(57)【要約】【課題】  イオン注入パターンを的確に検査することが可能な検査方法を提供する。【解決手段】  基板上に膜を形成する膜形成工程と、ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて前記膜にイオン注入パターンを形成するイオン注入パターン形成工程Ｓ１２と、イオン注入パターンを開口パターンに基づいて光学的に検査する光学的検査工程Ｓ１３とを備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜を形成する膜形成工程と、
ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて前記膜にイオン注入パターンを形成するイオン注入パターン形成工程と、
前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査する光学的検査工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項２】
前記膜がレジストから構成されることを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項３】
前記光学的検査工程が前記開口パターンの寸法と前記イオン注入パターンの寸法とからイオン注入パターンの歪み量を算出する算出工程を含むことを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項４】
前記膜形成工程の前に基板上に位置基準パターンを形成する位置基準パターン形成工程を含み、前記膜は透光性を有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項５】
前記光学的検査工程が、前記開口パターンを基板上に投影した際の設計位置と、前記位置基準パターンと前記イオン注入パターンとの位置関係とからイオン注入パターンの位置ずれ量を算出する算出工程とを含むことを特徴とする請求項４記載のパターン検査方法。
【請求項６】
請求項３記載のパターン検査方法を用いて、前記歪み量に基づいてビーム偏向器或いはステンシルマスクの温度調整機構を制御することを特徴とするイオン注入制御方法。
【請求項７】
請求項５記載のパターン検査方法を用いて、前記位置ずれ量に基づいてビーム偏向器或いはステンシルマスクの温度調整機構を制御することを特徴とするイオン注入制御方法。
【請求項８】
ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて基板上に形成された膜にイオン注入パターンを形成するイオンビーム生成部と、
前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査するパターン検査部と、
を備えたことを特徴とするイオン注入システム。
【請求項９】
前記パターン検査部での検査結果である位置ずれ量或いは歪み量に基づいて前記ステンシルマスクの温度調整機構或いは前記イオンビーム生成部のビーム偏向器を制御する調整部を有することを特徴とする請求項８記載のイオン注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン検査方法、イオン注入制御方法及びイオン注入システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では、ｐ型不純物或いはｎ型不純物のイオン注入工程が広く行われている。イオン注入は通常、フォトリソグラフィ技術によって形成されたフォトレジストパターンやシリコン酸化膜パターンをマスクとして用いて行われる。しかしながら、このようなフォトリソグラフィ技術を用いた方法では、多くの時間や手間が必要であり、製造コストの増大につながる。
【０００３】
上述した問題に対し、開口パターンを有するステンシルマスクを用いてイオン注入を行う方法が提案されている。ステンシルマスクでは通常、支持体上に設けられたメンブレンに開口パターンが形成されている。ステンシルマスクを用いたイオン注入方法では、半導体基板表面の所望の位置に正確にイオンを注入するために、イオンビームの偏向状態やイオンの注入位置を正確に把握する必要がある。
【０００４】
基板上のイオン注入パターンの測定については、イオン注入領域の電気抵抗を測定する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この方法は、イオン注入領域の寸法を測定するものであり、イオン注入パターンの位置を測定することはできない。
【０００５】
また、基板に形成されたイオン注入パターンの位置を測定する代わりに、ステンシルマスクに形成された開口パターンの位置を測定する方法も提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、この方法でも、イオン注入パターンの位置を正確に測定することはできない。すなわち、ステンシルマスクに高エネルギーのイオンビームを照射すると、ステンシルマスクのメンブレンの温度が高温になり、メンブレンが歪む。その結果、メンブレンに形成された開口パターンの位置が変動してしまい、正確な位置測定ができなくなってしまう。
