(57)【要約】【課題】相補接続する露光パターン間の接続精度を、測定のためのパターン等を形成せずとも信頼性高く測定できる接続精度の測定方法、並びに、それを用いた露光装置のマスク位置の制御方法を提供する。【解決手段】第１及び第２のマスクを用いて感光層を重ねて露光した後、現像し、第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとが相補接続された露光パターンを形成する。このとき、両パターンの接続部５の形状は、（ａ）最適な接続位置で接続された場合、直線状になり、（ｂ）ｘ軸方向に位置ずれがある場合、湾曲した曲線状になり、（ｃ）位置ずれが更に大きい場合、接続部が形成されない。この接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状変化を、測長ＳＥＭのラインエッジラフネスモード測定で定量化する。ＬＥＲ測定で求めた接続位置ずれ量をフィードバックして、露光装置に載置する第１又は／及び第２のマスクの相対位置を補正する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のマスクを用いた露光によって形成した第１の露光パターンと、第２のマスクを用いた露光によって形成した第２の露光パターンとを相補接続する際、前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとの接続部のラインエッジラフネスを測定することにより、接続位置ずれ量を測定する、露光パターン間の接続精度の測定方法。
【請求項２】
直交する２方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）における接続位置ずれ量をそれぞれ測定する、請求項１に記載した露光パターン間の接続精度の測定方法。
【請求項３】
パターン線幅測定手段を用いて前記ラインエッジラフネスの測定を行う、請求項１に記載した露光パターン間の接続精度の測定方法。
【請求項４】
前記接続部における前記第１及び第２の露光パターンの重なり合う部分の線幅測定を併用する、請求項３に記載した露光パターン間の接続精度の測定方法。
【請求項５】
前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとを共通の感光層に対して形成し、この感光層における前記ラインエッジラフネスを実測する、請求項１に記載した露光パターン間の接続精度の測定方法。
【請求項６】
前記第１のマスク及び前記第２のマスクが、パターンを相補分割した相補形パターンを有する、請求項１に記載した露光パターン間の接続精度の測定方法。
【請求項７】
第１のマスクを用いた露光によって形成した第１の露光パターンと、第２のマスクを用いた露光によって形成した第２の露光パターンとを相補接続する際、前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとの接続部のラインエッジラフネスを測定することにより、接続位置ずれ量を測定し、これをフィードバックして、露光対象に対する前記第１のマスク又は／及び前記第２のマスクの相対位置を変更可能とする、露光装置のマスク位置の制御方法。
【請求項８】
直交する２方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）における接続位置ずれ量をそれぞれ測定する、請求項７に記載した露光装置のマスク位置の制御方法。
【請求項９】
パターン線幅測定手段を用いて前記ラインエッジラフネスの測定を行う、請求項７に記載した露光装置のマスク位置の制御方法。
【請求項１０】
前記接続部における前記第１及び第２の露光パターンの重なり合う部分の線幅測定を併用する、請求項９に記載した露光装置のマスク位置の制御方法。
【請求項１１】
前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとを共通の感光層に対して形成し、この感光層における前記ラインエッジラフネスを実測する、請求項７に記載した露光装置のマスク位置の制御方法。
【請求項１２】
前記第１のマスク及び前記第２のマスクが、パターンを相補分割した相補形パターンを有する、請求項７に記載した露光装置のマスク位置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程で用いて好適な相補形露光用マスク等のマスクによる露光パターン間の接続精度の測定方法、並びにそれを用いた露光装置のマスク位置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスはますます微細化され、光リソグラフィの解像限界を超えようとしている。このため、電子ビーム又はイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いて微細な回路パターンを描画する微細加工技術が開発されている。
【０００３】
