(57)【要約】【課題】  半導体ウェーハに対して、マスクとの平行を調整した状態でビームを照射することができるビームの照射方法とビーム照射装置を提供する。【解決方法】  ステンシルマスク８の半導体ウェーハ４４と対向して配置される面８ｂに、絶縁層６を介してキャパシタ電極２４を少なくとも３個形成し、各キャパシタ電極２４と半導体ウェーハ４４との静電容量を、測定手段２８を用いて測定する。静電容量はキャパシタ電極２４の面積と、キャパシタ電極２４と半導体ウェーハ４４の距離に依存し、キャパシタ電極２４の面積比が既知である場合、測定手段２８で測定した結果から、キャパシタ電極２４と半導体ウェーハ４４の少なくとも３箇所における距離の比を求めることができる。この距離の比を「１」にするように調整手段４０を用いて試料ステージ４２の傾きを調整することで、ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４を平行にすることができる。【選択図】  図１
2009021393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム発生装置からステンシルマスク越しに半導体ウェーハにビームを照射する方法であり、
導電性の半導体ウェーハをビームの照射位置に配置する工程と、
半導体ウェーハに対向して配置される面に、相互に絶縁されているとともに面積比が既知である少なくとも３個のキャパシタ電極が形成されているステンシルマスクを、ビーム発生装置と半導体ウェーハの間に配置する工程と、
各キャパシタ電極と半導体ウェーハの間の静電容量を測定する工程と、
各キャパシタ電極で得られた測定結果から、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出する工程と、
ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜角の少なくとも一方を調整してステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する工程と、
を含むことを特徴とするビーム照射方法。
【請求項２】
複数個のキャパシタ電極が全て同じ面積であるステンシルマスクを用い、
２つのキャパシタ電極で得られた測定結果の差の複数個から、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出することを特徴とする請求項１のビーム照射方法。
【請求項３】
複数個のキャパシタ電極が誘電体層で被覆されているステンシルマスクを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のビーム照射方法。
【請求項４】
ビーム発生装置でステンシルマスク越しに半導体ウェーハにビームを照射する装置であり、
ビーム発生装置と、
半導体ウェーハを保持する試料ステージと、
ビーム発生装置と試料ステージの間にあって、試料ステージで保持されている半導体ウェーハに対向する姿勢にステンシルマスクを保持するマスクステージと、
静電容量を測定する測定手段と、
ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出する検出手段と、
ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する調整手段を備えており、
半導体ウェーハは導電性を有しており、
ステンシルマスクの半導体ウェーハに対向して配置される面に、相互に絶縁されているとともに面積比が既知である少なくとも３個のキャパシタ電極が形成されており、
測定手段は、各キャパシタ電極と半導体ウェーハの間の静電容量を測定し、
検出手段は、各キャパシタ電極で得られた測定結果から、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出し、
調整手段は、検出手段の検出結果に基づいて、試料ステージとマスクステージの傾斜角の少なくとも一方を調整することを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
ステンシルマスクの各キャパシタ電極に対応する位置にステンシルマスクの表裏を貫通する導電部が形成されており、
測定手段は、各導電部に接触・離反するコンタクトピンを備えていることを特徴とする請求項4のビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム、電子ビーム、あるいは光ビーム等のエネルギービーム（以下ではビームという）を照射する方法と装置に関する。
半導体ウェーハにビームを照射することによって、ビームに照射された範囲の半導体の物性を調整する技術が知られている。この技術では、ビームを照射する範囲とビームを照射しない範囲を制御することによって、半導体ウェーハ内に半導体構造を作り込む。ビームを照射する範囲とビームを照射しない範囲を制御するために、ステンシルマスクを利用する技術が開発されている。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り、ビームを遮断する能力を持っている材料で形成されている板材に、ビーム照射範囲に対応する形状の貫通孔が形成されているものをいう。ステンシルマスクは、繰返し使用できることから、高い生産性を実現する。
