JP2006147871A - 重ね合わせ露光方法 - Google Patents

Abstract

【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Ｍ_A1と同様の歪みを有する第２重ね合わせ測定用マークＭ_M1が形成された重ね合わせ測定用試料Ｗ_Bを作成し、一方で、上層パターンＭ_A2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Ｍ_M2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Ｗ_Bに、試料Ｗ_Aへの上層パターンＭ_A2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Ｍ_M2を形成し、その後第２重ね合わせ測定用マークＭ_M1と第１重ね合わせ測定用マークＭ_M2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

Description

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｐ_D（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Ｐ_U（図６（Ｂ））を形成する場合、上記のように上層パターンＰ_Uの露光マスクの歪みを完全に補正して下層パターンＰ_D上に露光したとしても、下層パターンＰ_Dに歪みがあると、図６（Ｃ）に示すように下層パターンＰ_Dのゲート部分Ｇと上層パターンＰ_U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。

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Ｍ_PM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Ｍ_PW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。

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Ｍ_Mを、その外側にマスク側アライメントマークＭ_AM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Ｍ_Mに対応して、ウエハ側重ね合わせ測定用マークＭ_W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Ｍ_AMに対応するウエハ側アライメントマークＭ_AWを設ける。
そして、マスク側アライメントマークＭ_AMとウエハ側アライメントマークＭ_AW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Ｍ_M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Ｍ_M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。

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Ｍ_Wと、これに対応するマスク側重ね合わせ測定用マークＭ_M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。

米国特許第５，８３１，２７２号明細書 日本特許第２９５１９４７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｗ_B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Ｗ_A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Ｗ_Aへの下層パターンの露光フォトマスク（レチクル）Ｍ_A1による露光と、重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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）Ｍ_M1による露光と、を同じ条件で行なう。

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Ｍ_M1に設けられるマスクパターンの例を示す。レチクルＭ_M1は、大きく分けて第２重ね合わせ測定用マークパターンＭ_P1、並びにウエハＷ_Bと後述する重ね合わせ測定用マスクＭ_M2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Ｍ_PM0、並びにファインアライメント用マークパターンＭ_PM1〜Ｍ_PM4、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Ｍ_M1と、下層パターン露光用レチクルＭ_A1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Ｍ_PM0及びファインアライメント用マークパターンＭ_PM1〜Ｍ_PM4は、下層パターン露光用レチクルＭ_A1にも設けられている。これらも製品用ウエハＷ_Aに露光されることにより製品用ウエハＷ_A上にアライメント用マークＭ_PM0及びＭ_PM1〜Ｍ_PM4が形成され、後述するように露光マスクＭ_A2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。

図示するように、第２重ね合わせ測定用マークパターンＭ_P1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Ｍ_M1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Ｍ_P1は、後述する重ね合わせ測定用マスクＭ_M2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Ｗ_B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Ｍ_M2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。

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Ｗ_A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Ｗ_B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Ｗ_Aと重ね合わせ測定用試料Ｗ_Bとを処理することにより、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Bに形成された第２重ね合わせ測定用マークＭ_P1には、製品用ウエハＷ_A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。

上記のエッチング工程の後、重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｍ_M2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。

さらにまた、重ね合わせ測定用マスクＭ_M2には、上層パターンの露光を行う実際の露光マスクＭ_A2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Ｗ_B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Ｍ_A2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Ｍ_M2は、露光マスクＭ_A2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Ｍ_A2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Ｍ_M2を形成することにより、マスクＭ_M2は、実際の露光マスクＭ_A2と同様のマスク歪みを持って形成されることとなる。

さらに、重ね合わせ測定用マスクＭ_M2によって重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｗ_A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Ｗ_B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Ｗ_A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Ｗ_A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Ｗ_B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。

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。

図１１に、重ね合わせ測定用マスクＭ_M2に設けられるマスクパターンの例を示す。マスクＭ_M2は、大きく分けて第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1と、上記ウエハＷ_Bとのコースアライメント用マークＭ_EM0と、ファインアライメント用マークＭ_EM1〜Ｍ_EM4と、が設けられている。