例えば、従来の、収束させた電子ビームによってウエハ等を走査して露光させる直描方式は、微細パターンになるほどデータ量が多くなり、描画時間が長くなって、生産性（スループット）が低下する。
【０００４】
そこで、所定の回路パターンを有する露光用マスクに電子ビーム又はイオンビーム等を照射し、ウエハ上に回路パターンを一括転写する、電子ビーム投影露光装置又はイオンビーム投影露光装置が提案されている。
【０００５】
これらの露光技術には、例えば、高エネルギーの電子ビームを使用する電子ビーム転写リソグラフィ（ＥＰＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｈ．Ｃ．Ｐｆｅｉｆｆｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，（１９９５），３４，６６５８参照。）、低エネルギーの電子ビームを使用する低速電子ビーム近接転写リソグラフィ（ＬＥＥＰＬ：Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｔ．Ｕｔｓｕｍｉ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５８３１２７２（３  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９８）  参照。）、イオンビームを使用するイオンビーム転写リソグラフィ（ＩＰＬ：Ｉｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｈ．Ｌｏｅｓｃｈｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，（２００１），Ｂ１９，２５２０参照。）等がある。
【０００６】
上記の低速電子ビーム近接転写リソグラフィは、線幅１００ｎｍ以下のパターンに適用できる、高スループットの電子ビーム露光技術の一つである。この方法では、ウエハと露光用マスクとの間隔を、例えば約５０μｍに近接配置した状態で、平行低加速電圧電子ビームをウエハに照射することにより、マスクパターンをウエハに等倍転写する。
【０００７】
ここで用いられる露光用マスクは、従来の光リソグラフィで用いられてきたマスクとは構造が異なるステンシル様のマスクで、ステンシルマスクと呼ばれる。ステンシルマスクは、露光用ビームを透過しないメンブレン（薄膜）に、ビームが通過するための露光ビーム通過孔（以下、省略してビーム通過孔と呼ぶことがある。）が設けられたものであり、ビーム通過孔は所望のパターン形状に形成される。
【０００８】
ステンシルマスクにおいては、ビーム通過孔を通過するビームが孔の側壁で反射し、パターン精度が損なわれるのを防止する目的で、非常に薄いメンブレンが用いられる。また、ビーム通過孔をエッチングにより高精度で加工するためにも、メンブレンは薄い方がよい。このため、微細パターン形成用のステンシルマスクでは、非常に薄いメンブレンが用いられる。具体的には、厚さ１００ｎｍ〜１０μｍ程度のＳｉ、ＳｉＣ又はダイアモンド等の薄膜がメンブレンとして用いられる。
【０００９】
図８は、ステンシルマスクの１例５０の平面図（ａ）、及び平面図（ａ）に示したＸ−Ｘ’線における断面図（ｂ）である。図８に示すように、ステンシルマスク５０は、電子ビームを通過させるための幅０．０３〜０．０４μｍの複数の露光ビーム通過孔５２が形成された、厚さ０．４〜０．５μｍのメンブレン（薄膜）５１を有している（なお、図８では、簡略化して示すため、多数ある露光ビーム通過孔を数個分の露光ビーム通過孔５２で代表させて示している。）。このメンブレン５１は、ビーム通過孔５２の周囲に形成された開口部５５を有するＳｉＯ２膜５３を介して、Ｓｉウエハ５４に支持されている。ステンシルマスク５０の全厚は、例えば７２５μｍである。
【００１０】
次に、図９及び１０を参照しながら、ステンシルマスク５０を用いた電子ビーム露光処理工程及びエッチング工程を説明する。
【００１１】
まず、図９（ａ）に示すように、Ｓｉ基板６１上にＳｉＯ２膜６２及び配線パターン等に加工される金属薄膜層６３を所定の厚さに積層して形成し、更に、図９（ｂ）に示すように、金属薄膜層６３の上に電子ビームレジスト層６４を形成する。
【００１２】
次に、図９（ｃ）に示すように、電子ビームレジスト層６４の上の所定の位置にステンシルマスク５０を配置し、少し離した状態で電子ビーム６５を照射し、露光ビーム通過孔５２を通じて電子ビームレジスト層６４を所定の露光パターンで露光する。
【００１３】
次に、電子ビームレジスト層６４を現像して、不要部を除去する。例えば上記の電子ビームレジスト６４がネガ型であれば、図１０（ｄ）に示すように、電子ビーム６５で照射されたレジスト部分のみが残り、照射されなかったレジスト部分は除かれる。
【００１４】
次に、図１０（ｅ）に示すように、所定のパターンに加工された電子ビームレジスト層６４をマスクとして、金属薄膜層６３をＳｉＯ２膜６２の表面に至るまでドライエッチングで除去する。
【００１５】
