(57)【要約】【課題】重ね合わせ量の測定誤差を低減し、半導体装置製造工程において各層を積層する際の位置合わせずれを有効に抑制することを可能とする半導体装置製造工程管理方法および半導体装置製造工程管理システムを提供すること。【解決手段】重ね合わせマークに電子ビームを照射したときに誘起される基板電流信号を利用した評価装置１１を用いて、チップエリアの下層パターンと上層パターンを測定することで重ね合わせ精度を測定し、露光装置２１のショット倍率等を補正する。あるいは光信号を利用した評価装置１２から出力値に対する工程管理範囲を決定する、あるいは露光工程の前工程の工程管理規格を補正する。その補正に要する情報処理がデータ処理部３６により実施され、その補正値を用いて製造工程管理データベース３５内の工程管理規格が更新される。【選択図】　　　図１
2004071622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、
（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、
（ｂ）光信号を利用した重ね合わせ検査装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第一の重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、
（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第二の重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、
（ｄ）前記第一の重ね合わせずれ量と前記第二の重ね合わせずれ量との対応関係を特定する第四のステップと、
（ｅ）前記対応関係に基づき、前記第二の重ね合わせずれ量を基準として前記第一の重ね合わせずれ量に関する工程管理規格を決定する第五のステップと、
（ｆ）前記工程管理規格を製造工程で参照されるべきデータベースに登録する第六のステップと、
を含むことを特徴とする半導体製造工程管理方法。
【請求項２】
製造工程において、前記データベースを参照し、前記光信号を利用した重ね合わせ検査装置による測定結果が前記工程管理規格を満足するか否かを判断するステップと、
前記測定結果が前記工程管理規格を満足しない場合に前記露光処理を再処理に付すステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体製造工程管理方法。
【請求項３】
基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、
（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、
（ｂ）光信号を利用した重ね合わせ検査装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第一の重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、
（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第二の重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、
（ｄ）前記第一の重ね合わせずれ量と前記第二の重ね合わせずれ量との対応関係を特定する第四のステップと、
（ｅ）前記対応関係に基づき、前記第二の重ね合わせずれ量を基準として前記第一の重ね合わせずれ量に関する工程管理規格を決定する第五のステップと、
（ｆ）前記工程管理規格および前記対応関係を製造工程で参照されるべきデータベースに登録する第六のステップと、
を含むことを特徴とする半導体製造工程管理方法。
【請求項４】
製造工程において、前記データベースを参照し、前記光信号を利用した重ね合わせ検査装置による測定結果が前記工程管理規格を満足するか否かを判断する第七のステップと、
前記測定結果が前記工程管理規格を満足しない場合に前記製造工程における露光処理を再処理に付す第八のステップと、をさらに含み、
前記第八のステップでは、前記対応関係を参照して、前記測定結果を前記第一の重ね合わせずれ量としたときの前記第二の重ね合わせずれ量を取得し、この取得された第二の重ね合わせずれ量をゼロとするように、前記製造工程での露光条件を補正することを特徴とする請求項３記載の半導体製造工程管理方法。
【請求項５】
基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、
（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、
（ｂ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、
（ｃ）前記重ね合わせずれ量をゼロとするように、前記露光処理に関する条件を補正して製造工程での露光条件として設定する第三のステップと、
を含むことを特徴とする半導体製造工程管理方法。
【請求項６】
基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、
（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、
（ｂ）前記露光処理が施されたフォトレジストをマスクとして前記下層パターンと前記上層パターンとの間に存在する中間層のエッチング処理を実施する第二のステップと、
（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記中間層のパターンとの重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、
（ｄ）前記重ね合わせずれ量をゼロとするように前記露光処理に関する条件を補正し、この補正された条件を製造工程での露光条件として設定する第四のステップと、
を含むことを特徴とする半導体製造工程管理方法。
【請求項７】
