JP2000323383A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイロットウエーハを用いてのアライメント
補正を行うことなく、重ね合わせ誤差が少なく、しかも
短時間の処理で最適なアライメント補正による露光を行
うことを可能にした半導体装置の製造方法及び製造装置
を提供する。 【解決手段】 露光、現像処理されたウエーハでの重ね
合わせ誤差を測定し（Ｓ１０５）、測定した重ね合わせ
誤差からアライメント補正値を算出し（Ｓ１０７）、算
出されたアライメント補正値に基づいて、次に露光、現
像処理するウエーハでのアライメント補正を行う製造方
法において、前記算出されたアライメント補正値を少な
くとも露光した際の条件と共に蓄積しておき（Ｓ１０
８）、当該蓄積したアライメント補正値のうち、次に露
光、現像処理するウエーハの処理条件と共通する条件の
アライメント補正値に基づいて前記次のウエーハの露光
時のアライメント補正を行う（Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ
１０３）。

Description

【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の製造方
法に関し、特に投影露光装置などの露光装置でのアライ
メント補正の方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、数１
０回のフォトリソグラフィー工程が行われそれに続いて
エッチング工程やドーピング工程が行われてウエーハ内
に所望の回路が作り込まれる。前記フォトリソグラフィ
ー工程においては、パターン露光工程を行う都度、ウエ
ーハ上に下地パターンと共に形成されてあるアライメン
トマークを用いて位置決め（ウェーハアライメント）を
行った後に露光機（ステッパー）にて露光を行い、これ
により当該露光パターンと下地パターンとの重ね合わせ
ズレの発生を抑制している。ここで、ウエーハアライメ
ントは通常レジストが感光しないように露光光波長より
長い波長を用いて行われる。そのために、露光光とアラ
イメントに用いられる波長の光とでは、同じステッパー
のレンズ系を用いても、レジスト膜や半導体基板上のＳ
ｉＯ₂ 膜などでの結像位置が異なり重ね合わせ誤差が発
生する。さらに、アライメントマークに上に半導体製造
工程で数層から十数層の成膜やエッチングが行われるこ
とにより、アライメント断面形状が非対称になる。アラ
イメントマークの断面形状が非対称になると、アライメ
ント信号も非対称になるため、アライメントマークの位
置が真の位置からずれて観測されてしまう。

【０００３】このようなアライメントセンサーでの計測
の誤差を解消するために、パイロットウエーハを用いて
アライメントセンサーの計測誤差の補正を行う技術が提
案されている。図４は、この補正を行うための製造装置
（システム構成）を示している。ステッパー１０２と現
像機１０３とを一体化したステッパーインライン現像機
１０１を制御しているマシーンコントローラー（以下、
Ｍ／Ｃ）１０４と、露光・現像後の重ね合わせ誤差を測
定する重ね合わせ計測機１０５と、パイロットウエーハ
の重ね合わせ誤差を測定するパイロット用重ね合わせ計
測機１０８と、測定した重ね合わせ誤差を送信するター
ミナルサーバ１０９と、前記パイロットウエーハの重ね
合わせ計測結果を受信して補正値を算出するパイロット
補正サーバー１１０とから成る。これらはローカルエリ
アネットワーク１００（以下、ＬＡＮ）で結ばれてお
り、また前記Ｍ／Ｃ１０４と重ね合わせ計測機１０５は
工場側ＨＯＳＴ２０１と工場ＬＡＮ２００に結ばれてい
る。

【０００４】図５は、図４の製造装置でのアライメント
補正の手順を示すフローチャートである。ウエーハは通
常キャリアに収容されて露光装置に搬入される。通常、
キャリアには２５枚程度のウエーハが収容されており、
１キャリアで１ロットが組まれる。枚葉式の装置では、
通常キャリアの１番下からウエーハを取り出し、処理が
終わった後に同一キャリアにウエーハを戻す場合には取
り出した位置にウエーハが戻され、別のキャリアにウエ
ーハを収納する場合にはキャリアの上から順番につめて
いく。まず、ステップＳ２０１において、ロットの最初
のウエーハをホストから指示のあったスロットから取り
出し、パイロットウエーハとしてステッパー１０２にロ
ードする。続いて、ステップＳ２０２では、ステッパー
１０２によりアライメントマークにより補正を行うこと
なく位置あわせを行い、ステップアンドリピート方式に
て露光を行う。次に、ステップＳ２０３において現像を
行い、ステップＳ２０４において重ね合わせ誤差の測定
をパイロット用重ね合わせ計測機１０８で行う。このス
テップＳ２０４における重ね合わせ誤差の測定は、下地
にあらかじめノギスを形成しておき、現像後のフォトレ
ジストパターンとノギスを比較することによって行う。

