パターンレイヤ間の位置合わせ方法、位置合わせ処理装置、および半導体装置の製造方法
【課題】 積層される複数のパターンレイヤ間で、直接合わせのみならず、間接合わせに対しても高精度の位置合わせを可能にする。
【解決手段】 複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法において、所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、このパイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査する。現在のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もる。現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、見積もった下層の位置ずれ関係とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する。位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、本体ロットで現在のパターンレイヤの露光を行う。
【解決手段】 複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法において、所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、このパイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査する。現在のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もる。現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、見積もった下層の位置ずれ関係とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する。位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、本体ロットで現在のパターンレイヤの露光を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスで用いる縮小投影露光装置の位置合わせ技術に関し、特に、半導体デバイスを構成する多数のパターンレイヤ間の平面方向の相対的な位置ずれを調整する位置合わせ方法と、位置合わせ処理装置、およびこのような位置合わせ方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置のレイヤ間のパターン位置合わせにおいて、下層にある親層のアライメントマークに、今回露光される層（子層）を直接合わせることによって位置合わせを管理している。直接合わせ方法では、親層のアライメントマークに対する子層のマークのずれ（並進ずれ成分、回転ずれ成分など）が最小になるように抑制することで、位置合わせ精度を保証している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１は、従来の位置合わせ方法を示すフローチャートである。まず、あるロットにおいて、パイロットウェーハを抜き取って露光し（Ｓ１００１）、このパイロットウェーハをロットの代表として位置ずれ検査を行う（Ｓ１００３）。位置ずれ結果から位置ずれ補正係数を算出し（Ｓ１００５）、その補正係数を露光装置（ステッパ）に入力して本体ロットの処理を行う（Ｓ１００７）。位置ずれ補正係数は、ショットごとの変動量（ずれ量）の平均値などから今回の補正値を予測することによって求める（たとえば、特許文献２および３参照）。
【０００４】
その後、本体ロットで抜き取り検査により位置ずれを検査して（Ｓ１００９）、本体ロットでの位置ずれ量を算出し（Ｓ１０１１）、算出した位置ずれ量が規格内に収まっているかどうかを判断する（Ｓ１０１３）。判断の結果、規格外であれば（Ｓ１０１３でＮＧ）、その位置ずれ量に基づいて再度位置ずれ補正係数を算出し（Ｓ１０１５）、新たに求めた補正係数を用いて本体ロットの処理をする（Ｓ１００７へ戻る）。位置ずれ量が規格管理以内に収まっていれば（Ｓ１０１３でＯＫ）、後続工程に払い出しする（Ｓ１０１７）。
【０００５】
図２は、一般的な位置合わせ系列における位置ずれ管理を示す図である。長方形の枠で囲んだパターンレイヤが親層であり、枠なしが親層に合わせるべき子層を示す。図２の例では、最下層のＩＳＯ層に対して、II-１、II-２、ＡＰＤ、Ｐ１Ｌの各層を位置合わせの規格内に合わせ込む。次に、Ｐ１Ｌを親層として、このＰ１Ｌに対して上層のＣＶ１、ＣＶ２、ＮＡの各層を規格内に合わせ込む。順次、下層にある親層のアライメントマークに対して子層のアライメントマークを合わせ込むことによって、全層の位置合わせを保証している。
【特許文献１】特開平２−８１４１９号公報
【特許文献２】特開平１０−１９９７８４号公報
【特許文献３】特開２０００−８１７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図２に示す管理方法では、次のような問題を生じる。たとえば、ＩＳＯとII-１の間に位置ずれ成分が生じていても、それが規格内に収まっていればそのまま本体ロットで処理される。その後、次の層であるII-２をＩＳＯに対して位置合わせし、規格内に追い込む。このとき、II-１とII-２の位置ずれ関係は考慮されないので、あくまでもＩＳＯに対する各層の位置ずれが規格内であれば、本体ロットで処理される。
【０００７】
図３は、上述した問題点をより具体的に示す図である。図３（ａ）の例では、ＩＳＯに対するII-１層の並進ずれが−０．０７で、３σの値が０．０９μｍと規格内にあり、II-１層はそのまま本体ロット処理される。その後、II-２層では、ＩＳＯに対して並進ずれが＋０．０５，３σが０．０９μｍで同じく規格内にあり、そのまま本体ロット処理される。この場合、ＩＳＯとの関係では位置ずれに問題はないが、II-１とII-２の関係をみた場合、図３（ｂ）に示すように、規格外となる可能性がある。点線のサークルで示すように、観測されたII-１層のマーク位置Ｃ１の３σと、II-２層のマーク位置Ｃ２の３σの被り量に対して、マージンが幾分大きく設定されているが、ＩＳＯに対して互いに反対方向に位置ずれ成分を有する場合、規格外のポイントが存在する可能性が高い。ＣＶ１、ＣＶ２、ＮＡの間にも同様の問題が生じる。
【０００８】
図４は、より複雑な位置合わせの問題点を説明する図である。たとえば、３つの異なる層間にコンタクト層を一括で落とす場合、３番目の層は、下方の２つの層のいずれに対してもマージンを持たせて位置合わせされる必要がある。しかし従来の位置合わせ方法では、図４（ａ）に示すように、ＩＳＯに対してＰ１Ｌの並進ずれ成分が＋０．０６、３σの値が０．１０μｍで規格内であり、そのまま本体ロットの処理がされる。その後、ＮＡ層では、Ｐ１Ｌに対して並進ずれが＋０．０５、３σが０．０９μｍであり、同じく規格内としてそのままロット処理される。この場合、図４（ｂ）に示すようにＮＡとＩＳＯの関係に着目すると、ＮＡ層のマーク位置Ｃ２が、破線で示すコンタクトマージンの外にあり、コンタクト不良が発生する可能性がある。
【０００９】
さらに、図５に示すように、間に親層がいくつも挿入された状態で３層以上にわたってコンタクトホールを形成する際に、間の親層Ｐ１Ｌ、P２Ｌがそれぞれ同じ方向へずれたときに、上層のＮＡと、下層のＩＳＯが適正にコンタクトできなくなる可能性が高い。
【００１０】
図４および図５の例は、直接合わせによる位置ずれ管理において、間接合わせで考えた場合に、必ずしも親層に対する上層の並進ずれをゼロに抑えることが良いとは限らないことを示している。たとえば、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層をそれぞれ位置合わせするときに、
（１）Ｂ層はＡ層に対して、並進ずれがプラス方向に生じていたが、位置ずれは規格内に収まっていたため、そのままロット処理された。
（２）Ｃ層はＢ層に対して直接合わせされ、本体ロットを測定した結果、並進ずれがプラス方向に生じていたが、位置ずれは規格内に収まっていたため、そのまま処理された。
（３）Ａ層とＢ層、Ｂ層とＣ層の間の直接合わせに関しては、いずれも位置ずれ規格内に収束しているため問題ないが、直接合わせることのできないＡ層とＣ層の位置ずれ関係を見た場合、大きく並進ずれが生じる。
【００１１】
通常、位置合わせ余裕度は大きめにとってあるが、間接合わせが多くなると並進ずれがさらに大きくなり、バラツキ成分も加味すると、間接合わせでは規格外になるという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明は、直接基準マークに合わせることによって位置ずれ検査が可能な直接合わせ（主位置合わせ）と、位置ずれ検査が不可能な間接合わせ（副位置合わせ）の双方の余裕度が最大となるように、積層全体としてバランスよく位置合わせのできる、パターンレイヤ間の位置合わせ手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面では、複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法を提供する。この位置合わせ方法では、
（ａ）所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、このパイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査する。
（ｂ）現在のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もる。
（ｃ）現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、見積もった下層の位置ずれ関係とに基づき、位置ずれ補正係数を算出する。
（ｄ）求めた位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、ロットで現在のパターンレイヤの露光を行う。
【００１４】
たとえば、下から順にＡ層、Ｂ層、Ｃ層があり、Ｂ層はＡ層の基準マークに位置合わせし、Ｃ層はＢ層の基準マークに位置合わせする。Ａ層とＢ層との間にはプラス方向への並進ずれ成分が存在する。このとき、Ｃ層の位置合わせにおいて、Ｂ層に対する位置ずれだけではなく、Ａ層とＢ層との間の位置ずれ関係も考慮して、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層全体が位置合わせ基準を満足するように位置ズレ補正をかける。すなわち、Ｃ層において、Ｂ層に対する直接合わせのみならず、Ａ層に対する間接合わせも考慮して位置ずれを補正する。
【００１５】
これを実現するために、上述した方法において、ロットごとに下層の（Ａ層、Ｂ層）のすべての位置ずれ成分を、ホストでデータ管理し、ロットがＣ層の処理に入ったとき、ホストから下層の位置ズレ履歴データを読み出す。そして、下層（Ａ層とＢ層）の位置ずれ関係を考慮して、Ｃ層の位置ズレ量に補正をかける。パターンレイヤを３層以上に積層する場合も、現在処理対象であるパターンレイヤより下層にある層の位置ずれ関係を考慮した上で位置合わせを行う。
【００１６】
好ましくは、位置合わせの重要な部分には重み付け設定を行って、位置合わせを補正する。すなわち、現在のパターンレイヤよりも下層にある各層の位置合わせの重要度を考慮して、位置ずれ補正係数を算出する。
【００１７】
より具体的には、半導体装置を構成する複数のパターンレイヤの各々について、他の層に対する位置合わせの重要度を記述したテーブルをあらかじめ格納し、このテーブルを参照して、現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき１以上の層を選択して位置ずれ補正係数を算出する。
【００１８】
このようなテーブルと下層の位置ずれ関係とから、現在のパターンレイヤをどの層に対して最適に合わせ込むべきかを判断できる。
【００１９】
上述した位置合わせ方法では、直接合わせのみならず、間接合わせに関しても高精度に位置合わせが可能となる。また、親層ばかりでなく、子層と子層の位置ずれも高精度に補正できる。
【００２０】
さらに、過去の履歴と、間接的な層間の位置関係も把握できるため、歩留りの不良を解析する際に、位置ずれが起因となっているかを容易に判断できる。
【００２１】
本発明の第２の側面では、ウェーハ上にマスクパターンを露光する露光装置と、前記ウェーハ上の基準パターンに対する前記マスクパターンの位置ずれを検査する位置合わせ測定装置とに接続されて、位置ずれを補正する位置合わせ処理装置を提供する。この処理装置は、
（ａ）ウェーハ上に順次形成される複数のパターンレイヤの位置ずれ関連情報を格納するデータベースと、
（ｂ）位置合わせ測定装置による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、データベースを参照して、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出す履歴データ参照部と、
（ｃ）履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もり、下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する位置ずれ補正係数算出部と
を備える。
【００２２】
このような位置合わせ処理装置を用いることにより、半導体装置を構成する複数のパターンレイヤ全体として高精度の位置合わせが可能になる。
【００２３】
本発明の第３の側面では、上述した位置合わせ方法を用いた半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置の製造方法では、
（ａ）所定のロットに含まれる任意の半導体基板を露光装置に設置する。
（ｂ）露光装置で今回露光されるマスクパターンに関して、半導体基板上の基準パターンに対する位置ずれを測定する。
