁によって、リングの内側範囲を遮蔽するステンシルマスクとリングの外側範囲を遮蔽するステンシルマスクが接続され、両者の相対的位置関係を固定することが可能となる。
【０００４】
複数個の貫通孔を分散して形成することによって梁を形成すると、梁の直下が陰となってエネルギービームが照射されないという問題が発生してしまう。
【０００５】
そこで本発明者らは、複数個の貫通孔を分散して形成することで確保した梁によってリングの内側範囲と外側範囲を接続すると同時に、梁の直下にまでエネルギービームが照射される技術を開発した。この技術は、非特許文献１で開示されている。
本明細書に添付する図８と図９を参照して非特許文献１に開示されている技術を説明する。図８は非特許文献１の技術が開発される以前の照射方法を示し、図９は非特許文献１の照射方法を示している。
参照番号２は試料ステージであり、半導体ウェーハ４は試料ステージ２に固定される。
参照番号２２はマスクステージであり、ステンシルマスク６はマスクステージ２２に固定される。ステンシルマスク６には、複数の貫通孔８と梁７が周期的に形成されている。参照番号１２は荷電粒子の射出機であり、ステンシルマスク６に向けて荷電粒子１０を射出する。射出機１２から射出した荷電粒子１０は、ステンシルマスク６の貫通孔８を通過して半導体ウェーハ４の表面に到達する。荷電粒子１０は同一の電荷を帯びているので、荷電粒子同士の間に反発力が作用している。貫通孔８を通過した荷電粒子１０は、広がり角１６を持って進行する。広がり角１６を持っている荷電粒子１０の一部は、梁７の下に回りこみ、梁７の直下に位置する範囲１７の半導体ウェーハ４の表面の一部を照射する。参照番号４８は半導体ウェーハ４の表面位置Ａ３の照射強度分布を示す。
【０００６】
図８では、ステンシルマスク６と半導体ウェーハ４の間の距離１８が狭く、荷電粒子１０は梁７の下に十分にまわり込まない。梁７の直下の範囲１７の照射強度分布４８の一部に非照射領域２０が残る。
図９では、ステンシルマスク６と半導体ウェーハ４の間の距離１８が広げられている。このために、荷電粒子１０は梁の７の下に十分にまわり込むことができる。隣接する貫通孔８からの照射範囲が重なり、半導体ウェーハ４の表面位置Ａ４における照射強度分布４８には非照射範囲２０が残らない。これにより、複数個の貫通孔を分散して形成することで確保した梁によってリングの内側範囲と外側範囲を接続するのと同時に、梁の直下にまでエネルギービームを照射し、非照射範囲を残さないでエネルギービームを照射することが可能となる。
【０００７】
【非特許文献１】T. Nishiwaki et. al., Proceedings of 16th Int. Conf. On Ion Implantation Technol. IIT2006, P.357-360
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１の技術によれば、隣接する貫通孔８からの照射範囲を重ねあわせることによって、梁７による非照射範囲２０をなくすことができる。
しかしながら、図９の技術では非照射範囲２０をなくすことができるというレベルに留まっており、半導体ウェーハ４上の場所によって照射強度分布４８が大きく変動する。貫通孔８を通過した荷電粒子のほとんどが貫通孔８の直下の範囲を照射し、梁７の直下の範囲を照射する荷電粒子の量が少ないからである。製造する半導体装置によっては、非照射範囲２０をなくなせばよい場合があり、その場合には図９の技術で対応することができる。しかしながら、製造する半導体装置によっては、非照射範囲２０がなくなる程度では不十分であり、照射強度分布がよく均質化されていることが必要とされることがある。
図９の技術で照射強度分布４８の均質化を図る場合、ステンシルマスク６と半導体ウェーハ４の間隔を大きく開ける必要がある。図１（ｂ）に、ステンシルマスク６からの距離４０ｂを充分に離れた高さに半導体ウェーハ４をおいた場合の表面位置Ａ１における照射強度分布４８を示す。図９に示す表面位置Ａ４における照射強度分布４８では、梁７の直下の範囲に十分な量の荷電粒子１０が照射されず、照射強度分布４８が場所によって大きく変動する。これに対し図１（ｂ）に示す表面位置Ａ１における照射強度分布４８では、ステンシルマスク６と半導体ウェーハ４が十分離れており、梁７の直下の範囲に十分な量の荷電粒子１０が回り込むために、照射強度が場所によらないでほぼ一様化する。図９の３８ｂに示す強度差に比して、図１（ｂ）の３８ａに示す強度差は小さく抑えられている。
