(57)【要約】【課題】  実際のデバイス製造工程において、回路パターンが設けられるマスク自体及び試料自体には歪み測定用のマークを設けることなく、試料上に形成された下層パターンに合わせて上層パターンの露光位置を精度良く補正することが可能な露光方法を提供する。【解決手段】  下層パターンＭA1と同様の歪みを有する第２重ね合わせ測定用マークＭM1が形成された重ね合わせ測定用試料ＷBを作成し、一方で、上層パターンＭA2用の露光マスクと同様のマスク歪みを有する第１重ね合わせ測定用マークパターンＭM2を設けた重ね合わせ測定用マスクを作成し、そして、この重ね合わせ測定用試料ＷBに、試料ＷAへの上層パターンＭA2の露光と同じ露光条件で、重ね合わせ測定用マスクにより第１重ね合わせ測定用マークＭM2を形成し、その後第２重ね合わせ測定用マークＭM1と第１重ね合わせ測定用マークＭM2との間の位置ずれ量に応じて上層パターンの露光位置を補正する。【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する重ね合わせ露光方法であって、
前記露光マスクに前記上層パターンに対応するマスクパターンを設けるプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用マスクに第１重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを形成し、
前記対象試料に前記下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用試料に第２重ね合わせ測定用マークを形成し、
前記の第２重ね合わせ測定用マークが形成された重ね合わせ測定用試料に、前記対象試料への前記上層パターンの露光と同じ条件で、前記重ね合わせ測定用マスクを使用して露光を行ない、前記第１重ね合わせ測定用マークを形成し、
前記重ね合わせ測定用試料に形成された前記第１重ね合わせ測定用マークと前記第２重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量に応じて、前記露光マスクを用いて前記対象試料への前記上層パターンの露光位置を補正して露光する、
ことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する重ね合わせ露光方法であって、
前記露光マスクに前記上層パターンに対応するマスクパターンを設けるプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用マスクに第１重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを形成し、
前記対象試料に前記下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用試料に第２重ね合わせ測定用マーク及び第３重ね合わせ測定用マークを形成し、
前記第２重ね合わせ測定用マーク及び前記第３重ね合わせ測定用マークが形成された前記重ね合わせ測定用試料に、前記対象試料への前記上層パターンの露光と同じ条件で、前記重ね合わせ測定用マスクを使用して露光を行ない、前記第１重ね合わせ測定用マークを形成し、
前記重ね合わせ測定用試料に形成された前記第１重ね合わせ測定用マークと前記第２重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量を補正量として求め、
前記第２重ね合わせ測定用マーク及び前記第３重ね合わせ測定用マークが形成された前記重ね合わせ測定用試料に、前記対象試料への前記上層パターンの露光と同じ条件で、前記補正量だけ露光位置を補正して、前記露光マスクを使用して露光を行なうことにより前記上層パターンを形成し、
前記重ね合わせ測定用試料に形成された前記第３重ね合わせ測定用マークと前記上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて前記補正量を修正し、
修正した前記補正量に応じて、前記露光マスクを用いて前記対象試料への前記上層パターンの露光位置を補正して露光する、
ことを特徴とする露光方法。
【請求項３】
前記第３重ね合わせ測定用マークは、前記重ね合わせ測定用試料上の前記上層パターンが形成されない領域に形成されることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記上層パターンは、前記第３重ね合わせ測定用マーク上に重ねて形成されることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項５】
前記第３重ね合わせ測定用マークのパターンは、前記上層パターンとの間の位置ずれ量を測定するための基準格子パターンを含むことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記上層パターンは、所定寸法以上の複数の区画からなり、
前記重ね合わせ測定用試料に形成された前記第３重ね合わせ測定用マークと前記上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、各前記区画毎に前記補正量を修正する、
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する重ね合わせ露光方法であって、
前記露光マスクに前記上層パターンに対応するマスクパターンを設けるプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用マスクに第１重ね合わせ測定用マーク及び第２重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを形成し、
前記対象試料に前記下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、第１の重ね合わせ測定用試料に第３重ね合わせ測定用マークを形成し、
前記第３重ね合わせ測定用マークが形成された前記第１の重ね合わせ測定用試料に、前記対象試料への前記上層パターンの露光と同じ条件で、前記重ね合わせ測定用マスクを使用して露光を行ない、前記第１重ね合わせ測定用マークを形成し、
前記第１の重ね合わせ測定用試料に形成された前記第１重ね合わせ測定用マークと前記第３重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量を補正量として求め、
第２の重ね合わせ測定用試料上に、前記対象試料への前記上層パターンの露光と同じ条件で、前記補正量だけ露光位置を補正して、前記露光マスクと前記重ね合わせ測定用マスクとを使用して、前記上層パターンと前記第２の重ね合わせ測定用マークのパターンとを重ねて露光することにより前記上層パターンと第２重ね合わせ測定用マークとを形成し、
前記第２の重ね合わせ測定用試料に形成された前記上層パターンと前記第２重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量に応じて前記補正量を修正し、
修正した前記補正量に応じて、前記露光マスクを用いて前記対象試料への前記上層パターンの露光位置を補正して露光する、
ことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記第２重ね合わせ測定用マークは、前記第２の重ね合わせ測定用試料上の前記上層パターンが形成されない領域に形成されることを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
【請求項９】
前記上層パターンは、前記第２重ね合わせ測定用マーク上に重ねて形成されることを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記第２重ね合わせ測定用マークのパターンは、前記上層パターンとの間の位置ずれ量を測定するための基準格子パターンを含むことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記上層パターンは、所定寸法以上の複数の区画からなり、
前記第２の重ね合わせ測定用試料に形成された前記第２重ね合わせ測定用マークと前記上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、各前記区画毎に前記補正量を修正する、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記重ね合わせ測定用マスクは、前記露光マスクと同一基板上に形成されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１３】
対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する重ね合わせ露光方法であって、
前記対象試料に前記下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用試料に重ね合わせ測定用マークを形成し、
前記重ね合わせ測定用マークが形成された前記重ね合わせ測定用試料に、前記対象試料への前記上層パターンの露光と同じ条件で、前記露光マスクを使用して露光を行ない、前記上層パターンを形成し、
前記重ね合わせ測定用試料に形成された前記重ね合わせ測定用マークと前記上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、前記露光マスクを用いて前記対象試料への前記上層パターンの露光位置を補正して露光する、
