JPH09146285A - 重ね合わせ精度の管理方法およびこれに用いる重ね合わせ精度測定装置 - Google Patents

重ね合わせ精度の管理方法およびこれに用いる重ね合わせ精度測定装置

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JPH09146285A
JPH09146285A JP7309139A JP30913995A JPH09146285A JP H09146285 A JPH09146285 A JP H09146285A JP 7309139 A JP7309139 A JP 7309139A JP 30913995 A JP30913995 A JP 30913995A JP H09146285 A JPH09146285 A JP H09146285A
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重ね合わせ精度の管理において露光フィール
ドのサンプリング・レイアウトに依存しないデータ解析
結果を得ることで、誤って再生工程へ回されるロットの
数を減少させる。 【解決手段】 従来の品質管理値｜ｘ｜＋３σは、線形
誤差の影響を受けてウェハ全体の誤差の傾向を正しく表
さない場合がある。そこで、３σの中から線形誤差成分
である比例と回転を排除し、非線形誤差成分のみを含む
３σinter(N)として、正規分布の良品率３σinter(N)＝
９９．７％を統計的に保証する。従来の３σから排除さ
れた線形誤差成分に関しては、ウェハ周辺部の露光フィ
ールドでも管理目標値がクリアされる様、その最大／最
小値Ｅinter-MAX/MIN(L)を平均値ｘの項に加算する。結
局、フィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTALは次式 Ｅinter-TOTAL＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜＋３
σinter(N) で表され、この値を管理目標値と比較する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リソグラフィを経
て形成される上下パターンの重ね合わせ精度の管理にお
いて、測定対象となる露光フィールドのサンプリング・
レイアウトに依存しないデータ解析結果を得るための管
理方法および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】リソグラフィは、縮小投影露光装置の投
影レンズ（対物レンズ）の高ＮＡ化、高圧水銀ランプの
輝線からエキシマ・レーザ光への移行にみられる露光波
長の短波長化、あるいは位相シフト法や変形照明法とい
った超解像技術の採用により、その解像度を着実に向上
させてきた。
【０００３】一方、これに呼応して重ね合わせ精度の管
理技術も進歩している。ただし、これまでの重ね合わせ
精度の向上は、露光ステージの制振や温調、あるいは投
影光学系の収差の改善といった、装置性能の地道な改善
が積み重ねられてきた結果である。一般に、重ね合わせ
精度としてはデザイン・ルール（最小加工寸法）の１／
３〜１／４の値が要求され、０．３μｍルール以降では
０．１μｍ以下の高い重ね合わせ精度が管理目標値とし
て要求されることになる。しかし、かかる高精度を従来
どおりの改善方針のみで達成することは次第に困難とな
っており、露光技術の限界がむしろ重ね合わせ技術にあ
ると言われる原因となっている。
【０００４】重ね合わせ精度の管理は通常、一般的な品
質管理手法と同様、｜ｘ｜＋３σ（ただし、ｘは平均
値、σは標準偏差である。）の値を管理目標値と比較す
ることにより行われる。一般的な重ね合わせ精度の管理
の流れは、以下の通りである。 （１）１ロット（たとえばウェハ２５枚）から数枚（た
とえば５枚）のウェハを抜き取り、各ウェハ内で幾つか
の露光フィールドをサンプリングし、そこで発生してい
る重ね合わせ誤差を、バーニアの目視観察、あるいは専
用の測定装置を用いた観測により測定し、（２）上記の
重ね合わせ誤差から、平均値ｘと標準偏差σを求め、
（３）｜ｘ｜＋３σと管理目標値（スペック）を比較
し、（４）｜ｘ｜＋３σ≦管理目標値であれば合格、｜
ｘ｜＋３σ＞管理目標値であれば不合格（スペックアウ
ト）と判定する。
【０００５】ここで、｜ｘ｜＋３σとは、正規分布にお
いて母集団の９９．７％を含む範囲である。｜ｘ｜＋３
σが管理目標値以下である場合には、そのロットのウェ
ハはすべて次工程へ送られるが、管理目標値を超えてい
る（スペックアウト）場合には、そのロットのウェハは
すべて再生工程へ回される。ここで再生工程とは、レジ
スト・パターンを一旦剥離し、再度リソグラフィを行っ
てレジスト・パターンを形成し直す一連の工程を指す。
【０００６】近年では、重ね合わせ誤差をさらに線形誤
差と非線形誤差とに分離する、より詳細な検討も行われ
ている。この分離について、図１を参照しながら説明す
る。あるウェハＷ内で発生している重ね合わせ誤差は、
線形誤差と非線形誤差とに分離することができる。
【０００７】線形誤差とは、ウェハＷ上にある一定の傾
向をもって現れる補正可能な１次の誤差であり、平行移
動（Ｔx ，Ｔy ）、スケーリング（Ｍx ，Ｍy ）、回転
（θx ，θy ）の各成分を含むものである。このうち、
平行移動は平均値ｘの構成成分である。また、スケーリ
ングと回転は、ウェハＷの中心から半径方向に沿って増
大することを特色としており、従来の管理では３σの構
