JP2003007584A - 半導体デバイスの製造方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来、微細な先端デバイスは、はじめの工程か
ら終わりまで１つの露光装置で着工されている。これは
露光レンズ間の歪み差によって生じる重ね合わせずれを
避けるためである。しかし、この結果、仕掛かり増加お
よび待ち時間発生による高価な露光装置の稼働率低下が
生じ、低コスト化実現の隘路となっている。 【解決手段】レンズ歪み、コマ収差、レチクル描画誤差
を事前に計測しておき、ショットサイズ、デバイスパタ
ーン、照明条件から当該工程の製品・工程に対して規格
内となる露光号機の組み合わせとそれらに対する補正値
を動的に算出し、規格内号機での着工指示を行う半導体
デバイスの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造方法に関し、特に露光工程において下層パターンと
の合わせずれの発生を低減して上層のパターンを露光す
ることを可能にする半導体デバイスの製造方法およびそ
のシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造は、半導体ウエハ
上に導電膜または絶縁膜を成膜し、この上に感光剤であ
るレジストを塗布、レチクル上の回路パターンをレジス
トに露光、現像した後、膜をエッチングすることによっ
て半導体ウエハ上に回路パターンを生成するといった工
程を各層で繰り返すことによって行われている。この
時、下地層パターンに対し、露光時の回路パターンの位
置ずれがあると回路は断線またはショートし、半導体デ
バイスの不良となる。このため、露光装置は回路パター
ンの露光に先だって回路パターンの外周にあるアライメ
ントマークを光学的に検出し、下地層の位置を計測、転
写位置を補正することによって下地層と露光層の位置合
わせを行っている。この時、下地層と露光層で異なる露
光装置を用いると投影レンズの歪みが装置間で異なるた
め、アライメントマーク位置での位置合わせを行っても
回路パターン部で合わせずれが生じる。このため、露光
工程では最初の工程から最終工程まで常に同一の露光装
置を用いる着工方式（号機限定着工）が採用されてい
る。

【０００３】しかし、このことは高価な露光装置の稼働
率が上がらない大きな一因であり、工程間で複数の露光
装置を活用するための方策がいくつか開示されている。
例えば、特開平９―９２６０９号公報に記載されている
ように、２装置間のレンズ歪みを倍率で補正する方法が
ある。また、特開２０００―１１４１３２号公報には、
露光装置Ａで着工したウエハに対して露光装置Ｂで着工
可能かを２装置間のレンズ歪みの差から判定する方法が
開示されている。また、レチクルの描画誤差を露光装置
の倍率、回転および走査露光時におけるステージの直交
度制御によって補正する方法が特開２０００―１２４１
２５号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公知技術に関して
は次のような問題点がある。すなわち、上記例において
は波動光学的歪みへの考慮が抜けている。レンズ歪みに
関しては、幾何光学的な歪みとコマ収差等レンズの収差
起因の波動光学的な歪みがある。後者を図１１により説
明する。

【０００５】露光レンズ３０は例えば、波面収差として
コマ収差３００をもつ。これは、例えば、露光レンズ３
０組立時の要素レンズの偏心やチルトおよびレンズ面の
面精度誤差に起因する非対称な収差である。露光に際し
ては、図１１(a)に示す通常照明の他に、「光アライア
ンス１９９８年１月号第４頁」に記載されているような
輪帯照明が適用される場合がある。輪帯照明での露光を
図１１(b)に示す。輪帯照明では、照明光束２００２の
断面が輪帯状であり、転写パターンのコントラストを向
上させる効果がある。

【０００６】コマ収差３００は露光レンズ３０の周辺程
大きい。従って、図１１に示すように光束が周辺に拡が
る輪帯照明の転写パターン位置ずれΔX'は、通常照明で
の位置ずれΔXよりも大きくなる。すなわち、露光レン
ズ３０を通る光束の強度分布により、転写パターンの位
置ずれが変わる。また、照明光束が同じでも、転写パタ
ーンの空間周波数によって露光レンズ３０内を通る回折
光の位置が異なるため、位置ずれ量が異なる。図１２は
粗いパターン２１０と微細パターン２２０に露光光２０
０３が入射した場合を示す。（ｂ）の回折角の大きい微
細パターン２２０の回折光２００５の方が（ａ）の粗い
パターン２１０の場合と比べて、露光レンズ３０の周辺
を通るので、（ａ）の位置ずれ量Δx'よりも（ｂ）の位
置ずれ量Δx'より大きくなる。

【０００７】以上のことから、波動光学的歪み、すなわ
ち波面収差起因の位置ずれは、照明条件および転写パタ
ーンサイズによって変化するため、波面収差の大きさと
照明条件、転写パターンサイズをパラメータとして算出
する必要がある。

【０００８】また、上記の波動光学的歪みと幾何光学的
歪みであるレンズ歪み、およびレチクル描画誤差による
歪みは、像面上各点での歪みの方向によって、ある点で
は増大し、ある点では縮小する。従って、これらの結果
得られる転写像の歪みは、それぞれの歪みを２次元的に
加算することによって得られる。前述の公知例は、３つ
の歪みのうち１つしか考慮されてなかったり、２次元的
加算による統合的歪みの取り扱いの概念が抜けていたり
する。

【０００９】本発明の目的は、上記の幾何学的なレンズ
歪み、波面収差起因の波動光学的歪み、レチクル描画誤
差による歪みからなる統合的な２次元的歪みを考慮した
補正を行うことにより、露光装置の号機限定緩和を行う
半導体デバイスの製造方法を与えることである。本発明
の新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明
らかになるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第１の露光工程において基板を第１の
回路パターンで露光してこの基板上に第１の回路パター
ンを形成し、第２の露光工程において第１の回路パター
ンを形成した基板を第２の回路パターンで露光して第１
の回路パターンに電気的に接続する第２の回路パターン
を形成する半導体デバイスの製造方法において、第１の
露光工程において基板を第１の回路パターンで露光する
ときの第１の総合転写化歪みを求め、第２の露光工程に
おいて基板を第２の回路パターンで露光するときの第２
の総合転写化歪みを求め、第１の総合転写化歪みと第２
の総合転写化歪みとに基づいて第２の露光工程の補正値
を求め、この補正値で補正した第２の露光工程において
第１の露光工程を経て形成された第１の回路パターン上
に第２の回路パターンを露光し、第２の回路パターンを
形成するようにした。

