JPH06188179A

JPH06188179A - パターン形成方法および合わせずれ量測定装置の較正方法と合わせずれ量の測定方法とその測定装置

Info

Publication number: JPH06188179A
Application number: JP35518792A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamauchi; 孝裕山内
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電子ビーム露光における近接効果
の影響を光露光との併用によって排除する方法を提案す
るとともに、異なる層に形成したパターンの合わせずれ
の測定精度の向上を図る。【構成】パターン形成方法の一例としては、「電子ビ
ーム露光による描画工程」４で電子ビーム露光した後、
少なくとも現像処理前に、「近接効果の補正露光工程」
５で近接効果を生じる部分に光露光を行う。その際のフ
ォトマスクは、「近接効果補正用のフォトマスクの製作
工程」３で、電子ビーム露光に用いた図形データを基に
作製する。また「近接効果の補正露光工程」５では、例
えば変調した光を用いて露光する。また合わせずれ量の
測定方法としては、図示しないが、較正パターンを１８
０°回動して両方向より測定した値より較正値を求め、
その値に測定用パターンの０°の測定値を加算してパタ
ーンの合わせずれ量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造プロセ
スにおけるリソグラフィー工程に関し、特にパターン形
成方法および合わせずれ量測定装置の較正方法と合わせ
ずれ量の測定方法とその測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム露光では、基板上に塗布した
レジスト膜に電子ビームを照射した場合に、当該レジス
ト膜中での電子散乱、あるいは基板からの後方散乱を繰
り返すことによって、電子ビームを照射した位置の周辺
部分にも電荷が蓄積される。このため、その後の現像処
理によって形成されるパターンは、電荷が蓄積した量に
対応してパターン形成がなされるので、予期しない位置
にパターンが形成されることがある。これらの現象は近
接効果と呼ばれ、高精度なパターン形成を阻害する。

【０００３】近接効果は、独立パターンと密集パターン
とで、電荷の蓄積量が異なることに起因している。ここ
で、（１）線状の独立パターン、（２）矩形状の独立パ
ターンおよび（３）ライン＆スペースにおける近接効果
について、図１１の（１）〜（３）により説明する。な
お、図（１）〜（３）では、上図に描画パターンの形状
を示し、下図にＣ−Ｃ断面における電荷蓄積量分布を上
図の照射位置に対応させて示す。また下図の縦軸は電荷
蓄積量を示し、横軸は照射位置を示す。

【０００４】すなわち、図１１の（１）に示すように、
線状に電子ビーム露光した場合には、本来の照射領域４
１の両側に、レジスト膜中での電子散乱や基板からの後
方散乱に起因する不要な電荷蓄積領域４２（網目で示す
領域）が形成される。

【０００５】また図１１の（２）に示すように、電子ビ
ームを複数回往復させることにより矩形状に電子ビーム
露光した場合には、電荷蓄積量分布は、単一電子ビーム
による電荷蓄積量（破線で示す部分）の和（実線で示す
部分）になる。この場合も、レジスト膜中での電子散乱
や基板からの後方散乱によって、本来の照射領域４３の
側周のレジスト膜に不要な電荷蓄積領域４４（網目で示
す領域）が形成される。

【０００６】さらに図１１の（３）に示すように、ライ
ン＆スペースに電子ビーム露光した場合には、ライン＆
スペースのライン部分は、例えば電子ビームによる１回
の描画によって形成される。ところがレジスト膜中での
散乱や基板からの後方散乱によって、電子ビームを照射
していない領域にも電荷が蓄積される。このため、電荷
蓄積量分布は、単一電子ビームによる電荷蓄積量（破線
で示す部分）の和（実線で示す部分）になる。この場合
も、レジスト膜中での電子散乱や基板からの後方散乱に
よって、本来の照射領域４５であるライン部分の側周の
レジスト膜に不要な電荷蓄積領域４６（網目で示す領
域）が形成される。特にスペース部分では間隔が狭いた
めに、電荷蓄積領域が分離されない。このため、ほぼ矩
形状に電荷が蓄積される。

【０００７】このように近接効果によって、電荷を蓄積
する必要がない部分にも電荷が蓄積されるので、近接効
果を補正をする必要が生じる。近接効果の補正方法とし
ては、近接効果が生じることによりパターン像が歪むの
を見越して描画パターンを設計し、電子ビーム露光を行
うことにより、規定のパターン像を得る方法がある。こ
の方法は、例えば、第１の工程で、半導体装置のパター
ンデータに基づいて図形データを作成する。次いで第２
の工程で、電子ビーム露光装置によって図形データをレ
ジスト膜に転写するための制御を行う描画データを作成
する。続いて第３の工程で、描画データに基づいて電子
ビーム露光を行った場合の近接効果によるパターンの歪
みを計算し、さらにその歪みを補正する計算を行って、
その計算結果を描画データ中の図形データに加えて、描
画データを更新する。その後第４の工程で、更新した描
画データを入力した電子ビーム露光装置で露光を行う。

【０００８】あるいは、規定のパターン像が得られるよ
うに、電子ビーム露光時の露光条件として、例えば照射
電子量や加速電圧を制御する方法もある。この場合に
は、上記第３の工程で、描画データに基づいて電子ビー
ム露光を行った場合の近接効果によるパターンの歪みを
計算する。さらにその歪みを補正する計算を行い、その
計算した結果を描画データ中の電子描画露光装置の制御
データに加えて、描画データを更新する。その後第４の
工程で、更新した描画データを入力した電子ビーム露光
装置で露光を行う。