成成分である。回転には、直交度も含まれる。ここで、
下層側パターンの座標（ｘ，ｙ）と、これに上述の各誤
差成分が加わって得られる上層側パターンの座標
（ｘ′，ｙ′）との間には、次式のような関係が成り立
つ。
【０００８】
【数１】
【０００９】一方の非線形誤差とは、ウェハＷ上で特定
の傾向を示さない補正不可能な２次以上の誤差であり、
典型的にはステップ・アンド・リピート動作を行う露光
ステージの位置決め誤差、ウェハＷの熱変形、重ね合わ
せ誤差測定時の測定誤差が含まれる。この非線形誤差
も、従来の３σの構成成分である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような重ね合わせ精度の管理方法では、線形誤差の存在
により、サンプリングされた露光フィールドから得られ
る重ね合わせ誤差の情報がサンプリング・レイアウトに
依存して変化し、ウェハ全体における重ね合わせ誤差の
傾向が正確に表されていないという問題が生ずる。この
問題を、具体的なケースのシミュレーションを例として
説明する。
【００１１】ここでは、図２に示されるように、２０ｍ
ｍ角の露光フィールドＦが７×７個のマトリクス状に配
列されたウェハＷを測定対象とし、ここから９個の露光
フィールドをサンプリングし、そこで各露光フィールド
ヘＦ内でＸ方向とＹ方向に発生している重ね合わせ誤差
を測定した。
【００１２】 例１）サンプリングされた露光フィールドＦの番号： １，４，７，２２，２５，２８，４３，４６，４９ （図２（ａ）参照。） シミュレーションのための仮定条件： 線形誤差 スケーリング （ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０．８，０．８） フィールド内倍率（ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 非線形誤差 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 結果： 平均値（ｘ）（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 最大値 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（４８，４８） 最小値 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（−４８，−４８） ３σ （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（１２５，１２５） 例２）サンプリングされた露光フィールドＦの番号： ９，１１，１３，２３，２５，２７，３７，３９，４１ （図２（ｂ）参照。） シミュレーションのための仮定条件： 線形誤差 スケーリング （ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０．８，０．８） フィールド内倍率（ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 非線形誤差 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 結果： 平均値（ｘ）（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 最大値 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（４８，４８） 最小値 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（−４８，−４８） ３σ （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（８３，８３） なお、非線形誤差が０（ｎｍ）であることは現実には有
り得ず、これはシミューレーション用の特殊な仮定であ
る。
【００１３】これら例１と例２とでは、サンプリング・
レイアウトが異なっており、サンプリングの対称性は同
じであるが、サンプリングされた露光フィールドＦ同士
の距離（スパン）は例１の方が大きい。
【００１４】例１では、標準偏差（３σ）＝１２５（ｎ
ｍ）＞最大（小）値＝４８（ｎｍ）であるので、仮に管
理目標値＝１８０（ｎｍ）であるとすると、 ｜ｘ｜＋３σ＝０＋１２５＝１２５（ｎｍ）＜管理目標値＝１８０（ｎｍ） となり、現状の管理では合格となる。しかし、管理目標
値がより厳しい１００（ｎｍ）になると、 ｜ｘ｜＋３σ＝０＋１２５＝１２５（ｎｍ）＞管理目標値＝１００（ｎｍ） となり、現状の管理では不合格（スペックアウト）とな
る。一方、例２では、 ｜ｘ｜＋３σ＝０＋８３＝８３（ｎｍ）＜管理目標値＝１００（ｎｍ） であって、管理目標値が１００（ｎｍ）であっても合格
となる。
【００１５】つまり、従来どおりの｜ｘ｜＋３σによる
管理方法であっても、露光フィールドＦがウェハの周辺
部からサンプリングされている限りは、致命的なミス、
すなわち、本当は不合格であるにもかかわらず合格と判
定して次工程へ送り出してしまう様なミスはほとんど起
こらない。しかしながら逆のミス、すなわち、本当は合
格であるにもかかわらず不合格と判定され、ロットごと
再生工程へ回されてしまうような無駄なミスが生じ得
る。さらに例２では、サンプリング・レイアウトが例１
と異なるのみであるが、３σの値が例１とは大きく異な
っている。
【００１６】これらの問題は、いずれも線形誤差の存在
に起因する。つまり、線形誤差の大きさはウェハ上の部