【００１１】また、上記目的を達成するために、本発明
では、半導体デバイスの製造方法において、基板表面に
第１のレジストを塗布する工程と、第１の露光装置を用
いて基板上に塗布した第１のレジストに第１の回路パタ
ーンを露光転写する第１の露光工程と、この第１の回路
パターンを露光転写した基板をエッチング処理して第１
の回路パターンを形成する工程と、第１の回路パターン
を形成した基板に絶縁膜を形成する工程と、基板上に第
２のレジストを塗布する工程と、第２の露光装置を用い
て基板上に塗布した第２のレジストに第２の回路パター
ンを露光転写する第２の露光工程と、第２の回路パター
ンを露光転写した基板をエッチング処理して第２の回路
パターンを形成する工程とを含み、第２の露光工程にお
いては、第２の露光装置を、第１の露光装置に対するレ
チクル描画誤差、レンズ歪み、波面収差起因の歪みに基
づいた補正を施した状態で第２の回路パターンを露光す
るようにした。

【００１２】また、上記目的を達成するために、本発明
では、第１の工程の回路パターン上に第２の工程の回路
パターンを露光する半導体デバイスの製造方法におい
て、（１）前記第１の工程のレチクル描画誤差による歪
みを読み込むステップと、（２）前記第１の工程の露光
装置におけるレンズ歪みを読み込むステップと、（３）
前記第１の工程の露光装置における波面収差起因歪みを
読み込むステップと、（４）前記第１の工程の露光装置
で設定された補正値を読み込むステップと、（５）前記
第１の工程の統合化された歪みを算出するステップと、
（６）前記第２の工程のレチクル描画誤差による歪みを
読み込むステップと、（７）前記第２の工程の露光装置
におけるレンズ歪みを読み込むステップと、（８）前記
第２の工程の露光装置における波面収差起因歪みを読み
込むステップと、（９）前記第２の工程の統合化転写歪
みを算出するステップと、（１０）前記第２の工程の統
合化転写歪みと前記第１の工程の統合化転写歪みとの差
のを算出するステップと、（１１）前記第２の工程の露
光装置における、前記差を最小にする補正値を算出する
ステップを有することを特徴とする。

【００１３】これにより、レチクル描画誤差、レンズ歪
み、波面収差起因の歪みを統合した、２つの露光装置間
で実際に近い転写歪みの差が算出できるので、第２の露
光装置において精度の高い補正値を算出することが可能
となる。

【００１４】また、上記を発展させた半導体デバイスの
製造方法として、（１２）前記第１の工程で使用された
レチクルの識別子と露光装置の識別子を検索するステッ
プと、（１３）前記第１の工程で使用されたレチクルの
描画誤差による歪みを読み込むステップと、（１４）前
記第１の工程で使用された露光装置におけるレンズ歪み
を読み込むステップと、（１５）前記第１の工程で使用
された露光装置における波面収差起因歪みを読み込むス
テップと、（１６）前記第１の工程で使用された露光装
置の露光時の補正値を読み込むステップと、（１７）前
記ステップ(12)から(16)のデータより、第１の工程での
転写歪みを算出するステップと、（１８）前記第２の工
程におけるレチクルの描画誤差による歪みを読み込むス
テップと、（１９）前記第２の工程における露光装置候
補のレンズ歪みを読み込むステップと、（２０）前記第
２の工程における露光装置候補の波面収差起因歪みを読
み込むステップと、（２１）前記ステップ(18)(19)(20)
のデータより第２の工程での統合化転写歪みを算出する
ステップと、（２２）前記第１の工程での統合化転写歪
みと前記第２の工程での統合化転写歪みの差分を算出す
るステップと、（２３）前記統合化転写歪みの差分を最
小にする補正値と補正後の位置ずれ差分の最大値を算出
するステップと、（２４）前記補正後の位置ずれ差分の
最大値と予め設定した規格値を比較し、規格値より小さ
い場合、前記露光装置候補と前記補正値をデータとして
記録または出力し、規格値より大きい場合は、ステップ
(19)に戻り別の露光装置候補を選択するステップを有す
ることを特徴とする。

【００１５】これにより第２の工程において、合わせの
規格を満足する複数の露光装置の中から空いている装置
を選択することが可能となるため、装置稼働率を向上さ
せることができる。

【００１６】さらに、第１の工程および第２の工程にお
ける露光装置の波面収差起因の歪みを読み込むステップ
は、（２５）該露光装置の照明条件を読み込むステップ
と、（２６）レチクル上の回路パターンの寸法情報を読
み込むステップと、（２７）該露光装置の像高毎の波面
収差を読み込むステップと、（２８）前記照明条件と前
記寸法情報と前記像高毎の波面収差から前記回路パター
ンの像を算出するステップと、（２９）前記回路パター
ンの像の位置ずれから、波面収差起因の歪みを算出する
ステップを有することを特徴とする。

【００１７】これにより、波面収差起因歪みを一定の値
ではなく、照明条件と回路パターン寸法に依存した値と
して算出するため、より実際の値に近い波面収差起因歪
みのデータを得ることができる。

【００１８】そして、上記半導体デバイスの製造方法に
おいて、ステップ（１３）〜（２３）および、ステップ
（２５）〜（２９）は、特定の露光装置、レチクル、照
明条件、回路パターン寸法について行われ、特定の条件
の組み合わせ毎に補正値と補正後の位置ずれ差分の値
を、予め算出しておき、記憶媒体に格納しておくように
した。

【００１９】これにより、補正値と補正後の位置ずれ差
分の値の算出時間を省略することができるので、合わせ
規格を満たす露光装置の組み合わせと対応する補正値を
高速に得ることが可能となる。

