(57)【要約】【課題】精度の高い位置計測に有利なパターン形成技術を提供する。【解決手段】パターン形成方法は、膜の形成、第１レジストを塗布する第１塗布、前記第１レジストを露光する第１露光、前記第１レジストを現像する第１現像および前記膜をエッチングする第１エッチングを含む第１リソグラフィー工程により少なくとも１つの第１エッジ対を含む第１エッジ群を前記膜に形成する第１工程と、第２レジストを塗布する第２塗布、前記第２レジストを露光する第２露光、前記第２レジストを現像する第２現像および前記膜をエッチングする第２エッチングを含む第２リソグラフィー工程により少なくとも１つの第２エッジ対を含む第２エッジ群を前記膜に形成する第２工程とを含み、前記第１エッジ対は、第１対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジで構成され、前記第２エッジ対は、第２対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジで構成される。【選択図】図１
2010073817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエッジを含むパターンを基板の上に形成するパターン形成方法であって、
膜の形成、第１レジストを塗布する第１塗布、前記第１レジストを露光する第１露光、前記第１レジストを現像する第１現像および前記膜をエッチングする第１エッチングを含む第１リソグラフィー工程により少なくとも１つの第１エッジ対を含む第１エッジ群を前記膜に形成する第１工程と、
第２レジストを塗布する第２塗布、前記第２レジストを露光する第２露光、前記第２レジストを現像する第２現像および前記膜をエッチングする第２エッチングを含む第２リソグラフィー工程により少なくとも１つの第２エッジ対を含む第２エッジ群を前記膜に形成する第２工程とを含み、
前記第１エッジ対は、第１対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジで構成され、前記第２エッジ対は、第２対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジで構成される、
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１対称軸と前記第２対称軸とが共通である、
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１エッジ群は、複数の第１エッジ対を含み、前記第２エッジ群は、複数の第２エッジ対を含み、
前記第１工程および前記第２工程を経て前記膜に複数のマークからなるパターンが形成され、各マークは、当該マークについての対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジで構成される第１エッジ対と、前記対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジで構成される第２エッジ対とを含み、
前記複数のマークに含まれる複数の前記第１エッジ対および複数の前記第２エッジ対は、共通対称軸に関して対称な位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１エッジ対を構成する２つの第１エッジの一方および前記第２エッジ対を構成する２つの第２エッジの一方によって１つのラインの平行な２つの辺が構成され、前記第１エッジ対を構成する２つの第１エッジの他方および前記第２エッジ対を構成する２つの第２エッジの他方によって他の１つのラインの平行な２つの辺が構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１エッジ対を構成する２つの第１エッジの一方により１つのラインの１つの辺が構成され、前記第１エッジ対を構成する２つの第１エッジの他方により他の１つのラインの１つの辺が構成され、
前記第２エッジ対を構成する２つの第２エッジの一方により１つのラインの１つの辺が構成され、前記第２エッジ対を構成する２つの第２エッジの他方により他の１つのラインの１つの辺が構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第１エッジ対を構成する２つの第１エッジによって１つのラインの平行な２つの辺が構成され、前記第２エッジ対を構成する２つの第２エッジによって他の１つのラインの平行な２つの辺が構成される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記第１エッジの数と前記第２エッジの数とが等しい、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記第１工程で前記第１エッジ群のほかにデバイスパターンの一部のエッジを形成し、前記第２工程で前記第２エッジ群のほかにデバイスパターンの他の一部のエッジを形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項にパターン形成方法。
【請求項９】
複数のエッジを含むパターンを基板の上に形成するパターン形成方法であって、
膜の形成、第１レジストを塗布する第１塗布、前記第１レジストを露光する第１露光、前記第１レジストを現像する第１現像および前記膜をエッチングする第１エッチングを含むリソグラフィー工程により複数の第１エッジを前記膜に形成する第１工程と、
第２レジストを塗布する第２塗布、前記第２レジストを露光する第２露光、前記第２レジストを現像する第２現像および前記膜をエッチングする第２エッチングを含むリソグラフィー工程により複数の第２エッジを前記膜に形成し、これにより第１ライン、第２ラインおよび第３ラインを形成する第２工程とを含み、