基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、
（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、
（ｂ）前記露光処理が施されたフォトレジストをマスクとして前記下層パターンと前記上層パターンとの間に存在する中間層のエッチング処理を実施する第二のステップと、
（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記中間層のパターンとの重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、
（ｄ）前記重ね合わせずれ量をゼロとするように前記エッチング処理に関する条件を補正し、この補正された条件を製造工程でのエッチング条件として設定する第四のステップと、
を含むことを特徴とする半導体製造工程管理方法。
【請求項８】
基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、
（ａ）下層パターンを形成した後に光信号を利用した重ね合わせ検査装置を用いて前記下層パターンの第一の重ね合わせずれ量を測定する第一のステップと、
（ｂ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンの第二の重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、
（ｃ）前記第一の重ね合わせずれ量と前記第二の重ね合わせずれ量との対応関係を特定する第三のステップと、
（ｄ）前記対応関係に基づき、前記第二の重ね合わせずれ量を基準として前記第一の重ね合わせずれ量に関する工程管理規格を決定する第四のステップと、
（ｅ）前記工程管理規格および前記対応関係を製造工程で参照されるべきデータベースに登録する第五のステップと、
を含むことを特徴とする半導体製造工程管理方法。
【請求項９】
露光工程前の製造工程において、前記データベースを参照し、前記光信号を利用した重ね合わせ検査装置による測定結果が前記工程管理規格を満足するか否かを判断する第六のステップと、
前記測定結果が前記工程管理規格を満足しない場合に前記対応関係を参照して、前記測定結果を前記第一の重ね合わせずれ量としたときの前記第二の重ね合わせずれ量を取得し、この取得された第二の重ね合わせずれ量を、上層パターン形成のための前記露光工程での露光条件として設定する第七のステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の半導体製造工程管理方法。
【請求項１０】
半導体基板上に形成される各層の重ね合わせ精度を管理するための半導体装置製造工程管理システムにおいて、
基板電流信号を利用して前記半導体基板上の所望の構造物の位置を検出するためのインライン電子線評価装置と、
前記半導体基板上にパターンを転写または描画するための露光装置と、
エッチング装置、ＣＭＰ装置、成膜装置、熱処理装置、イオン注入装置、洗浄装置のいずれかを含む半導体製造装置と、
前記インライン電子線評価装置から検出値を収集する検出値収集部と、
前記半導体製造装置から製造条件を定める装置制御因子を収集する装置制御因子データ収隼部と、
前記半導体基板に固有の識別番号を収集するウェハＩＤ収集部と、
前記露光装置および前記半導体製造装置に対して所望の装置制御因子を設定する装置制御因子設定部と、
前記インライン電子線評価装置の検出値を蓄積する検出値データベースと、
前記半導体製造装置から得られる装置制御因子を蓄積する装置制御因子データベースと、
前記半導体装置製造工程の工程管理情報を蓄積する製造工程管理データベースと、
前記検出値および装置制御因子およびウェハＩＤに関するデータのフローを制御する機能、および前記データに関して比較演算または統計処理演算を施す機能、および前記データを用いて所望の装置制御因子を算出する機能を有するデータ処理部と、
を備えたことを特徴とする半導体装置製造工程管理システム。
【請求項１１】
前記インライン電子線評価装置が、
半導体基板上のチップ領域内に存在する所望のパターンに対して収束電子線を走査し、前記半導体基板に誘起される基板電流信号を前記半導体基板裏面より電極を介して検出する装置であって、前記基板電流信号から前記パターンのエッジ部分位置情報を決定する数値演算部を備えたことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置製造工程管理システム。
【請求項１２】
前記インライン竃子線評価装置が、
前記半導体基板に対して任意の照射エネルギで電子線を照射する機能を備えたことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置製造工程管理システム。
【請求項１３】
光信号を利用して半導体基板上の所望のパターンの位置情報を検出するための重ね合わせずれ量評価装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１０記載の半導体製造工程管理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造工程管理方法および半導体装置製造工程管理システムに関し、特に各種材料膜で形成されたパターンを積層する際の位置合わせ精度を改善するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置の製造工程においては、半導体基板上に、金属膜、半導体膜、絶縁体膜などの各種の材料膜で形成されたパターンを順次積層して微細構造の半導体素子を形成している。このパターンを積層する場合、露光工程において、前工程で形成した下層パターンに対して上層パターンの位置合わせが行われる。即ち、上層パターンの露光工程を実施する際に、上層のマスクパターンを半導体ウェハ上に形成された下層パターンに対し所定の規格で位置合わせ（アライメント）を行って露光することにより、上層パターンを下層パターンに重ね合わせて形成する。