【０００５】次に、ステップＳ２０５において、パイロ
ット用重ね合わせ計測機１０８からパイロット補正サー
バー１０９へ、先のステップＳ２０４において求めた重
ね合わせ誤差結果をネットワークを介して送信される。
次いで、ステップＳ２０５において送信された重ね合わ
せ誤差に基づいて、パイロット補正サーバー１１０はア
ライメント補正値を算出する。ステップＳ２０６におい
て、パイロット補正サーバー１１０はＭ／Ｃ１０４へ算
出した補正値を送信する。Ｍ／Ｃ１０４は送信された補
正値を用いてアライメント補正を行いながら、残りのウ
エーハに対して露光を行い、さらに現像を行う（ステッ
プＳ２０７）。なお、前記パイロットウエーハは、先の
ステップＳ２０７で残りウエーハに露光している間にレ
ジスト剥離をおこない（ステップＳ２１０）、次いでレ
ジストが再塗布される（ステップＳ２１１）。ステップ
Ｓ２１１で再塗布されたウエーハはステッパーインライ
ン現像機１０１へ戻り（ステップＳ２０８）、ロットの
最終ウエーハとして露光される（ステップＳ２０９）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなパイロット
ウエーハによるアライメント補正を行った場合でも、ロ
ット内のプロセスバラツキは正規分布に近いので、パイ
ロットウエーハとして選択したウエーハがロット中のプ
ロセスバラツキ分布の端のウエーハである可能性がある
ため、必ずしも重ね合わせ誤差を零、又は零に近い領域
に補正することは難しい。例えば、ロット内ウエーハを
アライメント補正なしで露光した場合のプロセスバラツ
キによるアライメント誤差が、平均値０μｍ，標準偏差
σ＝０．０８８μｍの正規分布である場合、アライメン
ト補正値は０μｍが最適であるが、プロセスバラツキの
ためパイロットウエーハのアライメント誤差が±０．０
５μｍに入らない確率は０．６２となる。すなわち６２
％の確率で０．０５μｍ以上の重ね合わせ誤差をパイロ
ットウエーハを用いてアライメント補正を行うことによ
り発生させてしまうことになる。また、従来のアライメ
ント補正方法ではパイロットウエーハを露光、現像する
ことで行っていたため、パイロットウエーハでのアライ
メント誤差を測定するまでの工程数が多く、アライメン
ト誤差を得るのに長時間を要しているという問題もあ
る。

【０００７】本発明の目的は、パイロットウエーハを用
いることなく、重ね合わせ誤差が少なく、しかも短時間
の処理で最適なアライメント補正値を用いた露光を行う
ことを可能にした半導体装置の製造方法及び製造装置を
提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、露
光、現像処理されたウエーハでの重ね合わせ誤差を測定
し、測定した重ね合わせ誤差からアライメント補正値を
算出し、算出されたアライメント補正値に基づいて、次
に露光、現像処理するウエーハでのアライメント補正を
行うに際し、前記算出されたアライメント補正値を少な
くとも露光した際の条件と共に蓄積しておき、当該蓄積
したアライメント補正値のうち、次に露光、現像処理す
るウエーハの処理条件と共通する条件のアライメント補
正値に基づいて前記次のウエーハの露光時のアライメン
ト補正を行うことを特徴とする。ここで、前記露光の際
の条件として、製造する製品名、処理する工程名、ロッ
トナンバー、ステッパー処理号機をデータとして前記ア
ライメント補正値に対応させて蓄積することが好まし
い。

【０００９】また、本発明の製造装置は、ウエーハに対
して露光を行う露光機と、前記露光機を制御するコント
ローラと、露光されかつ現像された前記ウエーハの重ね
合わせ誤差を計測する重ね合わせ計測機と、前記重ね合
わせ計測機で計測された重ね合わせ誤差から算出したア
ライメント補正値を蓄積するサーバーとを備え、前記サ
ーバは少なくともウエーハを露光する際の条件に対応さ
せて前記アライメント補正値を蓄積し、かつ前記コント
ローラからの補正値の問い合わせに対して、当該露光対
象となるウエーハを露光する際の条件に対応したアライ
メント補正値を前記コントローラに送信するよう構成し
たことを特徴とする。