【背景技術】
【０００２】
ステンシルマスクを利用してビーム照射範囲を制御する技術では、半導体ウェーハとステンシルマスクの相対的位置関係を、予定の位置関係に調整することが重要となる。
【０００３】
特許文献１に、ステンシルマスクと半導体ウェーハの間隔を予定の間隔に調整する技術が開示されている。特許文献１には、レーザ変位計を利用する技術と、静電容量を測定する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７６００５号公報
【０００５】
レーザ変位計を利用する技術では、半導体ウェーハの表面の高さを測定する。具体的には、レーザ変位計とステンシルマスクと半導体ウェーハをその順に配置し、レーザ変位計からステンシルマスクに形成されている貫通孔を通過して半導体ウェーハの表面にレーザを照射する。レーザは半導体ウェーハの表面で反射され、ステンシルマスクの貫通孔を通過してレーザ変位計に戻り、レーザ変位計で受光される。これによりレーザ変位計から半導体ウェーハの表面までの距離が測定される。レーザ変位計からステンシルマスクまでの距離が予めわかっていれば、前者の距離から後者の距離を減じることによって、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の間隔を計測することができる。計測結果に基づいて、ステンシルマスクと半導体ウェーハの間隔を予定の間隔に調整することができる。
【０００６】
静電容量を測定する技術では、ステンシルマスクの半導体ウェーハと対向する面に、キャパシタ電極が形成されているステンシルマスクを利用する。ステンシルマスクと半導体ウェーハを対向して配置すると、キャパシタ電極と半導体ウェーハが対向して配置され、キャパシタ電極と半導体ウェーハでキャパシタが構成される。そのキャパシタの静電容量を測定すると、キャパシタ電極と半導体ウェーハ間の距離、すなわちステンシルマスクと半導体ウェーハ間の間隔を計測することができる。計測結果に基づいて、ステンシルマスクと半導体ウェーハの間隔を予定の間隔に調整することができる。
【０００７】
特許文献１によると、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の間隔を予定の間隔に調整することができる。正確にいうと、レーザ変位計を利用する場合には、レーザ変位計で距離を測定した位置での間隔（ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の間隔）から予定の間隔に調整することができる。静電容量を測定する場合には、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の平均的間隔から予定の間隔に調整することができる。
ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の間隔を予定の間隔に調整しても、ステンシルマスクと半導体ウェーハが平行に調整されていない可能性がある。ステンシルマスクと半導体ウェーハが平行でなければ、両者の間隔を予定の間隔に調整しても、半導体ウェーハ上での照射範囲パターンは予定したパターンから歪んでしまう。
【０００８】
画像処理技術を用いて、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する技術が知られている。この技術では、ステンシルマスクの少なくとも３箇所に同一形状の貫通孔を形成しておく。そのステンシルマスクと半導体ウェーハを対向して配置した後に、ステンシルマスク越しにイオンビームを照射する。半導体ウェーハの表面に到達したイオンは半導体ウェーハに注入され、半導体ウェーハの表面に注入痕が形成される。それぞれの貫通孔に対応する注入痕の画像をＣＣＤカメラ等の画像取得手段を用いて取得する。画像取得後、その画像を比較する。ステンシルマスクと半導体ウェーハが平行に調整されている場合、３つの貫通孔に対応する注入痕は同じサイズとなる。ステンシルマスクと半導体ウェーハが平行に調整されていない場合、３つの貫通孔に対応する注入痕が同じサイズにならない。半導体ウェーハからの距離が大きい貫通孔に対応する注入痕は拡大し、半導体ウェーハからの距離が小さい貫通孔に対応する注入痕は縮小する。３つの注入痕のサイズの不均一性から、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角度を検出することができ、その結果に基づいて、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
画像処理技術を利用することで、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整することができる。しかし、上記の方法では、半導体ウェーハを試料ステージに保持したままでは、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角度を検出することができない。イオンを注入した半導体ウェーハを試料ステージから外して画像取得装置に設置しないことには、傾斜方向と傾斜角度を検出することができない。
【００１０】
