JPH10242039A

JPH10242039A - 半導体製造方法と半導体製造システムおよびそれらにより製造された半導体デバイス

Info

Publication number: JPH10242039A
Application number: JP4754597A
Authority: JP
Inventors: Yasuko Goto; 泰子後藤; Yoshinori Nakayama; 義則中山; Susumu Tawa; 邁田和; Minoru Hojo; 穣北條
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-03-03
Also published as: JP2964978B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光露光装置で露光されたパターンに合わせて
電子ビーム描画装置で合わせ描画をする際、光露光装置
の露光によりパターンの歪が変動するため、電子ビーム
描画装置で、歪に合わせた補正をして描画しても十分に
精度が得られなかった。【解決手段】光露光装置で露光するにつれて変化する
光学歪の量に応じて、電子ビームで補正する量を更新し
て描画することにより、光露光装置を用いて転写された
パターンに対して電子ビーム描画で合わせ描画をする際
に、高精度な合わせ描画を実現し、かつ、補正データの
管理を容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
異なるパターン層をそれぞれ異なる露光装置を用いて形
成して、半導体集積回路を製造する半導体製造技術に係
り、特に、各露光装置の合わせ描画を高精度化でき、信
頼性を高めるのに好適な半導体製造方法と半導体製造シ
ステムおよびそれらにより製造された半導体デバイスに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】露光装置、すなわち、リソグラフィー技
術を用いた半導体集積回路の製造工程には、前工程でウ
ェハ上に形成されたパターンとの位置関係を合わせて、
別の新たなパターンを形成する作業工程が多数ある。こ
れらのリソグラフィー技術に関しては、近年さらなる微
細化が要求されている。このため、例えば、「ジャパン
ジャーナルオブアプライドフィジックスJ.J.A.P. Serie
s 4,Proc.of 1990 Intern. MicroProcess Conference」
のpp.５８−６３に記載されているように、高い解像性
が要求される層は電子ビーム描画装置を用い、その他の
層は、例えば、ｉ線やエキシマを光源とするステッパー
のような他のリソグラフィー装置（露光装置）を用い
る、いわゆるミックスアンドマッチ技術が主流となりつ
つある。

【０００３】このようなミックスアンドマッチによる半
導体集積回路の製造技術では、露光装置を用いて露光し
たパターン層と、電子ビームを用いて描画したパターン
層において層間でのパターンの合わせ精度を良好に保つ
ことが重要である。このように、異なる工程で形成され
るパターンを合わせる技術を、図４を用いて説明する。
本図４では、下地のパターンに対して合わせ描画を行う
技術の一例を示し、ウエハ１上には、下地となる光投影
露光装置（以下、光露光装置と記載）で露光された層が
形成されている。この層には、予め、次の層の描画の合
わせに用いる合わせマーク２が下地の層と共に露光され
ている。このマーク２は、チップ３の４隅に配置されて
おり、これら４つのマーク位置を電子ビーム走査あるい
は光学的手段を用いて検出することにより、チップ３の
ウエハ１上の位置を確認する。

【０００４】次に、図３，５を用いて、光露光装置で露
光されるパターンの特徴について説明する。露光装置で
は図３に示すように、光源４からの光を、レンズ５を介
してマスク６に照射して、マスク６上に描かれたパター
ンを投影して投影像を生成し、この、投影像を、複数の
レンズを組み合わせて構成される縮小レンズ７により縮
小して、ウエハ１に焼き付ける。このウエハ１に露光さ
れるフィールドは、縮小レンズ７の光学的特性により、
図５に拡大して示すように、設計（図中の破線）に対し
て歪んだ形（図中の実線）となる。

【０００５】半導体集積回路を作るには、下地との相対
位置関係が重要であるため、露光装置で露光されたパタ
ーンの歪に合わせて、次の層の描画位置を補正する必要
がある。このような補正を目的とした技術には、例え
ば、特開昭６２−１４９１２７号公報に記載のものがあ
る。この技術では、基準マスクを用いて歪の形状を予め
測定しておき、これとマーク検出で求められた位置の情
報を基に描画位置を補正することができる。すなわち、
基準マスクとして、例えば、図６に示すような一定のピ
ッチで格子状に歪測定用マーク８ａが並んだパターンの
マスク６ａを用いる。そして、この図６に示すマスク６
ａを露光装置で投影してウエハ１上に転写し、このウエ
ハ１上に形成された歪測定用マーク８ａの位置を電子線
で測定することにより、歪の形状を求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以下、このような従来
技術が有する問題点を説明する。最近の半導体集積回路
では、最小加工寸法が小さくなるにつれて要求される合
わせ精度も５０nm〜７０nmと厳しくなる傾向にある。し
かし、露光装置で露光されるパターンの歪量は３０〜５
０nm程度あり、この歪形状は、図３における縮小レンズ
７が収納されている空間の温度や気圧の変化とともに変
動する。また、例えば、「セカンドインターナショナル
シンポジウムオン193ナノメートルリソグラフィ」のpp.
７０−７２に記載のように、レンズへの光の照射量によ
ってレンズ自身が変形し、転写されるパターンの歪量が
変化することも明らかになっている。