【０００９】半導体装置の製造プロセスにおけるホトリ
ソグラフィー工程では、パターンの寸法管理とともに、
層間におけるパターンの合わせずれ量を管理する必要が
ある。この管理には、合わせずれ量を測定する装置が用
いられている。

【００１０】上記装置の構成例を図１２の概略構成図に
より説明する。図に示すように、被測定試料１００を載
置するとともに当該被測定試料１００の位置決めを行う
Ｘ−Ｙステージ９１が設けられている。このＸ−Ｙステ
ージ９１には、各ステージ９２，９３を駆動する駆動手
段９４，９５が設けられている。また上記Ｘ−Ｙステー
ジ９１の上方には、被測定試料１００を測定する検出系
９６が設けられている。この検出系９６は、被測定試料
１００の測定領域を撮像するものよりなる。また検出系
９６には、撮像によって得られた信号をデジタル処理化
するＡ−Ｄ変換器９７が接続されている。このＡ−Ｄ変
換器９７には、デジタル化された信号を受信し、その信
号を解析して合わせずれ量を求める制御演算手段９８が
接続されている。この制御演算手段９８は、被測定試料
１００を測定位置まで移動するための制御も行う。した
がって、制御演算手段９８には駆動回路９９を介して各
駆動手段９４，９５が接続されている。上記の如くに、
合わせずれ量測定装置９０は構成されている。

【００１１】次に上記合わせずれ量測定装置９０によっ
て、パターンの合わせずれを測定する方法を、図１３に
より説明する。図１３の（１）に示すように、、測定パ
ターン１１０は、島状の方形のパターン１１１の外側を
囲む状態に、島状の枠状パターン１１２を形成したもの
よりなる。通常、方形パターン１１１は下地の層で形成
され、枠状パターン１１２は上層のエッチングマスクま
たはイオン注入マスク等よりなるレジスト膜で形成され
る。合わせずれは、測定パターン１１０の一方側より他
方側に１直線に横切る線上ｌ−ｌ’で測定する。

【００１２】その結果、図１３の（２）に示すような検
出系の信号を得ることができる。図では、縦軸は信号強
度を示し、横軸は検出系の位置座標を示す。図に示すよ
うに、信号強度分布１２１において、方形パターン１１
１のエッジ１１１ａ，１１１ｂの位置座標および枠状パ
ターン１１２のエッジ１１２ａ，１１２ｂの位置座標を
読み取ることにより、エッジ１１２ａ，１１１ａ間の距
離ａおよびエッジ１１１ｂ，１１２ｂ間の距離ｂを検出
する。その結果、測定パターン１１０の合わせずれ量
は、（ｂ−ａ）／２式で計算される。またはエッジ１１
２ｃ，１１１ａ間の距離ａ’およびエッジ１１１ｂ，１
１２ｄ間の距離ｂ’を検出する。その結果、測定パター
ン１１０の合わせずれ量は、（ｂ’−ａ’）／２なる式
で計算される。

【００１３】上記構成の測定装置では、位置座標系と実
際のパターンとの間には検出系（例えば顕微鏡や撮像装
置）の倍率誤差や像歪み等の誤差を生じる。したがっ
て、標準になる試料を容易して、その試料を予め測定
し、その測定値を基に較正を行う。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、近接効果を見越して描画パターンを作成するに
は、描画データに基づいて電子ビーム露光を行った場合
の近接効果によるパターンの歪みの計算、その歪みを補
正する計算等の膨大な計算量が必要になる。特に半導体
装置が高集積化するに従い、その計算量はさらに膨大に
なる。このため、計算を行う計算機は大容量のものが必
要になるとともに計算時間も非常に長くなる。

【００１５】また上記合わせずれ量測定装置では、較正
用試料の較正パターンとの相対的な比較によって合わせ
ずれ量を測定することになる。このため、合わせずれ量
測定装置の第１，第２の検出領域間の領域間倍率誤差を
考慮することなく、また較正パターンの真の値と合わせ
ずれ量測定装置の測定値との間の検出系倍率誤差を考慮
するこなく、被測定試料の合わせずれ量が測定される。
この結果、測定値は、大きな誤差を含むことになる。上
記課題は、半導体装置の集積度が向上して、合わせずれ
量の誤差が当該半導体装置の歩留りに大きく影響するよ
うになって、顕在化してきた。このため、さらに高集積
化される半導体装置の合わせずれ量は、上記のような測
定方法で測定することは困難になる。

【００１６】本発明は、近接効果を補正してパターンを
形成するのに優れているパターン形成方法および測定精
度に優れているパターン形成後の合わせずれ量測定方法
とその測定装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたパターン形成方法および合わせず
れ量測定装置の較正方法と合わせずれ量の測定方法とそ
の測定装置である。すなわち、パターンの形成方法とし
ては、レジスト膜に電子ビームを照射して露光した後、
現像処理してレジストパターンを形成する際に、少なく
とも現像処理前に、電子ビーム露光した領域に合わせる
状態にフォトマスクを設置して、近接効果を補正する光
露光を行う。光露光の際に用いるフォトマスクは、電子
ビーム露光に用いた図形データを基にして形成したもの
を用いる。また近接効果を補正する光露光で変調光を用
いることも可能である。