【００２０】また、上記目的を達成するために、本発明
では、第１の工程の回路パターン上に第２の工程の回路
パターンを露光する半導体デバイス製造システムを、被
露光基板の製造に用いた露光装置と照明条件と補正値お
よびレチクルの来歴を記憶する来歴記憶手段と、レチク
ル毎の描画誤差起因歪みと代表的な回路パターン寸法を
記憶するレチクルデータ記憶手段と、露光装置毎のレン
ズ歪みを記憶するレンズ歪み記憶手段と、露光装置毎お
よび各像高毎の波面収差データを記憶する波面収差デー
タ記憶手段と、前記照明条件と前記回路パターン寸法お
よび前記各像高毎の波面収差から波面収差起因歪みを算
出する波面収差起因歪み算出手段と、前記波面収差起因
歪みを記憶する波面収差起因歪み記憶手段と、前記レチ
クルデータと前記レンズ歪みデータと前記波面収差デー
タから統合化転写歪みを算出する統合化転写歪み算出手
段と、２つの統合化転写歪みの差分を算出し、該差分を
最小にする補正値を算出する補正値算出手段と、製品、
工程毎の合わせ規格を記憶する合わせ規格記憶手段と、
２つの前記露光装置と前記照明条件と前記レチクルの情
報と対応する補正値および統合化転写歪み最大値を記憶
する組み合わせ情報記憶手段と、前記被露光基板に対応
する第１の工程に関する来歴情報を来歴記憶手段から読
み出し、該来歴情報の露光装置、照明条件、レチクルに
対応する第２の工程の露光装置、照明条件、レチクルの
候補を第２の工程に対応する合わせ規格と第１の工程と
第２の工程に対応する前記統合化転写歪みの差分を比較
することによって、着工可能な露光装置、照明条件、レ
チクルの候補を選択する候補選択手段と、前記着工可能
な露光装置の候補と実際の露光装置の稼働状況を比較
し、着工する露光装置を判断する着工判断手段とを備え
て構成した。

【００２１】これにより、統合化転写歪みによる２装置
間の補正値の取得および、合わせ規格を考慮した着工可
能な露光装置の選択が効率的に行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を基に説明する。図１は本発明の一実施形態である
半導体デバイス製造工程における露光装置の補正値を算
出するための処理フロー、図２は、処理フローが対象と
する２次元歪みデータの模式図を示す。最初に、図１に
より露光装置の補正値を算出するための処理フローにつ
いて説明する。

【００２３】まず、ステップ９１０１で第１の工程にお
けるレチクルの描画誤差による歪みデータを読み込む。
次にステップ９１０２で第１の工程における露光装置の
レンズ歪みデータを読み込む。さらに、ステップ９１０
３で第１の工程における露光装置の波面収差起因の歪み
データを読み込む。また、ステップ９１０４では第１の
工程の露光装置に設定された補正値を読み込む。ここで
補正値は、例えば、露光時の転写像におけるレチクル走
査方向の倍率、レチクル走査方向と直交する方向の倍
率、レチクル走査方向と被露光基板走査方向の直交度、
および該転写像の回転である。次にステップ９１０５に
より、第１の工程におけるレチクル描画誤差による歪み
およびレンズ歪みおよび波面収差起因歪みを加算し、こ
れを上記補正値で補正することにより、第１の工程の統
合化転写歪みを算出する。

【００２４】次にステップ９２０１から９２０３におい
て、第２の工程におけるレチクル誤差による歪み、レン
ズ歪み、波面収差起因歪みの各データを読み込み、ステ
ップ９２０５でこれらを加算することにより、第２の工
程の統合化転写歪みを算出する。

【００２５】次にステップ９３０６により、ステップ９
１０５および９２０５で算出した第１および第２の工程
における統合化転写歪みの差分を算出し、ステップ９３
０７で差分を補正するための第２の工程における露光装
置の補正値を算出する。この補正値は、上記と同様、例
えば、露光時の転写像におけるレチクル走査方向の倍
率、レチクル走査方向と直交する方向の倍率、レチクル
走査方向と被露光基板走査方向の直交度、および該転写
像の回転である。

【００２６】最後にステップ９３０８において、この補
正値を第２の工程の露光装置へ入力する。

【００２７】このように第２の工程の露光装置に補正値
を入力した状態で、表面にレジストを塗布した半導体ウ
ェハを第１の工程の露光装置に搬入して第１のマスクを
用いてこの半導体ウェハ表面に塗布したレジストを露光
して第１の回路パターンを転写する。つぎに、この第１
の回路パターンを露光転写した半導体ウェハを現像工程
で処理して第１の回路パターンを露光転写したレジスト
を現像し、その後エッチング工程で現像したレジストを
マスクとして半導体ウェハをエッチング処理することに
より半導体ウェハ上に第１の回路パターンを形成する。

【００２８】その後、この半導体ウェハに形成した第１
の回路パターン上に絶縁膜を形成し表面にレジストを塗
布してから第２の工程の露光装置に搬入し、第２のマス
クを用いてこの半導体ウェハ表面に塗布したレジストを
露光して第２の回路パターンを転写する。つぎに、この
第２の回路パターンを露光転写した半導体ウェハを現像
工程で処理して第２の回路パターンを露光転写したレジ
ストを現像し、その後エッチング工程で現像したレジス
トをマスクとして半導体ウェハをエッチング処理するこ
とにより、半導体ウェハ上に第１の回路パターンに電気
的に接続する第２の回路パターンが形成される。

【００２９】次に、図１の露光装置の補正値を算出する
ための処理フローにおける各歪みデータについて、図２
により説明する。第１の工程のレチクル誤差による歪み
データ２１の歪み測定ポイントは、レチクルアライメン
トの基準となる左右のレチクルマーク２１１および２１
２と、設計データから選択された回路パターンで構成さ
れた格子２１３である。これらは、レーザ測長器等を備
えた座標測定装置により絶対座標が測定される。レチク
ル誤差による歪みデータ２１は、レチクルマーク２１１
および２１２の測定座標が設計上の座標と一致するよう
設計データ座標の倍率、回転を補正した場合に得られる
各回路パターンの設計上の座標と実際に測定された座標
のx方向、ｙ方向の差分ΔRxi、ΔRyiを各測定ポイントi
において求めたものと、レチクルマーク２１１および２
１２を測定した絶対座標そのものよりなる。第２の工程
のレチクル誤差による歪みデータ２２も上記と同様な手
順で得られる。

