半導体装置の製造方法
【課題】一連の露光工程を含む半導体装置の製造において、縦横比が可変な露光装置と縦横比が固定の露光装置を使い分けることにより、半導体装置の製造費用を低減させる。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、を含み、前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含む。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、を含み、前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体装置の製造に係り、特に露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高速化の要求に伴い、今日では半導体ウェハなどの被露光基板表面に形成されるパタ―ンは非常に微細化している。また今日では、半導体装置の多機能化の要求に伴い、被露光基板上に多数のパタ―ンを重ねて露光する必要が生じている。このような非常に微細なパタ―ンを多数重ねて露光する場合には、被合わせ層におけるパタ―ンと合わせ層におけるパタ―ンとの間に高精度の位置合わせが重要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０４１５６号公報
【特許文献２】特開２００９−２３１５６４号公報
【特許文献３】特開平１０−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の層を重ねて半導体装置を製造する際、通常は、被位置合わせ層とその上に形成される位置あわせ層との間で位置合わせをすればことが足りる。順次行われるこのような位置合わせの結果、最下層のパタ―ンと最上層のパタ―ンとの間で大きな位置ずれが生じても、通常は問題にはならない。
【０００５】
ところで一般的な半導体装置、例えば多層配線構造を有する半導体装置では、下層の配線パタ―ンの方が微細でパタ―ン密度も高く、上層の配線パタ―ンに移行するにつれて配線パタ―ンの設計ルールが緩くなり、またパタ―ン密度もより粗になる傾向がある。このような微細なパターンの露光には通常、スキャナとよばれる、レチクル上のパタ―ンを一方向に走査し、かつ被処理基板Ｗを逆方向に走査しながら露光をスリット状の部分部分に分けて行う縮小投影露光装置が使われることが多い。
【０００６】
しかしスキャナは高価であり、またスキャナを使って露光を行った場合には、露光のスループットが低くなるため、例えば多層配線構造の上層の配線パタ―ンを形成する場合などは、レチクル上のパタ―ンを一括して露光できるステッパとよばれる縮小投影露光装置を使い、露光のスループットを上げたいという要求が存在する。
【０００７】
ところがスキャナでは露光がスリット状の部分部分にわけて、かつレチクルおよび被処理基板をそれぞれの方向に送りながら行われるため、被処理基板のプロセス工程上における伸縮に対応して、伸縮したショットに対応して、当該レチクル上のパターンの当該被処理基板上への投影に際して、当該レチクルパターンの縦横比を変化させることができ、また半導体装置全体で見るとパタ―ンの縦横比が、露光装置の制御機構の精度に起因した位置ずれにより、下層と上層で変化することがある。これに対し、ステッパではレチクル上のパタ―ンが一括して露光されるため、縦横比は、光学系の誤差を除けば通常は１：１に原理的に固定されており、変化することがない。
【０００８】
そこで一連のパタ―ンがスキャナを使って順次露光され形成されている被処理基板上に、ステッパを使って上層パタ―ンを重ねて露光しようとすると、縦横比の誤差の累積により、露光位置合わせが出来なくなる場合が生じることがある。このような場合には、前記一連の下層パタ―ンが形成されている被処理基板を破棄する以外に方法がない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の側面によれば半導体装置の製造方法は、縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、を含み、前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一連の露光工程を含む半導体装置の製造の際に、縦横比が可変なスキャナなどの露光装置と縦横比が固定のステッパなどの露光装置使い分けることが可能となり、半導体装置の製造費用を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態で製造される半導体装置の例を示す断面図である。
【図２Ａ】図１の半導体装置において形成されるアラインメントマークの例を示す断面図である。
【図２Ｂ】図１の半導体装置において形成される位置ずれ検出マークの例を示す断面図である。
【図３】半導体装置に形成されたアラインメントマークと位置ずれ検出マークを示す平面図である。
【図４】図１の半導体装置の位置合わせ系列を示す工程図である。
【図５】本実施形態で使われる縦横比が可変な縮小投影露光装置の例を示す図である。
【図６Ａ】被処理基板上に生じる露光パタ―ンの歪みの例を示す平面図である。
【図６Ｂ】被処理基板上に生じる露光パタ―ンの歪みの別の例を示す平面図である。
【図７】被処理基板上における露光パタ―ンの基本的な位置ずれの例を示す平面図である。
【図８】本実施形態による露光プロセスを示すフローチャートである。
【図９】被処理基板上に重畳して形成された露光パタ―ンの位置ずれの例を示す平面図である。
【図１０】図９の状態から位置合わせを行った場合の、被処理基板上に重畳して形成された露光パタ―ンの例を示す平面図である。
【図１１】図１０の状態において、さらにステッパにより露光を行った場合に生じる位置合わせの失敗例を示す平面図である。
【図１２】図１１の状態に対して行われる縦横比の調整を説明するための平面図である。
【図１３】図１２において縦横比調整後の状態を示す平面図である。
【図１４】係数ｋあるいはｋ１，ｋ２の決定方法の概略を示すグラフである。
【図１５Ａ】本実施形態における位置合わせ系列の例を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの位置合わせ系列に対応する位置合わせ結果を比較対照例と比較して示す表の図である。
【図１６】図８において、前記図１２の縦横比の調整に係る部分を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の考え方を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態により製造される、シリコン基板１１上に形成されたトランジスタＴｒを含む半導体装置１０を示す断面図である。図１の半導体装置１０の例では、前記トランジスタＴｒ上に層間絶縁膜１５〜１９が積層されている。
【００１３】
図１を参照するに、前記シリコン基板１１中には素子分離領域１１Ｉにより素子領域１１Ａが画成されており、前記シリコン基板１１上にはゲート絶縁膜１２を介してゲート電極１３が形成されている。
【００１４】
前記素子領域１１Ａでは前記シリコン基板１１中、前記ゲート電極１３の第１の側および第２の側に、ｎ型あるいはｐ型の拡散領域よりなるソースエクステンション領域１１ａとドレインエクステンション領域１１ｂが形成され、さらにゲート電極１３の前記第１の側では、ゲート電極１３直下のチャネル領域１１ｃｈから見て側壁絶縁膜１３Ａの外側にｎ＋型あるいはｐ＋型の拡散領域よりなるソース領域が、また前記ゲート電極１３の前記第２の側では前記チャネル領域１１ｃｈから見て側壁絶縁膜１３Ｂの外側に、ｎ＋型あるいはｐ＋型の拡散領域よりなるドレイン領域が形成されている。
【００１５】
前記ゲート電極１３は絶縁膜１４により覆われ、前記絶縁膜１４中には前記ソース領域１１ａにコンタクトして第１のビアプラグ１４Ａが、また前記ドレイン領域１１ｂにコンタクトして第２のビアプラグ１４Ｂが形成されている。
【００１６】
さらに前記絶縁膜１４上には、前記層間絶縁膜１５〜１９を積層した多層配線構造２０が形成されている。
【００１７】
図示の例では前記層間絶縁膜１５は第１層の配線パタ―ン１５Ｌ，１５Ｍおよび第１層のビアプラグ１５Ｃを含み、前記配線パタ―ン１５Ｌはビアプラグ１４Ｂに、配線パタ―ン１５Ｍはビアプラグ１４Ａに電気的に接続されている。またビアプラグ１５Ｃは配線パタ―ン１５Ｌに整合し、かつ前記配線パタ―ン１５Ｌに電気的に接続されている。
【００１８】
さらに前記層間絶縁膜１６は第２層の配線パタ―ン１６Ｌおよび第２層のビアプラグ１６Ｃを含み、前記配線パタ―ン１６Ｌは前記ビアプラグ１５Ｃに整合し、かつ前記ビアプラグ１５Ｃに電気的に接続される一方、ビアプラグ１６Ｃにも整合し、かつ前記ビアプラグ１６Ｃに電気的に接続されている。
【００１９】
さらに前記層間絶縁膜１７は第３層の配線パタ―ン１７Ｌおよび第３層のビアプラグ１７Ｃを含み、前記配線パタ―ン１７Ｌはその下のビアプラグ１６Ｃに整合し、かつ前記ビアプラグ１６Ｃに電気的に接続される一方、前記ビアプラグ１７Ｃにも整合し、かつ前記ビアプラグ１７Ｃに電気的に接続されている。
【００２０】
さらに前記層間絶縁膜１８は第４層の配線パタ―ン１８Ｌおよび第４層のビアプラグ１８Ｃを含み、前記配線パタ―ン１８Ｌはその下のビアプラグ１７Ｃに整合し、かつ電気的に接続される一方、前記ビアプラグ１８Ｃにも整合し、かつ電気的に接続されている。
【００２１】
さらに前記層間絶縁膜１９は第５層の配線パタ―ン１９Ｌおよび第５層のビアプラグ１９Ｃを含み、前記配線パタ―ン１９Ｌはその下のビアプラグ１８Ｃに整合し、かつ電気的に接続される一方、前記ビアプラグ１９Ｃにも整合し、かつ電気的に接続されている。
【００２２】
ただし本発明は、図１に示したような、各層の配線パタ―ンおよびビアプラグが基板に垂直な方向に整列している場合に限定されるものではなく、前記多層配線構造２０中に様々な回路パターンが形成されている場合をも含むものである。
【００２３】
このような多層配線構造２０をフォトリソグラフィにより形成する際には、第１層の配線パタ―ン１５Ｌに第１層のビアプラグ１５Ｃを位置合わせし、さらに第１層のビアプラグ１５Ｃに第２層の配線パタ―ン１６Ｌを位置合わせし、前記第２層の配線パタ―ン１６Ｌに第２層のビアプラグ１6Ｃを位置合わせし・・・という一連の位置合わせ工程が必要になる。
【００２４】
図２Ａは、このような層間絶縁膜１５〜１９中に形成され、フォトリソグラフィ工程の際に配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌ，ビアプラグパタ―ン１５Ｃ〜１９Ｃの位置合わせに使われるアラインメントマークＡＬの例を、また図２Ｂは、前記層間絶縁膜１５〜１９中に形成され、同じくフォトリソグラフィ工程の際に配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌ，ビアプラグパタ―ン１５Ｃ〜１９Ｃの位置ずれの検出に使われる位置ずれ検出マークＤｖの例を示す断面図である。
【００２５】
図２Ａを参照するに、アラインメントマークＡＬは前記層間絶縁膜１５〜１９中に、前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃの各々に対応して、前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃと同時に形成されており、前記アラインメントマークＡＬは、フォトリソグラフィ工程の際にｘ軸方向への位置検出に使われるマークＡＬｘとｙ軸方向への位置検出に使われるマークＡＬｙより構成されている。マークＡＬｘとマークＡＬｙとは対をなしており、配線パタ―ン１５Ｌ，ビアプラグ１５Ｃ，配線パタ―ン１６Ｌ，ビアプラグ１６Ｃ・・・に対応して、位置をずらしながら形成されている。例えば前記マークＡＬｘのｘ軸方向への繰り返しを検出し、その中央の位置をもって、マークＡＬｘのｘ座標値を読み取ることが可能であり、また前記マークＡＬｙのｙ軸方向への繰り返しを検出し、その中央の位置をもって、マークＡＬｙのｙ座標値を読み取ることができる。
【００２６】
これに対し図２Ｂを参照するに位置ずれ検出マークＤｖも前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃの各々に対応して、前記層間絶縁膜１５〜１９中に前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃと同時に形成されており、各々の位置ずれ検出マークＤｖは、合わせパタ―ンＤｖＵと被合わせパタ―ンＤｖＬとにより構成されている。
【００２７】
例えば図示の例では、合わせパタ―ンＤｖＵが、その下の破線で示した被合わせパタ―ンＤｖＬ'に、前記基板１１に垂直方向から見た場合に含まれるように形成されており、その結果、フォトリソグラフィ工程による前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌ，ビアプラグパタ―ン１５Ｃ〜１９Ｃの形成の際、前記合わせパタ―ンＤｖＵと被合わせパタ―ンＤｖＬ'との、前記基板１１に垂直方向から見た位置関係をもとに、合わせパタ―ンＤｖＵの被合わせパタ―ンＤｖＬ'に対する位置ずれ、従って例えばビアプラグ１５Ｃの配線パタ―ン１５Ｌに対する位置ずれなどが検出される。
【００２８】
位置ずれ検出マークＤｖも、配線パタ―ン１５Ｌ，ビアプラグ１５Ｃ，配線パタ―ン１６Ｌ，ビアプラグ１６Ｃ・・・に対応して、位置をずらしながら、任意の配線パタ―ンあるいはビアプラグ、例えばビアプラグ１５Ｃ、に対応する合わせマークＤｖＵに対して一つ下のビアプラグあるいは配線パタ―ン、例えば１５Ｌ、に対応する被合わせマークＤｖＬ'が重なるように、また前記合わせマークＤｖＵと同じ層で隣接する被合わせマークＤｖＬに対しては、一つ上の配線パタ―ンあるいはビアプラグ、例えば配線パタ―ン１６Ｌ、の合わせマークＤｖＵが重なるように形成されている。