【特許文献１】特開平６−３３４０１４号公報
【特許文献２】特開２００４−５５７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、ステンシルマスクを用いたイオン注入では、イオンビームの偏向状態やイオンの注入位置等を正確に把握する必要がある。しかしながら、従来は、イオン注入パターンを的確に検査することができないため、イオンビームの偏向状態やイオンの注入位置等を的確に把握することができなかった。
【０００７】
本発明は、イオン注入パターンを的確に検査することが可能な検査方法等を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の視点に係るパターン検査方法は、基板上に膜を形成する膜形成工程と、ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて前記膜にイオン注入パターンを形成するイオン注入パターン形成工程と、前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査する光学的検査工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記パターン検査方法において、前記膜がレジストから構成されることが好ましい。
【００１０】
前記パターン検査方法において、前記光学的検査工程が前記開口パターンの寸法と前記イオン注入パターンの寸法とからイオン注入パターンの歪み量を算出する算出工程を含むことが好ましい。
【００１１】
前記パターン検査方法において、前記膜形成工程の前に基板上に位置基準パターンを形成する位置基準パターン形成工程を含み、前記膜は透光性を有することが好ましい。
【００１２】
前記パターン検査方法において、前記光学的検査工程が、前記開口パターンを基板上に投影した際の設計位置と、前記位置基準パターンと前記イオン注入パターンとの位置関係とからイオン注入パターンの位置ずれ量を算出する算出工程とを含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の視点に係るイオン注入制御方法は、前記パターン検査方法を用いて、前記歪み量に基づいてビーム偏向器或いはステンシルマスクの温度調整機構を制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の視点に係るイオン注入制御方法は、前記パターン検査方法を用いて、前記位置ずれ量に基づいてビーム偏向器或いはステンシルマスクの温度調整機構を制御することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４の視点に係るイオン注入システムは、ステンシルマスクに形成された開口パターンを通じて基板上に形成された膜にイオン注入パターンを形成するイオンビーム生成部と、前記イオン注入パターンを前記開口パターンに基づいて光学的に検査するパターン検査部と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
前記イオン注入システムにおいて、前記パターン検査部での検査結果である位置ずれ量或いは歪み量に基づいて前記ステンシルマスクの温度調整機構或いは前記イオンビーム生成部のビーム偏向器を制御する調整部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができるため、イオン注入パターンを的確に検査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、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るイオン注入システムの概略構成を模式的に示した図である。
【００２０】
本システムは、大きく分けて、イオン注入装置１０及びパターン検査部２０によって構成されている。
【００２１】
イオン注入装置１０は、イオンビーム生成部１１、調整部１２、処理対象基板３０を保持する保持部（図示せず）及びステンシルマスク４０を保持する保持部（図示せず）を備えている。
【００２２】
イオンビーム生成部１１は、イオン注入用のイオンビームを生成するものであり、イオン源部、加速管、質量選別器、ビーム収束レンズ、ビーム走査器及びビーム偏向器等によって構成されている。調整部１２は、イオン注入装置１０の各種要素（例えば、ビーム偏向器の偏向状態）を調整するためのコントローラとしての機能を有している。
【００２３】
処理対象基板３０は、半導体基板３１及び半導体基板３１上に形成されたレジスト膜３２で構成されている。レジスト膜３２には、ステンシルマスク４０に形成された開口パターンを通してイオン注入が行われ、イオン注入パターンが形成されるようになっている。