【０００９】
しかしながら、照射強度が場所によらないでほぼ一様化するまでステンシルマスク６と半導体ウェーハ４の間の距離を大きくすると、照射範囲自体が大きくなってしまうという問題が生じる。図１（ｂ）における２６ｂは、ステンシルマスク上で貫通孔８群が形成されている範囲（簡単に開孔範囲５０ということがある）よりも実際の照射範囲が拡大している拡大幅を示しており、半導体ウェーハ４を高さ１８に置いた図９の拡大幅２６ｃに比べて、半導体ウェーハ４を高さ４０ｂに置いた図１（ｂ）の拡大幅２６ｂが増大していることを示している。
ステンシルマスク６に形成されている貫通孔８群が分布している範囲は、半導体ウェーハ４の表面における荷電粒子１０の照射範囲を規制するために定められており、拡大幅２６は狭いことが望ましい。
非特許文献１の技術では、ステンシルマスク６と半導体ウェーハ４の間の距離によって場所による照射強度差３８を小さくしており、照射強度差３８を小さくすると拡大幅２６が増大してしまう。製造する半導体装置によっては、照射強度差３８と拡大幅２６の双方を小さく抑えることが必要とされることがある。非特許文献１の技術では両方を同時に満足することができなかった。すなわち非特許文献１の技術では、照射範囲を精度よく規制するとともに照射範囲内の照射強度分布を均質化することができなかった。その結果、均質な照射強度分布を有する微細な照射範囲を実現することはできなかった。
本発明では、照射範囲を精度よく規制するとともに照射範囲内の照射強度分布を均質化することができる照射方法と照射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、半導体ウェーハの表面の所定範囲内にエネルギービームを照射する方法と装置に関する。
本発明の製造方法は、下記の工程を備えている。
（１）半導体ウェーハ上の照射範囲に対応する範囲内に、複数個の貫通孔が周期的に繰返し形成されているステンシルマスクを準備する。ここでマスク上のパターンサイズとウェーハ上の照射範囲が等倍である場合には、前記の「対応する範囲」は照射範囲に等しい。マスク上のパターンを縮小してウェーハ上の照射範囲を規制する場合には、前記の「対応する範囲」は照射範囲を拡大したものとなる。逆に、マスク上のパターンを拡大してウェーハ上の照射範囲を規制する場合には、前記の「対応する範囲」は照射範囲を縮小したものとなる。
（２）エネルギービームの射出装置から射出したエネルギービームがステンシルマスクの複数個の貫通孔を通過して半導体ウェーハの表面に到達する位置関係に調整しておいて、射出装置からエネルギービームを射出する。
（３）前記（２）の工程でエネルギービームを射出している間に、ステンシルマスクと半導体ウェーハを、半導体ウェーハの表面に平行な面内で、複数個の貫通孔が周期的に繰返されている方向に、相対的に振動させる。
【００１１】
上記の方法では、エネルギービームを照射しながらステンシルマスクと半導体ウェーハを相対的に振動させる。これによりステンシルマスクの貫通孔を通過して半導体ウェーハの表面に到達するエネルギービームの照射範囲も振動し、隣接する貫通孔を分離する梁の陰となる位置も振動する。このために、特定の位置が固定的な陰となってその位置での照射強度が顕著に低下してしまうという現象の発生を避けることができる。ステンシルマスクと半導体ウェーハを相対的に振動させながらエネルギービームを照射することによって、照射範囲内での照射強度分布を均質化することができる。
ステンシルマスクと半導体ウェーハを相対的に振動させると、その振幅の分だけ半導体ウェーハ上での照射範囲が拡大してしまう。しかしながら、照射範囲内の照射強度分布を均質化するのに要する振幅は比較的に小さくて済み、振幅に起因して生じる照射範囲の拡大幅は比較的小さくてすむ。図１で説明したように、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離によって照射範囲内の照射強度分布を均質化する場合、大きな距離が必要とされ、その大きな距離に起因して生じる照射範囲の拡大幅が大きい。ステンシルマスクと半導体ウェーハを相対的に振動させることによって照射範囲内の照射強度分布を均質化する方式によると、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離を短く抑えることができる。距離を短く抑えられることによって得られる照射範囲の精度向上効果が、相対振動に起因する照射範囲の精度低下効果を上回るために、本発明によると照射範囲を精度よく規制することもできる。本発明のよると、照射範囲を正確に規制しながら、照射範囲内の照射強度分布を均質化することができる。