【０００３】
近年、超高集積の半導体装置の開発が精力的に進められており、半導体素子の微細化及び高密度化に伴い、半導体素子構造の形成に必須となっている露光工程でのマスクの位置合わせ精度の向上が強く要望されている。ここで、下層パターンに対するマスクパターンの位置合わせは、大きく分けて次の７つの成分、すなわち（１）シフト、（２）ウェハスケーリング（ウェハ伸び縮み）、（３）ウェハローテーション（ウェハ回転）、（４）ウェハオーソゴナリティ（ウェハ直交度）、（５）ショットローテーション（ショット回転）、（６）ショットマグニフィケーション（ショット倍率あるいはショット伸縮率）、（７）ディストーションマッチングに大きく分類される。
【０００４】
上述のような露光工程での重ね合わせの各成分におけるマスクの位置合わせずれに対しマージン（許容範囲）を設定し、該マージンを利用して半導体装置の製造工程の管理が行われている。例えば、特開平１１−２７４０３７号公報には、半導体装置製造方法において、露光工程別に適正な位置合わせ精度を設定し、露光工程後に行う下層パターンと上層パターンとの間の位置合わせ検査において精度良く製品の品質を管理する方法および装置が開示されている（図２８参照）。
【０００５】
上述の位置合わせ検査は、一般的に、半導体装置の下層パターンと上層パターンに一対のいわゆるボックスマークを形成し、これらのボックスマーク間の位置ずれ量を計測することにより算出される。このずれ量の計測は上層パターンを形成する露光現像工程後に実施され、通常フォトレジストが上層パターンとされる。また、一回の位置合わせにつき一個のボックスマーク形成領域が用いられるので、位置合わせを行う度に使用するボックスマークの形成領域が異なる。このため、少なくとも位置合わせを実施する回数分だけホックスマークの形成領域が必要となる。したがって、これらのボックスマークは、トランジスタ等の素子が形成される領域（チップ領域あるいは製品領域）とは別の領域（スクライブライン上の領域）に設けられる。これにより、チップ面積の増大を招くことなく位置合わせのずれ量を測定し算出することができる。
【０００６】
以下、図２８を参照して上述のずれ量による半導体装置製造工程の管理方法を説明する。ウェハ加工処理（製造工程）に先だって、位置合わせのマージンに関するデータベースが準備される。このデータベースにはプロセスフローやホトマスク情報などが入力される。ウェハ加工処理が開始すると、成膜工程、エッチング工程等（ステップＳ１０１）を経て露光工程が行われる（ステップＳ１０２）。この後、位置合わせ検査が行われ（ステップＳ１０３）、露光工程におけるマスクの合わせずれ量が測定される。
【０００７】
続いて、上述のデータベースを検索して位置合わせマージンに関する情報を取得し（Ｓ１０４）、上述の検査結果として得られた合わせずれ量が、データベースから取得されたマージンよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ここで、検査結果がマージンよりも小さい場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、次の工程の加工処理が行われ（ステップＳ１０６）、上述のステップＳ１０１〜Ｓ１０５が繰り返される。これに対し、検査結果がマージンよりも大きい場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、アラームを表示し、その旨を作業者に報知する。これにより、作業者は、位置合わせずれ量が規格値を越えたことを把握し、必要な対策を講じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の製造工程管理方法では、次のような問題がある。第１の問題点は、位置合わせのずれ量が規格値を越えたとしても、製造工程に適切に反映させることができず、歩留まりを有効に改善することが困難であった。即ち、従来の方法によれば、電子回路の動作特性を決定している下層パターンと上層パターンの本質的な重ね合わせずれ量を測定することができない。その理由は、上述のように、重ね合わせずれ量の検出を露光現像工程の後に実施しており、フォトレジストからなる上層ボックスマークと下層パターンを用いて重ね合わせずれ量を測定しているためである。
【０００９】
さらに詳細に説明する。半導体集積回路は、各層に作成されたトランジスタや配線と、異なる層間を電気的に接続するホール（あるいはプラグとも呼ばれる）から成り立っている。そして、トランジスタ、配線、ホールといった微細素子を積層する際の相対的な重ね合わせ（位置合わせ）精度は、これまで露光工程のみによって決定されるとみなされていた。しかし、近年の半導体集積回路の微細化・高集積化の発展により、ホールを代表とする各層の微細素子構造は縦長の断面構造をとるようになり、露光工程後のエッチング工程能力あるいは成膜工程などの工程能力によっても下層パターンと上層パターンの重ね合わせずれ量が影響されるようになってきた。
【００１０】
図２９は、上層パターン形成工程の中での（通常の露光工程後ではなく）エッチング工程後の断面構造の一例を示す図であり、同図（ａ）はウェハ周辺部を示し、同図（ｂ）はウェハ中央部を示す。同図において、Ｌ１は絶縁膜層、Ｌ２は配線層、Ｌ３は絶縁膜層（上層）、Ｌ４はフォトレジストである。この例では、現像されたフォトレジストＬ４をマスクとして絶縁膜層Ｌ３にホールＨが形成されている。フォトレジストＬ４からなる上層パターンは、同図（ａ），（ｂ）のいずれもにおいても配線層Ｌ２からなる下層パターンに対して良好な重ね合わせで積層されている。このことは、従来の重ね合わせ検査装置を用いて測定することができる。
【００１１】
しかし、ウェハ周辺部では、図２９（ａ）に示すように、絶縁膜層Ｌ３に形成されたホールＨと配線層Ｌ２との重ね合わせは不良となる。ホールＨの底部の全てが、下層パターンである配線層Ｌ２に接していないからである。これでは、上層のホールＨと下層の配線層Ｌ２との接触抵抗が大きくなり製品の特性を劣化させることとなる。すなわち、従来の製造工程管理の重ね合わせ検査で良品とみなされた場合でも、実際の電気特性が管理規格を越える場合があり、これでは実質的に製造工程の品質管理がなされていないといえる。