【００２４】
図２は、ステンシルマスク４０の構成を模式的に示した図である。ステンシルマスク４０は、シリコンで形成された支持体４１上にシリコン酸化膜４２を介してメンブレン４３を設けた構造を有している。メンブレン４３には開口パターン４４が設けられており、開口パターン４４を通して処理対象基板３０にイオンが注入されるようになっている。
【００２５】
次に、本実施形態に係るイオン注入パターンの検査方法について、図３に示したフローチャートを参照して説明する。
【００２６】
（第１の検査方法）
第１の検査方法について説明する。第１の検査方法では、ビーム偏向検査用のパターンを用いてイオン注入装置のビーム偏向状態を検査する。以下、図３を参照して、第１の検査方法を説明する。
【００２７】
まず、処理対象基板３０及びステンシルマスク４０を用意する（Ｓ１１）。以下、本工程について詳述する。
【００２８】
処理対象基板３０については、まず、半導体基板（シリコン基板等）３１の表面にアライメントマーク（図示せず）を、リソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって形成する。アライメントマークは、ステンシルマスクを介してイオン注入を行う際のアライメントに用いられる。続いて、アライメントマークを有する半導体基板３１上に、レジスト膜３２を形成する。レジスト膜３２を用いることにより、イオンが注入された領域が変質し、該領域を光学的に容易に認識することができる。レジスト膜３２の厚さは、例えば２５０ｎｍ程度以下とする。レジスト膜３２には、フォトレジスト或いは電子ビーム（ＥＢ）用レジスト等を用いることができる。レジスト膜３２は、化学増幅型レジストでもよいし、非化学増幅型レジストでもよい。また、レジスト膜３２は、ポジ型レジストでもよいし、ネガ型レジストでもよい。さらに、イオン注入領域を光学的に容易に観察できれば（識別できれば）、レジスト膜以外の膜を用いてもよい。
【００２９】
ステンシルマスク４０には、図４に示すように、ビーム偏向検査用のパターンとして正方形状の開口パターン７１が形成されている。開口パターン７１の１辺の長さは例えば２μｍ程度である。ステンシルマスク４０は、検査専用のものでもよいし、実際の半導体デバイスを形成するためのデバイスパターン（イオン注入用のデバイスパターン）が形成されたものでもよい。ステンシルマスク４０にデバイスパターンが形成されている場合には、デバイスパターン形成領域以外の適当な領域に開口パターン７１を配置する。
【００３０】
次に、上述した処理対象基板３０及びステンシルマスク４０をイオン注入装置内にセットし、イオン注入を行う（Ｓ１２）。これにより、図１に示すように、イオンビーム生成部１１から出射したイオンが、ステンシルマスク４０に形成された開口パターン７１を通してレジスト膜３２に注入される。その結果、レジスト膜３２には、ステンシルマスク４０に形成された開口パターンに対応したイオン注入パターンが形成される。すでに述べたように、このイオン注入パターンは光学的に観察可能である。
【００３１】
なお、注入イオンには、ｎ型又はｐ型の不純物元素を用いる。具体的には、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、アンチモン（Ｓｂ）等を用いることができる。また、注入加速電圧は６０ｋｅＶ程度、注入ドーズ量は１×１０13〜３×１０15ions／ｃｍ2程度とする。このようなイオン注入条件とすることで、走査型電子顕微鏡によって容易にイオン注入パターンを観察することが可能である。また、走査型電子顕微鏡で観察を行う場合、観察加速電圧を８００ｅＶ以下とすることが好ましい。観察加速電圧を８００ｅＶより高くすると、レジスト膜が電子線と反応して測定が困難となるおそれがある。
【００３２】
次に、上記のようにしてレジスト膜に形成されたイオン注入パターンを、図１のパターン検査部２０によって検査する（Ｓ１３）。具体的には、走査型電子顕微鏡によってイオン注入パターンの画像を取得し、開口パターンの寸法とイオン注入パターンの寸法とからイオン注入パターンの歪み量を算出する。開口パターンの寸法情報は、予めパターン検査部２０に記憶されている。
【００３３】
図４に示した正方形状の開口パターン７１を通してレジスト膜にイオンを注入した場合、イオンビームの偏向状態に依存してイオン注入パターンが歪む。すなわち、イオンビームのＸ方向及びＹ方向の偏向度に応じて、イオン注入パターンのＸ方向及びＹ方向の寸法が変化する。したがって、走査型電子顕微鏡によって得られたイオン注入パターンの画像から、イオン注入パターンのＸ方向及びＹ方向の寸法を算出し、パターン検査部２０に記憶されている開口パターンのＸ方向及びＹ方向の寸法と比較することで、イオン注入パターンの歪み量を検査することができ、イオンビームの偏向状態を評価することができる。例えば、イオン注入パターンのＸ方向寸法とＹ方向寸法の寸法比と、開口パターンのＸ方向寸法とＹ方向寸法の寸法比とを比較することで、イオンビームの偏向状態を評価することができる。