【０００７】温度や気圧変化については、これらの環境
変動を抑える工夫が露光装置になされているが、レンズ
に照射されるエネルギーによって引き起こされる変形は
抑制が難しい。特に、最近のエキシマレーザーを光源に
用いた露光装置では、用いるレンズ材料の性質上、照射
によるレンズの変形が大きく、パターンの歪形状が大き
く変化する。このことが、パターン合わせの精度劣化に
与える要因として無視できない量となってきている。

【０００８】上述の特開昭６２−１４９１２７号公報で
は、下地に合わせて描画する技術は述べられているが、
下地の歪の変動や歪の情報の管理技術については何ら開
示されていない。そのため、上述の技術を用いて半導体
集積回路を製造する場合、ある時点で露光された歪形状
を測定した結果を基に電子ビーム描画する位置を補正す
ることはできるが、さらに製品のパターンを露光するう
ちに歪の形状が変化しているので、要求される合わせ精
度を達成することができない。上述の技術において、こ
のような問題を避けるためには、頻繁に基準パターンを
露光し、歪を計測する必要がある。しかし、このような
技術では、パターンを描画するスループットが低下して
しまう。

【０００９】特に、半導体の製造工程では、複数の露光
装置を使う場合が多い。そして、各露光装置毎にレンズ
の加工状態や、複数のレンズ間の位置関係にばらつきが
あるため、歪の形状も装置毎に異なる。そのため、複数
台の露光装置（ステッパ）を用いて半導体集積回路を生
産する場合、ミックスアンドマッチで精度を得るために
は、ウエハ毎にどの露光装置を用いて転写されたものか
を調べ、合わせ描画する電子ビーム描画装置に、下地の
転写に用いられた各露光装置に応じた歪情報を設定する
という管理が必要である。これらの管理は、ユーザーが
製造工程の来歴表を調べ、下地の転写に用いた露光装置
の号機を確認し、各露光装置に対応した歪情報の設定
を、電子ビーム描画装置にその都度入力する、という煩
雑な作業を要する。

【００１０】このように、従来の技術では、半導体の製
造工程でのミックスアンドマッチにおいて、高い合わせ
精度を得るためには、頻繁に基準パターンを露光して歪
を計測する必要があり、パターンを描画するスループッ
トが低下してしまう。また、各露光装置毎の歪補正デー
タを人手により管理しなければならないといった煩雑な
作業が必要である。本発明の目的は、このような従来技
術の課題を解決し、半導体の製造工程における各露光装
置のパターン歪に対応しての合わせ描画を自動的に高精
度にかつ効率良く行うことを可能とする半導体製造方法
と半導体製造システムおよびそれらにより製造された半
導体デバイスを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体製造方法では、露光するにつれて変
化する前段の露光装置の光学歪の量に応じて、次段での
例えば電子ビーム描画する位置を補正する量を更新して
描画することを特徴とする。例えば、製造工程におい
て、設置環境の変化等に起因する光露光装置の歪を電子
ビーム描画装置で定期的に測定し、この測定情報に基づ
き、電子ビーム描画装置による描画位置を補正すると共
に、光露光装置の露光の繰返しにより発生するパターン
形状の変化を予め求めておき、この情報により、製造工
程において測定した光露光装置の歪情報を、電子ビーム
描画装置での描画毎に更新する。このように、製造ロッ
ト等、電子ビーム描画装置で定期的に測定した前段の光
露光装置の歪情報を、ビーム描画する都度更新して、電
子ビーム描画装置に自動的に設定し、以降の製品パター
ンの合わせ描画を行う。また、光露光装置のレンズへの
照射量と歪の変化量についての相関関係を予め求めてお
き、電子ビームで合わせ描画する際に歪情報の補正量を
対応させる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図１は、本発明の半導体製造方法
の本発明に係る処理手順の一例を示すフローチャートで
あり、図２は、本発明の半導体製造システムを構成する
電子ビーム描画装置の一構成例を示すブロック図であ
り、図３は、本発明の半導体製造システムを構成する光
露光装置の一構成例を示すブロック図である。図２の電
子ビーム描画装置と図３の光露光装置からなる本例の半
導体製造システムは、図３の光露光装置でパターンを形
成したウェハ上に、図２の電子ビーム描画装置で次のパ
ターンを形成するものであり、特に、図３の光露光装置
で形成したパターンの形状の歪に合わせて、図２の電子
ビーム描画装置のビーム描画動作を制御して、形成する
パターンの合わせを自動的に、かつ、高精度に行うもの
である。