（ｃ）現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もる。
（ｄ）見積もった下層の位置ずれ関係と、位置ずれ測定結果とから、位置ずれ補正係数を算出する。
（ｅ）求めた位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、ロット内の残りの半導体基板に現在のマスクパターンを露光する。
（ｆ）露光されたマスクパターンに基づいて、半導体基板上にパターンレイヤを形成する。
【００２４】
このような半導体装置の製造方法では、幾層にも重なり合う半導体装置のパターンレイヤが全体として精度よく位置合わせされ、コンタクト面積の減少や短絡を防止して、半導体装置の動作の安定が保証される。
【発明の効果】
【００２５】
以上述べたように、本発明によれば、直接合わせのみならず、間接合わせに対しても高精度の位置合わせが可能となり、パターンレイヤの全体としての重ね合わせ精度が向上する。
【００２６】
これにより、半導体装置の歩留まり向上、デバイス特性の安定化、コンタクト抵抗の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図６は、本発明の第１実施形態に係るパターンレイヤ間の位置合わせ方法のフローチャートである。まず、あるロット（たとえば製品群ＡについてのロットＡ）についてパイロットウェーハを取得して（Ｓ１０１）、所定の露光領域で今回のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ量を検査する（Ｓ１０２）。これは、下層の親層に形成されているアライメントマークあるいはパターンを基準パターンとし、この基準パターンに対する今回露光するマスク(レチクル)パターンのずれ量を測定することによって行われる。次に、検査結果に基づいて位置ずれ補正係数ａ１を算出し（Ｓ１０３）、算出した補正係数ａ１を、ロットＡの現在のパターンレイヤの位置ずれ補正データとして、ホストへ転送する（Ｓ１０４）。
【００２９】
補正係数ａ１の算出については、たとえば過去の各ショットの変動量から今回の変動量を予測して補正値を導くなど、位置ずれ補正の公知の手法を用いることができるので、ここではその詳細を省略する。
【００３０】
ホストは転送されたデータを、ロットＡの履歴データの中に取り込むとともに、このロット情報から、ロットＡにおける下層のすべての位置ずれ結果を示すデータの履歴を読み出す（Ｓ１０５）。データ履歴には、ロット番号、製品番号（ウェーハ番号）、パイロットウェーハにおける各層の位置ずれ量、これに対する補正係数ａ１、本体ロットの各層の位置ずれ量などが含まれる。
【００３１】
たとえば、図７（ａ）の例に示すように、本体ロットでＩＳＯ、II-１、II-２と順次露光してきて、現在パイロットウェーハで処理対象とするレイヤがＰ１Ｌである場合を考える。一例として、ＩＳＯは素子分離層のパターンレイヤ、II-１およびII-２は、イオン打ち込みによるウエル拡散層のパターンレイヤ、Ｐ１Ｙはポリシリコンゲートのパターンレイヤとする。ホストは、II-１、II-２の各層のＩＳＯに対する位置ずれデータを読み出し、読み出した下層の位置ずれ履歴から、位置合わせ系列におけるこれらの下層の位置ずれの傾向を見積もる（Ｓ１０６）。そして、現在のパターンレイヤ（Ｐ１Ｙ）を合わせるべき下層（II-１およびII-２）を選択し、かつ、親層（ＩＳＯ）に対する現在のパターンレイヤ（Ｐ１Ｙ）の位置ずれ結果を用いて、再度、Ｐ１Ｙの位置ずれ補正係数ａ２を算出する（Ｓ１０７）。
【００３２】
図７の例では、II-１とII-２のＸ方向への位置ずれは対称であるが、Ｙ方向ではともにプラス方向にシフトしている。パイロットウェーハでのＰ１Ｌの位置ずれ測定値は、Ｘ方向にゼロ（０）、Ｙ方向にゼロ（０）であり、従来のように親層であるＩＳＯとの関係だけをみれば、先に求めた補正係数ａ１だけで足りることになる。しかし、間に存在するII-１、II-２との関係を考慮するなら、図７（ｂ）に示すように、Ｐ１Ｙの露光位置を、II-１とII-２の側に引き付けたほうが、全体としての位置合わせ精度が良好になる。そこで、ホストは本体ロットの下層の位置ずれ履歴に基づいて、ＩＳＯに対するＰ１Ｙの露光位置がＸ＝０，Ｙ＝０．０１５となるような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する。
【００３３】
ホストは、再算出した位置ずれ係数ａ２を露光装置に供給する（Ｓ１０８）。露光装置では、ホストから受け取った位置ずれ補正係数ａ２をジョブシーケンスの中へ読み込み（Ｓ１０９）、この値に基づいて本体ロットを処理する（Ｓ１１０）。そして、本体ロットから任意のウェーハを抜き取って、本体ロットでのＰ１Ｙの位置ずれ検査を行い（Ｓ１１１）、位置ずれ量を測定する（Ｓ１１２）。
【００３４】
測定された位置ずれ量から、本体ロットでのＰ１Ｙの位置合わせが規格内にあるか否かを判断する（Ｓ１１３）。位置ずれ量が規格外の場合は（Ｓ１１３でＮＧ）、今回用いた位置ずれ補正係数ａ２と本体ロットの位置ずれ測定値とから、再度補正係数ａ３を計算し（Ｓ１１４）、露光装置へ補正係数ａ３を返す（Ｓ１０４）。本体ロットの位置ずれ量が規格内の場合は（Ｓ１１３でＯＫ）、この本体ロット位置ずれ結果をホストの履歴データへ転送する（Ｓ１１５）。転送された位置ずれ結果は、ロット位置ずれ履歴データの一部となり（Ｓ１１６）、後続の上層パターンレイヤの補正係数ａ２を再算出するときに読み出される。こうして、ロットＡのＰ１Ｌ層については間接位置合わせにも問題がないので、後続の処理に払い出しされる（Ｓ１１７）。
【００３５】
このように、現在処理中のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もり、見積もった下層の位置ずれ関係と、現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果（第１補正係数ａ１を含む）とに基づき、位置ずれ補正係数ａ２を算出する。位置ずれ補正係数ａ２を露光装置に設定して本体ロットで露光することにより、今回のパターンレイヤに至る下層全体の位置ずれ関係を考慮した高精度の位置合わせが実現される。
【００３６】
図８は、図６の処理フローをシステム構成と動作の側面から説明するための図である。図８の例では、ロット（製品群）Ａ〜Ｚを露光処理する露光装置２０Ａ〜２０Ｈと、露光装置２０Ａ〜２０Ｈに対応して各層の位置ずれを検査する位置合わせ測定装置３０Ａ〜３０Ｈが用意される。
【００３７】
露光装置２０と位置合わせ測定装置３０は、ホスト１０に接続される。ホスト１０は、ロットＡ〜Ｚの各々に対応して全層の位置ずれ履歴データを格納するデータベース１１Ａ〜１１Ｚと、位置ずれ履歴データに基づいて下層のパターンの位置関係を考慮した適切な補正係数ａ２を再算出する演算部１５を有する。
【００３８】
このようなシステムにおいて、たとえばロットＡのパイロットウェーハを露光装置２０Ａに設置する（矢印［１］）。そして、今回のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ量と測定結果に対する位置ずれ補正係数ａ１の取得を、位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［２］）。位置合わせ補正装置３０Ａは、パイロットウェーハで現在のパターンレイヤの親層に対する位置ずれを測定し、これに応じた補正係数ａ１を取得して、露光装置２０Ａに転送する（矢印［３］）。なお、このときの補正係数ａ１は、位置合わせ測定装置３０Ａがホスト１０に問い合わせて取得するものであるが、上述したように、この部分については任意の公知の手法を用いることができるので、説明を省略する。
【００３９】
次に、露光装置２０Ａは、今回のパターンレイヤの位置ずれ量および補正係数ａ１（包括的に位置ずれ測定結果とする）を、ホスト１０のデータベース１１Ａと演算部１５に転送する（矢印［４］）。データベース１１Ａは、このデータをパイロットウェーハの位置ずれ履歴データの一部として取り込む。一方、演算部１５では、履歴データ参照部１６がデータベース１１Ａを参照して、ロットＡの過去（下層）のすべての履歴データを読み出す（矢印［５］）。位置ずれ補正係数再算出部１７では、読み出された履歴データから下層の位置ずれ関係を見積もり、下層の位置ずれ関係と、パイロットウェーハの位置ずれ測定結果（親層からの位置ずれ量および補正係数ａ１を含む）とに基づいて、位置ずれ補正係数ａ２を再算出し、これを露光装置２０Ａに転送する（矢印［６］）。
【００４０】
露光装置２０Ａでは、位置ずれ補正係数ａ２を用いて本体ロットの処理に移行し、本体ロットでの位置ずれ検査を位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［７］）。位置合わせ測定装置３０Ａは、本体ロットでの位置ずれを測定し、測定結果をホストのデータベース１１Ａと、演算部１５に転送する（矢印［８］）。データベース１１Ａは、この測定結果を本体ロットの履歴データの一部として取り込む。一方、演算部１５の本体ロット判定部１８では、測定結果から、位置ずれ量が規格内かどうかを判断し、判断結果に応じて適宜、補正係数を修正する。この部分についても、公知の手法を採用することができるので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
上述したホスト１０の動作をソフトウエアで実現する場合は、コンピュータ読み取り可能なプログラムをホスト１０にインストールすればよい。このようなプログラムは、以下の手順を備える。
（ａ）位置合わせ測定装置３０により測定された、マスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、この位置ずれ測定結果を対応するロットのデータベース１１に格納させる手順、
（ｂ）位置合わせ測定装置３０による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、演算部１５にデータベース１１を参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順、および
（ｃ）演算部１５に、履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から前記下層の位置ずれ関係を見積もらせ、見積もられた下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数ａ２を算出させる手順。
【００４２】
このように、本発明の第１実施形態によれば、親層に対する直接合わせのみならず、間に介在する子層、あるは親層よりさらに下方に位置するクリティカルレイヤとの間接的な位置合わせにおいても、高精度に位置合わせすることが可能になる。この結果、歩留まりの向上、デバイス特性の安定化、コンタクト抵抗の安定化等に寄与できる。
【００４３】
図９は、本発明の第２実施形態に係る位置合わせ処理フローを示す図である。第２実施形態では、過去の履歴データから補正係数を再算出する際に、下層のどの層を基準として位置合わせするのが最適であるかを判断する重み付け判断を行う。重み付け判断を行うために、あらかじめ、各層と位置合わせの重要度とを関連付けた管理データを、ロットごとに作成しておく。
【００４４】
図９において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６までは、第１実施形態と同様である。すなわち、たとえばロットＡについてパイロットウェーハを取得し（Ｓ１０１）、現在のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ量を検査する（Ｓ１０２）。検査結果に基づいて位置ずれ補正係数ａ１を算出し（Ｓ１０３）、算出した補正係数ａ１を、ロットＡの現在のパターンレイヤの位置ずれ補正データとして、ホストへ転送する（Ｓ１０４）。
【００４５】
ホストは、転送されたデータをロットＡの履歴データの中に取り込むとともに、このロット情報から、ロットＡにおける過去（下層）のすべての位置ずれ結果を示すデータの履歴を読み出す（Ｓ１０５）。読み出した下層の位置ずれ履歴から、位置合わせ系列におけるこれらの下層の位置ずれの傾向を見積もる（Ｓ１０６）。
【００４６】
次に、ホストは、今回のパターンレイヤを合わせるべき下層を選択する際に、重み付け判断を要するか否かを判断する（Ｓ２０１）。重み付け判断を要する場合とは、たとえば、現在の着目レイヤと親層との間に位置合わせ重要度の異なる複数のレイヤが介在し、どのレイヤとの関係を最も重視すべきかの判断を要する場合である。重み付け判断を要さない場合とは、たとえば、間に介在するレイヤの位置合わせ重要度が一律であり、現在の着目レイヤと介在レイヤとの関係を均等に考慮すればよい場合である。この判断を行うために、図１０に示す重み付けシートあるいは補正テーブルをあらかじめ作成して格納しておく。重み付け判断を要する場合は（Ｓ２０１でＹＥＳ）、重み付けの重い層との関係を基準として、位置ずれを補正する（Ｓ２０２）。
【００４７】
たとえば、ＩＳＯ，II-１，II-２，ＡＰＤと本体ロットで処理を進め、パイロットウェーハで次のＰ１Ｙ層を処理する場合を考える。II-１，II-２，ＡＰＤの各層の親層ＩＳＯに対するＸ方向およびＹ方向への位置ずれ量（ｘ,ｙ）は、それぞれ（＋０．０３，−０．０５）、（＋０．０２，＋０．０５）、（＋０．０４，−０．０７）である。一方、今回のパイロットウェーハにおいて、Ｐ１ＹのＩＳＯに対する位置ずれ量は（＋０．０５，＋０．０７）である。ここで、重み付けシート（補正テーブル）を参照すると、ＩＳＯ，II-１，II-２，ＡＰＤの間で位置合わせ重要度に差がある。すなわち、Ｐ１Ｙにとって、I-１およびII-２に対する位置合わせ重要度は中程度（○印）であるが、ＩＳＯとＡＰＤに対する位置合わせ重要度は大（◎印）である。したがって、ＩＳＯとＡＰＤの位置関係を重視して、Ｐ１Ｌの位置を合わせ込む。
【００４８】