【００２９】
このようなアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖを使うことにより前記ビアプラグ１５Ｃが前記配線パタ―ン１５Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１６Ｌが前記ビアプラグ１５Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１６Ｃが前記配線パタ―ン１６Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１７Ｌが前記ビアプラグ１６Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１７Ｃが前記配線パタ―ン１７Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１８Ｌが前記ビアプラグ１７Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１８Ｃが前記配線パタ―ン１８Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１９Ｌが前記ビアプラグ１８Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１９Ｃが前記配線パタ―ン１９Ｌに位置合わせされる。
【００３０】
これに伴い、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、前記層間絶縁膜１５〜１９中にはそれぞれの配線パタ―ンおよびビアプラグのためのアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖが、位置をずらしながら順次形成されることになる。
【００３１】
図３は、このようにして形成された図１の半導体装置１０における多層配線構造２０を基板１１に垂直な方向から見た平面図である。
【００３２】
図３を参照するに、前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃが形成される「露光ショット」と表記した半導体パタ―ン形成領域を囲んで、図示の例では四隅Ａ〜Ｄに、前記アラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖがそれぞれ形成されている。前記図２Ａ，２Ｂに示したように、前記アラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖは、前記各々の隅Ａ〜Ｄにおいて順次ずらして形成されているため、図３の平面図では一列に整列して見え、前記層間絶縁膜１５〜１９を透かしてそれぞれのアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖを読み取ることが可能である。
【００３３】
図４は、このようなアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖにより検出された位置ずれに基づいて行われる、図１の半導体装置１０をフォトリソグラフィにより製造する際の位置合わせ系列の例を示す工程図である。
【００３４】
図４を参照するに、ステップ１において素子分離領域１１Ｉ（ＩＳＯ）が形成され、ステップ２において前記素子分離領域１１Ｉに対してゲート電極１３（Ｇａｔｅ）が、位置合わせの後、露光により形成されたレジストパターンをマスクに、ドライエッチングにより形成される。さらにステップ３において前記ステップ２と平行して、イオン注入マスクが位置合わせされ、前記シリコン基板１１の所定領域に第１回目のイオン注入（ｉｉ）が実行される。これにより、例えば前記シリコン基板１１中にソースエクステンション領域１１ａおよびドレインエクステンション領域１１ｂが形成される。
【００３５】
前記ステップ２および３の後、ステップ４において、例えば図１の例ではビアプラグ１４Ａ，１４Ｂを含む配線層Ｃ１を形成するためのマスク位置合わせが、前記ゲート電極１３のパタ―ンに対して行われ、またこれに平行してステップ５において、前記ゲート電極１３に対して次のイオン注入マスクが位置合わせされ、前記シリコン基板１１の所定領域に第２回目のイオン注入（ｉｉ）が実行され、前記ソース領域およびドレイン領域１１ｃ，１１ｄが形成される。
【００３６】
さらにステップ６において、図１の半導体装置１０の例では配線パタ―ン１５Ｌ，１５Ｍに対応する配線層Ｌ１のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、さらに対応して形成された金属膜をパターニングすることにより、配線パタ―ン１５Ｌ，１５Ｍを含む配線層Ｌ１が形成される。
【００３７】
さらにステップ７において例えば前記ビアプラグ１５Ｃを含む配線層Ｃ２のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、引き続き前記配線層Ｃ２のパターニングが行われる。
【００３８】
さらにステップ８において、図１の半導体装置１０の例では配線パタ―ン１６Ｌを含む配線層Ｌ２のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、さらに対応する金属膜をパターニングすることにより、前記配線層Ｌ２のパターニングが行われる。
【００３９】
さらにステップ９において例えば前記ビアプラグ１６Ｃを含むビアプラグＣ３のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、引き続き、前記配線層Ｃ３のパターニングが行われる。
【００４０】
さらにステップ１０において図１の半導体装置１０の例では配線パタ―ン１７Ｌを含む配線層Ｌ３のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、さらに対応する金属膜をパターニングすることにより、配線層Ｌ３のパターニングが行われる。
【００４１】
さらにこのような工程を繰り返すことにより、前記図１の半導体装置１０が得られる。
【００４２】
図５は、本実施形態で使われる縮小投影露光装置３０の例を示す。
【００４３】
図５を参照するに縮小投影露光装置３０はいわゆるスキャナであり、光源３１と、被処理基板Wを保持して移動させるウェハ走査ステージ３２を含み、前記光源３１とウェハ走査ステージ３２の間には、第１の実施形態による露光マスク３４を担持するレチクル走査ステージ３３が設けられている。
【００４４】
前記光源３１は、例えばエキシマレーザなど、深紫外（ＤＵＶ）波長の露光ビームを発生する光源であり、前記光源３１から出射した露光ビームはミラー３５で反射された後、コリメートレンズ系３６により前記レチクル走査ステージ３３上の露光マスク３４に平行光ビームとして照射される。
【００４５】
このようにして前記露光マスク３４に照射された露光ビームは前記露光マスク３４を通過する際に露光マスク１４のレチクルが保持している所望の半導体装置の露光パタ―ンに従って整型され、前記レチクル走査ステージ３３とウェハ走査ステージ３２の間に設けられた投影レンズ系３７により、前記被処理基板Wの表面に集束され、前記被処理基板Ｗ上のレジスト膜が所望の露光パタ―ンに従ってスリット状に露光される。
【００４６】
前記縮小投影露光装置３０はスキャナであるため、前記レチクル走査ステージ１３が図５中の矢印Ａの方向に移動され、また前記被処理基板Ｗが矢印Ｂの方向に移動され、前記レチクル上の露光パタ―ン全体の露光がなされる。このようなスキャナを使った場合、前記矢印Ａおよび矢印Ｂの方向への走査速度により、前記被処理基板Ｗ上に露光されるパタ―ンにおいて縦横比を変化させることができる。具体的には、図５中の水平方向の投影倍率に関しては、Ｘ方向のレチクル上のパターンのウェハ上への投影倍率を、投影レンズ系内のレンズ倍率制御機構によって変化させることが可能であり、図５中の垂直方向の投影倍率は、レチクルの走査スピードとウェハの走査速度の差を利用して変化させることが可能であり、その結果Ｘ方向とＹ方向の相対的な倍率差を変化させることが可能となっている。
【００４７】
図６Ａは、前記スキャナ３０を使って被処理基板Ｗ上に素子分離領域１１Ｉを形成した後、さらにゲート電極１３を重畳して露光した場合の位置ずれ、ないし歪みの例を、また図６Ｂは、ゲート電極１３上にビアプラグ１４Ａ，１４Ｂを重畳して露光した場合の位置ずれ、ないし歪みの例を示す。図６Ａおよび図６Ｂ中、実線の四角形は被処理基板Ｗ上の正規の四角形（正方形）を、破線は露光の際に位置ずれが生じて歪んだ四角形を示している。また前記四角形の各稜点の矢印は、それぞれの稜点の変位を示しているが、前記縮小投影露光装置３０がスキャナであるため、変位の方向および変位量は様々であるのがわかる。
【００４８】
このような位置ずれ成分には、ｘ軸方向の並進ズレ成分である「Shift_X」、ｙ軸方向の並進ズレ成分である「Shift_Y」、ウェハ全体のｘ軸方向に関する倍率ズレ成分である「wafer_mag_X」、ウェハ全体のｙ軸方向に関する倍率ズレ成分である「wafer_mag_Y」、ウェハ全体のｘ軸方向への回転ズレ成分である「wafer_rot_X」、ウェハ全体のｙ軸方向への回転ズレ成分である「wafer_rot_Y」、さらにｘ軸方向へのショットの倍率ズレ成分である「shot_mag_X」、ｙ軸方向へのショットの倍率ズレ成分である「shot_mag_Y」、ｘ軸方向へのショットの回転ズレ成分である「shot_rot_X」、およびｙ軸方向へのショットの回転ズレ成分である「shot_rot_Y」が含まれる。
【００４９】
数学的に示せば、ｘ方向の位置ずれ量は、
(Xmi+Xci)×wafer_mag_X + (Ymi+Yci)×wafer_rot_Y + shot_mag_X×Xmi+ shot_rot_Y ×Ymi+ Shift_X）+εx
であり、
ｙ方向の位置ずれ量は、
(Ymi+Yci)×wafer_mag_Y + (Xmi+Xci)×wafer_rot_X + shot_mag_Y×Ymi+ shot_rot_X ×Xmi+ Shift_Y+εy)
である。
【００５０】
ここで、Xciは、ウェハ内のi番目の位置ずれ計測の属するショットのショット中心座標をウェハ中心を原点（0, 0）とした際のウェハ内座標位置であり、Xmiは、同様にウェハ内のi番目の位置ずれ計測位置を、その属するショットの中心座標であるXciを原点（0, 0）にした際のショット内座標位置である。また、εx, εyはそれぞれ、x方向、y方向の非線形位置ずれ成分である。
【００５１】
図７は、上記位置ずれ成分「Shift_X」，「Shift_Y」，「wafer_mag_X」，「wafer_mag_Y」，「wafer_rot_X」，「wafer_rot_Y」，「shot_mag_X」，「shot_mag_Y」，「shot_rot_X」、および「shot_rot_Y」の例を示す平面図である。
【００５２】
図７中、破線は正規のパタ―ンを、実線はそれぞれの位置ずれが生じた状態を示している。
【００５３】
図７を参照するに位置ずれ成分「Shift_X」，「Shift_Y」は、それぞれｘ軸方向およびｙ軸方向への平行移動に対応しており、「wafer_mag_X」，「wafer_mag_Y」は、それぞれウェハ全体としてのｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率のずれに対応しており、「wafer_rot_X」，「wafer_rot_Y」は、それぞれウェハ全体としてのｘ軸方向およびｙ軸方向への変形に対応しており、「wafer_rot_X」，「wafer_rot_Y」を組みあわせることで、ウェハ全体の回転を表すことができる。
【００５４】
さらに図７において「shot_mag_X」，「shot_mag_Y」は、個々のショットにおけるｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率のずれに対応し、「shot_rot_X」および「shot_rot_Y」は、個々のショットにおけるｘ軸方向およびｙ軸方向への変形に対応している。「shot_rot_X」，「shot_rot_Y」を組みあわせることで、当該ショットの回転を表すことができる。例えば、「shot_mag_X」，「shot_mag_Y」の符号を時計周りを＋に取った場合、「（shot_mag_X＋shot_mag_Y）/2」がショットの回転に該当する。
【００５５】
このような露光装置における位置ずれについては、図６Ａ，図６Ｂに矢印で示した各位置ずれ成分のロット単位の処理履歴：つまりロット単位で、その中の数枚のウェハに対して位置ずれ計測を行い、その計測データの解析結果を、ロットの位置ずれの出来栄えを表す尺度、としてデータベースに登録されており、例えば図４のようなフォトリソグラフィ工程を実行する際には、予想される位置ずれを前記データベースより読み出し、補正を行ってから露光を実行することがなされている。
【００５６】
図８は、このような露光工程の例を示すフローチャートである。
【００５７】
図８を参照するに、ステップ１１においてあるロットの被処理基板Ｗが入来すると、ステップ１２において、前記縮小投影露光装置３０は前記データベースを参照して、そのロットについて最適な補正量を決定する。このような補正量には、図６Ａ，６Ｂに示した各成分についての位置ずれ補正値の他に、最適な線幅を得るための最適な露光量の補正値が含まれる。このような最適補正量の決定は、それ以前のロットについての最適補正量の変化を、例えば移動平均を計算して外挿すること、などによりなされる。
