(57)【要約】      （修正有）【課題】チップ重心の並進ずれ（ShiftX,ShiftY）以外の位置ずれに対して露光装置に設定される補正パラメータの予測精度を向上する。【解決手段】下側パターンの位置合わせのために第１の露光装置にそれぞれ与えられた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値の差を表す第１の補正値を求める工程と、下側パターン露光時に前記第1の露光装置に与えられた第３の位置ずれ補正パラメータに対し、前記下側パターンの正しい位置合わせのために必要であった補正量を求める工程と、前記第３の位置ずれ補正パラメータ設定値と前記補正量との差を表す第２の補正値を求める工程と、前記第１および第２の補正値より、前記現行ロットにおいて前記上側パターンを露光する際に第２の露光装置に設定される最適補正パラメータ設定値を、前記第１の補正値と前記第２の補正値とより求める工程よりなる。【選択図】図８
2006073986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の露光により下側パターンを形成し第２の露光により上側パターンを形成する露光工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記露光工程は、
現行ロットの直前に実行される直前ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第１の露光工程と、
現行ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第２の露光工程とを含み、
さらに、
前記現行ロットおよび前記直前ロットの下側パターン露光時に前記下側パターンの位置合わせのためにそれぞれ使われた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値の差を表す第１の補正値を求める工程と、
前記直前ロットの上側パターン露光時に使われた第３の位置ずれ補正パラメータ設定値に対し、前記上側パターンの正しい位置合わせのために必要であった最適補正量を、第２の補正値として求める工程と、
前記現行ロットにおいて前記上側パターンを露光する際に使われる最適補正パラメータ予測値を、前記第１の補正値と前記第２の補正値とより求める工程と、
前記現行ロットにおいて前記上側パターンを前記第２の露光工程により露光する際に、前記最適補正パラメータ予測値を用いて露光する工程とよりなる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の補正値は、前記直前ロットにおいて形成された上側パターンおよび下側パターンに含まれる位置合わせマークの実測より求められる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】
前記第１の露光工程は第１の露光装置により実行され、前記第２の露光工程は第２の露光装置により実行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４】
さらに、前記第１の補正量を、前記直前ロットと前記現行ロットとの間における前記第１の露光装置の状態の変動に対応した第１の変動量だけ補正する工程と、
前記第２の補正量を、前記直前ロットと前記現行ロットとの間における前記第２の露光装置の状態の変動に対応した第２の変動量だけ補正する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜３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５】
前記第１の変動量は、前記第１の露光装置の状態変動トレンドを格納した第１のデータベースを読み出すことにより求められ、前記第２の変動量は、前記第２の露光装置の状態変動トレンドを格納した第２のデータベースを読み出すことにより求められることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
第１の露光により下側パターンを形成し第２の露光により上側パターンを形成する露光工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記露光工程は、
現行ロットの直前に実行される直前ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第１の露光工程と、
現行ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第２の露光工程とを含み、
さらに、
前記現行ロットおよび前記直前ロットの下側パターン露光時に前記下側パターンの位置合わせのためにそれぞれ使われた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値を求める工程と、
前記直前ロットの上側パターン露光時に使われた位置ずれ補正パラメータ設定値に対し、前記上側パターンの正しい位置合わせのために必要であった最適補正量を求める工程と、
前記第１の位置ずれ補正パラメータ設定値と、前記第２の位置ずれ補正パラメータ設定値と前記最適補正量より、前記現行ロットにおいて前記上側パターンを露光する際に前記第２の露光に用いられる最適補正パラメータ設定値を求める工程と、
前記上側パターンを、前記第２の露光に前記最適補正パラメータ設定値を用いて露光する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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、特に投影露光装置の位置合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高速化および多機能化の要求に伴い、今日ではシリコンウェハなど、半導体ウェハ表面に形成されるパターンは非常に微細化している。これに伴って、フォトリソグラフィ工程、特に投影露光装置を使った半導体基板の露光工程において、非常に高精度の位置合わせが要求されるようになっている。
【０００３】
半導体装置の製造工程では、半導体ウェハ上に行列状に配列された各々のチップ領域に対応して形成された位置あわせマークの座標を計測することで、下地半導体パターンに対し、この上に露光転写される半導体パターンを位置合わせする。
【０００４】