前記第１ラインと前記第３ラインとの間に前記第２ラインが配置され、前記第１ライン、前記第２ラインおよび前記第３ラインは、各々１つの前記第１エッジと１つの前記第２エッジとによって構成され、
前記第１ラインと前記第２ラインとは、第１対称軸に関して互いに対称な位置に配置され、前記第２ラインと前記第３ラインとは、第２対称軸に関して互いに対称な位置に配置されている、
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１０】
オフセット値の決定方法であって、
請求項９に記載のパターン形成方法によって第１ライン、第２ラインおよび第３ラインを含むパターンを形成する工程と、
前記第１ラインの位置と前記第２ラインの位置との距離である第１距離、および、前記第２ラインの位置と前記第３ラインの位置との距離である第２距離を計測する工程と、
前記第１距離および前記第２距離に基づいて、前記第１ライン、第２ラインおよび第３ラインを含むパターンの各位置の計測誤差をオフセット値として計算する工程と、
を含むことを特徴とするオフセット値の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法およびオフセット値の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等のデバイスの製造工程は、リソグラフィー工程の繰り返しを含む。リソグラフィー工程は、例えば、ウエハ（基板）の上への膜の形成、該膜の上へのレジスト（感光剤）の塗布、該レジストの露光、該レジストの現像（つまり、レジストパターンの形成）および該膜のエッチングを含みうる。
【０００３】
図７は、半導体デバイス等のデバイスを製造するための露光工程において使用される露光装置の概略構成を示す図である。露光装置では、レチクル（原版）Ｒが不図示の照明系によって照明され、該レチクルのパターンが投影光学系ＵＬによってウエハステージＳＴＧ上のウエハ（基板）Ｗに投影される。これにより、ウエハＷの上に塗布されているレジストが露光され、該レジストに潜像が形成される。レジストは、現像工程において現像され、これによりレジストパターンが形成される。このレジストパターンをマスクとして、その下の膜がエッチングされうる。
【０００４】
リソグラフィー工程において、デバイスのパターンとともにアライメントマークＷＭが形成される。アライメントマークＷＭは、オフアクシススコープＯＡＳを使って観察され、その位置が検出される。オフアクシススコープＯＡＳでは、照明ユニットＩＬによって結像光学系Ｌ１を介してアライメントマークＷＭが照明される。アライメントマークＷＭからの反射光は、ビームスプリッタＢＳおよび結像光学系Ｌ２を介して撮像ユニットＳの撮像面にアライメントマークＷＭの像を形成する。撮像ユニットＳによって撮像されたアライメントマークＷＭの像を画像処理することによってアライメントマークＷＭの位置が検出される。
【０００５】
近年、装置の構成を変えずにより高解像度のパターンを形成するダブルパターニングが注目されている。ダブルパターニングは、第１リソグラフィー工程によってライン等の閉図形の一部のエッジである第１エッジを形成し、２回目のリソグラフィー工程によって当該閉図形の他の一部のエッジである第２エッジを形成する技術である。ダブルパターニングで形成したレイヤーのパターンに対して次のレイヤーのパターンをアライメントする際は、第１エッジと第２エッジとを含むアライメントマークの位置を検出する必要がある。
【０００６】
図８は、ダブルパターンニングによるアライメントマークの形成と該アライメントマークの検出信号を説明するための図である。図８（ａ）は、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を含むパターンであるアライメントマークＷＭの平面図である。図８（ａ）〜（ｆ）は、パターン形成方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【０００７】
図８（ｂ）、（ｃ）は、第１工程を説明する図である。第１工程では、第１リソグラフィー工程により第１エッジを形成する。第１リソグラフィー工程は、ウエハＷ上への膜Ｆの形成、膜Ｆの上に第１レジストＲＧ１を塗布する第１塗布、第１レジストＲＧ１を露光する第１露光、第１レジストＲＧ１を現像する第１現像および膜Ｆをエッチングする第１エッチングを含む。図８（ｂ）は、第１レチクルＲ１を使って実行される第１露光の様子、図８（ｃ）は、第１現像によって形成される第１レジストパターンＲＧＰ１をマスクとして実行される第１エッチングの後の様子を模式的に示している。第１工程によって、膜Ｆがパタニングされて膜Ｆ'となる。膜Ｆ'には、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のそれぞれ左側のエッジが第１エッジとして形成されている。
【０００８】
図８（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、第２工程を説明する図である。第２工程は、第２リソグラフィー工程により第２エッジを形成する。第２リソグラフィー工程は、膜Ｆ'の上に第２レジストＲＧ２を塗布する第２塗布、第２レジストＲＧ２を露光する第２露光、第２レジストＲＧ２を現像する第２現像および膜Ｆ'をエッチングする第２エッチングを含む。図８（ｄ）は、第２現像によって形成される第２レジストパターンＲＧＰ２をマスクとして実行される第２エッチングの後の様子、図８（ｆ）は、第２レジストパターンＲＧＰ２の除去後のマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を模式的に示している。第２工程によって、膜Ｆ'がパタニングされて、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を有する膜Ｆ"となる。膜Ｆ"には、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のそれぞれ右側のエッジが第２エッジとして形成されている。