本発明は、上記の問題意識に基づいて創作された。本発明では、半導体ウェーハを試料ステージから外さないでステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角度を検出し、半導体ウェーハを試料ステージから外さないでステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整することができる技術を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ビーム発生装置から発生するビームをステンシルマスク越しに半導体ウェーハに照射する方法に関する。本発明の方法では、ステンシルマスクと半導体ウェーハが平行に調整されている状態で、ステンシルマスク越しに半導体ウェーハを照射する。
本発明の照射方法は、導電性の半導体ウェーハをビームの照射位置に配置する工程と、ステンシルマスクをビーム発生装置と半導体ウェーハの間に配置する工程を備えている。本発明で用いるステンシルマスクは、半導体ウェーハに対向して配置される面に、相互に絶縁されているとともに面積比が既知である少なくとも３個のキャパシタ電極が形成されている。本発明の方法は更に、各キャパシタ電極と半導体ウェーハの間の静電容量を測定する工程と、各キャパシタ電極で得られた測定結果からステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出する工程と、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜角の少なくとも一方を調整してステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する工程を備えている。
【００１２】
ステンシルマスク又は半導体ウェーハの面内の少なくとも３箇所で、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離を測定することができれば、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出することができるはずである。しかしながら、そのためには、前記距離を極めて高精度に測定する必要がある。常識的にみて、ステンシルマスクに形成されているキャパシタ電極と半導体ウェーハで構成されるキャパシタの静電容量からステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離を計測する技術では、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の平行度を検出するのに必要な精度で距離を測定することが困難であると思われる。実際に、ビーム照射装置内で静電容量を測定すると、大きなノイズが混入する。イオンビームがステンシルマスクにチャージアップする現象、半導体ウェーハに注入されたイオンビームがＧＮＤラインに流れる現象、ビーム照射装置の電源やモータから発生する電気的ノイズ等に起因して、ビーム照射装置内で静電容量を測定すると、大きなノイズが混入する。ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の静電容量からステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離を計測する技術では、両者間の距離を正確に測定するができない。
【００１３】
静電容量からではステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離を正確に測定するができないにもかかわらず、本発明者らの研究によって、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角については、静電容量から正確に検出できることが見出された。前記したように、ビーム照射装置内で静電容量を測定すると、大きなノイズが混入する。そこで、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離を正確に測定するができない。しかしながら、ステンシルマスクに少なくとも３個のキャパシタ電極を形成し、各キャパシタ電極と半導体ウェーハの間の静電容量を測定すると、前記したノイズが各キャパシタ電極と半導体ウェーハの間の静電容量に混入するために、ノイズの影響を相殺することができる。ステンシルマスクに１個のキャパシタ電極を形成する場合、ステンシルマスクと半導体ウェーハ間の距離を正確に測定するができない。ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出するための精度では測定することができない。ステンシルマスクに形成するキャパシタ電極を３個以上に分割する場合（以下では例示のために、電極１，２，３ということにする）、電極１と半導体ウェーハ間の距離、電極２と半導体ウェーハ間の距離、電極３と半導体ウェーハ間の距離の各々については、高精度で測定することができない。しかしながら、ノイズの影響を相殺することができるために、電極１と半導体ウェーハ間の距離と電極２と半導体ウェーハ間の距離の差は正確に測定することができる。同様に、電極２と半導体ウェーハ間の距離と電極３と半導体ウェーハ間の距離の差は正確に測定することができ、電極３と半導体ウェーハ間の距離と電極１と半導体ウェーハ間の距離の差は正確に測定することができる。