ことを特徴とする露光方法。
【請求項１４】
前記重ね合わせ測定用マークは、前記重ね合わせ測定用試料上の前記上層パターンが形成されない領域に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記上層パターンは、前記重ね合わせ測定用マーク上に重ねて形成されることを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記第重ね合わせ測定用マークのパターンは、前記上層パターンとの間の位置ずれ量を測定するための基準格子パターンを含むことを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記上層パターンは、所定寸法以上の複数の区画からなり、
前記重ね合わせ測定用試料に形成された前記重ね合わせ測定用マークと前記上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、各前記区画毎に、前記対象試料への前記上層パターンの露光位置の補正量を決定する、
ことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１８】
前記露光方法は、電子ビーム源より生じる電子ビームを、前記対象試料の表面に近接して前記電子ビームの経路中に配置された前記露光マスクに照射して、前記露光マスクを通過した電子ビームで、前記対象試料の表面に前記対象マスクの前記上層パターンを露光する電子線露光方法であって、
前記対象試料への前記上層パターンの露光位置の補正を、前記電子ビームの前記露光マスクへの入射角度を変更することにより行なう、ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光マスクに設けられたマスクパターンに対応するパターンを試料上に露光する際に、露光マスクのマスク歪みや、試料上にすでに形成されている下層パターンの歪みに応じてパターンの露光位置を補正して、上層パターンを下層パターンに重ね合わせて露光する露光方法に関する。より詳しくは、このような重ね合わせ露光を行なう電子線露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化のニーズに伴い、回路パターンの一層の微細化が要望されている。現在、微細化の限界を規定しているのは主として露光装置であり、電子ビーム直接描画装置やＸ線露光装置などの新しい方式の露光装置が開発されている。
最近では新しい方式の露光装置として、量産レベルで超微細加工用に使用可能な電子ビーム近接露光装置が開示されている（例えば特許文献１、およびこれに対応する日本国特許出願の特許文献２）。
【０００３】
図１は上記電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この電子ビーム近接露光装置１０は、主として電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１６、及び整形アパーチャ１８を含む電子銃１２と、主偏向器２１、２２及び副偏向器５１、５２を含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２４と、露光マスク３０と、静電チャック４４と、ウエハステージ４６とから構成されている。
【０００４】
前記露光マスク３０は、静電チャック４４に吸着されたウエハ４０に近接するように（露光マスク３０とウエハ４０との隙間が、例えば５０μｍとなるように）配置される。この状態で、露光マスク３０に垂直に電子ビームを照射すると、露光マスク３０のマスクパターンを通過した電子ビームがウエハ４０上のレジスト層４２に照射される。
走査手段２４中の主偏向器２１、２２は、図２に示すように電子ビーム１５が露光マスク３０の全面を走査するように電子ビーム１５を偏向制御する。これにより、露光マスク３０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。
なお、図２には、電子ビーム１５がマスク領域３０全体を、ｙ方向を主走査方向、ｘ方向を副走査方向として連続して走査する様子を示したものであるが、このように連続して電子ビームを走査する１動作や、連続して電子ビームが走査されるマスク３０上又はウエハ４０上の領域を、「１ショット」と呼ぶことがあるので本明細書でもこの用語を使用する。
【０００５】
ウエハステージ４６は、静電チャック４４に吸着されたウエハ４０を水平の直交２軸方向に移動させるもので、マスクパターンの等倍転写が終了するごとにウエハ４０を所定量移動させ、これにより１枚のウエハ４０に複数のマスクパターンを転写できるようにしている。
【０００６】
また、走査手段２１中の副偏向器５１、５２は、マスク歪みを補正するように電子ビーム１５のマスクパターンへの入射角度を制御（傾き制御）する。いま図３に示すように電子ビーム１５の露光用マスク３０への入射角度をα、露光用マスク３０とウエハ４０とのギャップをＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの転写位置のずれ量δは、
δ＝Ｇ・ｔａｎα
で表される。図３上ではマスクパターンが正規の位置からずれ量δだけずれた位置に転写される。
【０００７】
したがって、露光用のマスク３０に、例えば図４（Ａ）に示されるようなマスク歪みがある場合には、電子ビーム走査位置におけるマスク歪みに応じて、電子ビームの傾き制御を行うことにより、図４（Ｂ）に示されるようにマスク歪みのない状態でのマスクパターンを転写することが可能となる。
【０００８】
一方で、半導体集積回路は、何層もの導体膜、半導体膜または絶縁膜を積層して形成され、現在多いものでは約４０層もの層により形成されている。これら各層では、それぞれの工程において露光およびエッチング等のプロセスによりパターンが形成されるが、これらの各パターンは様々な要因により、設計パターンから歪んで形成される場合がある。
図５に示す例では、本来頂点Ｐ１’〜Ｐ４’を持つ正方形状ダイ４８’が、頂点Ｐ１〜Ｐ４を持つ四角形状のダイ４８に歪んで形成されている。
【０００９】
したがって、下層パターン（下地パターン）の歪みが甚だしいと、上記のように上層パターンの露光マスク歪みを完全に補正して下層パターンの上に露光したとしても、形成される回路に支障をきたす場合がある。
例えば、図６（Ａ）に示すゲートパターンＧなどを含む下層パターンＰD（図６（Ａ））の上に、このゲートと接続するスルーホールパターンＨを含む上層パターンＰU（図６（Ｂ））を形成する場合、上記のように上層パターンＰUの露光マスクの歪みを完全に補正して下層パターンＰD上に露光したとしても、下層パターンＰDに歪みがあると、図６（Ｃ）に示すように下層パターンＰDのゲート部分Ｇと上層パターンＰUのホール部分Ｈとの位置ずれが生じてしまい、両者が接続しなくなる。
したがって、下層パターンに歪みがある場合には、パターンの歪みにあわせて上層パターンの露光位置を補正する必要がある。
【００１０】
このように、マスク歪み及び下層パターンの歪みに合わせて上層の露光位置を補正する方法として、従来では、マスク及び下層パターンの各々に設けられた歪み測定用パターンの絶対位置をそれぞれ座標測定器を用いて測定する方法と、重ね合わせ測定法とが知られている。
座標測定器を用いる方法では、図７（Ａ）に示すようにマスク３０のパターン領域３３内の各所にマスク歪み測定用マークＭPMを、また、図７（Ｂ）に示すようにウエハ４０の下層パターンのショット領域Ｓ内の各所に下層パターン歪み測定用マークＭPWを設けておき、それらの座標をＩＰＲＯ（商標）などの座標測定器を用いてそれぞれ測定して両者の歪み量を求め、この歪み量を補正するように上記副偏向器５１、５２を駆動することにより、下層パターンの歪みに合わせて上層パターンの露光位置を補正する。
【００１１】
一方、重ね合わせ測定法では、図８（Ａ）に示すようにマスク３０のパターン領域３３内の各所にマスク側重ね合わせ測定用マークＭMを、その外側にマスク側アライメントマークＭAMを設ける。一方でウエハ４０の下層パターンのショット領域Ｓ内の各所に、マスク側重ね合わせ測定用マークＭMに対応して、ウエハ側重ね合わせ測定用マークＭWを図８（Ｂ）に示すように設け、その外側には、マスク側アライメントマークＭAMに対応するウエハ側アライメントマークＭAWを設ける。
そして、マスク側アライメントマークＭAMとウエハ側アライメントマークＭAWにより、マスク領域３３とショット領域Ｓとのアライメントを行なった後、マスク側重ね合わせ測定用マークＭMを、ウエハ４０上に露光、転写する。マスク側重ね合わせ測定用マークＭMが転写されたウエハ４０のショット領域Ｓを図８（Ｃ）に示す。
【００１２】
図８（Ｃ）に示すように、下層パターンのショット領域Ｓの各所に形成されたウエハ側重ね合わせマークＭWと、これに対応するマスク側重ね合わせ測定用マークＭMとの間には、マスク歪み及び下層パターン歪みの和に応じて位置ずれが生じる。したがって、この位置ずれ量を電子顕微鏡などにより観測し、この位置ずれ量を補正するように上記副偏向器５１、５２を駆動することにより、下層パターンの歪みに合わせて上層パターンの露光位置を補正する。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５，８３１，２７２号明細書