図１（Ａ），（Ｂ）は、このような半導体基板上における上下の層の位置合わせの例を示す、それぞれ平面図および断面図である。
【０００５】
図１（Ａ），（Ｂ）を参照するに、ＭＯＳトランジスタなどの活性素子を形成されたシリコン基板（図示せず）上にはコンタクトプラグ１１Ａ，１１Ｂおよび位置合わせ検証パターン１１Ｃ，さらに位置合わせマーク１１Ｄを有する第１の層間絶縁膜１１が形成されており、前記層間絶縁膜１１上には前記コンタクトプラグ１１Ａ，１１Ｂにコンタクトする配線パターン１２Ａ，前記位置合わせ検証パターン１１Ｃに対応する位置合わせ検証パターン１２Ｂ，さらに位置合わせマーク１２Ｃを有する層間絶縁膜１２が形成されている。
【０００６】
前記層間絶縁膜１２に配線パターン１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを形成する場合には、前記層間絶縁膜１１中の位置合わせマーク１１Ｄを基準に位置合わせを行い、さらに前記位置合わせ検証パターン１１Ｃと位置合わせ検証パターン１２Ｂとの関係を顕微鏡（光学顕微鏡を具備した位置ずれ検査装置）などにより観察することにより、位置合わせ結果を確認する。多くの場合、前記位置合わせ検証パターン１１Ｃ，１２Ｂ、あるいは前記位置合わせマーク１１Ｄ，１２Ｃは段差部を有するパターンであり、上側層を形成した後でも、顕微鏡などにより検出が可能である。また実際には、前記コンタクトプラグ１１Ａ，１１Ｂと配線パターン１２Ａの位置合わせは、前記コンタクトプラグ１１Ａ，１１Ｂと、前記配線パターン１２Ａに対応して前記層間絶縁膜１２上に形成されるレジストパターンとの間においてなされることが多い。
【０００７】
さらに前記層間絶縁膜１２中の位置合わせマーク１２Ｃを使って次の層間絶縁膜パターンの位置合わせを行う。
【０００８】
図２は、半導体ウェハ上への半導体チップパターンの露光を示す図である。
【０００９】
図２を参照するに、半導体ウェハ２０上には半導体チップ領域２０C１，２０C２，２０C3・・・が行列状に形成されており、各々の半導体チップ領域に対応して、前記半導体ウェハ２０上のスクライブ領域には前記位置合わせマーク１１Ｄあるいは１２Ｃに対応して、Ｘ方向への位置合わせマーク２０ＸおよびＹ方向への位置合わせマーク２０Ｙが、それぞれ形成されている。
【００１０】
このような位置合わせには、チップを各セルの中心により代表させた配列格子を考えた場合、被位置合わせパターンの配列格子に対する位置合わせパターンの配列格子の：Ｘ，Ｙ方向の並進ずれ（ShiftX, ShiftY）；Ｘ，Ｙ方向の倍率ずれ（WaferMagX, WaferMagY）；およびＸ，Ｙ方向の回転ずれ（WaferRotX, WaferRotY）、さらにチップ内のパターンの配列に関して、被位置合わせパターンの配列格子に対する位置合わせパターンの配列格子の：Ｘ，Ｙ方向の倍率ずれ（それぞれ略記ChipMagX,, ChipMagY）；およびＸ，Ｙ方向の回転ずれ（それぞれ略記ChipRotX,, ChipRotY）、の制御が必要である。
【００１１】
図３，４は、前記補正に対応した、半導体ウェハ上において生じるパターンの変形を示す。
【００１２】
従来は、このような位置あわせを実現するため、パイロットウェハによる先行位置ずれ検査の結果を本体ロットに対してフィードバックする手法や、過去の処理ロット履歴データを参照して、最適な位置あわせ補正パラメータを予測して本体ロットの露光を行うことが行われていた。このうち前者は開発ラインで頻繁に行われる手法であるが、量産ラインでは、露光装置の生産性が著しく低下するために用いられないことが多い。
【００１３】
このような事情で、半導体装置の量産工程では、過去の履歴データを用いて位置合わせを行っているが、その場合に時間やロットとともに増大している位置合わせのずれを、どのように予測するかが大きな問題となっていた。
【００１４】
先にも述べたように、位置合わせには、パラメータ（Shift X，Shift Y，WaferMag X，WaferMag Y）を使ったウェハ全体としての位置合わせ、すなわちチップ重心についての位置合わせと、パラメータ（ChipMag X，ChipMag Y，ChipRot X，ChipRot Y）を使った個々のチップ領域の配列についての位置合わせが含まれるが、後者の位置合わせを正確に行うためには、チップ内にＸ，Ｙ方向位置ずれ測定用の位置合わせマーク（アラインメントマーク）がそれぞれについて複数必要であり、スクライブ領域上の制限や、位置合わせ（アラインメント）計測時間の増加に伴うスループットの低下の問題が生じ、これらの無制限に導入することはできない事情があった。
【特許文献１】特開２００２−２３１５９６号公報
【特許文献２】特開２００２−６４０４６号公報
【特許文献３】特開２００４−７１６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
チップ重心についての位置合わせ、すなわち前記Shift X，Shift， WaferMag X，WaferMag Y，WaferRot X，WaferRot Yについては、被位置合わせパターン（下側パターン）の形成に用いられた露光装置や露光条件（開口数ＮＡや照明条件などの光学パラメータ、対応するレンズディストーションなど）、マスクのパターン配列精度などの要因、さらに位置合わせしようとするパターン（上側パターン）の形成工程に用いられる露光装置や露光条件(開口数や照明条件などの光学パラメータ、対応するレンズディストーションなど）、マスクのパターン配列精度などの要因に主に依存しており、露光装置自身の持つアライメント技術によって、一般的には、過去の露光履歴、例えば、上記位置ずれ依存要因が全て一致する条件における、被位置合わせパターンと位置合わせパターンとの最適位置合わせパラメータ値、より具体的には例えば関係式
［位置合わせ時の露光装置に対する最適位置合わせ露光制御パラメータ値］＝［位置合わせ時の露光装置に対する位置合わせ制御パラメータの設定値］−[被位置合わせパラメータと位置合わせパターンの位置ずれ結果]、
からの単純移動平均による外挿などによっても、十分な精度で必要な位置合わせ補正パラメータを予測することができた。
【００１６】