【００３０】第１の工程における露光装置の歪みデータ
３１は、格子上に配置されたパターンが含まれる、上記
各工程の製品レチクルとは別の、評価用レチクルを被露
光基板上に露光し、形成された転写パターンを上記の座
標測定装置によって計測することによって得られる。ま
た、通常、レチクル上のレチクルマーク３１１および３
１２は露光装置の遮光板（マスキングブレード）によっ
て露光されないが、本測定では遮光せずにパターンと同
時に被露光基板上に露光する。被露光基板に形成された
レチクルマーク３１１および３１２の座標も測定し、第
１の工程における露光装置の歪みデータ３１に含める。
これは、後でレチクル誤差による歪に露光装置の歪を加
算する際、両方の歪データの位置合わせをするのに使用
される。

【００３１】ここで、上記評価用レチクルの格子上に配
置された転写パターンの測定座標から露光装置の歪みデ
ータ３１を求める方法を説明する。このためには、まず
歪み測定評価用レチクルの描画誤差起因の各パターンの
ｘ方向およびｙ方向の位置誤差ΔSrx_i、ΔSry_iを補正に
より除去する必要がある。iはパターンiに対応する。Δ
Srx_i、ΔSry_iは「数１」「数２」によって得られる。

【００３２】

【数１】

【００３３】

【数２】

【００３４】ここに、Srx_i、Sry_iは評価用レチクルにお
ける各パターンiのｘ方向およびｙ方向の絶対測定座
標、Sdx_i、Sdy_iは評価用レチクルにおける各パターンi
のｘ方向およびｙ方向の設計値座標である。一方、第１
の工程における露光装置の歪みデータΔSlenx_i、ΔSlen
y_iは「数３」「数４」で得られる。

【００３５】

【数３】

【００３６】

【数４】

【００３７】ここに、Smx_i、Smy_iは被露光基板における
転写パターンの絶対座標の測定値である。従って「数
１」「数２」「数３」「数４」よりΔSlenx_i、ΔSleny_i
は、

【００３８】

【数５】

【００３９】

【数６】

【００４０】となる。これらの操作により第1の工程に
おける露光装置の歪データ３１が得られる。第2の工程
における露光装置の歪データ３２も同様な操作によって
得られる。

【００４１】次に第1の工程における露光装置の波面収
差起因歪みデータ４１の求め方について説明する。前述
の歪みデータ３１は、幾何光学的な歪みを示し、パター
ンの大きさや照明条件によらず一定である。しかし、波
動光学的にはパターンの大きさや照明条件によって転写
回折光に強度分布がある。露光レンズにおける通過場所
の重みが異なるため、波面収差によって、転写位置に幾
何光学的歪みである露光装置の歪データ３１からの偏差
が生じる。この偏差を示したものが波面収差起因の歪み
データ４１である。

【００４２】先に図５、図６を引用して説明したよう
に、波面収差起因の歪みは波面収差および照明条件やパ
ターンの空間周波数に依存する。そこで、露光レンズ３
０の像高毎の波面収差３００を予め測定しおき、これと
レチクルパターンおよび照明条件を入力することによ
り、波動光学的な数値計算により被露光基板上の転写像
を求め、位置ずれΔX'を算出する。転写像の計算方法
は、例えば、'Y.Yoshitake et al、 SPIE Vol.1463、pp
678-679、1991' に記載されている。位置ずれは、例え
ば、各像高i毎に転写像の光強度分布の重心とレチクル
パターン設計位置との差分ΔWx_i、ΔWy_iを算出すること
によって与えられる。また、統合化転写歪みを幾何光学
的歪みである露光装置の歪データ３１と波面収差起因歪
み４１の加算によって求める場合は、位置ずれを各像高
において、転写像の光強度分布の中心と露光装置の歪デ
ータ３１の差分として求める。なお、第２の工程におけ
る露光装置の波面収差起因歪みデータ４２も同様な操作
によって得られる。

【００４３】統合化転写歪みデータ５１であるΔξxi、
Δξyiは次式によって得られる。

【００４４】

【数７】

【００４５】

【数８】

【００４６】露光装置は下地層に対する露光層のショッ
ト補正を、被露光基板を回転させることによって行って
いる。また走査型の露光装置の場合は、走査方向の倍率
とショット倒れ成分を被露光基板を搭載するステージの
制御によって行っている。従って、下地層に対する露光
層のショット補正値を加味した統合化転写歪みデータ５
３であるΔξ'xi、Δξ'yiは、

【００４７】

【数９】

【００４８】

【数１０】

【００４９】ここに、a、b、c、d、Δｘ、Δｙはショッ
ト回転、Ｘ、Ｙ方向の倍率およびショット倒れ成分およ
びオフセットの補正を行うための補正値、Ｘi、Ｙiはそ
れぞれ、ｘ方向およびｙ方向の像高を示す。

【００５０】次に第１の工程においてショット補正され
た統合化転写歪みデータ５３と第２の工程における統合
化転写歪みデータ５２の差分データ５４を算出する。次
に差分データの２乗和errが最小になるような補正値
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ΔX、ΔYを算出する。

【００５１】

【数１１】

【００５２】ここに、Δζxi、Δζyiは差分データであ
る。未知の補正値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、errをＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、ΔX、ΔYで偏微分し、それぞれを０とおいた４
つの連立方程式を解くことによって得られる。このよう
にして算出された補正値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと補正後の残渣
データ５５は、後述図１０の組み合わせ情報記憶手段６
６に登録される。なお、残渣データ５５における各像高
（Xi、Yi）に対する残渣（Δdxi、Δdyi）は次式で算出
される。

【００５３】

【数１２】

【００５４】

【数１３】

【００５５】ここで、補正値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとショット
回転θ、Ｘ方向およびＹ方向の倍率Mx、Myおよびショッ
ト倒れ成分αの関係は下式で与えられる。