【００１８】また合わせずれ量の測定方法としては、較
正パターンは、第１の層で形成した第１の較正パターン
の両側に第２の層で形成した第２の較正パターンと第３
の較正パターンとを配置してなるもので構成する。そし
て、合わせずれ測定装置の第１の検出領域で測定した第
２の較正パターンと第１の較正パターンとの距離の測定
値より、当該合わせずれ測定装置の第２の検出領域で測
定した第１の較正パターンと第３の較正パターンとの距
離の測定値を減じて２で除することで、較正パターンの
０°の測定値を求める。次いで、第１〜第３の較正パタ
ーンを１８０°反転して、先に測定した線上を、合わせ
ずれ測定装置の第１の検出領域で測定した第３の較正パ
ターンと第１の較正パターンとの距離の測定値より、当
該合わせずれ測定装置の第２の検出領域で測定した第１
の較正パターンと第２の較正パターンとの距離の測定値
を減じて２で除することで、較正パターンの１８０°の
測定値を求める。続いて較正パターンの０°の測定値よ
り較正パターンの１８０°の測定値を減じて２で除し
て、較正パターンの合わせずれ量の測定値を求める。そ
れとともに、真の合わせずれ量を求める測定装置によっ
て測定した当該較正パターンの第２の較正パターンと第
１の較正パターンとの距離の測定値より、当該真の合わ
せずれ量を求める測定装置によって測定した第１の較正
パターンと第３の較正パターンとの距離の測定値を減じ
て２で除することで、当該較正パターンの真の合わせず
れ量を求める。さらに、較正パターンの真の合わせずれ
量より当該較正パターンの合わせずれ量の測定値を減じ
て、合わせずれ量測定装置の較正値を求める較正方法で
ある。

【００１９】上記合わせずれ量測定装置の較正方法にお
いて、較正パターンの真の測定値と合わせずれ量測定装
置での測定値との検出系倍率誤差係数を、合わせずれ量
測定装置の測定値に乗じることで、較正パターンの寸法
の真の測定値と合わせずれ量測定装置による較正パター
ンの寸法の測定値との間に互換性を求める。さらに、合
わせずれ量測定装置の第１の検出領域における測定値と
当該第２の検出領域における測定値との領域間倍率誤差
係数を、第２の領域の測定値に乗じることで、第１の領
域の測定値との互換性を求める。そして、較正値を、検
出系倍率誤差係数と領域間倍率誤差係数と較正パターン
の真の寸法とで表す較正方法である。

【００２０】また合わせずれ量測定装置によって測定し
た被測定試料の合わせずれ量測定パターンの測定値に上
記方法によって求めた較正値を加算して、被測定試料の
合わせずれ量を求めるパターンの合わせずれ量の測定方
法である。

【００２１】合わせずれ量測定装置としては、層間の合
わせずれを測定する検出系と、被測定試料を載置するも
ので、直交する方向に移動可能なＸ−Ｙステージを備え
たものであって、Ｘ−Ｙステージ上に回動可能な回転テ
ーブルを設けたものである。

【００２２】

【作用】上記パターン形成方法では、少なくとも現像処
理前に、電子ビーム露光によって近接効果を生じる部分
に光露光を行うことにより、近接効果の影響がなくな
る。また電子ビーム露光に用いた図形データで形成した
フォトマスクを用いることにより、フォトマスクの形成
が容易になる。さらに光露光において、変調した光を用
いることにより、電子ビーム露光によって生じた近接効
果の影響を効果的になくせる。

【００２３】上記合わせずれ量測定装置の較正方法で
は、較正パターンを、０°の方向と１８０°に反転した
方向とを測定することにより、第１，第２の検出領域に
係わる誤差が求められる。さらにその値を、真の合わせ
ずれ量を求める測定装置によって求めた合わせずれ量よ
り減じて、較正値としたので、合わせずれ量測定装置に
よって求めた合わせずれ量の測定値に較正値を加算した
値は、真の合わせずれ量とほぼ同等の値になる。

【００２４】上記合わせずれ量測定装置では、Ｘ−Ｙス
テージ上に回動可能な回転テーブルを設け、当該回転テ
ーブル上に被測定試料の載置部を形成したことにより、
上記合わせずれ量の較正方法が行い易くなる。すなわ
ち、被測定試料の測定方向を回転テーブルによって、被
測定試料の測定方向を０°の方向または１８０°の方向
に容易に変えられる。

【００２５】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示す近接効果
の補正方法の工程図により説明する。図に示すように、
「図形データの作成工程」１では、製造使用とする半導
体装置の図形データを作成する。

【００２６】次いで「描画データの作成工程」２を行
う。この工程では、計算機処理によって、上記図形デー
タより電子ビーム露光装置で用いる描画データを作成す
る。

【００２７】続いて「近接効果補正用のフォトマスクの
製作工程」３を行う。この工程では、上記描画データを
用いて、電子ビーム露光を行う電子ビーム露光装置と同
一の装置または同一形式の装置を用いて、通常の電子ビ
ームによるリソグラフィーを行い、さらにエッチングを
行うことによって、光露光用のフォトマスクを製作す
る。

【００２８】なおアライメントに必要なアライメントマ
ークの位置及びその形状に関するデータは、上記図形デ
ータや描画データとは独立に扱うことが可能である。よ
って、フォトマスクを製作するときに用いた描画データ
と半導体基板に描画する際に用いる描画データとは共用
することができる。したがって、上記の近接効果の補正
方法においては、図形データから描画データに変換する
作業は１回で済む。

