(57)【要約】【課題】  複数の下層レイヤに対するオーバーレイ精度を保証するオーバーレイ制御システムを提供する。【解決手段】  露光処理をする対象レイヤの露光工程名、及び対象レイヤと対象レイヤの下層にある下層レイヤとのオーバーレイ制御の制御設定値が記述された処理データを受信して登録する処理データ受信部３０と、対象レイヤと複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイを検査した複数の検査工程名及び複数の検査値とがそれぞれ記載された複数の検査データを受信して登録する検査データ受信部３２と、露光工程と検査工程の関連が記述された結合条件テーブルを検査工程名で検索して露光工程名を取得し、露光工程名及び検査工程名のぞれぞれとで検索して取得した処理データ及び複数の検査データのそれぞれを結合して補正データを登録する結合部３３と、補正データの複数の検査値に基づいて補正制御設定値を算出する算出部３６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光処理をする対象レイヤの露光工程名、及び前記対象レイヤと前記対象レイヤの下層にある複数の下層レイヤとのオーバーレイ制御の制御設定値が記述された処理データを受信して登録する処理データ受信部と、
前記対象レイヤと前記複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイを検査した複数の検査工程名及び複数の検査値がそれぞれ記述された複数の検査データを受信して登録する検査データ受信部と、
露光工程と検査工程の関連が記述された結合条件テーブルを前記検査工程名で検索して前記露光工程名を取得し、前記露光工程名及び前記検査工程名のぞれぞれとで検索して取得した前記処理データ及び前記複数の検査データのそれぞれを結合して補正データを登録するデータ結合部と、
前記補正データの前記複数の検査値に基づいて補正制御設定値を算出する制御設定値算出部
とを備えることを特徴とするオーバーレイ制御システム。
【請求項２】
前記処理データを格納する処理情報データベースと、
前記検査データを格納する検査情報データベースと、
前記結合条件テーブルを保管する結合情報データベースと、
前記補正データを格納する補正情報データベース
とを、更に備えることを特徴とする請求項１に記載のオーバーレイ制御システム。
【請求項３】
レイヤ間のオーバーレイ精度を規定する規格テーブルを検索して前記対象レイヤと前記複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイ精度の規格値を取得し、前記規格値に基づいて前記複数の検査値のそれぞれの規格重みを算出する規格重み算出部を、更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のオーバーレイ制御システム。
【請求項４】
対象レイヤの下層となる複数の下層レイヤを順次パターニングし、
前記対象レイヤの露光工程名、及び前記対象レイヤと前記複数の下層レイヤとのオーバーレイ制御の制御設定値が記述された処理データを受信して登録し、
前記対象レイヤと前記複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイを検査した複数の検査工程名及び複数の検査値がそれぞれ記述された複数の検査データを受信して登録し、
露光工程と検査工程の関連が記述された結合条件テーブルを前記検査工程名で検索して前記露光工程名を取得し、前記露光工程名及び前記検査工程名のぞれぞれとで検索して取得した前記処理データ及び前記複数の検査データのそれぞれを結合して補正データを登録し、
前記補正データの前記複数の検査値に基づいて補正制御設定値を算出し、
前記補正制御設定値を用いてオーバーレイ制御を行ない、前記対象レイヤに対し露光を行なう
ことを含むことを特徴とするオーバーレイ制御方法。
【請求項５】
レイヤ間のオーバーレイ精度を規定する規格テーブルを検索して前記対象レイヤと前記複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイ精度の規格値を取得し、前記規格値に基づいて前記補正データの前記複数の検査値のそれぞれの規格重みを算出し、
前記規格重み及び前記複数の検査値に基づいて補正制御設定値を算出する
ことを、更に含むことを特徴とする請求項４に記載のオーバーレイ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィに関し、特に露光装置のオーバーレイ制御システム及びオーバーレイ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置等の製造では、半導体基板上に複数の工程により複数のレイヤが形成される。例えば、フォトリソグラフィでは、加工対象レイヤのマスクパターンが、露光装置を用いて、半導体基板上に塗布されたレジスト膜に転写される。加工対象レイヤのマスクパターンは、下層レイヤに形成されたパターンに対して位置合わせされる。下層レイヤとのオーバーレイ精度を保証するため、露光装置に対して制御設定値を設定して位置合わせのオーバーレイ制御が行なわれる。
【０００３】