次に、位置合わせ関係の重要度に応じて重み付け係数を設定する（Ｓ２０３）。たとえば、ＩＳＯ−ＡＰＤと、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌの間で重み付けの重さに差異がなければ、重み付け係数を１（重み付け量ゼロ）としてＡＰＤ層の位置を考慮し、パイロットウェーハでのＰ１ＬのＩＳＯに対する補正値（ＩＳＯ−Ｐ１Ｌ間の補正値）を、ＩＳＯ−ＡＰＤの中間値に合わせる。しかし、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌの重み付けのほうがＩＳＯ−ＡＰＤよりも重要である場合、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌを優先的に適合させるために、たとえば、重み付け係数を０．７〜０．８（重み付け量が２０％〜３０％）に設定する。この場合、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌの補正値は、ＩＳＯ−ＡＰＤの中間値に重み付け係数を掛け合わせたものを採用する。
【００４９】
次に、重み付け判断に基づいて、Ｐ１Ｌが下層のＡＰＤとＩＳＯに対して最も適合するような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する（Ｓ２０４）。図１０の例では、過去の履歴を参照すると、親層（Ｘ＝０、Ｙ＝０）に対するＡＰＤの平均位置がＸ＝０．０４，Ｙ＝−０．０７である。そこで、重み付け係数が１の場合は、ＩＳＯに対するＰ１Ｌの露光位置がＸ＝０．０２，Ｙ＝−０．０３５となるような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する。重み付け係数を０．８に設定した場合は、ＩＳＯに対するＰ１Ｌの露光位置が、Ｘ＝０.０２×０．８＝０．０１６、Ｙ＝−０．０３５×０．８＝−０．０２８となるような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する。
【００５０】
下層との関係を考慮せずに、パイロットウェーハの検査結果から得られた補正係数ａ１のみに基づいて位置ずれ補正を行うと、ＡＰＤとＰ１Ｌとの間の位置合わせ精度が悪くなるが、第２実施形態の方法によれば、Ｐ１Ｌにとって位置合わせ重要度の高いＡＰＤとの関係（ＡＰＤ−Ｐ１Ｌ）も考慮し、さらに、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌ間の位置合わせ重要度と、ＩＳＯ−ＡＰＤ間の位置合わせ重要度も比較考慮して、最適化した位置ずれ補正係数ａ２を算出する。
【００５１】
次に、ホストは再算出した位置ずれ補正係数ａ２を露光装置に転送する（Ｓ２０５）。露光装置はホストから位置ずれ補正係数ａ２を受け取り（Ｓ２０６）、この値に基づいて本体ロットを処理する（Ｓ２０７）。そして、本体ロットから任意のウェーハを抜き取って、本体ロットでのＰ１Ｙの位置ずれ検査を行い（Ｓ２０８）、位置ずれ量を測定する（Ｓ２０９）。測定された位置ずれ量から、本体ロットでのＰ１Ｙの位置合わせが規格内にあるか否かを判断する（Ｓ２１０）。位置ずれ量が規格外の場合は（Ｓ２１０でＮＧ）、今回用いた位置ずれ補正係数ａ２と本体ロットの位置ずれ測定値とから、再度補正係数ａ３を計算し（Ｓ２１１）、露光装置へ補正係数ａ３を返す（Ｓ１０４）。本体ロットの位置ずれ量が規格内の場合は（Ｓ２１０でＯＫ）、この本体ロット位置ずれ結果をホストの履歴データへ転送する（Ｓ２１２）。転送された位置ずれ結果は、ロット位置ずれ履歴データの一部となり（Ｓ２１３）、後続の上層パターンレイヤの補正係数ａ２を再算出するときに読み出される。こうして、ロットＡのＰ１Ｌ層については間接位置合わせにも問題がないので、後続の処理に払い出しされる（Ｓ２１４）。
【００５２】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る位置合わせシステムの図である。図１１を参照して、図９の処理フローをシステム構成と動作の側面から説明する。なお、図８に示す第１実施形態のシステムと同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００５３】
第２実施形態では、露光装置２０Ａ〜２０Ｈおよび位置合わせ測定装置３０Ａ〜３０Ｈは、ホスト４０に接続される。ホスト４０は、図８の構成に加え、位置合わせの重み付けを判断する重み付け判断部４３と、各層を位置ずれ補正の重要度と関連付けた補正テーブル（あるいは重み付けシート）４４を有する。
【００５４】
第２実施形態の位置合わせにおいて、たとえばロットＡのパイロットウェーハを露光装置２０Ａに設置する（矢印［１］）。そして、今回のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ測定と、測定結果に対する位置ずれ補正係数ａ１の取得を、位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［２］）。位置合わせ補正装置３０Ａは、パイロットウェーハで現在のパターンレイヤの親層に対する位置ずれを測定し、これに応じた補正係数ａ１を取得して、露光装置２０Ａに転送する（矢印［３］）。補正係数ａ１の取得は、位置合わせ測定装置３０Ａがホスト４０に問い合わせ、ホスト４０は任意の公知の手法を用いてこれを算出して位置合わせ測定装置３０Ａに供給する。
【００５５】
次に、露光装置２０Ａは、位置ずれ測定結果（位置ずれ量および補正係数ａ１を含む）を、ホスト４０のデータベース４１Ａと演算部４５に転送する（矢印［４］）。データベース４１Ａは、このデータをパイロットウェーハの位置ずれ履歴データの一部として取り込む。一方、演算部４５では、履歴データ参照部４６がデータベース４１Ａを参照して、ロットＡの過去（下層）のすべての履歴データを読み出す（矢印［５］）。
【００５６】
一方、重み付け判定部４３は、補正テーブル４４を参照して、今回のパターンレイヤより下層にある各層の位置合わせの重要度を見積もり、重み付けを行う必要があるかどうか、あるとすればどの層を優先的に考慮すべきかを判断する（矢印［６］）。重み付け判定部４３はさらに、優先的に考慮する層と、今回のパターンレイヤ層との、親層に対する位置合わせ重要度に応じて、重み付け係数を決定する。位置ずれ補正係数再算出部４７は、読み出された下層の履歴データから下層の位置関係を見積もり、見積もった下層の位置関係、今回のパターンレイヤの位置ずれ測定結果（位置ずれ量、補正係数ａ１を含む）、および重み付け判断部による判断結果に基づいて、第２の位置ずれ補正係数ａ２を算出し、これを露光装置２０Ａに供給する（矢印［７］）。
【００５７】
露光装置２０Ａでは、位置ずれ補正係数ａ２を用いて本体ロットの処理に移行し、本体ロットでの位置ずれ検査を位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［８］）。位置合わせ測定装置３０Ａは、本体ロットでの位置ずれを測定し、測定結果をホストのデータベース４１Ａと、演算部４５に転送する（矢印［９］）。データベース４１Ａは、この測定結果を本体ロットの履歴データの一部として取り込む。一方、演算部４５の本体ロット判定部４８では、測定結果から、位置ずれ量が規格内かどうかを判断し、判断結果に応じて適宜、補正係数を修正する。この部分についても、公知の手法を採用することができるので、ここでは説明を省略する。
【００５８】
第１実施形態と同様に、ホスト１０はソフトウエアで実現することもできる。この場合は、コンピュータ読み取り可能のプログラムは以下の手順を含む。
（ａ）位置合わせ測定装置３０により測定された、マスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、この位置ずれ測定結果を対応するロットのデータベース１１に格納させる手順、
（ｂ）位置合わせ測定装置３０による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、演算部１５にデータベース１１を参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順、
（ｃ）補正テーブルを参照させて現在のパターンレイヤよりも下層に位置する各層の位置合わせの重要度を判断させる手順、および
（ｄ）演算部１５に、履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もらせ、下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果と、下層の位置合わせ重要度の判断結果とに基づいて、位置ずれ補正係数ａ２を算出させる手順。
【００５９】
図１２は、本発明の位置合わせ方法を用いた場合の、位置ずれ測定結果の一例を示す。図１２（ａ）は、親層（ＩＳＯ）に対する各層（II-１，II-２,ＡＰＤ，Ｐ１Ｌ）の位置ずれ量（μｍ）を平均値＋３σで表わしたグラフであり、図１２（ｂ）は、各層間の位置ずれ量（μｍ）を表わすグラフである。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、親層（ＩＳＯ）に対する各層のずれは、Ｘ方向、Ｙ方向ともに正負の方向が一定し、かつ、上層にいくにつれ（重ね合わせが進むにつれ）、親層に対するずれ量が小さくなる。これは、親層に対する第３層（II-２）以降のパターンレイヤの位置ずれを、そのパターンレイヤよりも下層に位置する層の位置ずれ関係を考慮して再補正することにより達成される。したがって、図３を参照して説明した逆方向のずれによるアライメントエラーの問題は生じない。
【００６１】
また、図１２（ｂ）に示すように、各層間の位置ずれ量は非常に小さい範囲に収束しており、全体としてみると、全層を通して高精度の位置合わせが達成されていることがわかる。
【００６２】
図１３に、比較例として従来の位置合わせ方法による位置ずれ測定の結果を示す。図１３（ａ）に示すように、親層（ＩＳＯ）に対する各層の位置ずれの大きさ自体は、本発明の位置合わせ方法と大差はないが、位置ずれの方向は各層ごとにばらつきがある。たとえば、第２層（II-１）と第３層（II-２）の並進ずれの向きが反対であり、結果として、最大で０．３０μｍ近くの位置ずれが生じる。
【００６３】
各層間の関係も、図１３（ｂ）に示すように、それぞれで位置ずれが大きく、かく並進ずれの方向もばらばらである。これは、下層の位置ずれ関係を考慮せずに、親層に対してのみ位置合わせしているためである。
【００６４】
図１２および図１３は、単純な位置合わせ系列の例をとったが、図１４および１５は、もう少し複雑な位置合わせ系列での位置合わせ結果を示す。図１４は本発明の位置合わせ方法を用いた場合、図１５は、従来の位置合わせ方法を用いた場合の位置合わせ結果である。
【００６５】
図１４（ａ）の例では、ＩＳＯとＰ１Ｌが親層となり、II-１〜Ｐ１ＬまでをＩＳＯのパターンに合わせ、ＣＶ１〜Ｐ２ＬをＰ１Ｌのパターンに合わせる。図１２の例と同様に、親層に対する子層の位置ずれの並進方向が一定し、かつ親層から上層にいくにしたがって、親層の位置へと収束する。仮に、Ｐ１Ｌがそれまでの層とは逆の向きにずれたとしても（図１４（ａ）の２つめのＰ１Ｌで示す例）、このＰ１Ｌを親層とする上層の位置合わせで、下層のすべての位置ずれ関係を考慮して補正係数ａ２を再算出するので、ＣＶ１、ＣＶ２、Ｐ２Ｌの各々が、下層のクリティカルレイヤであるＩＳＯとＰ１Ｌの双方に適合するように位置合わせされる。
【００６６】
また、図１４（ｂ）に示すように、各層間の位置ずれは全体を通して比較的小さな収束レンジ内に収まっている。仮に、Ｐ１Ｌの位置が直下のＡＰＤ層から反対方向にずれたとしても（図１４（ｂ）の２つめのＰ１Ｌで示す例）、Ｐ１Ｌを親層とする上層の位置合わせで、下層の位置ずれの方向性を考慮して補正係数ａ２が再算出されるので、全体として比較的小さな収束レンジ内に収まる。
【００６７】
一方、図１５に示す従来の方法では、下層のずれを考慮せず、親層との関係のみで位置ずれが補正されている。図１５（ａ）の例では、Ｐ２Ｌは、Ｐ１Ｌにのみ位置合わせされており、ＩＳＯに対しては、ＩＳＯとの位置関係を考慮せずにＰ１Ｌを介した間接合わせがされるだけである。図１５（ｂ）に示すように、各層間の位置ずれ量をみると、Ｐ２Ｌは、直下のＣＶ２に対してＹ方向に大きくずれ、ＩＳＯに対してはＸ方向に大きくずれている。
【００６８】
これらの結果から、本発明のように下層の位置ずれ関係を考慮した位置合わせ方法を用いると、積層構造全体として高精度の位置合わせが達成されることがわかる。
【００６９】
図１６（ａ）は、本発明の位置合わせ方法を用いて作製した半導体装置の主要部分を示す断面図である。比較として、図１６（ｂ）に、従来の位置合わせ方法で作成した半導体装置の断面図を示す。
【００７０】
図１６の例では、半導体基板５１上に１Ｔ１Ｃ（１トランジスタ１キャパシタ）のＦｅＲＡＭセルを構成するのに、素子分離領域５３のパターンレイヤ、ウェル拡散領域（不図示）のパターンレイヤ、トランジスタＴｒのゲート５５のパターンレイヤ、強誘電体キャパシタ６５のパターンレイヤ、プラグ５７、５９のパターンレイヤなど、多数の層が重ね合わせられている。ソース・ドレイン５４は、ゲート５５と側壁５２をマスクとして形成される。強誘電体キャパシタ６５は、下部電極材料、強誘電体誘電体材料、上部電極材料を順次積層した後、キャパシタ用のマスクパターンを用いてこれらの層を所定の形状に加工し、下部電極６１、強誘電体膜６２、上部電極６３を形成することによって作製される。
【００７１】
図１６（ａ）のように、本発明の位置合わせ方法を用いると、複数の層にまたがって、層間絶縁膜６６、６７を貫通するプラグ５７、５９を形成する場合でも、下層に形成されているパターンに対し、精度よく位置合わせされる。これに対して、従来の位置合わせ方法を用いた場合は、図１６（ｂ）に示すように、破線のサークルで囲まれた位置合わせ不良を生じる。すなわち、ゲートパターンに対するプラグ５７の位置ずれが適正に補正されず、カバー層５６に食い込んでトランジスタＴｒのソース・ドレイン領域５４との実効コンタクト面積が減少する。あるいは、強誘電体キャパシタパターンに対するプラグ５９の位置ずれが適正に補正されず、プラグ５９と強誘電体膜６２とが接触する。このような位置合わせ不良は、抵抗の増大、デバイスの動作不良などの原因となる。逆に言うと、本発明の位置合わせ方法により、半導体装置の積層構造全体としての位置合わせ精度が向上し、デバイス動作の安定性、信頼性が向上する。