【００２９】次いで「電子ビーム露光による描画工程」
４を行う。この工程では、通常のレジスト塗布技術によ
って、半導体基板にレジスト膜を、例えば４００ｎｍ〜
５００ｎｍの膜厚に成膜する。このとき、成膜したレジ
スト膜には、プリベーク処理を行う。上記レジスト膜
は、電子ビーム及び光の両方に感光性を有する材料で形
成する。その後上記フォトマスクを製作したのと同一も
しくは同一形式の電子ビーム露光装置を使用して、上記
描画データに基づいて、成膜したレジスト膜に露光を行
う。なお、下地との位置合わせに関するデータは、あら
かじめ上記電子ビーム露光装置に入力しておく。

【００３０】次に「近接効果の補正露光工程」５を行
う。この工程では、紫外線〜遠紫外線をランプを光源と
する等倍投影露光装置を用いて、近接効果を補正するた
めの露光を行う。上記等倍投影露光装置には、例えば反
射型の投影露光装置を用い、露光波長は、フィルタの選
択により、例えば２４０ｎｍ〜３４０ｎｍの領域を選択
する。そして、上記フォトマスクを用いて等倍投影露光
装置によって、上記レジスト膜に紫外線〜遠紫外線によ
る光露光を行う。この露光における下地に対するアライ
メントは、あらかじめ半導体基板上に形成したアライメ
ントマークに対して行う。したがって、電子ビーム露光
で形成したパターン像とフォトマスクを用いて行った露
光によるパターン像とが重なり合う。上記露光条件は、
露光によるパターン像の変調のされ方をあらかじめ調べ
ておいて、所望の変調条件に合う露光条件を選択する。

【００３１】上記露光条件の選択は、以下に説明するよ
うな光学特性を利用する。すなわち、任意のパターンを
光学系を通して基板上に投影した場合には、投影された
パターン像は、当該光学系の特性によって、変調され
る。この状態をＯＴＦ（Optical Transfer Function
）で示すと、図２に示すようになる。

【００３２】図２では、縦軸はＯＴＦを示し、ある空間
周波数における物体に対する結像のコントラストを表
し、横軸は空間周波数を示す。また図中の実線は正焦点
に近い状態の特性を示し、点線と一点鎖線とは焦点を外
した状態の特性を示している。このように、同一のフォ
トマスクを用いても、焦点位置をずらすことによって、
結像を変化させることが可能になる。

【００３３】上記のような光学的特性を利用して、電子
ビーム露光で得たパターン像に光露光で得たパターン像
を重合わせることにより、電子ビーム露光で発生した近
接効果を低減する。

【００３４】まず図３によって、電子ビームの露光領域
と当該露光領域のＡ−Ａ線断面におけるレジスト膜（図
示せず）に蓄積される電荷蓄積量との関係を説明する。
図３の（１）に示すように、レジスト膜に対して、電子
ビームを線状に照射した場合（図面では照射領域１１を
斜線で示す）の電荷蓄積量分布２１では、照射領域の両
側における本来電子ビームを照射していない領域にも電
荷が蓄積される。また図３の（２）に示すように、レジ
スト膜に対して、電子ビームを線状にスキャニングして
幅広い領域に照射した場合（図面では照射領域１２を斜
線で示す）の電荷蓄積量分布２２では、照射領域の最外
部における本来電子ビームを照射していない領域にも電
荷が蓄積される。さらに図３の（３）に示すように、レ
ジスト膜に対して、電子ビームを線状に等間隔に照射し
た場合（図面では照射領域１３を斜線で示す）の電荷蓄
積量分布２３では、各照射領域の両側における本来電子
ビームを照射していない領域にも電荷が蓄積される。こ
のため、電子ビームの照射領域間にも電荷が蓄積される
ので、ライン＆スペースを形成することができない。

【００３５】そこで、上記説明したように、近接効果を
補正するために、上記フォトマスクを用いた光露光を行
う。フォトマスクは、電子ビームによる描画データを基
にして形成されているので、電子ビーム露光におけるア
ライメント位置に対して、光露光に対するアライメント
位置を合わせるようにして、等倍投影露光装置にフォト
マスクを設定する。このため、電子ビーム露光によって
電子ビームが照射された領域にはフォトマスクの遮光パ
ターンが対応する。

【００３６】このときのフォトマスクと当該フォトマス
クのＢ−Ｂ線断面に対応するレジスト膜（図示せず）に
照射される照射強度との関係を、図４により説明する。
なお図では、前記図２で説明した焦点はずれの特性によ
って、ＯＴＦが負になるように焦点位置を選択した。

【００３７】まず図４の（１）に示すように、遮光パタ
ーン１４が線パターンの場合には、コントラストが得ら
れないために、パターン像はぼける。このため、照射強
度分布２４はほぼ一定になる。また図４の（２）に示す
ように、遮光パターン１５が幅広いパターンの場合に
は、照射強度分布２５は、遮光パターン１５で隠された
部分は光が照射されないので照射強度は０になる。また
上記遮光パターン１５が投影される側周における領域で
は所定の照射強度になる。さらに図４の（３）に示すよ
うに、遮光パターン１６がライン＆スペースの場合に
は、結像が反転する。このため、ライン＆スペースの照
射領域では、線パターンで隠されている領域に光が照射
される。また線パターン間の領域には設計上は光が照射
されないが、光の回折によって光が照射される。したが
って、照射強度分布２６は、ライン＆スペースの照射領
域で小さな照射強度の強弱を有しかつライン＆スペース
の側周よりも照射強度が小さくなる。