【００１３】まず、図３の光露光装置を説明する。図３
において、１は半導体集積回路が形成されるウェハ、３
は形成されたチップ、４はエキシマレーザ等の光源、５
は光源４からの光を平行化するレンズ、６はチップ３の
パターンを有するマスク、７はマスク６上のパターンを
ウェハ１上に収束させる縮小レンズである。このような
構成により光露光装置では、光源４からの光を、レンズ
５を介してマスク６に照射して、マスク６上に描かれた
パターンを投影して投影像を生成し、この、投影像を、
複数のレンズを組み合わせて構成される縮小レンズ７に
より縮小して、ウエハ１に焼き付ける。

【００１４】このウエハ１に露光されるフィールドは、
上述の従来技術で説明したように、光露光装置の設置環
境の気圧や温度の変化、さらに、露光に起因する縮小レ
ンズ７の光学的特性により、図５に拡大して示すよう
に、設計（図中の破線）に対して歪んだ形（図中の実
線）となる。図２の電子ビーム描画装置では、このよう
に光露光装置で形成された下地パターンとの相対位置
を、自動的に合わせて所定のパターンをビーム描画す
る。すなわち、光露光装置で露光されたパターンの歪に
合わせて、ビーム描画するパターンの描画位置を自動的
に補正する。以下、図２の電子ビーム描画装置の構成、
および、動作を説明する。

【００１５】図２において、８は相対位置合わせのため
にウェハ１上に形成されたマーク、９は照射された電子
ビーム、１０はウェハ１からの反射電子を検出する検出
器、１１は検出器１０の検出結果に基づきマーク８の位
置を算出する信号処理回路、１２はＣＰＵ（Central Pr
ocessing Unit）を具備してコンピュータ処理により装
置全体の動作制御を行う制御計算機、１３はハードディ
スク装置等からなるメモリ、１４は本発明に係るビーム
描画の描画位置の補正制御を行なう描画位置補正回路、
１５は描画位置補正回路１４からの制御に基づき電子ビ
ーム９の偏向制御を行う偏向制御回路、１６は偏向制御
回路１５の制御に基づき電子ビーム９を偏向させる偏向
器、１７はウェハ１が配置されるステージ、１８はステ
ージ１７の位置移動制御を行うステージ制御回路であ
る。

【００１６】このような構成により、本例の電子ビーム
描画装置では、まずウエハ１上に形成されたマーク８の
位置を求めるために、マーク８上に電子ビーム９を走査
し、ビーム走査によって発生する反射電子を検出器１０
で検出し、得られた信号を信号処理回路１１で処理し、
マーク８の位置を求める演算を行う。マーク８の位置デ
ータは制御計算機１２に送られる。ウエハ１上に図３の
光露光装置により形成されたパターンが、全く歪のない
ものであれば、マーク８の位置を基準に、ビーム描画を
行うことができる。

【００１７】すなわち、図４に示すように、ウエハ１上
には、下地となる図３の光露光装置で露光されたチップ
３のパターン層が形成されており、この層には、予め、
次の層の描画の合わせに用いる合わせマーク８としての
マーク２が、チップ３の４隅に配置されて露光されてお
り、電子ビーム描画装置では、これら４つのマーク位置
を電子ビーム走査して検出することにより、チップ３の
ウエハ１上の位置を確認し、所定のパターンをビーム描
画する。しかし、上述したように、図３の光露光装置に
より形成されたウエハ１上のパターンは、図５に示すよ
うな歪がある。

【００１８】このような歪を補正するために、本例の電
子ビーム描画装置では、まず、上述の特開昭６２−１４
９１２７号公報に記載の技術を用い、例えば、同一の光
露光装置でパターンを転写する２０〜１００枚のウェハ
の製造ロット単位で、各ウェハに共通な歪の形状を予め
測定し、これとマーク８の検出で求められた位置の情報
を基に描画位置を補正する。すなわち、図６に示すよう
な一定のピッチで格子状に歪測定用マーク８ａが並んだ
パターンのマスク６ａ（基準マスク）を、各ロットの先
頭ウェハとして用い、この図６に示すパターンのマスク
６ａを図３の光露光装置で投影してウエハ上に転写す
る。そして、このウエハ上に形成された各歪測定用マー
ク８ａの位置を、本例では、電子ビーム描画装置で測定
し、当該ロットのウェハに共通な歪の形状を自動的に求
め、さらに、この歪みの形状に基づき、各ロット毎に、
ウェハ１に対する電子ビーム９による描画位置を補正す
る。