一方、個々のチップの配列に関しては、チップ内に複数の位置合わせマークを形成し、これらを計測すること無しには正確な予測は困難であり、そのため、チップパターンの位置合わせの際に倍率ズレや回転ズレが発生し、再生加工作業の増加や歩留まりの低下など、生産性の低下が生じている。またウェハ全体としての位置ずれも、あるロットを境に、このような予測値から大きくずれる場合もあり、このような場合には、外挿法によって位置合わせを行うことは不可能である。このような大きなずれは、特に最近の複雑な機構の高機能露光装置の障害や、環境外乱による制御誤差によって生じやすい。
【００１７】
特に半導体ウェハ上、チップ領域内部に、複数の位置合わせマークを形成する余裕がないような複雑な半導体パターンを重ね合わせて露光する場合に、チップ重心の並進ずれ（ShiftX,ShiftY）以外の図３，４に示した位置ずれに対して露光装置に設定される補正パラメータの予測精度を向上でき、しかも効率の優れた位置合わせおよび露光工程が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は一の観点において、
第１の露光により下側パターンを形成し第２の露光により上側パターンを形成する露光工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記露光工程は、現行ロットの直前に実行される直前ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第１の露光工程と、現行ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第２の露光工程とを含み、さらに、前記現行ロットおよび前記直前ロットの下側パターン露光時に前記下側パターンの位置合わせのためにそれぞれ使われた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値の差を表す第１の補正値を求める工程と、前記直前ロットの上側パターン露光時に使われた第３の位置ずれ補正パラメータ設定値に対し、前記上側パターンの正しい位置合わせのために必要であった最適補正量を、第２の補正値として求める工程と、前記現行ロットにおいて前記上側パターンを露光する際に使われる最適補正パラメータ予測値を、前記第１の補正値と前記第２の補正値とより求める工程と、前記現行ロットにおいて前記上側パターンを前記第２の露光により露光する際に、前記最適補正パラメータ予測値を用いて露光する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明は他の観点において、第１の露光により下側パターンを形成し第２の露光により上側パターンを形成する露光工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記露光工程は、現行ロットの直前に実行される直前ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第１の露光工程と、現行ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第２の露光工程とを含み、前記露光工程は前記現行ロットおよび前記直前ロットの下側パターン露光時に前記下側パターンの位置合わせのためにそれぞれ使われた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値を求める工程と、前記直前ロットの上側パターン露光時に使われた位置ずれ補正パラメータ設定値に対し、前記上側パターンの正しい位置合わせのために必要であった最適補正量を求める工程と、前記第１の位置ずれ補正パラメータ設定値と、前記第２の位置ずれ補正パラメータ設定値と前記最適補正量より、前記現行ロットにおいて前記上側パターンを露光する際に前記第２の露光に用いられる最適補正パラメータ設定値を求める工程と、前記上側パターンを、前記第２の露光に前記最適補正パラメータ設定値を用いて露光する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、位置合わせマーク領域の制約やスループットの制約上、チップ内に複数の位置合わせマークを配置できないような半導体装置の製造の際に、チップ重心の並進ずれ（Shift X, Shift Y）のみならず、ウェハ全体での倍率のずれ（WaferMag X, _WaferMag Y）、ＸおよびＹ軸に対する歪み（WaferRot X，WaferRot Y）、個々のチップ領域についての倍率のずれ（ChipMag X, ChipMag Y）、ＸおよびＹ軸に対する歪み（ChipRot X，ChipRot Y）に対しても、補正パラメータを精度よく予測することが可能になる。しかも本発明によれば、第１ロットにおいてはパイロットウェハの処理が必要であるが、第２ロット以降においてパイロットウェハの処理が必要なく、露光工程の生産性が向上し、また同時に歩留まりを向上させることが可能になる。
【００２１】
なお、本発明はチップ内に複数の位置合わせマークを配置した際にも有効になる。
【００２２】
本発明によれば、現行ロットにおいて、先に第１の露光装置を使って下側パターンが形成された被処理基板上に、第２の露光装置を使って上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する場合に、現行ロットおよび直前ロット露光時に前記下側パターンの位置合わせのために前記第１の露光装置にそれぞれ与えられた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値の差を表す第１の補正値を求め、前記直前ロットにおいて前記第２の露光装置を使って前記上側パターンを露光する際の位置ずれ補正パラメータ設定値と実測値から、最適結果を与える第２の補正値（最適補正量あるいは補正量真値）を求め、さらに前記現行ロットにおいて前記第１の露光装置を使って前記下側パターンを露光する際に、前記第１の露光装置に設定される位置ずれ補正パラメータの設定値を、さらに前記第１および第２の補正値より補正し、前記現行ロット露光時に前記第２の露光装置に設定される最適補正パラメータ設定値を求める。前記上側パターンを前記第２の露光装置を使い、前記第２の露光装置に前記最適補正パラメータ設定値を設定することにより最小限の位置ずれで露光することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施例］
図５は、本発明で使われる露光システム２０の構成を示す。
【００２４】