【００１２】
本発明は、エネルギービームの照射範囲が照射範囲の内側と外側を完全に分離する形状である場合に特に有効である。この場合、ステンシルマスクの開孔範囲の内側範囲と外側範囲が、開孔範囲内に形成されている複数個の貫通孔の間を伸びている梁によって接続され、両者の相対的位置関係が固定されるからである。
この場合、梁の幅以上の振幅でステンシルマスクと半導体ウェーハを相対的に振動させながらエネルギービームを照射することが好ましい。
少なくとも梁の幅以上の振幅で振動させると、ステンシルマスクと半導体ウェーハを接近して配置しても梁の背後に無照射領域が残存することがなく、照射範囲内の照射強度分布を均質化することができる。
【００１３】
図５（ａ）に例示するスリット状に伸びる貫通孔を利用すると、スリット状の貫通孔の幅方向に貫通孔を繰返し形成することによって、ステンシルマスクの開孔範囲の内側範囲と外側範囲を接続することができる。貫通孔の分布パターンはそれに限られない。例えば、図５（ｂ）に示すように、矩形または円形の貫通孔を格子状に配置してもよい。あるいは、図５（ｃ）に示すように、貫通孔を蜂の巣状に配置してもよい。貫通孔は１次元の繰返しパターンを持つこともあれば、２次元以上の繰返しパターンを持つこともある。
ステンシルマスクに形成されている貫通孔群が２次元以上の繰返しパターンを備えている場合、エネルギービームを照射しながらステンシルマスクと半導体ウェーハを相対的に同時に２方向以上に振動させることが好ましい。
同時に２方向以上に振動させることによって、複数方向に伸びる梁の影響を減殺することができる。
【００１４】
同時に２方向に振動させる場合、方向別の振動周波数の整数比が、最大公約数が「１」となる二つの整数の比であることが望ましい。
この場合、一つの貫通孔による照射範囲が特定の軌道上を繰返し移動することがなく、所定範囲内を偏りなく移動する。照射範囲内の照射強度分布を均質化するのに特に有効である。
【００１５】
前記したように、振動の振幅は梁の幅以上であることが好ましいが、複数個の貫通孔の繰返し周期の整数倍であることが特に好ましい。
実験によって、振動の振幅が貫通孔の繰返し周期の整数倍であると、照射範囲内の照射強度分布がよく均質化されることが確認されている。
特に、前記の整数は、１〜３であることが好ましい。この場合、照射範囲内の照射強度分布をよく均質化しながら、振動によって照射範囲が拡大する影響を小さく抑えることができる。照射強度分布の均質性と、照射範囲の正確性をバランスよく両立させることができる。
【００１６】
本発明は、照射装置に具象化することもできる。本発明の照射装置は、半導体ウェーハの表面の所定範囲内にエネルギービームを照射する装置であり、エネルギービームの射出装置と、ステンシルマスクを保持するマスクステージと、半導体ウェーハを保持する試料ステージと、マスクステージと試料ステージを相対的に振動させる振動発生機構を備えている。
本装置で用いるステンシルマスクの照射範囲に対応する範囲には、複数個の貫通孔が周期的に繰返し形成されている。射出装置とマスクステージと試料ステージは、射出装置から射出したエネルギービームがステンシルマスクに形成されている複数個の貫通孔を通過して半導体ウェーハの表面に到達する位置関係に配置されている。振動発生機構は、半導体ウェーハの表面に平行な面内で、複数個の貫通孔が繰返し形成されている方向に、複数個の貫通孔の繰返し周期の整数倍の振幅で、マスクステージと試料ステージを相対的に振動させる。
本照射装置によると、照射強度分布の均質性と、照射範囲の正確性をバランスよく両立させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、ステンシルマスクと半導体ウェーハを相対的に振動させるために、照射範囲内の照射強度分布の均質性が向上し、しかも、照射範囲を正確に規制することができる。小さな照射範囲を均質な強度で照射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）ステンシルマスクには同一形状を持った複数の貫通孔が周期的に形成されている。