【００３４】
次に、Ｓ１３のステップで得られたイオン注入パターンの検査結果、すなわちイオン注入パターンの歪み量に基づいて、図１の調整部１２によりイオン注入装置の所定要素を調整する（Ｓ１４）。本例では、イオン注入装置のビーム偏向器の偏向状態（Ｘ方向及びＹ方向の偏向度）が適正になるように、ビーム偏向器のビーム偏向状態を調整する。これにより、実際の半導体デバイスを作製するためのイオン注入工程において、適正なビーム偏向状態でステンシルマスクを用いたイオン注入を行うことが可能となる。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、検査用の開口パターンを有するステンシルマスクを介してレジスト膜にイオンを注入し、レジスト膜にイオン注入パターンを形成する。このように、レジスト膜にイオン注入パターンを形成することで、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができる。その結果、イオン注入パターンの歪み量を的確に検査することができ、イオンビームの偏向状態を的確に把握することができる。したがって、検査結果を実際のデバイス作製時のイオン注入工程に反映させることで、高精度のデバイスパターンを形成することが可能となる。
【００３６】
（第２の検査方法）
次に、本実施形態に係るイオン注入パターンの第２の検査方法について説明する。第２の検査方法では、位置ずれ検査用のパターンを用いてイオン注入パターンの位置ずれを検査する。なお、基本的な方法は第１の検査方法と同様であるため、第１の検査方法で述べた事項については説明を省略する。以下、図３を参照して、第２の検査方法を説明する。
【００３７】
まず、処理対象基板３０及びステンシルマスク４０を用意する（Ｓ１１）。以下、本工程について詳述する。
【００３８】
図５は、本方法に用いる処理対象基板３０の構成を模式的に示した断面図である。この処理対象基板３０は、以下のようにして形成される。
【００３９】
まず、半導体基板（シリコン基板等）３１の表面に、アライメントマーク（図示せず）及び位置基準パターン６１をリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって形成する。位置基準パターン６１は、イオン注入パターンの位置を測定する際の位置基準となるものである。図６に示すように、位置基準パターン６１は正方形状パターンであり、１辺の長さは例えば５μｍ程度である。また、位置基準パターン６１の深さは１μｍ程度である。
【００４０】
続いて、アライメントマーク及び位置基準パターン６１を有する半導体基板３１上に、レジスト膜３２を形成する。レジスト膜３２を用いることにより、イオンが注入された領域が変質し、該領域を光学的に容易に観察することができる。また、レジスト膜３２を通して位置基準パターン６１が光学的に観察できるようにするため、レジスト膜３２は透光性を有している。本例では、レジスト膜３２の厚さを２５０ｎｍ程度以下に設定することで、位置基準パターン６１を光学的に観察できるようにしている。レジスト膜の種類については、第１の検査方法で示したものと同様である。また、イオン注入領域を光学的に容易に観察でき（識別でき）、且つ位置基準パターン６１を光学的に容易に観察できる（識別できる）ように透光性を有していれば、レジスト膜以外の膜を用いてもよい。
【００４１】
ステンシルマスク４０には、図７に示すように、位置ずれ検査用のパターンとして正方形状の開口パターン７２が複数形成されている。各開口パターン７２の１辺の長さは例えば５μｍ程度である。開口パターン７２は、ステンシルマスク４０の全領域にわたってメッシュ状に形成されている。
【００４２】
次に、上述した処理対象基板３０及びステンシルマスク４０をイオン注入装置内にセットし、第１の検査方法と同様にイオン注入を行う（Ｓ１２）。これにより、図１に示すように、イオンビーム生成部１１から出射したイオンが、ステンシルマスク４０に形成された開口パターン７２を通してレジスト膜３２に注入される。その結果、レジスト膜３２には、ステンシルマスク４０に形成された開口パターン７２に対応したイオン注入パターンが形成される。すでに述べたように、このイオン注入パターンは光学的に観察可能である。
【００４３】
次に、上記のようにしてレジスト膜に形成されたイオン注入パターンを、図１のパターン検査部２０によって検査する（Ｓ１３）。具体的には、光学的な位置座標測定機を用いてイオン注入パターンの位置を求め、後述するようにしてイオン注入パターンの位置ずれ量を算出する。位置座標測定機では、レーザ変位計を搭載したウェハステージが顕微鏡下でウェハ表面のマークやパターンを認識しながら移動するため、高精度で距離を測定することが可能である。以下、イオン注入パターンの位置ずれ量の検査について具体的に説明する。