位によって異なるので、サンプリングのスパンや対称性
によってはサンプリングされた露光フィールドＦがウェ
ハＷ全体の誤差の傾向を必ずしも正しく表さないことを
示している。そこで、正しい誤差管理を行うために、線
形誤差の大きさに応じてサンプリング・レイアウトを最
適化することも考えられる。しかし、線形誤差はデバイ
ス毎、工程毎、ロット毎に変化するものであるから、そ
の都度最適化を行うことは現実には困難である。
【００１７】また、従来の誤差管理では、露光フィール
ドＦのサンプリングは、ウェハＷの中央、および誤差が
最も強調される四隅から行われるのが普通である。しか
し、サンプリングとは本来ランダムに行われるべきもの
であって、従来のように最初からある一定の傾向を予測
して行うサンプリングでは、前述のように合格品を不合
格品として再生工程へ回してしまう様な無駄を排するこ
とは難しい。
【００１８】そこで本発明は、サンプリング・レイアウ
トに依存せずに正しい誤差管理を行うことが可能な重ね
合わせ精度の管理方法、およびこれに用いる測定装置を
提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、重ね合わせ精度の管理を次の２通り
の考え方にもとづいて行う。
【００２０】第１の考え方は、｜ｘ｜＋３σのうち、標
準偏差に関する項である３σから線形誤差に関する成
分、すなわち比例と回転（直交度を含む。）を排除して
非線形誤差成分のみを残すことにより、正規分布におけ
る３σ＝９９．７％の良品率を統計的に保証しようとす
るものである。３σから排除された線形誤差成分は、平
均値ｘに加算するが、この時には該線形誤差成分の最大
値または最小値、すなわち基板の中心から最も遠い露光
フィールドにおける誤差を加算する。これは、線形誤差
が最大となるウェハ周辺部の露光フィールドでも、管理
目標値がクリアされるようにするためである。したがっ
て、第１の考え方にもとづくフィールド間トータル誤差
Ｅinter-TOTALは、次式（１） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （１） （ただし、Ｅinter-MAX/MIN(L)は線形誤差の最大値また
は最小値、σinter(N)はフィールド間非線形誤差の標準
偏差である。）で表される。なお、この線形誤差の最大
／最小値Ｅinter-MAX/MIN(L)は、無次元数として得られ
る測定値（単位ｐｐｍ）に基板の中心からの距離を乗じ
た値（単位ｎｍ）であり、最大値と最小値のうち絶対値
の大きい方が採用される。このようにして求められたフ
ィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTALが管理目標値以
下である場合に、合格の判定を下す。 以上の第１の考
え方は、ある露光フィールド内の重ね合わせ誤差につい
ても拡張することができる。すなわち、フィールド内ト
ータル誤差Ｅintra-TOTAL は、上式（１）の右辺にフィ
ールド内重ね合わせの線形誤差の最大／最小値Ｅ
intra-MAX/MIN(L)を加えた次式（２） Ｅintra-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜ ＋｜Ｅintra-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （２） で表すことができる。
【００２１】本発明の第２の考え方は、基本的には従来
と同様、次式（４） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋３σ （４） にもとづく管理を行うものである。ただし、上式の中の
３σは、計算によりウェハ上のすべての露光フィールド
について予測される３σに置き換えられている。この３
σは、次式（３） ３σ＝｛３σinter-ALL(L) 2 ＋３σinter(N) 2｝1/2 （３） （ただし、σinter-ALL(L)は全フィールド間線形誤差の
標準偏差であり、σinter(N)はフィールド間非線形誤差
の標準偏差である。）により算出する。つまり、第２の
考え方は、見かけ上はすべての露光フィールドについて
誤差測定を行った形とすることで、サンプリング・レイ
アウトへの依存性を解消しようとするものである。式
（４）で算出されたフィールド間トータル誤差Ｅ
inter-TOTAL が管理目標値以下である場合に、合格の判
定を下す。
【００２２】この第２の考え方では、３σの項に依然と
して線形誤差成分が含まれており、純粋な正規分布の３
σではないため、この項が直ちに９９．７％の良品率を
保証するものではない。したがって、線形誤差の寄与が
大きい場合には、前述の第１の考え方にしたがった管理
を行う方が正確である。しかし、線形誤差の寄与がそれ
ほど大きくない場合には、第２の考え方でも実用上十分
な精度で管理を行うことができる。
【００２３】上述の様な重ね合わせ精度の管理には、式
（１），式（２），あるいは式（４）にもとづいてフィ
ールド間トータル誤差Ｅinter-TOTAL あるいはフィール
ド内トータル誤差Ｅintra-TOTAL のいずれかを算出し、
この値を管理目標値と比較する演算手段を備えた重ね合
わせ精度測定装置を用いる。かかる装置は、実用上は既
存装置のソフトウェア変更により構成することができ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について説明する。
【００２５】第１の実施の形態 ここでは、前述の式（１）にもとづいて重ね合わせ精度