【００５６】

【数１４】

【００５７】次に図３を用いて、本発明の別の実施例で
ある複数の露光装置を活用するための処理フローについ
て説明する。

【００５８】まず、ステップ９１００で下地層である第
１の工程で使用したレチクルおよび露光装置名を検索す
る。次に、検索したレチクル名よりステップ９１０１で
第１の工程におけるレチクルの描画誤差による歪みデー
タを読み込む。次に検索した露光装置名からステップ９
１０２で第１の工程における露光装置のレンズ歪みデー
タを読み込む。さらに、ステップ９１０３で第１の工程
における露光装置の波面収差起因の歪みデータを読み込
む。また、ステップ９１０４では第１の工程の露光装置
に設定された補正値を読み込む。ここで補正値は、例え
ば、露光時の転写像におけるレチクル走査方向の倍率、
レチクル走査方向と直交する方向の倍率、レチクル走査
方向と被露光基板走査方向の直交度、および該転写像の
回転である。次にステップ９１０５により、第１の工程
におけるレチクル描画誤差による歪みおよびレンズ歪み
および波面収差起因歪みを加算し、これを上記補正値で
補正することにより、第１の工程の統合化転写歪みを算
出する。

【００５９】次にステップ９２００により装置号機変数
Ｎを０にセットし、ステップ９２０１で第２の工程のレ
チクル描画誤差による歪みデータを読み込む。次にステ
ップ９３０１で装置変数Ｎを１加算し、ステップ９３０
２において、Ｎ号機のレンズ歪みデータを読み込み、ス
テップ９３０３で第２の工程におけるＮ号機の露光装置
の波面収差起因歪みデータを読み込む。次にステップ９
２０５により第２の工程におけるレチクル描画誤差によ
る歪み、Ｎ号機のレンズ歪み、Ｎ号機の波面収差起因歪
みの各データを加算することにより、Ｎ号機における第
２の工程の統合化転写歪みを算出する。

【００６０】次にステップ９３０６により、ステップ９
１０５および９２０５で算出した第１およびＮ号機の第
２の工程における統合化転写歪みの差分を算出し、ステ
ップ９３０７で差分を補正するための第２の工程におけ
る露光装置の補正値を算出する。ステップ９４０８でこ
の補正値による補正後の位置ずれ差分の最大値を算出
し、予め設定した規格値と比較する。補正後の位置ずれ
差分が規格値より大きい場合は、Ｎ号機は第２の工程の
露光装置としては不適と判断し、ステップ９３０１に戻
って、他号機の採用可否判定の処理を行う。補正後の位
置ずれ差分が規格値より小さい場合は、Ｎ号機は第２の
工程の露光装置として適格と判断し、ステップ９４０９
でＮ号機名と補正値を記憶媒体に登録する。ステップ９
４１０でＮの値が最大値に達したかを判定し、達した場
合は対象となる全ての号機の採用可否判定が終わったと
してステップ９４１１で処理終了とする。ステップ９４
１０でＮの値が最大値に未達の場合は、ステップ９３０
１に戻り、他号機の採用可否判定を行う。

【００６１】このように第２の工程の露光装置として選
定したＮ号機に補正値を入力した状態で、表面にレジス
トを塗布した半導体ウェハを第１の工程の露光装置に搬
入して第１のマスクを用いてこの半導体ウェハ表面に塗
布したレジストを露光して第１の回路パターンを転写す
る。つぎに、この第１の回路パターンを露光転写した半
導体ウェハを現像工程で処理して第１の回路パターンを
露光転写したレジストを現像し、その後エッチング工程
で現像したレジストをマスクとして半導体ウェハをエッ
チング処理することにより半導体ウェハ上に第１の回路
パターンを形成する。

【００６２】その後、この半導体ウェハに形成した第１
の回路パターン上に絶縁膜を形成し表面にレジストを塗
布してから第２の工程の露光装置として選定したN号機
に搬入し、第２のマスクを用いてこの半導体ウェハ表面
に塗布したレジストを露光して第２の回路パターンを転
写する。つぎに、この第２の回路パターンを露光転写し
た半導体ウェハを現像工程で処理して第２の回路パター
ンを露光転写したレジストを現像し、その後エッチング
工程で現像したレジストをマスクとして半導体ウェハを
エッチング処理することにより、半導体ウェハ上に第１
の回路パターンに電気的に接続する第２の回路パターン
が形成される。

【００６３】次に図４により、波面収差起因歪みの算出
に必要なパラメータについて説明する。まず、対象とな
る回路パターンの像計算を行うため、照明条件２００
０、回路パターン２００および露光レンズ３０の波面収
差３００が必要となる。これらのパラメータを用いた像
計算の方法については、例えば、上述の'Y.Yoshitake e
t al、 SPIE Vol.1463、pp678-679、1991'に開示されて
いる。

【００６４】ここで、図５による照明条件２０００の具
体例について説明する。図5（ａ）は一般的な照明であ
り、パラメータとしては照明光源像２０１０の直径D1お
よび露光レンズ３０の絞り３１の像３１'の直径Depで表
すことができる。図５（ｂ）は、回路パターン２００と
して白黒情報以外に位相情報をもつ場合、いわゆる位相
シフトレチクルを用いる場合に使われる照明条件であ
り、Depに対する照明光源像の直径D2の比が図５（ａ）
に比べて小さい。図５（ｃ）は輪帯照明と呼ばれるもの
で、照明光源像２０３０の外径D4および内径D3とDepで
表すことができる。

【００６５】次に図４の回路パターン２００の具体例を
図６により説明する。まず、図６（ａ）はライン＆スペ
ースパターンであり、透明部２０２と遮光部２０２で構
成される。ライン＆スペースパターンのパラメータとし
ては、遮光部２０２であるラインの幅L1とライン＆スペ
ースのピッチP1で表すことができる。また、図６（ｂ）
はホールパターンの例であり、遮光部２０４と開口部２
０３で構成される。ｘ方向の開口幅Sx、ピッチPx、ｙ方
向の開口幅Sy、ピッチPyとして表すことができる。

【００６６】次に図４の波面収差３００の例を示す。波
面収差３０１はｘ方向に非対称なコマ収差の例であり、
３次元的なデータである。波面収差３０１は、例えば'
N.R.Farrar et al、 SPIE Vol.4000、pp19-22、2000'に
記載の方法で露光レンズの各像高毎に計測することがで
きる。