通常のオーバーレイ管理では、露光装置の制御設定値として、オーバーレイ対象としてひとつの下層レイヤへのオーバーレイ検査結果を基に算出されたオーバーレイ補正値が用いられる（例えば、特許文献１参照）。通常のオーバーレイ制御では、オーバーレイ対象の下層レイヤへのオーバーレイ精度を向上させることができる。しかし、同時に他の下層レイヤへのオーバーレイ精度を満たすことができない。また、半導体装置の構造によっては、オーバーレイ精度が、半導体基板の面での互いに直行する方向、例えばＸ方向、Ｙ方向それぞれで規定される場合がある。異なる下層レイヤに対して、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれでのオーバーレイ精度が独立して規定される場合、通常のオーバーレイ管理では対応できない。
【特許文献１】特開平１１−２６０６８３号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、複数の下層レイヤに対するオーバーレイ精度を保証することが可能なオーバーレイ制御システム及びオーバーレイ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、（イ）露光処理をする対象レイヤの露光工程名、及び対象レイヤと対象レイヤの下層にある下層レイヤとのオーバーレイ制御の制御設定値が記述された処理データを受信して登録する処理データ受信部と、（ロ）対象レイヤと複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイを検査した複数の検査工程名及び複数の検査値とがそれぞれ記載された複数の検査データを受信して登録する検査データ受信部と、（ハ）露光工程と検査工程の関連が記述された結合条件テーブルを検査工程名で検索して露光工程名を取得し、露光工程名及び検査工程名のぞれぞれとで検索して取得した処理データ及び複数の検査データのそれぞれを結合して補正データを登録する結合部と、（ニ）補正データの複数の検査値に基づいて補正制御設定値を算出する算出部とを備えるオーバーレイ制御システムが提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、（イ）対象レイヤの下層となる複数の下層レイヤを順次パターニングし、（ロ）対象レイヤの露光工程名、及び対象レイヤと複数の下層レイヤとのオーバーレイ制御の制御設定値が記述された処理データを受信して登録し、（ハ）対象レイヤと複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイを検査した複数の検査工程名及び複数の検査値がそれぞれ記述された複数の検査データを受信して登録し、（ニ）露光工程と検査工程の関連が記述された結合条件テーブルを検査工程名で検索して露光工程名を取得し、露光工程名及び検査工程名のぞれぞれとで検索して取得した処理データ及び複数の検査データのそれぞれを結合して補正データを登録し、（ホ）補正データの複数の検査値に基づいて補正制御設定値を算出し、（ヘ）補正制御設定値を用いてオーバーレイ制御を行ない、対象レイヤに対し露光を行なうことを含むオーバーレイ制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の下層レイヤに対するオーバーレイ精度を保証することが可能なオーバーレイ制御システム及びオーバーレイ制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【０００９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムは、図１に示すように、制御ユニット１０、処理情報データベース１２、検査情報データベース１４、結合情報データベース１６、補正情報データベース１８、入力装置２０、出力装置２２、及び外部メモリ２４等を備える。また、制御ユニット１０は、処理データ受信部３０、検査データ受信部３２、データ結合部３３、データ検索部３４、制御設定値算出部３６、送信部３８、及び内部メモリ４０等を備える。制御ユニット１０には、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の通信回線６２を介して、露光装置５０、オーバーレイ検査装置５２、及び工程管理システム５４等が接続されている。工程管理システム５４には、製品規格データベース５６、製造フローデータベース５８、及び製造レシピデータベース６０等が接続されている。
【００１０】
制御ユニット１０では、露光処理をする対象レイヤの露光工程名、及び対象レイヤと対象レイヤの下層にある下層レイヤとのオーバーレイ制御の制御設定値が記述された処理データが受信されて登録される。また、対象レイヤと複数の下層レイヤのそれぞれとのオーバーレイを検査した複数の検査工程名及び複数の検査値とがそれぞれ記載された複数の検査データが受信されて登録される。露光工程と検査工程の関連が記述された結合条件テーブルを検査工程名で検索して露光工程名が取得され、露光工程名及び検査工程名のぞれぞれとで検索して取得した処理データ及び複数の検査データのそれぞれを結合して補正データが登録される。補正データの複数の検査値に基づいて補正制御設定値が算出される。
【００１１】
制御ユニット１０は、通常のコンピュータシステムの中央処理装置（ＣＰＵ）の一部として構成すればよい。処理データ受信部３０、検査データ受信部３２、データ結合部３３、データ検索部３４、制御設定値算出部３６、及び送信部３８は、それぞれ専用のハードウェアで構成しても良く、通常のコンピュータシステムのＣＰＵを用いて、ソフトウェアで実質的に等価な機能を有していても構わない。  
露光装置５０は、半導体装置の製造の露光工程に用いられる。オーバーレイ検査装置５２は、露光工程で描画されたレイヤのパターンと下層レイヤのパターンとのオーバーレイの検査工程に用いられる。工程管理システム５４は、製品規格データベース５６、製造フローデータベース５８、及び製造レシピデータベース６０等に格納された半導体装置の製品規格、製造フロー、及び製造レシピ等の設計仕様に基づいて、露光工程及び検査工程等を制御する。