【００５８】
次にステップ１３において前記最適補正量を使って補正した露光データにより被処理基板Ｗを露光し、レジストパターンを現像する。
【００５９】
さらにステップ１４において、現像により得られたレジストパターンを、顕微鏡を使って検査し、実際の位置ずれの値を求める。より具体的には、顕微鏡で観察される位置ずれ計測用の被合わせマークと合わせマークの重なり具合（位置ずれ量）を画像処理によって求める。
【００６０】
さらにステップ１５において、前記ステップ１４で求められた実際の位置ずれの値が許容範囲内に収まっているか否かを判定し、収まっている場合（ＹＥＳ）ならばステップ１６の線幅検査に進み、線幅を求める。
【００６１】
さらにステップ１７において、前記ステップ１６で求められた線幅が許容範囲内である（ＹＥＳ）と判定されると、ステップ１８で次の工程に進む。
【００６２】
一方、前記ステップ１５において位置ずれが許容範囲を超えている（ＮＯ）と判定された場合にはステップ１９において、先にステップ１３で形成されたレジストパターンが除去され、さらにステップ２０において、前記ステップ１４で求められた真の位置ずれの値を元に、前記ステップ１２で求められた補正値が修正され、再びステップ１３に戻り、前記修正された補正値を使って露光および現像が行われる。また同時にステップ１２で使われたデータベースが、最新の位置ずれ補正値により更新される。
【００６３】
同様にステップ１７で露光線幅が許容範囲を超える（ＮＯ）と判定された場合にも、ステップ１９において既存のレジストパターンは除去され、さらにステップ２０において前記ステップ１６で求められた真の露光線幅の値を元に、前記ステップ１２で求められた露光量の最適補正値が修正され、再びステップ１３に戻り、前記修正された補正値を使って、露光および現像が行われる。また同時にステップ１２で使われたデータベースが、最新の露光量により更新される。
【００６４】
図９は、前記図５のスキャナ３０を使って、被処理基板Ｗ上に、層１〜層３まで、同一の矩形パタ―ンを重畳露光した際の位置ずれおよび位置合わせを説明する平面図である。
【００６５】
図９を参照するに、最初に非露光基板Ｗ上に層１の露光および現像がなされ、前記露光および現像の結果得られたレジストパターンをマスクとしたエッチングにより、前記被処理基板Ｗ上には例えば点線で示した矩形パタ―ンＲ１が形成される。
【００６６】
次に破線で示した層２の露光が、前記層１の露光で形成された矩形パタ―ンＲ１に重畳して実行される。
【００６７】
図示の例では層２の露光で形成される矩形パタ―ンＲ２は、層１の露光で形成される矩形（正方形）パタ―ンＲ１と同一のパタ―ンであり、露光の際の位置ずれが生じていなければ、矩形パタ―ンＲ２は矩形パタ―ンＲ１と一致するはずのものであるが、図９では実際は、前記矩形パタ―ンＲ２は横長に変形されている。このような位置ずれないしパタ―ンの変形は、例えば図５のスキャナ３０における光学系の誤差の他、レチクル走査ステージ１３の走査速度やウェハ走査ステージ３２のずれなどに起因して生じており、ｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率のずれの結果生じるものである。層３の矩形パタ―ンＲ３も同様である。なお図９において前記層１〜層３の矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３の中心は、位置合わせされているものとする。すなわち図９では、実際にはウェハ内のショット毎に、当該中心位置はずれているが、ショットの倍率による位置ずれの影響を分かりやすく示すために当該中心位置はずれていないものとして表現している。
【００６８】
図９中、各矩形パタ―ンの右下稜点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に付した円Ｃａ１，Ｃａ２，Ｃａ３は位置合わせ許容誤差範囲を示しており、例えば層１の矩形パタ―ンＲ１の左下稜点Ｐ１の円Ｃａ１内に層２の矩形パタ―ンＲ２の左下稜点Ｐ２が入っていれば、層１と層２の位置ずれは許容範囲にあると考えられる。層１と層２の中心が一致しており、左右上下対象であり、そのコーナー（最大位置ずれ量が発生する場所）が位置ずれ許容範囲であれば層１と層２のすべてのパターンについて許容範囲にあるということである。
【００６９】
図９の例では、前記稜点Ｐ２は前記円Ｃａ１内に入っており、矩形パタ―ンＲ１と矩形パタ―ンＲ２とは許容範囲内で位置合わせされているが、矩形パタ―ンＲ３では稜点Ｐ３が矩形パタ―ンＲ２の許容範囲Ｃａ２を外れていることがわかる。
【００７０】
そこでこのような場合、通常は前記矩形パタ―ンＲ３を露光する際のｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率ShotMag_XおよびShotMag_Yを、図９中に矢印Δ１で示すように前記矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３が前記円Ｃａ２内に入るように補正する。なお前記図９において、また以後の説明においても、前記Shift_X，Shift_Y，wafer_mag_X，wafer_mag_Y，wafer_rot_Xおよびwafer_rot_Yの各成分については、すでに補正がなされているものとする。
【００７１】
図１０は、このような補正を行って形成した矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３を示す平面図である。
【００７２】
図１０を参照するに、前記図９に示した矢印Δ１の補正の結果、前記稜点Ｐ３は前記稜点Ｐ２における許容範囲円Ｃａ２内に収まっているのがわかる。
【００７３】
このように、縮小投影露光装置としてスキャナを使っている限り、相前後して露光される二つの層の間で位置ずれを許容範囲内に維持することにより、所望の半導体装置を製造することが可能であるが、一方、多層配線構造の上層に形成される配線パタ―ンあるいはビアプラグパタ―ンについては、パタ―ン幅が下層の微細な配線パタ―ンに比較して広いので、より露光スループットの高いステッパを使って露光を行いたい要望がある。
【００７４】
しかしステッパでは、露光装置の図示および構成についての説明は省略するが、倍率の縦横比が通常は１：１に固定されていて、ｘ軸方向への倍率ShotMag＿Xとｙ軸方向への倍率ShotMag＿Yを別々に変化させることはできず、図９，図１０に示した位置ずれ補正方法は使えない。
【００７５】
図１１は、層１〜層３においてスキャナ３０を使い、前記図１０に示す矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３を形成した後、ステッパを使って層４の矩形パタ―ンＲ４を形成した本実施例の比較例を示す平面図である。
【００７６】
図１１を参照するに、図示の例では図１０に示す矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３に矩形パタ―ンＲ４が重畳して露光されているが、パタ―ンＲ４の右下稜点Ｐ４が、円Ｃａ３で示す、その直下の矩形パタ―ンＲ３の位置ずれ許容範囲から大きく外れていることがわかる。
【００７７】
矩形パタ―ンＲ４を露光する縮小投影露光装置はステッパであるため、縦横の倍率は別々に変化させることはできず、このため倍率を調整しても、前記稜点Ｐ４は図中に一点鎖線で示す線の上を移動することしかできない。
【００７８】
このため、図１１のような状態が生じると、矩形パタ―ンＲ４の矩形パタ―ンＲ３に対する位置合わせは失敗したことになる。
【００７９】
これに対し本実施形態では前記層１を基準層とし、図１２に示すように、層３における矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３を、Δ２で表したベクトルに従って、基準層１の稜点Ｐ１の近傍の×で示した位置Ｐ３'に移動させ、前記矩形パタ―ンＲ３の縦横比を、図１３に示すように、基準層１における矩形パタ―ンＲ１の縦横比に近づけている。ここで図１３は、前記図１２の調整の結果得られた矩形パタ―ンＲ３を、前記矩形パタ―ンＲ１，Ｒ２，Ｒ４に重畳して示している図である。
【００８０】
このように矩形パタ―ンＲ３を基準層１における矩形パタ―ンＲ１に対して補正しておくことにより、縦横比の調整後においても稜点Ｐ３は矩形パタ―ンＲ２の位置ずれ許容範囲円Ｃａ２の内側になお含まれ、かつ矩形パタ―ンＲ４の稜点Ｐ４が矩形パタ―ンＲ３の位置ずれ許容範囲円Ｃａ３の内側に含まれるようにすることができる。
【００８１】
以下、本発明の考え方を、図１７を参照しながらより具体的に説明する。
【００８２】
図１７における稜点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は図１２の矩形パタ―ンＲ１の稜点Ｐ１，矩形パタ―ンＲ２の稜点Ｐ２，矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３にそれぞれ対応するものであるが、本願発明では稜点Ｐ３の位置ずれパラメータの決定にあたって、まず、過去の稜点Ｐ３と稜点Ｐ２の位置ずれの最適解を基に、当該最適解の移動平均等を用いた手法を適用する。ここで、最適解とは、例えばShiftXを例に取れば、設定したShiftX(set)に対して実際に得られた位置ずれをShiftXをShiftX(result)として、ShiftXが0であるべき最適ShiftX(optimum)は、
ShiftX(optimum) ＝ ShiftX(set)−ShiftX(result)
の関係を満たすものと定義される。ここでは、位置ずれがＸｎｍである場合、−Ｘｎｍの設定することで位置ずれが０ｎｍになるように最適解の符号を定義している。
【００８３】
一般には、このような過去のロット単位あるいはウェハ単位の最適解に対して、移動平均あるいは加重移動平均をとることによって、次に露光すべきロットの最適解を予測する手法が用いられている。ただし、ここでいう従来使われている最適解とは、あくまでも被合わせ層と合わせ層に関する最適解であり、それ以外の層に対しては問題としていない。
【００８４】
これに対し本願発明は、このように稜点Ｐ３−Ｐ２に関する最適解の予測値として過去のロットの最適解の移動平均あるいは加重移動平均を出発点として用いるが、当該最適解の予測値に対して、これから露光すべきロットの過去の履歴、すなわち当該ロットの稜点Ｐ２−Ｐ１間の位置ずれ（本件では倍率のみを取り扱う）をもさらに考慮するものである。
【００８５】
図１７では、稜点Ｐ３に対して、移動平均等で求めた最適予測値の結果倍率ShiftX(result)，ShiftY(result) がずれているわけであるが、本願発明では、その最適予測値に対して、ｋΔ１の補正を行い、稜点Ｐ３を其の分だけ、基準層１の矩形パタ―ンＲ１の稜点Ｐ１に近づける。ここで図１７におけるベクトルΔ１は、基準層１に対して層２を、過去のデータベースに基づいて最適化した場合の稜点Ｐ１に対する稜点Ｐ２のずれを示しており、理想的に最適化された場合にはゼロになるべきものであるが、最適化を過去のデータベースに基づいて行っているため、ゼロにはなっておらず、ベクトルΔ１だけのずれが発生している。
【００８６】
このような状況で、さらに層３を層２に対して過去のデータベースに基づいて最適化した後、さらに層１に対して調整を行おうとすると、まず矩形パタ―ンＲ３を矩形パタ―ンＲ２に対して最適化した場合の稜点Ｐ３の位置の計算値、ないし予測値が得られるので、このようにして得られた稜点Ｐ３の位置を出発点として、これを基準層１の稜点Ｐ１の位置に近づける調整を行う。
【００８７】
図示の例では、稜点Ｐ３は稜点Ｐ２に対して大きくベクトルΔ２だけずれているため、一見すると、このような調整では、稜点Ｐ１に対する稜点Ｐ２のずれに対応するベクトルΔ１を前記稜点Ｐ３に対しても適用し、稜点Ｐ３をベクトルΔ１だけ移動させるのが妥当に考えられるかも知れない。しかし例えば実際の稜点Ｐ３が最適化の結果、稜点Ｐ２に一致している場合も考えられ、そのような場合には稜点Ｐ３は上記Δ１の補正分だけ稜点Ｐ２から稜点Ｐ１の方向にずれることになるため（図１７中のベクトルｋΔ１'）、稜点Ｐ２に対する稜点Ｐ３の位置合わせ、すなわち層２に対する層３の最適化に対しては、図１７中にベクトルΔ２'で示すように稜点Ｐ２を行き過ぎてしまい、逆に不利な補正となってしまうことがある。図１７の状態では、まだ層３の露光はなされていないので、稜点Ｐ３の実際の位置はわかっていない。
【００８８】
このように本発明では、層２と層３のみについてみると不利になるような補正をしてまでも、以降の層におけるスキャナとステッパの倍率差の調整が可能となるように層３の倍率補正をしているわけである。このため本発明では、図１７に示すように層２に対して最適化された層３の矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３を基準層１の稜点Ｐ１に近づける調整を行う際に、ベクトルΔ１に例えば値が１／２の係数ｋを乗じて、倍率の予測値ShotMagX(予測値) ，ShotMagY(予測値)を、以下の式より求める。
ShotMagX(予測値) ＝ ShotMagX（最適解予測値）＋ k（ShotMagX(P2)−ShotMagX(P1)） （式１）
ShotMagY(予測値) ＝ ShotMagY（最適解予測値）＋ k（ShotMagY(P2)−ShotMagY(P1)） （式２）
なお図１７においても各層１，２，３において矩形パタ―ンＲ１，Ｒ２，Ｒ３の中心は一致させられており、従って図１７における各点の移動は倍率ShotMagX，ShotMagYの変化に対応していることに注意すべきである。
【００８９】