【００３８】上記図４に示すような照射強度が得られる
光露光を、上記電子ビーム露光によって得たパターン像
に重ね合わせて行った場合を図５により説明する。図で
は電子ビーム露光、光露光の両方に対してネガ型になる
レジストを用いた場合を示す。図５の（１）に示すよう
に、電子ビーム露光で線パターン像（破線で示す領域）
１７を形成したレジスト膜に、上記図４の（１）で説明
した光露光を行った場合には、電子ビーム露光によって
生じた裾引き部分は光露光によって露光される。このと
きの光露光領域２７を１点鎖線で示す。したがって、現
像処理によって、コントラストがはっきりしているパタ
ーン像（実線で示す部分）３１が形成される。

【００３９】図５の（２）に示すように、電子ビーム露
光で幅広パターン像（破線で示す領域）１８を形成した
レジスト膜に、上記図４の（２）で説明した光露光を行
った場合には、電子ビーム露光によって生じた裾引き部
分は光露光によって露光される。このときの光露光領域
２８を１点鎖線で示す。したがって、現像処理によっ
て、コントラストがはっきりしているパターン像（実線
で示す部分）３２が形成される。

【００４０】図５の（３）に示すように、電子ビーム露
光でライン＆スペース像（破線で示す領域）１９を形成
したレジスト膜に、上記図４の（３）で説明した光露光
を行った場合には、電子ビーム露光によって生じた裾引
き部分は光露光によって露光される。このときの光露光
領域２９を１点鎖線で示す。したがって、コントラスト
がはっきりしているパターン像（実線で示す部分）３３
が形成される。

【００４１】上記露光が終了した後、露光後ベーク処理
を行ってから、通常の現像処理とポストベーク処理とを
行って、レジストパターンが完成する。

【００４２】上記説明したように、レジスト膜に電子ビ
ームを照射して露光した後、現像処理してレジストパタ
ーンを形成する際に、少なくとも現像処理前に、電子ビ
ーム露光によって近接効果を生じる部分に光露光を行う
ことにより、近接効果の影響がなくなる。また電子ビー
ム露光に用いた図形データで形成したフォトマスクを用
いることにより、フォトマスクの形成が容易になる。さ
らに光露光において変調した光を用いることにより、電
子ビーム露光によって生じた近接効果の影響を効果的に
なくすことが可能になる。

【００４３】次に光露光のフォトマスクを電子ビーム描
画と異なる方式で作成する場合を、第２に実施例を図６
の工程図により説明する。なお第１の実施例で説明した
と同様の工程には、同一符号を付した。図に示すよう
に、「図形データの作成工程」１では、製造使用とする
半導体装置の図形データを作成する。

【００４４】次いで「フォトマスクの描画データの作成
工程」６を行う。この工程では、光露光を行う縮小露光
装置の縮小率に基づいて、上記図形データよりフォトマ
スクの描画データに作成する。

【００４５】続いて「フォトマスクの製作工程」７を行
う。この工程では、上記フォトマスクの描画データを用
いて、通常の電子ビームによるリソグラフィーを行い、
さらにエッチングを行うことによって、光露光用のフォ
トマスクを作製する。

【００４６】さらに「電子ビーム露光の描画データの作
成工程」８を行う。この工程では、上記フォトマスクの
描画データを作成したのと同一図形データを用いて、計
算機処理により、電子ビーム露光装置で用いる描画デー
タを作成する。

【００４７】次いで「電子ビーム露光による描画工程」
４を行う。この工程では、まず通常のレジスト塗布技術
によって、半導体基板にレジスト膜を成膜する。そして
電子ビーム露光装置によって、上記電子ビーム露光の描
画データに基づいて電子ビーム露光を行う。なお、下地
との位置合わせに関するデータは、あらかじめ、上記電
子ビーム露光装置に入力しておく。

【００４８】次に「近接効果の補正露光工程」５を行
う。この工程では、例えば波長が２４８ｎｍのエキシマ
レーザ光を光源とする縮小投影露光装置により、上記フ
ォトマスクを用いて、近接効果を補正するための露光を
行う。この露光における下地に対するアライメントは、
あらかじめ半導体基板上に形成したアライメントマーク
に対して行う。したがって、電子ビーム露光で形成した
パターン像とフォトマスクを用いて行った露光によるパ
ターン像とが重なり合う。上記露光条件は、露光による
パターン像の変調のされ方をあらかじめ調べておいて、
所望の変調条件に合う露光条件を選択する。

【００４９】上記露光が終了した後、露光後ベーク処理
を行ってから、通常の現像処理とポストベーク処理とを
行って、レジストパターンが完成する。

【００５０】上記説明したように、縮小投影露光装置を
用いても、第１の実施例で説明したと同様に、電子ビー
ム露光で生じた近接効果の影響をなくすことが可能にな
る。なお光露光の露光条件の設定では、上記説明した以
外に、例えば露光装置の開口比を変える、露光装置の照
明系のコヒーレンシーを変える、空間フィルターを挿入
する等の方法によっても、同等に効果が得られる。