【特許文献２】日本特許第２９５１９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来の方法では、マスク歪み及び下層パターン歪みを補正し、精度良く上層パターンを重ね合わせるためには、マスク３０内のマスクパターン領域３３内及び下層パターン上のショット領域Ｓ内に、歪み測定用マーク又は重ね合わせ測定用マークを多数設ける必要がある。
しかしながら、実際のデバイス製造工程では、マスクパターン領域３３内及びショット領域Ｓ内には、回路パターンが高密度に形成されており、歪み測定用マーク又は重ね合わせ測定用マークを多数設けるスペース的余裕はない。
【００１５】
そこで、本発明では、実際のデバイス製造工程において、回路パターンを露光する露光マスク自体、及び回路パターンが形成されるウエハ自体に、歪み測定用マーク又は重ね合わせ測定用マークを設けることなく、ウエハ上に形成された下層パターンの歪みに合わせて上層パターンの露光位置を精度良く補正することが可能な露光方法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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の第１形態に係る露光方法では、上層パターン用の露光マスクと同様のマスク歪みを有した、第１重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを設けた重ね合わせ測定用マスクを作成する。その一方で、下層パターンと同様の歪みを有する第１重ね合わせ測定用マークが形成された重ね合わせ測定用試料を作成する。
そして、この重ね合わせ測定用試料に、上記の試料への上層パターンの露光と同じ条件で重ね合わせ測定用マスクを使用して露光して第２重ね合わせ測定用マークを形成し、その後に第１重ね合わせ測定用マークと第２重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量に応じて、試料への上層パターンの露光位置を補正する。
【００１７】
すなわち、本発明の第１形態に係る露光方法では、対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する際に、露光マスクに上層パターンに対応するマスクパターンを設けるプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用マスクに第１重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを形成し、対象試料に下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用試料に第２重ね合わせ測定用マークを形成しする。
そして、第２重ね合わせ測定用マークが形成された重ね合わせ測定用試料に、対象試料への上層パターンの露光と同じ条件で、重ね合わせ測定用マスクを使用して露光を行ない、第１重ね合わせ測定用マークを形成し、重ね合わせ測定用試料に形成された第１重ね合わせ測定用マークと第２重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量を補正量として求め、この補正量に応じて、露光マスクを用いて対象試料への上層パターンの露光位置を補正して露光する。
【００１８】
対象試料への上層パターンを露光する際と、重ね合わせ測定用試料への第１重ね合わせ測定用マークを露光する際と、で等しくするべき上記条件は、例えば電子線露光装置を用いて露光を行なう場合には、ウエハと試料との間の間隔と平行度、電子光学系に用いる偏向補正値、電子ビームの状態（ビーム電流値、ビームの傾き、ビーム形状）などの電子線露光装置の設定条件としてよい。
【００１９】
本発明の第２形態に係る露光方法では、上記露光方法において、さらに、対象試料に下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用試料に第３重ね合わせ測定用マークを形成する。
そして、この重ね合わせ測定用試料に、対象試料への上層パターンの露光と同じ条件で、上記の補正量だけ露光位置を補正して、露光マスクを使用して露光を行なうことにより上層パターンを形成し、重ね合わせ測定用試料に形成された第３重ね合わせ測定用マークと上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて上記補正量を修正する。
その後修正した上記補正量に応じて、露光マスクを用いて対象試料への上層パターンの露光位置を補正して露光することとしてよい。
【００２０】
このとき、第３重ね合わせ測定用マークは、予め重ね合わせ測定用試料上の上層パターンが形成されない領域に形成されてもよく、反対に、上層パターンは、第３重ね合わせ測定用マーク上に重ねて形成されることとしてもよい。
この第３重ね合わせ測定用マークのパターンは、上層パターンとの間の位置ずれ量を測定するための基準格子パターンを含むこととしてよい。
【００２１】
また、上層パターンが、所定寸法以上を有する複数の区画からなる場合には、重ね合わせ測定用試料に形成された第３重ね合わせ測定用マークと上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、補正量を修正することとしてもよい。
【００２２】
上記重ね合わせ測定用マスクは、上記露光マスクと同一基板状に形成されることとしてよく、あるいは別個の基板状に形成されることとしてもよい。
【００２３】
また、本発明の第３形態に係る露光方法では、対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する際に、露光マスクに上層パターンに対応するマスクパターンを設けるプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用マスクに第１重ね合わせ測定用マーク及び第２重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを形成し、対象試料に下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、第１の重ね合わせ測定用試料に第３重ね合わせ測定用マークを形成する。
そして、第３重ね合わせ測定用マークが形成された第１の重ね合わせ測定用試料に、対象試料への上層パターンの露光と同じ条件で、重ね合わせ測定用マスクを使用して露光を行ない、第１重ね合わせ測定用マークを形成し、第１の重ね合わせ測定用試料に形成された第１重ね合わせ測定用マークと第３重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量を補正量として求める。
さらに、第２の重ね合わせ測定用試料上に、対象試料への上層パターンの露光と同じ条件で、補正量だけ露光位置を補正して、露光マスクと重ね合わせ測定用マスクとを使用して、上層パターンと第２の重ね合わせ測定用マークのパターンとを重ねて露光することにより上層パターンと第２重ね合わせ測定用マークとを形成し、第２の重ね合わせ測定用試料に形成された上層パターンと第２重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量に応じて上記補正量を修正する。
そして、この修正した補正量に応じて、露光マスクを用いて対象試料への上層パターンの露光位置を補正して露光する。
【００２４】
このとき、露光マスク、重ね合わせ測定用マスク、対象試料、並びに第１及び第２の測定用試料には、マスクと試料との相互の位置合わせのためのアライメントマークを有しており、上記の第１の重ね合わせ測定用試料への第１重ね合わせ測定用マークの形成の際には、重ね合わせ測定用マスクと第１の重ね合わせ測定用試料とを、それぞれのアライメントマークによって位置合わせを行なうこととしてよい。
さらに、第２の重ね合わせ測定用試料上への上層パターンの露光の際には、第２の重ね合わせ測定用試料と露光マスクとを、それぞれのアライメントマークによって位置合わせを行ない、第２の重ね合わせ測定用試料上への第２の重ね合わせ測定用マークのパターンの露光の際には、第２の重ね合わせ測定用試料と重ね合わせ測定用マスクとを、それぞれのアライメントマークによって位置合わせを行なうこととしてよい。
【００２５】
第２重ね合わせ測定用マークは、予め第２重ね合わせ測定用試料上の上層パターンが形成されない領域に形成されてもよく、反対に、上層パターンは、第２重ね合わせ測定用マーク上に重ねて形成されることとしてもよい。
この第２重ね合わせ測定用マークのパターンは、上層パターンとの間の位置ずれ量を測定するための基準格子パターンを含むこととしてよい。
【００２６】
また、上層パターンが、所定寸法以上を有する複数の区画からなる場合には、第２重ね合わせ測定用試料に形成された第２重ね合わせ測定用マークと上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、補正量を修正することとしてもよい。
【００２７】
上記重ね合わせ測定用マスクは、上記露光マスクと同一基板状に形成されることとしてよく、あるいは別個の基板状に形成されることとしてもよい。
【００２８】
また、第１重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンと、第２重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンと、は、同じ重ね合わせ測定用マスクに設けられることとしてよく、あるいは別個に製作される第１重ね合わせ測定用マスクと第２重ね合わせ測定用マスクとにそれぞれ設けることとしてもよい。