層１は基準層であるので、ShotMagX(P1)、ShotMagY(P1)は0となり、層３の調整後の稜点Ｐ３の予測値ShotMagX(P3)(予測値)，ShotMagY(P3)(予測値)は、次式
ShotMagX(P3)(予測値) ＝ ShotMagX(P3)（最適解予測値）＋ k（ShotMagX(P2)） （式３）
ShotMagY(P3)(予測値) ＝ ShotMagY(P3)（最適解予測値）＋ k（ShotMagY(P2)） （式４）
より求められる。なお上記ShotMagX(P2)、ShotMagY(P2) は、層１に対する層２の倍率ずれを意味している。
【００９０】
ここで、倍率差が基準層から乖離するのを積極的に抑えることを目的として上式を、
ShotMagX(予測値) ＝ ShotMagX（最適解予測値）− k（ShotMagX(P2)−ShotMagY(P2)） （式５）
ShotMagY(予測値) ＝ ShotMagY（最適解予測値）＋ k（ShotMagX(P2)−ShotMagY(P2)） （式６）
としてもよい。
また 汎用的な補正式としては、Ｘ方向倍率とＹ方向倍率の違いに対応して、
ShotMagX(予測値) ＝ ShotMagX（最適解予測値）− k1×ShotMagX(P2) ＋k2×ShotMagY(P2) （式７）
ShotMagY(予測値) ＝ ShotMagY（最適解予測値）＋ k1×ShotMagX(P2)−K2×ShotMagY(P2) （式８）
とすると良い。
【００９１】
ここで前記係数ｋ、あるいはｋ１，ｋ２は、上記の式による補正の結果、補正後の位置ずれの頻度分布が、図１４の曲線Ａで示すように平均して位置ずれゼロになるように、あるいは曲線Ｂで示すように位置ずれがゼロでなくても、所定の許容範囲に入るように選定される。なおここで「所定許容範囲」とは、前記縦横比補正後においても全ての層１〜４においてパタ―ンＲ１〜Ｒ４が位置合わせ許容誤差範囲であることを意味している。例えば図１３の例では、前記縦横比の調整を行った後において、前記稜点Ｐ３'は、前記矩形パタ―ンＲ２の位置合わせ許容範囲円Ｃａ２の内側に位置していなければならない。これに対し、前記係数ｋ、あるいはｋ１，ｋ２が大きすぎるなど不適切な場合には、曲線Ｃで示すように補正後に所定の許容範囲を超える位置ずれが生じることがある。
【００９２】
前記係数ｋ、あるいは係数ｋ１，ｋ２がゼロであると上記縦横比の補正はなされないことになるが、このような縦横比の補正が必要である限り、前記係数ｋあるいは係数ｋ１，ｋ２は０より大きな値をとる。先の図１７の例ではｋ＝１／２となっている。上記の説明から前記係数ｋ，ｋ１，ｋ２は１．０以下となることが多いと考えられるが、１．０以下に限定されるものではなく、１．０を超える値をとることもありうる。
【００９３】
以上の説明では、層１および層２を、スキャナを使った位置合わせ、および露光により形成し、さらにその後、層３を層２に対してスキャナを使って位置合わせする際、ステッパによる層４の形成に鑑み、前記層１を基準層として、これに縦横比を合わせた後、露光をしている。
【００９４】
図１５Ａは、このような露光の繰り返しによる、先の図１と同様な多層配線構造形成の例を示す工程図である。
【００９５】
図１５Ａを参照するに、まず基準層となる配線層Ｌ１が第１層として露光・現像、およびパターニングにより形成され、この配線層Ｌ１に対してビアプラグを含む配線層Ｃ２が第２層としてスキャナを使って位置合わせされ、引き続き露光・現像およびパターニングされる。この工程では位置合わせされる配線層Ｌ１が基準層であるため、それ以上の調整は必要ない。
【００９６】
次に前記配線層Ｃ２のビアプラグパタ―ンに対して配線層Ｌ２層が第３層として、再びスキャナを使って位置合わせされる。その際、本実施形態では、前記配線層Ｌ２が、前記配線層Ｃ２のみならず、記基準層Ｌ１に対しても、スキャナを使って位置合わせをされ、これにより縦横比が、先に図１１，１２で説明したように調整される。
【００９７】
さらに前記配線層Ｌ２が形成された後、これに対し配線層Ｃ３が第４層として、再びスキャナを使って位置合わせされる。その際、本実施形態では、前記配線層Ｃ３のビアプラグパタ―ンが、前記配線層Ｌ２のみならず、記基準層Ｌ１に対しても位置合わせされ、縦横比が先に図１２，１３で説明したように調整される。
【００９８】
図１５Ａの工程では、このような一連の位置合わせ工程が、スキャナを使って繰り返し実行され、配線層Ｌ５がその下の配線層Ｃ５に第９層として位置合わせして形成される。さらに前記配線層Ｌ５が形成されると、今度はステッパを使って、前記配線層Ｌ５上に配線層Ｃ６が第１０層として形成される。
【００９９】
このような一連の位置合わせ工程を行った場合、最終的な配線層Ｃ６の前記基準層Ｌ１に対する相対位置ずれＲＰ（Ｌ１−Ｃ６）は、上下層間で行われる各々の位置合わせ工程での相対位置ずれＲＰ（Ｃ２−Ｌ１），ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２），ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２），ＲＰ（Ｌ３−Ｃ３）・・・の総和として、以下のように表される。
【０１００】
ＲＰ（Ｌ１−Ｃ６）＝ＲＰ（Ｃ２−Ｌ１）＋ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２）＋ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２）＋ＲＰ（Ｌ３−Ｃ３）＋ＲＰ（Ｃ４−Ｌ３）＋ＲＰ（Ｌ４−Ｃ４）＋ＲＰ（Ｃ５−Ｌ４）＋ＲＰ（Ｌ５−Ｃ５）＋ＲＰ（Ｃ６−Ｌ５） （式９）
ただしＲＰ（Ｃ２−Ｌ１）は配線層Ｃ２と配線層Ｌ１との間の相対位置ずれ量、ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２）は配線層Ｌ２と配線層Ｃ２の間の相対位置ずれ量、ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２）は配線層Ｃ３と配線層Ｌ２の間の相対位置ずれ量・・・である。
【０１０１】
本実施形態では、このような相対位置ずれ量ＲＰ（Ｃ２−Ｌ１），ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２），ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２），ＲＰ（Ｌ３−Ｃ３）・・・を、品種毎、工程毎、ロット毎に計算し、データベース化しておく。
【０１０２】
図１５Ｂは、かかる予測補正を行った場合において生じる位置ずれの具体例を、比較対照例と比較して示す表の図である。ただし図中の数値の単位はｐｐｍである。
【０１０３】
まず比較対照例で見ると、「Ｌ１基準位置ずれ」の欄における「ＳｈｏｔＭａｇＸ」，「ＳｈｏｔＭａｇＹ」の値は、それぞれ「位置ずれ結果」の欄の位置合わせ「Ｌ１−Ｃ２」，「Ｃ２−Ｌ２」，「Ｌ２−Ｃ３」・・・における「ＳｈｏｔＭａｇＸ」あるいは「ＳｈｏｔＭａｇＹ」の値を順次総和したものになっており、上式（９）に対応している。ここで「位置ずれ結果」の欄における倍率差、すなわち合わせ層と被合わせ層との間での位置合わせに伴う倍率差に注目すると、「位置ずれ結果」における値は絶対値で１．７０を超えていないが、「Ｌ１基準位置ずれ」における値は、ステッパによるＣ６層の露光直前において３．１５に達しているのがわかる。これは前記図１０で説明した、位置合わせが失敗した例に対応している。
【０１０４】
これに対し前記図１５Ｂの表における「本発明の効果」を注目すると、位置合わせ「Ｌ１−Ｃ２」，「Ｃ２−Ｌ２」，「Ｌ２−Ｃ３」・・・の各々において、合わせ層と被合わせ層との位置合わせの他に、基準層Ｌ１に対する位置合わせをも行っている結果、「位置ずれ予測」の欄における倍率差は、比較対照例の場合と比べてやや増大しているが、基準層Ｌ１に対する「Ｌ１基準位置ずれ予測」の欄における倍率差の値は、ステッパによる層Ｃ６の露光直前においても−０．６４に過ぎず、ステッパによる位置合わせが可能な範囲に維持されていることがわかる。
【０１０５】
このような露光を行うため、本実施形態では前記図８のフローチャートにおいて、ステップ１２の「当該ロットの補正値の決定」を、図１６に示すフローチャートに従って実行する。
【０１０６】
図１６を参照するに、前記ステップ１２は、被合わせ層に対する合わせ層の中心を合わせる中心合わせステップ１２Ａと、前記ステップ１２Ａの後、当該ロット、例えばロットｉ、の当該ウェハにおける当該被合わせ層に対する当該合わせ層の位置ずれを、過去の位置ずれデータから例えば移動平均などにより予測し、位置合わせ補正値の予測値 ShotMagX（最適解予測値），ShotMagY（最適解予測値）を取得するステップ１２Ｂと、当該ロットｉの当該被合わせ層に対する当該合わせ層の位置合わせの際の相対位置ずれ量Δ１、ないしShotMagX(P2)−ShotMagX(P１)，ShotMagY(P2)−ShotMagY(P１)をデータベースより取得し、前記ステップ１２Ｂで取得された予測値ShotMagX（最適解予測値），ShotMagY（最適解予測値）を、前記相対位置ずれ量Δ１を使って、例えば式（１），（２）、あるいは式（３），（４）、あるいは式（５），（６）、あるいは式（７），（８）により補正し、基準層に対する位置合わせ補正値の縦横比を調整するステップ１２Ｃと、を含んでいる。
【０１０７】
なお本実施形態による位置合わせは、図１５Ａに示したような直列的な層Ｌ１〜Ｃ６までの位置合わせに限定されるものではなく、先に図４で説明したようなステップＳ１〜ステップＳ１０の位置合わせなど、他の位置合わせ系列に対しても適用可能である。
【０１０８】
さらに以上の説明においては、縦横比のずれが最も少なくなる最初の層Ｌ１を基準層として使ったが、基準層は最初の層Ｌ１に限定されるものではなく、例えば最初の層Ｌ１を露光した後、次の層Ｃ１を露光する前に、前記層Ｌ１のパタ―ンの座標絶対値を露光装置により読み取り、読み取った座標絶対値をもとに、仮想的な基準層を設定することも可能である。このように前記基準層Ｌ１は、最初に被処理基板上に露光されるパタ―ンに限定されるものではない。このような仮想的な基準層では、縦横比を、スキャナで露光されるパタ―ンの縦横比（１：１）に合わせて設定することができる。
【０１０９】
被処理基板上に最初に露光される層Ｌ１が基準層である場合には、前記層Ｌ１においては図１６のステップ１２Ｃは不必要でありスキップすることができるが、基準層が上に述べた例のように仮想的な基準層として露光装置に保持されている場合には、最初の層Ｌ１を露光する段階から、かかる仮想的な基準層を使ってパタ―ンの縦横比を調整することができる。
【０１１０】
また経験上、各層における縦横比の基準層からのずれが小さいことが知られている場合には、前記図１５のステップＳ１２Ｃの工程は、ステッパにおいて露光される層の直前の層に対してのみ実行することで、全体の露光処理スループットを向上させることができる。
【０１１１】
さらにステッパによる露光の後で、必要に応じてスキャナを使った露光を行っても構わない。すなわち本実施形態において、ステッパにより露光される層が半導体装置の最上層であるとは限らないことに注意すべきである。
【０１１２】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、を含み、前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含む。その際前記第２の縦横比は、前記第１の縦横比よりも前記第２の露光装置の縦横比に近いことに注意すべきである。
【０１１３】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ 半導体装置
１１ シリコン基板
１１Ａ 素子領域
１１ａ ソースエクステンション領域
１１ｂ ドレインエクステンション領域
１１ｃ ソース領域
１１ｄ ドレイン領域
１１Ｉ 素子分離領域
１２ ゲート絶縁膜
１３ ゲート電極
１３Ａ，１３Ｂ 側壁絶縁膜
１４，１５，１６，１７，１８，１９ 層間絶縁膜
１４Ａ，１４Ｂ，１５Ｃ，１６Ｃ，１７Ｃ，１８Ｃ，１９Ｃ ビアプラグ
１５Ｌ，１５Ｍ，１６Ｌ，１７Ｌ，１８Ｌ，１９Ｌ 配線パタ―ン
２０ 多層配線構造
３０ 縮小投影露光装置（スキャナ）
３１ 光源
３２ ウェハ走査ステージ
３３ レチクル走査ステージ
３４ レチクル
３５ ミラー
３６ コリメートレンズ系
３７ 投影レンズ系
ＡＬ アラインメントマーク
Ｄｖ 位置ずれ検出マーク
Ｌ１，Ｃ２，Ｌ２，Ｃ３，Ｌ３，Ｃ４，Ｌ４，Ｃ５，Ｌ５，Ｃ６ 配線層
Ｗ 被処理基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体装置の製造に係り、特に露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高速化の要求に伴い、今日では半導体ウェハなどの被露光基板表面に形成されるパタ―ンは非常に微細化している。また今日では、半導体装置の多機能化の要求に伴い、被露光基板上に多数のパタ―ンを重ねて露光する必要が生じている。このような非常に微細なパタ―ンを多数重ねて露光する場合には、被合わせ層におけるパタ―ンと合わせ層におけるパタ―ンとの間に高精度の位置合わせが重要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１０４１５６号公報
【特許文献２】特開２００９−２３１５６４号公報
【特許文献３】特開平１０−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の層を重ねて半導体装置を製造する際、通常は、被位置合わせ層とその上に形成される位置あわせ層との間で位置合わせをすればことが足りる。順次行われるこのような位置合わせの結果、最下層のパタ―ンと最上層のパタ―ンとの間で大きな位置ずれが生じても、通常は問題にはならない。