（特徴２）エネルギービーム射出機は半導体ウェーハに対して固定されている。両者に対してステンシルマスクが移動する。
（特徴３）ステンシルマスクを振動させる振動発生機構は、その振動振幅と振動方向と振動周期を自由に変更することができる。
【実施例】
【００１９】
図２に、本実施例の照射装置の断面図を示す。図２の実施例では、エネルギービームが荷電粒子１０である。本実施例の照射装置は、荷電粒子の射出装置１２と、試料ステージ２と、マスクステージ２２と、マスクステージ２２を振動させる振動発生機構２３を備えている。参照番号６はステンシルマスクであり、参照番号４は半導体ウェーハである。ステンシルマスク６には、半導体ウェーハ４上の荷電粒子１０を照射したい範囲に対応する範囲内に複数個の貫通孔８が形成されている。本実施例では、ステンシルマスク６上のパターンサイズと半導体ウェーハ４上の照射範囲が等倍であり、複数個の貫通孔８が形成されている範囲（以下では開孔範囲という）は、半導体ウェーハ４上の照射範囲と同形同サイズである。複数の貫通孔８は、開孔範囲内において格子状に配置されている。複数の貫通孔８は、ステンシルマスク６を平面視したときに、２方向に周期的に繰返して配置されている。隣接する貫通孔の間は梁７によって分離されている。梁７も、２方向に伸びている。
マスクステージ２２に振動発生機構２３が取り付けられている。振動発生機構２３は、マスクステージ２２に固定されたステンシルマスク６に平行な面内で、マスクステージ２２とステンシルマスク６を振動させる。振動発生機構２３は、前記の面内で、梁７が伸びている２方向に振動させる。
ステンシルマスク６の背後に、試料ステージ２が固定されている。試料ステージ２に半導体ウェーハ４が固定されると、ステンシルマスク６と半導体ウェーハ４の間に、予め定められている距離１８が確保される。本実施例では、距離１８が短く、ステンシルマスク６を振動させなければ梁７の背後に無照射範囲が残る距離である。距離１８が短いために、ステンシルマスク６上で貫通孔８が分布している開孔範囲と、半導体ウェーハ４上での照射範囲はよく一致する。
【００２０】
本照射装置では、射出装置１２とステンシルマスク６と半導体ウェーハ４が、射出装置１２から射出した荷電粒子１０がステンシルマスク６に形成されている複数個の貫通孔８を通過して半導体ウェーハ４の表面に到達する位置関係に配置されている。
荷電粒子１０を照射すると、貫通孔８を通して半導体ウェーハ４の表面に荷電粒子１０が照射され、照射範囲１４が形成される。荷電粒子１０は、同一の電荷を帯びているので、粒子同士の間に反発力が作用しており、広がり角を持って照射される。本実施例では、半導体ウェーハ４とステンシルマスク６間の距離１８を狭くすることができ、荷電粒子１０の広がり角による影響を小さくすることができる。そのため、図２と図３では荷電粒子１０の広がり角の影響を省いて示している。荷電粒子１０の照射中に振動発生機構２３を動作させ、貫通孔８が周期的に繰返されている方向にステンシルマスク６を振動させると（矢印２４は振動を模式的に示している）、個々の貫通孔に対応する照射範囲１４も振動し、梁７によって常時に遮られるために荷電粒子１０が到達しない位置をなくすことができる。ステンシルマスク６の振動振幅を梁７の幅よりも広くすると、非照射範囲２０を無くすことができる。
【００２１】
ステンシルマスク６の振動によって非照射範囲２０が無くなる様子を図３に示す。ステンシルマスク６が半導体ウェーハ４に対して図３（ａ）の位置に存在するとき、荷電粒子１０の照射によって、貫通孔８の直下に照射範囲１４ａが形成され、梁７の直下に非照射範囲２０ａが形成されている。ステンシルマスク６が振動して図３（ｂ）の位置に移動すると、照射範囲１４も移動し、移動後の照射位置１４ｂは移動前の非照射範囲２０と重なる。これによって（ａ）の時には照射されない範囲２０ａに（ｂ）の時に荷電粒子１０が照射される。これにより非照射範囲２０は無くなる。ステンシルマスク６の振動振幅を梁７の幅よりも広くすると、非照射範囲２０が無くなり、照射強度分布の均質化が促進される。
【００２２】
実験によって、ステンシルマスク６の振動振幅を貫通孔８の周期の整数倍とすると、照射強度分布が非常によく均質化されることが確認されている。この様子を図４に示す。図４では振動振幅を貫通孔８の周期の１倍としている。Ｂ１、Ｂ２及びＢ３は振動によってステンシルマスク６が荷電粒子の射出機１２に対して移動する様子を示したものであり、図示の明瞭化のために各位置におけるステンシルマスク６を縦方向にずらして図示している。Ｂ３はＢ１に対して貫通孔８の繰返し周期だけ移動したステンシルマスク６を示し、Ｂ２はその間の任意の位置を表示している。