図示するように、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1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Ｍ_M2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Ｍ_E1のそれぞれは、第２重ね合わせ測定用マークパターンＭ_P1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Ｍ_EM0及びＭ_EM1〜Ｍ_EM4と、ウエハＷ_Bに形成されたアライメント用マークＭ_PM0及びＭ_PM1〜Ｍ_PM4に基づき、重ね合わせ測定用マスクＭ_M2とウエハＷ_B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。

上記アライメント用マークＭ_EM0及びＭ_EM1〜Ｍ_EM4と、ウエハＷ_Bに形成されたアライメント用マークＭ_PM0及びＭ_PM1〜Ｍ_PM4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Ｍ_M2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Ｗ_Bに第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1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Ｗ_B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Ｍ_P1’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Ｍ_E1’とが形成されている。

上記の通り、第２重ね合わせ測定用マークＭ_P1’は、製品用ウエハＷ_A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Ｗ_Bに形成されており、第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’は、製品用ウエハＷ_A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Ｍ_P1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’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。

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Ｍ_P1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’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。

その後、第２の露光工程Ｅ₂により、露光マスクＭ_A2を用いて製品用ウエハＷ_A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Ｍ_A2の例を示す。図示するように露光マスクＭ_A2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Ｍ_A2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Ｍ_A2には、重ね合わせ測定用マスクＭ_M2と同様に、製品用ウエハＷ_Aとのコースアライメント用マークＭ_EM0と、ファインアライメント用マークＭ_EM1〜Ｍ_EM4と、が設けられている。

製品用ウエハＷ_A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Ｗ_Aのアライメント用マークＭ_P0及びＭ_P1〜Ｍ_P4と、露光マスクＭ_A2のアライメント用マークＭ_EM0及びアライメント用マークＭ_EM1〜Ｍ_EM4と、に基づいて、製品用ウエハＷ_Aと露光マスクＭ_A2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Ｗ_Bに第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’を露光した際と同じ条件で、製品用ウエハＷ_A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Ｗ_Aに対する上層パターン各部の露光位置を補正する。

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Ｗ_A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Ｍ_A2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Ｗ_A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Ｗ_A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Ｗ_A及び露光マスクＭ_A2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Ｍ_P1’及び第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1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Ｗ_A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。

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Ｗ_A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Ｍ_E1’を重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｗ_A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Ｗ_Bに第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’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Ｍ_M2と、実際の露光マスクＭ_A2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）。

なお、露光マスクＭ_A2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Ｍ_M2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Ｗ_A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Ｗ_B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Ｍ_E1’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Ｍ_P1’ 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。

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Ｍ_A2と重ね合わせ測定用マスクＭ_M2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Ｍ_M2と、多数のホールパターンが形成された露光マスクＭ_A2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Ｍ_A2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。

図１５は、このような露光マスクＭ_A2と重ね合わせ測定用マスクＭ_M2と間のマスク歪みの相違がある場合、実際の露光マスクＭ_A2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。

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Ｗ_Bに上記の第２重ね合わせ測定用マークＭ_P1’に加えて、第３重ね合わせ測定用マークＭ_P2’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Ｍ_P1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’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。

さらに、第２重ね合わせ測定用マークＭ_P1’及び第３重ね合わせ測定用マークＭ_P2’が形成された他の重ね合わせ測定用試料Ｗ_B上に、実際の露光マスクＭ_A2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Ｗ_A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Ｗ_B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Ｍ_P2’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。

製品用ウエハＷ_A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Ｍ_A2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Ｍ_P2’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Ｍ_A2と重ね合わせ測定用マスクＭ_M2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Ｍ_A2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。

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Ｍ_M3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Ｍ_M3には、第２重ね合わせ測定用マークパターンＭ_P1、及び第３重ね合わせ測定用マークパターンＭ_P2、並びにコースアライメント用マークパターンＭ_PM0、及びファインアライメント用マークパターンＭ_PM1〜Ｍ_PM4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Ｍ_P1、コースアライメント用マークパターンＭ_PM0、並びにファインアライメント用マークパターンＭ_PM1〜Ｍ_PM4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Ｍ_M1と同様であるので説明を省略する。

第３重ね合わせ測定用マークパターンＭ_P2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Ｗ_B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Ｍ_P2’を形成するために設けられる。すなわち、レチクルＭ_M3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Ｍ_E1’との位置ずれ量を測定するためのパターン部Ｍ_P1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Ｍ_P2と、を含む。