を管理するフローについて、図３のフローチャートを参
照しながら説明する。なお、このフローには、フィール
ド間重ね合わせ誤差に関連する管理項目の他に、次の第
２の実施の形態で後述するフィールド内重ね合わせ誤差
に関連する管理項目も含まれているので、前者は記号
◇、後者は記号◆にて区別する。ここでは、フィールド
間重ね合わせ誤差のみ考慮するフローについて、記号◇
の項目のみを選択しながら説明する。
【００２６】（ステップＳ１）まず、１ロットから所定
枚数のウェハを抜き取り、各ウェハ内で所定数の露光フ
ィールドをサンプリングする。これら露光フィールド内
で発生している重ね合わせ誤差を、バーニアの目視観察
または専用の測定装置を用いて測定する。
【００２７】（ステップＳ２）ステップＳ１で得られた
測定結果を解析して、これを線形誤差Ｅinter(L)と非線
形誤差Ｅinter(N)に分離する。
【００２８】（ステップＳ３）ステップＳ２で得られた
線形誤差Ｅinter(L)からその平均値ｘと最大／最小値Ｅ
inter-MAX/MIN(L)を、また非線形誤差Ｅinter(N)からそ
の３σinter(N)（ただし、σinter(N)はフィールド間非
線形誤差の標準偏差である。）を、それぞれ求める。
【００２９】（ステップＳ４）フィールド間トータル誤
差Ｅinter-TOTAL を次式（１） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （１） により求める。
【００３０】（ステップＳ５）ステップＳ４で算出した
フィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTAL が管理目標値
以下であるか否かを判断する。管理目標値以内であれば
ＹＥＳを選択し、合格の判定を下して本フローを終了す
る。管理目標値を超えている場合にはＮＯを選択し、次
のステップＳ６に進む。
【００３１】（ステップＳ６）ここでスペックアウトの
表示を行った後、本フローを終了する。
【００３２】以上のフローにしたがって、前述の例１を
再度シミュレーションしてみる。
【００３３】 サンプリングされた露光フィールドＦの番号： １，４，７，２２，２５，２８，４３，４６，４９ （図２（ａ）参照。） シミュレーションのための仮定条件： 線形誤差 スケーリング （ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０．８，０．８） フィールド内倍率（ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 非線形誤差 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 結果： 平均値（ｘ）（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 最大値 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（４８，４８） 最小値 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（−４８，−４８） ３σinter(N)（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 本実施の形態では、３σinter(N)の成分は非線形誤差の
みであるから、３σinter(N)はＸ方向，Ｙ方向共に０
（ｎｍ）となっている。式（１）からフィールド間トー
タル誤差Ｅinter-TOTAL を算出すると、 Ｅinter-TOTAL ＝０＋４８＋０＝４８（ｎｍ） となり、サンプリング値でウェハ全体における誤差の傾
向が正しく予想できていることがわかる。
【００３４】なお、現実のプロセスでは通常、ＫｒＦエ
キシマ・レーザ・ステッパをミックス・アンド・マッチ
様式ではなく単独様式で用いた場合でも非線形誤差が４
０ｎｍ程度発生するが、このような場合にも同様に正し
い誤差管理を行うことができる。
【００３５】以上、本発明の重ね合わせ精度の管理方法
について説明したが、このフローにしたがって演算を行
う演算手段を通常の重ね合わせ精度測定装置に組み込め
ば、本発明の重ね合わせ精度測定装置を構成することが
できる。
【００３６】第２の実施の形態 近年は、露光フィールドの大面積化、および重ね合わせ
精度そのものの高度化に伴い、フィールド内重ね合わせ
誤差も無視できなくなってきている。フィールド内重ね
合わせ誤差に対する考え方も、基本的にはフィールド間
重ね合わせ誤差の考え方と同じである。すなわち、図４
に示したように、１フィールド内の重ね合わせ誤差は、
補正可能な線形誤差と補正不可能な非線形誤差とに分離
することができる。線形誤差はさらに３成分に分離する
ことができるが、フィールド間重ね合わせ誤差と異なる
点は、「スケーリング」がフィールド内重ね合わせ誤差
の場合には「フィールド内倍率」と称されること、およ
びこのフィールド内倍率と回転とがＸ方向とＹ方向とで
独立に制御できないことである。したがって、下層側パ
ターンの座標（ｘ，ｙ）と、これに上述の各誤差成分が
加わって得られる上層側パターンの座標（ｘ′，ｙ′）
との間には、次式のような関係が成り立つ。
【００３７】
【数２】
【００３８】一方の非線形誤差には、生産性や経済性を
考慮してデザイン・ルールのレベルに応じて解像度の異
なる複数の露光装置を併用する、いわゆるミックス・ア
ンド・マッチを運用した場合の投影レンズの収差、レチ
クル製造誤差、測定誤差が典型的に含まれる。
【００３９】本実施の形態では、前述の式（２）にもと
づいて重ね合わせ精度を管理する方法について、前掲の
図３のフローチャート中、記号◆の項目を選択しながら
説明する。
【００４０】（ステップＳ１）先にサンプリングされた
各露光フィールドの内部で、複数の地点をサンプリング
し、重ね合わせ誤差を測定する。
【００４１】（ステップＳ２）ステップＳ１で得られた
測定結果を解析して、これを線形誤差Ｅintra(L)と非線
形誤差Ｅintra(N)に分離する。
【００４２】（ステップＳ３）ステップＳ２で得られた
線形誤差Ｅintra(L)からその最大／最小値Ｅ
intra-MAX/MIN(L)を求める。
【００４３】（ステップＳ４）フィールド内トータル誤
差Ｅintra-TOTAL を次式（２） Ｅintra-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜ ＋｜Ｅintra-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （２） により求める。なお、式（２）の第２項は、第１の実施
の形態で上述したフィールド間の線形誤差Ｅinter(L)の
最大／最小値の絶対値である。
【００４４】（ステップＳ５）ステップＳ４で算出した
フィールド内トータル誤差Ｅintra-TOTAL が管理目標値
以下であるか否かを判断する。管理目標値以内であれば
ＹＥＳを選択し、合格の判定を下して本フローを終了す
る。管理目標値を超えている場合にはＮＯを選択し、次
のステップＳ６に進む。
【００４５】（ステップＳ６）ここでスペックアウトの
表示を行った後、本フローを終了する。
【００４６】以上のフローにしたがって、前述の例１に
おいてフィールド内倍率を３ｐｐｍとした場合のシミュ
レーションを行ってみる。
【００４７】 サンプリングされた露光フィールドＦの番号： １，４，７，２２，２５，２８，４３，４６，４９ （図２（ａ）参照。） シミュレーションのための仮定条件： 線形誤差 スケーリング （ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０．８，０．８） フィールド内倍率（ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（３，３） 非線形誤差 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 結果： 平均値（ｘ） （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） フィールド間誤差 の最大値（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（４８，４８） フィールド間誤差 の最小値（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（−４８，−４８） フィールド内誤差 の最大値（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（３０，３０） フィールド内誤差 の最小値（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（−３０，−３０） ３σinter(N) （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） よって、フィールド内トータル誤差Ｅintra-TOTAL は式
（２）より、 Ｅinter-TOTAL ＝０＋４８＋３０＋０＝７８（ｎｍ） となり、サンプリング値でウェハ全体における誤差の傾
向が正しく予想できていることがわかる。
【００４８】以上、本発明の重ね合わせ精度の管理方法
について説明したが、このフローにしたがって演算を行
う演算手段を通常の重ね合わせ精度測定装置に組み込め
ば、本発明の重ね合わせ精度測定装置を構成することが
できる。
【００４９】第３の実施の形態 ここでは、前述の式（４）にもとづいて重ね合わせ精度
を管理する方法について、図５のフローチャートを参照
しながら説明する。
【００５０】（ステップＳ１１）まず、１ロットから所
定枚数のウェハを抜き取り、各ウェハ内で所定数の露光
フィールドをサンプリングする。これら露光フィールド
内で発生している重ね合わせ誤差を、バーニアの目視観
察または専用の測定装置を用いて測定する。
【００５１】（ステップＳ１２）ステップＳ１１で得ら
れた測定結果を解析して、これを線形誤差Ｅinter(L)と
非線形誤差Ｅinter(N)に分離する。
【００５２】（ステップＳ１３）ステップＳ１２で得ら
れた線形誤差Ｅinter(L)からその平均値ｘを算出すると
共に、全露光フィールドでの線形誤差Ｅinter-ALL(L)を
予測してその３σinter-ALL(L)（ただし、σ
inter-ALL(L)はフィールド間線形誤差の標準偏差であ
る。）を算出する。
【００５３】（ステップＳ１４）ステップＳ１２で得ら
れた非線形誤差Ｅinter(N)からその３σinter(N)を算出
する。
【００５４】（ステップＳ１５）３σを、次式（３） ３σ＝｛３σinter-ALL(L) 2 ＋３σinter(N) 2｝1/2 （３） により求める。
【００５５】（ステップＳ１６）フィールド間トータル
誤差Ｅinter-TOTAL を次式（４） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋３σ （４） により求める。