【００４４】
まず、位置座標測定機を用いて半導体基板３１に形成された位置基準パターン６１を測定する。この位置基準パターン６１の位置が基準座標（基準位置）となる。続いて、ステンシルマスクの開口パターン７２に対応してレジスト膜３２に形成されたイオン注入パターンを測定し、位置基準パターン６１の座標（基準座標）に対するイオン注入パターンの座標を求める。
【００４５】
図８は、上述したイオン注入パターンの検査結果を模式的に示した図である。図８において、８１は測定座標であり、測定座標８１の各交差点にイオン注入パターンが位置している。８２は設計座標であり、イオン注入パターンが理想的に形成された場合には、設計座標８２の各交差点にイオン注入パターンが位置することになる。すなわち、ステンシルマスクの開口パターン７２を基板上に投影した際の理想的な位置（設計位置）が、設計座標８２の交差点の位置に対応する。位置基準パターン６１の位置と上記設計位置との関係、すなわち位置基準パターン６１に対する上記設計位置の座標は、予め図１のパターン検査部２０に記憶されている。したがって、位置基準パターン６１に対するイオン注入パターンの座標を求めることで、上記設計位置に対するイオン注入パターンの位置ずれ量を算出することができる。
【００４６】
図８に示すように、測定座標８１が歪んでいるのは、イオン注入の際にステンシルマスクに歪みが生じるためである。すなわち、ステンシルマスクに高エネルギーのイオンビームを照射すると、ステンシルマスクのメンブレンの温度が高温になり、メンブレンが歪む。その結果、メンブレンに形成された開口パターン７２の位置が変化し、レジスト膜に形成されるイオン注入パターンの位置が理想的な位置からずれてしまう。すなわち、レジスト膜に形成されるイオン注入パターンの位置は、イオン注入の際のステンシルマスクの歪みに依存する。したがって、イオン注入パターンの位置ずれ量を評価することで、イオン注入の際のステンシルマスクの歪みを評価することが可能である。
【００４７】
次に、Ｓ１３のステップで得られたイオン注入パターンの検査結果に基づいて、すなわちイオン注入パターンの位置ずれ量に基づいて、図１の調整部１２によりイオン注入装置の所定要素を調整する（Ｓ１４）。本例では、イオン注入装置内にセットされたステンシルマスクの温度が所望の温度になるように、ステンシルマスクに対する温度調整機構の設定温度を調整する。イオン注入の際にステンシルマスクの温度が的確に設定されれば、ステンシルマスクの歪みを的確に制御することが可能である。したがって、実際の半導体デバイスを作製するためのイオン注入工程において、ステンシルマスクを用いたイオン注入を適正な位置に行うことが可能となる。なお、Ｓ１３のステップで得られた検査結果をステンシルマスクの作製工程にフィードバックし、イオン注入時のステンシルマスクの歪みを考慮したデバイスパターン（開口パターン）を有するステンシルマスクを作製するようにしてもよい。
【００４８】
以上のように、本検査方法においても第１の検査方法と同様、検査用の開口パターンを有するステンシルマスクを介してレジスト膜にイオンを注入し、レジスト膜にイオン注入パターンを形成する。このように、レジスト膜にイオン注入パターンを形成することで、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができる。その結果、イオン注入パターンを的確に検査することができ、イオン注入パターンの位置ずれ量を的確に把握することができる。したがって、検査結果を実際のデバイス作製時のイオン注入工程に反映させることで、高精度のデバイスパターンを形成することが可能となる。
【００４９】
（第３の検査方法）
次に、本実施形態に係るイオン注入パターンの第３の検査方法について説明する。第３の検査方法では、位置ずれ検査用のパターンを用いてイオン注入パターンの位置ずれを検査する。なお、基本的な方法は第１の検査方法と同様であるため、第１の検査方法で述べた事項については説明を省略する。以下、図３を参照して、第３の検査方法を説明する。
【００５０】
まず、処理対象基板３０及びステンシルマスク４０を用意する（Ｓ１１）。以下、本工程について詳述する。
【００５１】
図９は、本方法に用いる処理対象基板３０の構成を模式的に示した断面図である。この処理対象基板３０は、以下のようにして形成される。
【００５２】
まず、半導体基板３１の表面にアライメントマーク（図示せず）及び位置基準パターン９１を、リソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって形成する。位置基準パターン９１は、図１０に示すように、同一形状の４つの線状パターンで形成されており、その寸法は図１０に示した通りである。また、位置基準パターン９１の深さは１μｍ程度である。
【００５３】