図５を参照するに、前記露光システム２０は各々レチクルＲ１，Ｒ２を有する少なくとも二つの露光装置Ｓ１，Ｓ２と、露光データＤ0，Ｄ1を保持し、前記露光データＤ0，Ｄ1により前記露光装置Ｓ１，Ｓ２を制御する制御装置１００と、を含み、前記露光装置Ｓ0１には顕微鏡を含む検査装置Ｍ１が、また前記露光装置Ｓ２には顕微鏡を含む検査装置Ｍ２が協働する。このうち露光データＤ0は図１（Ａ），（Ｂ）の例では下側層１１のパターニングに使われ、露光データＤ1は図１（Ａ），（Ｂ）の例で上側層１２のパターニングに使われる。
【００２５】
前記制御装置１００は、前記露光装置Ｓ１，Ｓ２により露光を行う場合、先に説明した露光パターンの位置ずれを補償するために、前記露光装置Ｓ１，Ｓ２に対し位置ずれ補正パラメータの設定値Ｐ0set，Ｐ1setを提供する。
【００２６】
ここで前記設定値Ｐ0setは、前記下地層１１の露光時に前記第１の露光装置Ｓ１の位置ずれ補正に使われる位置ずれ補正パラメータで、先に説明した１０種類の位置ずれ補正パラメータ、Shift X，Shift Y，WaferMag X，WaferMag Y，WaferRot X，WaferRot Y，ChipMag X，ChipMag Y，ChipRot X，ChipRot Yを含んでいる。同様に前記初期値Ｐ1setは、前記層１２の露光時に前記第２の露光装置Ｓ２の位置ずれ補正に使われる位置ずれ補正パラメータで、先に説明した１０種類の位置ずれ補正パラメータ、Shift X，Shift Y，WaferMag X，WaferMag Y，WaferRot X，WaferRot Y，ChipMag X，ChipMag Y，ChipRot X，ChipRot Yを含んでいる。
【００２７】
各々の露光装置Ｓ１，Ｓ２では、図１（Ａ），（Ｂ）に示したようなパターンが、ロット＃１〜ｊまで、繰り返し処理される。
【００２８】
この補正パラメータもロット毎に変化し、従ってこのような複数のパターンを重ね合わせる露光技術においては、露光後に露光パターン相互の位置ずれが最小になるような最適補正パラメータを見出す補正アルゴリズムが必要とされる。
【００２９】
図６は、図５の露光システム２０を使って、下層パターンＰ0上に上層パターンＰ1を重ね合わせ露光した場合の、位置ずれ補正パラメータの初期値Ｐ0setおよびＰ1set、および前記初期値を使った場合の形成されたパターンの位置ずれ結果を表す位置ずれ結果パラメータP0result，Ｐ1resultを、いずれもｐｐｍ単位で示している。Ｐ1の真値Ｐ1truevalueは、Ｐ1truevalue＝Ｐ1set−Ｐ1resultと定義され、Ｐ1truevalue＝Ｐ1の場合（最適値）、Ｐ1setvalueの代わりにＰ1truevalueを設定値としていたならば、Ｐ1resultはゼロであるはずのものである。Ｐ0truevalueについても同様である。
【００３０】
前記位置ずれ結果パラメータＰ0result，Ｐ1result、あるいはこれに対応する真値の値は、ロット＃１〜ｊを含む過去に形成された露光パターンから前記検査装置Ｍ１，Ｍ２を使って求められ、図５中、記憶装置１０１の一部に設けられた記憶装置１０２中に保持されている。ここで前記位置ずれ結果パラメータP0result，Ｐ1resultは、図１（Ａ），（Ｂ）に示す位置合わせ検証用パターン１１Ｃ，１１Ｂより求められる実測値である。
【００３１】
図６を参照するに、前記設定値Ｐ0setおよびＰ1set、および前記位置ずれ結果パラメータＰ0result，Ｐ1resultは、項目ShiftX，ShiftY，WaferMagX，WaferMagY，WaferRotX，WaferRotY，ChipMagX，ChipMagY，ChipRotX，ChipRotYの各々について定義されており（Ｐ0set（ShiftX），Ｐ0set（ShiftY），Ｐ0set（WaferMagX），Ｐ0set（WaferMagY），Ｐ0set（WaferRotX），Ｐ0set（WaferRotY），Ｐ0set（ChipMagX），Ｐ0set（ChipMagY），Ｐ0set（ChipRotX），Ｐ0set（ChipRotY）；Ｐ1set（ShiftX），Ｐ1set（ShiftY），Ｐ1set（WaferMagX），Ｐ1set（WaferMagY），Ｐ1set（WaferRotX），Ｐ1set（WaferRotY），Ｐ1set（ChipMagX），Ｐ1set（ChipMagY），Ｐ1set（ChipRotX），Ｐ1set（ChipRotY）），さらに各々のパラメータはロット＃１〜５の各々について求められている。図示の例ではロット＃１が最も古く、ロット＃５が最新のものである。
【００３２】
本実施例では前記制御装置１００は、ChipMagX，ChipMagY以外のパラメータについては、前記露光装置Ｓ１およびＳ２に対する設定値Ｐ0setおよびＰ1setを、図７に示すような過去の真値のトレンドから例えば移動平均により、あるいは露光処理時間に対する真値の変動を時間に対する多項式近似で求めることにより、求めている。
【００３３】
図６よりわかるように、このように前記設定値を過去のトレンドから求めた場合、図１（Ａ），（Ｂ）中、層１１のコンタクトプラグ１１Ａ，１１Ｂを位置合わせする場合でも、層１２の配線パターン１２Ａを位置合わせする場合でも、並進ずれ（Shift X，Shift Y）は別として、前記パラメータChipMagXを除けば、前記設定値における結果としてのずれ（P0result，Ｐ1result）は、０．５０ｐｐｍ以下であり、前記位置ずれ補正パラメータについて、前記パラメータChipMagXを除き、満足できる予測がなされているのがわかる。
【００３４】
一方、図６中、配線層１２Aの位置合わせを行う場合には、前記パラメータChipMagXにおいて位置ずれ結果パラメータＰ1resultの値が０．５ｐｐｍを超えている場合がある（ロット＃２，＃３）のがわかる。
【００３５】
このような場合には、前記過去のトレンドから求めた設定値Ｐ1setでは、実際のパターンの歪みを充分に補償することができない。またパラメータChipMagYにおいても、位置ずれ結果パラメータＰ1resultの値が０．５ｐｐｍに近いもの（０．４７、ロット＃４；０．４２、ロット＃３）があるのがわかる。
【００３６】