【００５１】次に異なる層間の合わせずれ量を測定する
方法を、図７〜図１０により説明する。図７では、較正
パターン５０を示す。図に示すように、第１の層で第１
の較正パターン５１が形成されている。この第１の較正
パターン５１は、例えば島状の方形状に形成されてい
る。また上記第１の較正パターン５１の一方側には、第
２の層で形成した第２の較正パターン５２が設けられて
いる。この第２の較正パターン５２は、例えば島状の線
パターンで形成されている。さらに当該第１の較正パタ
ーン５１に対して第２の較正パターン５２とは反対側に
は、当該第２の層よりなる較正パターン５３が形成され
ている。この第３の較正パターン５３も上記第２の較正
パターン５２と同様に、島状の線パターンで形成されて
いる。上記第１の較正パターン５１は通常下地の層で形
成されている。また上記第２，第３の較正パターン５
２，５３は、通常レジストで形成されている。なお図に
示したものは、上記第２，第３の較正パターン５２，５
３の両端をそれぞれに別の島状の線状パターン５４，５
５で接続して、上記第１の較正パターン５１側周側を囲
む状態に、島状で四角状の枠パターンとして形成してい
る。このような構成にすることにより、合わせずれ量の
測定を、図面上の横方向または縦方向より行うことが可
能になる。

【００５２】次に上記パターンの合わせずれを測定する
測定装置を、図８の概略構成図により説明する。図に示
す合わせずれ量測定装置６０は、前記従来に技術の図１
２で説明した測定装置（９０）において、Ｘ−Ｙステー
ジ９１上に回動可能な回転テーブル６１を設け、当該回
転テーブル６１上に被測定試料（図示せず）の載置部６
２を形成したものである。また上記回転テーブル６１に
は、テーブルを回動させる駆動手段６３が設けられてい
る。さらに駆動手段６３は、制御演算手段９８に駆動回
路６４を介して接続されている。

【００５３】上記測定装置６０では、回転テーブル５１
によって被測定試料を自在に回動することが可能になる
ので、被測定試料の測定方向を０°の方向または１８０
°の方向に容易に変えるられる。

【００５４】次いで上記較正パターン５０を用いて、測
定装置６０の較正を行う方法を、図９の（１），（２）
により説明する。各図（１），（２）では、上図に較正
パターン５０を示し、下図に信号強度と検出系の位置座
標との関係を示す。図９の（１）に示すように、まず第
１の測定では、合わせずれ測定装置の検出系（図示せ
ず）の第１の領域Ｓ１で、較正パターン５０のｌ−ｌ’
線上の第２の較正パターン５２と第１の較正パターン５
１との距離Ａｒを測定する。そしてその測定値Ｌｍ₀よ
り、当該合わせずれ測定装置の検出系の第２の領域Ｓ２
で測定した上記ｌ−ｌ’線上の第１の較正パターン５１
と第３の較正パターン５３との距離Ｂｒを測定して、そ
の測定値Ｒｍ₀を求める。そしてＲｍ₀よりＬｍ₀を減
じた値を２で除して較正パターン５０の０°の測定値Ｃ
₀を求める。すなわち、

【数１】となる。

【００５５】次いで図９の（２）に示すように、第２の
測定を行う。この測定では、まず第１〜第３の較正パタ
ーン５１〜５３を１８０°反転する。そして第１の測定
で測定したｌ’−ｌ線上を、第３の較正パターン５３と
第１の較正パターン５１との距離Ｂｒを検出系（図示せ
ず）の第１の領域Ｓ１で測定する。そしてその測定値Ｌ
ｍ₁₈₀より、検出系の第２の領域Ｓ２で測定した第１の
較正パターン５１と第２の較正パターン５２との距離Ａ
ｒを測定した値Ｒｍ₁₈₀を求める。そしてＲｍ ₁₈₀より
Ｌｍ₁₈₀を減じた値を２で除して較正パターン５０の１
８０°の測定値Ｃ₁₈₀を求める。すなわち、

【数２】となる。

【００５６】続いて上記較正パターン５０の０°の測定
値Ｃ₀より上記較正パターンの１８０°の測定値Ｃ₁₈₀
を減じ、その値を２で除して較正パターン５０の合わせ
ずれ量の値Ｃｍを求める。したがって、

【数３】となる。

【００５７】また真の合わせずれ量を求める測定装置
（例えば測長ＳＥＭ）によって、当該較正パターン５０
における第２の較正パターン５２と第１の較正パターン
５１との距離を測定する。その測定値がＡｒになる。さ
らに、第１の較正パターン５１と第３の較正パターン５
３との距離を測定する。その測定値がＢｒになる。そし
て測定値Ｂｒより測定値Ａｒを減じて２で除すること
で、当該較正パターンの真の合わせずれ量Ｃｔを求め
る。すなわち、

【数４】になる。

【００５８】そして較正パターンの真の合わせずれ量Ｃ
ｔより当該較正パターンの合わせずれ量の測定値Ｃｍを
減じて、合わせずれ量測定装置の較正値Ｃを求める。す
なわち、

【数５】になる。

【００５９】上記較正値Ｃには、較正パターン５０の真
の値と合わせずれ量測定装置で測定した値との間の検出
系倍率誤差係数ｆ₀が存在する。さらに合わせずれ量測
定装置の第１の領域Ｓ１における測定値と第２の領域Ｓ
２における測定値との間の領域間倍率誤差係数ｆが存在
する。そこで、較正パターン５０の真の値は合わせずれ
量測定装置で測定した値に検出系倍率誤差係数ｆ₀を乗
じた値とする。すなわち、

【数６】が成立する。また、

【数７】が成立する。さらに、第１の領域Ｓ１における測定値は
第２の領域Ｓ２における測定値に領域間倍率誤差係数ｆ
を乗じることにより、第１，第２の検出領域Ｓ１，Ｓ２
間の領域間倍率誤差を解消する。すなわち、