【００７２】
このように、本発明の位置合わせ方法によれば、下層との間接合わせも考慮して位置合わせ補正係数が設定されるので、下層のどの層との位置合わせ関係においても、最小限に位置ずれを追い込むことが可能である。さらに位置合わせ精度を向上させたい場合は、親層と親層との間の位置合わせ管理を特に厳しく設定することで、積層構造全体としての位置ずれ量を最大限に縮小することがきる。
【００７３】
上述した実施形態では、並進ずれ成分を例にとって説明した。しかし、本発明の位置合わせ方法は、回転ずれ、直交度、チップ倍率、ウェーハ倍率などの平面内での相対的な位置ずれ補正に等しく適用できる。いずれの場合も、下層との位置ずれ関係を考慮した上で、今回のパターンレイヤの露光位置を最適とする位置ずれ補正係数を算出し、高精度の位置合わせを実現する。
【００７４】
また、あらかじめ補正テーブル（または重み付けシート）を格納する場合は、すべてのパターンレイヤで補正係数ａ２を求めるのではなく、下層との関係において位置合わせが重要となるレイヤについてのみ、下層の位置関係を考慮した補正係数ａ２を再算出する構成としてもよい。
【００７５】
さらに、補正テーブルを格納しない場合でも、あらかじめ定められたクリティカルレイヤが露光装置に入ってきたときに、下層の位置関係を考慮した補正係数ａ２を再算出する構成としてもよい。
【００７６】
さらに、下層の位置関係を見積もる際に、現在のパターンレイヤより下層にあるすべての層の位置ずれ履歴データを読み出してもよいし、あらかじめ定められた複数の層を読み出す構成としてもよい。
【００７７】
実施形態では露光装置としてステッパ・スキャナを用いて説明したが、電子ビーム投影露光装置など、任意の露光装置に本発明を適用できる。
【００７８】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体装置を構成する複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法であって、
所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、このパイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査し、
現在のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もり、
現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、見積もった下層の位置ずれ関係とに基づき、位置ずれ補正係数を算出し、
求めた位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、本体ロットで現在のパターンレイヤの露光を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
（付記２）
位置ずれ補正係数は、現在のパターンレイヤよりも下層にある各層の位置合わせの重要度を考慮し再算出することを特徴とする付記１に記載の位置合わせ方法。
（付記３）
半導体装置を構成する複数のパターンレイヤの各々について、他の層に対する位置合わせの重要度を記述したテーブルをあらかじめ格納し、
このテーブルを参照して、現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき１以上の層を選択して位置ずれ補正係数を再算出することを特徴とする付記１に記載の位置合わせ方法。
（付記４）
各パターンレイヤの位置合わせを行う都度、そのパターンレイヤの位置ずれに関連する情報をすべて、位置ずれ履歴データの中に取り込むことを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の位置合わせ方法。
（付記５）
ウェーハ上にマスクパターンを露光する露光装置と、ウェーハ上の基準パターンに対するマスクパターンの位置ずれを検査する位置合わせ測定装置とに接続されて位置ずれを補正する位置合わせ処理装置であって、
ウェーハ上に順次形成される複数のパターンレイヤの位置ずれ関連情報を格納するデータベースと、
位置合わせ測定装置による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、前記データベースを参照して、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出す履歴データ参照部と、
履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もり、下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する位置ずれ補正係数算出部と
を備えることを特徴とする位置合わせ処理装置。
（付記６）
各パターンレイヤの他のパターンレイヤに対する位置合わせの重要度を記述した位置合わせ管理テーブルと、
この位置合わせ管理テーブルを参照して、下層の位置ずれ関係における重み付け判断を行う重み付け判断部と
をさらに備えることを特徴とする付記５に記載の位置合わせ処理装置。
（付記７）
所定のロットに含まれる任意の半導体基板を露光装置に設置し、
露光装置で今回露光されるマスクパターンに関して、半導体基板上の基準パターンに対する位置ずれを測定し、
現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もり、
見積もった下層の位置ずれ関係と、位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出し、
位置ずれ補正係数を前記露光装置に設定して、ロット内の残りの半導体基板上に現在のマスクパターンを露光し、
前記マスクパターンに基づいて、前記半導体基板上にパターンレイヤを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）
現在のパターンレイヤの、下層の各層に対する位置合わせの重要度をさらに判断し、
この判断結果と、下層の位置ずれ関係と、現在のパターンレイヤの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）
複数のパターンレイヤ間の位置合わせプログラムであって、
露光装置により露光されるマスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、受け取った位置ずれ測定結果を、対応するロットのデータベースに格納させる手順と、
前記位置ずれ測定結果を受け取ったときに、位置合わせ処理装置にデータベースを参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順と、
位置合わせ処理装置に、読み出された位置ずれ関連情報に基づいて下層の位置ずれ関係を見積もらせ、見積もられた下層の位置ずれ関係と、位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な位置合わせプログラム。
（付記１０）
複数のパターンレイヤ間の位置合わせプログラムであって、
露光装置により露光されるマスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、この位置ずれ測定結果を対応するロットのデータベースに格納させる手順と、
前記位置ずれ測定結果を受け取ったときに、位置合わせ処理装置にデータベースを参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順と、
位置合わせ処理装置に、現在のパターンレイヤよりも下層に位置する各層の位置合わせ重要度を判断させる手順と、
位置合わせ処理装置に、履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もらせ、見積もられた下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ結果と、下層の位置合わせ重要度の判断結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な位置合わせプログラム。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】一般的な位置合わせ方法のフローチャートである。
【図２】半導体製造工程における一般的な位置合わせ系列の一例を示す図である。
【図３】一般的な位置合わせ系列における従来の位置合わせ方法の問題点を説明するための図（その１）である。
【図４】一般的な位置合わせ系列における従来の位置合わせ方法の問題点を説明するための図（その２）である。
【図５】一般的な位置合わせ系列における従来の位置合わせ方法の問題点を説明するための図（その３）である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る位置合わせ方法のフローチャートである。
【図７】第１実施形態の位置合わせ方法における位置ずれ補正を説明するための図である。
【図８】第１実施形態の位置合わせシステムのブロック構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る位置合わせ方法のフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の位置合わせ方法で用いる重み付けシートの一例を示す図である。
【図１１】第２実施形態の位置合わせシステムのブロック構成図である。
【図１２】本発明の位置合わせ処理による位置ずれ結果を示す図である。
【図１３】従来の位置合わせ処理による位置ずれ結果を示す図である。
【図１４】本発明の位置合わせ処理による、より複雑な位置合わせ系列での位置ずれ結果を示す図である。
【図１５】従来の位置合わせ処理による、より複雑な位置合わせ系列での位置ずれ結果を示す図である。
【図１６】本発明の位置合わせ処理により製造された半導体デバイスと、従来の位置合わせ処理により製造された半導体デバイスとを比較する断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０、４０ ホスト
１１、４１ データベース
１４、４５ 演算部
１６、４６ 履歴データ参照部
１７、４７ 位置ずれ補正係数再算出部
１８、４８ 本体ロット判断部
２０ 露光装置
３０ 位置合わせ測定装置
４３ 重み付け判断部
４４ 補正テーブル
５１ 半導体基板
５２ 側壁
５３ 素子分離領域
５４ ソース・ドレイン
５５ ゲート
５６ カバー層
５７、５９ プラグ
６１ 下部電極
６２ 強誘電体膜
６３ 上部電極
６５ 強誘電体キャパシタ
６６、６７ 層間絶縁膜
Ｔｒ トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスで用いる縮小投影露光装置の位置合わせ技術に関し、特に、半導体デバイスを構成する多数のパターンレイヤ間の平面方向の相対的な位置ずれを調整する位置合わせ方法と、位置合わせ処理装置、およびこのような位置合わせ方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置のレイヤ間のパターン位置合わせにおいて、下層にある親層のアライメントマークに、今回露光される層（子層）を直接合わせることによって位置合わせを管理している。直接合わせ方法では、親層のアライメントマークに対する子層のマークのずれ（並進ずれ成分、回転ずれ成分など）が最小になるように抑制することで、位置合わせ精度を保証している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１は、従来の位置合わせ方法を示すフローチャートである。まず、あるロットにおいて、パイロットウェーハを抜き取って露光し（Ｓ１００１）、このパイロットウェーハをロットの代表として位置ずれ検査を行う（Ｓ１００３）。位置ずれ結果から位置ずれ補正係数を算出し（Ｓ１００５）、その補正係数を露光装置（ステッパ）に入力して本体ロットの処理を行う（Ｓ１００７）。位置ずれ補正係数は、ショットごとの変動量（ずれ量）の平均値などから今回の補正値を予測することによって求める（たとえば、特許文献２および３参照）。
【０００４】
その後、本体ロットで抜き取り検査により位置ずれを検査して（Ｓ１００９）、本体ロットでの位置ずれ量を算出し（Ｓ１０１１）、算出した位置ずれ量が規格内に収まっているかどうかを判断する（Ｓ１０１３）。判断の結果、規格外であれば（Ｓ１０１３でＮＧ）、その位置ずれ量に基づいて再度位置ずれ補正係数を算出し（Ｓ１０１５）、新たに求めた補正係数を用いて本体ロットの処理をする（Ｓ１００７へ戻る）。位置ずれ量が規格管理以内に収まっていれば（Ｓ１０１３でＯＫ）、後続工程に払い出しする（Ｓ１０１７）。
【０００５】
図２は、一般的な位置合わせ系列における位置ずれ管理を示す図である。長方形の枠で囲んだパターンレイヤが親層であり、枠なしが親層に合わせるべき子層を示す。図２の例では、最下層のＩＳＯ層に対して、II-１、II-２、ＡＰＤ、Ｐ１Ｌの各層を位置合わせの規格内に合わせ込む。次に、Ｐ１Ｌを親層として、このＰ１Ｌに対して上層のＣＶ１、ＣＶ２、ＮＡの各層を規格内に合わせ込む。順次、下層にある親層のアライメントマークに対して子層のアライメントマークを合わせ込むことによって、全層の位置合わせを保証している。
【特許文献１】特開平２−８１４１９号公報
【特許文献２】特開平１０−１９９７８４号公報
【特許文献３】特開２０００−８１７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図２に示す管理方法では、次のような問題を生じる。たとえば、ＩＳＯとII-１の間に位置ずれ成分が生じていても、それが規格内に収まっていればそのまま本体ロットで処理される。その後、次の層であるII-２をＩＳＯに対して位置合わせし、規格内に追い込む。このとき、II-１とII-２の位置ずれ関係は考慮されないので、あくまでもＩＳＯに対する各層の位置ずれが規格内であれば、本体ロットで処理される。