【００１０】すなわち、本発明者が過去のパイロットウ
エーハによるアライメント補正の統計について検討を行
ったところ、製品（半導体装置）の製品名（種類）、露
光対象となる処理工程の種類、ロットナンバー、ステッ
パー処理号機等の処理条件の違う露光処理について、そ
れぞれ固有の重ね合わせ誤差が発生することが確認され
た。これは、例えば、半導体装置の種類の場合には、種
類の違いによって素子配列が異なると露光するパターン
が異なるため重ね合わせ誤差は異なる値となるが、同じ
種類で素子配列が同一または類似の露光パターンでは重
ね合わせ誤差がほぼ一定の値となる。同様に、対象とな
る処理工程、ロットナンバー、ステッパ処理号機が同一
の場合には、ほぼ一定の重ね合わせ誤差が発生すること
が確認された。そこで、本発明では、半導体装置の種
類、処理工程の種類、ロットナンバー、ステッパー処理
号機等の、処理条件毎にアライメント補正の補正値を求
め、かつこれを蓄積しておき、処理対象となるウエーハ
に対する処理条件を対比し、一致ないし共通する処理条
件のアライメント補正値を選択することで、パイロット
ウエーハを用いることなく、しかも重ね合わせ誤差の少
ないアライメント補正を実現することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図１を参照して説明する。図１は、本発明方法でのフ
ォトリソグラフィー工程、特にアライメント補正を実施
するための製造装置（システム構成）を示している。図
４に示した従来システムと同様に、ステッパー１０２と
現像機１０３を一体化したステッパーインライン現像機
１０１を制御しているＭ／Ｃ１０４と、露光・現像後の
重ね合わせ誤差を測定する重ね合わせ計測機１０５とを
有している。これらＭ／Ｃ１０４と重ね合わせ計測機１
０５は、従来同様に工場ＬＡＮ２００を介して工場側Ｈ
ＯＳＴ２０１と結ばれている。また、従来のターミナル
サーバに代えて、ここでは前記重ね合わせ計測機１０５
を制御して、計測結果を送信するための計測機コントロ
ーラ１０６と、前記重ね合わせ計測機１０５での重ね合
わせ計測結果を蓄積し補正値を算出するパイロット補正
サーバー（以下、ＰＬＳサーバー）１０７とを備えてい
る。前記Ｍ／Ｃ１０４、計測機コントローラ１０６、Ｐ
ＬＳサーバー１０７はＬＡＮ１００で結ばれている。

【００１２】以上のシステムにおける半導体製造装置の
製造方法、特にフォトリソグラフィー工程を図２のフロ
ーチャートを参照して説明する。先ず、Ｍ／Ｃ１０４は
ステッパー処理前にＰＬＳサーバー１０７へアライメン
ト補正値問合せを行う（Ｓ１０１）。このとき、Ｍ／Ｃ
１０４は処理対象のウエーハに係わるステッパー処理号
機、製品名、工程名、ロットナンバー、ステッパー処理
日時等のデータをＰＬＳサーバー１０７へ送信する。Ｐ
ＬＳサーバー１０７はこのデータに対応するアライメン
ト補正値を出力し、Ｍ／Ｃ１０４はこれを受信する（Ｓ
１０２）。なお、このときにはＰＬＳサーバー１０７に
は、各データに対応して仮のアライメント補正値を蓄積
しておく。この仮のアライメント補正値は、例えば、図
４に示した従来方法で得られたデータを利用してもよ
い。

【００１３】そして、Ｍ／Ｃ１０４は、受信したアライ
メント補正値に基づいて所定のロットのウエーハに露
光、現像を実行する（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。しかる上
で、露光、現像処理されたロットを重ね合わせ計測機１
０５にて、指定されたウエーハ枚数に対して、指定され
た測定ポイントを計測し、この計測から重ね合わせ誤差
を計測する（Ｓ１０５）。そして、重ね合わせ計測機１
０５は計測した重ね合わせ誤差を、そのときのステッパ
ー処理号機，製品名，工程名，ロットＮｏ，ステッパー
処理日時等のデータと共にＬＡＮ１００で結ばれたＰＬ
Ｓサーバー１０７へ送信する（Ｓ１０６）。ＰＬＳサー
バー１０７は受信された重ね合わせ誤差を前記データと
共に蓄積し、かつこれまでに蓄積された重ね合わせ誤差
とデータから、各データ毎に各重ね合わせ誤差を平均化
する等して、各データ毎のアライメント補正値を算出し
（Ｓ１０７）、これを蓄積する（Ｓ１０８）。なお、前
記ステップＳ１０１〜Ｓ１０７を複数ロットにわたって
繰り返すことで、ＰＬＳサーバー１０７に蓄積されるデ
ータ数が増加され、アライメント補正値の信頼性が次第
に向上する。