【００２９】
すなわち、本発明の第３形態に係る露光方法では、対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する際に、露光マスクに上層パターンに対応するマスクパターンを設けるプロセスと同じプロセスによって、第１重ね合わせ測定用マスクに第１重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを形成し、また、露光マスクに上層パターンに対応するマスクパターンを設けるプロセスと同じプロセスによって、第２重ね合わせ測定用マスクに第２重ね合わせ測定用マークに対応するマスクパターンを形成することとしてよい。
一方で、対象試料に下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、第１の重ね合わせ測定用試料に第３重ね合わせ測定用マークを形成することとしてよい。
そして、第３重ね合わせ測定用マークが形成された第１の重ね合わせ測定用試料に、対象試料への上層パターンの露光と同じ条件で、第１重ね合わせ測定用マスクを使用して露光を行ない、第１重ね合わせ測定用マークを形成して、第１の重ね合わせ測定用試料に形成された第１重ね合わせ測定用マークと第３重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量を補正量として求めることとしてよい。
その後、第２の重ね合わせ測定用試料上に、対象試料への上層パターンの露光と同じ条件で、補正量だけ露光位置を補正して、露光マスクと前記第２重ね合わせ測定用マスクとを使用して、上層パターンと第２の重ね合わせ測定用マークのパターンとを重ねて露光することにより上層パターンと第２重ね合わせ測定用マークとを形成し、この第２の重ね合わせ測定用試料に形成された上層パターンと第２重ね合わせ測定用マークとの間の位置ずれ量に応じて上記補正量を修正することとしてよい。
そして、修正した前記補正量に応じて、露光マスクを用いて対象試料への前記上層パターンの露光位置を補正して露光することとしてよい。
【００３０】
また、本発明の第４形態に係る露光方法は、対象試料上に形成された下層パターンに対して、露光マスクのマスクパターンに対応する上層パターンを重ね合わせて露光する際に、対象試料に下層パターンを形成するプロセスと同じプロセスによって、重ね合わせ測定用試料に重ね合わせ測定用マークを形成し、この重ね合わせ測定用試料に、対象試料への上層パターンの露光と同じ条件で、露光マスクを使用して露光を行ない、上層パターンを形成し、
重ね合わせ測定用試料に形成された重ね合わせ測定用マークと上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、露光マスクを用いて対象試料への上層パターンの露光位置を補正して露光する。
【００３１】
このとき、重ね合わせ測定用マークもまた、予め重ね合わせ測定用試料上の上層パターンが形成されない領域に形成されてもよく、反対に、上層パターンは、重ね合わせ測定用マーク上に重ねて形成されることとしてもよい。
また、重ね合わせ測定用マークのパターンは、上層パターンとの間の位置ずれ量を測定するための基準格子パターンを含むこととしてよい。
【００３２】
また、上層パターンが、所定寸法以上を有する複数の区画からなる場合には、重ね合わせ測定用試料に形成された重ね合わせ測定用マークと上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、対象試料への上層パターンの露光位置を補正することとしてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
重ね合わせ測定用マスク及び重ね合わせ測定用試料を用いることにより、実際の回路パターンを露光する露光マスク自体、及び回路パターンが形成されるウエハ自体に、歪み測定用マーク又は重ね合わせ測定用マークを設けることなく、ウエハ上に形成された下層パターンの歪みに合わせて上層パターンの露光位置を精度良く補正することが可能となる。
【００３４】
また上記のように、上記第２形態における第３重ね合わせ測定用マーク（又は、上記第３形態における第２重ね合わせ測定用マーク、上記第４形態における重ね合わせ測定用マーク）と上層パターンとの間の位置ずれ量に応じて、上層パターンの露光位置の補正量を定めることにより、実際の露光マスクと重ね合わせ測定用マスクとで、開口部分の面積割合の相違によりマスク歪みに違いが生じたとしても、このマスク歪みの相違量を補正することが可能となる。
【００３５】
また上記第２形態では、下層パターンや第３重ね合わせ測定用マークが形成される下層と、上層パターンが露光されるレジスト層の間には、層間膜が形成されることが一般的であるため、下層に形成された第３重ね合わせ測定用マークと上層パターンとの間の位置ずれ量を測定する場合には、精度良く重ね合わせ測定用マークを観察することが難しい。
そこで、上記第３形態のように、第２重ね合わせ測定用試料上に上層パターンと第２重ね合わせ測定用マークのパターンとを重ねてレジスト層に露光することにより、上層パターンと第２重ね合わせ測定用マークのパターンとの間の位置ずれ量の測定が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。以下の説明では、露光方法及び露光装置として近接露光方式の電子線近接露光方法及び電子線近接露光装置を例示するが、本発明の露光方法は、電子線近接露光方法だけでなく、マスクパターン各部の試料上への各露光位置を補正することが可能な露光装置であれば、他の方式の露光装置にも利用可能である。
【００３７】
図９は、本発明の第１実施例に係る露光方法のフローの説明図である。本露光方法では、まず、下層パターンの露光を行なう際に、それまで同一の製造プロセスを経たウエハＷ0の中から、重ね合わせ測定を行なうための重ね合わせ測定用試料ＷBを取り出し、残りを実デバイスのパターンを形成するための製品用ウエハＷAとする。そして、下層パターンの露光を行なう（光リソグラフィ工程などの）第１の露光工程Ｅ1において、製品用ウエハＷAへの下層パターンの露光フォトマスク（レチクル）ＭA1による露光と、重ね合わせ測定用試料ＷBへの第２重ね合わせ測定用マーク露光用フォトマスク（レチクル）ＭM1による露光と、を同じ条件で行なう。
【００３８】
図１０に、第２重ね合わせ測定用マークを露光するためのレチクルＭM1に設けられるマスクパターンの例を示す。レチクルＭM1は、大きく分けて第２重ね合わせ測定用マークパターンＭP1、並びにウエハＷBと後述する重ね合わせ測定用マスクＭM2とのアライメント行なうためのコースアライメント用マークパターンＭPM0、並びにファインアライメント用マークパターンＭPM1〜ＭPM4、が設けられている。
なお、第１の露光工程Ｅ1として光リソグラフィ工程を採用する場合、第２重ね合わせ測定用マーク露光用レチクルＭM1と、下層パターン露光用レチクルＭA1は、実デバイスパターンよりも大きな（例えば４倍程度）パターンで形成され、かつ両マスクは強度の高いレチクルとして作成することができるので、これら両マスクは、形成されているパターンの位置ずれ量が問題とならない精度に高い精度に作成することが可能である。
また、コースアライメント用マークパターンＭPM0及びファインアライメント用マークパターンＭPM1〜ＭPM4は、下層パターン露光用レチクルＭA1にも設けられている。これらも製品用ウエハＷAに露光されることにより製品用ウエハＷA上にアライメント用マークＭPM0及びＭPM1〜ＭPM4が形成され、後述するように露光マスクＭA2に設けられたアライメント用マークとのアライメントに使用される。
【００３９】
図示するように、第２重ね合わせ測定用マークパターンＭP1は、四角形状に配置された４本の直線（バー）を一組として構成されており、この４本バーの複数組がレチクルＭM1上の各位置に配置されている。
また第２重ね合わせ測定用マークパターンＭP1は、後述する重ね合わせ測定用マスクＭM2の第１重ね合わせ測定用マークパターンと対をなしており、本マスクを使用して第２重ね合わせ測定用マークが形成されたウエハＷBが、後述する第２露光工程Ｅ2にて、上記アライメント用マークによって重ね合わせ測定用マスクＭM2とアライメントされたとき、４本のバーが構成する四角形の中心に第１重ね合わせ測定用マークが露光されるようにその各配置箇所が設計されている。
【００４０】
下層パターン及び上記アライメントマークが露光された製品用ウエハＷAと、第２重ね合わせ測定用マーク及び上記アライメントマークが露光された重ね合わせ測定用試料ＷBと、を同じ条件の下で現像処理及びエッチング処理を行なう。このように製品用ウエハＷAと重ね合わせ測定用試料ＷBとを処理することにより、重ね合わせ測定用試料ＷBに形成された第２重ね合わせ測定用マークＭP1には、製品用ウエハＷAに形成された下層パターンと同じ歪みを有することになる。
【００４１】
上記のエッチング工程の後、重ね合わせ測定用試料ＷBは、電子線露光工程である第２の露光工程Ｅ2において、重ね合わせ測定用マスクＭM2による露光が行なわれる。ここに、電子線露光工程は図１を参照して説明した電子線近接露光装置１０を使用して行われることとしてよく、露光工程の詳細はすでに図１を参照して説明したので説明を省略する。
【００４２】