【０００７】
図３は、上述した問題点をより具体的に示す図である。図３（ａ）の例では、ＩＳＯに対するII-１層の並進ずれが−０．０７で、３σの値が０．０９μｍと規格内にあり、II-１層はそのまま本体ロット処理される。その後、II-２層では、ＩＳＯに対して並進ずれが＋０．０５，３σが０．０９μｍで同じく規格内にあり、そのまま本体ロット処理される。この場合、ＩＳＯとの関係では位置ずれに問題はないが、II-１とII-２の関係をみた場合、図３（ｂ）に示すように、規格外となる可能性がある。点線のサークルで示すように、観測されたII-１層のマーク位置Ｃ１の３σと、II-２層のマーク位置Ｃ２の３σの被り量に対して、マージンが幾分大きく設定されているが、ＩＳＯに対して互いに反対方向に位置ずれ成分を有する場合、規格外のポイントが存在する可能性が高い。ＣＶ１、ＣＶ２、ＮＡの間にも同様の問題が生じる。
【０００８】
図４は、より複雑な位置合わせの問題点を説明する図である。たとえば、３つの異なる層間にコンタクト層を一括で落とす場合、３番目の層は、下方の２つの層のいずれに対してもマージンを持たせて位置合わせされる必要がある。しかし従来の位置合わせ方法では、図４（ａ）に示すように、ＩＳＯに対してＰ１Ｌの並進ずれ成分が＋０．０６、３σの値が０．１０μｍで規格内であり、そのまま本体ロットの処理がされる。その後、ＮＡ層では、Ｐ１Ｌに対して並進ずれが＋０．０５、３σが０．０９μｍであり、同じく規格内としてそのままロット処理される。この場合、図４（ｂ）に示すようにＮＡとＩＳＯの関係に着目すると、ＮＡ層のマーク位置Ｃ２が、破線で示すコンタクトマージンの外にあり、コンタクト不良が発生する可能性がある。
【０００９】
さらに、図５に示すように、間に親層がいくつも挿入された状態で３層以上にわたってコンタクトホールを形成する際に、間の親層Ｐ１Ｌ、P２Ｌがそれぞれ同じ方向へずれたときに、上層のＮＡと、下層のＩＳＯが適正にコンタクトできなくなる可能性が高い。
【００１０】
図４および図５の例は、直接合わせによる位置ずれ管理において、間接合わせで考えた場合に、必ずしも親層に対する上層の並進ずれをゼロに抑えることが良いとは限らないことを示している。たとえば、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層をそれぞれ位置合わせするときに、
（１）Ｂ層はＡ層に対して、並進ずれがプラス方向に生じていたが、位置ずれは規格内に収まっていたため、そのままロット処理された。
（２）Ｃ層はＢ層に対して直接合わせされ、本体ロットを測定した結果、並進ずれがプラス方向に生じていたが、位置ずれは規格内に収まっていたため、そのまま処理された。
（３）Ａ層とＢ層、Ｂ層とＣ層の間の直接合わせに関しては、いずれも位置ずれ規格内に収束しているため問題ないが、直接合わせることのできないＡ層とＣ層の位置ずれ関係を見た場合、大きく並進ずれが生じる。
【００１１】
通常、位置合わせ余裕度は大きめにとってあるが、間接合わせが多くなると並進ずれがさらに大きくなり、バラツキ成分も加味すると、間接合わせでは規格外になるという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明は、直接基準マークに合わせることによって位置ずれ検査が可能な直接合わせ（主位置合わせ）と、位置ずれ検査が不可能な間接合わせ（副位置合わせ）の双方の余裕度が最大となるように、積層全体としてバランスよく位置合わせのできる、パターンレイヤ間の位置合わせ手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面では、複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法を提供する。この位置合わせ方法では、
（ａ）所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、このパイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査する。
（ｂ）現在のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もる。
（ｃ）現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、見積もった下層の位置ずれ関係とに基づき、位置ずれ補正係数を算出する。
（ｄ）求めた位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、ロットで現在のパターンレイヤの露光を行う。
【００１４】
たとえば、下から順にＡ層、Ｂ層、Ｃ層があり、Ｂ層はＡ層の基準マークに位置合わせし、Ｃ層はＢ層の基準マークに位置合わせする。Ａ層とＢ層との間にはプラス方向への並進ずれ成分が存在する。このとき、Ｃ層の位置合わせにおいて、Ｂ層に対する位置ずれだけではなく、Ａ層とＢ層との間の位置ずれ関係も考慮して、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層全体が位置合わせ基準を満足するように位置ズレ補正をかける。すなわち、Ｃ層において、Ｂ層に対する直接合わせのみならず、Ａ層に対する間接合わせも考慮して位置ずれを補正する。
【００１５】
これを実現するために、上述した方法において、ロットごとに下層の（Ａ層、Ｂ層）のすべての位置ずれ成分を、ホストでデータ管理し、ロットがＣ層の処理に入ったとき、ホストから下層の位置ズレ履歴データを読み出す。そして、下層（Ａ層とＢ層）の位置ずれ関係を考慮して、Ｃ層の位置ズレ量に補正をかける。パターンレイヤを３層以上に積層する場合も、現在処理対象であるパターンレイヤより下層にある層の位置ずれ関係を考慮した上で位置合わせを行う。
【００１６】
好ましくは、位置合わせの重要な部分には重み付け設定を行って、位置合わせを補正する。すなわち、現在のパターンレイヤよりも下層にある各層の位置合わせの重要度を考慮して、位置ずれ補正係数を算出する。
【００１７】
より具体的には、半導体装置を構成する複数のパターンレイヤの各々について、他の層に対する位置合わせの重要度を記述したテーブルをあらかじめ格納し、このテーブルを参照して、現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき１以上の層を選択して位置ずれ補正係数を算出する。
【００１８】
このようなテーブルと下層の位置ずれ関係とから、現在のパターンレイヤをどの層に対して最適に合わせ込むべきかを判断できる。
【００１９】
上述した位置合わせ方法では、直接合わせのみならず、間接合わせに関しても高精度に位置合わせが可能となる。また、親層ばかりでなく、子層と子層の位置ずれも高精度に補正できる。
【００２０】
さらに、過去の履歴と、間接的な層間の位置関係も把握できるため、歩留りの不良を解析する際に、位置ずれが起因となっているかを容易に判断できる。
【００２１】
本発明の第２の側面では、ウェーハ上にマスクパターンを露光する露光装置と、前記ウェーハ上の基準パターンに対する前記マスクパターンの位置ずれを検査する位置合わせ測定装置とに接続されて、位置ずれを補正する位置合わせ処理装置を提供する。この処理装置は、
（ａ）ウェーハ上に順次形成される複数のパターンレイヤの位置ずれ関連情報を格納するデータベースと、
（ｂ）位置合わせ測定装置による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、データベースを参照して、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出す履歴データ参照部と、
（ｃ）履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もり、下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する位置ずれ補正係数算出部と
を備える。
【００２２】
このような位置合わせ処理装置を用いることにより、半導体装置を構成する複数のパターンレイヤ全体として高精度の位置合わせが可能になる。
【００２３】
本発明の第３の側面では、上述した位置合わせ方法を用いた半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置の製造方法では、
（ａ）所定のロットに含まれる任意の半導体基板を露光装置に設置する。
（ｂ）露光装置で今回露光されるマスクパターンに関して、半導体基板上の基準パターンに対する位置ずれを測定する。
（ｃ）現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もる。
（ｄ）見積もった下層の位置ずれ関係と、位置ずれ測定結果とから、位置ずれ補正係数を算出する。
（ｅ）求めた位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、ロット内の残りの半導体基板に現在のマスクパターンを露光する。
（ｆ）露光されたマスクパターンに基づいて、半導体基板上にパターンレイヤを形成する。
【００２４】
このような半導体装置の製造方法では、幾層にも重なり合う半導体装置のパターンレイヤが全体として精度よく位置合わせされ、コンタクト面積の減少や短絡を防止して、半導体装置の動作の安定が保証される。
【発明の効果】
【００２５】
以上述べたように、本発明によれば、直接合わせのみならず、間接合わせに対しても高精度の位置合わせが可能となり、パターンレイヤの全体としての重ね合わせ精度が向上する。
【００２６】
これにより、半導体装置の歩留まり向上、デバイス特性の安定化、コンタクト抵抗の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図６は、本発明の第１実施形態に係るパターンレイヤ間の位置合わせ方法のフローチャートである。まず、あるロット（たとえば製品群ＡについてのロットＡ）についてパイロットウェーハを取得して（Ｓ１０１）、所定の露光領域で今回のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ量を検査する（Ｓ１０２）。これは、下層の親層に形成されているアライメントマークあるいはパターンを基準パターンとし、この基準パターンに対する今回露光するマスク(レチクル)パターンのずれ量を測定することによって行われる。次に、検査結果に基づいて位置ずれ補正係数ａ１を算出し（Ｓ１０３）、算出した補正係数ａ１を、ロットＡの現在のパターンレイヤの位置ずれ補正データとして、ホストへ転送する（Ｓ１０４）。
【００２９】
補正係数ａ１の算出については、たとえば過去の各ショットの変動量から今回の変動量を予測して補正値を導くなど、位置ずれ補正の公知の手法を用いることができるので、ここではその詳細を省略する。
【００３０】
ホストは転送されたデータを、ロットＡの履歴データの中に取り込むとともに、このロット情報から、ロットＡにおける下層のすべての位置ずれ結果を示すデータの履歴を読み出す（Ｓ１０５）。データ履歴には、ロット番号、製品番号（ウェーハ番号）、パイロットウェーハにおける各層の位置ずれ量、これに対する補正係数ａ１、本体ロットの各層の位置ずれ量などが含まれる。
【００３１】
たとえば、図７（ａ）の例に示すように、本体ロットでＩＳＯ、II-１、II-２と順次露光してきて、現在パイロットウェーハで処理対象とするレイヤがＰ１Ｌである場合を考える。一例として、ＩＳＯは素子分離層のパターンレイヤ、II-１およびII-２は、イオン打ち込みによるウエル拡散層のパターンレイヤ、Ｐ１Ｙはポリシリコンゲートのパターンレイヤとする。ホストは、II-１、II-２の各層のＩＳＯに対する位置ずれデータを読み出し、読み出した下層の位置ずれ履歴から、位置合わせ系列におけるこれらの下層の位置ずれの傾向を見積もる（Ｓ１０６）。そして、現在のパターンレイヤ（Ｐ１Ｙ）を合わせるべき下層（II-１およびII-２）を選択し、かつ、親層（ＩＳＯ）に対する現在のパターンレイヤ（Ｐ１Ｙ）の位置ずれ結果を用いて、再度、Ｐ１Ｙの位置ずれ補正係数ａ２を算出する（Ｓ１０７）。
【００３２】
図７の例では、II-１とII-２のＸ方向への位置ずれは対称であるが、Ｙ方向ではともにプラス方向にシフトしている。パイロットウェーハでのＰ１Ｌの位置ずれ測定値は、Ｘ方向にゼロ（０）、Ｙ方向にゼロ（０）であり、従来のように親層であるＩＳＯとの関係だけをみれば、先に求めた補正係数ａ１だけで足りることになる。しかし、間に存在するII-１、II-２との関係を考慮するなら、図７（ｂ）に示すように、Ｐ１Ｙの露光位置を、II-１とII-２の側に引き付けたほうが、全体としての位置合わせ精度が良好になる。そこで、ホストは本体ロットの下層の位置ずれ履歴に基づいて、ＩＳＯに対するＰ１Ｙの露光位置がＸ＝０，Ｙ＝０．０１５となるような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する。
【００３３】
ホストは、再算出した位置ずれ係数ａ２を露光装置に供給する（Ｓ１０８）。露光装置では、ホストから受け取った位置ずれ補正係数ａ２をジョブシーケンスの中へ読み込み（Ｓ１０９）、この値に基づいて本体ロットを処理する（Ｓ１１０）。そして、本体ロットから任意のウェーハを抜き取って、本体ロットでのＰ１Ｙの位置ずれ検査を行い（Ｓ１１１）、位置ずれ量を測定する（Ｓ１１２）。
【００３４】
測定された位置ずれ量から、本体ロットでのＰ１Ｙの位置合わせが規格内にあるか否かを判断する（Ｓ１１３）。位置ずれ量が規格外の場合は（Ｓ１１３でＮＧ）、今回用いた位置ずれ補正係数ａ２と本体ロットの位置ずれ測定値とから、再度補正係数ａ３を計算し（Ｓ１１４）、露光装置へ補正係数ａ３を返す（Ｓ１０４）。本体ロットの位置ずれ量が規格内の場合は（Ｓ１１３でＯＫ）、この本体ロット位置ずれ結果をホストの履歴データへ転送する（Ｓ１１５）。転送された位置ずれ結果は、ロット位置ずれ履歴データの一部となり（Ｓ１１６）、後続の上層パターンレイヤの補正係数ａ２を再算出するときに読み出される。こうして、ロットＡのＰ１Ｌ層については間接位置合わせにも問題がないので、後続の処理に払い出しされる（Ｓ１１７）。