【００１９】本例では、このような基準パターンのマー
ク測定位置から歪以外の非直交成分を除去して作製した
歪補正用データを、ロット毎に求めて、メモリ１３に格
納する。このように、本例の半導体製造システムでは、
図３の光露光装置によるパターン歪を、ロット単位で、
かつ、各ロットに含まれた基準マスクを用いて、電子ビ
ーム描画装置で自動的に検出、測定し、補正することが
できるので、半導体製造工程において、従来のような各
光露光装置毎の作業者による管理が不要となる。しか
し、この補正だけでは、まだ十分な合わせ精度は得られ
ない。すなわち、図３の光露光装置における露光の繰返
しによる縮小レンズ７の特性変動に起因するパターン歪
に対応する必要がある。

【００２０】このような露光により発生するパターン歪
に対処するために、本例の電子ビーム描画装置では、図
３の光露光装置における露光の繰返し毎のパターン形状
の変化量を予め求めておき、メモリ１３に格納してお
く。本例では、さらに、図７に示すように、その変化量
を露光のエネルギ別に求め、メモリ１３に格納してお
く。尚、この図７は、光露光装置の露光エネルギーと下
地の歪量の相関関係を示す説明図であり、この相関関係
は、予め光露光装置（ステッパ）毎に複数枚基準パター
ンを露光して、その時の露光エネルギと歪量の変化を測
定することによって求める。

【００２１】図２において、電子ビーム描画装置は、メ
モリ１３に格納したそれぞれのパターン歪補正情報を、
制御計算機１２によって分析し、新たな補正情報を算出
する。例えば、露光毎に異なるパターン歪補正情報で、
ロット単位で共通なパターン歪補正情報を、露光毎に更
新して、描画位置補正回路１４に転送する。描画位置補
正回路１４では、下地の歪に合うように描画パターンを
補正する量を、電子ビームの偏向量として演算する。そ
して、これに基づいて偏向制御回路１５では、偏向器１
６を制御し、電子ビーム９を偏向してウエハ１上に照射
し描画を行う。

【００２２】以上に述べた手順で一つのロットを処理す
る。他のロットに対しても、その都度一番先頭のウエハ
１に露光された基準パターンを用いて図３の光露光装置
のもつロット単位の共通な歪量を測定し、さらに、その
補正データを、露光の度に、予め求めておいた露光の繰
返しにより発生する歪量で更新する。このような、図３
の光露光装置と図２の電子ビーム描画装置からなる半導
体製造システムによる半導体製造方法を、図１に基づき
説明する。図１に示す例は、前半部分が、光露光装置を
用いてパターンを転写する工程を示し、後半部分が、電
子ビーム描画装置を用いる工程を示している。

【００２３】まず、前半の工程では、転写すべき製品の
パターンの他に、図６に示す基準パターンを露光できる
ように基準パターンの描かれたマスクを光露光装置のマ
スク交換室にセットしておく。半導体製造工程において
は、通常、２０〜１００枚程度のウエハを一つの単位の
ロットとし、次の工程へと運ぶ。ウエハはロット毎に同
一のプロセスで処理するため、同一ロット内のウエハの
パターンは、同一の光露光装置を用いて露光される。本
例の半導体製造方法では、ロットの先頭のウエハに、歪
測定用の基準パターンを露光して転写し（ステップ１０
１）、その他のウエハに製品パターンを露光して転写す
る（ステップ１０２，１０３）。

【００２４】ウエハはロット単位で現像、エッチング、
成膜等のプロセスを経た後（ステップ１０４）、電子ビ
ーム描画装置を用いる後半の工程に送られる。この工程
では、光露光装置で露光したパターンの下地層に相対位
置を合わせて次の層のパターンを描画する。すなわち、
各ロットの先頭のウエハには光露光装置で基準パターン
が露光されている。まず、このウエハを電子ビーム描画
装置にセットし、形成されている歪測定用マークの位置
を測定する（ステップ１０５）。この測定データを基に
歪に合わせた描画位置の補正データを自動的に作成し、
電子ビーム描画装置のメモリに記憶させる（ステップ１
０６）。ロットの２枚目のウエハでは、下地の合わせマ
ークを検出し、ウエハ上の下地の位置を確認し、検出し
た下地の位置と、先に行った１枚目のウエハの歪測定に
基づく描画位置補正量から電子ビームの偏向量を計算
し、下地の歪に合わせた描画を行う（ステップ１０
７）。