Ｂ１、Ｂ２及びＢ３の位置で貫通孔８ａを通して照射された荷電粒子１０の照射強度分布４２をＣ１に示す。ステンシルマスク６の位置によって、照射強度分布は、４２aから４２ｂを経て４２ｃに変化する。これを加算した照射強度分布４４をＣ２に示す。ステンシルマスク６が貫通孔８の周期３０に等しい距離を移動することで、周期内に均質な照射強度分布４４を得ることができる。Ｃ３は、貫通孔８ａ、８ｂ及び８ｃによる照射強度分布４４ａ、４４ｂ及び４４ｃを重ねて表示したもので、これを加えた照射強度分布４６をＣ４に示す。隣接する貫通孔８からの照射強度４４を重ねることで、全範囲においてほぼ均質な照射強度分布４６を得ることができる。
【００２３】
荷電粒子射出装置１２は半導体ウェーハ４に対して位置が固定されていなくてもよい。振動発生機構２３が試料ステージ２に取り付けられていてもよい。また試料ステージ２とマスクステージ２２の両方に取り付けられていてもよい。結果として半導体ウェーハ４上の照射範囲が、ステンシルマスク６に形成された貫通孔８の周期方向に振動することができればよい。
【００２４】
ステンシルマスク６に形成される貫通孔８の繰返し方向は１方向に限られない。２方向以上に繰返し形成される場合がある。また、貫通孔８の形状、周期、繰返し方向も様々である。図５にその一例を示す。（ａ）は１方向の周期を持つ場合を例示し、（ｂ）は２方向の周期を持つ場合を例示し、（ｃ）は３方向の周期を持つ場合を例示している。ここで符号３０は、方向別の周期を示している。
本実施例の振動発生機構２３は、（１）少なくとも２方向に同時に振動させることができる、（２）それぞれの方向に独立して振動させることができる、（３）それぞれの方向の振動周波数、振動振幅、及び振動方向を自由に設定できる、の機能を持っている。このために、複数個の貫通孔８が周期的に形成されている各種のステンシルマスク６に対応することができる。
【００２５】
振動発生機構２３が２方向の振動を発生する場合、振動周波数の整数比は、最大公約数が「１」となる二つの整数の比であることが望ましい。図６に、第１周期方向３０ａ及び第２周期方向３０ｂの振動周波数の整数比を４：７とした場合に、照射範囲の中心がそれぞれの周期方向にスキャンする様子を示す。両振動方向共に振幅を「２」とし、単位照射時間「１」内のスキャン位置の推移を示す。図７には周期方向を直交する二方向とした場合の、図６のスキャンによるときの二次元的な軌跡を表示した図である。図７に示すように、照射範囲の中心は振幅「２」の領域中で特定な範囲に集中することなくスキャンし、一様な広照射範囲を形成している。
【００２６】
ともに均質な照射強度分布が得られるという条件で、非特許文献１による場合と本実施例による場合の照射範囲を比較する。それを図１に示す。エネルギービーム１０の広がり角１６は、約０．５９°であり、その正接関数値は約０．０１である。この値を基に比較を行う。なお、貫通孔８の繰返し周期３０は２μｍである。
図１（ｂ）に非特許文献１の照射範囲を示す。非特許文献１の技術では、荷電粒子１０の広がり角１６による照射範囲の拡大効果によって均質な照射強度分布を得ているため、照射強度分布４８を均質化するためには、距離４０ｂを長く設定する必要がある。ほぼ均質な照射強度分布を得るためには、距離４０ｂを約１０００μｍにする必要があり、その場合の拡大幅２６ｂは約１０μｍとなってしまう。即ち、ステンシルマスク６上の開孔範囲５０よりも半導体ウェーハ４上での照射範囲は、約１０μｍだけ拡大してしまう。
これに対し、図１（ａ）に本実施例の照射範囲を示す。本実施例では、照射強度分布４８を均質化するために距離４０ａを利用しないので、距離４０ａを狭く設定することができ、距離４０ａを約１００μｍとすることができる。その場合の広がり角１６に起因する拡大幅２６ａは約１μｍとなる。振動２４による照射範囲の拡大幅２８は、振動振幅の半幅となる。この場合、約１μｍとなる。広がり角１６に起因する拡大幅２６と、振動２４に起因する拡大幅２８を併せた合計拡大幅３６は約２μｍである。非特許文献１によると約１０μｍの拡大幅であってものを、本実施例によると約２μｍにまで狭くすることができる。