さらにまた、重ね合わせ測定用マスクＭM2には、上層パターンの露光を行う実際の露光マスクＭA2上への上層パターンの形成と同じプロセスで、重ね合わせ測定用試料ＷBに第１重ね合わせ測定用マークを露光するためのマスクパターンが設けられる。例えば、電子線露光によって露光マスクＭA2上へ上層パターンを形成する場合には、重ね合わせ測定用マスクＭM2は、露光マスクＭA2と同じ条件で第１重ね合わせ測定用マークパターンの露光がなされ、また露光マスクＭA2と同じ工程で、露光前のレジスト塗布、露光後の現像、エッチング等の処理がなされる。このように重ね合わせ測定用マスクＭM2を形成することにより、マスクＭM2は、実際の露光マスクＭA2と同様のマスク歪みを持って形成されることとなる。
【００４３】
さらに、重ね合わせ測定用マスクＭM2によって重ね合わせ測定用試料ＷBに第１重ね合わせ測定用マークを露光する第２の露光工程Ｅ2は、後の製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光と同じ条件で行われる。重ね合わせ測定用試料ＷBへの第１重ね合わせ測定用マークの露光と、製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光とを、同一条件で行なうことにより、製品用ウエハＷAへ露光される上層パターンの露光位置ずれ量と、同じ露光位置ずれ量で、重ね合わせ測定用試料ＷBへ第１重ね合わせ測定用マークを露光することが可能となる。
【００４４】
ここに、第２の露光工程Ｅ2における露光の条件は、電子線露光装置を用いる場合には、ウエハと試料との間の間隔と平行度、電子光学系に用いる偏向補正値、電子ビームの状態（ビーム電流値、ビームの傾き、ビーム形状）などの電子線露光装置の設定条件としてよい。
【００４５】
図１１に、重ね合わせ測定用マスクＭM2に設けられるマスクパターンの例を示す。マスクＭM2は、大きく分けて第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と、上記ウエハＷBとのコースアライメント用マークＭEM0と、ファインアライメント用マークＭEM1〜ＭEM4と、が設けられている。
【００４６】
図示するように、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1は、四角形（ボックス）により構成されており、このボックスはマスクＭM2上の各位置に配置されている。
また前述するように第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1のそれぞれは、第２重ね合わせ測定用マークパターンＭP1と、それぞれ対をなしており、第２露光工程Ｅ2にて、上記アライメント用マークＭEM0及びＭEM1〜ＭEM4と、ウエハＷBに形成されたアライメント用マークＭPM0及びＭPM1〜ＭPM4に基づき、重ね合わせ測定用マスクＭM2とウエハＷBとをアライメントしたとき、第２重ね合わせ測定用マークの４本のバーが構成する四角形の中心に第１重ね合わせ測定用マークのボックスが露光されるように各配置箇所が設計されている。
【００４７】
上記アライメント用マークＭEM0及びＭEM1〜ＭEM4と、ウエハＷBに形成されたアライメント用マークＭPM0及びＭPM1〜ＭPM4に基づきアライメントを行なった後、重ね合わせ測定用マスクＭM2による第２の露光工程Ｅ2によって、重ね合わせ測定用試料ＷBに第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1が露光された様子を図１２（Ａ）に示す。
図示するように重ね合わせ測定用試料ＷBのショット領域Ｓ内には、４本バーの各組である第２重ね合わせ測定用マークＭP1’と、この４本バーの各組の中に位置する四角である第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1’とが形成されている。
【００４８】
上記の通り、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’は、製品用ウエハＷAへ露光される下層パターンの歪み量と同様の歪み量を持って重ね合わせ測定用試料ＷBに形成されており、第１重ね合わせ測定用マークＭE1’は、製品用ウエハＷAへ露光される上層パターンの露光位置ずれ量と同様の位置ずれ量を持って露光される。
したがって、図１２（Ｂ）に示すように、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭE1’の重ね合わせ測定を行なって、その位置ずれ量（ｄｘ、ｄｙ）を求めることにより、ショット領域Ｓ内の各位置における、マスク歪み量及び下層パターンの歪み量の和を測定することが可能となる。
【００４９】
そして、ショット領域Ｓ内の各位置に形成された第２重ね合わせ測定用マークＭP1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭE1’の重ね合わせ測定の測定結果に基づいて、ショット領域Ｓ内の各位置ごとに、上記歪み量をゼロとするために必要な露光位置の補正量を算出し、そのマップ（以下、位置誤差補正マップと呼ぶ）を作成する。
【００５０】
その後、第２の露光工程Ｅ2により、露光マスクＭA2を用いて製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光が行なわれる。図１３に露光マスクＭA2の例を示す。図示するように露光マスクＭA2は、多数のホールパターンＨを有する。
また、一般にメモリセル等を有する半導体回路では同じ回路パターンが繰り返し形成されるのが通常である。したがって露光マスクＭA2には、１つのセルに対応する、繰り返し回路パターンの１周期である区画Ｃが、複数形成される。
また、露光マスクＭA2には、重ね合わせ測定用マスクＭM2と同様に、製品用ウエハＷAとのコースアライメント用マークＭEM0と、ファインアライメント用マークＭEM1〜ＭEM4と、が設けられている。
【００５１】
製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光を行なう際には、まず、製品用ウエハＷAのアライメント用マークＭP0及びＭP1〜ＭP4と、露光マスクＭA2のアライメント用マークＭEM0及びアライメント用マークＭEM1〜ＭEM4と、に基づいて、製品用ウエハＷAと露光マスクＭA2とのアライメントを行なう。
そして、重ね合わせ測定用試料ＷBに第１重ね合わせ測定用マークＭE1’を露光した際と同じ条件で、製品用ウエハＷAへ上層パターンを露光する。その際には、上記の通り作成した位置誤差補正マップに基づき、副偏向器５１及び５２を制御して、製品用ウエハＷAに対する上層パターン各部の露光位置を補正する。
【００５２】
このように、位置誤差補正マップに基づいて製品用ウエハＷAに対する上層パターン各部の露光位置を補正することにより、露光マスクＭA2の歪み及び下層パターンの歪みの両方による上下層のパターンの形成位置のずれを解消し、下層のパターンの歪みに合わせて上層パターンを形成することが可能となる。
上層パターンが露光された製品用ウエハＷAは、現像後にエッチング処理が施されるが、その際に、製品用ウエハＷAへ上層パターンが適正な位置に露光されたか否かを確認するために重ね合わせ測定を行なってもよい。
このために、例えば製品用ウエハＷA及び露光マスクＭA2上の回路パターン領域以外の余白領域に、それぞれ第２重ね合わせ測定用マークＭP1’及び第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と同様のマーク及びパターンを、少量（例えば４個）設けておくこととしてよい。そして露光工程Ｅ2において、製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光と同時に、マスク側パターンを露光し、上記エッチング処理の前に、それぞれのマークの位置ずれ量を測定して、上層パターンが適正な位置に露光されたか否かを確認することとしてよい。
【００５３】
上記の図９〜図１３を参照して説明した重ね合わせ露光方法では、製品用ウエハＷAへ露光される上層パターンの露光位置ずれ量と同じ位置ずれ量を持って、第１重ね合わせ測定用マークＭE1’を重ね合わせ測定用試料ＷBへ露光する必要があり、このため露光工程Ｅ2において、製品用ウエハＷAへ上層パターンの露光する条件とできうる限り同じ条件で、重ね合わせ測定用試料ＷBに第１重ね合わせ測定用マークＭE1’の露光を行なう必要がある。
したがって、重ね合わせ測定用マスクＭM2と、実際の露光マスクＭA2とを同一マスク基板３０上に形成することが好適である（図１４参照）。
【００５４】
なお、露光マスクＭA2は上記本発明の第１形態に係る露光マスクを成し、重ね合わせ測定用マスクＭM2は上記本発明の第１形態に係る重ね合わせ測定用マスクを成し、製品用ウエハＷAは上記本発明の第１形態に係る対象試料を成し、重ね合わせ測定用試料ＷBは上記本発明の第１形態に係る重ね合わせ測定用試料を成す。
また、第１重ね合わせ測定用マークＭE1’は上記本発明の第１形態に係る第１重ね合わせ測定用マークを成し、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’ は上記本発明の第１形態に係る第２重ね合わせ測定用マークを成す。
【００５５】
また、上記の図９〜図１３を参照して説明した重ね合わせ露光方法では、上層パターン露光用の露光マスクＭA2と重ね合わせ測定用マスクＭM2とは同じプロセスを経て製造されることにより、同じマスク歪みを持つことが前提となっている。