尚、ここで挙げた一例は、エッチング工程においてホールＨのエッチングが基板表面に対して斜めに進行することによって引き起こされる重ね合わせずれであり、本現象は、半導体集積回路の微細化と高集積化に伴って、特にウェハ周辺部において顕在化してきた現象である。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、重ね合わせ量の測定誤差を低減し、半導体装置製造工程において各層を積層する際の位置合わせずれを有効に抑制することを可能とする半導体装置製造工程管理方法および半導体装置製造工程管理システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
請求項１記載の発明は、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、（ｂ）光信号を利用した重ね合わせ検査装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第一の重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第二の重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、（ｄ）前記第一の重ね合わせずれ量と前記第二の重ね合わせずれ量との対応関係を特定する第四のステップと、（ｅ）前記対応関係に基づき、前記第二の重ね合わせずれ量を基準として前記第一の重ね合わせずれ量に関する工程管理規格を決定する第五のステップと、（ｆ）前記工程管理規格を製造工程で参照されるべきデータベースに登録する第六のステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体製造工程管理方法において、製造工程において、前記データベースを参照し、前記光信号を利用した重ね合わせ検査装置による測定結果が前記工程管理規格を満足するか否かを判断するステップと、前記測定結果が前記工程管理規格を満足しない場合に前記露光処理を再処理に付すステップと、をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、（ｂ）光信号を利用した重ね合わせ検査装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第一の重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの第二の重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、（ｄ）前記第一の重ね合わせずれ量と前記第二の重ね合わせずれ量との対応関係を特定する第四のステップと、（ｅ）前記対応関係に基づき、前記第二の重ね合わせずれ量を基準として前記第一の重ね合わせずれ量に関する工程管理規格を決定する第五のステップと、（ｆ）前記工程管理規格および前記対応関係を製造工程で参照されるべきデータベースに登録する第六のステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の半導体製造工程管理方法において、製造工程において、前記データベースを参照し、前記光信号を利用した重ね合わせ検査装置による測定結果が前記工程管理規格を満足するか否かを判断する第七のステップと、前記測定結果が前記工程管理規格を満足しない場合に前記製造工程における露光処理を再処理に付す第八のステップと、をさらに含み、前記第八のステップでは、前記対応関係を参照して、前記測定結果を前記第一の重ね合わせずれ量としたときの前記第二の重ね合わせずれ量を取得し、この取得された第二の重ね合わせずれ量をゼロとするように、前記製造工程での露光条件を補正することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、（ｂ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記上層パターンとの重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、（ｃ）前記重ね合わせずれ量をゼロとするように、前記露光処理に関する条件を補正して製造工程での露光条件として設定する第三のステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、（ｂ）前記露光処理が施されたフォトレジストをマスクとして前記下層パターンと前記上層パターンとの間に存在する中間層のエッチング処理を実施する第二のステップと、（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記中間層のパターンとの重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、（ｄ）前記重ね合わせずれ量をゼロとするように前記露光処理に関する条件を補正し、この補正された条件を製造工程での露光条件として設定する第四のステップと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、（ａ）下層パターンを形成した後にフォトレジストからなる上層パターンを転写する露光処理を実施する第一のステップと、（ｂ）前記露光処理が施されたフォトレジストをマスクとして前記下層パターンと前記上層パターンとの間に存在する中間層のエッチング処理を実施する第二のステップと、（ｃ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンと前記中間層のパターンとの重ね合わせずれ量を測定する第三のステップと、（ｄ）前記重ね合わせずれ量をゼロとするように前記エッチング処理に関する条件を補正し、この補正された条件を製造工程でのエッチング条件として設定する第四のステップと、とを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置から得られる重ね合わせずれ量を用いて、光信号を利用した重ね合わせ検査装置による工程管理規格範囲を管理する方法であって、（ａ）下層パターンを形成した後に光信号を利用した重ね合わせ検査装置を用いて前記下層パターンの第一の重ね合わせずれ量を測定する第一のステップと、（ｂ）基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を用いて前記下層パターンの第二の重ね合わせずれ量を測定する第二のステップと、（ｃ）前記第一の重ね合わせずれ量と前記第二の重ね合わせずれ量との対応関係を特定する第三のステップと、（ｄ）前記対応関係に基づき、前記第二の重ね合わせずれ量を基準として前記第一の重ね合わせずれ量に関する工程管理規格を決定する第四のステップと、（ｅ）前記工程管理規格および前記対応関係を製造工程で参照されるべきデータベースに登録する第五のステップと、とを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の半導体製造工程管理方法において、露光工程前の製造工程において、前記データベースを参照し、前記光信号を利用した重ね合わせ検査装置による測定結果が前記工程管理規格を満足するか否かを判断する第六のステップと、前記測定結果が前記工程管理規格を満足しない場合に前記対応関係を参照して、前記測定結果を前記第一の重ね合わせずれ量としたときの前記第二の重ね合わせずれ量を取得し、この取得された第二の重ね合わせずれ量を、上層パターン形成のための前記露光工程での露光条件として設定する第七のステップと、をさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、半導体基板上に形成される各層の重ね合わせ精度を管理するための半導体装置製造工程管理システムにおいて、基板電流信号を利用して前記半導体基板上の所望の構造物の位置を検出するためのインライン電子線評価装置と、前記半導体基板上にパターンを転写または描画するための露光装置と、エッチング装置、ＣＭＰ装置、成膜装置、熱処理装置、イオン注入装置、洗浄装置のいずれかを含む半導体製造装置と、前記インライン電子線評価装置から検出値を収集する検出値収集部と、前記半導体製造装置から製造条件を定める装置制御因子を収集する装置制御因子データ収隼部と、前記半導体基板に固有の識別番号を収集するウェハＩＤ収集部と、前記露光装置および前記半導体製造装置に対して所望の装置制御因子を設定する装置制御因子設定部と、前記インライン電子線評価装置の検出値を蓄積する検出値データベースと、前記半導体製造装置から得られる装置制御因子を蓄積する装置制御因子データベースと、前記半導体装置製造工程の工程管理情報を蓄積する製造工程管理データベースと、前記検出値および装置制御因子およびウェハＩＤに関するデータのフローを制御する機能、および前記データに関して比較演算または統計処理演算を施す機能、および前記データを用いて所望の装置制御因子を算出する機能を有するデータ処理部と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の半導体装置製造工程管理システムにおいて、前記インライン電子線評価装置が、半導体基板上のチップ領域内に存在する所望のパターンに対して収束電子線を走査し、前記半導体基板に誘起される基板電流信号を前記半導体基板裏面より電極を介して検出する装置であって、前記基板電流信号から前記パターンのエッジ部分位置情報を決定する数値演算部を備えたことを特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１０に記載の半導体装置製造工程管理システムにおいて、前記インライン電子線評価装置が、前記半導体基板に対して任意の照射エネルギで電子線を照射する機能を備えたことを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１０記載の半導体製造工程管理システムにおいて、光信号を利用して半導体基板上の所望のパターンの位置情報を検出するための重ね合わせずれ量評価装置をさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施形態の半導体製造工程管理方法が適用される半導体製造システムの全体構成を図１に示す。同図に示すように、本システムは、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置１１、光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２、半導体製造装置２０、測定データ収集部３１、検出値データベース３２、装置制御因子データベース３３、装置データ収集部３４、製造工程管理データベース３５、データ処理部３６、装置制御因子設定部４０を備える。上述の半導体製造装置２０は、例えば、露光装置２１、エッチング装置２２、ＣＭＰ装置２３、成膜装置２４、熱処理装置２５、イオン注入装置２６、洗浄装置２７を含んで構成される。測定データ収集部３１は検出値収集部３１ＡおよびウェハＩＤ収集部３１Ｂからなり、装置データ収集部３４は装置制御因子データ収集部３４ＡおよびウェハＩＤ収集部３４Ｂからなる。この他、図示しないウェハＩＤデータベースを備える。
【００２５】
ここで、インライン電子線評価装置１１は、半導体基板上の測定対象となる任意のパターンへ任意の照射条件の電子ビームを照射し、このとき誘起される基板電流基板電流信号を検出し、前記信号に数値演算処理を施すことによって、上層パターンと下層パターンとの界面部分における重ね合わせずれ量を非接触で算出する装置であり、本願発明者が例えば特開２００２−８３８４９号公報（特願２０００−３１１１９６）に開示した半導体デバイス検査装置が用いられる。この検査装置は、図２（ａ）に示すように半導体基板に電子ビームを照射し、このとき、図２（ｂ）に示すように半導体基板に誘起する基板電流信号を検出して、この信号に数値演算処理を実施することにより、上層パターンのエッジ部分の位置情報を精度よく検出する。