図１６の例では、第３重ね合わせ測定用マークパターンＭ_P2は、重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｍ_P2は、重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｍ_P2はセル領域Ｃの角付近に格子状に配置されている。

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Ｍ_P1’及びＭ_P2’が形成された重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｍ_P1’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。

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Ｍ_P2’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Ｍ_P2’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Ｍ_P2’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。

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Ｍ_P2’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Ｍ_P2’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。

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Ｍ_P2’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Ｍ_P3’を、特定ホールパターンＨ_P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Ｍ_P3’と特定ホールパターンＨ_P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Ｍ_P3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。

図１８は、図１９に示す第３重ね合わせ測定用マークＭ_P3’を形成するために使用されるレチクルＭ_M3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Ｍ_P3’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Ｍ_P3は、重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｗ_B上に形成された第３重ね合わせ測定用マークＭ_P3’上に重ねて形成される。

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。

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。

この場合、重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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（Ａ_X，Ａ_Y）を求める。そしてこの位置ずれ量（Ａ_X，Ａ_Y）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。

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Ｍ_P2’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Ｍ_P2’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Ｍ_P3’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Ｈ_Pと、第３重ね合わせ測定用マークＭ_P3’の中心軸との相対位置関係を測定すればよい。

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Ｍ_P1’及び第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’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Ｍ_P2’が形成された重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｍ_P2’が形成された重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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。

なお、露光マスクＭ_A2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Ｍ_M2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Ｗ_A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Ｗ_B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Ｍ_E1’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Ｍ_P1’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Ｍ_P2’、Ｍ_P3’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。

また更に、露光マスクＭ_A2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Ｗ_A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Ｗ_B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Ｍ_P2’、Ｍ_P3’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。

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Ｍ_P2’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Ｍ_P2’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Ｗ_B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。

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Ｗ_Aへの下層パターンの露光レチクルＭ_A1による露光と、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Bへの第２重ね合わせ測定用マーク露光用レチクルＭ_M1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Ｍ_M1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。

第１の露光工程Ｅ₁を経た製品用ウエハＷ_A及び重ね合わせ測定用試料Ｗ_B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Ｗ_B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Ｍ_M4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Ｍ_M4に設けられるマスクパターンの例を示す。マスクＭ_M4は、大きく分けて第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1と、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2と、上記ウエハＷ_Bとのコースアライメント用マークＭ_EM0と、ファインアライメント用マークＭ_EM1〜Ｍ_EM4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Ｍ_E1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Ｍ_P1’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Ｍ_E1’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Ｍ_E2は、第２実施例における第３重ね合わせ測定用マークＭ_P2’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Ｍ_E2’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Ｍ_E2は、後述の重ね合わせ測定用試料Ｗ_C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Ｍ_E2は、後述の重ね合わせ測定用試料Ｗ_C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Ｍ_E2はセル領域Ｃの角付近に格子状に配置されている。

重ね合わせ測定用マスクＭ_M4には、上層パターンの露光を行う実際の露光マスクＭ_A2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Ｍ_E1及び第４重ね合わせ測定用マークＭ_E2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Ｍ_M4は、実際の露光マスクＭ_A2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Ｗ_A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Ｍ_M4を用いて重ね合わせ測定用試料Ｗ_Bに第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2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Ｍ_P1’と第１重ね合わせ測定用マークＭ_E1’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。

次に、未だ第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2が露光されていない他の重ね合わせ測定用試料Ｗ_Cに、重ね合わせ測定用マスクＭ_M4を用いて、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2とを露光する。

なお、ここで重ね合わせ測定用試料Ｗ_Ｃとして、上記第１の露光工程Ｅ_１を経て第２重ね合わせ測定用マークＭ_P1’が形成されている重ね合わせ測定用試料Ｗ_Bを使用することとしてよい。
また、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Ｃには第２重ね合わせ測定用マークＭ_P1’が形成されている必要はなく、したがって、この試料Ｗ_Ｃとして、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Bのアライメント用マークＭ_PM0及びＭ_PM1〜Ｍ_PM4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。