【００２５】ロットの３枚目のウエハの光露光装置で露
光された下地のパターンは、既に２枚目の露光が行われ
た後であるため、この露光により光露光装置のレンズが
変形し、歪量も変化している。そこで２枚目の露光時に
レンズに与えられたエネルギーをパターン密度と照射量
から計算し、図７で示すような既に調べてあるエネルギ
ーと下地の歪量の関係から、当該する歪の変化量を求
め、補正データに重畳して歪補正データを再設定する
（ステップ１０８）。このデータを基に３枚目のウエハ
の下地パターンに対して同様に合わせ描画する（ステッ
プ１０７）。以下順次、歪の補正量を変化させて再設定
し、合わせ描画する（ステップ１０７〜１０９）。尚、
このような補正量の再設定は、下地の露光毎（同一ウェ
ハ上の複数のチップパターン毎）に行うものであっても
良いし、各ウエハ毎に行うものであっても良い。

【００２６】このような手順による半導体デバイスの製
造工程を、次の図８〜図１１を用いて説明する。図８
は、本発明の半導体製造方法による半導体デバイスの製
造工程の一部を示す説明図である。半導体デバイスの製
造工程では、まず、図８（ａ）に示すように、図３の光
露光装置により、アルミニウム配線１９を露光して形成
し、この配線層に合わせて、図２の電子ビーム描画装置
でスルーホール２０を形成する。このスルーホール層の
パターンを形成する工程に電子ビーム描画装置を用いる
のは、この層は孤立したホールパターンが並ぶため、光
露光装置による露光では、位相シフト技術の適用が難し
く、パターンが十分に解像しないためである。

【００２７】図８（ｂ）〜（ｄ）は、これらの工程での
断面図を示している。図８（ｂ）では、基板２１上に図
３の光露光装置によってアルミニウム配線１９が形成さ
れた状態を示している。次に、図８（ｃ）で示すよう
に、これらの基板２１および配線１９の上に層間絶縁膜
２２を形成し、その上にレジスト２３を塗布し、これに
対してスルーホール（２０）のパターンを、図２の電子
ビーム描画装置で電子ビーム描画して、現像し、現像し
たレジストをマスクとしてエッチングを行う。この後、
図８（ｄ）に示すように、レジストを剥離し、次の層の
配線材料であるアルミニウム２４を蒸着する。この図８
（ｄ）に示すように、下のアルミニウム配線１９と上の
アルミニウム配線２４が、図８（ａ）に示すスルーホー
ル２０の部分で接続される。

【００２８】これら図８（ａ）〜（ｄ）で示した各工程
においては、パターンのスルーホール２０とアルミニウ
ム配線１９の位置関係を精度良く合わせて描画すること
が重要である。本例では、まず、予め、使用する光露光
装置のもつ露光により発生するレンズ歪量を、照射エネ
ルギー別に調べておく。この手順を以下に説明する。歪
を測定するために、図６に示す歪測定用マーク８ａを含
む基準パターンを有するマスク６ａを露光する。続いて
５枚のウエハに製品のパターンを露光し、次のウエハに
は、再度、マスク６ａの基準パターンを露光する。以下
同様に、５枚露光する毎に基準パターンを露光する。こ
れらの基準パターンを現像し、歪測定用のマークの位置
を測定する。

【００２９】図９は、露光でレンズに与えたエネルギー
量と歪測定用のマークの位置の変化量との関連を示す説
明図である。本図９では、縦軸に複数ある歪測定用のマ
ークの内のひとつの歪測定用のマークの位置の変化量
を、横軸に露光でレンズに与えたエネルギー量をプロッ
トしている。尚、レンズに与えたエネルギー量は、マス
クを透過するパターンの密度と、照射時間と、単位時間
あたりの照射エネルギーの積で求める。そして、プロッ
トしたデータから照射エネルギーとレンズ歪の変化量の
関係を近似して求め、図２の電子ビーム描画装置の制御
計算機１２内のメモリ１３に格納しておく。