【００２６】
また、インライン電子線評価装置１１は、評価を実施した半導体基板（ウェハ）に固有の認識番号（ＩＤ）を読み取る機構を有しており、測定データ（重ね合わせずれ量）ならびに半導体基板固有の認識番号を外部へ出力する機能を有している。このインライン電子線評価装置１１は、後述の光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２と異なり、チップ内領域（製品領域）に存在するトランジスタパターンあるいは配線パターンなどを用いて、重ね合わせずれ量を測定することが可能である。
【００２７】
尚、インライン電子線評価装置１１は、半導体基板上の複数の測定位置に対して同一形状の電子ビームを順次照射し、当該測定位置に電子ビームを照射したときに誘起される電流信号を測定して、各測定位置と当該測定位置における電流信号とを記憶し、前記電流信号を用いて算出した個々の重ね合わせずれ量あるいは下地パターン伸縮率を測定位置の関数として出力することが可能である。また、前記測定位置の関数とする重ね合わせずれ量あるいは下層パターンの伸縮率の出力方法は、例えば、実際に電流信号測定を実施した各測定位置に対する重ね合わせずれ量あるいは下地パターン伸縮率を用いて、当該重ね合わせずれ量あるいは下地パターン伸縮率に関する空間分布関数を計算し、当該半導体基板上全ての位置に対して当該重ね合わせずれ量あるいは下地パターン伸縮率の出力する。前記電流信号の記憶は、測定データをそのまま蓄えても良いが、積和あるいは平均などの演算処理を実施した後に記憶してもよい。
【００２８】
重ね合わせずれ量評価装置１２は、半導体基板上の測定対象となる任意のパターンへレーザ光あるいは非干渉性の光を照射し、ＣＣＤカメラなどの検出器によって前記パターンからの信号を検出し、演算処理によって上層パターンと下層パターンとの重ね合わせずれ量を非接触で算出する装置である。いわゆるボックスマークの位置検出は、前記検出器から得られた信号より、内側重心法、外側重心法、フーリエ７点法といったエッジ検出法によって決定される。また、前記検出器から得られた測定波形上で、相関モデルを移動させ、最もマッチした位置をもって、当該ボックスマークの位置決定を実施してもよい。この重ね合わせずれ量評価装置１２は、チップ領域（製品領域）とは別の領域（スクライブライン上の領域）に設けられるボックスマークを用いて、重ね合わせずれ量を測定することを基本としている。
【００２９】
半導体製造装置２０は、半導体基板上パターン形状に反映する装置制御因子および処理半導体基板のＩＤ番号を外部へ信号出力する機能している。また、半導体製造装置２０は、その装置制御因子を外部信号により制御可能に構成されている。ここで、装置制御因子とは、例えばエッチング装置の場合、処理時間、ガス流量、入射電力量（上部電極あるいは下部電極による）、入射バイアス量、入射高周波の位相、ウェハ保持ステージの温度、チェンバ内圧力、などを指し示す。また、ＣＭＰ装置においては、研磨パッドの回転数、基板（ウェハ）の回転数、研磨パッドに対する基板への圧力（荷重）、前記加圧（荷重）領域、化学反応剤の供給量、化学反応剤供給ノズルの位置、研磨剤粒子を含む研磨スラリの供給量、研磨剤粒子を含む研磨スラリ供給ノズルの位置、キャリアヘッドの位置（移動速度などを含む）、ウェハの帯電量、処理時間などを指し示す。
【００３０】
また、露光装置２１についての装置制御因子とは、例えば、照射光量（露光時間）、フォーカスシフト量、ショット倍率、ウェハスケーリング（ウェハの伸び縮み）、アライメントシフト量、ウェハローテーション（ウェハ回転）、ウェハオーソゴナリティ（ウェア直交度）、ショットローテーション（ショット回転）、ショットマグニフィケーション（ショット倍率あるいはショット伸縮率）、ディストーションマッチング、ウェハとレチクルの移動速度（スキャンスピード）、ステージ表面温度（ウェハ温度）、ステージ傾斜角度などを指し示す。また、洗浄装置についての装置制御因子とは、例えば、ウェハ（基板）回転数、薬液（純水も含む）の供給量、ウェハの帯電量、薬液温度、処理時間、ウェハの薬液槽への挿入・引き上げ速度、薬液濃度などを指し示す。また、成膜装置２４についての装置制御因子とは、例えば、ガス流量、ウェハ温度（ランプ速度をも含む）、処理時間、入射電力量、ウェハ移動速度などを指し示す。また、熱処理装置２５についての装置制御因子とは、ガス流量、ウェハ温度（ランプ速度をも含む）、処理時間、入射電力量、ウェハ移動速度などを指し示す。また、イオン注入装置２６についての装置制御因子とは、ドーズ量、注入エネルギ、ウェハ温度、ビームスキャン速度、ウェハホルダの回転速度、ビーム電流量などを指し示す。
【００３１】
検出値収集部３１Ａは、インライン電子線評価装置１１および重ね合わせずれ量評価装置１２から算出される重ね合わせずれ量を収集し、所望の通信プロトコルにてデータ処理部３６へ送信する機能を有する。装置制御因子データ収集部３４Ａは、半導体製造装置２０から各装置制御因子を収集し、所望の通信プロトコルにてデータ処理部３６へ送信する機能を有する。また、ウェハＩＤ収集部３１Ｂ，３４Ｂは、インライン電子線評価装置１１、重ね合わせずれ量評価装置１２、および半導体製造装置２０から出力される識別番号を収集し、所望の通信プロトコルにてデータ処理部３６へ送信する機能を有する。
装置制御因子設定部４０は、データ処理部３６から出力される装置制御因子の補正値を受信し、所望の通信プロトコルにて半導体製造装置２０へ送信し、装置制御因子を半導体製造装置２０内の各装置に設定する機能を有する。
【００３２】