【数８】が成立する。また、

【数９】が成立する。よって、上記式（５）に式（３），式
（４）を代入し、さらに式（６）〜式（９）を代入して
整理することによって、較正値Ｃを求めると、

【数１０】を得る。

【００６０】次に、被測定試料に形成された測定パター
ンの合わせずれ量を求める方法を説明する。まず被測定
試料の測定パターンを、図１０により説明する。図に示
すように、第１の層で第１のパターン７１が形成されて
いる。この第１のパターン７１は、例えば島状の方形状
に形成されている。また上記第１のパターン７１の一方
側には、第２の層で形成した第２のパターン７２が設け
られている。この第２のパターン７２は、例えば島状の
線パターンで形成されている。さらに当該第１のパター
ン７１に対して第２のパターン７２とは反対側には、当
該第２の層よりなる第３のパターン７３が形成されてい
る。この第３のパターン７３も上記第２のパターン７２
と同様に、島状の線パターンで形成されている。また上
記第１のパターン７１は下地の層で形成されている。さ
らに上記第２，第３のパターン７２，７３は、通常レジ
ストで形成されている。また、図示したように、上記第
２，第３のパターン７２，７３の両端をそれぞれに別の
島状の線状パターン７４，７５で接続して、上記第１の
パターン７１の側周側を囲む状態に、島状で四角状の枠
パターンより形成することも可能である。上記の如くに
測定パターン７０は構成されている。

【００６１】上記測定パターン７０の合わせずれ量を、
合わせずれ量測定装置で測定する。上記説明した較正パ
ターン（５０）の測定と同様にして、合わせずれ量測定
装置の第１の領域Ｓ１で、第２のパターン７２と第１の
パターン７１との距離Ａｒ’を測定する。そしてその測
定値Ｌｍ₀'とする。また同検出系の第２の検出領域Ｓ２
で測定した第１のパターン７１と第３のパターン７３と
の距離Ｂｒ’の値を測定するそしてその測定値Ｒｍ₀'と
する。さらにＲｍ₀'よりＬｍ₀'を減じて２で除した値よ
り、先に求めた較正値Ｃを加算して、測定パターン７０
の合わせずれ量Ｅを求める。すなわち、

【数１１】になる。

【００６２】次に、上記較正パターンを用いて、従来の
測定方法による測定値と本案の測定方法による測定値と
を比較する。なお較正パターンは、Ａｒ＝９．９５μ
ｍ、Ｂｒ＝１０．０５μｍと仮定し、標準試料が０．０
５μｍの合わせずれを真の合わせずれ量として有してい
ると仮定した。またｆ₀の値を１とした。なお測定パタ
ーンに較正パターンを用いているので、Ａｒ’＝９．９
５μｍ、Ｂｒ’＝１０．０５μｍとなる。そして、ｆの
値を１．０１より１．０５まで変化させた場合には、従
来の測定方法では、ｆの値が増加するにしたがい測定値
も０．１００３より０．３０１３に増加する。一方本案
の測定方法では、ｆの値が増加するにしたがい、測定値
は０．０５０２５より０．０５１３に微増するが、従来
の測定方法よりその増加量は１／１０００μｍのオーダ
ーである。

【００６３】上記説明したように、被測定試料を測定す
るごとに較正パターンの合わせずれ量を測定しなくて
も、十分に精度が高い合わせずれ量の測定が可能にな
る。なお、上記合わせずれ量の測定は、較正値を加える
ことにより行う方法であって、座標系の倍率や上記ｆ₀
の値を補正するものではない。このため、これらの補正
は別途行う必要がある。

【００６４】また上記説明では、１方向の測定例（例え
ばＸ方向）を説明したが、例えばＸ方向に直交するＹ方
向に関しても、上記同様に較正値を求めて較正を行うこ
とが可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明のパターン
形成方法では、電子ビーム露光によって近接効果を生じ
る部分に光露光を行うので、近接効果の影響がなくな
る。また電子ビーム露光に用いた図形データで形成した
フォトマスクを用いるので、近接効果の影響を低減する
条件を計算する手間が省ける。光露光では光の変調を利
用するので、露光条件の設定が容易になる。

【００６６】本発明のパターンの合わせずれ量測定方法
では、較正パターンを、０°の方向と１８０°に反転し
た方向とを測定することにより、第１，第２の検出領域
に係わる誤差を求めることができる。さらにその値を、
真の合わせずれ量を求める測定装置によって求めた合わ
せずれ量より減じて、較正値としたので、合わせずれ量
測定装置によって求めた合わせずれ量の測定値に較正値
を加算した値は、真の合わせずれ量とほぼ同等の値にな
る。したがって、高精度な合わせずれ量を得ることが可
能になる。

【００６７】本発明のパターンの合わせずれ量測定装置
では、Ｘ−Ｙステージ上に回動可能な回転テーブルを設
けたので、被測定試料の測定方向を０°の方向または１
８０°の方向に容易に変えることができる。よって、上
記合わせずれの測定方法が行い易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例におけるパターン形成方法の工程
図である。