これに対し、本実施例では、前記パラメータChipMagXについての修正された位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagX，５）を、現ロットＬ５と直前ロットＬ４との間における、下地パターン１１Ａ，１１Ｂの位置合わせおよび露光時（Ｐ0）に前記第１の露光装置Ｓ１に設定される設定値の差、すなわちＰ0set（ChipMagX，Ｌ５）−Ｐ0set（ChipMagX，Ｌ４）と、前記直前ロットＬ４において第２の露光装置Ｓ２により配線パターン１２Ａの位置合わせおよび露光（Ｐ１）を行う際の設定値（Ｐ1set（ChipMagX，Ｌ４））と位置ずれ計測結果（Ｐ1result（ChipMagX，Ｌ４））との差、すなわちＰ1set（ChipMagX，Ｌ４）−Ｐ1result（ChipMagX，Ｌ４）より、式
Estimate（ChipMagX，Ｌ５）＝｛P0set（ChipMagX，Ｌ５）−P0set（ChipMagX，Ｌ４）｝
＋｛Ｐ1set（ChipMagX，Ｌ４）−Ｐ1result（ChipMagX，Ｌ４）｝
式（１）
により求める。
【００３７】
この場合、前記修正された位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagX，Ｌ５）の値は、（１．０３−０．１６）＋（１．７９−０．４）＝２．２６（ｐｐｍ）となるが、この値はロット＃５におけるChipMagXの真値２．４７（＝Ｐ1set（ChipMagX，Ｌ５）−Ｐ1result（ChipMagX，Ｌ５）＝２．２５−（−０．２２）＝２．４７）に比べてわずかに０．２１ｐｐｍ異なっているに過ぎない(図６中、ΔＸ)。
【００３８】
同様にして、前記項目ChipMagYについての修正された位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagY，Ｌ５）も、式
Estimate（ChipMagY，Ｌ５）＝｛P0set（ChipMagY，Ｌ５）−P0set（ChipMagY，Ｌ４）｝＋｛Ｐ1set（ChipMagY，Ｌ４）−Ｐ1result（ChipMagY，Ｌ４）｝
式（２）
より求められる。
【００３９】
この場合にも、前記修正された位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagY，Ｌ５）の値は、（１．２４−０．９４）＋（０．９６−０．４７）＝０．７９（ｐｐｍ）となるが、この値はロット＃５におけるChipMagYの真値０．８９（＝Ｐ1set（ChipMagY，Ｌ５）−Ｐ1result（ChipMagY，Ｌ５）＝０．９４−０．０５＝０．８９）に比べてわずかに０．１ｐｐｍ異なっているに過ぎない（図６中、ΔＹ）。
【００４０】
さらに上記式（１）、（２）を一般化すると、ｊロット（Ｌｊ）における修正された位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）を、式
Estimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）＝｛Ｐoset（ChipMagX,Y，Ｌｊ）−Ｐoset（ChipMagX,Y，Lｊ−１）｝
＋｛Ｐ1set（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）−Ｐ1result（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）｝
式（３）
により求めることができる。
【００４１】
この方法によれば、現行ロットにおいて、先に第１の露光装置Ｓ1を使って下側パターン１１Ａ，１１Ｂが形成された被処理基板上に、第２の露光装置Ｓ２を使って上側パターン１２Ａを、前記下側パターン１１Ａ，１１Ｂに対して位置合わせして露光する場合に、図８のステップ１に示すように、現行ロットおよび直前ロット露光時に前記下側パターン１１Ａ，１１Ｂの位置合わせのために前記第１の露光装置Ｓ１にそれぞれ与えられた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値の差を表す第１の補正値［Ｐ0set（ChipMagX,Y，Ｌｊ）−Ｐ0set（ChipMagX,Y，Lｊ−１）］を求め、図８のステップ２に示すように、前記直前ロットにおいて前記第２の露光装置Ｓ２を使って前記上側パターン１２Ａを露光した際の位置合わせずれ実測値を表す第２の補正値Ｐ1result（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）を求め、図８のステップ３に示すように、前記直前ロットにおける上側パターン１２Ａの露光時に前記第２の露光装置Ｓ２に与えられた第３の位置ずれ補正パラメータ設定値Ｐ1set（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）に対し、前記上側パターン１２Ａの正しい位置合わせのために必要であった補正設定値（真値）［Ｐ1set（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）−Ｐ1result（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）］を求め、さらに図８のステップ４に示すように、前記現行ロットにおいて前記第１の露光装置Ｓ１を使って前記下側パターン１１Ａ，１１Ｂを露光する際に、前記第１の露光装置Ｓ１に設定される位置ずれ補正パラメータＰ0set（ChipMagX,Y，Ｌｊ）の設定値を、さらに前記第１および第２の補正値より補正し［｛Ｐ0set（ChipMagX,Y，Ｌｊ）−Ｐ0set（ChipMagX,Y，Lｊ−１）｝＋｛Ｐ1set（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）−Ｐ1result（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）｝］、前記現行ロット露光時に前記第２の露光装置Ｓ２に設定される最適補正パラメータ設定値Estimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）を求め、図８のステップ５に示すように、前記上側パターン１２Ａを前記第２の露光装置Ｓ２を使い、前記第２の露光装置に前記最適補正パラメータ設定値を設定することにより露光することができる。
【００４２】
上記の工程では直前ロットにおいて下側パターン１１Ａ，１１Ｂを露光した際に被処理基板側に起因して前記露光装置Ｓ２に設定される位置ずれ補正パラメータに生じた実際のずれ量Ｐ1result（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）を、図１（Ａ），（Ｂ）における層１１の位置合わせ検証用パターンの実測に基づいて求め、このようにして得られた実際のずれ量に基づいて、前記第３の位置ずれ補正パラメータの補正設定値を求めている。