【００１２】
半導体装置の製造フローには、図２に示すように、例えば、製造フローの識別番号（ＩＤ）２０、ＩＤ６０、及びＩＤ９０に、レイヤＬ１、レイヤＬ２、及びレイヤＬ３のそれぞれの露光工程名Ｌ１ＰＨＯＴ、Ｌ２ＰＨＯＴ、及びＬ３ＰＨＯＴが記述されている。また、Ｌ３露光工程終了後に、製造フローのＩＤ９１及びＩＤ９２に、レイヤＬ２とレイヤＬ３間、及びレイヤＬ１とレイヤＬ３間のオーバーレイの検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬが記述されている。
【００１３】
例えば、図３に示すように、レイヤＬ１の露光工程（以下、Ｌ１露光工程と称す）により、絶縁膜等の下地層８０上の第１の絶縁膜８２に配線等の第１のパターン８４がレイヤＬ１のパターンとして形成される。レイヤＬ２の露光工程（以下、Ｌ２露光工程と称す）により、レイヤＬ１上に第２の絶縁膜８６にプラグ等の第２のパターン８８がレイヤＬ２のパターンとして形成される。レイヤＬ３の露光工程（以下、Ｌ３露光工程と称す）により、レイヤＬ２上に堆積された絶縁膜９０の表面にレジスト膜９２に開口部９４ａ、９４ｂを有する第３のパターン９４がレイヤＬ３のパターンとして形成される。
【００１４】
また、レイヤＬ３及びレイヤＬ２のオーバーレイ検査工程（以下、Ｌ２Ｌ３検査工程と称す）で、オーバーレイ変動の検査値として、開口部９４ｂ及び第２のパターン８８の中心位置のずれΔＯＬ23がオーバーレイ検査装置５２で測定される。レイヤＬ３及びレイヤＬ１のオーバーレイ検査工程（以下、Ｌ１Ｌ３検査工程と称す）で、オーバーレイの検査値として、開口部９４ａ及び第１のパターン８４の中心位置のずれΔＯＬ13が測定される。例えば、ずれΔＯＬ23の検査値は、−０．００５で、ずれΔＯＬ13の検査値は、０．００３である。
【００１５】
なお、転写パターンと下層パターンとのオーバーレイ変動の検査値として、パターン間の中心位置のずれが例示されているが、限定されない。例えば、オーバーレイ変動には、Ｘ方向のずれ（シフトＸ）、Ｘ方向と直交するＹ方向のずれ（シフトＹ）、Ｘ方向の拡大縮小（スケーリングＸ）、Ｙ方向の拡大縮小（スケーリングＹ）、回転、及び直交性等が含まれる。検査値は小さいほど、オーバーレイ精度が高い。
【００１６】
処理情報データベース１２は、露光装置５０が実施する露光工程の処理データ等を格納する。処理データには、露光工程で用いた露光装置名、露光工程で実施された半導体装置のロット番号、露光工程名、及び露光装置の制御に用いられる制御設定値（レシピ）等が記述される。例えば、図４に示すように、露光装置名「Ｌｉｔｈｏ＃１」、ロット番号「０００５」、露光工程名「Ｌ３ＰＨＯＴ」、及び制御設定値「０．１」等が記述されている。なお、制御設定値は、露光処理のオーバーレイ変動を制御するために、露光装置に設定される。図４には、ひとつの制御設定値が示されているが、制御設定値の数は限定されない。例えば、制御設定値には、検査値に対応して、シフトＸ、シフトＹ、Ｘ方向の倍率（倍率Ｘ）、Ｙ方向の倍率（倍率Ｙ）、回転、及びスキュー等の露光処理の補正値が含まれる。
【００１７】
検査情報データベース１４は、オーバーレイ検査装置５２で検査されたオーバーレイの検査データ等を格納する。検査データには、ロット番号、オーバーレイの検査工程名、及びオーバーレイ変動の検査値等が記述される。例えば、図５に示すように、ロット番号「０００５」に対して、検査工程名「Ｌ２Ｌ３ＯＬ」及び検査工程名「Ｌ１Ｌ３ＯＬ」、並びに、検査値「−０．００５」及び検査値「０．００３」等が記述されている。
【００１８】
結合情報データベース１６は、露光装置５０及びオーバーレイ検査装置５２で実施される露光工程及び検査工程の関連を規定する結合条件テーブルを保管している。例えば、図６に示すように、露光工程名「Ｌ３ＰＨＯＴ」に対して、検査工程名「Ｌ２Ｌ３ＯＬ」及び検査工程名「Ｌ１Ｌ３ＯＬ」等が記述されている。即ち、Ｌ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程は、Ｌ３露光工程の検査工程であることが示されている。
【００１９】
また、補正情報データベース１８は、処理データ及び検査データをつき合わせた補正データを格納する。例えば、図７に示すように、露光装置名「Ｌｉｔｈｏ＃１」、ロット番号「０００５」、及び露光工程名「Ｌ３ＰＨＯＴ」に対して、検査工程名「Ｌ２Ｌ３ＯＬ」及び検査工程名「Ｌ１Ｌ３ＯＬ」、制御設定値「０．１」、並びに、検査値「−０．００５」及び検査値「０．００３」等が記述されている。
【００２０】
制御ユニット１０の処理データ受信部３０は、露光装置５０から、図４に示した処理データを受信して、処理情報データベース１２に登録する。検査データ受信部３２は、オーバーレイ検査装置５２から、図５に示した検査データを受信して、検査情報データベース１４に登録する。
【００２１】
データ結合部３３は、検査データ受信部３２で受信された検査データの検査工程名により結合情報データベース１６を検索して、図６に示した結合条件テーブルに記述された露光工程名を取得する。データ結合部３３は、ロット番号及び取得した露光工程名から処理情報データベース１２を検索し、同時に、ロット番号及び検査工程名から検査情報データベースを検索する。データ結合部３３は、取得した処理データ及び検査データをつき合わせて、図７に示した補正データとして補正情報データベース１８に登録する。