【００１４】このように、アライメント補正値の信頼性
を向上しながら、再度、ステップＳ１０１において、次
のロットに対してＭ／Ｃ１０４はステッパー処理前にＰ
ＬＳサーバー１０７へアライメント補正値問合せを行う
（Ｓ１０１）と、ＰＬＳサーバー１０７は、当該ロット
でのステッパー処理号機，製品名，工程名，ロットＮｏ
等のデータに対応するアライメント補正値のうちから、
過去に処理された同一条件、すなわち同一データのロッ
トの重ね合わせ誤差の結果から算出したアライメント補
正値をＭ／Ｃ１０４へ送信する（Ｓ１０２）。そして、
Ｍ／Ｃ１０４はＰＬＳサーバー１０７から受信したアラ
イメント補正値を反映させてステッパーインライン現像
機１０１での露光，現像を行う（Ｓ１０３，Ｓ１０
４）。この露光・現像終了後、露光・現像されたウエー
ハは重ね合わせ計測機１０５にて重ね合わせ計測され、
計測結果はデータ蓄積のためにＬＡＮ１００を介して、
ＰＬＳサーバー１０７へ送信されることは前記したとお
りであり、これによりＰＬＳサーバー１０７に蓄積され
るアライメント補正値を更新し、その信頼性がさらに高
められることになる。

【００１５】このように、以前に処理された複数ロット
の重ね合わせ誤差のデータとアライメント補正値に基づ
いて、ＰＬＳサーバー１０７に蓄積されているアライメ
ント補正値を更新しながら、現在の処理対象のロットと
同一処理条件（ステッパー処理号機、製品名、工程名、
ロットＮｏ等）のアライメント補正値を採用して露光時
でのアライメント補正を行う。前記したように、本発明
者の検討によれば、同じデータの処理条件では、重ね合
わせ誤差が近い値となることが確認されているため、過
去の同一データでの処理のアライメント補正値を採用す
ることで、プロセスバラツキ分布の中央付近のアライメ
ント補正値を適切に行う可能性が従来に比べ、非常に高
くなり、その結果、パイロットウエーハを用いなくと
も、重ね合わせ誤差の少ないアライメント補正を実現す
ることが可能となる。

【００１６】なお、適切な補正値を算出するために複数
のデータを蓄積するが、蓄積するデータ数ｎは、以下の
通り設定可能である。 （１）製品名、工程名、ステッパー処理号機が同一のロ
ットデータ数ｎで規定する。この場合、ロット処理され
ない期間が長くなると過去の古いデータが補正値算出デ
ータとして適用される。 （２）製品名、工程名、ステッパー処理号機が同一のロ
ットデータのステッパー処理日時で規定する。この場合
（１）の短所はカバーできるが、ロット処理されない期
間が長くなると補正値算出データ数が少なくなり、適切
な補正値が算出されない可能性がある。

【００１７】ここで、前記ステップＳ１０５において、
指定された計測枚数、計測点数を計測して重ね合わせ誤
差を測定する方法について説明する。図３はその説明図
であり、蓄積データ数を５ロット（ロット内測定枚数１
枚、ウエーハ内内測定ショット数５ショット、ショット
内測定５点）とし、その測定ポイントを示している。ま
ず、各々のロット（この場合、各ロットウエーハ１枚）
の計測結果より、位置のシフト成分（Ｘ，Ｙ各々）、ウ
エーハの伸び（ウエーハスケーリング）、ウエーハの回
転成分（ウエーハローテーション）、ショット配列の直
交度（オーソゴナリティー）、ショットの倍率成分（シ
ョットスケーリング）、ショットの回転成分（ショット
ローテーション）に分解し、それぞれの項目について平
均値を計算する。