【００４３】
さらに上の実施例では、前記修正された位置ずれ補正パラメータEstimateを、ChipMagX, ChipMagYについて求めたが、本発明の方法は、図６中の他の全ての項目についても有効である。
【００４４】
なお、上記のプロセスにおいて前記露光装置Ｓ１，Ｓ２の位置ずれ補正パラメータの初期値として使われる設定値は、先に説明した真値のトレンドから求められるものに限定されるものではなく、補正が可能な範囲で任意のものでかまわない。
【００４５】
さらに上記の説明では、露光装置Ｓ１と露光装置Ｓ２とは異なる露光装置であることを前提としたが、これらは同じ露光装置であってもよい。
【００４６】
さらに、式（３）は、現行ロットｊと直近ロットｊ−１との関係において定義されたが、jとj-2，j-3のように現行ロットと過去の任意のロットj-i（ｉ＝１，２，３．．．）との関係において定義し、それらの単純平均あるいは加重平均でEstimate（ChipMagX,Y, Lj）を定義してもよい。
【００４７】
図９（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施例による位置合わせ方法の例を示す。
【００４８】
図９（Ａ）〜（Ｄ）を参照するに、図９（Ａ）は下側パターンの露光（Ｐ0）時に露光装置Ｓ１に設定される位置ずれ補正パラメータ設定値のロット変動を、パラメータChipMagXについて示しており、図９（Ｂ）は、同じパラメータChipMagXについての、前記下側パターンの露光（Ｐ0）に使われる露光装置Ｓ１の位置ずれトレンドを示している。また図９（Ｃ）は、上側パターンの露光（Ｐ1）時に露光装置Ｓ２に設定される位置ずれ補正パラメータの設定値と露光結果との間の誤差、すなわち真値のロット変動を、図９（Ｄ）は、前記上側パターンの露光（Ｐ1）に使われる露光装置Ｓ２の位置ずれトレンドを示している。
【００４９】
図９（Ａ）〜（Ｄ）の例では、図９（Ｂ），（Ｄ）の図に示すように前記露光装置Ｓ１およびＳ２の状態が安定していることを前提としており、ロット＃６とロット＃７の間において例えば前記下側パターンのさらに下側パターンの露光時に発生した露光条件の変動が、図９（Ａ）に示すように、前記下側パターンのロット＃７における位置ずれ補正パラメータ設定値（Ｐ0set(ChipMagX，L7)）に反映されている。この場合、図９（Ｃ）に示すように、上側パターンの露光真値（露光設定値−露光結果）にも、ロット＃６とロット＃７との間で跳びが生じているのがわかる。
【００５０】
このように本実施例は、露光装置Ｓ１およびＳ２の状態が安定している場合に上側パターンの露光（Ｐ1）時にロット＃６とロット＃７の間で生じる露光設定値の跳びを、前記式（１）〜（３）により、前記下側パターンの露光（Ｐ0）時にロット＃６とロット＃７の間で生じた設定値の跳び、および前記露光真値の跳びを使って予測するものである。
［第２実施例］
図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２実施例による位置合わせ方法を示す図である。
【００５１】
図１０（Ａ）〜（Ｄ）を参照するに、図１０（Ａ）は下側パターンの露光（Ｐ0）時に露光装置Ｓ１に設定される位置ずれ補正パラメータ設定値のロット変動を、パラメータChipMagXについて示しており、図１０（Ｂ）は、同じパラメータChipMagXについての、前記下側パターンの露光（Ｐ0）に使われる露光装置Ｓ１の位置ずれトレンドを示している。また図１０（Ｃ）は、上側パターンの露光（Ｐ1）時に露光装置Ｓ２に設定される位置ずれ補正パラメータの設定値と露光結果との誤差、すなわち真値のロット変動を、図１０（Ｄ）は、前記上側パターンの露光（Ｐ1）に使われる露光装置Ｓ２の位置ずれトレンドを示している。
【００５２】
図１０（Ａ）〜（Ｄ）の例では、図１０（Ｄ）に示すように露光装置Ｓ２の状態は安定しているが、露光装置Ｓ１の状態が、図１０（Ｂ）に示すようにロット＃６とロット＃７の間で跳びが生じており、これに対応して、図１０（Ａ）に示すように下側パターンの露光（Ｐ0）時の位置ずれ補正パラメータ設定値が、ロット＃６とロット＃７の間で変動している。一方、図１０（Ｃ）に示す上側パターンの露光真値は、露光装置Ｓ２の状態が安定していることに対応してほとんどゼロである。
【００５３】
このように露光装置Ｓ１に状態変動が生じている場合、前記修正された位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）を、式（３）をそのまま適用して求めた場合には、位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）は、
Estimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）＝（Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌｊ)−Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌｊ−１)＋｛Ｐ1set(ChipMagX,Y，Lｊ−１)−Ｐ1result(ChipMagX,Y，Lｊ−１)｝
により求められることになるが、この式では、位置ずれ補正パラメータ設定値Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌ６からＰ0set(ChipMagX,Y，Ｌ７)への跳びをもたらした露光装置Ｓ１の状態変化が考慮されていないため、誤った結果が得られてしまう。
【００５４】
正しい結果を得るためには、上記の式を、露光装置Ｓ１の状態変化を考慮して、
Estimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）＝｛Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌ7)−Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌ6)｝＋｛P1set（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）−P1result(ChipMagX,Y，Lｊ−１)｝