【０００９】
マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を含むアライメントマークＷＭがオフアクシススコープＯＡＳによって観察され、アライメントマークＷＭの位置が検出される。
【００１０】
図８（ｇ）は、オフアクシススコープＯＡＳの撮像ユニットＳから出力される信号をＡＤ変換し１次元の波形に変換したマーク信号（ｍａｒｋ  ｓｉｇｎａｌ）の波形である。画像処理ユニットは、マーク信号の波形から処理領域Ｗ１〜Ｗ４を抽出し、処理領域Ｗ１〜Ｗ４の波形に対してテンプレートマッチングを行って、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を求める。画像処理ユニットは、更に、ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を平均することによって、アライメントマークＷＭの位置ｐｏｓＸａｖｅを計算する。
【００１１】
図８（ｆ）に例示するマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を含むアライメントマークＷＭは、第１エッジと第２エッジとを含んでいる。したがって、第１露光を含む第１工程におけるライメント精度と第２露光を含む第２工程におけるアライメント精度とが平均化された位置検出結果が得られる。
【特許文献１】特開２００８−９６９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
第１工程と第２工程とにおいて、露光条件及び／又はエッチング条件が変わってしまった場合、図８（ｇ）に例示するように、第１工程で形成したエッジ形状と第２工程で形成したエッジ形状とが異なりうる。これにより、アライメントマークＷＭの検出信号であるマーク信号の波形が非対称となり、テンプレートマッチングが正しく行われず計測誤差（ｄＸ１〜ｄＸ４≠０，ｄＸａｖｅ＝（１／４）ΣｄＸｉ≠０（ｉ＝１〜４））が発生しうる。
【００１３】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、精度の高い位置計測に有利なパターン形成技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の側面は、複数のエッジを含むパターンを基板の上に形成するパターン形成方法に係り、前記パターン形成方法は、膜の形成、第１レジストを塗布する第１塗布、前記第１レジストを露光する第１露光、前記第１レジストを現像する第１現像および前記膜をエッチングする第１エッチングを含む第１リソグラフィー工程により少なくとも１つの第１エッジ対を含む第１エッジ群を前記膜に形成する第１工程と、第２レジストを塗布する第２塗布、前記第２レジストを露光する第２露光、前記第２レジストを現像する第２現像および前記膜をエッチングする第２エッチングを含む第２リソグラフィー工程により少なくとも１つの第２エッジ対を含む第２エッジ群を前記膜に形成する第２工程とを含み、前記第１エッジ対は、第１対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジで構成され、前記第２エッジ対は、第２対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジで構成される。
【００１５】
本発明の第２の側面は、複数のエッジを含むパターンを基板の上に形成するパターン形成方法に係り、前記パターン形成方法は、膜の形成、第１レジストを塗布する第１塗布、前記第１レジストを露光する第１露光、前記第１レジストを現像する第１現像および前記膜をエッチングする第１エッチングを含むリソグラフィー工程により複数の第１エッジを前記膜に形成する第１工程と、第２レジストを塗布する第２塗布、前記第２レジストを露光する第２露光、前記第２レジストを現像する第２現像および前記膜をエッチングする第２エッチングを含むリソグラフィー工程により複数の第２エッジを前記膜に形成し、これにより第１ライン、第２ラインおよび第３ラインを形成する第２工程とを含み、前記第１ラインと前記第３ラインとの間に前記第２ラインが配置され、前記第１ライン、前記第２ラインおよび前記第３ラインは、各々１つの前記第１エッジと１つの前記第２エッジとによって構成され、前記第１ラインと前記第２ラインとは、第１対称軸に関して互いに対称な位置に配置され、前記第２ラインと前記第３ラインとは、第２対称軸に関して互いに対称な位置に配置されている。
【００１６】
本発明の第３の側面は、オフセット値の決定方法に係り、前記第２の側面に係るパターン形成方法によって第１ライン、第２ラインおよび第３ラインを含むパターンを形成する工程と、前記第１ラインの位置と前記第２ラインの位置との距離である第１距離、および、前記第２ラインの位置と前記第３ラインの位置との距離である第２距離を計測する工程と、前記第１距離および前記第２距離に基づいて、前記第１ライン、第２ラインおよび第３ラインを含むパターンの各位置の計測誤差をオフセット値として計算する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、例えば、精度の高い位置計測に有利なパターン形成技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態のパターン形成方法は、複数のエッジを含むパターンを基板の上に形成する。該パターン形成方法は、第１工程と、第２工程とを含む。
【００２０】
第１工程では、第１リソグラフィー工程により少なくとも１つの第１エッジ対を含む第１エッジ群を該膜に形成する。第１リソグラフィー工程は、膜の形成、第１レジストを塗布する第１塗布、該第１レジストを露光する第１露光、該第１レジストを現像する第１現像、および、該膜をエッチングする第１エッチングを含む。