【００６７】ここで、図２の波面収差起因歪み４１の算
出方法を図８により説明する。図６（ａ）の回路パター
ンの光強度分布２０２１は遮光部２０２が光強度０、透
過部２０１が光強度１の間で変化する。回路パターンの
光強度分布２０２１および図５（ａ）に示す照明２０２
０および図７のｘ方向に非対称な波面収差３０１を入力
として、上述の方法で像計算を行うと、図８に示す像光
強度分布２０２２が得られる。像強度分布２０２２は、
回路パターンの光強度分布２０２１に対し、非対称な波
面収差３０１のため、ΔＸだけシフトする。

【００６８】ここで、シフトΔＸの算出方法を説明す
る。回路パターンの光強度分布２０２１を表す式をF
(x)、像強度分布２０２２を表す式をG(x)とすると、そ
れらの畳み込み積分H(τ)は、

【００６９】

【数１５】

【００７０】となる。ここで、τは像強度分布G(x)のシ
フト量である。H(τ)はG(X)をτずらした時のF(x)との
不一致度を示すもので、H(τ)が最小の時が最も一致す
る時で、像シフトがない状態であると考えられる。図９
のようにH(τ)の最小値を与えるτの値が図８の像シフ
トΔＸとなる。像高によって図７の波面収差３０１は変
化するため、それぞれの像高での像シフトΔＸを算出す
ることにより、図２の波面収差起因歪み４１が得られ
る。

【００７１】次に、半導体デバイス製造システムの一実
施形態を図１０により説明する。ここで、まず第１の工
程において、図４に図示する被露光基板４を露光するの
に使用されたレチクルの識別子、照明条件、露光装置識
別子および入力補正値の来歴情報がホストコンピュータ
６により、露光装置３から来歴記憶手段６１に記憶され
ている。

【００７２】第２の工程においては、最初にまず、ホス
トコンピュータ６は第２の工程の露光装置候補と補正値
を来歴記憶手段６１は制御部７の制御手段７６に問い合
わせを行う。

【００７３】制御手段７６は、組み合わせ情報記憶手段
６６を検索し、第１の工程におけるレチクル、照明条
件、露光装置と今回対象とする第２の工程におけるレチ
クル、照明条件、露光装置の組み合わせが過去になかっ
たかを調べる。

【００７４】過去になかった場合、まず、波面収差起因
歪み算出手段７１は、第１の工程のレチクル識別子、照
明条件、露光装置識別子の情報を来歴記憶手段６１から
取得する。波面収差起因歪み算出手段７１は、レチクル
識別子からレチクルデータ記憶手段を検索した結果得ら
れたレチクル描画誤差による歪みと線幅やピッチ等回路
パターンに関わる情報と、露光装置識別子により波面収
差データ記憶手段６４を検索した結果得られた、波面収
差データと、さらに来歴記憶手段６１より取得した照明
条件を入力パラメータから像計算と像シフト量の計算を
行い、この結果得られた波面収差起因歪みデータを露光
装置識別子、レチクル識別子および照明条件とともに波
面収差起因歪み記憶手段６５に記憶する。

【００７５】次に統合化転写歪み算出手段がレチクル識
別子、露光装置識別子および照明条件から、レチクルデ
ータ記憶手段６２、レンズ歪み記憶手段６３および波面
収差起因歪み記憶手段６５を検索し、レチクル描画誤差
起因歪み、レンズ歪み、波面収差起因歪みを取得し、こ
れらから第１工程の統合化転写歪みを算出し、レチクル
識別子、露光装置識別子および照明条件とともに第１工
程の統合化転写歪みを組み合わせ情報記憶手段６６に記
憶する。

【００７６】次に第２の工程に関しても、上述の第１の
工程と同様な処理が施され、第２工程の統合化転写歪み
を組み合わせ情報記憶手段６６に記憶する。

【００７７】この後、補正値算出手段７３が、組み合わ
せ情報記憶手段６６から読み出した第１の工程と第２の
工程の統合化転写歪み、および来歴記憶手段６１から取
得した第１の工程における補正値から統合化転写歪みの
差を最小にする第２の工程における補正値と、この補正
値を用いた場合の統合化転写歪みの差分を組み合わせ情
報記憶手段６６にレチクル識別子、露光装置識別子およ
び照明条件、第１の工程の補正値とともに記憶する。

【００７８】次に露光装置候補選択手段７４が、組み合
わせ情報記憶手段６６から第１の工程の露光装置、レチ
クル、照明条件に対する第２の工程の露光装置候補およ
びレチクル、照明条件の統合化転写歪みの差分から、例
えば最大値を算出し、これと合わせ規格記憶手段６７か
ら読み込んだ第２の工程での合わせ規格を比較し、最大
値が合わせ規格より小さい場合の露光装置候補と統合化
転写歪みの差分を着工装置判断手段７５に送る。

【００７９】着工装置判断手段７５は第２の工程の合わ
せ規格を満たす複数の露光装置候補の稼働状況を稼働状
況記憶手段６８に問い合わせ、空いている露光装置のう
ち、第１の工程と第２の工程の統合化転写歪みの差が小
さいものを優先して選択し、選択した露光装置の識別子
と第２の工程における補正値をホストコンピュータ６に
送る。

【００８０】ホストコンピュータ６はこの情報に基づい
て、着工すべき露光装置を選択し、第２の工程の補正値
を選択された露光装置３に送ることにより、第２の工程
における露光を図４で図示した被露光基板に対して施
す。

【００８１】なお、ホストコンピュータの問い合わせに
対し、制御手段７６が、該当する統合化転写歪みのデー
タを組み合わせ情報記憶手段６６に見つけた場合は、該
当する部分の計算処理を省略することができる。