【００１８】各成分については次のように求められる。
ここで、Ｉ＝１〜５である。 （ａ）シフト成分（μｍ） Ｘ：Ｓ_I Ｘ₃ ／５ Ｙ：Ｓ_I Ｙ₃ ／５ （ｂ）ウエーハスケーリング（ｐｐｍ） ＷＸ：（Ｓ₄ Ｘ₃ −Ｓ₂ Ｘ₃ ）×１０⁶ ／Ｌx ＷＹ：（Ｓ₁ Ｙ₃ −Ｓ₅ Ｙ₃ ）×１０⁶ ／Ｌy （ｃ）ウエーハローテーション（ｐｐｍ） （Ｓ₁ Ｘ₃ −Ｓ₅ Ｘ₃ ＋Ｓ₂ Ｙ₃ −Ｓ₄ Ｙ₃ ）×１０⁶
／（Ｌx ＋Ｌy ） （ｄ）オーソゴナリティー（ｐｐｍ） （Ｓ₁ Ｘ₃ −Ｓ₅ Ｘ₃ −Ｓ₂ Ｙ₃ ＋Ｓ₄ Ｙ₃ ）×１０⁶
／（Ｌx ＋Ｌy ） （ｅ）ショットスケーリング（ｐｐｍ） ＳＸ：（（Ｓ_I Ｘ₄ −Ｓ_I Ｘ₂ ）×１０⁶ ／Ｓx ）／５ ＳＹ：（（Ｓ_I Ｘ₁ −Ｓ_I Ｘ₅ ）×１０⁶ ／Ｓy ）／５ （ｆ）ショットローテーション（ｐｐｍ） （（Ｓ_I Ｘ₁ −Ｓ_I Ｘ₅ ＋Ｓ_I Ｙ₂ −Ｓ_I Ｙ₄ ）×１０
⁶ ／（Ｓx ＋Ｓy ））／５

【００１９】（ａ）〜（ｆ）で求められた各成分値を、
各々５ロット算出し、最終的に５ロットの平均値を算出
する。計算された結果は、Ｍ／Ｃより補正値問合せがあ
るまで保存される。また、重ね合わせ計測結果が報告さ
れる度に、補正値の計算が自動で行われ更新されなが
ら、蓄積される。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、以前に処
理されたウエーハと同じ処理条件で得られるアライメン
ト補正値を蓄積し、次に処理するウエーハの処理条件に
照らして共通する処理条件でのアライメント補正値を用
いてアライメント補正を行なうので、統計的にプロセス
バラツキ分布の中央付近のアライメント補正値での補正
を行うことが可能となる。これにより、重ね合わせ誤差
が少ない露光が実現できるとともに、パイロットウエー
ハを用いてのアライメント補正が不要となり、露光作業
の高速化、ステッパー稼動率の向上が実現できるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を実施するためのシステム構
成図である。

【図２】本発明の製造方法の手順を示すフローチャート
である。

【図３】ウエーハ計測点を説明するための図である。

【図４】従来の製造方法を実施するシステム構成図であ
る。

【図５】従来の製造方法の手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１００ ＬＡＮ １０１ ステッパーインライン現像機 １０２ ステッパー １０３ 現像機 １０４ マシーンコントローラ １０５ 重ね合わせ計測機 １０６ 計測機コントローラー １０７ 補正値サーバー（ＰＬＳサーバー） ２００ 工場ＬＡＮ ２０１ ＨＯＳＴ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光、現像処理されたウエーハでの重ね
   合わせ誤差を測定し、測定した重ね合わせ誤差からアラ
   イメント補正値を算出し、算出されたアライメント補正
   値に基づいて、次に露光、現像処理するウエーハでのア
   ライメント補正を行う半導体装置の製造方法において、
   前記算出されたアライメント補正値を少なくとも露光し
   た際の条件と共に蓄積しておき、当該蓄積したアライメ
   ント補正値のうち、次に露光、現像処理するウエーハの
   処理条件と共通する条件のアライメント補正値に基づい
   て前記次のウエーハの露光時のアライメント補正を行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記露光の際の条件として、製造する製
   品名、処理する工程名、ロットナンバー、ステッパー処
   理号機をデータとして前記アライメント補正値に対応さ
   せて蓄積することを特徴とする請求項１に記載の半導体
   装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記蓄積されるアライメント補正値は、
   複数のウエーハに対する露光、現像、及び重ね合わせ誤
   差の計測の繰り返しに伴って順次更新されることを特徴
   とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記アライメント補正値の算出は、位置
   のシフト成分、ウエーハの伸び、ショット配列の直交
   度、ショット倍率、及びショットローテーションについ
   て行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
   記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 ウエーハに対して露光を行うステッパー
   と、前記ステッパーを制御するコントローラと、露光さ
   れかつ現像された前記ウエーハの重ね合わせ誤差を計測
   する重ね合わせ計測機と、前記重ね合わせ計測機で計測
   された重ね合わせ誤差から算出したアライメント補正値
   を蓄積するサーバーとを備え、前記サーバは少なくとも
   ウエーハを露光する際の条件と基に前記アライメント補
   正値を蓄積し、かつ前記コントローラからの補正値の問
   い合わせに対して、当該露光対象となるウエーハを露光
   する際の条件に対応したアライメント補正値を前記コン
   トローラに送信するよう構成したことを特徴とする半導
   体装置の製造装置。