【００２２】
データ検索部３４は、補正対象となる露光工程名で結合情報データベース１６を検索して検査工程名を取得する。更に、データ検索部３４は、露光工程名及び取得した検査工程名で補正情報データベース１８を検索して補正データを取得する。制御設定値算出部３６は、取得した補正データに記述された制御設定値及び検査値に基づいて、補正制御設定値を算出する。送信部３８は、制御設定値算出部３６で算出された補正制御設定値を露光装置５０に送信する。
【００２３】
内部メモリ４０は、制御ユニット１０により読み込まれた各種の演算処理のプログラム命令を保管する。また、内部メモリ４０は、制御ユニット１０における演算において、計算途中や解析途中のデータを一時的に保存する。
【００２４】
入力装置２０は、キーボード、マウス等の機器を指す。入力装置２０から入力操作が行われると対応するキー情報が制御ユニット１０に伝達される。出力装置２２は、モニタなどの画面を指し、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）パネル、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）パネル、及びブラウン管等が使用可能である。出力装置２２は、制御ユニット１０により制御され、露光装置５０及びオーバーレイ検査装置５２から送信される処理データ及び検査データ、制御ユニット１０で処理される補正データ、あるいは補正制御設定値算出の結果等を表示する。
【００２５】
外部メモリ２４は、制御ユニット１０で実行される各処理のプログラム命令を記憶している。プログラム命令は必要に応じて制御ユニット１０に読み込まれ、演算処理が実行される。外部メモリ２４は、半導体ＲＯＭ、半導体ＲＡＭ等の半導体メモリ装置、磁気ディスク装置、磁気ドラム装置、磁気テープ装置などの補助記憶装置で構成してもよく、コンピュータのＣＰＵの主記憶装置で構成しても構わない。
【００２６】
第１の実施の形態では、例えば、補正制御設定値が以下のようにして制御設定値算出部３６で算出される。まず、仮想検査値Ｄを次式で算出する。
【００２７】
D = (A + B) / 2    （１）
ここで、ＡはＬ２Ｌ３検査工程の検査値、及びＢはＬ１Ｌ３検査工程の検査値である。仮想検査値Ｄから補正制御設定値Ｅを次式で算出する。
【００２８】
E = C - D          （２）
ここで、ＣはＬ３露光工程で用いた制御設定値である。例えば、図７に示した補正データから式（１）を用いて、仮想検査値Ｄは、−０．００１となる。式（２）により、補正制御設定値は、０．１０１と算出される。補正制御設定値は、露光装置５０にフィードバックされ、次ロットの半導体装置の製造工程が実施される。
【００２９】
例えば、第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムで算出された補正制御設定値を用いて、図２に示した製造フローにしたがって、次ロットのＬ３露光工程が露光装置５０で実施される。図８に示すように、Ｌ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程で、開口部１９４ｂと第２のパターン８８とのずれΔＯＬ23、及び開口部１９４ａと第１のパターン８４とのずれΔＯＬ13がオーバーレイ検査装置５２で検査される。ずれΔＯＬ23の検査値は、−０．００４で、ずれΔＯＬ13の検査値は、０．００４である。このように、ずれの絶対値は均等になる。
【００３０】
比較例として、図３に示した開口部２９４ｂ及び第２のパターン８８のずれΔＯＬ23の検査値だけを用いて補正制御設定値を算出する。図９に示すように、比較例によれば、開口部２９４ｂ及び第２のパターン８８のずれΔＯＬ23の検査値は、ほぼ０にすることができる。しかし、開口部２９４ａ及び第１のパターン８４のずれΔＯＬ13の検査値は、０．００８と増加している。
【００３１】
このように、第１の実施の形態では、図３に示した第３のパターン９４と、第２のパターン８８及び第１のパターン８４それぞれとのオーバーレイの検査値Ａ、Ｂの平均値を、仮想検査値として補正制御設定値が算出される。その結果、第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムによれば、レイヤＬ２及びレイヤＬ１のそれぞれのパターンに対して、レイヤＬ３のパターンのオーバーレイ精度を同時に保証することが可能となる。
【００３２】
次に、本発明の第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御方法を、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。まず、図２に示した製造フローにしたがって、ロット番号０００５の半導体装置の製造が実施される。図３に示したレイヤＬ１の第１のパターン８４及びレイヤＬ２の第２のパターン８８が、下地層８０上の第１及び第２の絶縁膜８２、８６にそれぞれ形成される。第２の絶縁膜８６上に、絶縁膜９０が堆積される。
【００３３】
（イ）露光装置５０を用いてＬ３露光工程を実施して、絶縁膜９０上に塗布されたレジスト膜９２に開口部９４ａ、９４ｂを有するレイヤＬ３の第３のパターン９４が形成される。ステップＳ１００で、Ｌ３露光工程終了時に、図１に示した制御ユニット１０の処理データ受信部３０により露光装置５０から、図４に示した処理データが受信され処理情報データベース１２に格納される。
【００３４】