【００８２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。 （１）第２の工程において、合わせの規格を満足する複
数の露光装置の中から空いている装置を選択することが
可能となるため、装置稼働率を向上させることができ
る。 （２）波面収差起因歪みを一定の値ではなく、照明条件
と回路パターン寸法に依存した値として算出するため、
より実際の値に近い波面収差起因歪みのデータを得るこ
とができる。 （３）特定の露光装置、レチクル、照明条件、回路パタ
ーン寸法について行われ、前記特定の条件の組み合わせ
毎に補正値と補正後の位置ずれ差分の値を、予め算出し
ておくことにより、補正値と補正後の位置ずれ差分の値
の算出時間を省略することができるので、合わせ規格を
満たす露光装置の組み合わせと対応する補正値を高速に
得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による統合化転写歪みを用いた露光装置
の補正値算出フローを説明するフロー図である。

【図２】図１のフローにおける各歪みと統合化転写歪み
および補正値の算出法を説明する図である。

【図３】本発明の別の実施例である半導体デバイスの製
造方法における露光装置の補正値算出のフローと露光装
置選定のフローを説明する図である。

【図４】波面収差起因歪み算出に必要なパラメータを説
明する光学系の略正面図である。

【図５】図４のパラメータのうち照明条件を説明する
図。

【図６】図４のパラメータのうち回路パターンを説明す
る図。

【図７】図４のパラメータのうち波面収差を説明する
図。

【図８】像シフトを説明する図。

【図９】像ずらし量τと回路パターン光強度変化と像光
強度変化の畳み込み積分の関係を説明する図。

【図１０】本発明の別の実施例である半導体デバイス製
造システムを説明する図。

【図１１】照明形状と像シフトの関係を説明する図。

【図１２】回路パターンと像シフトの関係を説明する
図。

【符号の説明】

２１…第１の工程のレチクル描画誤差起因歪み ２２
…第２の工程のレチクル描画誤差起因歪み ３１…第
１の工程の露光装置のレンズ歪み ３２…第２の工程
の露光装置のレンズ歪み ４１…第１の工程の波面収
差起因歪み ４２…第２の工程の波面収差起因歪み
５１…第１の工程の統合化転写歪み ５２…第２の工程の統合化転写歪み ２０００…照明条件 ２００…回路パターン ３０
０…波面収差データ ２…レチクル ３１…瞳 ３０…露光レンズ ４
…被露光基板 ６０…ネットワーク ６１…来歴記憶手段 ６２…レチクルデータ記憶手段
６３…レンズ歪み記憶手段 ６４…波面収差データ記憶手段 ６５…波面収差起因
歪み記憶手段 ６６…組み合わせ情報記憶手段 ６
７…合わせ規格記憶手段 ６８…稼働状況記憶手段
７…制御部 ７１…波面収差起因歪み算出手段
７２…統合化転写歪み算出手段 ７３…補正値算出手
段 ７４…露光装置候補算出手段 ７５…着工装置
判断手段 ６…ホストコンピュータ ３…露光装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 俊晴 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 宮本 佳幸 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Ｆターム(参考） 5F046 BA03 CB23 CB25 DA13 DD06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の露光工程において基板を第１の回路
   パターンで露光して該基板上に第１の回路パターンを形
   成し、第２の露光工程において前記第１の回路パターン
   を形成した前記基板を第２の回路パターンで露光して前
   記第１の回路パターンに電気的に接続する第２の回路パ
   ターンを形成する半導体デバイスの製造方法であって、
   前記第１の露光工程において前記基板を第１の回路パタ
   ーンで露光するときの第１の総合転写化歪みを求め、前
   記第２の露光工程において前記基板を第２の回路パター
   ンで露光するときの第２の総合転写化歪みを求め、前記
   第１の総合転写化歪みと前記第２の総合転写化歪みとに
   基づいて第２の露光工程の補正値を求め、該補正値で補
   正した第２の露光工程において前記第１の露光工程を経
   て形成された前記第１の回路パターン上に第２の回路パ
   ターンを露光し、第２の回路パターンを形成することを
   特徴とする半導体デバイスの製造方法．
2. 【請求項２】前記第１の総合転写化歪みは、前記第１の
   露光工程におけるレチクル描画誤差とレンズ歪み、波面
   収差起因の歪みとを統合した２次元的歪みであり、前記
   第２の総合転写化歪みは、前記第２の露光工程における
   レチクル描画誤差とレンズ歪み、波面収差起因の歪みと
   を統合した２次元的歪みであることを特徴とする請求項
   １記載の半導体デバイスの製造方法。
3. 【請求項３】半導体デバイスの製造方法であって、 基板表面に第１のレジストを塗布する工程と、 第１の露光装置を用いて前記基板上に塗布した第１のレ
   ジストに第１の回路パターンを露光転写する第１の露光
   工程と、 該第１の回路パターンを露光転写した基板をエッチング
   処理して第１の回路パターンを形成する工程と、 該第１の回路パターンを形成した基板に絶縁膜を形成す
   る工程と、 前記基板上に第２のレジストを塗布する工程と、 第２の露光装置を用いて前記基板上に塗布した第２のレ
   ジストに第２の回路パターンを露光転写する第２の露光
   工程と、 該第２の回路パターンを露光転写した基板をエッチング
   処理して第２の回路パターンを形成する工程とを含み、
   前記第２の露光工程において、前記第２の露光装置が前
   記第１の露光装置に対するレチクル描画誤差、レンズ歪
   み、波面収差起因の歪みに基づいた補正を施されている
   ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
4. 【請求項４】前記第２の露光装置の前記第１の露光装置
   に対するレチクル描画誤差、レンズ歪み、波面収差起因
   の歪みに基づいた補正が、露光時の転写像の倍率、露光
   時の転写像の回転、およびレチクル走査方向と被露光基
   板走査方向の直角度の少なくとも一つを含むことを特徴
   とする請求項３記載の半導体デバイスの製造方法。
5. 【請求項５】第１の工程の回路パターン上に第２の工程
   の回路パターンを露光する半導体デバイスの製造方法に
   おいて、 前記第１の工程のレチクル描画誤差による歪みを読み込