【００１４】
本発明では、少なくとも３個のキャパシタ電極を利用してノイズの影響を相殺する。その結果、静電容量の測定から、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出することが可能となった。
静電容量は、半導体ウェーハを試料ステージから外さないで測定できる。またステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する作業をしながら静電容量を測定できる。本方法によると、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する作業を短時間で完了でき、しかも平行に調整されたことを確認してからビームの照射工程を実施することができる。本方法では、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する際に、静電容量を測定する。画像を取得する必要もなければ、画像を解析する必要もない。その為に、迅速に調整作業を完了することができる。
【００１５】
複数個のキャパシタ電極が全て同じ面積であるステンシルマスクを用いることが好ましい。この場合、２つのキャパシタ電極で得られた測定結果の差が複数個得られる。先に例示した場合、電極１と半導体ウェーハ間の静電容量と電極２と半導体ウェーハ間の静電容量の差と、電極２と半導体ウェーハ間の静電容量と電極３と半導体ウェーハ間の静電容量の差と、電極３と半導体ウェーハ間の静電容量と電極１と半導体ウェーハ間の静電容量の差という、３つの差が得られる。この場合、複数個の差から、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出することが好ましい。
【００１６】
上記の場合、それぞれの差が直接的に傾斜角に対応する。それぞれの差からはノイズの影響が除去されている。全部の差がゼロになるように調整作業を続ければ、ステンシルマスクと半導体ウェーハは平行に調整される。全部の差がゼロであれば、ステンシルマスクと半導体ウェーハは平行に調整されたとしてよい。簡単に調整作業を進めることができ、調整作業が完了したことを明確に知ることができる。
【００１７】
複数個のキャパシタ電極が誘電体層で被覆されているステンシルマスクを用いることが望ましい。これにより更に静電容量の測定感度を上げることができる。
キャパシタ電極と半導体ウェーハ間の静電容量は、両者間の距離に反比例し、両者の対向面積に比例し、両者間の比誘電率に比例する。すなわち、両者間に比誘電率の大きい物質が存在する場合、静電容量が大きくなる。ビーム照射装置内は真空となっており、その場合は比誘電率が「１」と小さく、得られる静電容量が小さい。キャパシタ電極を誘電体層で被覆すると、比誘電率が上昇し、静電容量が大きくなる。これにより静電容量の測定感度がよくなる。
【００１８】
本発明は、ビーム照射装置に具象化することもできる。本発明のビーム照射装置は、ビーム発生装置が発生するビームをステンシルマスク越しに半導体ウェーハに照射する装置であり、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する機能を備えている。本発明のビーム照射装置は、ビーム発生装置と、半導体ウェーハを保持する試料ステージと、ビーム発生装置と試料ステージの間にあって、試料ステージで保持されている半導体ウェーハに対向する姿勢にステンシルマスクを保持するマスクステージと、静電容量を測定する測定手段と、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出する検出手段と、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する調整手段を備えている。
半導体ウェーハは導電性を有しており、ステンシルマスクの半導体ウェーハに対向して配置される面には、相互に絶縁されているとともに面積比が既知である少なくとも３個のキャパシタ電極が形成されている。測定手段は、各キャパシタ電極と半導体ウェーハの間の静電容量を測定し、検出手段は、各キャパシタ電極で得られた測定結果から、ステンシルマスクと半導体ウェーハの傾斜方向と傾斜角を検出し、調整手段は、検出手段の検出結果に基づいて、試料ステージとマスクステージの傾斜角の少なくとも一方を調整する。
【００１９】
本発明のビーム照射装置によると、ステンシルマスクに形成されている少なくとも３個のキャパシタ電極と半導体ウェーハ間の静電容量を用いて、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整することができる。その為、平行に調整した状態でステンシルマスク越しに半導体ウェーハにビームを照射することができる。
【００２０】
キャパシタ電極と半導体ウェーハの静電容量を測定するには、キャパシタ電極を静電容量測定手段に接続する必要がある。キャパシタ電極は、半導体ウェーハと対向する面に形成されており、静電容量測定手段に接続することが難しい。