（ロ）オーバーレイ検査装置５２を用いてＬ２Ｌ３検査工程を実施して、レイヤＬ２及びレイヤＬ３のオーバーレイが検査される。引き続き、オーバーレイ検査装置５２を用いてＬ１Ｌ３検査工程を実施して、レイヤＬ１及びレイヤＬ３のオーバーレイが検査される。ステップＳ１０１で、Ｌ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程のそれぞれの終了後に、検査データ受信部３２によりオーバーレイ検査装置５２から、図５に示した検査データが受信され検査情報データベース１４に格納される。
【００３５】
（ハ）ステップＳ１０２で、データ結合部３３により、図６に示した露光工程及び検査工程の関連を規定する結合条件テーブルを保管する結合情報データベース１６を検査データ受信部３２で受信した検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬで検索して露光工程名Ｌ３ＰＨＯＴが取得される。ロット番号０００５と、露光工程名Ｌ３ＰＨＯＴ及び検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ、Ｌ１Ｌ３ＯＬとで処理情報データベース１２及び検査情報データベース１４が検索される。データ結合部３３により、取得した処理データ及び検査データが結合され、図７に示した補正データが補正情報データベース１８に格納される。
【００３６】
（ニ）ステップＳ１０３で、データ検索部３４により、結合情報データベース１６を露光工程名Ｌ３ＰＨＯＴで検索して検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬが取得される。検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬで補正情報データベース１８を検索して補正データが取得される。
【００３７】
（ホ）ステップＳ１０４で、補正データに記述されたＬ３露光工程の制御設定値と、Ｌ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程の検査値とに基づいて、補正制御設定値が算出される。ステップＳ１０５で、送信部３８により、補正制御設定値が露光装置５０に送信される。補正制御設定値を用いて、露光装置５０で次ロットのＬ３露光工程が新たに実施される。
【００３８】
第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御方法では、次ロットのＬ３露光工程の補正制御設定値が、Ｌ３露光工程の制御設定値と、Ｌ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程の検査値とに基づいて算出される。その結果、レイヤＬ２及びレイヤＬ１のそれぞれのパターンに対して、レイヤＬ３のパターンのオーバーレイ精度を同時に保証することが可能となる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムは、図１１に示すように、制御ユニット１０ａ、処理情報データベース１２、検査情報データベース１４、結合情報データベース１６、補正情報データベース１８、規格情報データベース１９、入力装置２０、出力装置２２、及び外部メモリ２４等を備える。また、制御ユニット１０ａは、処理データ受信部３０、検査データ受信部３２、データ結合部３３、データ検索部３４、規格重み算出部３５、制御設定値算出部３６、送信部３８、及び内部メモリ４０等を備える。
【００４０】
第２の実施の形態では、下層レイヤ毎にオーバーレイ保証精度の規格値が異なる。各下層レイヤのオーバーレイの規格値は、規格情報データベース１９に規格テーブルとして保管されている。例えば、規格テーブルには、図１２に示すように、検査工程名「Ｌ２Ｌ３ＯＬ」及び「Ｌ１Ｌ３ＯＬ」に対して、規格値「１００ｎｍ」及び「５０ｎｍ」がそれぞれ記述されている。即ち、レイヤＬ２及びレイヤＬ３間のオーバーレイ精度（以下、Ｌ２Ｌ３規格値と称す）を１００ｎｍで、且つ、レイヤＬ１及びレイヤＬ３間のオーバーレイ精度（以下、Ｌ１Ｌ３規格値と称す）を５０ｎｍで保証する必要がある。
【００４１】
データ検索部３４は、例えば露光工程名Ｌ３ＰＨＯＴで結合情報データベース１６を検索して、図６に示したように、検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬを取得する。更に、データ検索部３４は、露光工程名及び取得した検査工程名で補正情報データベース１８を検索して補正データを取得する。規格重み算出部３５は、取得された検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬで規格情報データベース１９を検索して検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬそれぞれの規格値を取得する。更に、規格重み算出部３５は、規格値に基づいて、オーバーレイの検査値のそれぞれに規格重みを算出する。制御設定値算出部３６は、補正データ及び規格重みに基づいて補正制御設定値を算出する。
【００４２】
第２の実施の形態では、規格情報データベース１９に格納された規格テーブルを規格重み算出部３５により検索して、オーバーレイの検査値のそれぞれに規格重みを付加する点が、第１の実施の形態と異なる。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００４３】