【００２１】
第２工程では、第２リソグラフィー工程により少なくとも１つの第２エッジ対を含む第２エッジ群を該膜に形成する。第２リソグラフィー工程は、第２レジストを塗布する第２塗布、該第２レジストを露光する第２露光、前記第２レジストを現像する第２現像および前記膜をエッチングする第２エッチングを含む。
【００２２】
ここで、第１エッジ対は、第１対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジで構成され、第２エッジ対は、第２対称軸に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジで構成される。
【００２３】
半導体デバイス等のデバイスの製造において、第１工程では、第１エッジ群のほかに、デバイスパターンの一部のエッジが形成され、第２工程では、第２エッジ群のほかに、デバイスパターンの他の一部のエッジが形成されうる。
【００２４】
このパターン形成方法は、ダブルパターニングの他、１つのレイヤーのアライメントマークを構成する複数のマークの一部のマークを第１ソグラフィ工程で形成し、該複数のマークの他の一部のマークを第２リソグラフィ工程で形成する方法にも適用されうる。
【００２５】
図１は、本発明の好適な実施形態におけるパターン形成方法を説明する図である。図１（ａ）は、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を含むパターンであるアライメントマークＷＭの平面図である。図１（ａ）〜（ｆ）は、実施形態におけるパターン形成方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【００２６】
図１（ｂ）、（ｃ）は、第１工程を説明する図である。第１工程では、第１リソグラフィー工程により少なくとも１つの第１エッジ対ｅｐ１を含む第１エッジ群を形成する。１つの第１エッジ対ｅｐ１は、対称軸（第１対称軸）ｓ１に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジｅ１で構成される。
【００２７】
第１リソグラフィー工程は、ウエハＷ上への膜Ｆの形成、膜Ｆ上へ第１レジストＲＧ１を塗布する第１塗布、第１レジストＲＧ１を露光する第１露光、第１レジストＲＧ１を現像する第１現像および膜Ｆをエッチングする第１エッチングを含む。図１（ｂ）は、第１レチクルＲ１を使って実行される第１露光の様子、図１（ｃ）は、第１現像によって形成される第１レジストパターンＲＧＰ１をマスクとして実行される第１エッチングの後の様子を模式的に示している。第１工程によって、膜Ｆがパタニングされて膜Ｆ'となる。膜Ｆ'には、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のそれぞれに第１エッジｅ１が形成されている。
【００２８】
図１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、第２工程を説明する図である。第２工程では、第２リソグラフィー工程により少なくとも１つの第２エッジ対ｅｐ２を含む第２エッジ群を形成する。１つの第２エッジ対ｅｐ２は、対称軸（第２対称軸）ｓ１に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジｅ２で構成される。図１に示す実施形態では、第２エッジ対ｅｐ２についての第２対称軸は、第１エッジ対ｅｐ１についての第１対称軸と共通である。
【００２９】
第２リソグラフィー工程は、膜Ｆ'上へ第２レジストＲＧ２を塗布する第２塗布、第２レジストＲＧ２を露光する第２露光、第２レジストＲＧ２を現像する第２現像および膜Ｆ'をエッチングする第２エッチングを含む。図１（ｄ）は、第２現像によって形成される第２レジストパターンＲＧＰ２をマスクとして実行される第２エッチングの後の様子、図１（ｆ）は、第２レジストパターンＲＧＰ２の除去後のマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を模式的に示している。第２工程によって、膜Ｆ'がパタニングされて、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を有する膜Ｆ"となる。膜Ｆ"には、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のそれぞれに第２エッジｅ２が形成されている。
【００３０】
図１（ｇ）は、オフアクシススコープＯＡＳの撮像ユニットＳから出力される信号をＡＤ変換し１次元の波形に変換したマーク信号（ｍａｒｋ  ｓｉｇｎａｌ）の波形である。画像処理ユニットは、マーク信号の波形から処理領域Ｗ１〜Ｗ４を抽出し、処理領域Ｗ１〜Ｗ４の波形に対してテンプレートマッチングを行って、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を求める。画像処理ユニットは、更に、ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を平均することによって、アライメントマークＷＭの位置ｐｏｓＸａｖｅを算出する。
【００３１】
図１に示す実施形態では、第１エッジ対ｅｐ１を構成する２つの第１エッジｅ１が第１対称軸ｓ１に関して対称な位置に配置され、第２エッジ対ｅｐ２を構成する２つの第２エッジｅ２が第１対称軸ｓ１と共通な第２対処軸に関して対称な位置に配置される。このような構造のマークＭ１〜Ｍ４を形成することにより、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４をテンプレートマッチングによって求めたときの誤差ｄＸ１〜ｄＸ４を小さくすることができる。これは、第１工程と第２工程とで露光条件及び／又はエッチング条件が変わったとしても、図１（ｇ）に例示するように、各第１対称軸ｓ１に対応する処理中心に対して対称な波形を有するマーク信号が得られるからである。なお、図１（ｇ）に示す例では、第１エッジｅ１に対応する部分の波形と第２エッジｅ２に対応する部分の波形とでは、傾きが異なっている。