この際、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Cのアライメント用マークＭ_PM0及びＭ_PM1〜Ｍ_PM4と、重ね合わせ測定用マスクＭ_M4のアライメント用マークＭ_EM0及びアライメント用マークＭ_EM1〜Ｍ_EM4と、に基づいて、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Cと重ね合わせ測定用マスクＭ_M4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Ｍ_E1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2の露光位置の補正を行なう。

さらに、再度第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1と第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2とが露光された重ね合わせ測定用試料Ｗ_C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Ｍ_A2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Ｗ_Cのアライメント用マークＭ_PM0及びＭ_PM1〜Ｍ_PM4と、露光マスクＭ_A2のアライメント用マークＭ_EM0及びアライメント用マークＭ_EM1〜Ｍ_EM4と、に基づいて、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Cと露光マスクＭ_A4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。

このように、重ね合わせ測定用試料Ｗ_Cに第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2、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Ｍ_P1’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。

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Ｍ_E2’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Ｍ_E2’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。

ホールパターンＨ’と第４重ね合わせ測定用マークＭ_E2’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Ｍ_P2’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Ｍ_E2’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Ｗ_Aへの上層パターン各部の露光位置を補正する。

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Ｍ_P3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Ｗ_C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Ｗ_B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。

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Ｍ_M4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Ｍ_M4による露光と露光マスクＭ_A2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。

図２４（Ａ）の例では、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E3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Ｍ_M4と露光マスクＭ_A2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Ｍ_E3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Ｈ_P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Ｍ_E3により露光された各マークＭ_E3’の中心線同士の交点と、ホールパターンＨ_P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Ｍ_M4と露光マスクＭ_A2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。

さらに図２５に示すように、マスクＭ_M4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Ｍ_E4A、Ｍ_E4B、Ｍ_E4C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Ｍ_E4D、Ｍ_E4E、Ｍ_E4Fと、をそれぞれの中心線の交点Ｐ_A〜Ｐ_Iが、特定ホールパターンＨ_A〜Ｈ_I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Ｈ_A〜Ｈ_Iを含む上層パターンの位置ずれ量を、交点Ｐ_A〜Ｐ_Iと特定ホールパターンＨ_A〜Ｈ_Iの中心との位置ずれ量ｄ_A〜ｄ_Iの平均値により算出することとしてよい。

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Ｍ_E1と、第４重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E2、Ｍ_E3、Ｍ_E4A〜Ｍ_E4Fと、を同じ重ね合わせ測定用マスクＭ_M4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Ｍ_E2、Ｍ_E3、Ｍ_E4A〜Ｍ_E4Fは、第１重ね合わせ測定用マークパターンＭ_E1と、別のマスクに設けることとしてもよい。

なお、露光マスクＭ_A2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Ｍ_M4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Ｗ_A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Ｗ_B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Ｗ_C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Ｍ_E1’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Ｍ_P1’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Ｍ_E2’、Ｍ_E3’、Ｍ_E4A〜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。

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。

電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。 電子ビームの走査方法の説明図である。 電子ビームの副偏向制御の説明図である。 露光マスクの歪み補正の説明図である。 試料に形成された下層パターンの歪みの説明図である。 （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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 露光マスクの構成例を示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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

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
Ｍ_A1 下層パターン形成用レチクル
Ｍ_A2 露光マスク
Ｍ_M2、Ｍ_M4 重ね合わせ測定用マスク
Ｍ_P1 第２重ね合わせ測定用マークパターン
Ｍ_P2、Ｍ_P3 第３重ね合わせ測定用マークパターン
Ｍ_P1’ 第２重ね合わせ測定用マーク
Ｍ_P2’、Ｍ_P3’ 第２重ね合わせ測定用マーク
Ｍ_E1 第１重ね合わせ測定用マークパターン
Ｍ_E1’ 第１重ね合わせ測定用マーク
Ｍ_E2、Ｍ_E3、Ｍ_E4A〜Ｍ_E4F 第４重ね合わせ測定用マークパターン
Ｍ_E2’、Ｍ_E3’ 第４重ね合わせ測定用マーク
Ｗ_A 製品用ウエハ
Ｗ_B、Ｗ_C 重ね合わせ測定用試料

Claims (18)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

Images