その問題を解決するためには、ステンシルマスクの各キャパシタ電極に対応する位置にステンシルマスクの表裏を貫通する導電部を形成しておくことが好ましい。この場合、各導電部に接触・離反するコンタクトピンを配置しやすい。コンタクトピンは、ステンシルマスクと半導体ウェーハの間に配置する必要がなく、ビーム発生装置とステンシルマスクの間に配置すればよい。コンタクトピンをステンシルマスクに接触したり離反したりすることができるようにしておくと、ステンシルマスクを交換しやすい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の方法によれば、ステンシルマスクの半導体ウェーハと対向する面に少なくとも３個のキャパシタ電極が形成されており、各々のキャパシタ電極と半導体ウェーハ間の静電容量に基づいて、ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整することができる。ステンシルマスクと半導体ウェーハを平行に調整する作業を迅速に行うことができる。また、半導体ウェーハを試料ステージから外さないで平行度を測定でき、平行に調整されたことを確認してからビームの照射工程を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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）ステンシルマスクの半導体ウェーハと対向する面に、同一面積を持った３個のキャパシタ電極が形成されている。キャパシタ電極はお互いに絶縁されており、かつステンシルマスク本体からも絶縁されている。
（特徴２）複数個のキャパシタ電極が、ステンシルマスクの中心に対して対称位置に配置されている。
（特徴３）ステンシルマスクの半導体ウェーハと対向しない面に、相互に絶縁されている複数個の表面電極が形成されている。対応する表面電極とキャパシタ電極は、ステンシルマスクを貫通する導電部で導電している。
（特徴４）試料ステージは、半導体ウェーハの傾斜角を調整する調整手段を備えている。
（特徴５）マスクステージは、ステンシルマスクの傾斜角を調整する調整手段を備えている。
【実施例】
【００２３】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例のビーム照射装置２の断面図を示す。本実施例のビーム照射装置２は、ビーム発生装置３と、マスクステージ４と、試料ステージ４２と、試料ステージ４２の傾斜角を自由に調整することができる調整手段４０を備えている。また、本実施例のビーム照射装置２は、静電容量を測定する測定手段２８と、ステンシルマスクと半導体ウェーハとの傾きを検出する検出手段３２と、調整手段４０を制御する制御手段３６を備えている。参照番号８はステンシルマスクである。参照番号４４は半導体ウェーハであり、導電性である。ステンシルマスク８の中央部には、半導体ウェーハ４４上にエネルギービーム１２を照射する範囲であるシリコンメンブレン４６が形成されている。またシリコンメンブレン４６内には複数個の貫通孔１１が形成されている。ステンシルマスク８の周辺部であって、半導体ウェーハ４４と対向しない面８ａには静電チャック１０が配置されている。
【００２４】
図２（Ａ）にはステンシルマスク８及び静電チャック１０を、ステンシルマスク８が半導体ウェーハ４４と対向しない面８ａ側から見た図を示す。図２（Ｂ）には図２（Ａ）のＢ−Ｂ’線で見た断面図を示す。図２（Ｃ）には、ステンシルマスク８及び静電チャック１０を、ステンシルマスク８が半導体ウェーハ４４と対向する側の面８ｂ側から見た図を示す。
図２（Ａ）に示すように、ステンシルマスク８の中央部には、シリコンメンブレン４６が形成されている。シリコンメンブレン４６の中には複数個の貫通孔１１が形成されている。図２（Ｂ）に示すように、半導体ウェーア８のシリコンメンブレン４６が形成されている中央部では、半導体ウェーア８の周辺部に比べて厚さが薄くなっている。ステンシルマスク８の周辺部から中央部のシリコンメンブレン４６に向かう範囲には斜面部４７が形成されている。図２（Ａ）に示すように、ステンシルマスク８周辺部の表面８ａにはリング状の静電チャック１０が配置されている。静電チャック１０は絶縁体で形成されており、ステンシルマスク８とは導通しない。また、静電チャック１０には、静電チャック１０を貫通する電極取出し口１５ａ、１５ｂ、１５ｃが形成されており、電極取出し口１５ａ、１５ｂ、１５ｃの底面にはステンシルマスク８の表面８ａが露出している。電極取出し口１５ａ、１５ｂ、１５ｃの中心には導電性のコンタクトピン１４ａ、１４ｂ、１４ｃが突出している。
【００２５】
図２（Ｂ）を用いてステンシルマスク８の構造を説明する。ステンシルマスク８の半導体ウェーハ４４と対向する面８ｂには絶縁層６が形成される。絶縁層６の表面にはキャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃが形成されている。キャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの面積は等しく、図２（Ｃ）に示すように、ステンシルマスク８の中心に対して対称位置に形成される。またキャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃはお互いに絶縁されている。ステンシルマスク８のキャパシタ電極２４ａが形成されている領域に貫通孔１８ａが形成されている。ステンシルマスク８のキャパシタ電極２４ｂが形成されている領域に貫通孔１８ｂが形成されている。ステンシルマスク８のキャパシタ電極２４ｃが形成されている領域に貫通孔１８ｃが形成されている。貫通孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃ周辺の構造は全て等しいため、重複説明を省くためにキャパシタ電極２４ａに形成された貫通孔１８ａを用いて説明を行う。