第２の実施の形態では、Ｌ３露光工程において、Ｌ２Ｌ３オーバーレイ及びＬ１Ｌ３オーバーレイに対して、それぞれＹ方向で５０ｎｍ及びＸ方向で１００ｎｍのオーバーレイ精度を保証する。例えば、規格値の逆数から規格重みが算出される。Ｌ２Ｌ３規格値をｊ、Ｌ１Ｌ３規格値をｋとして、規格値の総和ｓを求める。
【００４４】
s = j + k          （３）
Ｌ２Ｌ３オーバーレイ及びＬ１Ｌ３オーバーレイそれぞれの検査値に対する規格重みａ、ｂを次式のように定義する。
【００４５】
a = s / j          （４）
b = s / k          （５）
規格重みの総和Ｓは、次のようになる。
【００４６】
S = a + b          （６）
ここで、ＡをＬ２Ｌ３検査工程の検査値、及びＢをＬ１Ｌ３検査工程の検査値として、仮想検査値Ｄを次式で定義する。
【００４７】
D = ( A×a + B×b ) / S    （７）
仮想検査値Ｄから補正制御設定値Ｅを式（２）で算出する。
【００４８】
例えば、図７に示した補正データ及び図１２に示した規格テーブルから式（３）〜式（７）を用いて、仮想検査値Ｄは、−０．０００３となる。式（２）により、補正制御設定値は、０．０９９７と算出される。補正制御設定値は、露光装置５０にフィードバックされ、次ロットの半導体装置の製造工程が実施される。
【００４９】
このように、第２の実施の形態では、Ｌ２Ｌ３オーバーレイ及びＬ１Ｌ３オーバーレイの検査値Ａ、Ｂが、Ｌ２Ｌ３規格値及びＬ１Ｌ３規格値のそれぞれの逆数から算出される規格重みにより重み付けされる。例えば、図１２に示したように、Ｌ２Ｌ３規格値は、Ｌ１Ｌ３規格値に比べて大きく、Ｌ２Ｌ３オーバーレイ検査値Ａに対する規格重みａは小さくなる。したがって、規格値が小さいレイヤＬ１及びＬ３間のオーバーレイ精度を向上させることができる。このように、第２の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムによれば、転写レイヤのパターンのオーバーレイ精度を、下層レイヤに対するオーバーレイ保証精度の規格値に対応して保証することが可能となる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るオーバーレイ制御方法を、図１３に示すフローチャートを用いて説明する。まず、図２に示した製造フローにしたがって、ロット番号０００５の半導体装置の製造が実施される。
【００５１】
（イ）露光装置５０を用いてＬ３露光工程を実施して、レイヤＬ３のパターンが形成される。ステップＳ２００で、Ｌ３露光工程終了時に、図１に示した制御ユニット１０ａの処理データ受信部３０により露光装置５０から、図４に示した処理データが受信され処理情報データベース１２に格納される。
【００５２】
（ロ）オーバーレイ検査装置５２を用いてＬ２Ｌ３検査工程を実施して、レイヤＬ２及びレイヤＬ３のオーバーレイが検査される。引き続き、オーバーレイ検査装置５２を用いてＬ１Ｌ３検査工程を実施して、レイヤＬ１及びレイヤＬ３のオーバーレイが検査される。ステップＳ２０１で、Ｌ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程のそれぞれの終了後に、検査データ受信部３２によりオーバーレイ検査装置５２から、図５に示した検査データが受信され検査情報データベース１４に格納される。
【００５３】
（ハ）ステップＳ２０２で、データ結合部３３により、図６に示した露光工程及び検査工程の関連を規定する結合条件テーブルを保持する結合情報データベース１６を検査データ受信部３２で受信した検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬで検索して露光工程名Ｌ３ＰＨＯＴを取得する。ロット番号０００５と、露光工程名Ｌ３ＰＨＯＴ及び検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ、Ｌ１Ｌ３ＯＬとで処理情報データベース１２及び検査情報データベース１４が検索される。データ結合部３３により、取得した処理データ及び検査データが結合され、図７に示した補正データが補正情報データベース１８に格納される。
【００５４】
（ニ）ステップＳ２０３で、制御設定値算出部３６により、結合情報データベース１６を露光工程名Ｌ３ＰＨＯＴで検索して検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬが取得される。検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬで補正情報データベース１８を検索して補正データが取得される。
【００５５】
（ホ）ステップＳ２０４で、検査工程名Ｌ２Ｌ３ＯＬ及びＬ１Ｌ３ＯＬで規格情報データベース１９を検索して、規格テーブルが取得される。補正データに記述されたＬ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程の検査値が、規格テーブルに記述されたＬ２Ｌ３規格値及びＬ１Ｌ３規格値のそれぞれの逆数に基づいて算出された規格重みにより重み付けされる。
【００５６】
（ヘ）ステップＳ２０５で、補正データに記述されたＬ３露光工程の制御設定値と、規格重みで重み付けされた検査値とに基づいて、補正制御設定値が算出される。ステップＳ２０６で、送信部３８により、補正制御設定値が露光装置５０に送信される。補正制御設定値を用いて、露光装置５０で次ロットのＬ３露光工程が新たに実施される。
【００５７】