【００３２】
図１に示す実施形態では、第１エッジ群は複数の第１エッジ対ｅｐ１を含み、第２エッジ群は複数の第２エッジ対ｅｐ２を含み、第１工程および第２工程を経て、アライメントマークＷｍとして、膜Ｆに複数のマークＭ１〜Ｍ４からなるパターンが形成される。各マークは、当該マークについての対称軸ｓ１に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジで構成される第１エッジ対と、対称軸ｓ１に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジで構成される第２エッジ対とを含む。
【００３３】
また、図１に示す実施形態では、複数のマークＭ１〜Ｍ４に含まれる複数の第１エッジ対ｅｐ１および複数の第２エッジ対ｅｐ２は、共通対称軸ｃｓに関して対称な位置に配置されている。したがって、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４に基づいて計算されるアライメントマークＷＭの位置ｐｏｓＸａｖｅの誤差ｄＸａｖｅ（＝（１／４）ΣｄＸｉ（ｉ＝１〜４））が低減される。ここで、テンプレートマッチングにおける誤差だけを考える場合は、複数のマークＭ１〜Ｍ４に含まれる複数の第１エッジ対ｅｐ１および複数の第２エッジ対ｅｐ２は、共通対称軸ｃｓに関して対称な位置に配置する必要はない。しかし、結像光学系Ｌ１、Ｌ２には、通常は僅かな収差があるので、マークＭ１〜Ｍ４からなるアライメントマークＷＭの全体中心である共通対称軸ｃｓに関して複数の第１エッジ対ｅｐ１および複数の第２エッジ対ｅｐ２が対称な位置に配置されることが好ましい。
【００３４】
図２に示す実施形態でも、第１エッジ対ｅｐ１を構成する２つの第１エッジｅ１が第１対称軸ｓ１に関し対称な位置に配置され、第２エッジ対ｅｐ２を構成する２つの第２エッジｅ２が第１対称軸ｓ１と共通な第２対処軸に関し対称な位置に配置されている。よって、図２に示す実施形態でも、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４をテンプレートマッチングによって求めたときの誤差ｄＸ１〜ｄＸ４を小さくすることができる。
【００３５】
しかしながら、図２に示す実施形態では、複数のマークＭ１〜Ｍ４に含まれる複数の第１エッジ対ｅｐ１および複数の第２エッジ対ｅｐ２が共通対称軸ｃｓに関して対称な位置に配置されていない。よって、結像光学系Ｌ１、Ｌ２には収差がある場合は、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４に基づいて計算されるアライメントマークＷＭの位置ｐｏｓＸａｖｅの誤差ｄＸａｖｅ（＝（１／４）ΣｄＸｉ（ｉ＝１〜４））が大きくなりうる。
【００３６】
以上の点において、図２に示す実施形態よりも図１に示す実施形態の方が優れている。
【００３７】
図３は、図１に示す実施形態と同様の効果を奏する実施形態である。マークマークＭ１、Ｍ４にいついて、第１工程において、マークを構成する２つのラインの外側に第１エッジｅ１が形成され、第２工程において、マークを構成する２つのラインの内側に第２エッジｅ２が形成される。マークＭ２、Ｍ３にいついて、第１工程において、マークを構成する２つのラインの内側に第１エッジｅ１が形成され、第２工程において、マークを構成する２つのラインの外側に第２エッジｅ２が形成される。
【００３８】
図３に示す実施形態では、第１エッジ対ｅｐ１を構成する２つの第１エッジｅ１および第２エッジ対ｅｐ２を構成する２つの第２エッジｅ２が第１対称軸ｓ１に関して対称な位置に配置されている。また、マークＭ１〜Ｍ４からなるアライメントマークＷＭの全体中心である共通対称軸ｃｓに関して複数の第１エッジ対ｅｐ１および複数の第２エッジ対ｅｐ２が対称な位置に配置されている。よって、図３に示す実施形態でも、テンプレートマッチングの誤差を小さくすることができ、また、結像光学系Ｌ１、Ｌ２等に収差がある場合にでもｄＸ１≒−ｄＸ４，ｄＸ２≒−ｄＸ３であるので、アライメントマークＷＭの計測誤差を小さくすることができる。
【００３９】
以上の図１〜図３に示す実施形態は、ダブルパターニングによるパターン形成方法を例示するものである。これらの実施形態では、第１エッジ対を構成する２つの第１エッジの一方および第２エッジ対を構成する２つの第２エッジの一方によって１つのラインの平行な２つの辺が構成される。また、第１エッジ対を構成する２つの第１エッジの他方および第２エッジ対を構成する２つの第２エッジの他方によって他の１つのラインの平行な２つの辺が構成される。
【００４０】
図４、図５に示す実施形態では、１つのレイヤーのアライメントマークを構成する複数のマークの一部のマークを第１ソグラフィー工程で形成し、該複数のマークの他の一部のマークを第２リソグラフィー工程で形成する。
【００４１】
図４に示す実施形態では、第１エッジ対ｅｐ１'を構成する２つの第１エッジｅ１'の一方により１つのラインの１つの辺ｈ１が構成され、該２つの第１エッジｅ１'の他方により他の１つのラインの１つの辺ｈ２が構成される。また、図４に示す実施形態では、第２エッジ対ｅｐ２'を構成する２つの第１エッジｅ２'の一方により１つのラインの１つの辺ｈ３が構成され、該２つの第２エッジｅ２'の他方により他の１つのラインの１つの辺ｈ４が構成される。
【００４２】