【００３０】製造工程においては、ロットの最初の１枚
のウエハに、光露光装置の持つ歪を調べるため、図６に
示す歪測定用マーク８ａを含む基準パターンのマスク６
ａを露光する。本例では、露光は、図１０に示すよう
に、ウエハ１中心の近傍の５つのチップ３を露光する。
歪測定用マーク８ａは、本例では２mm間隔で均等に並ん
でおり、この時の露光に用いたマスクのパターンには、
０．０２μｍ以下の十分な位置精度が得られている。ロ
ットの残りの２枚目以降のウエハには製品パターンを露
光してあり、これらのウエハをロットを単位として次の
工程（電子ビーム描画）へと運ぶ。以下のロットについ
ても同様に処理する。従って、光露光装置を用いる工程
以降の工程で処理されるロットは全て、先頭に基準パタ
ーン、残りには製品パターンを含むウエハで構成されて
いる。

【００３１】次の数工程では、露光されたウエハ１を現
像し、レジストをマスクとしてエッチングしてアルミニ
ウムのパターンを形成し、この上に層間絶縁膜を形成す
る。このような工程を経た後、絶縁膜の下のアルミニウ
ム配線と次の層のアルミニウム配線との導通をとるため
のホール層のパターンを電子ビームで描画する。この工
程においては、まずロットの１枚目に形成されている歪
測定用マークを検出し、内部メモリ（１３）に歪情報を
格納する。尚、本例では、測定精度を上げるために、図
１０に示す歪測定用チップ３内の歪測定用マーク８ａの
位置を５つのチップ３の全てに対して測定し、これらの
測定データの平均を求め、さらに最小二乗法で多項式近
似して、歪データとする。

【００３２】このようにして測定して得られた歪データ
を図１１に示す。本例での測定によれば最大で５０nmの
歪があった。この歪データは、図２の電子ビーム描画装
置のメモリ１３に格納する。２枚目のウエハについて
は、下地の位置を合わせマーク検出で確認して、電子ビ
ームによる描画位置を求め、さらに、メモリに格納され
ている歪データを基に描画位置を補正し、描画を行う。

【００３３】３枚目のウエハの光露光装置で露光された
パターンは、既に２枚目ウェハに対するの露光が行われ
た後であるため、図３の光露光装置の縮小レンズ７が変
形しており、その歪量も変化している。そこで、２枚目
の露光時にレンズに与えられたエネルギーをパターン密
度と照射量から計算し、既に調べてある図７に示す露光
エネルギーと下地のパターンの歪量の関係から、歪の変
化量を求め、ロットの先頭ウェハで求めた補正データに
重畳して歪補正データを再設定する。このようにして設
定された歪補正データを基に合わせ描画を行う。

【００３４】３枚目以降のウエハに対しても、同様に、
下地の歪の変形量をその都度計算して重畳し、歪補正デ
ータを再設定する。このような製造方法を適用すること
により、図２の電子ビーム描画装置の制御計算機１２
に、基準パターンを有するウエハがある位置を設定すれ
ば、自動的に歪を測定し、メモリ１３に設定するので、
下地の転写に用いた複数の光露光装置（ステッパ）毎の
識別管理情報は必要なく、歪データの管理が容易であ
る。このような本発明の半導体製造方法を適用した結
果、従来は、ゲート層とコンタクトホール層の層間合わ
せ精度は１００nm以上になる場合が発生していたのに対
し、ロット毎に歪情報を取得し描画する本例の技術によ
れば、常に、５０nm以下の層間合わせ精度が得られ、歩
留まりの高い半導体集積回路の製造が可能となった。

【００３５】以上、図１〜図１１を用いて説明したよう
に、本実施例の半導体製造方法およびそれを用いた半導
体製造システムでは、製造ロットの先頭ウェハのパター
ンの歪を電子ビーム描画装置で検出することにより、光
露光装置毎の、および、光露光装置の設置環境の変化等
に起因するパターン歪を自動的に測定することができ
る。さらに、各光露光装置の露光エネルギによるレンズ
の特性変化に起因するパターン歪量を予め求めておき、
これらの歪情報を重畳することにより、半導体集積回路
の製造工程における各工程間での合わせ精度を高めるこ
とができる。

【００３６】尚、本発明は、図１〜図１１を用いて説明
した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々変更可能である。例えば、実施
例では、各ロットの先頭に基準ウエハを設けたが、基準
ウエハの割合は１ロット毎でも複数ロット毎でも良い。
また、必ずしもロットの先頭である必要はなく、適宜電
子ビーム描画装置に基準パターンを含むウエハの位置を
指定すれば良い。