検出値データベース３２は、検出値収集部３１Ａによってデータ処理部３６へ送信される重ね合わせずれ量を、それに対応するウェハの識別番号とともに記録し、かつデータ処理部３６のリクエストにしたがって所望の重ね合わせずれ量と、それに対応するウェハの識別番号の読み出しを行う機能を有する。装置制御因子データベース３３は、装置制御因子データ収集部３４Ａによってデータ処理部３６へ送信される装置制御因子をそれに対応する識別番号とともに半導体製造装置毎（号機毎に）に記録し、かつ、データ処理部３６のリクエストにしたがって所望の装置制御因子と、それ対応する識別番号の読み出しを実施する機能を有する。製造工程管理データベース３５は、ウェハの識別番号で識別される個々の半導体基板（ウェハ）の製造工程履歴を蓄積すると共に、製造工程におけるそれぞれの重ね合わせ精度のマージン（管理範囲）を保持するものである。したがって、検出値収集部３１Ａあるいは装置制御因子データ収集部３４Ａによってデータ処理部３６へ送信されてくる重ね合わせずれ量あるいは装置制御因子を、そのウエハに対応する識別番号毎に記録し、かつデータ処理部３６のリクエストにしたがって所望の識別番号の重ね合わせずれ量および装置制御因子の読み出しを実施する機能を有する。
【００３３】
データ処理部３６は、重ね合わせずれ量・装置制御因子データ、ウェハの識別番号の読み出しおよび書き込み処理を行い、これらのデータに統計処理を施して所望の補正値あるいは管理範囲を算出・決定し、該当するデータが管理範囲内にあるか否かを判断する機能を有する。また、データ処理部３６は、重ね合わせずれ量の評価を実施した半導体基板（ウェハ）の上層パターンと下層パターンとの界面部分での重ね合わせ制御因子に関して、（１）シフト、（２）ウェハスケーリング（ウェハ伸び縮み）、（３）ウェハローテーション（ウェハ回転）、（４）ウェハオーソゴナリ予ィ（ウェハ直交度）、（５）ショットローテーション（ショット回転）、（６）ショットマグニフィケーション（ショット倍率あるいはショット伸縮率）、（７）ディストーションマッチングのそれぞれのずれ量を算出し、かつ製造工程管理データベース３５が保持する工程管理指標と比較演算を実施し、所望の補正を算出する機能をも有する。
【００３４】
また、データ処理部３６は、製造工程管理データベース３５に対して測定値の履歴あるいは製造工程情報（工程管理指標も含む）を探索し、該探索の結果得られた履歴・製造工程情報から対象となる露光工程の重ね合わせずれ量の履歴あるいは該履歴から求められる統計的な傾向などを算出する。さらに、当該工程を含む全ての半導体製造工程に関する前記履歴および前記製造工程情報から、当該の半導体基板の最終的な歩留まり（イールド）を推定する機能を有する。
尚、本実施の形態１による半導体製造工程管理システムは、ネットワークを介して接続された複数のコンピュータ（データ処理部３６）、半導体製造装置２０、インライン電子線評価装置１１、重ね合わせずれ量評価装置１２、各種のデータベースから構成される。
【００３５】
次に、本実施の形態１に係る上述の半導体装置製造工程管理システムによる半導体製造工程管理方法を説明する。
本実施の形態１に係る半導体装置製造工程管理方法は、上述の基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置が算出する重ね合わせずれ量を用いて、光学信号を利用した重ね合わせ検査装置が算出する重ね合わせずれ量あるいはそれに基づく工程管理規格を決定することにより、重ね合わせずれ量を正しく評価し、歩留まりの高い半導体装置製造工程を早期に完了させる方法である。
【００３６】
本実施形態の管理方法を用いた半導体装置の製造手順の一例を図３および図４に示す。
図３は、テストウェハ処理の流れを示し、図４は、製造工程での処理の流れを示す。図３に示すステップＳ１１１からステップＳ１１７までの処理によって工程管理規格を決定し、図４に示すステップＳ７１２１からステップＳ１２５の処理によって、前記工程管理規格を用いて露光工程の工程管理を運用する。
【００３７】
まず、ステップＳ１１１からステップＳ１１７までの一連の処理手順を詳細に説明する。テスト用の半導体基板（テストウェハ）を投入した後、製品ウェハと同一の半導体製造工程を実施する（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１１では、具体的には、成膜、エッチング、ＣＭＰなどの工程を実施する。この段階では下層パターンが形成されている状態にある。尚、ここでは、下層パターン形成のために用いた一連の半導体製造装置２０での装置制御因子およびウェハＩＤが、装置データ収集部３４を介してデータ処理部３６へ転送された後、装置制御因子データベース３３に蓄積される。
次に、製造工程で使用される複数台の露光装置の中から所望の露光装置を選択し、露光処理を実施し（ステップＳ１１２）、上層パターンをフォトレジストに転写する。ここで、図５に示すように、ショット毎に下層パターンのボックスマークＬＬに対し上層パターンのボックスマークＵＬのショット位置をシフトさせ、ショットのシフト量に複数の水準を設定する。同図（ａ）は、上層パターンが−Ｘだけシフトされた場合を示し、同図（ｂ）は、シフト量がゼロの場合を示し、同図（ｃ）は上層パターンが下層パターンに対して＋Ｘだけシフトされた場合を示す。このように、露光工程では意図的にショット位置にオフセットを設けて露光する。尚、ここでは、当該露光装置２１における装置制御因子およびウェハＩＤが装置データ収集部３４を介してデータ処理部３６へ転送された後、装置制御因子データベース３３に蓄積される。
【００３８】
統いて、光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２を用いて、フォトレジストからなる上層パターンと下層パターンとの重ね合わせずれ量Ａを測定する（ステップＳ１１３）。具体的には、図５に示すように、下層パターンのボックスマークＬＬと上層パターンのボックスマークＵＬとの間の距離Ｓ１，Ｓ２を測定し、これらの差分からずれ量Ａ（＝Ｓ１−Ｓ２）を算出する。ずれ量Ａは、被測定対象の半導体基板が有するウェハＩＤと共に、検出値収集部３１ＡおよびウェハＩＤ収集部３１Ｂを経てデータ処理部３６へそれぞれ転送される。ステップＳ１１３では、製品領域以外の領域（例えばスクライブライン領域）上のボックスマークに対して、前記測定を実施することが基本とされる。この重ね合わせずれ量Ａは、露光工程で設定された複数の水準について測定される。