【００３５】
このように、現在処理中のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もり、見積もった下層の位置ずれ関係と、現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果（第１補正係数ａ１を含む）とに基づき、位置ずれ補正係数ａ２を算出する。位置ずれ補正係数ａ２を露光装置に設定して本体ロットで露光することにより、今回のパターンレイヤに至る下層全体の位置ずれ関係を考慮した高精度の位置合わせが実現される。
【００３６】
図８は、図６の処理フローをシステム構成と動作の側面から説明するための図である。図８の例では、ロット（製品群）Ａ〜Ｚを露光処理する露光装置２０Ａ〜２０Ｈと、露光装置２０Ａ〜２０Ｈに対応して各層の位置ずれを検査する位置合わせ測定装置３０Ａ〜３０Ｈが用意される。
【００３７】
露光装置２０と位置合わせ測定装置３０は、ホスト１０に接続される。ホスト１０は、ロットＡ〜Ｚの各々に対応して全層の位置ずれ履歴データを格納するデータベース１１Ａ〜１１Ｚと、位置ずれ履歴データに基づいて下層のパターンの位置関係を考慮した適切な補正係数ａ２を再算出する演算部１５を有する。
【００３８】
このようなシステムにおいて、たとえばロットＡのパイロットウェーハを露光装置２０Ａに設置する（矢印［１］）。そして、今回のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ量と測定結果に対する位置ずれ補正係数ａ１の取得を、位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［２］）。位置合わせ補正装置３０Ａは、パイロットウェーハで現在のパターンレイヤの親層に対する位置ずれを測定し、これに応じた補正係数ａ１を取得して、露光装置２０Ａに転送する（矢印［３］）。なお、このときの補正係数ａ１は、位置合わせ測定装置３０Ａがホスト１０に問い合わせて取得するものであるが、上述したように、この部分については任意の公知の手法を用いることができるので、説明を省略する。
【００３９】
次に、露光装置２０Ａは、今回のパターンレイヤの位置ずれ量および補正係数ａ１（包括的に位置ずれ測定結果とする）を、ホスト１０のデータベース１１Ａと演算部１５に転送する（矢印［４］）。データベース１１Ａは、このデータをパイロットウェーハの位置ずれ履歴データの一部として取り込む。一方、演算部１５では、履歴データ参照部１６がデータベース１１Ａを参照して、ロットＡの過去（下層）のすべての履歴データを読み出す（矢印［５］）。位置ずれ補正係数再算出部１７では、読み出された履歴データから下層の位置ずれ関係を見積もり、下層の位置ずれ関係と、パイロットウェーハの位置ずれ測定結果（親層からの位置ずれ量および補正係数ａ１を含む）とに基づいて、位置ずれ補正係数ａ２を再算出し、これを露光装置２０Ａに転送する（矢印［６］）。
【００４０】
露光装置２０Ａでは、位置ずれ補正係数ａ２を用いて本体ロットの処理に移行し、本体ロットでの位置ずれ検査を位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［７］）。位置合わせ測定装置３０Ａは、本体ロットでの位置ずれを測定し、測定結果をホストのデータベース１１Ａと、演算部１５に転送する（矢印［８］）。データベース１１Ａは、この測定結果を本体ロットの履歴データの一部として取り込む。一方、演算部１５の本体ロット判定部１８では、測定結果から、位置ずれ量が規格内かどうかを判断し、判断結果に応じて適宜、補正係数を修正する。この部分についても、公知の手法を採用することができるので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
上述したホスト１０の動作をソフトウエアで実現する場合は、コンピュータ読み取り可能なプログラムをホスト１０にインストールすればよい。このようなプログラムは、以下の手順を備える。
（ａ）位置合わせ測定装置３０により測定された、マスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、この位置ずれ測定結果を対応するロットのデータベース１１に格納させる手順、
（ｂ）位置合わせ測定装置３０による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、演算部１５にデータベース１１を参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順、および
（ｃ）演算部１５に、履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から前記下層の位置ずれ関係を見積もらせ、見積もられた下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数ａ２を算出させる手順。
【００４２】
このように、本発明の第１実施形態によれば、親層に対する直接合わせのみならず、間に介在する子層、あるは親層よりさらに下方に位置するクリティカルレイヤとの間接的な位置合わせにおいても、高精度に位置合わせすることが可能になる。この結果、歩留まりの向上、デバイス特性の安定化、コンタクト抵抗の安定化等に寄与できる。
【００４３】
図９は、本発明の第２実施形態に係る位置合わせ処理フローを示す図である。第２実施形態では、過去の履歴データから補正係数を再算出する際に、下層のどの層を基準として位置合わせするのが最適であるかを判断する重み付け判断を行う。重み付け判断を行うために、あらかじめ、各層と位置合わせの重要度とを関連付けた管理データを、ロットごとに作成しておく。
【００４４】
図９において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６までは、第１実施形態と同様である。すなわち、たとえばロットＡについてパイロットウェーハを取得し（Ｓ１０１）、現在のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ量を検査する（Ｓ１０２）。検査結果に基づいて位置ずれ補正係数ａ１を算出し（Ｓ１０３）、算出した補正係数ａ１を、ロットＡの現在のパターンレイヤの位置ずれ補正データとして、ホストへ転送する（Ｓ１０４）。
【００４５】
ホストは、転送されたデータをロットＡの履歴データの中に取り込むとともに、このロット情報から、ロットＡにおける過去（下層）のすべての位置ずれ結果を示すデータの履歴を読み出す（Ｓ１０５）。読み出した下層の位置ずれ履歴から、位置合わせ系列におけるこれらの下層の位置ずれの傾向を見積もる（Ｓ１０６）。
【００４６】
次に、ホストは、今回のパターンレイヤを合わせるべき下層を選択する際に、重み付け判断を要するか否かを判断する（Ｓ２０１）。重み付け判断を要する場合とは、たとえば、現在の着目レイヤと親層との間に位置合わせ重要度の異なる複数のレイヤが介在し、どのレイヤとの関係を最も重視すべきかの判断を要する場合である。重み付け判断を要さない場合とは、たとえば、間に介在するレイヤの位置合わせ重要度が一律であり、現在の着目レイヤと介在レイヤとの関係を均等に考慮すればよい場合である。この判断を行うために、図１０に示す重み付けシートあるいは補正テーブルをあらかじめ作成して格納しておく。重み付け判断を要する場合は（Ｓ２０１でＹＥＳ）、重み付けの重い層との関係を基準として、位置ずれを補正する（Ｓ２０２）。
【００４７】
たとえば、ＩＳＯ，II-１，II-２，ＡＰＤと本体ロットで処理を進め、パイロットウェーハで次のＰ１Ｙ層を処理する場合を考える。II-１，II-２，ＡＰＤの各層の親層ＩＳＯに対するＸ方向およびＹ方向への位置ずれ量（ｘ,ｙ）は、それぞれ（＋０．０３，−０．０５）、（＋０．０２，＋０．０５）、（＋０．０４，−０．０７）である。一方、今回のパイロットウェーハにおいて、Ｐ１ＹのＩＳＯに対する位置ずれ量は（＋０．０５，＋０．０７）である。ここで、重み付けシート（補正テーブル）を参照すると、ＩＳＯ，II-１，II-２，ＡＰＤの間で位置合わせ重要度に差がある。すなわち、Ｐ１Ｙにとって、I-１およびII-２に対する位置合わせ重要度は中程度（○印）であるが、ＩＳＯとＡＰＤに対する位置合わせ重要度は大（◎印）である。したがって、ＩＳＯとＡＰＤの位置関係を重視して、Ｐ１Ｌの位置を合わせ込む。
【００４８】
次に、位置合わせ関係の重要度に応じて重み付け係数を設定する（Ｓ２０３）。たとえば、ＩＳＯ−ＡＰＤと、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌの間で重み付けの重さに差異がなければ、重み付け係数を１（重み付け量ゼロ）としてＡＰＤ層の位置を考慮し、パイロットウェーハでのＰ１ＬのＩＳＯに対する補正値（ＩＳＯ−Ｐ１Ｌ間の補正値）を、ＩＳＯ−ＡＰＤの中間値に合わせる。しかし、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌの重み付けのほうがＩＳＯ−ＡＰＤよりも重要である場合、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌを優先的に適合させるために、たとえば、重み付け係数を０．７〜０．８（重み付け量が２０％〜３０％）に設定する。この場合、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌの補正値は、ＩＳＯ−ＡＰＤの中間値に重み付け係数を掛け合わせたものを採用する。
【００４９】
次に、重み付け判断に基づいて、Ｐ１Ｌが下層のＡＰＤとＩＳＯに対して最も適合するような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する（Ｓ２０４）。図１０の例では、過去の履歴を参照すると、親層（Ｘ＝０、Ｙ＝０）に対するＡＰＤの平均位置がＸ＝０．０４，Ｙ＝−０．０７である。そこで、重み付け係数が１の場合は、ＩＳＯに対するＰ１Ｌの露光位置がＸ＝０．０２，Ｙ＝−０．０３５となるような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する。重み付け係数を０．８に設定した場合は、ＩＳＯに対するＰ１Ｌの露光位置が、Ｘ＝０.０２×０．８＝０．０１６、Ｙ＝−０．０３５×０．８＝−０．０２８となるような位置ずれ補正係数ａ２を再算出する。
【００５０】
下層との関係を考慮せずに、パイロットウェーハの検査結果から得られた補正係数ａ１のみに基づいて位置ずれ補正を行うと、ＡＰＤとＰ１Ｌとの間の位置合わせ精度が悪くなるが、第２実施形態の方法によれば、Ｐ１Ｌにとって位置合わせ重要度の高いＡＰＤとの関係（ＡＰＤ−Ｐ１Ｌ）も考慮し、さらに、ＩＳＯ−Ｐ１Ｌ間の位置合わせ重要度と、ＩＳＯ−ＡＰＤ間の位置合わせ重要度も比較考慮して、最適化した位置ずれ補正係数ａ２を算出する。
【００５１】
次に、ホストは再算出した位置ずれ補正係数ａ２を露光装置に転送する（Ｓ２０５）。露光装置はホストから位置ずれ補正係数ａ２を受け取り（Ｓ２０６）、この値に基づいて本体ロットを処理する（Ｓ２０７）。そして、本体ロットから任意のウェーハを抜き取って、本体ロットでのＰ１Ｙの位置ずれ検査を行い（Ｓ２０８）、位置ずれ量を測定する（Ｓ２０９）。測定された位置ずれ量から、本体ロットでのＰ１Ｙの位置合わせが規格内にあるか否かを判断する（Ｓ２１０）。位置ずれ量が規格外の場合は（Ｓ２１０でＮＧ）、今回用いた位置ずれ補正係数ａ２と本体ロットの位置ずれ測定値とから、再度補正係数ａ３を計算し（Ｓ２１１）、露光装置へ補正係数ａ３を返す（Ｓ１０４）。本体ロットの位置ずれ量が規格内の場合は（Ｓ２１０でＯＫ）、この本体ロット位置ずれ結果をホストの履歴データへ転送する（Ｓ２１２）。転送された位置ずれ結果は、ロット位置ずれ履歴データの一部となり（Ｓ２１３）、後続の上層パターンレイヤの補正係数ａ２を再算出するときに読み出される。こうして、ロットＡのＰ１Ｌ層については間接位置合わせにも問題がないので、後続の処理に払い出しされる（Ｓ２１４）。
【００５２】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る位置合わせシステムの図である。図１１を参照して、図９の処理フローをシステム構成と動作の側面から説明する。なお、図８に示す第１実施形態のシステムと同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００５３】
第２実施形態では、露光装置２０Ａ〜２０Ｈおよび位置合わせ測定装置３０Ａ〜３０Ｈは、ホスト４０に接続される。ホスト４０は、図８の構成に加え、位置合わせの重み付けを判断する重み付け判断部４３と、各層を位置ずれ補正の重要度と関連付けた補正テーブル（あるいは重み付けシート）４４を有する。
【００５４】
第２実施形態の位置合わせにおいて、たとえばロットＡのパイロットウェーハを露光装置２０Ａに設置する（矢印［１］）。そして、今回のパターンレイヤの親層に対する位置ずれ測定と、測定結果に対する位置ずれ補正係数ａ１の取得を、位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［２］）。位置合わせ補正装置３０Ａは、パイロットウェーハで現在のパターンレイヤの親層に対する位置ずれを測定し、これに応じた補正係数ａ１を取得して、露光装置２０Ａに転送する（矢印［３］）。補正係数ａ１の取得は、位置合わせ測定装置３０Ａがホスト４０に問い合わせ、ホスト４０は任意の公知の手法を用いてこれを算出して位置合わせ測定装置３０Ａに供給する。
【００５５】
次に、露光装置２０Ａは、位置ずれ測定結果（位置ずれ量および補正係数ａ１を含む）を、ホスト４０のデータベース４１Ａと演算部４５に転送する（矢印［４］）。データベース４１Ａは、このデータをパイロットウェーハの位置ずれ履歴データの一部として取り込む。一方、演算部４５では、履歴データ参照部４６がデータベース４１Ａを参照して、ロットＡの過去（下層）のすべての履歴データを読み出す（矢印［５］）。
【００５６】