【００３７】また、本例では、露光により発生する歪の
変化量は、全て、予め調べておいて、最初の１枚の歪結
果から予想して、歪の補正値を設定しているが、光露光
装置において、ロットの最初と最後に歪測定用パターン
を配置し、電子ビーム描画装置で、まず、その２枚のみ
を予め計測し、それらの計測結果から変化量を算出し、
この算出した変化量に基づき、最初と最後の歪測定用パ
ターン間の各ウエハの製品パターンの持つ歪を補正して
も良い。また、露光による歪の変化量は、光露光装置に
よっては無視できる程度に微小量の場合があり、この場
合には、ロット先頭で測定して得られた歪補正データを
変化させずにそのまま全てのウエハに適用しても良い。
この場合にも、電子ビーム描画装置において、複数の光
露光装置毎の歪を自動的に測定して補正データを生成す
ることができるので、高精度な半導体集積回路の製造を
効率良く行うことができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、半導体集積回路の製造
工程における光露光装置の露光の繰返しに伴い変化する
パターン形状の歪に合わせて、次段の電子ビーム描画装
置等による描画を補正して行うことが可能となり、光露
光装置と電子ビーム描画装置等のミックスアンドマッチ
での使用における合わせ描画を高精度化することが可能
となると共に、製造ロット毎に、その先頭等に歪を測定
するための基準パターンが配置することで、自動的な歪
補正制御が可能となり、各光露光装置毎の人手による歪
のデータ管理作業が不要となり、製造工程の効率化を図
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造方法の本発明に係る処理手
順の一例を示すフローチャートである。

【図２】本発明の半導体製造システムを構成する電子ビ
ーム描画装置の一構成例を示すブロック図である。

【図３】本発明の半導体製造システムを構成する光露光
装置の一構成例を示すブロック図である。

【図４】図３における光露光装置でパターン形成された
ウェハの構成例を示す説明図である。

【図５】図３における光露光装置で形成されたパターン
形状の歪状態例を示す説明図である。

【図６】本発明の半導体製造システムでパターン形状の
歪補正に用いる基準パターンの一構成例を示す説明図で
ある。

【図７】図３の光露光装置における露光エネルギーと下
地の歪量の相関関係を示す説明図である。

【図８】本発明の半導体製造方法による半導体デバイス
の製造工程の一部を示す説明図である。

【図９】露光でレンズに与えたエネルギー量と歪測定用
のマークの位置の変化量との関連を示す説明図である。

【図１０】光露光装置の歪を調べるための歪測定用のマ
ークを含む基準パターンを有するマスクの構成例を示す
説明図である。

【図１１】図２の電子ビーム描画装置で得られた歪デー
タの例を示す説明図である。

【符号の説明】

１：ウエハ、２：マーク、３：チップ、４：光源、５：
レンズ、６，６ａ：マスク、７：縮小レンズ、８：マー
ク、８ａ：歪測定用マーク、９：電子ビーム、１０：検
出器、１１：信号処理回路、１２：制御計算機、１３：
メモリ、１４：描画位置補正回路、１５：偏向制御回
路、１６：偏向器、１７：ステージ、１８：ステージ制
御回路、１９：アルミニウム配線、２０：スルーホー
ル、２１：基板、２２：層間絶縁膜、２３：レジスト、
２４：アルミニウム配線。