【０００５】
ところで一般的な半導体装置、例えば多層配線構造を有する半導体装置では、下層の配線パタ―ンの方が微細でパタ―ン密度も高く、上層の配線パタ―ンに移行するにつれて配線パタ―ンの設計ルールが緩くなり、またパタ―ン密度もより粗になる傾向がある。このような微細なパターンの露光には通常、スキャナとよばれる、レチクル上のパタ―ンを一方向に走査し、かつ被処理基板Ｗを逆方向に走査しながら露光をスリット状の部分部分に分けて行う縮小投影露光装置が使われることが多い。
【０００６】
しかしスキャナは高価であり、またスキャナを使って露光を行った場合には、露光のスループットが低くなるため、例えば多層配線構造の上層の配線パタ―ンを形成する場合などは、レチクル上のパタ―ンを一括して露光できるステッパとよばれる縮小投影露光装置を使い、露光のスループットを上げたいという要求が存在する。
【０００７】
ところがスキャナでは露光がスリット状の部分部分にわけて、かつレチクルおよび被処理基板をそれぞれの方向に送りながら行われるため、被処理基板のプロセス工程上における伸縮に対応して、伸縮したショットに対応して、当該レチクル上のパターンの当該被処理基板上への投影に際して、当該レチクルパターンの縦横比を変化させることができ、また半導体装置全体で見るとパタ―ンの縦横比が、露光装置の制御機構の精度に起因した位置ずれにより、下層と上層で変化することがある。これに対し、ステッパではレチクル上のパタ―ンが一括して露光されるため、縦横比は、光学系の誤差を除けば通常は１：１に原理的に固定されており、変化することがない。
【０００８】
そこで一連のパタ―ンがスキャナを使って順次露光され形成されている被処理基板上に、ステッパを使って上層パタ―ンを重ねて露光しようとすると、縦横比の誤差の累積により、露光位置合わせが出来なくなる場合が生じることがある。このような場合には、前記一連の下層パタ―ンが形成されている被処理基板を破棄する以外に方法がない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の側面によれば半導体装置の製造方法は、縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、を含み、前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一連の露光工程を含む半導体装置の製造の際に、縦横比が可変なスキャナなどの露光装置と縦横比が固定のステッパなどの露光装置使い分けることが可能となり、半導体装置の製造費用を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態で製造される半導体装置の例を示す断面図である。
【図２Ａ】図１の半導体装置において形成されるアラインメントマークの例を示す断面図である。
【図２Ｂ】図１の半導体装置において形成される位置ずれ検出マークの例を示す断面図である。
【図３】半導体装置に形成されたアラインメントマークと位置ずれ検出マークを示す平面図である。
【図４】図１の半導体装置の位置合わせ系列を示す工程図である。
【図５】本実施形態で使われる縦横比が可変な縮小投影露光装置の例を示す図である。
【図６Ａ】被処理基板上に生じる露光パタ―ンの歪みの例を示す平面図である。
【図６Ｂ】被処理基板上に生じる露光パタ―ンの歪みの別の例を示す平面図である。
【図７】被処理基板上における露光パタ―ンの基本的な位置ずれの例を示す平面図である。
【図８】本実施形態による露光プロセスを示すフローチャートである。
【図９】被処理基板上に重畳して形成された露光パタ―ンの位置ずれの例を示す平面図である。
【図１０】図９の状態から位置合わせを行った場合の、被処理基板上に重畳して形成された露光パタ―ンの例を示す平面図である。
【図１１】図１０の状態において、さらにステッパにより露光を行った場合に生じる位置合わせの失敗例を示す平面図である。
【図１２】図１１の状態に対して行われる縦横比の調整を説明するための平面図である。
【図１３】図１２において縦横比調整後の状態を示す平面図である。
【図１４】係数ｋあるいはｋ１，ｋ２の決定方法の概略を示すグラフである。
【図１５Ａ】本実施形態における位置合わせ系列の例を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの位置合わせ系列に対応する位置合わせ結果を比較対照例と比較して示す表の図である。
【図１６】図８において、前記図１２の縦横比の調整に係る部分を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の考え方を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態により製造される、シリコン基板１１上に形成されたトランジスタＴｒを含む半導体装置１０を示す断面図である。図１の半導体装置１０の例では、前記トランジスタＴｒ上に層間絶縁膜１５〜１９が積層されている。
【００１３】
図１を参照するに、前記シリコン基板１１中には素子分離領域１１Ｉにより素子領域１１Ａが画成されており、前記シリコン基板１１上にはゲート絶縁膜１２を介してゲート電極１３が形成されている。
【００１４】
前記素子領域１１Ａでは前記シリコン基板１１中、前記ゲート電極１３の第１の側および第２の側に、ｎ型あるいはｐ型の拡散領域よりなるソースエクステンション領域１１ａとドレインエクステンション領域１１ｂが形成され、さらにゲート電極１３の前記第１の側では、ゲート電極１３直下のチャネル領域１１ｃｈから見て側壁絶縁膜１３Ａの外側にｎ＋型あるいはｐ＋型の拡散領域よりなるソース領域が、また前記ゲート電極１３の前記第２の側では前記チャネル領域１１ｃｈから見て側壁絶縁膜１３Ｂの外側に、ｎ＋型あるいはｐ＋型の拡散領域よりなるドレイン領域が形成されている。
【００１５】
前記ゲート電極１３は絶縁膜１４により覆われ、前記絶縁膜１４中には前記ソース領域１１ａにコンタクトして第１のビアプラグ１４Ａが、また前記ドレイン領域１１ｂにコンタクトして第２のビアプラグ１４Ｂが形成されている。
【００１６】
さらに前記絶縁膜１４上には、前記層間絶縁膜１５〜１９を積層した多層配線構造２０が形成されている。
【００１７】
図示の例では前記層間絶縁膜１５は第１層の配線パタ―ン１５Ｌ，１５Ｍおよび第１層のビアプラグ１５Ｃを含み、前記配線パタ―ン１５Ｌはビアプラグ１４Ｂに、配線パタ―ン１５Ｍはビアプラグ１４Ａに電気的に接続されている。またビアプラグ１５Ｃは配線パタ―ン１５Ｌに整合し、かつ前記配線パタ―ン１５Ｌに電気的に接続されている。
【００１８】
さらに前記層間絶縁膜１６は第２層の配線パタ―ン１６Ｌおよび第２層のビアプラグ１６Ｃを含み、前記配線パタ―ン１６Ｌは前記ビアプラグ１５Ｃに整合し、かつ前記ビアプラグ１５Ｃに電気的に接続される一方、ビアプラグ１６Ｃにも整合し、かつ前記ビアプラグ１６Ｃに電気的に接続されている。
【００１９】
さらに前記層間絶縁膜１７は第３層の配線パタ―ン１７Ｌおよび第３層のビアプラグ１７Ｃを含み、前記配線パタ―ン１７Ｌはその下のビアプラグ１６Ｃに整合し、かつ前記ビアプラグ１６Ｃに電気的に接続される一方、前記ビアプラグ１７Ｃにも整合し、かつ前記ビアプラグ１７Ｃに電気的に接続されている。
【００２０】
さらに前記層間絶縁膜１８は第４層の配線パタ―ン１８Ｌおよび第４層のビアプラグ１８Ｃを含み、前記配線パタ―ン１８Ｌはその下のビアプラグ１７Ｃに整合し、かつ電気的に接続される一方、前記ビアプラグ１８Ｃにも整合し、かつ電気的に接続されている。
【００２１】
さらに前記層間絶縁膜１９は第５層の配線パタ―ン１９Ｌおよび第５層のビアプラグ１９Ｃを含み、前記配線パタ―ン１９Ｌはその下のビアプラグ１８Ｃに整合し、かつ電気的に接続される一方、前記ビアプラグ１９Ｃにも整合し、かつ電気的に接続されている。
【００２２】
ただし本発明は、図１に示したような、各層の配線パタ―ンおよびビアプラグが基板に垂直な方向に整列している場合に限定されるものではなく、前記多層配線構造２０中に様々な回路パターンが形成されている場合をも含むものである。
【００２３】
このような多層配線構造２０をフォトリソグラフィにより形成する際には、第１層の配線パタ―ン１５Ｌに第１層のビアプラグ１５Ｃを位置合わせし、さらに第１層のビアプラグ１５Ｃに第２層の配線パタ―ン１６Ｌを位置合わせし、前記第２層の配線パタ―ン１６Ｌに第２層のビアプラグ１6Ｃを位置合わせし・・・という一連の位置合わせ工程が必要になる。
【００２４】
図２Ａは、このような層間絶縁膜１５〜１９中に形成され、フォトリソグラフィ工程の際に配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌ，ビアプラグパタ―ン１５Ｃ〜１９Ｃの位置合わせに使われるアラインメントマークＡＬの例を、また図２Ｂは、前記層間絶縁膜１５〜１９中に形成され、同じくフォトリソグラフィ工程の際に配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌ，ビアプラグパタ―ン１５Ｃ〜１９Ｃの位置ずれの検出に使われる位置ずれ検出マークＤｖの例を示す断面図である。
【００２５】
図２Ａを参照するに、アラインメントマークＡＬは前記層間絶縁膜１５〜１９中に、前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃの各々に対応して、前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃと同時に形成されており、前記アラインメントマークＡＬは、フォトリソグラフィ工程の際にｘ軸方向への位置検出に使われるマークＡＬｘとｙ軸方向への位置検出に使われるマークＡＬｙより構成されている。マークＡＬｘとマークＡＬｙとは対をなしており、配線パタ―ン１５Ｌ，ビアプラグ１５Ｃ，配線パタ―ン１６Ｌ，ビアプラグ１６Ｃ・・・に対応して、位置をずらしながら形成されている。例えば前記マークＡＬｘのｘ軸方向への繰り返しを検出し、その中央の位置をもって、マークＡＬｘのｘ座標値を読み取ることが可能であり、また前記マークＡＬｙのｙ軸方向への繰り返しを検出し、その中央の位置をもって、マークＡＬｙのｙ座標値を読み取ることができる。
【００２６】
これに対し図２Ｂを参照するに位置ずれ検出マークＤｖも前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃの各々に対応して、前記層間絶縁膜１５〜１９中に前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃと同時に形成されており、各々の位置ずれ検出マークＤｖは、合わせパタ―ンＤｖＵと被合わせパタ―ンＤｖＬとにより構成されている。
【００２７】
例えば図示の例では、合わせパタ―ンＤｖＵが、その下の破線で示した被合わせパタ―ンＤｖＬ'に、前記基板１１に垂直方向から見た場合に含まれるように形成されており、その結果、フォトリソグラフィ工程による前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌ，ビアプラグパタ―ン１５Ｃ〜１９Ｃの形成の際、前記合わせパタ―ンＤｖＵと被合わせパタ―ンＤｖＬ'との、前記基板１１に垂直方向から見た位置関係をもとに、合わせパタ―ンＤｖＵの被合わせパタ―ンＤｖＬ'に対する位置ずれ、従って例えばビアプラグ１５Ｃの配線パタ―ン１５Ｌに対する位置ずれなどが検出される。
【００２８】
位置ずれ検出マークＤｖも、配線パタ―ン１５Ｌ，ビアプラグ１５Ｃ，配線パタ―ン１６Ｌ，ビアプラグ１６Ｃ・・・に対応して、位置をずらしながら、任意の配線パタ―ンあるいはビアプラグ、例えばビアプラグ１５Ｃ、に対応する合わせマークＤｖＵに対して一つ下のビアプラグあるいは配線パタ―ン、例えば１５Ｌ、に対応する被合わせマークＤｖＬ'が重なるように、また前記合わせマークＤｖＵと同じ層で隣接する被合わせマークＤｖＬに対しては、一つ上の配線パタ―ンあるいはビアプラグ、例えば配線パタ―ン１６Ｌ、の合わせマークＤｖＵが重なるように形成されている。
【００２９】
このようなアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖを使うことにより前記ビアプラグ１５Ｃが前記配線パタ―ン１５Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１６Ｌが前記ビアプラグ１５Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１６Ｃが前記配線パタ―ン１６Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１７Ｌが前記ビアプラグ１６Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１７Ｃが前記配線パタ―ン１７Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１８Ｌが前記ビアプラグ１７Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１８Ｃが前記配線パタ―ン１８Ｌに位置合わせされ、前記配線パタ―ン１９Ｌが前記ビアプラグ１８Ｃに位置合わせされ、前記ビアプラグ１９Ｃが前記配線パタ―ン１９Ｌに位置合わせされる。
【００３０】
これに伴い、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、前記層間絶縁膜１５〜１９中にはそれぞれの配線パタ―ンおよびビアプラグのためのアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖが、位置をずらしながら順次形成されることになる。