第２の実施の形態に係るオーバーレイ制御方法では、次ロットのＬ３露光工程の補正制御設定値が、Ｌ２Ｌ３検査工程及びＬ１Ｌ３検査工程の検査値をＬ２Ｌ３規格値及びＬ１Ｌ３規格値のそれぞれの逆数から規格重みで重み付けして算出される。その結果、転写レイヤのパターンのオーバーレイ精度を、下層レイヤに対するオーバーレイ保証精度の規格値に対応して保証することが可能となる。
【００５８】
なお、第２の実施の形態では、規格重みの重み付けとして、オーバーレイ保証精度の規格値の逆数が用いられている。しかし、規格重みは限定されない。例えば、規格重みとして規格値の逆数のべき乗を用いてもよい。規格値の逆数のべき乗を用いると、規格値が小さいレイヤ間の規格重みをより増加させることができ、下層レイヤに対するオーバーレイ精度を向上させることが可能となる。
【００５９】
（第２の実施の形態の変形例）
本発明の第２の実施の形態の変形例に係るオーバーレイ制御方法では、転写されるレイヤのパターンが、下層レイヤのＸ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて、異なるオーバーレイ精度で規定される。例えば、図１１に示した処理情報データベース１２に格納される処理データには、図１４に示すように、Ｘ方向の制御設定値ｘ「０．１」、及びＹ方向の制御設定値ｙ「０．２」が、それぞれ記述されている。検査情報データベース１４に格納される検査データには、図１５に示すように、検査工程名「Ｌ２Ｌ３ＯＬ」に対して、Ｘ方向の検査値ｘ「０．００５」及びＹ方向の検査値ｙ「０．００６」が記述され、また検査工程名「Ｌ１Ｌ３ＯＬ」に対して、Ｘ方向の検査値ｘ「０．００７」及びＹ方向の検査値ｙ「０．００８」が記述されている。補正情報データベース１８に格納される補正データには、図１６に示すように、露光工程名、検査工程名、Ｘ方向及びＹ方向の制御設定値、並びに、Ｘ方向及びＹ方向の検査値等が結合されて記述されている。
【００６０】
また、規格情報データベース１９に保管されている規格テーブルには、図１７に示すように、検査工程名「Ｌ２Ｌ３ＯＬ」及び「Ｌ１Ｌ３ＯＬ」に対して、Ｘ方向の規格値ｘ「無し」及び「１００ｎｍ」、並びに、Ｙ方向の規格値ｙ「５０ｎｍ」及び「無し」がそれぞれ記述されている。ここで、規格値「無し」とは、レイヤ間のオーバーレイ精度を考慮する必要がないことを意味する。例えば、図１８に示すように、レジスト膜９２に形成されるレイヤＬ３の開口部９４ｃ、９４ｄは、レイヤＬ１の第１のパターン８４ａ及びレイヤＬ２の第２のパターン８８ａにそれぞれ位置合わせされる。レイヤＬ１に形成された第１のパターン８４ａのＸ方向の長さは、Ｌ３露光工程で生じる開口部９４ｃのＸ方向の最大のずれの２倍以上である。レイヤＬ２に形成された第２のパターン８８ａのＹ方向の長さは、Ｌ３露光工程で生じる開口部９４ｄのＹ方向の最大のずれの２倍以上である。したがって、第１のパターン８４ａのＸ方向、及び第２のパターン８８ａのＹ方向に関しては、オーバーレイ保証精度を規定しなくてもよい。
【００６１】
第２の実施の形態の変形例では、転写されるレイヤのパターンが、下層レイヤのＸ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて、異なるオーバーレイ精度で規定される点が、第２の実施の形態と異なる。他の構成は、第２の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００６２】
第２の実施の形態の変形例では、Ｌ３露光工程において、Ｌ２Ｌ３オーバーレイ及びＬ１Ｌ３オーバーレイに対して、それぞれＹ方向で５０ｎｍ及びＸ方向で１００ｎｍのオーバーレイ精度を保証する。例えば、Ｌ２Ｌ３オーバーレイのＸ方向及びＹ方向の規格値をｊｘ、ｊｙ、Ｌ１Ｌ３オーバーレイのＸ方向及びＹ方向の規格値をｋｘ、ｋｙとして、Ｘ方向及びＹ方向の規格値の総和ｓｘ、ｓｙを求める。
【００６３】
sx = jx + kx                （８）
sy = jy + ky                （９）
Ｌ２Ｌ３オーバーレイ及びＬ１Ｌ３オーバーレイそれぞれの検査値に対するＸ方向及びＹ方向の規格重みａｘ、ｂｘ、ａｙ、ｂｙを次式のように定義する。
【００６４】
ax = sx / jx、但し、jx =「無し」の場合、ax = 0    （１０）
ay = sy / jy、但し、jy =「無し」の場合、ay = 0    （１１）
bx = sx / kx、但し、kx =「無し」の場合、bx = 0    （１２）
by = sy / ky、但し、ky =「無し」の場合、by = 0    （１３）
Ｘ方向及びＹ方向の規格重みの総和Ｓｘ、Ｓｙは、次のようになる。
【００６５】
Sx = ax + bx        （１４）
Sy = ay + by        （１５）
ここで、ＡｘをＬ２Ｌ３検査工程のＸ方向の検査値、及びＢｘをＬ１Ｌ３検査工程のＸ方向の検査値として、Ｘ方向の仮想検査値Ｄｘを次式で定義する。
【００６６】
Dx = ( Ax×ax + Bx×bx ) / Sx    （１６）
また、ＡｙをＬ２Ｌ３検査工程のＹ方向の検査値、及びＢｙをＬ１Ｌ３検査工程のＹ方向の検査値として、Ｙ方向の仮想検査値Ｄｙを次式で定義する。
【００６７】
Dy = ( Ay×ay + By×by) / Sy    （１７）
検査値Ｄｘ、ＤｙからＸ及びＹ方向の補正制御設定値Ｅｘ、Ｅｙを次式で算出する。
【００６８】
Ex = Cx - Dx          （１８）
Ey = Cy - Dy          （１９）
ここで、Ｃｘ及びＣｙはＬ３露光工程で用いたＸ及びＹ方向の制御設定値である。
【００６９】