【図２】光の変調特性の説明図である。

【図３】電子ビームの露光領域と電荷蓄積量との関係図
である。

【図４】フォトマスクと照射強度との関係図である。

【図５】近接効果の補正方法の説明図である。

【図６】第２の実施例におけるパターン形成方法の工程
図である。

【図７】較正パターンの説明図である。

【図８】合わせずれ量測定装置の概略構成図である。

【図９】較正方法の説明図である。

【図１０】測定パターンの説明図である。

【図１１】従来例における近接効果の説明図である。

【図１２】従来例の合わせずれ量測定装置の概略構成図
である。

【図１３】合わせずれ量の測定方法の説明図である。

【符号の説明】

１図形データに作成工程２描画データの作成工程２３近接効果補正用のフォトマスクの作成工程４電子ビーム露光による描画工程５近接効果の補正露光工程６フォトマスクの描画データの作成工程７フォトマスクの作製工程８電子ビーム露光の描画データの作成工程５０較正パターン５１第１の較正パターン５２第２の較正パターン５３第３の較正パターン６０合わせずれ量測定装置６１回転テーブル７０被測定試料の合わせずれ量測定パターン９１Ｘ−ＹステージＳ１第１の検出領域Ｓ２第２の検出領域Ａｒ第２の較正パターンと第１の較正パターンとの距
離Ｂｒ第１の較正パターンと第３の較正パターンとの距
離Ｒｍ₀ 第１の検出領域で測定した第２の較正パターン
と第１の較正パターンとの距離の測定値Ｌｍ₀ 第２の検出領域で測定した第１の較正パターン
と第３の較正パターンとの距離の測定値Ｃ₀ 較正パターンの０°の測定値Ｒｍ₁₈₀ 第１の検出領域で測定した第３の較正パター
ンと第１の較正パターンとの距離の測定値Ｌｍ₁₈₀ 第２の検出領域で測定した第１の較正パター
ンと第２の較正パターンとの距離の測定値Ｃ₁₈₀ 較正パターンの１８０°の測定値Ｃｍ較正パターンの合わせずれ量の測定値Ｃｔ較正パターンの真の合わせずれ量Ｃ合わせずれ量測定装置の較正値ｆ₀ 検出系倍率誤差係数ｆ領域間倍率誤差係数Ｅ被測定試料の合わせずれ量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レジスト膜に電子ビームを照射して露光
した後、現像処理してレジストパターンを形成するパタ
ーン形成方法において、少なくとも前記現像処理前に、前記電子ビーム露光した
領域に合わせる状態にフォトマスクを設置して、近接効
果を補正する光露光を行うことを特徴とするパターン形
成方法。
【請求項２】請求項１記載のパターン形成方法におい
て、電子ビーム露光に用いた図形データにより形成した
フォトマスクを用いて近接効果を補正する光露光を行う
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】請求項１記載のパターン形成方法におい
て、近接効果を補正する光露光で変調光を用いることを
特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】第１の層で形成した第１の較正パターン
の両側に第２の層で形成した第２の較正パターンと第３
の較正パターンとを配置してなる較正パターンを用い、合わせずれ測定装置の第１の検出領域で測定した第２の
較正パターンと第１の較正パターンとの距離の測定値よ
り、当該合わせずれ測定装置の第２の検出領域で測定し
た第１の較正パターンと第３の較正パターンとの距離の
測定値を減じて２で除することで較正パターンの０°の
測定値を求め、次いで、前記第１〜第３の較正パターンを１８０°反転
して、前記測定した線上を、前記合わせずれ測定装置の
第１の検出領域で測定した第３の較正パターンと第１の
較正パターンとの距離の測定値より、当該合わせずれ測
定装置の第２の検出領域で測定した第１の較正パターン
と第２の較正パターンとの距離の測定値を減じて２で除
することで較正パターンの１８０°の測定値を求め、続いて前記較正パターンの０°の測定値より前記較正パ
ターンの１８０°の測定値を減じて２で除して較正パタ
ーンの合わせずれ量の測定値を求めるとともに、真の合わせずれ量を求める測定装置によって測定した当
該較正パターンの第２の較正パターンと第１の較正パタ
ーンとの距離の測定値より、当該真の合わせずれ量を求
める測定装置によって測定した第１の較正パターンと第
３の較正パターンとの距離の測定値を減じて２で除する
ことで、当該較正パターンの真の合わせずれ量を求め、前記較正パターンの真の合わせずれ量より当該較正パタ
ーンの合わせずれ量の測定値を減じて、合わせずれ量測
定装置の較正値を求めることを特徴とする合わせずれ量
測定装置の較正方法。
【請求項５】請求項４記載の合わせずれ量測定装置の
較正方法において、前記較正パターンの真の測定値と前記合わせずれ量測定
装置での測定値との検出系倍率誤差係数を、合わせずれ
量測定装置の測定値に乗じることで、較正パターンの寸
法の真の測定値と合わせずれ量測定装置による較正パタ
ーンの寸法の測定値との間に互換性を求め、前記合わせずれ量測定装置の第１の検出領域における測
定値と当該第２の検出領域における測定値との領域間倍
率誤差係数を、第２の領域の測定値に乗じることで、第
１の領域の測定値との互換性を求め、前記較正値を前記検出系倍率誤差係数と領域間倍率誤差
係数と前記較正パターンの真の寸法とで表すことを特徴
とする合わせずれ量測定装置の較正方法。
【請求項６】合わせずれ量測定装置によって測定した
被測定試料の合わせずれ量測定パターンの測定値に請求
項４または請求項５記載の合わせずれ量測定装置の較正
方法によって求めた較正値を加算して、被測定試料の合
わせずれ量を求めることを特徴とするパターンの合わせ
ずれ量の測定方法。
【請求項７】異なる層に形成されたパターンの合わせ
ずれ量を測定することで、層間の合わせずれを測定する
検出系と、被測定試料を載置するもので、直交する方向
に移動可能なＸ−Ｙステージを備えた合わせずれ量測定
装置において、前記Ｘ−Ｙステージ上に回動可能な回転テーブルを設け
たことを特徴とする合わせずれ量測定装置。