同様に、第１エッジ対ｅｐ１"を構成する２つの第１エッジｅ１"の一方により１つのラインの他の１つの辺ｈ５が構成され、該２つの第１エッジｅ１"の他方により他の１つのラインの他の１つの辺ｈ６が構成される。また、第２エッジ対ｅｐ２"を構成する２つの第１エッジｅ２"の一方により１つのラインの他の１つの辺ｈ７が構成され、該２つの第２エッジｅ２"の他方により他の１つのラインの他の１つの辺ｈ８が構成される。
【００４３】
図４（ｂ）、（ｃ）は、第１工程を説明する図である。第１工程では、第１リソグラフィー工程により、少なくとも１つの第１エッジ対として第１エッジ対ｅｐ１'およびｅｐ１"を含む第１エッジ群を形成する。１つの第１エッジ対ｅｐ１'は、第１対称軸ｓ１に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジｅ１'で構成される。他の１つの第１エッジ対ｅｐ１"は、第１対称軸ｓ１に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジｅ１"で構成される。
【００４４】
第１リソグラフィー工程は、ウエハＷ上への膜Ｆの形成、膜Ｆ上へ第１レジストＲＧ１を塗布する第１塗布、第１レジストＲＧ１を露光する第１露光、第１レジストＲＧ１を現像する第１現像および膜Ｆをエッチングする第１エッチングを含む。図４（ｂ）は、第１レチクルＲ１を使って実行される第１露光の様子、図４（ｃ）は、第１現像によって形成される第１レジストパターンＲＧＰ１をマスクとして実行される第１エッチングの後の様子を模式的に示している。第１工程によって、膜Ｆがパタニングされて膜Ｆ'となる。膜Ｆ'には、マークＭ１、Ｍ４のそれぞれに対して、２つの第１エッジｅ１'からなる第１エッジ対ｅｐ１'および２つの第１エッジｅ１"からなる第１エッジ対ｅｐ１"が形成されている。
【００４５】
図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、第２工程を説明する図である。第２工程では、第２リソグラフィー工程により少なくとも１つの第２エッジ対として第２エッジ対ｅｐ２'およびｅｐ２"を含む第２エッジ群を形成する。１つの第２エッジ対ｅｐ２'は、第２対称軸ｓ２に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジｅ２'で構成される。他の１つの第２エッジ対ｅｐ２"は、第２対称軸ｓ２に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジｅ２"で構成される。
【００４６】
第２リソグラフィー工程は、膜Ｆ'上へ第２レジストＲＧ２を塗布する第２塗布、第２レジストＲＧ２を露光する第２露光、第２レジストＲＧ２を現像する第２現像および膜Ｆ'をエッチングする第２エッチングを含む。図４（ｄ）は、第２現像によって形成される第２レジストパターンＲＧＰ２をマスクとして実行される第２エッチングの後の様子、図４（ｆ）は、第２レジストパターンＲＧＰ２の除去後のマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を模式的に示している。第２工程によって、膜Ｆ'がパタニングされて、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を有する膜Ｆ"となる。膜Ｆ"には、マークＭ２、Ｍ３のそれぞれに対して、２つの第２エッジｅ２'からなる第１エッジ対ｅｐ２'および２つの第２エッジｅ２"からなる第１エッジ対ｅｐ２"が形成されている。
【００４７】
図４（ｇ）は、オフアクシススコープＯＡＳの撮像ユニットＳから出力される信号をＡＤ変換し１次元の波形に変換したマーク信号（ｍａｒｋ  ｓｉｇｎａｌ）の波形である。画像処理ユニットは、マーク信号の波形から処理領域Ｗ１〜Ｗ４を抽出し、処理領域Ｗ１〜Ｗ４の波形に対してテンプレートマッチングを行って、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を求める。画像処理ユニットは、更に、ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を平均することによって、アライメントマークＷＭの位置ｐｏｓＸａｖｅを算出する。
【００４８】
図４に示す実施形態でも、マークＭ１〜Ｍ４からなるアライメントマークＷＭの全体中心である共通対称軸ｃｓに関して複数の第１エッジ対ｅｐ１'、ｅｐ１"および複数の第２エッジ対ｅｐ２'、ｅｐ２"が対称な位置に配置されている。
【００４９】
図５に示す実施形態では、第１エッジ対ｅｐ１を構成する２つの第１エッジｅ１によって１つのラインの平行な２つの辺１１、１２が構成される。また、第２エッジ対ｅｐ２を構成する２つの第２エッジｅ２によって他の１つのラインの平行な２つの辺ｈ１３、ｈ１４が構成される。
【００５０】
図５（ｂ）、（ｃ）は、第１工程を説明する図である。第１工程では、第１リソグラフィー工程により、少なくとも１つの第１エッジ対ｅｐ１を含む第１エッジ群を形成する。１つの第１エッジ対ｅｐ１は、第１対称軸ｓ１に関して対称な位置に配置された２つの第１エッジｅ１で構成される。
【００５１】
第１リソグラフィー工程は、ウエハＷ上への膜Ｆの形成、膜Ｆ上へ第１レジストＲＧ１を塗布する第１塗布、第１レジストＲＧ１を露光する第１露光、第１レジストＲＧ１を現像する第１現像および膜Ｆをエッチングする第１エッチングを含む。図５（ｂ）は、第１レチクルＲ１を使って実行される第１露光の様子、図５（ｃ）は、第１現像によって形成される第１レジストパターンＲＧＰ１をマスクとして実行される第１エッチングの後の様子を模式的に示している。第１工程によって、膜Ｆがパタニングされて膜Ｆ'となる。膜Ｆ'には、マークＭ１、Ｍ４のそれぞれに対して、２つの第１エッジｅ１からなる第１エッジ対ｅｐ１が形成されている。
【００５２】
図５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、第２工程を説明する図である。第２工程では、第２リソグラフィー工程により少なくとも１つの第２エッジ対ｅｐ２を含む第２エッジ群を形成する。１つの第２エッジ対ｅｐ２は、第２対称軸ｓ２に関して対称な位置に配置された２つの第２エッジｅ２で構成される。