次に、図１０（ｆ）に示すように、レジスト６４をアッシング等により除去すると、配線パターン等の、所望の形状を有する金属薄膜層６３を形成することができる。
【００１６】
ステンシルマスクは、パターンと同じ形状の露光ビーム通過孔を有するため、パターン形状やメンブレンの材質、厚さ等の条件によっては、１枚のマスクでパターン全体を形成することができない場合がある。例えばドーナツ形のパターンのように、露光ビーム通過孔の中に孤立した島状のメンブレンを残すパターンは、孤立したメンブレンを支持できないので、１枚のマスクで形成することはできない。
【００１７】
このような場合には、複数の相補形マスクを用いる方式（相補分割）が採用される。この方式では、所望のパターンを複数のマスクに分割して形成し、それぞれのマスクで同一のウエハ上に重ねて露光を行うことにより、各マスクパターンをウエハ上で合成して、所望のパターンを完成させる。
【００１８】
図１１は、相補形ステンシルマスクを用いて、ドーナツ形等の孤立したパターンを形成する方法を説明する平面図である。図１１（ａ）の露光パターン７４は、中央部のメンブレン７２ａを支持することができないので、１枚のステンシルマスク７１で形成することはできない。しかし、図１１（ｂ）のように相補分割して、上半分の露光パターン７４Ａを形成できるステンシルマスク７１Ａを用いた露光と、下半分の露光パターン７４Ｂを形成できるステンシルマスク７１Ｂを用いた露光を同一ウエハ上に重ねて行うことで、図１１（ｃ）のように、図１１（ａ）と同じ露光パターン７４を形成することができる。
【００１９】
図１２は、相補形ステンシルマスクが有用な他の例を示す平面図である。図１２（ｃ）は、縦横比（アスペクト比）の大きな、細長いパターンが平行に並んだ、ラインアンドスペ−ス（Ｌ＆Ｓ：Ｌｉｎｅ  ａｎｄ  Ｓｐａｃｅ）形の露光パターン８４である。このパターンを１枚のステンシルマスクで形成すると、メンブレン内部の応力のバランスが崩れ、主としてラインに垂直な方向に大きな変形を生じる。これは、前述したように、ステンシルマスクは、非常に薄いメンブレンの上にマスクパターンが形成されているため、内部応力の解放や重力、或いは熱膨張等によるメンブレンの変形によって、マスクパターンに歪みを生じやすいからである。
【００２０】
このような場合、図１２（ｃ）に示すように、露光パターン８４を第１の相補接続パターン８４Ａと第２の相補接続パターン８４Ｂとに相補分割し、第１の相補接続パターン８４Ａを形成する図１２（ａ）の第１の相補形ステンシルマスク８１Ａを用いる露光と、第２の相補接続パターン８４Ｂを形成する図１２（ｂ）の第２の相補形ステンシルマスク８１Ｂを用いる露光との重ね合わせで、露光パターン８４を形成するのがよい。相補分割することで、それぞれのマスク８１Ａ及び８１Ｂのメンブレン８２Ａ及び８２Ｂに形成する露光ビーム通過孔８３Ａ及び８３Ｂを、メンブレンの歪みが生じにくい形状にすることができる。
【００２１】
上記のように、設計パターンを複数のマスクパターンに相補分割する場合、分割されたパターンは、相補露光を行うことにより、元の設計パターンを再現しなければならない。通常、相補マスクパターンによって描画される各露光パターンの間には、接続部が存在する。例えば、図１２（ｃ）の露光パターンでは、第１の相補接続パターン８４Ａと第２の相補接続パターン８４Ｂとが、接続部８５で連結して、露光パターン８４が形成される。各露光パターン間の接続精度は、半導体装置等の電気的特性を左右し、接続精度が悪いと歩留りの低下の原因となる。従って、接続精度を定量的に表現し、測定する方法が重要である。
【００２２】
従来、接続精度を定量的に評価する目的で、マスクの適当な位置にアライメントマークを設ける方法や、露光パターンが形成される基板側に重ね合わせマークなどの接続精度測定手段を設ける方法等が提案されてきた。
【００２３】
例えば、後記の特許文献１で提案されている方法では、マスク上のアライメントマークを用いてマスクを露光装置に正確に載置する。そして、マスクパタ−ンの一部として設けた位置ずれ測定パターンに電子ビームを照射し、これを通過して基板に到達する電子ビームの位置を測定することで、位置ずれ量を測定する。
【００２４】
また、後記の特許文献２で提案されている方法では、露光装置へのローディングの前に、マスク上の第１のアライメントマークを用いて、レチクルの歪みを光学的な方法で測定しておく。そして、ローディング後、マスクパタ−ンの一部として設けた第２のアライメントマークに電子ビームを照射し、これを通過する電子ビームを用いて、基板上に設けておいた基準マークをスキャンすることにより、ローディングの際に生じるレチクルの歪みを測定する。
【００２５】
上記の方法よりもっと直接的に接続精度を調べる方法として、相補分割された各マスクの露光パターンが重なる領域に、所望の設計パターンとは別に、相補露光によって接続精度評価用パターンを形成する方法が提案されている。
【００２６】