−｛Ｅ0（ｔ＝Ｌｊ）−Ｅ0（ｔ＝Ｌ１−ｊ）｝                            （式４）
と変形する必要がある。
【００５５】
ただし、Ｅ0（ｔ＝Ｌｊ）は、露光装置Ｓ1によりロットＬｊの露光処理を行った場合の装置変動の状態を表し、項Ｅ0（ｔ＝Ｌｊ）−Ｅ0（ｔ＝Ｌ１−ｊ）は、ロットｊ−１からロットｊの間における露光装置Ｓ１の装置状態変化量を表す。
【００５６】
そこで図１０（Ａ）〜（Ｄ）の例では、位置ずれ補正パラメータ設定値の、ロット＃６とロット＃７の間における跳び｛Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌ7) −Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌ6)｝が、前記露光装置Ｓ１の状態変動により実質的に相殺される。
【００５７】
このように、本実施例では、露光装置Ｓ１の状態変動を勘案して、前記式（３）を上記式（４）に拡張しているが、さらに露光装置Ｓ２の状態変動を同様に勘案すると、前記式（３）は、
Estimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）＝｛Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌ7)−Ｐ0set(ChipMagX,Y，Ｌ6)｝−｛Ｅ0（ｔ＝Ｌj）−Ｅ0（ｔ＝Ｌ１−ｊ）｝
＋｛Ｐ1set（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）−Ｐ1result（ChipMagX,Y，Ｌｊ−１）｝
−｛Ｅ1（ｔ＝Ｌj）−Ｅ1（ｔ＝Ｌ１−ｊ）｝
（式５）
と拡張される。ただし、Ｅ１（ｔ＝Ｌj）は、露光装置Ｓ2によりロットＬjの露光処理を行った場合の装置変動の状態を表し、項Ｅ1（ｔ＝Ｌj）−Ｅ1（ｔ＝Ｌ１−ｊ）は、ロットｊ−１からロットｊの間における露光装置Ｓ2の装置状態変化量を表す。
【００５８】
このように、本実施例においては、修正された位置ずれ補正パラメータ設定値を、露光装置Ｓ１およびＳ２の状態変動を勘案して求めているが、前記状態変動の状態値Ｅ0（ｔ＝Ｌj），Ｅ1（ｔ＝Ｌj）は、ロット毎に求めることはできず、定期的に基準ウェハを処理し、位置ずれのトレンドを測定することにより求める必要がある。あるいは、基準ウェハによる状態変動のトレンドを用いる以外にも、式（３）において、例えば製品の現行ロットｊのEstimate（ChipMagX,Y，Ｌj）の予測と真値（｛Ｐ1set（ChipMagX,Y，Lｊ）−Ｐ1result(ChipMagX,Y，Ｌj)｝）の差が所定の範囲外の場合、この差をＳ２の露光装置の状態変動とみなし、データベース化し、これを時間軸で積分することで、任意の時間ｔに対する装置の状態が定義できる。
【００５９】
このため、本実施例においては、図１１に示すように、露光装置Ｓ１およびＳ２にデータベースＤＢを設け、それぞれにデータベースＤＢに、装置状態変動のトレンドを、例えば装置変動が生じた日時および変化量の組み合わせなどの形で格納し、露光時に前記装置変動状態Ｅ0（ｔ）、Ｅ1（ｔ）を読み出すことにより、前記修正された位置ずれ補正パラメータEstimate（ChipMagX,Y，Ｌｊ）を求める。ただし図１１中、先に図５で説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
その際、前記データベースに格納される露光装置の装置状態変動トレンドは、当該半導体装置製品製造時のものなど、特定の半導体装置製品製造時のものに限定されるものではなく、他の様々な半導体装置製品製造時のデータも含ませることができる。
【００６１】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例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。
【００６２】
なお、式（５）は、現行ロットｊと直近ロットj-1との関係において定義されたが、ｊとj-2，ｊとj-3のように、現行ロットと過去の任意のロットj-i（ｉ＝１，２，３．．．）との関係において定義し、それらの単純平均あるいは加重平均でEstimate(ChipMagX,Y，Ｌｊ)を定義してもよい。
【００６３】
（付記１）
第１の露光により下側パターンを形成し第２の露光により上側パターンを形成する露光工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記露光工程は、
現行ロットの直前に実行される直前ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第１の露光工程と、
現行ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第２の露光工程とを含み、
さらに、
前記現行ロットおよび前記直前ロットの下側パターン露光時に前記下側パターンの位置合わせのためにそれぞれ使われた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値の差を表す第１の補正値を求める工程と、
前記直前ロットの上側パターン露光時に使われた第３の位置ずれ補正パラメータ設定値に対し、前記上側パターンの正しい位置合わせのために必要であった最適補正量を、第２の補正値として求める工程と、
前記現行ロットにおいて前記上側パターンを露光する際に使われる最適補正パラメータ予測値を、前記第１の補正値と前記第２の補正値とより求める工程と、
前記現行ロットにおいて前記上側パターンを前記第２の露光工程により露光する際に、前記最適補正パラメータ予測値を用いて露光する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００６４】
（付記２）
前記第２の補正値は、前記直前ロットにおいて形成された上側パターンおよび下側パターンに含まれる位置合わせマークの実測より求められることを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
【００６５】
（付記３）
前記最適補正パラメータ予測値は、一または複数の位置ずれ補正パラメータについて求められることを特徴とする付記１または２記載の半導体装置の製造方法。
【００６６】
（付記４）
前記最適補正パラメータ予測値は、全ての位置ずれ補正パラメータについて求められることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【００６７】