【００３１】
図３は、このようにして形成された図１の半導体装置１０における多層配線構造２０を基板１１に垂直な方向から見た平面図である。
【００３２】
図３を参照するに、前記配線パタ―ン１５Ｌ〜１９Ｌおよびビアプラグ１５Ｃ〜１９Ｃが形成される「露光ショット」と表記した半導体パタ―ン形成領域を囲んで、図示の例では四隅Ａ〜Ｄに、前記アラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖがそれぞれ形成されている。前記図２Ａ，２Ｂに示したように、前記アラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖは、前記各々の隅Ａ〜Ｄにおいて順次ずらして形成されているため、図３の平面図では一列に整列して見え、前記層間絶縁膜１５〜１９を透かしてそれぞれのアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖを読み取ることが可能である。
【００３３】
図４は、このようなアラインメントマークＡＬおよび位置ずれ検出マークＤｖにより検出された位置ずれに基づいて行われる、図１の半導体装置１０をフォトリソグラフィにより製造する際の位置合わせ系列の例を示す工程図である。
【００３４】
図４を参照するに、ステップ１において素子分離領域１１Ｉ（ＩＳＯ）が形成され、ステップ２において前記素子分離領域１１Ｉに対してゲート電極１３（Ｇａｔｅ）が、位置合わせの後、露光により形成されたレジストパターンをマスクに、ドライエッチングにより形成される。さらにステップ３において前記ステップ２と平行して、イオン注入マスクが位置合わせされ、前記シリコン基板１１の所定領域に第１回目のイオン注入（ｉｉ）が実行される。これにより、例えば前記シリコン基板１１中にソースエクステンション領域１１ａおよびドレインエクステンション領域１１ｂが形成される。
【００３５】
前記ステップ２および３の後、ステップ４において、例えば図１の例ではビアプラグ１４Ａ，１４Ｂを含む配線層Ｃ１を形成するためのマスク位置合わせが、前記ゲート電極１３のパタ―ンに対して行われ、またこれに平行してステップ５において、前記ゲート電極１３に対して次のイオン注入マスクが位置合わせされ、前記シリコン基板１１の所定領域に第２回目のイオン注入（ｉｉ）が実行され、前記ソース領域およびドレイン領域１１ｃ，１１ｄが形成される。
【００３６】
さらにステップ６において、図１の半導体装置１０の例では配線パタ―ン１５Ｌ，１５Ｍに対応する配線層Ｌ１のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、さらに対応して形成された金属膜をパターニングすることにより、配線パタ―ン１５Ｌ，１５Ｍを含む配線層Ｌ１が形成される。
【００３７】
さらにステップ７において例えば前記ビアプラグ１５Ｃを含む配線層Ｃ２のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、引き続き前記配線層Ｃ２のパターニングが行われる。
【００３８】
さらにステップ８において、図１の半導体装置１０の例では配線パタ―ン１６Ｌを含む配線層Ｌ２のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、さらに対応する金属膜をパターニングすることにより、前記配線層Ｌ２のパターニングが行われる。
【００３９】
さらにステップ９において例えば前記ビアプラグ１６Ｃを含むビアプラグＣ３のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、引き続き、前記配線層Ｃ３のパターニングが行われる。
【００４０】
さらにステップ１０において図１の半導体装置１０の例では配線パタ―ン１７Ｌを含む配線層Ｌ３のパターニングのためのマスク位置合わせがなされ、さらに対応する金属膜をパターニングすることにより、配線層Ｌ３のパターニングが行われる。
【００４１】
さらにこのような工程を繰り返すことにより、前記図１の半導体装置１０が得られる。
【００４２】
図５は、本実施形態で使われる縮小投影露光装置３０の例を示す。
【００４３】
図５を参照するに縮小投影露光装置３０はいわゆるスキャナであり、光源３１と、被処理基板Wを保持して移動させるウェハ走査ステージ３２を含み、前記光源３１とウェハ走査ステージ３２の間には、第１の実施形態による露光マスク３４を担持するレチクル走査ステージ３３が設けられている。
【００４４】
前記光源３１は、例えばエキシマレーザなど、深紫外（ＤＵＶ）波長の露光ビームを発生する光源であり、前記光源３１から出射した露光ビームはミラー３５で反射された後、コリメートレンズ系３６により前記レチクル走査ステージ３３上の露光マスク３４に平行光ビームとして照射される。
【００４５】
このようにして前記露光マスク３４に照射された露光ビームは前記露光マスク３４を通過する際に露光マスク１４のレチクルが保持している所望の半導体装置の露光パタ―ンに従って整型され、前記レチクル走査ステージ３３とウェハ走査ステージ３２の間に設けられた投影レンズ系３７により、前記被処理基板Wの表面に集束され、前記被処理基板Ｗ上のレジスト膜が所望の露光パタ―ンに従ってスリット状に露光される。
【００４６】
前記縮小投影露光装置３０はスキャナであるため、前記レチクル走査ステージ１３が図５中の矢印Ａの方向に移動され、また前記被処理基板Ｗが矢印Ｂの方向に移動され、前記レチクル上の露光パタ―ン全体の露光がなされる。このようなスキャナを使った場合、前記矢印Ａおよび矢印Ｂの方向への走査速度により、前記被処理基板Ｗ上に露光されるパタ―ンにおいて縦横比を変化させることができる。具体的には、図５中の水平方向の投影倍率に関しては、Ｘ方向のレチクル上のパターンのウェハ上への投影倍率を、投影レンズ系内のレンズ倍率制御機構によって変化させることが可能であり、図５中の垂直方向の投影倍率は、レチクルの走査スピードとウェハの走査速度の差を利用して変化させることが可能であり、その結果Ｘ方向とＹ方向の相対的な倍率差を変化させることが可能となっている。
【００４７】
図６Ａは、前記スキャナ３０を使って被処理基板Ｗ上に素子分離領域１１Ｉを形成した後、さらにゲート電極１３を重畳して露光した場合の位置ずれ、ないし歪みの例を、また図６Ｂは、ゲート電極１３上にビアプラグ１４Ａ，１４Ｂを重畳して露光した場合の位置ずれ、ないし歪みの例を示す。図６Ａおよび図６Ｂ中、実線の四角形は被処理基板Ｗ上の正規の四角形（正方形）を、破線は露光の際に位置ずれが生じて歪んだ四角形を示している。また前記四角形の各稜点の矢印は、それぞれの稜点の変位を示しているが、前記縮小投影露光装置３０がスキャナであるため、変位の方向および変位量は様々であるのがわかる。
【００４８】
このような位置ずれ成分には、ｘ軸方向の並進ズレ成分である「Shift_X」、ｙ軸方向の並進ズレ成分である「Shift_Y」、ウェハ全体のｘ軸方向に関する倍率ズレ成分である「wafer_mag_X」、ウェハ全体のｙ軸方向に関する倍率ズレ成分である「wafer_mag_Y」、ウェハ全体のｘ軸方向への回転ズレ成分である「wafer_rot_X」、ウェハ全体のｙ軸方向への回転ズレ成分である「wafer_rot_Y」、さらにｘ軸方向へのショットの倍率ズレ成分である「shot_mag_X」、ｙ軸方向へのショットの倍率ズレ成分である「shot_mag_Y」、ｘ軸方向へのショットの回転ズレ成分である「shot_rot_X」、およびｙ軸方向へのショットの回転ズレ成分である「shot_rot_Y」が含まれる。
【００４９】
数学的に示せば、ｘ方向の位置ずれ量は、
(Xmi+Xci)×wafer_mag_X + (Ymi+Yci)×wafer_rot_Y + shot_mag_X×Xmi+ shot_rot_Y ×Ymi+ Shift_X）+εx
であり、
ｙ方向の位置ずれ量は、
(Ymi+Yci)×wafer_mag_Y + (Xmi+Xci)×wafer_rot_X + shot_mag_Y×Ymi+ shot_rot_X ×Xmi+ Shift_Y+εy)
である。
【００５０】
ここで、Xciは、ウェハ内のi番目の位置ずれ計測の属するショットのショット中心座標をウェハ中心を原点（0, 0）とした際のウェハ内座標位置であり、Xmiは、同様にウェハ内のi番目の位置ずれ計測位置を、その属するショットの中心座標であるXciを原点（0, 0）にした際のショット内座標位置である。また、εx, εyはそれぞれ、x方向、y方向の非線形位置ずれ成分である。
【００５１】
図７は、上記位置ずれ成分「Shift_X」，「Shift_Y」，「wafer_mag_X」，「wafer_mag_Y」，「wafer_rot_X」，「wafer_rot_Y」，「shot_mag_X」，「shot_mag_Y」，「shot_rot_X」、および「shot_rot_Y」の例を示す平面図である。
【００５２】
図７中、破線は正規のパタ―ンを、実線はそれぞれの位置ずれが生じた状態を示している。
【００５３】
図７を参照するに位置ずれ成分「Shift_X」，「Shift_Y」は、それぞれｘ軸方向およびｙ軸方向への平行移動に対応しており、「wafer_mag_X」，「wafer_mag_Y」は、それぞれウェハ全体としてのｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率のずれに対応しており、「wafer_rot_X」，「wafer_rot_Y」は、それぞれウェハ全体としてのｘ軸方向およびｙ軸方向への変形に対応しており、「wafer_rot_X」，「wafer_rot_Y」を組みあわせることで、ウェハ全体の回転を表すことができる。
【００５４】
さらに図７において「shot_mag_X」，「shot_mag_Y」は、個々のショットにおけるｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率のずれに対応し、「shot_rot_X」および「shot_rot_Y」は、個々のショットにおけるｘ軸方向およびｙ軸方向への変形に対応している。「shot_rot_X」，「shot_rot_Y」を組みあわせることで、当該ショットの回転を表すことができる。例えば、「shot_mag_X」，「shot_mag_Y」の符号を時計周りを＋に取った場合、「（shot_mag_X＋shot_mag_Y）/2」がショットの回転に該当する。
【００５５】
このような露光装置における位置ずれについては、図６Ａ，図６Ｂに矢印で示した各位置ずれ成分のロット単位の処理履歴：つまりロット単位で、その中の数枚のウェハに対して位置ずれ計測を行い、その計測データの解析結果を、ロットの位置ずれの出来栄えを表す尺度、としてデータベースに登録されており、例えば図４のようなフォトリソグラフィ工程を実行する際には、予想される位置ずれを前記データベースより読み出し、補正を行ってから露光を実行することがなされている。
【００５６】
図８は、このような露光工程の例を示すフローチャートである。
【００５７】
図８を参照するに、ステップ１１においてあるロットの被処理基板Ｗが入来すると、ステップ１２において、前記縮小投影露光装置３０は前記データベースを参照して、そのロットについて最適な補正量を決定する。このような補正量には、図６Ａ，６Ｂに示した各成分についての位置ずれ補正値の他に、最適な線幅を得るための最適な露光量の補正値が含まれる。このような最適補正量の決定は、それ以前のロットについての最適補正量の変化を、例えば移動平均を計算して外挿すること、などによりなされる。
【００５８】
次にステップ１３において前記最適補正量を使って補正した露光データにより被処理基板Ｗを露光し、レジストパターンを現像する。
【００５９】
さらにステップ１４において、現像により得られたレジストパターンを、顕微鏡を使って検査し、実際の位置ずれの値を求める。より具体的には、顕微鏡で観察される位置ずれ計測用の被合わせマークと合わせマークの重なり具合（位置ずれ量）を画像処理によって求める。
【００６０】
さらにステップ１５において、前記ステップ１４で求められた実際の位置ずれの値が許容範囲内に収まっているか否かを判定し、収まっている場合（ＹＥＳ）ならばステップ１６の線幅検査に進み、線幅を求める。
【００６１】
さらにステップ１７において、前記ステップ１６で求められた線幅が許容範囲内である（ＹＥＳ）と判定されると、ステップ１８で次の工程に進む。
【００６２】
一方、前記ステップ１５において位置ずれが許容範囲を超えている（ＮＯ）と判定された場合にはステップ１９において、先にステップ１３で形成されたレジストパターンが除去され、さらにステップ２０において、前記ステップ１４で求められた真の位置ずれの値を元に、前記ステップ１２で求められた補正値が修正され、再びステップ１３に戻り、前記修正された補正値を使って露光および現像が行われる。また同時にステップ１２で使われたデータベースが、最新の位置ずれ補正値により更新される。
【００６３】
同様にステップ１７で露光線幅が許容範囲を超える（ＮＯ）と判定された場合にも、ステップ１９において既存のレジストパターンは除去され、さらにステップ２０において前記ステップ１６で求められた真の露光線幅の値を元に、前記ステップ１２で求められた露光量の最適補正値が修正され、再びステップ１３に戻り、前記修正された補正値を使って、露光および現像が行われる。また同時にステップ１２で使われたデータベースが、最新の露光量により更新される。
【００６４】
図９は、前記図５のスキャナ３０を使って、被処理基板Ｗ上に、層１〜層３まで、同一の矩形パタ―ンを重畳露光した際の位置ずれおよび位置合わせを説明する平面図である。
【００６５】