【００５３】
第２リソグラフィー工程は、膜Ｆ'上へ第２レジストＲＧ２を塗布する第２塗布、第２レジストＲＧ２を露光する第２露光、第２レジストＲＧ２を現像する第２現像および膜Ｆ'をエッチングする第２エッチングを含む。図５（ｄ）は、第２現像によって形成される第２レジストパターンＲＧＰ２をマスクとして実行される第２エッチングの後の様子、図５（ｆ）は、第２レジストパターンＲＧＰ２の除去後のマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を模式的に示している。第２工程によって、膜Ｆ'がパタニングされて、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を有する膜Ｆ"となる。膜Ｆ"には、マークＭ２、Ｍ３のそれぞれに対して、２つの第２エッジｅ２からなる第２エッジ対ｅｐ２が形成されている。
【００５４】
図５（ｇ）は、オフアクシススコープＯＡＳの撮像ユニットＳから出力される信号をＡＤ変換し１次元の波形に変換したマーク信号（ｍａｒｋ  ｓｉｇｎａｌ）の波形である。画像処理ユニットは、マーク信号の波形から処理領域Ｗ１〜Ｗ４を抽出し、処理領域Ｗ１〜Ｗ４の波形に対してテンプレートマッチングを行って、マークＭ１〜Ｍ４のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を求める。画像処理ユニットは、更に、ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ４を平均することによって、アライメントマークＷＭの位置ｐｏｓＸａｖｅを算出する。
【００５５】
図５に示す実施形態でも、マークＭ１〜Ｍ４からなるアライメントマークＷＭの全体中心である共通対称軸ｃｓに関して複数の第１エッジ対ｅｐ１および複数の第２エッジ対が対称な位置に配置されている。
【００５６】
図４、５に示す実施形態においても、テンプレートマッチングの誤差を小さくすることができる。また、結像光学系Ｌ１、Ｌ２等に収差がある場合でもｄＸ１≒−ｄＸ４，ｄＸ２≒−ｄＸ３であるので、アライメントマークＷＭの計測誤差を小さくすることができる。
【００５７】
図１〜図５に示す実施形態において、第１エッジの数と第２エッジの数とを等しくすることが好ましい。これにより、第１エッジが計測結果に与える影響と第２エッジが計測結果に与える影響とに重みをつけることなく、アライメントマークＷＭの位置を計算することができる。
【００５８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態は、第１エッジと第２エッジとの断面形状の違いに起因する計測誤差を補正するためのオフセット値の決定方法を提供する。ここで、第１エッジと第２エッジとの断面形状の違いは、第１工程と第２工程とで露光条件及び／又はエッチング条件が異なることなどによって生じうる。本発明の第２の実施形態のオフセット値の決定方法は、第１ライン、第２ラインおよび第３ラインを含むパターンを形成する工程を含む。
【００５９】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるパターン形成工程（形成方法）を説明する図である。このパターン形成方法は、複数のエッジを含むパターンを基板の上に形成するものであり、第１工程と、第２工程とを含む。
【００６０】
第１工程では、膜の形成、第１レジストを塗布する第１塗布、該第１レジストを露光する第１露光、該第１レジストを現像する第１現像および該膜をエッチングする第１エッチングを含むリソグラフィー工程により複数の第１エッジを該膜に形成する。
【００６１】
第２工程では、第２レジストを塗布する第２塗布、該第２レジストを露光する第２露光、該第２レジストを現像する第２現像および該膜をエッチングする第２エッチングを含むリソグラフィー工程により複数の第２エッジを該膜に形成する。これにより、第１ライン（マークＭ１）、第２ライン（マークＭ２）および第３ライン（マークＭ３）が形成される。
【００６２】
ここで、第１ライン（Ｍ１）と第３ライン（Ｍ３）との間に第２ライン（Ｍ２）が配置され、第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）は、各々１つの第１エッジｅ１と１つの第２エッジｅ２とによって構成される。また、第１ライン（Ｍ１）と第２ライン（Ｍ２）とは、第１対称軸ｓ１に関して互いに対称な位置に配置され、第２ライン（Ｍ２）と第３ライン（Ｍ３）とは、第２対称軸ｓ２に関して互いに対称な位置に配置される。
【００６３】
図６（ａ）は、マークＭ１、Ｍ２、Ｍ３を含むパターンであるオフセット値決定用のテストパターンＴＰの平面図である。図６（ａ）〜（ｆ）は、実施形態におけるパターン形成方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【００６４】
図６（ｂ）、（ｃ）は、第１工程を説明する図である。第１工程では、第１リソグラフィー工程により複数の第１エッジとして３つの第１エッジｅ１を形成する。
【００６５】
第１リソグラフィー工程は、ウエハＷ上への膜Ｆの形成、膜Ｆ上へ第１レジストＲＧ１を塗布する第１塗布、第１レジストＲＧ１を露光する第１露光、第１レジストＲＧ１を現像する第１現像および膜Ｆをエッチングする第１エッチングを含む。図６（ｂ）は、第１レチクルＲ１を使って実行される第１露光の様子、図６（ｃ）は、第１現像によって形成される第１レジストパターンＲＧＰ１をマスクとして実行される第１エッチングの後の様子を模式的に示している。第１工程によって、膜Ｆがパタニングされて膜Ｆ'となる。膜Ｆ'には、第１ライン（Ｍ１）の左側、第２ライン（Ｍ２）の右側、第３ライン（Ｍ３）の左側に第１エッジｅ１が形成されている。