例えば、後記の特許文献３では、ボックスインボックスパターンやノギス（バーニア）パターン形状の接続精度評価用パターンを基板上に形成し、これを光学式顕微鏡や自動測定装置を用いて定量的に測定することによって、位置ずれ量を測定する方法が提案されている。また、後記の特許文献４には、相補露光によって導電性材料からなる接続精度評価用素子を基板上に形成し、この素子の電気的特性、例えば抵抗値を測定することで、位置ずれ量を測定する方法が提案されている。
【００２７】
【特許文献１】
特開２００２−３６７８８７号公報（第５−７頁、図１及び図２）
【特許文献２】
特開２０００−１２４１１４号公報（第６及び７頁、図１及び図４）
【特許文献３】
特開２０００−２７７４２５号公報（第４頁、図１）
【特許文献４】
特開２０００−２５２３４０号公報（第８−１０頁、図３及び図４）
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法は、いずれも実際の露光パターン間の接続部を直接調べるものではなく、アライメントマークや、基板上に形成した接続精度評価用パターン等から、間接的に接続部についての情報を得ているにすぎない。内部応力の解放による歪みや、重力などの外力によるたわみ、或いは温度のばらつきによる熱変形等のメンブレンの変形があると、実パターンとアライメントマーク等との位置関係は変化する。従って、パターン間の接続精度に関する情報を、アライメントマーク等の位置情報から導き出すと、おもわぬ誤差を生じる懸念がある。
【００２９】
また、重ね合わせマークや接続精度評価用パターン等を基板側に設ける方法は、そのための領域が基板上に必要になり、高集積化の目的に逆行する。また、そのための専用の装置や工程も必要になるから、コスト増加の原因になる。
【００３０】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、相補接続する露光パターン間の接続精度を、測定のためのパターン等を形成せずとも信頼性高く測定できる接続精度の測定方法、並びに、それを用いた露光装置のマスク位置の制御方法を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、第１のマスクを用いた露光によって形成した第１の露光パターンと、第２のマスクを用いた露光によって形成した第２の露光パターンとを相補接続する際、前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとの接続部のラインエッジラフネスを測定することにより、接続位置ずれ量を測定する、露光パターン間の接続精度の測定方法に係わり、また、第１のマスクを用いた露光によって形成した第１の露光パターンと、第２のマスクを用いた露光によって形成した第２の露光パターンとを特にステップ式に相補接続する際、前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとの接続部のラインエッジラフネスを測定することにより、接続位置ずれ量を測定し、これをフィードバックして、露光対象に対する前記第１のマスク又は／及び前記第２のマスクの相対位置を変更可能とする、露光装置のマスク位置の制御方法に係わるものである。
【００３２】
本発明の測定方法によれば、前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとを相補接続するに際して、両者の前記接続部のラインエッジラフネスを測定することにより、接続位置ずれ量を測定する。従って、接続の良否を決める前記接続部そのものを調べるので、間接的な測定法と異なり、測定結果に対する信頼性が高くなり、また、接続精度測定手段を基板上に設けることもないから、前記第１及び第２のマスクを用いて形成する電子デバイス等の集積度を損なうこともなく、且つ低コストの測定が可能になり、更に、ラインエッジラフネスに着目することで、微小な接続位置ずれ量まで明確に定量化できる。
【００３３】
また、本発明の露光装置のマスク位置の制御方法は、上記のようにして求められた接続位置ずれ量をフィードバックして、露光対象に対する前記第１のマスク又は／及び前記第２のマスクの相対位置を変更可能とするので、信頼性が高く、低コストで、微小な接続位置ずれ量まで効果的に補正することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明において、直交する２方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）における接続位置ずれ量をそれぞれ測定するのが望ましい。
【００３５】
また、パターン線幅測定手段を用いて前記ラインエッジラフネスの測定を行うのがよい。このパターン線幅測定手段としては、汎用の測長ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等を用いることができるので、設備コストを抑えることができる。
【００３６】
このとき、前記接続部における前記第１及び第２の露光パターンの重なり合う部分の線幅測定を併用するのがよい。線幅測定は、前記接続部の検査法として最も基本的な測定であり、接続位置ずれ量が微小な一部の場合を除き、有用なデータを与える。測定は、前記ラインエッジラフネスの測定と共に行える。前記ラインエッジラフネスのデータでは、線幅の増減を判定できないが、線幅測定でこの不足を補うことができる。