【００２７】
本実施例では、均質な照射強度分布を持つ照射範囲を形成するために、ステンシルマスク６と半導体ウェーハ４の相対振動を利用する。実験によって、貫通孔の繰返し周期の振幅で振動させれば照射強度分布の不均質性を解消できることが確認されている。貫通孔の繰返し周期を微細化することによって（そのこと自体は困難でない）、振動振幅を小さく抑えることが可能であり、振動振幅が小さくてすめば、照射範囲が開孔範囲よりも拡大する拡大幅を小さく抑えることができる。本実施例の技術は、照射強度分布の均質化と、照射範囲を正確に規制することの両者をともに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】均質な照射強度分布が得られる条件における照射強度分布４８と照射範囲の拡大幅２６を示す。（ａ）は本実施例の場合の照射強度分布４８と照射範囲の拡大幅２６を示し、（ｂ）は非特許文献１の場合の照射強度分布４８と照射範囲の拡大幅２６を示す。
【図２】半導体ウェーハ４に対してステンシルマスク６を振動させながら荷電粒子１０を照射している様子を示す。本実施例の方法である。
【図３】本実施例によるときに照射範囲１４が移動する様子を示す図であり、（ａ）はある場所での照射位置を示し、（ｂ）は（ａ）から梁７の幅だけ移動した照射位置を示す。
【図４】ステンシルマスク６を貫通孔８の周期だけ振動させた場合に得られる照射強度分布を示す。
【図５】貫通孔８の周期的に繰返し配置されているパターンを示す図であり、（ａ）は一方向に周期を持つ貫通孔の例を示し、（ｂ）は長方形の貫通孔が二方向に周期を持つ例を示し、（ｃ）は正六角形の貫通孔が三方向に周期を持つ例を示す。
【図６】二方向の振動周波数の整数比を４：９としたときのスキャン位置を示す。
【図７】図８のスキャン位置の二次元的な軌道を示す。
【図８】複数の貫通孔８が形成されたステンシルマスク６を用いて半導体ウェーハ４に荷電粒子１０を照射している様子を示している。非特許文献１以前の方法である。
【図９】半導体ウェーハ４とステンシルマスク６の間の距離１８を広げて荷電粒子１０を照射している様子を示している。非特許文献１の方法である。
【符号の説明】
【００２９】
２・・・・・試料ステージ
４・・・・・半導体ウェーハ
６・・・・・ステンシルマスク
７・・・・・梁
８・・・・・貫通孔
１０・・・・荷電粒子
１２・・・・荷電粒子照射機
１４・・・・照射範囲
１４ａ、１４ｂ・・・照射範囲
１６・・・・広がり角
１７・・・・梁直下部
１８・・・・半導体ウェーハ４とステンシルマスク６の距離
２０・・・・非照射範囲
２０ａ・・・非照射範囲
２２・・・・マスクステージ
２３・・・・振動発生機構
２４・・・・振動
２６・・・・広がり角１６による照射範囲の拡大幅
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ・・・広がり角１６による照射範囲の拡大幅
２８・・・・振動２４による照射範囲の拡大幅
３０・・・・周期
３０ａ・・・第一周期方向
３０ｂ・・・第二周期方向
３０ｃ・・・第三周期方向
３６・・・・拡大幅２６と拡大幅２８を合計した拡大幅
３８・・・・照射強度分布の強度差
３８ａ、３８ｂ・・・照射強度分布の強度差
４０・・・・ステンシルマスク６からの距離
４２・・・・照射強度分布
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ・・・照射強度分布
４４・・・・照射強度分布
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ・・・照射強度分布
４６・・・・照射強度分布
４８・・・・照射強度分布
５０・・・・開孔範囲
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４・・・半導体ウェーハの表面位置
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・・・・ステンシルマスクの位置
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・照射強度分布
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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