【００６６】
図６（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、第２工程を説明する図である。第２工程では、第２リソグラフィー工程により複数の第２エッジとして３つの第２エッジｅ２を形成し、これにより、第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）を形成する。
【００６７】
第２リソグラフィー工程は、膜Ｆ'上へ第２レジストＲＧ２を塗布する第２塗布、第２レジストＲＧ２を露光する第２露光、第２レジストＲＧ２を現像する第２現像および膜Ｆ'をエッチングする第２エッチングを含む。図６（ｄ）は、第２現像によって形成される第２レジストパターンＲＧＰ２をマスクとして実行される第２エッチングの後の様子を模式的に示している。図６（ｆ）は、第２レジストパターンＲＧＰ２の除去後の第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）を模式的に示している。第２工程によって、膜Ｆ'がパタニングされて、第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）を有する膜Ｆ"となる。膜Ｆ"には、第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）のそれぞれに第２エッジｅ２が形成されている。前述のように、第１ライン（Ｍ１）と第２ライン（Ｍ２）とは、第１対称軸ｓ１に関して互いに対称な位置に配置され、第２ライン（Ｍ２）と第３ライン（Ｍ３）とは、第２対称軸ｓ２に関して互いに対称な位置に配置される。
【００６８】
図６（ｇ）は、オフアクシススコープＯＡＳの撮像ユニットＳから出力される信号をＡＤ変換し１次元の波形に変換したマーク信号（ｍａｒｋ  ｓｉｇｎａｌ）の波形である。画像処理ユニットは、マーク信号の波形から処理領域Ｗ１〜Ｗ３を抽出し、処理領域Ｗ１〜Ｗ３の波形に対してテンプレートマッチングを行って、第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）のそれぞれの位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ３を求める。
【００６９】
不図示の計算ユニット（該計算ユニットによる処理は、前記画像処理ユニットに組み込まれてもよい。）は、位置ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ３に基づいて、第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）を含むパターンの各位置の計測誤差をオフセット値として計算する。デバイスの製造の際は、アライメント用の計測によって得られた計測結果をオフセット値によって補正して使用すればよい。
【００７０】
ｐｏｓＸ１〜ｐｏｓＸ３には、それぞれ計測誤差ｄＸ１〜ｄＸ３が含まれるが、計測誤差要因が露光条件やエッチング条件の差のみである場合、計測誤差ｄＸ１〜ｄＸ３間の差は符号のみの違いであり、ｄＸ１＝−ｄＸ２＝ｄＸ３が成立する。したがって、第１ライン（Ｍ１）の位置と第２ライン（Ｍ２）の位置との距離（第１距離）をＰ［Ｍ１，Ｍ２］として、第２ライン（Ｍ２）の位置と第３ライン（Ｍ３）の位置との距離（第２距離）をＰ［Ｍ２，Ｍ３］とすると、以下の式が成立する。なお、「設計値」は、該当する２つのラインの中心間距離の設計値である。
【００７１】
Ｐ［Ｍ１，Ｍ２］＝ｐｏｓＸ２−ｐｏｓＸ１＝設計値＋ｄＸ２−ｄＸ１
Ｐ［Ｍ２，Ｍ３］＝ｐｏｓＸ３−ｐｏｓＸ２＝設計値＋ｄＸ３−ｄＸ２
ここで、ｄＸ１＝−ｄＸ２＝ｄＸ３＝ｏｆｆｓｅｔとすると、次の式が得られる。
【００７２】
Ｐ［Ｍ２，Ｍ３］−Ｐ［Ｍ１，Ｍ２］＝（ｄＸ３−ｄＸ２）−（ｄＸ２−ｄＸ１）
Ｐ［Ｍ２，Ｍ３］−Ｐ［Ｍ１，Ｍ２］＝４×ｏｆｆｓｅｔ
ｏｆｆｓｅｔ＝（Ｐ［Ｍ２，Ｍ３］−Ｐ［Ｍ１，Ｍ２］）／４
計算ユニットは、計測誤差、即ちオフセット値ｏｆｆｓｅｔを上式に従って計算する。
【００７３】
なお、テストパターンＴＰの第１ライン（Ｍ１）、第２ライン（Ｍ２）および第３ライン（Ｍ３）の位置をＭ１位置、Ｍ２位置、Ｍ３位置とすると、それらは、以下の式で与えられる。
【００７４】
Ｍ１位置  ＝  ｐｏｓＸ１  ＋  ｏｆｆｓｅｔ
Ｍ２位置  ＝  ｐｏｓＸ２  −  ｏｆｆｓｅｔ
Ｍ３位置  ＝  ｐｏｓＸ３  ＋  ｏｆｆｓｅｔ
オフセット値は、例えば、ロットの先頭などでウエハ上のテストパターン（オフセット計測マーク）の計測を通して決定することができる。或いは、オフセット値は、アライメントマーク中にテストパターンを含めておいて、アライメントマークの計測の度にそのテストパターンの計測を通して決定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の好適な実施形態におけるパターン形成方法を説明する図である。
【図２】本発明の好適な実施形態におけるパターン形成方法を説明する図である。
【図３】本発明の好適な実施形態におけるパターン形成方法を説明する図である。
【図４】本発明の好適な実施形態におけるパターン形成方法を説明する図である。
【図５】本発明の好適な実施形態におけるパターン形成方法を説明する図である。
【図６】本発明の好適な実施形態におけるオフセット値の決定のためのパターン形成方法を説明する図である。
【図７】半導体デバイス等のデバイスを製造するための露光工程において使用される露光装置の概略構成を示す図である。
【図８】パターン形成方法を説明する図である。
【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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