【００３７】
また、前記第１の露光パターンと前記第２の露光パターンとを共通の感光層に対して形成し、この感光層における前記ラインエッジラフネスを実測するのがよい。
【００３８】
本発明は、前記第１のマスク及び前記第２のマスクが、設計パターンを相補分割した相補形パターンを有する相補形マスクである場合に特に効果的に適用できる。
【００３９】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明し、相補分割マスクの接続精度を定量化する方法を示す。なお、ここで示す実施の形態は適用例を示す１例に過ぎず、本発明は、この例によって限定されるものではない。
【００４０】
図１は、本発明の好ましい実施の形態で用いる相補形ステンシルマスク１Ａ及び１Ｂの要部を示す。第１の相補形ステンシルマスク１Ａは、第１のメンブレン（薄膜）２Ａからなり、第１の相補接続パターン４Ａに対応する第１の露光ビーム通過孔３Ａが形成されている。同様に、第２の相補形ステンシルマスク１Ｂは、第２のメンブレン（薄膜）２Ｂからなり、第２の相補接続パターン４Ｂに対応する第２の露光ビーム通過孔３Ｂが形成されている。なお、第１及び第２のメンブレン２Ａ及び２Ｂとしては、厚さ１００ｎｍ〜１０μｍ程度のＳｉ、ＳｉＣ又はダイアモンド等の薄膜が用いられる。
【００４１】
図１に示したステンシルマスク１Ａ及び１Ｂの要部は、相補接続パターンを形成する最も基本的な要素であり、例えば図１２に示した相補形ステンシルマスクの一部である。そして、第１の相補形ステンシルマスク１Ａを用いる露光と、第２の相補形ステンシルマスク１Ｂを用いる露光とが、同一のウエハ上の感光層に接続位置ずれなしに行われると、第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂが感光層上に形成され、両者は、最適な接続位置で接続されるようになっている。
【００４２】
以下、本実施の形態では、第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとの接続位置が、ｘ軸方向（相補接続パターンの軸方向に垂直な方向）のずれ又はｙ軸方向（相補接続パターンの軸方向）のずれを生じた場合につき、相補接続の不具合を評価する方法、つまり接続位置ずれ量を定量的に表し、それを測定する方法を示す。
【００４３】
ｘ軸方向の接続位置ずれ量の定量化
図２は、感光層を露光した後、現像して形成された、感光層の露光パターンの平面図である。図２（ａ）は、最適な接続位置で接続された場合の露光パターン、図２（ｂ）及び（ｃ）は、ｘ軸方向に接続位置のずれを生じた場合の露光パターンを示す。第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとをかさねて露光することにより形成される接続部（第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとが重なった部分）５の近傍における露光パターンのエッジ（輪郭）６の形状は、ｘ軸方向の接続位置のずれの有無及び大小によって、次の３種のパターンに大別できる。
【００４４】
即ち、ｘ軸方向の接続位置のずれがない場合、図２（ａ）に示すように、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状は、直線状になる。ｘ軸方向に接続位置ずれが存在する場合、図２（ｂ）に示すように、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状は、直線状にはならず、湾曲した曲線状になる。ｘ軸方向の接続位置ずれが更に大きい場合、図２（ｃ）に示すように、第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとの接続部が形成されない。従って、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状の変化を定量化できれば、ｘ軸方向の接続位置のずれを定量的に表し、測定することができる。
【００４５】
ここでは、エッジの形状を定量的に調べる手段として、パターン線幅測定手段、例えば測長ＳＥＭを用いる。具体的には、接続部５を含む測長領域７として例えば１辺５μｍの正方形の領域を定め、この測長領域７を測長ＳＥＭの電子ビームで走査し、反射される電子を測定して、測長領域７の画像情報を取得し、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６を検出する。測長領域７の１辺の長さは、この半分程度でもよい。そして、接続部５の近傍における露光パターンの輪郭線を複数箇所６において測定し、接続部５の近傍における露光パターンのラインエッジラフネス（ＬＥＲ）を測定する。このＬＥＲ測長とは、パターンの凸凹を評価する手法である。一般的な線幅測長では、２本の線を対象にして、２本の線の距離を複数点自動的に測長した値を平均化して、２線間の距離を求める。これに対しＬＥＲ測長では、１本の線を対象にして、複数点自動的に測定を行い、１本の線の凸凹を測定する。実際には、ＬＥＲは、測長ＳＥＭのＬＥＲモード測定によって自動的に取得される。これとともに、接続部５（第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとが重なった部分）の露光パターンの線幅を求める。ここで示している線幅は、ｘ方向の長さを測長したものである。