（付記５）
前記第１の露光工程は第１の露光装置により実行され、前記第２の露光工程は第２の露光装置により実行されることを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【００６８】
（付記６）
さらに、前記第１の補正量を、前記直前ロットと前記現行ロットとの間における前記第１の露光装置の状態の変動に対応した第１の変動量だけ補正する工程と、
前記第２の補正量を、前記直前ロットと前記現行ロットとの間における前記第２の露光装置の状態の変動に対応した第２の変動量だけ補正する工程とを含むことを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【００６９】
（付記７）
前記第１の変動量は、前記第１の露光装置の状態変動トレンドを格納した第１のデータベースを読み出すことにより求められ、前記第２の変動量は、前記第２の露光装置の状態変動トレンドを格納した第２のデータベースを読み出すことにより求められることを特徴とする付記６記載の半導体装置の製造方法。
【００７０】
（付記８）
前記第１のデータベースに格納される前記第１の露光装置の状態変動トレンドは、前記第１の露光装置を使って露光される複数の、異なった種類の半導体装置の製造時の装置状態についての情報を含み、前記第２のデータベースに格納される前記第２の露光装置の状態変動トレンドは、前記第２の露光装置を使って露光される複数の、異なった種類の半導体装置の製造時の装置状態についての情報を含むことを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
【００７１】
（付記９）
前記第１のデータベースに格納される前記第１の露光装置の状態変動トレンドは、前記第１の露光装置を使って露光される単一種類の半導体装置の製造時の装置状態についての情報を含み、前記第２のデータベースに格納される前記第２の露光装置の状態変動トレンドは、前記第２の露光装置を使って露光される単一種類の半導体装置の製造時の装置状態についての情報を含むことを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
【００７２】
（付記１０）
第１の露光により下側パターンを形成し第２の露光により上側パターンを形成する露光工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記露光工程は、
現行ロットの直前に実行される直前ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第１の露光工程と、
現行ロットにおいて、前記第１の露光によって下側パターンが形成された被処理基板上に、前記第２の露光によって上側パターンを、前記下側パターンに対して位置合わせして露光する第２の露光工程とを含み、
さらに、
前記現行ロットおよび前記直前ロットの下側パターン露光時に前記下側パターンの位置合わせのためにそれぞれ使われた第１および第２の位置ずれ補正パラメータ設定値を求める工程と、
前記直前ロットの上側パターン露光時に使われた位置ずれ補正パラメータ設定値に対し、前記上側パターンの正しい位置合わせのために必要であった最適補正量を求める工程と、
前記第１の位置ずれ補正パラメータ設定値と、前記第２の位置ずれ補正パラメータ設定値と前記最適補正量より、前記現行ロットにおいて前記上側パターンを露光する際に前記第２の露光に用いられる最適補正パラメータ設定値を求める工程と、
前記上側パターンを、前記第２の露光に前記最適補正パラメータ設定値を用いて露光する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７３】
（付記１１）
さらに前記最適補正パラメータ設定値を、前記直前ロットと前記現行ロットとの間における前記第１の露光工程で使われる露光装置の状態の変動に対応した変動量、および前記直前ロットと前記現行ロットとの間における前記第２の露光工程で使われる露光装置の状態の変動に対応した変動量の分だけ補正する工程とを含むことを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、位置合わせマークおよび位置ずれ検証用マークを含む第１および第２のパターンが形成された半導体装置の一部を示す平面図および断面図である。
【図２】半導体ウェハ上に形成されるチップパターンの例を示す図である。
【図３】図２のチップパターンにおいて生じうる位置ずれの例を示す図（その１）である。
【図４】図２のチップパターンにおいて生じうる位置ずれの例を示す図（その２）である。
【図５】本発明の第１実施例による露光システムの構成を示す図である。
【図６】図５の露光システムを使った本発明の一実施形態による露光方法を示す図である。
【図７】図６の露光方法において使われる位置ずれ補正パラメータの設定値を求める方法を示す図である。
【図８】本発明第１実施例による露光方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明第１実施例による露光例を示す図である。
【図１０】本発明第２実施例による露光例を示す図である。
【図１１】本発明第２実施例による露光システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１１，１２    層
１１Ａ，１１Ｂ    コンタクトプラグ
１１Ｃ，１２Ｂ    位置合わせ検証用マーク
１１Ｄ，１２Ｃ，２０Ｘ，２０Ｙ    位置合わせマーク
１２Ａ    配線パターン
２０    露光システム
Ｓ１，Ｓ２    露光装置
Ｒ１，Ｒ２    レチクル
Ｍ１，Ｍ２    検査装置
１０１    制御装置
【図１】
2006073986.tif 000003
【図２】
2006073986.tif 000004
【図３】
2006073986.tif 000005
【図４】
2006073986.tif 000006
【図５】
2006073986.tif 000007
【図６】
2006073986.tif 000008
【図７】
2006073986.tif 000009
【図８】
2006073986.tif 000010
【図９】
2006073986.tif 000011
【図１０】
2006073986.tif 000012
【図１１】
2006073986.tif 000013