図９を参照するに、最初に非露光基板Ｗ上に層１の露光および現像がなされ、前記露光および現像の結果得られたレジストパターンをマスクとしたエッチングにより、前記被処理基板Ｗ上には例えば点線で示した矩形パタ―ンＲ１が形成される。
【００６６】
次に破線で示した層２の露光が、前記層１の露光で形成された矩形パタ―ンＲ１に重畳して実行される。
【００６７】
図示の例では層２の露光で形成される矩形パタ―ンＲ２は、層１の露光で形成される矩形（正方形）パタ―ンＲ１と同一のパタ―ンであり、露光の際の位置ずれが生じていなければ、矩形パタ―ンＲ２は矩形パタ―ンＲ１と一致するはずのものであるが、図９では実際は、前記矩形パタ―ンＲ２は横長に変形されている。このような位置ずれないしパタ―ンの変形は、例えば図５のスキャナ３０における光学系の誤差の他、レチクル走査ステージ１３の走査速度やウェハ走査ステージ３２のずれなどに起因して生じており、ｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率のずれの結果生じるものである。層３の矩形パタ―ンＲ３も同様である。なお図９において前記層１〜層３の矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３の中心は、位置合わせされているものとする。すなわち図９では、実際にはウェハ内のショット毎に、当該中心位置はずれているが、ショットの倍率による位置ずれの影響を分かりやすく示すために当該中心位置はずれていないものとして表現している。
【００６８】
図９中、各矩形パタ―ンの右下稜点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に付した円Ｃａ１，Ｃａ２，Ｃａ３は位置合わせ許容誤差範囲を示しており、例えば層１の矩形パタ―ンＲ１の左下稜点Ｐ１の円Ｃａ１内に層２の矩形パタ―ンＲ２の左下稜点Ｐ２が入っていれば、層１と層２の位置ずれは許容範囲にあると考えられる。層１と層２の中心が一致しており、左右上下対象であり、そのコーナー（最大位置ずれ量が発生する場所）が位置ずれ許容範囲であれば層１と層２のすべてのパターンについて許容範囲にあるということである。
【００６９】
図９の例では、前記稜点Ｐ２は前記円Ｃａ１内に入っており、矩形パタ―ンＲ１と矩形パタ―ンＲ２とは許容範囲内で位置合わせされているが、矩形パタ―ンＲ３では稜点Ｐ３が矩形パタ―ンＲ２の許容範囲Ｃａ２を外れていることがわかる。
【００７０】
そこでこのような場合、通常は前記矩形パタ―ンＲ３を露光する際のｘ軸方向およびｙ軸方向への倍率ShotMag_XおよびShotMag_Yを、図９中に矢印Δ１で示すように前記矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３が前記円Ｃａ２内に入るように補正する。なお前記図９において、また以後の説明においても、前記Shift_X，Shift_Y，wafer_mag_X，wafer_mag_Y，wafer_rot_Xおよびwafer_rot_Yの各成分については、すでに補正がなされているものとする。
【００７１】
図１０は、このような補正を行って形成した矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３を示す平面図である。
【００７２】
図１０を参照するに、前記図９に示した矢印Δ１の補正の結果、前記稜点Ｐ３は前記稜点Ｐ２における許容範囲円Ｃａ２内に収まっているのがわかる。
【００７３】
このように、縮小投影露光装置としてスキャナを使っている限り、相前後して露光される二つの層の間で位置ずれを許容範囲内に維持することにより、所望の半導体装置を製造することが可能であるが、一方、多層配線構造の上層に形成される配線パタ―ンあるいはビアプラグパタ―ンについては、パタ―ン幅が下層の微細な配線パタ―ンに比較して広いので、より露光スループットの高いステッパを使って露光を行いたい要望がある。
【００７４】
しかしステッパでは、露光装置の図示および構成についての説明は省略するが、倍率の縦横比が通常は１：１に固定されていて、ｘ軸方向への倍率ShotMag＿Xとｙ軸方向への倍率ShotMag＿Yを別々に変化させることはできず、図９，図１０に示した位置ずれ補正方法は使えない。
【００７５】
図１１は、層１〜層３においてスキャナ３０を使い、前記図１０に示す矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３を形成した後、ステッパを使って層４の矩形パタ―ンＲ４を形成した本実施例の比較例を示す平面図である。
【００７６】
図１１を参照するに、図示の例では図１０に示す矩形パタ―ンＲ１〜Ｒ３に矩形パタ―ンＲ４が重畳して露光されているが、パタ―ンＲ４の右下稜点Ｐ４が、円Ｃａ３で示す、その直下の矩形パタ―ンＲ３の位置ずれ許容範囲から大きく外れていることがわかる。
【００７７】
矩形パタ―ンＲ４を露光する縮小投影露光装置はステッパであるため、縦横の倍率は別々に変化させることはできず、このため倍率を調整しても、前記稜点Ｐ４は図中に一点鎖線で示す線の上を移動することしかできない。
【００７８】
このため、図１１のような状態が生じると、矩形パタ―ンＲ４の矩形パタ―ンＲ３に対する位置合わせは失敗したことになる。
【００７９】
これに対し本実施形態では前記層１を基準層とし、図１２に示すように、層３における矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３を、Δ２で表したベクトルに従って、基準層１の稜点Ｐ１の近傍の×で示した位置Ｐ３'に移動させ、前記矩形パタ―ンＲ３の縦横比を、図１３に示すように、基準層１における矩形パタ―ンＲ１の縦横比に近づけている。ここで図１３は、前記図１２の調整の結果得られた矩形パタ―ンＲ３を、前記矩形パタ―ンＲ１，Ｒ２，Ｒ４に重畳して示している図である。
【００８０】
このように矩形パタ―ンＲ３を基準層１における矩形パタ―ンＲ１に対して補正しておくことにより、縦横比の調整後においても稜点Ｐ３は矩形パタ―ンＲ２の位置ずれ許容範囲円Ｃａ２の内側になお含まれ、かつ矩形パタ―ンＲ４の稜点Ｐ４が矩形パタ―ンＲ３の位置ずれ許容範囲円Ｃａ３の内側に含まれるようにすることができる。
【００８１】
以下、本発明の考え方を、図１７を参照しながらより具体的に説明する。
【００８２】
図１７における稜点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は図１２の矩形パタ―ンＲ１の稜点Ｐ１，矩形パタ―ンＲ２の稜点Ｐ２，矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３にそれぞれ対応するものであるが、本願発明では稜点Ｐ３の位置ずれパラメータの決定にあたって、まず、過去の稜点Ｐ３と稜点Ｐ２の位置ずれの最適解を基に、当該最適解の移動平均等を用いた手法を適用する。ここで、最適解とは、例えばShiftXを例に取れば、設定したShiftX(set)に対して実際に得られた位置ずれをShiftXをShiftX(result)として、ShiftXが0であるべき最適ShiftX(optimum)は、
ShiftX(optimum) ＝ ShiftX(set)−ShiftX(result)
の関係を満たすものと定義される。ここでは、位置ずれがＸｎｍである場合、−Ｘｎｍの設定することで位置ずれが０ｎｍになるように最適解の符号を定義している。
【００８３】
一般には、このような過去のロット単位あるいはウェハ単位の最適解に対して、移動平均あるいは加重移動平均をとることによって、次に露光すべきロットの最適解を予測する手法が用いられている。ただし、ここでいう従来使われている最適解とは、あくまでも被合わせ層と合わせ層に関する最適解であり、それ以外の層に対しては問題としていない。
【００８４】
これに対し本願発明は、このように稜点Ｐ３−Ｐ２に関する最適解の予測値として過去のロットの最適解の移動平均あるいは加重移動平均を出発点として用いるが、当該最適解の予測値に対して、これから露光すべきロットの過去の履歴、すなわち当該ロットの稜点Ｐ２−Ｐ１間の位置ずれ（本件では倍率のみを取り扱う）をもさらに考慮するものである。
【００８５】
図１７では、稜点Ｐ３に対して、移動平均等で求めた最適予測値の結果倍率ShiftX(result)，ShiftY(result) がずれているわけであるが、本願発明では、その最適予測値に対して、ｋΔ１の補正を行い、稜点Ｐ３を其の分だけ、基準層１の矩形パタ―ンＲ１の稜点Ｐ１に近づける。ここで図１７におけるベクトルΔ１は、基準層１に対して層２を、過去のデータベースに基づいて最適化した場合の稜点Ｐ１に対する稜点Ｐ２のずれを示しており、理想的に最適化された場合にはゼロになるべきものであるが、最適化を過去のデータベースに基づいて行っているため、ゼロにはなっておらず、ベクトルΔ１だけのずれが発生している。
【００８６】
このような状況で、さらに層３を層２に対して過去のデータベースに基づいて最適化した後、さらに層１に対して調整を行おうとすると、まず矩形パタ―ンＲ３を矩形パタ―ンＲ２に対して最適化した場合の稜点Ｐ３の位置の計算値、ないし予測値が得られるので、このようにして得られた稜点Ｐ３の位置を出発点として、これを基準層１の稜点Ｐ１の位置に近づける調整を行う。
【００８７】
図示の例では、稜点Ｐ３は稜点Ｐ２に対して大きくベクトルΔ２だけずれているため、一見すると、このような調整では、稜点Ｐ１に対する稜点Ｐ２のずれに対応するベクトルΔ１を前記稜点Ｐ３に対しても適用し、稜点Ｐ３をベクトルΔ１だけ移動させるのが妥当に考えられるかも知れない。しかし例えば実際の稜点Ｐ３が最適化の結果、稜点Ｐ２に一致している場合も考えられ、そのような場合には稜点Ｐ３は上記Δ１の補正分だけ稜点Ｐ２から稜点Ｐ１の方向にずれることになるため（図１７中のベクトルｋΔ１'）、稜点Ｐ２に対する稜点Ｐ３の位置合わせ、すなわち層２に対する層３の最適化に対しては、図１７中にベクトルΔ２'で示すように稜点Ｐ２を行き過ぎてしまい、逆に不利な補正となってしまうことがある。図１７の状態では、まだ層３の露光はなされていないので、稜点Ｐ３の実際の位置はわかっていない。
【００８８】
このように本発明では、層２と層３のみについてみると不利になるような補正をしてまでも、以降の層におけるスキャナとステッパの倍率差の調整が可能となるように層３の倍率補正をしているわけである。このため本発明では、図１７に示すように層２に対して最適化された層３の矩形パタ―ンＲ３の稜点Ｐ３を基準層１の稜点Ｐ１に近づける調整を行う際に、ベクトルΔ１に例えば値が１／２の係数ｋを乗じて、倍率の予測値ShotMagX(予測値) ，ShotMagY(予測値)を、以下の式より求める。
ShotMagX(予測値) ＝ ShotMagX（最適解予測値）＋ k（ShotMagX(P2)−ShotMagX(P1)） （式１）
ShotMagY(予測値) ＝ ShotMagY（最適解予測値）＋ k（ShotMagY(P2)−ShotMagY(P1)） （式２）
なお図１７においても各層１，２，３において矩形パタ―ンＲ１，Ｒ２，Ｒ３の中心は一致させられており、従って図１７における各点の移動は倍率ShotMagX，ShotMagYの変化に対応していることに注意すべきである。
【００８９】
層１は基準層であるので、ShotMagX(P1)、ShotMagY(P1)は0となり、層３の調整後の稜点Ｐ３の予測値ShotMagX(P3)(予測値)，ShotMagY(P3)(予測値)は、次式
ShotMagX(P3)(予測値) ＝ ShotMagX(P3)（最適解予測値）＋ k（ShotMagX(P2)） （式３）
ShotMagY(P3)(予測値) ＝ ShotMagY(P3)（最適解予測値）＋ k（ShotMagY(P2)） （式４）
より求められる。なお上記ShotMagX(P2)、ShotMagY(P2) は、層１に対する層２の倍率ずれを意味している。
【００９０】
ここで、倍率差が基準層から乖離するのを積極的に抑えることを目的として上式を、
ShotMagX(予測値) ＝ ShotMagX（最適解予測値）− k（ShotMagX(P2)−ShotMagY(P2)） （式５）
ShotMagY(予測値) ＝ ShotMagY（最適解予測値）＋ k（ShotMagX(P2)−ShotMagY(P2)） （式６）
としてもよい。
また 汎用的な補正式としては、Ｘ方向倍率とＹ方向倍率の違いに対応して、
ShotMagX(予測値) ＝ ShotMagX（最適解予測値）− k1×ShotMagX(P2) ＋k2×ShotMagY(P2) （式７）
ShotMagY(予測値) ＝ ShotMagY（最適解予測値）＋ k1×ShotMagX(P2)−K2×ShotMagY(P2) （式８）
とすると良い。
【００９１】
ここで前記係数ｋ、あるいはｋ１，ｋ２は、上記の式による補正の結果、補正後の位置ずれの頻度分布が、図１４の曲線Ａで示すように平均して位置ずれゼロになるように、あるいは曲線Ｂで示すように位置ずれがゼロでなくても、所定の許容範囲に入るように選定される。なおここで「所定許容範囲」とは、前記縦横比補正後においても全ての層１〜４においてパタ―ンＲ１〜Ｒ４が位置合わせ許容誤差範囲であることを意味している。例えば図１３の例では、前記縦横比の調整を行った後において、前記稜点Ｐ３'は、前記矩形パタ―ンＲ２の位置合わせ許容範囲円Ｃａ２の内側に位置していなければならない。これに対し、前記係数ｋ、あるいはｋ１，ｋ２が大きすぎるなど不適切な場合には、曲線Ｃで示すように補正後に所定の許容範囲を超える位置ずれが生じることがある。
【００９２】