【００４６】
上記のようにして測定される、接続部５近傍におけるＬＥＲの実測値には、接続部５の位置ずれによるＬＥＲの他に、加工精度の限界によって不可避的に生じる輪郭線の乱れ等の、露光パターン自身が有するＬＥＲが含まれている。この分を補正するために、露光パターンの、接続部５を含まない領域を比較領域８として定め、比較領域８についても測長領域７と同様に測長ＳＥＭ測定を行い、比較領域８における露光パターンのＬＥＲ値を決定する。このＬＥＲ値は、露光パターン自身が有するＬＥＲ値である。そこで、上記の接続部５の近傍におけるＬＥＲの実測値から比較領域８における露光パターンのＬＥＲ値を差し引いて補正して、位置ずれによる接続部５のＬＥＲのみを算出する。
【００４７】
このようにして求めた位置ずれによる接続部５のＬＥＲの値は、ｘ軸方向の接続位置ずれ量と次のような関係になると予想される。即ち、接続位置のずれがない場合には、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状は直線であるから、ＬＥＲ値は最小値となる。接続位置のずれが大きくなるほど、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状は湾曲し、ＬＥＲ値も大きくなる。ずれ量が一定量以上の値に達すると、接続部が形成されないため、測長ＳＥＭのＬＥＲモード測定はエラーとなる。
【００４８】
図３及び図４は、パターン幅が約１００ｎｍの相補形ステンシルマスク１Ａ及び１Ｂを用いて感光層を露光し、現像して得た接続パターンについて実測した例である。図３は、ｘ軸方向の接続位置ずれ量と位置ずれによる接続部５のＬＥＲとの関係を示し、図４は、ｘ軸方向の接続位置ずれ量と接続部５の線幅との関係を示す。
【００４９】
相補接続パターンの接続精度評価において、接続位置ずれ量が微小な領域が特に重要であるので、この領域を中心に図３及び図４を比較してみる。図３によると、ＬＥＲの測定値は、ｘ軸方向の接続位置ずれ量が大きい領域から小さい領域まで、接続位置ずれ量にほぼ比例して変化し、接続位置ずれ量が微小な領域でもその変化を正しく表していることがわかる。一方、図４によると、接続部５の線幅の測定値は、接続位置ずれ量が大きい領域ではその変化を正しく反映するものの、接続位置ずれ量が微小な領域ではその変化を反映しない。これは、線幅の測定では、接続部の複数箇所の線幅を測長して平均化した値が算出されるため、ｘ軸方向の接続位置ずれ量が微小な場合、それらが相殺しあって有意の差を生じないためであると考えられる。
【００５０】
例えば、第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとのｘ軸方向の接続位置ずれが１０ｎｍ生じた場合、図３に示すように、ＬＥＲ測定からは５．５ｎｍという値が得られる。一方、図４に示すように、接続部５の線幅の測定では、接続位置ずれがない場合と区別することができない。
【００５１】
上記のように、ＬＥＲを測定することによって、ｘ軸方向の接続位置ずれ量が大きい領域から小さい領域まで、その変化を正しく定量化できる。ＬＥＲ測定は、特に接続位置ずれ量が微小な領域で有効な手段である。このとき、接続部５の線幅の測定を併用するのがよい。線幅の測定は、接続部５の検査法として最も基本的な測定であり、接続位置ずれ量が微小な一部の場合を除き、有用なデータを与える。測定は、前記ラインエッジラフネスの測定と共に行える。
【００５２】
予め、図３及び図４のように、ｘ軸方向の位置ずれ量と、接続部５の位置ずれによるＬＥＲ値及び接続部５の線幅との関係を求めておくのがよい。図３及び図４を用いれば、ＬＥＲ及び線幅の測定値から、ｘ軸方向の位置ずれ量を求めることができ、この値をフィードバックして露光装置においてステンシルマスク１Ａ及び１Ｂを載置する位置等を補正すればよい。この場合、マスク１Ａと１Ｂのうち、双方を位置補正することができるが、いずれか一方のみを位置補正することもできる。
【００５３】
ｙ軸方向の接続位置ずれ量の定量化
図５は、図２と同様、感光層を露光した後、現像して形成された、感光層の露光パターンの平面図である。図５（ａ）は、最適な接続位置で接続された場合の露光パターン、図２（ｂ）〜（ｄ）は、ｙ軸方向に接続位置のずれを生じた場合の露光パターンを示す。第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとをかさねて露光することにより形成される接続部（第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとが重なった部分）５近傍の露光パターンのエッジ（輪郭）６の形状は、ｙ軸方向の接続位置のずれの有無及び大小によって、次の４種のパターンに大別できる。