しかしながら、重ね合わせ測定用マークパターンのみが形成された重ね合わせ測定用マスクＭM2と、多数のホールパターンが形成された露光マスクＭA2とでは、開口部の面積の割合が相違するため、両者のマスク歪みには若干の相違が生じる。このため、上記作成した位置誤差補正マップの補正量は、実際の露光マスクＭA2のマスク歪みとは異なるマスク歪みに対する補正量を含んだものとなる可能性がある。
【００５６】
図１５は、このような露光マスクＭA2と重ね合わせ測定用マスクＭM2と間のマスク歪みの相違がある場合、実際の露光マスクＭA2のマスク歪みに合わせて、位置誤差補正マップを改善することが可能な本発明の第２実施例に係る露光方法のフローの説明図である。
【００５７】
図１５に示す露光方法では、まず露光工程Ｅ１において、重ね合わせ測定用試料ＷBに上記の第２重ね合わせ測定用マークＭP1’に加えて、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’を形成しておく。
そして、露光工程Ｅ２において、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭE1’の重ね合わせ測定の測定結果に基づいて、位置誤差補正マップを作成する。
【００５８】
さらに、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’及び第３重ね合わせ測定用マークＭP2’が形成された他の重ね合わせ測定用試料ＷB上に、実際の露光マスクＭA2を用いて上層パターンを露光する。この露光もまた製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光と同じ条件で行なわれる。その際には、上記作成した位置誤差補正マップにより、重ね合わせ測定用試料ＷBに対する上層パターン各部の露光位置を補正する。
そして、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’と上層パターンの位置ずれ量に応じて、この位置ずれ量をゼロとするために必要な補正量を求めて、かかる補正量に位置誤差補正マップを更新することによりマップを改善する。
【００５９】
製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光を行なう際には、この改善された位置誤差補正マップに基づいて、上層パターン各部の露光位置を補正する。
このように、実際の露光マスクＭA2により露光された上層パターンの位置と、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’と位置ずれ量に応じて、位置誤差補正マップを改善することにより、露光マスクＭA2と重ね合わせ測定用マスクＭM2とが異なるマスク歪みを有していても、位置誤差補正マップに含まれる各補正量を、実際の露光マスクＭA2のマスク歪みに応じた補正量に修正することが可能となり、上層パターンを下層のパターンの歪みに合わせて、より高精度に形成することが可能となる。
【００６０】
図１６は、図１５に示す露光方法において使用される、第２及び第３重ね合わせ測定用マークを露光するためのレチクルＭM3に設けられるマスクパターンの例を示す。
図１６に示すように、レチクルＭM3には、第２重ね合わせ測定用マークパターンＭP1、及び第３重ね合わせ測定用マークパターンＭP2、並びにコースアライメント用マークパターンＭPM0、及びファインアライメント用マークパターンＭPM1〜ＭPM4が形成されている。第１重ね合わせ測定用マークパターンＭP1、コースアライメント用マークパターンＭPM0、並びにファインアライメント用マークパターンＭPM1〜ＭPM4については、図１０を参照して説明した第２重ね合わせ測定用マーク露光用レチクルＭM1と同様であるので説明を省略する。
【００６１】
第３重ね合わせ測定用マークパターンＭP2は、上記の通り上層パターンが露光される重ね合わせ測定用試料ＷB上において、この上層パターンとの位置ずれ量を測定する第３重ね合わせ測定用マークパターン部分ＭP2’を形成するために設けられる。すなわち、レチクルＭM3に設けられるマークパターンは、上記第１重ね合わせ測定用マークＭE1’との位置ずれ量を測定するためのパターン部ＭP1と、上層パターンとの間の位置ずれ量を測定するためのパターン部ＭP2と、を含む。
【００６２】
図１６の例では、第３重ね合わせ測定用マークパターンＭP2は、重ね合わせ測定用試料ＷB上の上層パターンが形成されるセル領域Ｃとセル領域Ｃの間の領域（セル間のストリート領域）に対応する位置に配置される。すなわち、マークパターンＭP2は、重ね合わせ測定用試料ＷB上の上層パターンが形成されない領域に対応する位置に形成される。図示する例では、マークパターンＭP2はセル領域Ｃの角付近に格子状に配置されている。
【００６３】
図１７（Ａ）は、図１６に示す第２及び第３重ね合わせ測定用マークパターンにそれぞれ対応する第２及び第３重ね合わせ測定用マークＭP1’及びＭP2’が形成された重ね合わせ測定用試料ＷB上に、上層パターンであるホールパターンＨ’が露光され現像された様子を示す図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡ−Ａ’部分の部分断面図を示す図である。なお、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’は以下の説明に関係しないため、簡単のため図１７（Ａ）において１つのみを図示し他は省略している。
【００６４】
図１７（Ｂ）に示すように、ホールパターンＨ’が形成されるレジスト層４２と、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’の間には、層間膜Ｌ２が形成されている。したがって、ホールパターンＨ’と第３重ね合わせ測定用マークＭP2’の間の位置ずれ量を測定するためには、層間膜Ｌ２を透過して第３重ね合わせ測定用マークＭP2’を観測できるように電子の加速電圧が数１０ｋｅＶ程度の高加速度ＳＥＭを使用することが好適である。
【００６５】
図１７（Ａ）に示すように、ホールパターンＨ’と第３重ね合わせ測定用マークＭP2’の間の位置ずれ量の測定は、ホールパターンＨ’の配列に沿う直線ｌ１及び直線ｌ２と、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’の中心軸と、の間のそれぞれの間隔ａ及びｂを測定して、既知の設計値と比較することにより、そのずれ量を測定することが可能である。
なお、直線ｌ１及び直線ｌ２は、予め定めておいた既知のホールパターンＨ’の中心間を結ぶ直線として定めて測定することとしてよい。
【００６６】
しかし、実際の露光では、ホールパターンＨ’は図１７（Ａ）に示すような明瞭な矩形には形成されない。したがって、ホールパターンＨ’の配列に沿う直線の位置を特定するのは精度上難しく、また、ホールパターンＨ’と第３重ね合わせ測定用マークＭP2’が離れて形成されるため、直感的にずれ量の把握ができない。
よって、以下、図１９に示すように、第３重ね合わせ測定用マークＭP3’を、特定ホールパターンＨPを中心とする位置に形成される基準格子マークとして形成し、この基準格子ＭP3’と特定ホールパターンＨPと相対位置関係ａ、ｂを測定することにより、第３重ね合わせ測定用マークＭP3とホールパターンとのずれ量を直感的に把握することが可能となり、また測定精度を高めることが可能となる。
【００６７】
図１８は、図１９に示す第３重ね合わせ測定用マークＭP3’を形成するために使用されるレチクルＭM3のマスクパターンの構成例を示す図である。図示するように、第３重ね合わせ測定用マークＭP3’を形成するための第３重ね合わせ測定用マークパターンＭP3は、重ね合わせ測定用試料ＷB上の上層パターンが形成されるセル領域Ｃ内の、特定のホールパターンの位置に対応する位置に配置される。すなわち、露光工程Ｅ２において、上層パターンは、重ね合わせ測定用試料ＷB上に形成された第３重ね合わせ測定用マークＭP3’上に重ねて形成される。
【００６８】
なお、上記の電子線近接露光装置により露光工程Ｅ2を行なう場合、露光に使用される電子ビーム１５の径は数百μｍであり、百ｎｍ程度であるホールパターンの配置間隔に比べて非常に大きい。また、電子線近接露光装置では、上記の副偏向制御によりマスク３０に入射する電子ビーム１５の入射角を変更することにより、マスクパターン各部の露光位置の補正を行なうものである。
【００６９】
したがって、本発明に係る露光方法を電子線近接露光装置に適用する場合には、上層パターンであるホールパターンの配置間隔より大きい間隔で、マスクパターン各部の露光位置の補正を行なうことが好ましい。例えば図２０では、上層パターンを構成する所定寸法以上の寸法を有する区画であるセル領域Ｃ毎に、上層パターン各部の露光位置の補正を行なう。
【００７０】
この場合、重ね合わせ測定用試料ＷB上に露光された上層パターンの各セルの４頂点の座標（ｘ1，ｙ1）、（ｘ2，ｙ2）、（ｘ3，ｙ3）、（ｘ4，ｙ4）の位置ずれ量を測定し、これら４頂点の位置ずれ量から、例えば最小二乗法によって各セル領域Ｃの位置ずれ量（ＡX，ＡY）を求める。そしてこの位置ずれ量（ＡX，ＡY）を上記副偏向制御の補正指令値として、各セル領域毎に上層パターンの露光位置の補正を行なう。
【００７１】