前記係数ｋ、あるいは係数ｋ１，ｋ２がゼロであると上記縦横比の補正はなされないことになるが、このような縦横比の補正が必要である限り、前記係数ｋあるいは係数ｋ１，ｋ２は０より大きな値をとる。先の図１７の例ではｋ＝１／２となっている。上記の説明から前記係数ｋ，ｋ１，ｋ２は１．０以下となることが多いと考えられるが、１．０以下に限定されるものではなく、１．０を超える値をとることもありうる。
【００９３】
以上の説明では、層１および層２を、スキャナを使った位置合わせ、および露光により形成し、さらにその後、層３を層２に対してスキャナを使って位置合わせする際、ステッパによる層４の形成に鑑み、前記層１を基準層として、これに縦横比を合わせた後、露光をしている。
【００９４】
図１５Ａは、このような露光の繰り返しによる、先の図１と同様な多層配線構造形成の例を示す工程図である。
【００９５】
図１５Ａを参照するに、まず基準層となる配線層Ｌ１が第１層として露光・現像、およびパターニングにより形成され、この配線層Ｌ１に対してビアプラグを含む配線層Ｃ２が第２層としてスキャナを使って位置合わせされ、引き続き露光・現像およびパターニングされる。この工程では位置合わせされる配線層Ｌ１が基準層であるため、それ以上の調整は必要ない。
【００９６】
次に前記配線層Ｃ２のビアプラグパタ―ンに対して配線層Ｌ２層が第３層として、再びスキャナを使って位置合わせされる。その際、本実施形態では、前記配線層Ｌ２が、前記配線層Ｃ２のみならず、記基準層Ｌ１に対しても、スキャナを使って位置合わせをされ、これにより縦横比が、先に図１１，１２で説明したように調整される。
【００９７】
さらに前記配線層Ｌ２が形成された後、これに対し配線層Ｃ３が第４層として、再びスキャナを使って位置合わせされる。その際、本実施形態では、前記配線層Ｃ３のビアプラグパタ―ンが、前記配線層Ｌ２のみならず、記基準層Ｌ１に対しても位置合わせされ、縦横比が先に図１２，１３で説明したように調整される。
【００９８】
図１５Ａの工程では、このような一連の位置合わせ工程が、スキャナを使って繰り返し実行され、配線層Ｌ５がその下の配線層Ｃ５に第９層として位置合わせして形成される。さらに前記配線層Ｌ５が形成されると、今度はステッパを使って、前記配線層Ｌ５上に配線層Ｃ６が第１０層として形成される。
【００９９】
このような一連の位置合わせ工程を行った場合、最終的な配線層Ｃ６の前記基準層Ｌ１に対する相対位置ずれＲＰ（Ｌ１−Ｃ６）は、上下層間で行われる各々の位置合わせ工程での相対位置ずれＲＰ（Ｃ２−Ｌ１），ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２），ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２），ＲＰ（Ｌ３−Ｃ３）・・・の総和として、以下のように表される。
【０１００】
ＲＰ（Ｌ１−Ｃ６）＝ＲＰ（Ｃ２−Ｌ１）＋ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２）＋ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２）＋ＲＰ（Ｌ３−Ｃ３）＋ＲＰ（Ｃ４−Ｌ３）＋ＲＰ（Ｌ４−Ｃ４）＋ＲＰ（Ｃ５−Ｌ４）＋ＲＰ（Ｌ５−Ｃ５）＋ＲＰ（Ｃ６−Ｌ５） （式９）
ただしＲＰ（Ｃ２−Ｌ１）は配線層Ｃ２と配線層Ｌ１との間の相対位置ずれ量、ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２）は配線層Ｌ２と配線層Ｃ２の間の相対位置ずれ量、ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２）は配線層Ｃ３と配線層Ｌ２の間の相対位置ずれ量・・・である。
【０１０１】
本実施形態では、このような相対位置ずれ量ＲＰ（Ｃ２−Ｌ１），ＲＰ（Ｌ２−Ｃ２），ＲＰ（Ｃ３−Ｌ２），ＲＰ（Ｌ３−Ｃ３）・・・を、品種毎、工程毎、ロット毎に計算し、データベース化しておく。
【０１０２】
図１５Ｂは、かかる予測補正を行った場合において生じる位置ずれの具体例を、比較対照例と比較して示す表の図である。ただし図中の数値の単位はｐｐｍである。
【０１０３】
まず比較対照例で見ると、「Ｌ１基準位置ずれ」の欄における「ＳｈｏｔＭａｇＸ」，「ＳｈｏｔＭａｇＹ」の値は、それぞれ「位置ずれ結果」の欄の位置合わせ「Ｌ１−Ｃ２」，「Ｃ２−Ｌ２」，「Ｌ２−Ｃ３」・・・における「ＳｈｏｔＭａｇＸ」あるいは「ＳｈｏｔＭａｇＹ」の値を順次総和したものになっており、上式（９）に対応している。ここで「位置ずれ結果」の欄における倍率差、すなわち合わせ層と被合わせ層との間での位置合わせに伴う倍率差に注目すると、「位置ずれ結果」における値は絶対値で１．７０を超えていないが、「Ｌ１基準位置ずれ」における値は、ステッパによるＣ６層の露光直前において３．１５に達しているのがわかる。これは前記図１０で説明した、位置合わせが失敗した例に対応している。
【０１０４】
これに対し前記図１５Ｂの表における「本発明の効果」を注目すると、位置合わせ「Ｌ１−Ｃ２」，「Ｃ２−Ｌ２」，「Ｌ２−Ｃ３」・・・の各々において、合わせ層と被合わせ層との位置合わせの他に、基準層Ｌ１に対する位置合わせをも行っている結果、「位置ずれ予測」の欄における倍率差は、比較対照例の場合と比べてやや増大しているが、基準層Ｌ１に対する「Ｌ１基準位置ずれ予測」の欄における倍率差の値は、ステッパによる層Ｃ６の露光直前においても−０．６４に過ぎず、ステッパによる位置合わせが可能な範囲に維持されていることがわかる。
【０１０５】
このような露光を行うため、本実施形態では前記図８のフローチャートにおいて、ステップ１２の「当該ロットの補正値の決定」を、図１６に示すフローチャートに従って実行する。
【０１０６】
図１６を参照するに、前記ステップ１２は、被合わせ層に対する合わせ層の中心を合わせる中心合わせステップ１２Ａと、前記ステップ１２Ａの後、当該ロット、例えばロットｉ、の当該ウェハにおける当該被合わせ層に対する当該合わせ層の位置ずれを、過去の位置ずれデータから例えば移動平均などにより予測し、位置合わせ補正値の予測値 ShotMagX（最適解予測値），ShotMagY（最適解予測値）を取得するステップ１２Ｂと、当該ロットｉの当該被合わせ層に対する当該合わせ層の位置合わせの際の相対位置ずれ量Δ１、ないしShotMagX(P2)−ShotMagX(P１)，ShotMagY(P2)−ShotMagY(P１)をデータベースより取得し、前記ステップ１２Ｂで取得された予測値ShotMagX（最適解予測値），ShotMagY（最適解予測値）を、前記相対位置ずれ量Δ１を使って、例えば式（１），（２）、あるいは式（３），（４）、あるいは式（５），（６）、あるいは式（７），（８）により補正し、基準層に対する位置合わせ補正値の縦横比を調整するステップ１２Ｃと、を含んでいる。
【０１０７】
なお本実施形態による位置合わせは、図１５Ａに示したような直列的な層Ｌ１〜Ｃ６までの位置合わせに限定されるものではなく、先に図４で説明したようなステップＳ１〜ステップＳ１０の位置合わせなど、他の位置合わせ系列に対しても適用可能である。
【０１０８】
さらに以上の説明においては、縦横比のずれが最も少なくなる最初の層Ｌ１を基準層として使ったが、基準層は最初の層Ｌ１に限定されるものではなく、例えば最初の層Ｌ１を露光した後、次の層Ｃ１を露光する前に、前記層Ｌ１のパタ―ンの座標絶対値を露光装置により読み取り、読み取った座標絶対値をもとに、仮想的な基準層を設定することも可能である。このように前記基準層Ｌ１は、最初に被処理基板上に露光されるパタ―ンに限定されるものではない。このような仮想的な基準層では、縦横比を、スキャナで露光されるパタ―ンの縦横比（１：１）に合わせて設定することができる。
【０１０９】
被処理基板上に最初に露光される層Ｌ１が基準層である場合には、前記層Ｌ１においては図１６のステップ１２Ｃは不必要でありスキップすることができるが、基準層が上に述べた例のように仮想的な基準層として露光装置に保持されている場合には、最初の層Ｌ１を露光する段階から、かかる仮想的な基準層を使ってパタ―ンの縦横比を調整することができる。
【０１１０】
また経験上、各層における縦横比の基準層からのずれが小さいことが知られている場合には、前記図１５のステップＳ１２Ｃの工程は、ステッパにおいて露光される層の直前の層に対してのみ実行することで、全体の露光処理スループットを向上させることができる。
【０１１１】
さらにステッパによる露光の後で、必要に応じてスキャナを使った露光を行っても構わない。すなわち本実施形態において、ステッパにより露光される層が半導体装置の最上層であるとは限らないことに注意すべきである。
【０１１２】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、を含み、前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含む。その際前記第２の縦横比は、前記第１の縦横比よりも前記第２の露光装置の縦横比に近いことに注意すべきである。
【０１１３】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ 半導体装置
１１ シリコン基板
１１Ａ 素子領域
１１ａ ソースエクステンション領域
１１ｂ ドレインエクステンション領域
１１ｃ ソース領域
１１ｄ ドレイン領域
１１Ｉ 素子分離領域
１２ ゲート絶縁膜
１３ ゲート電極
１３Ａ，１３Ｂ 側壁絶縁膜
１４，１５，１６，１７，１８，１９ 層間絶縁膜
１４Ａ，１４Ｂ，１５Ｃ，１６Ｃ，１７Ｃ，１８Ｃ，１９Ｃ ビアプラグ
１５Ｌ，１５Ｍ，１６Ｌ，１７Ｌ，１８Ｌ，１９Ｌ 配線パタ―ン
２０ 多層配線構造
３０ 縮小投影露光装置（スキャナ）
３１ 光源
３２ ウェハ走査ステージ
３３ レチクル走査ステージ
３４ レチクル
３５ ミラー
３６ コリメートレンズ系
３７ 投影レンズ系
ＡＬ アラインメントマーク
Ｄｖ 位置ずれ検出マーク
Ｌ１，Ｃ２，Ｌ２，Ｃ３，Ｌ３，Ｃ４，Ｌ４，Ｃ５，Ｌ５，Ｃ６ 配線層
Ｗ 被処理基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光領域の縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、
露光領域の縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、
を含み、
前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の縦横比は、前記第１の縦横比よりも前記第２の露光装置の縦横比に近いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記基準層は、前記被処理基板上に最初に形成されるパタ―ンを含む層であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記基準層は、前記被処理基板上に最初に形成されるパタ―ンをもとに設定されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程に先立って、前記被処理基板上に前記第１の露光装置により複数の層を、それぞれ下側の層に対して上側の層を順次合わせ層と被合わせ層として位置合わせすることにより形成する工程を繰り返し含み、
前記繰り返される工程の各々において、前記合わせ層を被合わせ層に位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、縦横比を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
露光領域の縦横比が可変な第１の露光装置により、被処理基板上において合わせ層を被合わせ層に対して位置合わせして露光する第１の工程と、
露光領域の縦横比が固定された第２の露光装置により、前記合わせ層に次の合わせ層を位置合わせして露光する第２の工程と、
を含み、
前記第１の工程では、前記合わせ層を被合わせ層に、第１の縦横比で位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、前記第１の縦横比を第２の縦横比に調整する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の縦横比は、前記第１の縦横比よりも前記第２の露光装置の縦横比に近いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記基準層は、前記被処理基板上に最初に形成されるパタ―ンを含む層であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記基準層は、前記被処理基板上に最初に形成されるパタ―ンをもとに設定されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程に先立って、前記被処理基板上に前記第１の露光装置により複数の層を、それぞれ下側の層に対して上側の層を順次合わせ層と被合わせ層として位置合わせすることにより形成する工程を繰り返し含み、
前記繰り返される工程の各々において、前記合わせ層を被合わせ層に位置合わせした後、前記合わせ層を基準層に対して位置合わせすることにより、縦横比を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−７７６５３（Ｐ２０１３−７７６５３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１５６８０（Ｐ２０１１−２１５６８０）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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