フロントページの続き (72)発明者北條穣茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体集積回路の異なるパターン層をそ
れぞれ異なる露光装置を用いて形成して、上記半導体集
積回路を製造する半導体製造方法において、第１の露光
装置の露光の繰返しによって生じるパターン形状の変化
を予め求めておき、次段の第２の露光装置による次のパ
ターン層の形成時、形成するパターンの形状を、上記予
め求めたパターン形状の変化に基づき露光毎に補正する
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の半導体製造方法におい
て、予め位置が既知の複数のマークからなる基準パター
ンを有する試料を上記第１の露光装置により露光し、該
露光により形成された上記基準パターンの各マーク位置
と上記既知のマーク位置を比較して上記基準パターンの
歪を求め、該基準パターンの歪の上記第１の露光装置の
露光繰返しによる変化を、上記パターン形状の変化とし
て求めることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】請求項１、もしくは、請求項２のいずれ
かに記載の半導体製造方法において、上記第１の露光装
置による露光のエネルギを変化させ、該エネルギの変化
毎に、上記第１の露光装置の露光繰返しによって生じる
上記パターン形状の変化を予め求めておき、上記第２の
露光装置による露光のエネルギに対応する上記予め求め
たパターン形状の変化に基づき、上記第２の露光装置で
形成するパターン形状の補正を行なうことを特徴とする
半導体製造方法。
【請求項４】請求項３に記載の半導体製造方法におい
て、上記露光のエネルギを、上記第１，第２の露光装置
で形成するパターンの密度と該パターンに対する上記第
１，第２の露光装置の露光の照射量とから求めることを
特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の半導体製造方法において、上記第１，第２の露光装置
によりパターン層が形成される同一のウェハ内に複数配
置されているパターン毎に、上記パターン形状の変化に
基づく上記第２の露光装置により形成するパターンの形
状の補正を行うことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項６】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の半導体製造方法において、上記第１，第２の露光装置
によりパターン層が形成される各ウェハ毎に、上記パタ
ーン形状の変化に基づく上記第２の露光装置により形成
するパターンの形状の補正を行うことを特徴とする半導
体製造方法。
【請求項７】請求項１から請求項６のいずれかに記載
の半導体製造方法において、上記第１の露光装置を光投
影露光装置とし、上記第２の露光装置を電子ビーム描画
装置とし、該電子ビーム描画装置では、上記光投影露光
装置で形成したウェハ上のパターンの下地層に相対位置
を合わせて所定のパターンを描画する際、該描画するパ
ターン形状を、上記予め求めておいた上記光投影露光装
置の露光繰返しによって生じるパターン形状の変化に基
づき補正することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項８】請求項７に記載の半導体製造方法におい
て、上記半導体集積回路の製造工程で、上記光投影露光
装置により、予め位置が既知の複数のマークからなる基
準パターンを有する試料をウェハ上に露光し、上記電子
ビーム描画装置により、上記ウェハ上の上記基準パター
ンの各マーク位置を検出し、上記既知のマーク位置を比
較して、上記光投影露光装置による上記基準パターンに
対する歪を測定し、該測定したパターンの歪を、上記予
め求めておいた上記光投影露光装置の露光繰返しによっ
て生じるパターン形状の変化と共に、上記描画するパタ
ーン形状の補正に用いることを特徴とする半導体製造方
法。
【請求項９】請求項８に記載の半導体製造方法におい
て、上記試料は、請求項４に記載の試料と同じかなり、
かつ、上記基準パターンは、上記予め位置が既知の複数
のマークを格子状に並べてなることを特徴とする半導体
製造方法。
【請求項１０】請求項８、もしくは、請求項９のいず
れかに記載の半導体製造方法において、上記電子ビーム
描画装置は、上記製造工程で測定した上記光投影露光装
置による上記基準パターンに対する歪を、露光の繰返し
毎に、上記予め求めておいた上記光投影露光装置の露光
繰返しによって生じるパターン形状の変化で更新して、
上記描画するパターン形状の補正を行うことを特徴とす
る半導体製造方法。
【請求項１１】請求項８から請求項１０のいずれかに
記載の半導体製造方法において、複数枚のウェハをロッ
トとした上記光投影露光装置によるパターン形成時、上
記基準パターンを各ロットの先頭ウェハに形成し、上記
ビーム描画装置では、上記先頭ウェハから上記基準パタ
ーンに対する歪量を求め、該求めた歪量に基づき、各ロ
ット毎の各ウェハに共通な補正値を求め、該求めた補正
値を、各ウェハに対する露光毎に、上記予め求めておい
た上記光投影露光装置の露光繰返しによって生じるパタ
ーン形状の変化に基づき更新し、同一ロットの各ウェハ
に対する上記パターン形状の補正を、それぞれ、上記光
投影露光装置の露光によって生じるパターン形状の変化
分だけ異なる補正値で行うことを特徴とする半導体製造
方法。
【請求項１２】半導体集積回路の異なるパターン層を
それぞれ異なる露光装置を用いて形成して、上記半導体
集積回路を製造する半導体製造システムであって、請求
項１から請求項１１のいずれかに記載の半導体製造方法
により予め求めた上記第１の露光装置の露光によって生
じるパターン形状の変化を記憶しておく記憶手段と、上
記第１の露光装置でパターンが形成されたパターン層と
異なるパターン層に所定のパターンを形成する際に、上
記記憶手段に記憶したパターン形状の変化に基づき、形
成する上記所定のパターンの形状を補正する手段とを第
２の露光装置に設け、該第２の露光装置で形成する上記
所定のパターンの形状を、請求項１から請求項１１のい
ずれかに記載の半導体製造方法により補正して、上記半
導体集積回路を製造することを特徴とする半導体製造シ
ステム。
【請求項１３】請求項１から請求項１１のいずれかに
記載の半導体製造方法、もしくは、請求項１２に記載の
半導体製造システムにより製造された半導体集積回路か
らなることを特徴とする半導体デバイス。