【００５６】（ステップＳ１７）ステップＳ１６で算出
したフィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTAL が管理目
標値以下であるか否かを判断する。管理目標値以内であ
ればＹＥＳを選択し、合格の判定を下して本フローを終
了する。管理目標値を超えている場合にはＮＯを選択
し、次のステップＳ１８に進む。
【００５７】（ステップＳ１８）ここでスペックアウト
の表示を行った後、本フローを終了する。
【００５８】以上のフローにしたがって、前述の例を再
度シミュレーションしてみる。
【００５９】 サンプリングされた露光フィールドＦの番号： １，４，７，２２，２５，２８，４３，４６，４９ （図２（ａ）参照。） シミュレーションのための仮定条件： 線形誤差 スケーリング （ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０．８，０．８） フィールド内倍率（ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（３，３） 非線形誤差 （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 結果： 平均値（ｘ） （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） ３σinter-ALL(L)（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（９７，９７） ３σinter(N) （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） ここで、式（３）から３σを算出すると、 ３σ＝｛９７2 ＋０2 ｝1/2 ＝９７（ｎｍ） となるから、フィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTAL
は式（４）より、 Ｅinter-TOTAL ＝０＋９７＝９７（ｎｍ） となり、サンプリング値でウェハ全体における誤差の傾
向が正しく予想できていることがわかる。
【００６０】なお、現実のプロセスでは通常、ＫｒＦエ
キシマ・レーザ・ステッパをミックス・アンド・マッチ
様式ではなく単独様式で用いた場合でも非線形誤差が４
０ｎｍ程度発生するが、このような場合にも同様に正し
い誤差管理を行うことができる。
【００６１】ところで、上述のような式（４）にもとづ
く管理は、フィールド内にそのまま拡張することはでき
ないが、第１の実施の形態で述べた図３のフローのステ
ップＳ３において求めた線形誤差Ｅintra(L)の最大／最
小値Ｅintra-MAX/MIN(L)を利用すれば、疑似的な拡張が
可能である。すなわち、式（４）の右辺に上記の線形誤
差Ｅintra(L)の最大／最小値Ｅintra-MAX/MIN(L)加えた
形の次式（５） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜＋３σ （５） により、フィールド内トータル誤差Ｅinter-TOTAL を表
現することができる。
【００６２】式（５）にしたがって、前述の例１を再度
シミュレーションすると、フィールド間トータル誤差Ｅ
inter-TOTAL は、 Ｅinter-TOTAL ＝０＋３０＋９７＝１２７（ｎｍ） となり、サンプリング値でウェハ全体における誤差の傾
向が正しく予想できていることがわかる。
【００６３】以上、本発明の重ね合わせ精度の管理方法
について説明したが、このフローにしたがって演算を行
う演算手段を通常の重ね合わせ精度測定装置に組み込め
ば、本発明の装置を構成することができる。
【００６４】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
【００６５】実施例１ 本実施例では、２５枚のウェハからなる１ロットから５
枚のウェハＷを抜き取り、各ウェハＷからは前出の図２
に示したごとく、７×７個のマトリクス状に配列された
２０ｍｍ角の露光フィールドＦを９個の露光フィールド
をサンプリングし、そこで発生している重ね合わせ誤差
を測定した。サンプリング・レイアウトおよび解析結果
は、以下のとおりである。
【００６６】 サンプリングされた露光フィールドＦの番号： １，４，７，２２，２５，２８，４３，４６，４９（図２（ａ）参照。） 平均値ｘ （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（１５，１０） 線形誤差 スケーリング（ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０．３，０．４） 回転 （ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０．２，０．２） 直交度 （ｐｐｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（０，０） 最大／最小値Ｅinter-MAX/MIN(L)（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（３０，３６） 非線形誤差 ３σinter(N)（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（４０，３５） 式（１）からフィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTAL
を算出すると、 Ｅinter-TOTAL ＝（１５＋３０＋４０，１０＋３６＋３５） ＝（８５，８１）（ｎｍ） となった。上記の値は、管理目標値（Ｘ，Ｙ）＝（１０
０，１００）（ｎｍ）をクリアしているので、上記ロッ
トについて合格の判定を下し、次工程へ送った。実施例２ 本実施例では、実施例１と同じ測定結果から、次のよう
な解析結果を得た。
【００６７】 線形誤差の３σinter-ALL(L)（ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（４４，５４） 非線形誤差の３σinter(N) （ｎｍ）：（Ｘ，Ｙ）＝（４０，３５） これより、式（３）を用いて３σを計算すると、 ３σ＝（｛４０2 ＋４４2 ｝1/2，｛３５2 ＋５４2 ｝1/2） ＝（５９，６４）（ｎｍ） となる。したがって、式（４）からフィールド間トータ
ル誤差Ｅinter-TOTAL を算出すると、 Ｅinter-TOTAL ＝（１５＋５９，１０＋６４） ＝（７４，７４）（ｎｍ） となった。上記の値は、管理目標値（Ｘ，Ｙ）＝（１０
０，１００）（ｎｍ）をクリアしているので、上記ロッ
トについて合格の判定を下し、次工程へ送った。
【００６８】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では重ね合わせ精度の管理において、３σから線形誤
差成分を排除するか、もしくは見かけ上すべての露光フ
ィールドについて測定したような数値操作を行うことに
より、サンプリング・レイアウトに依存しない正確な誤
差管理が可能となる。この結果、一般的にはこれまで誤
ってスペックアウトと判断され、再生工程に回されてい
たロットの数を減少させることができ、リソグラフィに
かかる総所要時間も短縮することができる。したがっ
て、本発明は半導体デバイス製造における信頼性向上、
コスト削減、スループット向上に大きく貢献するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィールド間重ね合わせ誤差の分離を説明する
ための概念図である。
【図２】ウェハ上における露光フィールドのサンプリン
グ・レイアウト図であり、（ａ）図はスパンの大きい
例、（ｂ）図はスパンの小さい例をそれぞれ表す。
【図３】本発明の重ね合わせ精度の管理方法のうち、３
σから線形誤差を排した場合の演算フローを示すフロー
チャートである。
【図４】フィールド内重ね合わせ誤差の分離を説明する
ための概念図である。
【図５】本発明の重ね合わせ精度の管理方法のうち、線
形誤差の３σを全露光フィールドを対象として予測する
場合の演算フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｗ ウェハ Ｆ 露光フィールド

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リソグラフィにより基板面内で複数回の
    ショットを繰り返しながら所定パターンを形成する際の
    上下パターンの重ね合わせ精度の管理方法であって、 前記各ショットに対応して基板上に同数形成される露光
    フィールドの一部数をサンプリングし、そこで発生して
    いる重ね合わせ誤差を測定する第１ステップと、 前記第１ステップで測定された重ね合わせ誤差を解析を
    通じて線形誤差Ｅinter(L)と非線形誤差Ｅinter(N)とに
    分離する第２ステップと、 前記第２ステップで得られた線形誤差Ｅinter(L)からそ
    の平均値ｘと最大／最小値Ｅinter-MAX/MIN(L)、また非
    線形誤差Ｅinter(N)からその３σinter(N)（ただし、σ
    inter(N)はフィールド間非線形誤差の標準偏差であ
    る。）をそれぞれ求める第３ステップと、 フィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTAL を次式（１） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （１） により求める第４ステップと、 前記第４ステップで求めたフィールド間トータル誤差Ｅ
    inter-TOTAL と管理目標値とを比較するする第５ステッ
    プとを有する重ね合わせ精度の管理方法。
  2. 【請求項２】 前記第１ステップでサンプリングされた
    露光フィールド内でさらに所定数の地点をサンプリング
    し、そこで発生している重ね合わせ誤差を測定する第６
    ステップと、 前記第６ステップで測定された重ね合わせ誤差を解析を
    通じて線形誤差Ｅintra(L)と非線形誤差Ｅintra(N)とに
    分離する第７ステップと、 前記第７ステップで得られた線形誤差Ｅintra(L)からそ
    の最大／最小値Ｅintra-MAX/MIN(L)を求める第８ステッ
    プと、 フィールド内トータル誤差Ｅintra-TOTAL を、前記式
    （１）の右辺に前記最大／最小値Ｅintra-MAX/MIN(L)を
    加えた次式（２） Ｅintra-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜ ＋｜Ｅintra-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （２） により求める第９ステップと前記第９ステップで求めた
    フィールド内トータル誤差Ｅintra-TOTAL と管理目標値