【００２６】
貫通孔１８ａの側面と貫通孔１８ａのステンシルマスク８の表面８ａ周辺には絶縁層２２ａが形成されている。絶縁層２２ａの中心は金属２０ａで埋められている。絶縁層２２ａは、ステンシルマスク８の裏面８ｂに形成されている絶縁層６と、貫通孔１８ａのステンシルマスク８の裏面８ｂ周辺で連続している。その為、貫通孔１８ａを通して金属２０ａがステンシルマスク８と導通することはない。金属２０ａはキャパシタ電極２４ａと接しており、金属２０ａはキャパシタ電極２４ａと導通している。金属２０ａの一部は、ステンシルマスク８の絶縁層２２ａが形成されている範囲の表面８ａに突出しており、表面電極１６ａを形成している。その為、表面電極１６ａはキャパシタ電極２４ａと導通する。
図２（Ｂ）に示すように、ステンシルマスク８の表面８ａであり、表面電極１６ａが形成されている領域には、前述した電極取出し口１５ａが配置されている。これにより、電極取出し口１５ａを通してステンシルマスク８の表面８ａ側から表面電極１６ａと接続することができる。電極取出し口１５ａに導電性を有するコンタクトピン１４ａを挿入し、コンタクトピン１４ａを表面電極１６ａに接触させる。これによって、金属２０ａ及び表面電極１６ａを通してキャパシタ電極２４ａとコンタクトピン１４ａは導通する。ステンシルマスク８の表面８ａ側からキャパシタ電極２４ａと導通することができる。
【００２７】
本実施例では、図１に示すように、半導体ウェーハ４４を試料ステージ４２に配置し、ステンシルマスク８をマスクステージ４に配置する。これにより３個のキャパシタ電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、半導体ウェーハ４４と対向して配置される。本実施例のビーム照射装置２は、静電容量を測定する測定手段２８を有している。測定手段２８は、一方において、コンタクトピン１４ａ，１４ｂ，１４ｃの各々に接続され、他方において半導体ウェーハ４４に接続されている。測定手段２８は、コンタクトピン１４ａを介してキャパシタ電極２４ａと半導体ウェーハ４４間の静電容量を測定し、コンタクトピン１４ｂを介してキャパシタ電極２４ｂと半導体ウェーハ４４間の静電容量を測定し、コンタクトピン１４ｃを介してキャパシタ電極２４ｃと半導体ウェーハ４４間の静電容量を測定する。
本実施例では、前述したようにキャパシタ電極２４ａ，２４ｂ，２４ｃと導通したコンタクトピン１４ａ，１４ｂ，１４ｃがステンシルマスク８の表面８ａに突出している。測定手段２８をコンタクトピン１４ａ，１４ｂ，１４ｃの各々に配線２６を介して接続することで、キャパシタ電極２４に直接配線２６を接続する場合に比べて容易に静電容量を測定することができる。
各々のキャパシタ電極２４と半導体ウェーハ４４との静電容量の測定結果３０は、検出手段３２に転送される。
【００２８】
検出手段３２は、受け取った静電容量の測定結果（３個の測定結果）３０を基にして、ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４との傾斜方向と傾斜角を検出する。測定手段２８で測定された３種類の静電容量Ｃｎ（ｎ＝１、２、３）は式１のように表される。
【数１】
2009021393.tif 000003
式１の第１項は有効静電容量を示し、第２項はノイズ成分ΔＣｎを示す。ここでｎはそれぞれのキャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃに対応し、キャパシタ電極２４ａを用いて測定された静電容量をＣ１とし、ノイズ成分をΔＣ１とする。またキャパシタ電極２４ｂを用いて測定された静電容量をＣ２とし、ノイズ成分をΔＣ２とする。またキャパシタ電極２４ｃを用いて測定された静電容量をＣ３とし、ノイズ成分をΔＣ３とする。
有効静電容量を示す第１項において、ε０は真空の誘電率（８．８５４Ｅ−１４Ｆ／ｃｍ）を示し、一定値である。εｓは電極間の空隙に存在する物質（真空の場合は真空を意味する。）の比誘電率を示し、空隙に存在する物質によって一定の値を示す。Ａは電極の面積を示し、対向する電極同士の面積が異なる場合には狭い電極の面積を示す。本実施例では、半導体ウェーハ４４よりもキャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの面積が狭い為に、キャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの面積を示す。またｄは電極間の距離を示す。本実施例では各々のキャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃが形成されている領域内でのキャパシタ電極２４と半導体ウェーハ４４間の距離を示す。ノイズ成分ΔＣｎの原因は、主としてビーム照射装置２から測定手段２８に重畳された電気ノイズである。ノイズ源には、ビーム照射装置２を動作させる駆動モータや電源から発生するノイズなどが存在する。