【００５４】
即ち、ｙ軸方向の接続位置のずれがない場合、図５（ａ）に示すように、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状は、直線状になる。第１のパターン４Ａと第２のパターン４Ｂとのｙ軸方向の距離が接近しすぎている場合には、図５（ｂ）に示すように、過剰な露光によるにじみ９が生じ、接続部５の近傍の露光パターンは外側に膨らみ、接続部５の線幅は大きくなる。逆に、第１のパターン４Ａと第２のパターン４Ｂとが離れる方向にｙ軸方向の位置がずれると、図５（ｃ）に示すように、接続部５の近傍の露光パターンは内側にへこみ、接続部５の線幅は小さくなる。ｙ軸方向の距離が更に大きい場合、図５（ｄ）に示すように、接続部が形成されない。従って、このような接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状の変化を定量化できれば、接続部５のｙ軸方向の位置ずれを定量的に表し、測定することができる。
【００５５】
ここでは、エッジの形状を定量的に調べる手段として、ｘ軸方向の接続位置ずれの評価方法と同様に、パターン線幅測定手段、例えば測長ＳＥＭを用いる。具体的には、接続部５を含む測長領域７、例えば１辺５μｍの正方形の領域を測長ＳＥＭの電子ビームで走査し、反射される電子を測定して、測長領域７の画像情報を取得し、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６を検出する（１辺の長さは、この半分程度でもよい。）。そして、接続部５の近傍における露光パターンの輪郭線を測定し、接続部５の近傍における露光パターンのラインエッジラフネス（ＬＥＲ）を求める。実際には、ＬＥＲは、測長ＳＥＭのＬＥＲモード測定によって自動的に取得される。これとともに、接続部５（第１の相補接続パターン４Ａと第２の相補接続パターン４Ｂとが重なった部分）の露光パターンの線幅を求める。ここで示している線幅は、ｘ方向の長さを測長したものである。
【００５６】
前述したように、上記の接続部５におけるＬＥＲの実測値には、接続部５の位置ずれによるＬＥＲの他に、露光パターン自身が有するＬＥＲが含まれている。そこで、上記の接続部５の近傍におけるＬＥＲの実測値から比較領域８における露光パターンのＬＥＲ値を差し引いて補正して、接続部５の位置ずれによるＬＥＲのみを算出する。
【００５７】
このようにして測定した測長ＳＥＭによるＬＥＲの測定結果は、ｙ軸方向の接続位置ずれ量と次のような関係になると予想される。即ち、接続位置のずれがない場合には、接続部５の近傍の露光パターンのエッジ６の形状は直線であるから、ＬＥＲ値は最小値となる。接続位置が近すぎる場合には、露光のオーバーラップによって接続部５の線幅は大きくなり、接続部５の近傍における露光パターンの輪郭は外側に膨らむ。接続位置が遠すぎる場合には、接続部５の線幅は小さくなり、接続部５の近傍における露光パターンの輪郭は内側にへこむ。いずれも、接続部５の近傍における露光パターンのエッジ６の形状は湾曲し、ＬＥＲ値は大きくなる。ずれがある一定量以上の値に達すると、接続部が形成されないため、測長ＳＥＭのＬＥＲモード測定はエラーとなる。
【００５８】
図６及び図７は、パターン線幅が約１００ｎｍの相補形ステンシルマスク１Ａ及び１Ｂを用いて感光層を露光し、現像して得た接続パターンについて実測した例である。最適な接続位置より離れている場合につき、図６は、ｙ軸方向の接続位置ずれ量と位置ずれによる接続部５のＬＥＲとの関係を示し、図７は、ｙ軸方向の接続位置ずれ量と接続部５の線幅との関係を示す。
【００５９】
図６及び図７によると、ＬＥＲ及び線幅の測定値は、いずれも、ｙ軸方向の接続位置ずれ量が大きい領域から小さい領域まで、接続位置ずれ量にほぼ比例して変化し、接続位置ずれ量が微小な領域でもその変化を正しく表していることがわかる。
【００６０】
ただし、ＬＥＲの測定では、最適な接続位置より近すぎるのか、離れすぎているのか、判別できない。この判別が必要な場合は、接続部５の線幅測長を行うことで判別が可能となる。具体的に示すと、最適な接続位置より近すぎる場合、接続部５の線幅は、接続部５以外の領域の露光パターンの線幅より大きい。逆に、最適な接続位置より離れすぎている場合、接続部５の線幅は、接続部５以外の領域の露光パターンの線幅より小さい。
【００６１】
ｘ軸方向の位置ずれ量の場合と同様に、ｙ軸方向の位置ずれ量の場合にも、予め、図６及び図７のように、ｙ軸方向の位置ずれ量と、接続部５の位置ずれによるＬＥＲ値及び接続部５の線幅との関係を求めておくのがよい。図６及び図７を用いれば、ＬＥＲ及び線幅の測定値から、ｙ軸方向の位置ずれ量を求めることができ、この値をフィードバックして露光装置においてステンシルマスク１Ａ及び１Ｂを載置する位置等を補正すればよい。