上層パターンの各セルの４頂点の座標（ｘ1，ｙ1）、（ｘ2，ｙ2）、（ｘ3，ｙ3）、（ｘ4，ｙ4）の位置ずれ量を測定するには、例えば、上記の図１７（Ａ）を参照して説明した第３重ね合わせ測定用マークＭP2’を使用する場合では、セル領域Ｃの境界付近のホールパターンＨ’の配列に沿った直線と、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’の中心軸との間の間隔を測定すればよく、また、上記の図１９を参照して説明した第３重ね合わせ測定用マークＭP3’を使用する場合では、セル領域Ｃの４隅に指定した特定ホールパターンＨPと、第３重ね合わせ測定用マークＭP3’の中心軸との相対位置関係を測定すればよい。
【００７２】
なお、上記第２実施例では、一度、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭE1’の重ね合わせ測定の測定結果に基づいて、位置誤差補正マップを作成しておき、その後、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’が形成された重ね合わせ測定用試料ＷB上に露光された上層パターンの位置ずれ量に応じて、位置誤差補正マップを改善することとしたが、初めから、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’が形成された重ね合わせ測定用試料ＷB上に露光された上層パターンの位置ずれ量に応じて、位置誤差補正マップを作成することとしてもよい。
【００７３】
なお、露光マスクＭA2は上記本発明の第２形態に係る露光マスクを成し、重ね合わせ測定用マスクＭM2は上記本発明の第２形態に係る重ね合わせ測定用マスクを成し、製品用ウエハＷAは上記本発明の第２形態に係る対象試料を成し、重ね合わせ測定用試料ＷBは上記本発明の第２形態に係る重ね合わせ測定用試料を成す。
また、第１重ね合わせ測定用マークＭE1’は上記本発明の第２形態に係る第１重ね合わせ測定用マークを成し、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’は上記本発明の第２形態に係る第２重ね合わせ測定用マークを成し、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’、ＭP3’は上記本発明の第２形態に係る第３重ね合わせ測定用マークを成す。
【００７４】
また更に、露光マスクＭA2は上記本発明の第４形態に係る露光マスクを成し、製品用ウエハＷAは上記本発明の第４形態に係る対象試料を成し、重ね合わせ測定用試料ＷB上記本発明の第４形態に係る重ね合わせ測定用試料を成す。
また、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’、ＭP3’は上記本発明の第４形態に係る重ね合わせ測定用マークを成す。
【００７５】
上記第２実施例に係る露光方法では、図１７（Ｂ）に示すように、上層パターンが形成されるレジスト層４２と、第３重ね合わせ測定用マークＭP2’の間には、層間膜Ｌ２が形成されているため、層間膜Ｌ２を透過して第３重ね合わせ測定用マークＭP2’を観測できるように高加速度ＳＥＭを使用する必要がある。
以下に述べる第３実施例では、加速電圧数百ｅＶ〜数ｋＶの通常のＳＥＭを使用して、重ね合わせ測定用試料ＷB上に露光された上層パターンと、重ね合わせ測定用マークを観測できるように、これらのパターンを同じレジスト層に露光する。
【００７６】
図２１は、本発明の第３実施例に係る露光方法のフローの説明図である。まず、光リソグラフィ工程などの第１の露光工程Ｅ1では、図９を参照して説明した第１実施例と同様に、製品用ウエハＷAへの下層パターンの露光レチクルＭA1による露光と、重ね合わせ測定用試料ＷBへの第２重ね合わせ測定用マーク露光用レチクルＭM1による露光と、を同じ条件で行なう。ここで、第２重ね合わせ測定用マーク露光用レチクルＭM1は、図１０に例示したマスクパターンを備えることとしてよい。
【００７７】
第１の露光工程Ｅ1を経た製品用ウエハＷA及び重ね合わせ測定用試料ＷBを、同じ工程で現像及びエッチング処理した後、重ね合わせ測定用試料ＷBは、電子線露光工程である第２の露光工程Ｅ2において、重ね合わせ測定用マスクＭM4による露光が行なわれる。
図２２は、重ね合わせ測定用マスクＭM4に設けられるマスクパターンの例を示す。マスクＭM4は、大きく分けて第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2と、上記ウエハＷBとのコースアライメント用マークＭEM0と、ファインアライメント用マークＭEM1〜ＭEM4と、が設けられている。
ここで、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1は、上記第１実施例と同様に、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’との重ね合わせ測定に使用される第１重ね合わせ測定用マークＭE1’を露光するために使用されるのに対し、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2は、第２実施例における第３重ね合わせ測定用マークＭP2’のように上層パターンとの位置ずれ量を測定する第４重ね合わせ測定用マークＭE2’を露光するために使用される。
また図２２の例では、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2は、後述の重ね合わせ測定用試料ＷC上の上層パターンが形成されるセル領域Ｃとセル領域Ｃの間の領域（セル間のストリート領域）に対応する位置に配置される。すなわち、マークパターンＭE2は、後述の重ね合わせ測定用試料ＷC上の上層パターンが形成されない領域に対応する位置に形成される。図示する例では、マークパターンＭE2はセル領域Ｃの角付近に格子状に配置されている。
【００７８】
重ね合わせ測定用マスクＭM4には、上層パターンの露光を行う実際の露光マスクＭA2上への上層パターンの形成と同じプロセスで、第１重ね合わせ測定用マークＭE1及び第４重ね合わせ測定用マークＭE2に対応するマスクパターンを形成される。したがってマスクＭM4は、実際の露光マスクＭA2とほぼ同様のマスク歪みを持って形成される。
そして第２の露光工程Ｅ2では、上記第１実施例と同様に、製品用ウエハＷAへの上層パターンの露光と同じ条件で、重ね合わせ測定用マスクＭM4を用いて重ね合わせ測定用試料ＷBに第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2とを露光する。そして、第１実施例と同様に、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’と第１重ね合わせ測定用マークＭE1’との重ね合わせ測定により、位置誤差補正マップを作成する。
【００７９】
次に、未だ第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2が露光されていない他の重ね合わせ測定用試料ＷCに、重ね合わせ測定用マスクＭM4を用いて、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2とを露光する。
【００８０】
なお、ここで重ね合わせ測定用試料ＷＣとして、上記第１の露光工程Ｅ１を経て第２重ね合わせ測定用マークＭP1’が形成されている重ね合わせ測定用試料ＷBを使用することとしてよい。
また、重ね合わせ測定用試料ＷＣには第２重ね合わせ測定用マークＭP1’が形成されている必要はなく、したがって、この試料ＷＣとして、重ね合わせ測定用試料ＷBのアライメント用マークＭPM0及びＭPM1〜ＭPM4のみが形成されている試料を別途用意して、これを使用することとしてよい。
【００８１】
この際、重ね合わせ測定用試料ＷCのアライメント用マークＭPM0及びＭPM1〜ＭPM4と、重ね合わせ測定用マスクＭM4のアライメント用マークＭEM0及びアライメント用マークＭEM1〜ＭEM4と、に基づいて、重ね合わせ測定用試料ＷCと重ね合わせ測定用マスクＭM4とのアライメントを行ない、かつ上記作成された位置誤差補正マップを使用して副偏向制御を行ない、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2の露光位置の補正を行なう。
【００８２】
さらに、再度第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2とが露光された重ね合わせ測定用試料ＷCの現像処理を行なう前に、これらの露光済パターンに重ねて、さらに露光マスクＭA2を用いて上層パターンの露光を行う。
この場合にも、重ね合わせ測定用試料ＷCのアライメント用マークＭPM0及びＭPM1〜ＭPM4と、露光マスクＭA2のアライメント用マークＭEM0及びアライメント用マークＭEM1〜ＭEM4と、に基づいて、重ね合わせ測定用試料ＷCと露光マスクＭA4とのアライメントを行ない、かつ上記作成された位置誤差補正マップを使用して副偏向制御を行ない、上層パターンの露光位置の補正を行なう。
【００８３】
このように、重ね合わせ測定用試料ＷCに第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2、及び上層パターンＨ’が露光された様子を図２３（Ａ）に示し、図２３（Ｂ）に、図２３（Ａ）のＡ−Ａ’部分の部分断面図を示す。第２重ね合わせ測定用マークＭP1’は以下の説明に関係しないため、簡単のため図２３（Ａ）において省略している。
【００８４】