【００２９】
本実施例のビーム照射装置２のような製造装置では、ノイズ成分ΔＣｎを無視することができない。この場合、測定された静電容量Ｃｎから有効静電容量を知ることができない本実施例では、キャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃの面積が全て同じである。したがってノイズ成分ΔＣ１＝ΔＣ２＝ΔＣ３とすることができる。その為、キャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃを用いて測定された静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の差を求めることで、ノイズ成分ΔＣｎを打ち消すことができる。
キャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃと半導体ウェーハ４４の距離が等しければ、すなわち、ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４が平行であれば、Ｃ１―Ｃ２はゼロであり、Ｃ２―Ｃ３はゼロであり、Ｃ３―Ｃ１はゼロであるはずである。Ｃ１―Ｃ２がゼロでなければ、キャパシタ電極２４ａと半導体ウェーハ４４の距離とキャパシタ電極２４ｂと半導体ウェーハ４４の距離に差があることがわかる。その距離の差はＣ１―Ｃ２に依存する。Ｃ１―Ｃ２とＣ２―Ｃ３とＣ３―Ｃ１の３種類の値から、半導体ウェーハ４４からキャパシタ電極２４ａまでの距離とキャパシタ電極２４ｂまでの距離とキャパシタ電極２４ｃまでの距離の差がわかる。従って、ステンシルマスク８が半導体ウェーハ４４に対してどの方向にどの角度で傾斜しているのかがわかる。すなわちＣ１―Ｃ２とＣ２―Ｃ３とＣ３―Ｃ１の３種類の値から、ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４の傾斜方向と傾斜角を検出することができる。その傾斜角を打ち消す方向に試料ステージ４２を傾斜させると、Ｃ１―Ｃ２とＣ２―Ｃ３とＣ３―Ｃ１の３種類の値がゼロに近づく。ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４が平行に調整されれば、Ｃ１―Ｃ２とＣ２―Ｃ３とＣ３―Ｃ１の３種類の値が全部ゼロになる。Ｃ１―Ｃ２とＣ２―Ｃ３とＣ３―Ｃ１の３種類の値が全部ゼロになってからビーム発生装置３を運転させれば、ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４が平行に調整された状態で半導体ウェーハ４４にビームが照射される。
【００３０】
検出手段３２は、図３（Ａ）のように、ステンシルマスク８と半導体ウェーア４４の間に傾きが存在する場合、その傾きを検出して測定結果３４を作成する。検出手段３２は調整手段４０の制御手段３６に測定結果３４を転送する。
【００３１】
制御手段３６は、受け取った測定結果３４を基に調整手段４０を制御する。図３（Ａ）の参照番号４８に示すように、調整手段４０を用いて半導体ウェーハ４４の傾斜角を調整し、図３（Ｂ）に示すように、ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４を平行に調整する。調整手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃは試料ステージ４２の裏面４２ｂに形成されており、制御手段３６と別々の配線３８ａ、３８ｂ、３８ｃによって接続されている。その為、制御手段３６は調整手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃの各々を独立に制御することができる。調整手段４０は試料ステージ中心に対して対称に配置されている。また調整手段４０は、キャパシタ電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃに対応した位置の試料ステージ４２の裏面４２ｂに形成されている。これにより、制御手段３６は測定結果３４に基づいて調整手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃを容易に制御することができる。これにより、ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４を容易に平行に調整することができる。
【００３２】
本発明の実施例では、画像取得など、長時間が必要な処理を含まない。迅速に調整を行うことができる。生産タクトを短くすることができる。
【００３３】
（第２実施例）
本発明で使用されるステンシルマスク８では、キャパシタ電極２４の表面に、比誘電率の大きい物質によって誘電層が形成されていることが好ましい。図４に本発明の第２実施例で使用されるキャパシタ電極２４の表面に誘電層５０が形成されたステンシルマスク８を示す。図４にはステンシルマスク８をマスクステージ４に配置した場合に、ステンシルマスク８と対向する半導体ウェーハ４４も描写されており、キャパシタ電極と半導体ウェーハ４４の距離ｄの間に、厚みｄ４の誘電層５０が形成され、誘電層５０と半導体ウェーハ４４との距離がｄ３となることが示されている。