【００６２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、相補形ステンシルマスクを用いて感光材層を露光し、現像して得た接続パターンについて実測するので、接続の良否を決める接続部そのものを調べており、測定結果に対する信頼性が高く、接続部のＬＥＲ及び線幅を用いて、簡単に接続精度の定量化を行うことができる。
【００６３】
上記の結果に基づいて相補形ステンシルマスクを露光装置に載置する位置等を補正すれば、補正の効果を直接的に保証することが可能となり、露光工程のスループットの向上を実現できる。また、実際のパターンを調べているので、マスクの修正も可能である。
【００６４】
以上に述べた実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて適宜変更可能である。
【００６５】
【発明の作用効果】
本発明は、上述したように、第１のマスクを用いた露光によって形成した第１の露光パターンと、第２のマスクを用いた露光によって形成した第２の露光パターンとを相補接続する際、第１の露光パターンと第２の露光パターンとの接続部のラインエッジラフネスを測定することにより、接続位置ずれ量を測定する。従って、接続の良否を決める接続部そのものを調べるので、間接的な測定法と異なり、測定結果に対する信頼性が高くなり、また、接続精度測定手段を基板上に設けることもないから、第１及び第２のマスクを用いて形成する電子デバイス等の集積度を損なうこともなく、且つ低コストの測定が可能となり、更に、ラインエッジラフネスに着目することで、微小な接続位置ずれ量まで明確に定量化できる。
【００６６】
また、上記のようにして求められた接続位置ずれ量をフィードバックして、露光対象に対する第１のマスク又は／及び第２のマスクの相対位置を変更可能とするので、信頼性が高く、低コストで、微小な接続位置ずれ量まで効果的に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に基づく、相補形ステンシルマスクの要部を示す平面図である。
【図２】同、最適露光パターンの平面図（ａ）と、ｘ軸方向に位置ずれが生じた状態の露光パターンの平面図（ｂ）及び（ｃ）である。
【図３】同、ｘ軸方向の接続位置ずれ量と位置ずれによる接続部のＬＥＲとの関係を示すグラフである。
【図４】同、ｘ軸方向の接続位置ずれ量と接続部の線幅との関係を示すグラフである。
【図５】同、最適露光パターンの平面図（ａ）と、ｙ軸方向に位置ずれが生じた状態の露光パターンの平面図（ｂ）〜（ｄ）である。
【図６】同、ｙ軸方向の接続位置ずれ量と位置ずれによる接続部のＬＥＲとの関係を示すグラフである。
【図７】同、ｙ軸方向の接続位置ずれ量と接続部の線幅との関係を示すグラフである。
【図８】ステンシルマスクの１例の平面図（ａ）、及びそのＸ−Ｘ’線における断面図（ｂ）である。
【図９】ステンシルマスクによる露光処理工程を順次示す断面図である。
【図１０】ステンシルマスクによる露光処理工程後のエッチング工程を順次示す断面図である。
【図１１】相補形ステンシルマスクを用いて、ドーナツ形等の孤立したパターンを形成する方法を説明する平面図である。
【図１２】相補形ステンシルマスクが有用な他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１Ａ…第１の相補形ステンシルマスク、１Ｂ…第２の相補形ステンシルマスク、
２Ａ…第１のメンブレン（薄膜）、２Ｂ…第２のメンブレン（薄膜）、
３Ａ…第１の露光ビーム通過孔、３Ｂ…第２の露光ビーム通過孔、
４Ａ…第１の相補接続パターン、４Ｂ…第２の相補接続パターン、
５…接続部、６…接続部のエッジ（輪郭）、７…測長ＳＥＭによる測定領域、
８…比較領域、９…過剰露光によるにじみ、５０…ステンシルマスク、
５１…メンブレン（薄膜）、５２…露光ビーム通過孔、５３…ＳｉＯ２膜、
５４…Ｓｉウエハ、５５…開口部、６１…Ｓｉ基板、６２…ＳｉＯ２膜、
６３…金属層、６４…電子ビームレジスト、６５…電子ビーム、
７１…ステンシルマスク、７１Ａ…第１の相補形ステンシルマスク、
７１Ｂ…第２の相補形ステンシルマスク、７２、７２ａ…メンブレン、
７２Ａ…第１のメンブレン、７２Ｂ…第２のメンブレン、
７３…露光ビーム通過孔、７３Ａ…第１の露光ビーム通過孔、
７３Ｂ…第２の露光ビーム通過孔、７４、７４Ａ、７４Ｂ、…露光パターン、
８１Ａ…第１の相補形ステンシルマスク、
８１Ｂ…第２の相補形ステンシルマスク、８２Ａ…第１のメンブレン、
８２Ｂ…第２のメンブレン、８３Ａ…第１の露光ビーム通過孔、
８３Ｂ…第２の露光ビーム通過孔、８４…露光パターン、
８４Ａ…第１の相補接続パターン、８４Ｂ…第２の相補接続パターン、
８５…接続部、８６…基板
【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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