続いて、アライメントマーク及び位置基準パターン９１を有する半導体基板３１上に、レジスト膜３２を形成する。レジスト膜３２を用いることにより、イオンが注入された領域が変質し、該領域を光学的に容易に観察することができる。また、レジスト膜３２を通して位置基準パターン９１が光学的に観察できるようにするため、レジスト膜３２は透光性を有している。本例では、レジスト膜３２の厚さを２５０ｎｍ程度以下に設定することで、位置基準パターン９１を光学的に観察できるようにしている。レジスト膜の種類については、第１の検査方法で示したものと同様である。また、イオン注入領域を光学的に容易に観察でき（識別でき）、且つ位置基準パターン９１を光学的に容易に観察できる（識別できる）ように透光性を有していれば、レジスト膜以外の膜を用いてもよい。
【００５４】
ステンシルマスク４０には、図１１に示すように、位置ずれ検査用の開口パターン９２が形成されている。開口パターン９２は、半導体基板３１に形成された位置基準パターン９１（図１０参照）を一回り大きくしたようなパターンであり、その寸法は図１１に示した通りである。
【００５５】
次に、上述した処理対象基板３０及びステンシルマスク４０をイオン注入装置内にセットし、第１の検査方法と同様にイオン注入を行う（Ｓ１２）。これにより、図１に示すように、イオンビーム生成部１１から出射したイオンが、ステンシルマスク４０に形成された開口パターン９２を通してレジスト膜３２に注入される。その結果、レジスト膜３２には、ステンシルマスク４０に形成された開口パターンに対応したイオン注入パターンが形成される。すでに述べたように、このイオン注入パターンは光学的に観察可能である。
【００５６】
次に、上記のようにしてレジスト膜に形成されたイオン注入パターンを、図１のパターン検査部２０によって検査する（Ｓ１３）。具体的には、走査型電子顕微鏡によって処理対象基板３０の表面領域の画像を取得し、取得した画像に基づいてイオン注入パターンの位置ずれ量の検査を行う。以下、具体的に説明する。
【００５７】
図１２は、処理対象基板３０の表面領域の画像を示した図である。図１２に示すように、処理対象基板３０の表面領域には、位置基準パターン９１及びイオン注入パターン９２ａが形成されている。位置基準パターン９１は、すでに述べたように、半導体基板３１の表面に予め形成されたものである。イオン注入パターン９２ａは、ステンシルマスク４０に形成された開口パターン９２に対応してレジスト膜３２に形成されたパターンである。位置基準パターン９１及びイオン注入パターン９２ａのペアは全領域にわたってメッシュ状に形成されている。
【００５８】
イオン注入パターン９２ａが理想的に形成された場合には、イオン注入パターン９２ａの中心９４は位置基準パターン９１の中心９３に一致する。すなわち、ステンシルマスクの開口パターン９２を基板上に投影したときの理想的な位置に、イオン注入パターン９２ａが形成される。また、位置基準パターン９１の位置の座標は、予め図１のパターン検査部２０に記憶されている。したがって、位置基準パターン９１の中心９３からのイオン注入パターン９２ａの中心９４のずれ量を求めることで、イオン注入パターン９２ａの理想的な位置からの位置ずれ量を算出することができる。
【００５９】
すでに述べたように、イオン注入の際にステンシルマスクに歪みが生じると、レジスト膜に形成されたイオン注入パターン９２ａの位置が理想的な位置からずれてしまう。したがって、イオン注入パターン９２ａの位置ずれ量を全領域にわたって求めることで、イオン注入の際のステンシルマスクの歪みを評価することが可能である。
【００６０】
次に、Ｓ１３のステップで得られたイオン注入パターンの検査結果に基づいて、すなわちイオン注入パターンの位置ずれ量に基づいて、図１の調整部１２によりイオン注入装置の所定要素を調整する（Ｓ１４）。本例では、イオン注入装置内にセットされたステンシルマスクの温度が所望の温度になるように、ステンシルマスクに対する温度制御機構の設定温度を調整する。イオン注入の際にステンシルマスクの温度が的確に設定されれば、ステンシルマスクの歪みを的確に制御することが可能である。したがって、実際の半導体デバイスを作製するためのイオン注入工程において、ステンシルマスクを用いたイオン注入を適正な位置に行うことが可能となる。なお、Ｓ１３のステップで得られた検査結果をステンシルマスクの作製工程にフィードバックし、イオン注入時のステンシルマスクの歪みを考慮したデバイスパターン（開口パターン）を有するステンシルマスクを作製するようにしてもよい。
【００６１】
以上のように、本検査方法においても第１の検査方法と同様、検査用の開口パターンを有するステンシルマスクを介してレジスト膜にイオンを注入し、レジスト膜にイオン注入パターンを形成する。このように、レジスト膜にイオン注入パターンを形成することで、イオン注入パターンを光学的手法によって容易に観察することができる。その結果、イオン注入パターンを的確に検査することができ、イオン注入パターンの位置ずれ量を的確に把握することができる。したがって、検査結果を実際のデバイス作製時のイオン注入工程に反映させることで、高精度のデバイスパターンを形成することが可能となる。