キャパシタ電極２４の表面に誘電層５０が形成されることで、ステンシルマスク８を半導体ウェーハ４４に対向して配置したときに、キャパシタ電極２４と半導体ウェーハ４４の電極間に誘電層５０が挿入される。誘電層５０は比誘電率εｓが大きい。式１の第１項の有効静電容量は、電極の空隙の比誘電率εｓに比例する。その為、比誘電率εｓが大きい誘電層５０を挿入することで、測定される有効静電容量は大きくなり、検出感度が向上する。また、ノイズ成分ΔＣｎへの耐性が向上する。図４で、誘電率がεｓ１の誘電層５０が形成され、誘電層５０と半導体ウェーハ４４の間に誘電率がεｓ２の空隙が形成された場合の静電容量Ｃｎを式２に示す。
【数２】
2009021393.tif 000004
【００３４】
キャパシタ電極２４の表面に絶縁層を形成する際には、通常の半導体ウェーハに絶縁層を形成する手法を用いて形成することができる。例えばシリコン熱酸化膜では比誘電率は３．８〜３．９である。また、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法により形成されるシリコン窒化膜では４．５〜９．０と、いずれも真空の誘電率１．０に比べて比誘電率が大きく、検出感度を向上させることができる。
キャパシタ電極２４の表面に誘電層５０を形成することの効果は検出感度の向上、及びノイズ成分ΔＣｎへの耐性の向上に留まらない。キャパシタ電極２４の表面に誘電層５０を塗布することで、キャパシタ電極２４が形成されたステンシルマスク８を用いてエネルギービームを照射した場合でもキャパシタ電極２４がスパッタされることがない。キャパシタ電極２４を形成している金属により半導体ウェーハ４４を汚染することがない。また誘電層５０は、図４に示すように、キャパシタ電極２４の表面に形成され、ステンシルマスク８のシリコンメンブレン４６には形成されない。シリコンメンブレン４６には複数の貫通孔１１が形成されており、またその厚さも薄く、ステンシルマスク８の周辺部と比較して強度が弱い。誘電層５０をキャパシタ電極２４の表面にのみ形成することでシリコンメンブレン４６と誘電層５０に段差を作ることができ、シリコンメンブレン４６が半導体ウェーハなど外部の物体と接触する可能性を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例のビーム照射装置２の模式図を示す。
【図２】第１実施例で使用されるステンシルマスク８と静電チャック１０を示す。（Ａ）には表面８ａから見た表面図を示す。（Ｂ）にはＢ−Ｂ’線でみた断面図を示す。（Ｃ）には表面８ｂからみた裏面図を示す。
【図３】ステンシルマスク８と半導体ウェーハ４４の平行状態を示した図である。（Ａ）は平行でない状態を示す。（Ｂ）は平行である状態を示す。
【図４】本発明の第２実施例で使用されるステンシルマスク８の断面図を示す。
【符号の説明】
【００３６】
２・・・・・ビーム照射装置
３・・・・・ビーム発生装置
４・・・・・マスクステージ
６・・・・・絶縁層
８・・・・・ステンシルマスク
８ａ・・・・ステンシルマスクの表面
８ｂ・・・・ステンシルマスクの裏面
１０・・・・静電チャック
１１・・・・貫通孔
１２・・・・エネルギービーム
１４・・・・コンタクトピン
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・コンタクトピン
１５・・・・電極取出し口
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・電極取出し口
１６・・・・表面電極
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・・表面電極
１８・・・・貫通孔
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ・・・貫通孔
２０・・・・金属
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・金属
２２・・・・絶縁層
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・絶縁層
２４・・・・キャパシタ電極
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ・・・キャパシタ電極
２６・・・・配線
２８・・・・測定手段
３０・・・・測定結果
３２・・・・検出手段
３４・・・・検出結果
３６・・・・制御手段
３８・・・・配線
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ・・・配線
４０・・・・調整手段
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・調整手段
４２・・・・試料ステージ
４２ｂ・・・試料ステージの裏面
４４・・・・半導体ウェーハ
４６・・・・シリコンメンブレン
４７・・・・斜面部
４８・・・・矢印
５０・・・・誘電層
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ・・・誘電層
【図１】
2009021393.tif 000005
【図２】
2009021393.tif 000006
【図３】
2009021393.tif 000007
【図４】
2009021393.tif 000008