図２３（Ｂ）に示すように、上層パターンであるホールパターンＨ’と、第４重ね合わせ測定用マークＭE2’とは、同じレジスト層４２上に形成されている。したがって、ホールパターンＨ’と第４重ね合わせ測定用マークＭE2’の間の位置ずれ量を測定するためには高加速度ＳＥＭを使用することなく、通常のＳＥＭを使用すれば足りる。
【００８５】
ホールパターンＨ’と第４重ね合わせ測定用マークＭE2’の間の位置ずれ量の測定は、第２実施例のホールパターンＨ’と第３重ね合わせ測定用マークＭP2’の間の位置ずれ量測定と同様に、ホールパターンＨ’の配列に沿う直線ｌ１及び直線ｌ２と、第４重ね合わせ測定用マークＭE2’の中心軸と、の間のそれぞれの間隔ａ及びｂを測定して、既知の設計値と比較することにより、そのずれ量を測定することとしてよい。そして、その位置ずれ量をゼロとするために必要な補正量を求めて、かかる補正量に位置誤差補正マップを改善する。
そして、このように改善された位置誤差補正マップによって、製品用ウエハＷAへの上層パターン各部の露光位置を補正する。
【００８６】
また、図１８に示す第２実施例の第３重ね合わせ測定用マークパターンＭP3と同様に、第４重ね合わせ測定用マークパターンを、重ね合わせ測定用試料ＷC上の上層パターンが形成されるセル領域Ｃ内に配置してもよい。すなわち、上層パターンは、露光工程Ｅ２において、重ね合わせ測定用試料ＷB上に形成された第４重ね合わせ測定用マーク上に重ねて形成されることとしてもよい。このようなマスクパターンの構成例を図２４に示す。
【００８７】
図２４（Ａ）は、上層パターンが形成されるセル領域Ｃ内に配置される第４重ね合わせ測定用マークパターンを含む重ね合わせ測定用マスクＭM4のマスクパターンの構成例を示す図であり、図２４（Ｂ）は、図２４（Ａ）に示す重ね合わせ測定用マスクＭM4による露光と露光マスクＭA2による露光とを行なった際に生じるパターンを示した図である。
【００８８】
図２４（Ａ）の例では、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE3は、間隔をおいてｘ方向に配置された２つのバー状ないしは４角形のパターンの対と、ｙ方向に配置された２つのバー状ないしは４角形のパターンの対と、からなる２対のパターンをセットにした４つのパターンから構成される。
そして、これらのパターンは、重ね合わせ測定用マスクＭM4と露光マスクＭA2との間にマスク歪みの差がない場合には、各パターン対のそれぞれの配置方向に伸長する、各パターンＭE3の中心線同士の交点が、上層パターンが形成されるセル領域Ｃ内の特定のホールパターンＨPの中心位置に一致するように配置されている。
したがって、上記各パターンＭE3により露光された各マークＭE3’の中心線同士の交点と、ホールパターンＨPの中心位置とのずれ量ｄｘ、ｄｙを測定することにより、重ね合わせ測定用マスクＭM4と露光マスクＭA2との間にマスク歪み量の差を測定することが可能である。したがって、位置ずれ量量ｄｘ、ｄｙをゼロとするために必要な補正量を求めて、かかる補正量に位置誤差補正マップを改善する。
【００８９】
さらに図２５に示すように、マスクＭM4上の第１方向であるｘ方向に間隔をあけて配置される複数対の第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE4A、ＭE4B、ＭE4Cと、第２方向であるｙ方向に間隔をあけて配置される複数対の第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE4D、ＭE4E、ＭE4Fと、をそれぞれの中心線の交点ＰA〜ＰIが、特定ホールパターンＨA〜ＨIの中心と一致するように配置してもよい。
このとき、特定ホールパターンＨA〜ＨIを含む上層パターンの位置ずれ量を、交点ＰA〜ＰIと特定ホールパターンＨA〜ＨIの中心との位置ずれ量ｄA〜ｄIの平均値により算出することとしてよい。
【００９０】
また、上記第３実施例では、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2、ＭE3、ＭE4A〜ＭE4Fと、を同じ重ね合わせ測定用マスクＭM4に設けることとしたが、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭE2、ＭE3、ＭE4A〜ＭE4Fは、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭE1と、別のマスクに設けることとしてもよい。
【００９１】
なお、露光マスクＭA2は上記本発明の第３形態に係る露光マスクを成し、重ね合わせ測定用マスクＭM4は上記本発明の第３形態に係る重ね合わせ測定用マスクを成し、製品用ウエハＷAは上記本発明の第３形態に係る対象試料を成し、重ね合わせ測定用試料ＷBは上記本発明の第３形態に係る第１の重ね合わせ測定用試料を成し、重ね合わせ測定用試料ＷCは第２の重ね合わせ測定用試料を成す。
また、第１重ね合わせ測定用マークＭE1’は上記本発明の第３形態に係る第１重ね合わせ測定用マークを成し、第２重ね合わせ測定用マークＭP1’は上記本発明の第３形態に係る第３重ね合わせ測定用マークを成し、第４重ね合わせ測定用マークＭE2’、ＭE3’、ＭE4A〜E4F’は上記本発明の第３形態に係る第２重ね合わせ測定用マークを成す。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、露光マスクに設けられたマスクパターンに対応するパターンを試料上に露光する電子線露光装置のような露光装置に利用可能であり、特にマスクパターン各部の試料上への各露光位置を補正可能な露光装置に広く利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。
【図２】電子ビームの走査方法の説明図である。
【図３】電子ビームの副偏向制御の説明図である。
【図４】露光マスクの歪み補正の説明図である。
【図５】試料に形成された下層パターンの歪みの説明図である。
【図６】（Ａ）は下層パターンを示す図であり、（Ｂ）は上層パターンを示す図であり、（Ｃ）は歪んで形成された（Ａ）下層パターンに（Ｂ）の上層パターンを重ねて形成した状態を示す図である。
【図７】座標測定器を用いた上層パターンの露光位置補正方法の説明図である。
【図８】重ね合わせ測定による上層パターンの露光位置補正方法の説明図である。
【図９】本発明の第１実施例に係る露光方法のフローの説明図である。
【図１０】第２重ね合わせ測定用マークの露光を行なうマスクパターンの構成例を示す図である。
【図１１】重ね合わせ測定用マスクのマスクパターンの構成例（その１）を示す図である。
【図１２】重ね合わせ測定用試料に第１重ね合わせ測定用マークパターンが露光された様子を示す図である。
【図１３】露光マスクの構成例を示す図である。
【図１４】重ね合わせ測定用マスクと露光マスクとを、同一基板状に備えるマスク基板３０を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施例に係る露光方法のフローの説明図である。
【図１６】第２及び第３重ね合わせ測定用マークの露光を行なうマスクパターンの構成例（その１）を示す図である。
【図１７】図１６に示す第２及び第３重ね合わせ測定用マークパターンに対応する第２及び第３重ね合わせ測定用マーク上に、上層パターンが露光された様子を示す図である。
【図１８】第２及び第３重ね合わせ測定用マークの露光を行なうマスクパターンの構成例（その２）を示す図である。
【図１９】図１８に示す第２及び第３重ね合わせ測定用マークパターンに対応する第２及び第３重ね合わせ測定用マーク上に、上層パターンが露光された様子を示す図である。
【図２０】上層パターンを構成する所定寸法以上の寸法を有するセル領域を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施例に係る露光方法のフローの説明図である。
【図２２】重ね合わせ測定用マスクのマスクパターンの構成例（その２）を示す図である。
【図２３】図２２に示す第４重ね合わせ測定用マークパターンに対応する第４重ね合わせ測定用マークと上層パターンとが重ねて露光された様子を示す図である。
【図２４】重ね合わせ測定用マスクのマスクパターンの構成例（その３）を示す図である。
【図２５】第４重ね合わせ測定用マークパターンの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
Ｅ1    第１露光工程
Ｅ2    第２露光工程
Ｈ    上層パターン
Ｃ    セル領域
ＭA1    下層パターン形成用レチクル
ＭA2    露光マスク
ＭM2、ＭM4    重ね合わせ測定用マスク
ＭP1    第２重ね合わせ測定用マークパターン
ＭP2、ＭP3    第３重ね合わせ測定用マークパターン
ＭP1’    第２重ね合わせ測定用マーク
ＭP2’、ＭP3’    第２重ね合わせ測定用マーク
ＭE1    第１重ね合わせ測定用マークパターン
ＭE1’    第１重ね合わせ測定用マーク
ＭE2、ＭE3、ＭE4A〜ＭE4F    第４重ね合わせ測定用マークパターン
ＭE2’、ＭE3’    第４重ね合わせ測定用マーク
ＷA    製品用ウエハ
ＷB、ＷC    重ね合わせ測定用試料
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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