   むステップと、 前記第１の工程の露光装置におけるレンズ歪みを読み込
   むステップと、 前記第１の工程の露光装置における波面収差起因歪みを
   読み込むステップと、 前記第１の工程の露光装置で設定された補正値を読み込
   むステップと、 前記第１の工程の前記レチクル描画誤差と前記レンズ歪
   みと前記波面収差起因歪みの統合化歪みを算出するステ
   ップと、 前記第２の工程のレチクル描画誤差による歪みを読み込
   むステップと、 前記第２の工程の露光装置におけるレンズ歪みを読み込
   むステップと、 前記第２の工程の露光装置における波面収差起因歪みを
   読み込むステップと、 前記第２の工程の前記レチクル描画誤差と前記レンズ歪
   みと前記波面収差起因歪みの統合化歪みを算出するステ
   ップと、 前記第２の工程の統合化転写歪みと前記第１の工程の統
   合化転写歪みとの差のを算出するステップと、 前記第２の工程の露光装置における、前記差を最小にす
   る補正値を算出するステップと前記補正値を前記第２の
   工程の露光装置に入力するステップを有することを特徴
   とする半導体デバイスの製造方法。
6. 【請求項６】第１の工程の回路パターン上に第２の工程
   の回路パターンを露光する半導体デバイスの製造方法に
   おいて、 前記第１の工程で使用されたレチクルの識別子と露光装
   置の識別子を検索するステップと、 前記第１の工程で使用されたレチクルの描画誤差による
   歪みを読み込むステップと、 前記第１の工程で使用された露光装置におけるレンズ歪
   みを読み込むステップと、 前記第１の工程で使用された露光装置における波面収差
   起因歪みを読み込むステップと、 前記第１の工程で使用された露光装置の露光時の補正値
   を読み込むステップと、 第１の工程での転写歪みを算出するステップと、 前記第２の工程におけるレチクルの描画誤差による歪み
   を読み込むステップと、 前記第２の工程における露光装置候補のレンズ歪みを読
   み込むステップと、 前記第２の工程における露光装置候補の波面収差起因歪
   みを読み込むステップと、 第２の工程での統合化転写歪みを算出するステップと、 前記第１の工程での統合化転写歪みと前記第２の工程で
   の統合化転写歪みの差分を算出するステップと、 前記統合化転写歪みの差分を最小にする補正値と補正後
   の位置ずれ差分の最大値を算出するステップと、 前記補正後の位置ずれ差分の最大値と予め設定した規格
   値を比較し、規格値より小さい場合、前記露光装置候補
   と前記補正値をデータとして記録または出力し、規格値
   より大きい場合は、前記第２の工程における前記露光装
   置候補とは異なる露光装置候補の歪みを読み込むステッ
   プに戻ることを判定するステップを有することを特徴と
   する半導体デバイスの製造方法。
7. 【請求項７】前記第１の工程および第２の工程における
   露光装置の波面収差起因の歪みを読み込むステップは、 該露光装置の照明条件を読み込むステップと、 レチクル上の回路パターンの寸法情報を読み込むステッ
   プと、 該露光装置の像高毎の波面収差を読み込むステップと、 前記照明条件と前記寸法情報と前記像高毎の波面収差か
   ら前記回路パターンの像を算出するステップと、 前記回路パターンの像の位置ずれから、波面収差起因の
   歪みを算出するステップを有することを特徴とする請求
   項５または６に記載の半導体デバイスの製造方法。
8. 【請求項８】前記半導体デバイスの製造方法において、
   複数の露光装置、レチクル、照明条件の組み合わせ毎に
   補正値と補正後の位置ずれ差分の値を、予め算出するス
   テップと、記憶媒体に格納するステップを有することを
   特徴とする請求項５または６に記載の半導体デバイスの
   製造方法。
9. 【請求項９】前記補正値は、露光時の転写像における前
   記レチクルの走査方向の倍率、および該レチクル走査方
   向と直交する方向の倍率、および該レチクル走査方向と
   前記被露光基板走査方向の直交度、および該転写像の回
   転を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の半
   導体デバイスの製造方法。
10. 【請求項１０】第１の工程の回路パターン上に第２の工
    程の回路パターンを露光する半導体デバイス製造システ
    ムであって、 被露光基板の製造に用いた露光装置と照明条件と補正値
    およびレチクルの来歴を記憶する来歴記憶手段と、 レチクル毎の描画誤差起因歪みと代表的な回路パターン
    寸法を記憶するレチクルデータ記憶手段と、 露光装置毎のレンズ歪みを記憶するレンズ歪み記憶手段
    と、 露光装置毎および各像高毎の波面収差データを記憶する
    波面収差データ記憶手段と、 前記照明条件と前記回路パターン寸法および前記各像高
    毎の波面収差から波面収差起因歪みを算出する波面収差
    起因歪み算出手段と、 前記波面収差起因歪みを記憶する波面収差起因歪み記憶
    手段と、 前記レチクルデータと前記レンズ歪みデータと前記波面
    収差データから統合化転写歪みを算出する統合化転写歪
    み算出手段と、 ２つの統合化転写歪みの差分を算出し、該差分を最小に
    する補正値を算出する補正値算出手段と、 製品、工程毎の合わせ規格を記憶する合わせ規格記憶手
    段と、 全ての、２つの前記露光装置と前記照明条件と前記レチ
    クルの情報の組み合わせに対応する補正値および統合化
    転写歪みの差の最大値を記憶する組み合わせ情報記憶手
    段と、 前記被露光基板に対応する第１の工程に関する来歴情報
    を来歴記憶手段から読み出し、第２の工程に対応する合
    わせ規格と第１の工程と第２の工程に対応する前記統合
    化転写歪みの差分を比較することによって、着工可能な
    露光装置を選択する露光装置候補選択手段と、 現在の露光装置の稼働状況を記憶する稼働状況記憶手段
    と、 前記着工可能な露光装置の候補と前記現在の露光装置の
    稼働状況を比較し、着工する露光装置を判断する着工装
    置判断手段と、 半導体デバイス製造装置全体の制御および情報授受を行
    うホストコンピュータと、 前記複数の記憶手段と複数の算出手段、選択手段および
    判断手段の情報の授受および前記着工装置判断手段で出
    力される着工装置と前記補正値算出手段で算出された補
    正値または、前記組み合わせ情報記憶手段から出力され
    る補正値を前記ホストコンピュータに送信する入出力制
    御手段と、 露光装置を具備することを特徴とする半導体デバイスの
    製造システム。