    とを比較する第１０ステップとを有する請求項１記載の
    重ね合わせ精度の管理方法。
  3. 【請求項３】 リソグラフィにより基板面内で複数回の
    ショットを繰り返しながら所定パターンを形成する際の
    上下パターンの重ね合わせ精度の管理方法であって、 前記各ショットに対応して基板上に同数形成される露光
    フィールドの一部数をサンプリングし、そこで発生して
    いる重ね合わせ誤差を測定する第１ステップと、 前記第１ステップで測定された重ね合わせ誤差を解析を
    通じて線形誤差Ｅinter(L)と非線形誤差Ｅinter(N)とに
    分離する第２ステップと、 前記第２ステップで得られた線形誤差Ｅinter(L)からそ
    の平均値ｘを求めると共に、基板面内の全露光フィール
    ドで発生する線形誤差Ｅinter-ALL(L)を予測してその３
    σinter-ALL(L)（ただし、σinter-ALL(L)は全フィール
    ド間線形誤差の標準偏差である。）を求める第３ステッ
    プと、 前記第２ステップで得られた非線形誤差Ｅinter(N)から
    その３σinter(N)（ただし、σinter(N)はフィールド間
    非線形誤差の標準偏差である。）を求める第４ステップ
    と、 ３σを次式（３） ３σ＝｛３σinter-ALL(L) 2 ＋３σinter(N) 2｝1/2 （３） により求める第５ステップと、 フィールド間トータル誤差Ｅinter-TOTAL を次式（４） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋３σ （４） により求める第６ステップと、 前記第６ステップで求めたフィールド間トータル誤差Ｅ
    inter-TOTAL と管理目標値とを比較する第７ステップと
    を有する重ね合わせ精度の管理方法。
  4. 【請求項４】 リソグラフィにより基板面内で複数回の
    ショットを繰り返しながら所定パターンを形成する際の
    上下パターンの重ね合わせ精度を判定する重ね合わせ精
    度測定装置であって、 前記各ショットに対応して基板上に同数形成される露光
    フィールドからサンプリングされた一部数について測定
    された重ね合わせ誤差にもとづいて、フィールド間トー
    タル誤差Ｅinter-TOTAL を次式（１） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （１） （ただし、ｘとＥinter-MAX/MIN(L)はそれぞれ前記重ね
    合わせ誤差の成分である線形誤差Ｅinter(L)の平均値と
    最大／最小値、σinter(N)はフィールド間非線形誤差の
    標準偏差である。）のごとく表現し、この値を管理目標
    値と比較することにより上下パターンの重ね合わせ精度
    を判定する演算手段を備える重ね合わせ精度測定装置。
  5. 【請求項５】 前記演算手段がさらに、前記サンプリン
    グされた露光フィールド内の所定数の地点で測定された
    重ね合わせ誤差にもとづいて、フィールド内トータル誤
    差Ｅintra-TOTAL を次式（２） Ｅintra-TOTAL ＝｜ｘ｜＋｜Ｅinter-MAX/MIN(L)｜ ＋｜Ｅintra-MAX/MIN(L)｜＋３σinter(N) （２） （ただし、Ｅintra-MAX/MIN(L)は前記重ね合わせ誤差の
    成分である線形誤差Ｅintra(L)の最大／最小値であ
    る。）のごとく表現する演算機能を有する請求項４記載
    の重ね合わせ精度測定装置。
  6. 【請求項６】 リソグラフィにより基板面内で複数回の
    ショットを繰り返しながら所定パターンを形成する際の
    上下パターンの重ね合わせ精度を判定する重ね合わせ精
    度測定装置であって、 前記各ショットに対応して基板上に同数形成される露光
    フィールドからサンプリングされた一部数について測定
    された重ね合わせ誤差にもとづいて、フィールド間トー
    タル誤差Ｅinter-TOTAL を次式（４） Ｅinter-TOTAL ＝｜ｘ｜＋３σ （４） （ただし、ｘは前記重ね合わせ誤差の成分である線形誤
    差Ｅinter(L)の平均値、３σは全フィールド間線形誤差
    の標準偏差σinter-ALL(L)とフィールド間非線形誤差の
    標準偏差σinter(N)の二乗和平方根の絶対値である。）
    のごとく表現し、この値を管理目標値と比較することに
    より上下パターンの重ね合わせ精度を判定する演算手段
    を備える重ね合わせ精度測定装置。
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JP2007042701A (ja) * 2005-08-01 2007-02-15 Nikon Corp 情報表示システム
JP2009164399A (ja) * 2008-01-08 2009-07-23 Renesas Technology Corp 位置ずれ補正装置および半導体装置の製造方法
JP2013545276A (ja) * 2010-09-30 2013-12-19 ケーエルエー−テンカー コーポレイション サブサンプリング方式を使用して装置起因の誤差を提供する方法およびシステム

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