一方、重み付け判定部４３は、補正テーブル４４を参照して、今回のパターンレイヤより下層にある各層の位置合わせの重要度を見積もり、重み付けを行う必要があるかどうか、あるとすればどの層を優先的に考慮すべきかを判断する（矢印［６］）。重み付け判定部４３はさらに、優先的に考慮する層と、今回のパターンレイヤ層との、親層に対する位置合わせ重要度に応じて、重み付け係数を決定する。位置ずれ補正係数再算出部４７は、読み出された下層の履歴データから下層の位置関係を見積もり、見積もった下層の位置関係、今回のパターンレイヤの位置ずれ測定結果（位置ずれ量、補正係数ａ１を含む）、および重み付け判断部による判断結果に基づいて、第２の位置ずれ補正係数ａ２を算出し、これを露光装置２０Ａに供給する（矢印［７］）。
【００５７】
露光装置２０Ａでは、位置ずれ補正係数ａ２を用いて本体ロットの処理に移行し、本体ロットでの位置ずれ検査を位置合わせ測定装置３０Ａに指示する（矢印［８］）。位置合わせ測定装置３０Ａは、本体ロットでの位置ずれを測定し、測定結果をホストのデータベース４１Ａと、演算部４５に転送する（矢印［９］）。データベース４１Ａは、この測定結果を本体ロットの履歴データの一部として取り込む。一方、演算部４５の本体ロット判定部４８では、測定結果から、位置ずれ量が規格内かどうかを判断し、判断結果に応じて適宜、補正係数を修正する。この部分についても、公知の手法を採用することができるので、ここでは説明を省略する。
【００５８】
第１実施形態と同様に、ホスト１０はソフトウエアで実現することもできる。この場合は、コンピュータ読み取り可能のプログラムは以下の手順を含む。
（ａ）位置合わせ測定装置３０により測定された、マスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、この位置ずれ測定結果を対応するロットのデータベース１１に格納させる手順、
（ｂ）位置合わせ測定装置３０による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、演算部１５にデータベース１１を参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順、
（ｃ）補正テーブルを参照させて現在のパターンレイヤよりも下層に位置する各層の位置合わせの重要度を判断させる手順、および
（ｄ）演算部１５に、履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もらせ、下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果と、下層の位置合わせ重要度の判断結果とに基づいて、位置ずれ補正係数ａ２を算出させる手順。
【００５９】
図１２は、本発明の位置合わせ方法を用いた場合の、位置ずれ測定結果の一例を示す。図１２（ａ）は、親層（ＩＳＯ）に対する各層（II-１，II-２,ＡＰＤ，Ｐ１Ｌ）の位置ずれ量（μｍ）を平均値＋３σで表わしたグラフであり、図１２（ｂ）は、各層間の位置ずれ量（μｍ）を表わすグラフである。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、親層（ＩＳＯ）に対する各層のずれは、Ｘ方向、Ｙ方向ともに正負の方向が一定し、かつ、上層にいくにつれ（重ね合わせが進むにつれ）、親層に対するずれ量が小さくなる。これは、親層に対する第３層（II-２）以降のパターンレイヤの位置ずれを、そのパターンレイヤよりも下層に位置する層の位置ずれ関係を考慮して再補正することにより達成される。したがって、図３を参照して説明した逆方向のずれによるアライメントエラーの問題は生じない。
【００６１】
また、図１２（ｂ）に示すように、各層間の位置ずれ量は非常に小さい範囲に収束しており、全体としてみると、全層を通して高精度の位置合わせが達成されていることがわかる。
【００６２】
図１３に、比較例として従来の位置合わせ方法による位置ずれ測定の結果を示す。図１３（ａ）に示すように、親層（ＩＳＯ）に対する各層の位置ずれの大きさ自体は、本発明の位置合わせ方法と大差はないが、位置ずれの方向は各層ごとにばらつきがある。たとえば、第２層（II-１）と第３層（II-２）の並進ずれの向きが反対であり、結果として、最大で０．３０μｍ近くの位置ずれが生じる。
【００６３】
各層間の関係も、図１３（ｂ）に示すように、それぞれで位置ずれが大きく、かく並進ずれの方向もばらばらである。これは、下層の位置ずれ関係を考慮せずに、親層に対してのみ位置合わせしているためである。
【００６４】
図１２および図１３は、単純な位置合わせ系列の例をとったが、図１４および１５は、もう少し複雑な位置合わせ系列での位置合わせ結果を示す。図１４は本発明の位置合わせ方法を用いた場合、図１５は、従来の位置合わせ方法を用いた場合の位置合わせ結果である。
【００６５】
図１４（ａ）の例では、ＩＳＯとＰ１Ｌが親層となり、II-１〜Ｐ１ＬまでをＩＳＯのパターンに合わせ、ＣＶ１〜Ｐ２ＬをＰ１Ｌのパターンに合わせる。図１２の例と同様に、親層に対する子層の位置ずれの並進方向が一定し、かつ親層から上層にいくにしたがって、親層の位置へと収束する。仮に、Ｐ１Ｌがそれまでの層とは逆の向きにずれたとしても（図１４（ａ）の２つめのＰ１Ｌで示す例）、このＰ１Ｌを親層とする上層の位置合わせで、下層のすべての位置ずれ関係を考慮して補正係数ａ２を再算出するので、ＣＶ１、ＣＶ２、Ｐ２Ｌの各々が、下層のクリティカルレイヤであるＩＳＯとＰ１Ｌの双方に適合するように位置合わせされる。
【００６６】
また、図１４（ｂ）に示すように、各層間の位置ずれは全体を通して比較的小さな収束レンジ内に収まっている。仮に、Ｐ１Ｌの位置が直下のＡＰＤ層から反対方向にずれたとしても（図１４（ｂ）の２つめのＰ１Ｌで示す例）、Ｐ１Ｌを親層とする上層の位置合わせで、下層の位置ずれの方向性を考慮して補正係数ａ２が再算出されるので、全体として比較的小さな収束レンジ内に収まる。
【００６７】
一方、図１５に示す従来の方法では、下層のずれを考慮せず、親層との関係のみで位置ずれが補正されている。図１５（ａ）の例では、Ｐ２Ｌは、Ｐ１Ｌにのみ位置合わせされており、ＩＳＯに対しては、ＩＳＯとの位置関係を考慮せずにＰ１Ｌを介した間接合わせがされるだけである。図１５（ｂ）に示すように、各層間の位置ずれ量をみると、Ｐ２Ｌは、直下のＣＶ２に対してＹ方向に大きくずれ、ＩＳＯに対してはＸ方向に大きくずれている。
【００６８】
これらの結果から、本発明のように下層の位置ずれ関係を考慮した位置合わせ方法を用いると、積層構造全体として高精度の位置合わせが達成されることがわかる。
【００６９】
図１６（ａ）は、本発明の位置合わせ方法を用いて作製した半導体装置の主要部分を示す断面図である。比較として、図１６（ｂ）に、従来の位置合わせ方法で作成した半導体装置の断面図を示す。
【００７０】
図１６の例では、半導体基板５１上に１Ｔ１Ｃ（１トランジスタ１キャパシタ）のＦｅＲＡＭセルを構成するのに、素子分離領域５３のパターンレイヤ、ウェル拡散領域（不図示）のパターンレイヤ、トランジスタＴｒのゲート５５のパターンレイヤ、強誘電体キャパシタ６５のパターンレイヤ、プラグ５７、５９のパターンレイヤなど、多数の層が重ね合わせられている。ソース・ドレイン５４は、ゲート５５と側壁５２をマスクとして形成される。強誘電体キャパシタ６５は、下部電極材料、強誘電体誘電体材料、上部電極材料を順次積層した後、キャパシタ用のマスクパターンを用いてこれらの層を所定の形状に加工し、下部電極６１、強誘電体膜６２、上部電極６３を形成することによって作製される。
【００７１】
図１６（ａ）のように、本発明の位置合わせ方法を用いると、複数の層にまたがって、層間絶縁膜６６、６７を貫通するプラグ５７、５９を形成する場合でも、下層に形成されているパターンに対し、精度よく位置合わせされる。これに対して、従来の位置合わせ方法を用いた場合は、図１６（ｂ）に示すように、破線のサークルで囲まれた位置合わせ不良を生じる。すなわち、ゲートパターンに対するプラグ５７の位置ずれが適正に補正されず、カバー層５６に食い込んでトランジスタＴｒのソース・ドレイン領域５４との実効コンタクト面積が減少する。あるいは、強誘電体キャパシタパターンに対するプラグ５９の位置ずれが適正に補正されず、プラグ５９と強誘電体膜６２とが接触する。このような位置合わせ不良は、抵抗の増大、デバイスの動作不良などの原因となる。逆に言うと、本発明の位置合わせ方法により、半導体装置の積層構造全体としての位置合わせ精度が向上し、デバイス動作の安定性、信頼性が向上する。
【００７２】
このように、本発明の位置合わせ方法によれば、下層との間接合わせも考慮して位置合わせ補正係数が設定されるので、下層のどの層との位置合わせ関係においても、最小限に位置ずれを追い込むことが可能である。さらに位置合わせ精度を向上させたい場合は、親層と親層との間の位置合わせ管理を特に厳しく設定することで、積層構造全体としての位置ずれ量を最大限に縮小することがきる。
【００７３】
上述した実施形態では、並進ずれ成分を例にとって説明した。しかし、本発明の位置合わせ方法は、回転ずれ、直交度、チップ倍率、ウェーハ倍率などの平面内での相対的な位置ずれ補正に等しく適用できる。いずれの場合も、下層との位置ずれ関係を考慮した上で、今回のパターンレイヤの露光位置を最適とする位置ずれ補正係数を算出し、高精度の位置合わせを実現する。
【００７４】
また、あらかじめ補正テーブル（または重み付けシート）を格納する場合は、すべてのパターンレイヤで補正係数ａ２を求めるのではなく、下層との関係において位置合わせが重要となるレイヤについてのみ、下層の位置関係を考慮した補正係数ａ２を再算出する構成としてもよい。
【００７５】
さらに、補正テーブルを格納しない場合でも、あらかじめ定められたクリティカルレイヤが露光装置に入ってきたときに、下層の位置関係を考慮した補正係数ａ２を再算出する構成としてもよい。
【００７６】
さらに、下層の位置関係を見積もる際に、現在のパターンレイヤより下層にあるすべての層の位置ずれ履歴データを読み出してもよいし、あらかじめ定められた複数の層を読み出す構成としてもよい。
【００７７】
実施形態では露光装置としてステッパ・スキャナを用いて説明したが、電子ビーム投影露光装置など、任意の露光装置に本発明を適用できる。
【００７８】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体装置を構成する複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法であって、
所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、このパイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査し、
現在のパターンレイヤよりも下層に位置する一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もり、
現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、見積もった下層の位置ずれ関係とに基づき、位置ずれ補正係数を算出し、
求めた位置ずれ補正係数を露光装置に設定して、本体ロットで現在のパターンレイヤの露光を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
（付記２）
位置ずれ補正係数は、現在のパターンレイヤよりも下層にある各層の位置合わせの重要度を考慮し再算出することを特徴とする付記１に記載の位置合わせ方法。
（付記３）
半導体装置を構成する複数のパターンレイヤの各々について、他の層に対する位置合わせの重要度を記述したテーブルをあらかじめ格納し、
このテーブルを参照して、現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき１以上の層を選択して位置ずれ補正係数を再算出することを特徴とする付記１に記載の位置合わせ方法。
（付記４）
各パターンレイヤの位置合わせを行う都度、そのパターンレイヤの位置ずれに関連する情報をすべて、位置ずれ履歴データの中に取り込むことを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の位置合わせ方法。
（付記５）
ウェーハ上にマスクパターンを露光する露光装置と、ウェーハ上の基準パターンに対するマスクパターンの位置ずれを検査する位置合わせ測定装置とに接続されて位置ずれを補正する位置合わせ処理装置であって、
ウェーハ上に順次形成される複数のパターンレイヤの位置ずれ関連情報を格納するデータベースと、
位置合わせ測定装置による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、前記データベースを参照して、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出す履歴データ参照部と、
履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もり、下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する位置ずれ補正係数算出部と
を備えることを特徴とする位置合わせ処理装置。
（付記６）
各パターンレイヤの他のパターンレイヤに対する位置合わせの重要度を記述した位置合わせ管理テーブルと、
この位置合わせ管理テーブルを参照して、下層の位置ずれ関係における重み付け判断を行う重み付け判断部と
をさらに備えることを特徴とする付記５に記載の位置合わせ処理装置。
（付記７）
所定のロットに含まれる任意の半導体基板を露光装置に設置し、
露光装置で今回露光されるマスクパターンに関して、半導体基板上の基準パターンに対する位置ずれを測定し、
現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ履歴データを読み出して、下層の位置ずれ関係を見積もり、
見積もった下層の位置ずれ関係と、位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出し、
位置ずれ補正係数を前記露光装置に設定して、ロット内の残りの半導体基板上に現在のマスクパターンを露光し、