例えば、図１６に示した補正データ及び図１７に示した規格テーブルから式（８）〜式（１７）を用いて、仮想検査値Ｄｘ及びＤｙはそれぞれ、０．００７及び０．００５と算出される。式（１８）及び式（１９）により、補正制御設定値Ｅｘ，Ｅｙはそれぞれ、０．０９３及び０．０９５と算出される。補正制御設定値は、露光装置５０にフィードバックされ、次ロットの半導体装置の製造工程が実施される。
【００７０】
このように、第２の実施の形態の変形例では、Ｌ２Ｌ３オーバーレイ及びＬ１Ｌ３オーバーレイの検査値Ａｘ、Ａｙ、Ｂｘ、Ｂｙが、Ｌ２Ｌ３規格値ｊｘ、ｊｙ、及びＬ１Ｌ３規格値ｋｘ、ｋｙのそれぞれの逆数から算出される規格重みにより重み付けされる。したがって、規格値が小さいレイヤＬ１及びＬ３間のＹ方向のオーバーレイ精度を向上させることができる。このように、第２の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムによれば、転写レイヤのパターンのオーバーレイ精度を、下層レイヤに対するＸ方向及びＹ方向のそれぞれのオーバーレイ保証精度の規格値に対応して保証することが可能となる。
【００７１】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の第１及び第２の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００７２】
本発明の第１及び第２の実施の形態では、オーバーレイ検査を行なう下層レイヤを、レイヤＬ１及びレイヤＬ２の２層としている。しかし、下層レイヤの数は限定されない。例えば、ｎ層の下層レイヤに対して、オーバーレイ検査を行なう場合、検査されたｎ個の検査値が得られる。また、ｎ層の下層レイヤそれぞれに対応するｎ個の規格値が規格テーブルに準備される。ｎ個の検査値及びｎ個の規格値を用いて、式（２）、あるいは式（１８）及び式（１９）より補正制御設定値が算出される。
【００７３】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の説明に用いる半導体装置の製造フローの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の説明に用いる半導体装置の断面の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る処理データの一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る検査データの一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る結合条件テーブルの一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る補正データの一例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御の一例を示す断面図である。
【図９】比較例に係るオーバーレイ制御の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るオーバーレイ制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るオーバーレイ制御システムの構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る規格テーブルの一例を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るオーバーレイ制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る処理データの一例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る検査データの一例を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る補正データの一例を示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る規格テーブルの一例を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態の変形例に係るオーバレー制御の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１０ａ  制御ユニット
１２  処理情報データベース
１４  検査情報データベース
１６  結合情報データベース
１８  補正情報データベース
１９  規格情報データベース
２０  入力装置
２２  出力装置
２４  外部メモリ
３０  処理データ受信部
３２  検査データ受信部
３３  データ結合部
３４  データ検索部
３５  規格重み算出部
３６  制御設定値算出部
３８  送信部
４０  内部メモリ
５０  露光装置
５２  オーバーレイ検査装置
５４  工程管理システム
５６  製品規格データベース
５８  製造フローデータベース
６０  製造レシピデータベース
６２  通信回線
８０  下地層
８２  第１の絶縁膜
８４、８４ａ  第１のパターン
８６  第２の絶縁膜
８８、８８ａ  第２のパターン
９０  絶縁膜
９２  レジスト膜
９４  第３のパターン
９４ａ〜９４ｄ、１９４ａ、１９４ｂ、２９４ａ、２９４ｂ  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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