【００６２】
なお、上述した第１、第２及び第３の検査方法は適宜組み合わせることが可能である。例えば、第１の検査方法で示したビーム偏向状態の検査用のプロセスと、第２或いは第３の検査方法で示したイオン注入パターン位置の検査用のプロセスとを、共通化するようにしてもよい。
【００６３】
（具体例）
以下、本発明の実施形態の具体例について説明する。
【００６４】
半導体基板３１としてシリコンウェハを用い、リソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、シリコンウェハの表面にアライメントマーク、位置基準パターン６１（図６参照）及び位置基準パターン９１（図１０参照）を形成した。位置基準パターン６１及び位置基準パターン９１の深さは１μｍとした。続いて、位置基準パターン６１及び位置基準パターン９１が形成された半導体基板３１の表面に、厚さ２５０ｎｍの非化学増幅型ポジレジストを塗布した。
【００６５】
イオン注入用のステンシルマスクとしては、開口パターン７１（図４参照）、開口パターン７２（図７参照）及び開口パターン９２（図１１参照）が形成されたものを用いた。
【００６６】
ステンシルマスクを用いたレジスト膜へのイオン注入の条件は、加速電圧を６０ｋｅＶとし、注入ドーズ量は１×１０13〜３×１０15ions／ｃｍ2の範囲に設定した。注入イオンにはボロンイオンを用いた。
【００６７】
上記のようにして得られたイオン注入パターンの検査を行った。検査には、光学的な位置座標測定機及び走査型電子顕微鏡を用いた。位置座標測定機を用いることで、自動測定を短時間で行うことができ、測定再現性が数十ｎｍ程度の高精度の測定を行うことができた。また、走査型電子顕微鏡を用いた測定では、専用パターンの画像を処理することで自動測定を行うことができ、測定再現性が数ｎｍ程度の非常に高精度の測定を行うことが可能であった。
【００６８】
位置座標測定機を用いて９チップに関する測定を行い、イオン注入パターンの座標ずれ量を解析した。並進方向のずれ量を算出した値を平均化したところ、Ｘ方向の値が０．２３μｍ、Ｙ方向の値が０．２１μｍであった。これらの検査結果をイオン注入装置にフィードバックすることで、ステンシルマスクを用いた高精度のイオン注入が可能となった。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係るイオン注入システムの概略構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係り、ステンシルマスクの構成を模式的に示した図である。
【図３】本発明の実施形態の方法を示したフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係り、ステンシルマスクに形成される開口パターンを示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係り、処理対象基板の一例についてその構成を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係り、半導体基板に形成される位置基準パターンを示した図である。
【図７】本発明の実施形態に係り、ステンシルマスクに形成される開口パターンの一例を示した図である。
【図８】本発明の実施形態に係り、イオン注入パターンの検査結果を模式的に示した図である。
【図９】本発明の実施形態に係り、処理対象基板の他の例についてその構成を模式的に示した断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係り、半導体基板に形成される位置基準パターンを示した図である。
【図１１】本発明の実施形態に係り、ステンシルマスクに形成される開口パターンの他の例を示した図である。
【図１２】本発明の実施形態に係り、処理対象基板の表面領域に形成されるパターンについて示した図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…イオン注入装置      １１…イオンビーム生成部      １２…調整部
２０…パターン検査部
３０…処理対象基板      ３１…半導体基板      ３２…レジスト膜
４０…ステンシルマスク      ４１…支持体      ４２…シリコン酸化膜
４３…メンブレン      ４４…開口パターン
６１…位置基準パターン
７１…開口パターン      ７２…開口パターン
８１…測定座標      ８２…設計座標
９１…位置基準パターン      ９２…開口パターン      ９２ａ…イオン注入パターン
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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