前記マスクパターンに基づいて、前記半導体基板上にパターンレイヤを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）
現在のパターンレイヤの、下層の各層に対する位置合わせの重要度をさらに判断し、
この判断結果と、下層の位置ずれ関係と、現在のパターンレイヤの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出することを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）
複数のパターンレイヤ間の位置合わせプログラムであって、
露光装置により露光されるマスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、受け取った位置ずれ測定結果を、対応するロットのデータベースに格納させる手順と、
前記位置ずれ測定結果を受け取ったときに、位置合わせ処理装置にデータベースを参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順と、
位置合わせ処理装置に、読み出された位置ずれ関連情報に基づいて下層の位置ずれ関係を見積もらせ、見積もられた下層の位置ずれ関係と、位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な位置合わせプログラム。
（付記１０）
複数のパターンレイヤ間の位置合わせプログラムであって、
露光装置により露光されるマスクパターンの基準パターンに対する位置ずれ測定結果を受け取る都度、この位置ずれ測定結果を対応するロットのデータベースに格納させる手順と、
前記位置ずれ測定結果を受け取ったときに、位置合わせ処理装置にデータベースを参照させ、現在のマスクパターンよりも下層に形成された一部またはすべての層の位置ずれ関連情報を読み出させる手順と、
位置合わせ処理装置に、現在のパターンレイヤよりも下層に位置する各層の位置合わせ重要度を判断させる手順と、
位置合わせ処理装置に、履歴データ参照部が読み出した位置ずれ関連情報から下層の位置ずれ関係を見積もらせ、見積もられた下層の位置ずれ関係と、現在のマスクパターンの位置ずれ結果と、下層の位置合わせ重要度の判断結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な位置合わせプログラム。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】一般的な位置合わせ方法のフローチャートである。
【図２】半導体製造工程における一般的な位置合わせ系列の一例を示す図である。
【図３】一般的な位置合わせ系列における従来の位置合わせ方法の問題点を説明するための図（その１）である。
【図４】一般的な位置合わせ系列における従来の位置合わせ方法の問題点を説明するための図（その２）である。
【図５】一般的な位置合わせ系列における従来の位置合わせ方法の問題点を説明するための図（その３）である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る位置合わせ方法のフローチャートである。
【図７】第１実施形態の位置合わせ方法における位置ずれ補正を説明するための図である。
【図８】第１実施形態の位置合わせシステムのブロック構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る位置合わせ方法のフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の位置合わせ方法で用いる重み付けシートの一例を示す図である。
【図１１】第２実施形態の位置合わせシステムのブロック構成図である。
【図１２】本発明の位置合わせ処理による位置ずれ結果を示す図である。
【図１３】従来の位置合わせ処理による位置ずれ結果を示す図である。
【図１４】本発明の位置合わせ処理による、より複雑な位置合わせ系列での位置ずれ結果を示す図である。
【図１５】従来の位置合わせ処理による、より複雑な位置合わせ系列での位置ずれ結果を示す図である。
【図１６】本発明の位置合わせ処理により製造された半導体デバイスと、従来の位置合わせ処理により製造された半導体デバイスとを比較する断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０、４０ ホスト
１１、４１ データベース
１４、４５ 演算部
１６、４６ 履歴データ参照部
１７、４７ 位置ずれ補正係数再算出部
１８、４８ 本体ロット判断部
２０ 露光装置
３０ 位置合わせ測定装置
４３ 重み付け判断部
４４ 補正テーブル
５１ 半導体基板
５２ 側壁
５３ 素子分離領域
５４ ソース・ドレイン
５５ ゲート
５６ カバー層
５７、５９ プラグ
６１ 下部電極
６２ 強誘電体膜
６３ 上部電極
６５ 強誘電体キャパシタ
６６、６７ 層間絶縁膜
Ｔｒ トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法であって、
所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、前記パイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査し、
前記現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、前記現在のパターンレイヤに対する位置合わせの重要度に応じて、前記現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき２以上の層を選択し、
前記選択した各層間での下層の位置ずれ関係を見積もり、
前記現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、前記見積もった下層の位置ずれ関係とに基づき、位置ずれ補正係数を算出し、
前記位置ずれ補正係数を前記露光装置に設定して、前記ロットで現在のパターンレイヤの露光を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】
前記現在のパターンレイヤに対する位置合わせの重要度に応じて選択した層の各々に対し、前記位置合わせの重要度に応じた重み付けを施して前記位置ずれ関係を見積もることを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
【請求項３】
前記半導体装置を構成する複数のパターンレイヤの各々について、他の層に対する前記位置合わせの重要度を記述したテーブルをあらかじめ格納し、
前記テーブルを参照して、前記現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき前記２以上の層を選択して前記位置ずれ補正係数を再算出することを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
【請求項４】
ウェーハ上にマスクパターンを露光する露光装置と、前記ウェーハ上の基準パターンに対する前記マスクパターンの位置ずれを検査する位置合わせ測定装置とに接続されて、前記位置ずれを補正する位置合わせ処理装置であって、
前記ウェーハ上に順次形成される複数のパターンレイヤの位置ずれ関連情報を格納するデータベースと、
前記位置合わせ測定装置による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、前記データベースを参照して、現在のマスクパターンよりも下層に形成された層の位置ずれ関連情報を読み出す履歴データ参照部と、
前記履歴データ参照部が読み出した前記位置ずれ関連情報から前記現在のマスクパターンに対する位置合わせの重要度に応じて、前記現在のマスクパターンを優先的に合わせるべき２以上の層を選択する判断部と、
前記選択された各層間で前記下層の位置ずれ関係を見積もり、当該下層の位置ずれ関係と、前記現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する位置ずれ補正係数算出部と
を備えることを特徴とする位置合わせ処理装置。
【請求項５】
所定のロットに含まれる任意の半導体基板を露光装置に設置し、
前記露光装置で今回露光されるマスクパターンに関して、前記半導体基板上の基準パターンに対する位置ずれを測定し、
前記現在のマスクパターンよりも下層に形成された層の位置ずれ履歴データを読み出して、前記現在のマスクパターンに対する位置合わせの重要度に応じて、前記現在のマスクパターンを優先的に合わせるべき２以上の層を選択し、
前記選択された各層間での下層の位置ずれ関係を見積もり、
前記下層の位置ずれ関係と、前記位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出し、
前記位置ずれ補正係数を前記露光装置に設定して、前記ロット内の残りの半導体基板上に現在のマスクパターンを露光し、
前記マスクパターンに基づいて、前記半導体基板上にパターンレイヤを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
複数のパターンレイヤ間の位置合わせ方法であって、
所定の露光装置で処理する同一ロット内のパイロットウェーハで、前記パイロットウェーハ上に形成された基準パターンに対する現在のパターンレイヤの位置ずれを検査し、
前記現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、前記現在のパターンレイヤに対する位置合わせの重要度に応じて、前記現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき２以上の層を選択し、
前記選択した各層間での下層の位置ずれ関係を見積もり、
前記現在のパターンレイヤの位置ずれ検査結果と、前記見積もった下層の位置ずれ関係とに基づき、位置ずれ補正係数を算出し、
前記位置ずれ補正係数を前記露光装置に設定して、前記ロットで現在のパターンレイヤの露光を行うことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】
前記現在のパターンレイヤに対する位置合わせの重要度に応じて選択した層の各々に対し、前記位置合わせの重要度に応じた重み付けを施して前記位置ずれ関係を見積もることを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
【請求項３】
前記半導体装置を構成する複数のパターンレイヤの各々について、他の層に対する前記位置合わせの重要度を記述したテーブルをあらかじめ格納し、
前記テーブルを参照して、前記現在のパターンレイヤよりも下層に位置する層の中から、現在のパターンレイヤを優先的に合わせるべき前記２以上の層を選択して前記位置ずれ補正係数を再算出することを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
【請求項４】
ウェーハ上にマスクパターンを露光する露光装置と、前記ウェーハ上の基準パターンに対する前記マスクパターンの位置ずれを検査する位置合わせ測定装置とに接続されて、前記位置ずれを補正する位置合わせ処理装置であって、
前記ウェーハ上に順次形成される複数のパターンレイヤの位置ずれ関連情報を格納するデータベースと、
前記位置合わせ測定装置による現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果を受け取ったときに、前記データベースを参照して、現在のマスクパターンよりも下層に形成された層の位置ずれ関連情報を読み出す履歴データ参照部と、
前記履歴データ参照部が読み出した前記位置ずれ関連情報から前記現在のマスクパターンに対する位置合わせの重要度に応じて、前記現在のマスクパターンを優先的に合わせるべき２以上の層を選択する判断部と、
前記選択された各層間で前記下層の位置ずれ関係を見積もり、当該下層の位置ずれ関係と、前記現在のマスクパターンの位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出する位置ずれ補正係数算出部と
を備えることを特徴とする位置合わせ処理装置。
【請求項５】
所定のロットに含まれる任意の半導体基板を露光装置に設置し、
前記露光装置で今回露光されるマスクパターンに関して、前記半導体基板上の基準パターンに対する位置ずれを測定し、
前記現在のマスクパターンよりも下層に形成された層の位置ずれ履歴データを読み出して、前記現在のマスクパターンに対する位置合わせの重要度に応じて、前記現在のマスクパターンを優先的に合わせるべき２以上の層を選択し、
前記選択された各層間での下層の位置ずれ関係を見積もり、
前記下層の位置ずれ関係と、前記位置ずれ測定結果とに基づいて、位置ずれ補正係数を算出し、
前記位置ずれ補正係数を前記露光装置に設定して、前記ロット内の残りの半導体基板上に現在のマスクパターンを露光し、
前記マスクパターンに基づいて、前記半導体基板上にパターンレイヤを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−３００８８０（Ｐ２００８−３００８８０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２７４１１（Ｐ２００８−２２７４１１）
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【分割の表示】特願２００３−１１３６６（Ｐ２００３−１１３６６）の分割
【原出願日】平成１５年１月２０日（２００３．１．２０）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【分割の表示】特願２００３−１１３６６（Ｐ２００３−１１３６６）の分割
【原出願日】平成１５年１月２０日（２００３．１．２０）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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