続いて、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置１１を用いて、重ね合わせずれ量評価装置１２と同一の測定対象を測定し、フォトレジストからなる上層パターンと下層パターンとの重ね合わせずれ量Ｂを測定する（ステップＳ１１４）。ステップＳ１１４では、製品領域（チップ内領域）の任意のパターンを用いても重ね合わせずれ量を実施することが可能である。
【００３９】
ここで、図６を参照して、インライン電子線評価装置１１を用いた重ね合わせずれ量の測定原理を説明する。同図上段にボックスマークの上視図を示し、同図中段に断面構造図を示し、同図下段に基板電流信号の微分波形を示す。電子ビームを同図左から右方向に走査し、そのときに各走査位置で基板電流信号を観測する。同図に示すように、基板電流信号を微分した波形は、電子ビームの照射エネルギを適切に選択することにより下層パターンまたは上層パターンのエッジ部分でピークを示す。即ち、上層パターンと下層パターンとではエッジ部分の最表面からの深さが異なるため、電子ビームの飛程を変調する必要がある。このように電子ビームを適切に変調することにより、上層パターンまたは下層パターンの各エッジ部分で微分波形がピークを示し、下層パターンをなすボックスマークＬＬと上層パターンをなすボックスマークＵＬとの間の距離Ｓ１，Ｓ２を精度良く測定することが可能になり、従って下層パターンに対する上層パターンの重ね合わせずれ量Ｂ（＝Ｓ１−Ｓ２）を精度良く算出することが可能になる。ずれ量Ｂは、被測定対象の半導体基板が有するウェハＩＤと共に、検出値収集部３１ＡおよびウェハＩＤ収集部３１Ｂを経てデータ処理部３６へそれぞれ転送される。この重ね合わせずれ量Ｂは、露光時に設定された複数の水準について測定される。
なお、光信号を利用した測定方法によれば、中間層のラウンド部分Ｒの影響を受けるため、信号波形がピークを示さず、従ってエッジ部分の検出が困難になり、測定精度が得られないことになる。
【００４０】
続いて、データ処理部３６が、測定された重ね合わせずれ量Ａと重ね合わせずれ量Ｂとの対応関係を特定する（ステップＳ１１５）。図７に、ずれ量Ａとずれ量Ｂとの対応関係の一例を示す。同図において、横軸は、上述の基板電流信号を利用して各水準について測定されたずれ量Ｂを表し、縦軸は、上述の光信号を利用して各水準について測定されたずれ量Ａを表す。同図の特性線は、同一の水準について、光信号を利用した評価装置１２およびインライン電子線評価装置１１を用いて測定されたずれ量Ａおよびずれ量Ｂをプロットして得られたものである。上述のように、基板電流信号を利用して測定されたずれ量Ｂは、極めて精度が高く、デバイス設計値を表していると見なすことができる。従って、図７に示す対応関係は、光信号を利用した場合に測定されるずれ量Ａとデバイス設計値との対応関係を表していることになる。
【００４１】
続いて、データ処理部３６が、上述の対応関係に基づき、ずれ量Ｂを基準としてずれ量Ａに関する工程管理規格を決定する（ステップＳ１１６）。具体的には、デバイス設計により、工程管理規格の上限値ＢＵと下限値ＢＬが予め設定される。これら上限値ＢＵと下限値ＢＬはずれ量Ｂの上での値とみなせるから、図７に示す対応関係から、上限値ＢＵおよび下限値ＢＬに対応するずれ量Ａとして上限値ＡＵおよび下限値ＡＬが得られる。これら上限値ＡＵおよび下限値ＡＬが光信号を利用した評価装置１２の工程管理規格として決定される。ここで、光信号を利用したずれ量Ａは、測定精度の低い量ではあるが、ずれ量Ｂを基準としてずれ量Ａに関する工程管理規格を決定しているので、結果としてデバイス設計値を満足しているかどうかの判断を正しく行うことができ、工程管理の品質を向上させることが可能になる。
【００４２】
続いて、上述のステップＳ１１６で決定された工程管理規格を、製造工程で参照されるべき製造工程管理データベース３５に登録し（ステップＳ１１７）、このデータベースを更新する。尚、当該工程管理規格の登録にあたっては、上層パターンおよび下層パターンの形成のために用いたそれぞれの装置制御因子が関連づけられていることが望ましい。
以上で、最初に選択された露光装置に対する工程管理規格の準備がなされる。同様に他の露光装置についても光信号および基板電流信号を利用して重ね合わせずれ量を測定し、この測定結果から工程管理規格を求める。
【００４３】
次に、図４を参照して、本実施の形態１による製造工程を説明する。
製品半導体基板（製品ウェハ）を投入した後、ステップＳ１２１において所望の半導体製造工程を実施する。ただし、ステップＳ１２１で実施する半導体製造工程は、上述のステップＳ１１１と同一の工程である。
続いて、製造工程で使用される複数台の露光装置の中から一台の露光装置を選択して露光処理を実施し（ステップＳ１２２）、上層パターンをフォトレジストヘ転写する。尚、ステップＳ１２２で選択される露光装置および工程条件は、前述のステップＳ１１２で選択された露光装置および工程条件と同一であることが望ましい。続いて、光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２を用いて、フォトレジストからなる上層パターンと下層パターンとの重ね合わせずれ量Ａを測定する（ステップＳ１２３）。ずれ量Ａは、被測定対象の半導体基板が有するウェハＩＤと共に、測定データ収集部３１を介してデータ処理部３６へ転送される。基本的には、ステップＳ１２３にて実施される測定は、製品領域以外の領域（例えばスクライブライン領域）上のボックスマークに対して行われる。
【００４４】
続いて、製造工程管理データベース３５にて、当該の製品工程における光学信号を利用した重ね合わせ検査装置１２に基づく工程管理規格を検索し、前述のステップＳ１１７で更新された工程管理規格を製造工程管理データベース３５からデータ処理部３６へ転送する。そして、データ処理部３６が、ステップＳ１２３にて得られた重ね合わせずれ量Ａが、取得した工程管理規格に収まっているか否かを判断する（ステップＳ１２４）。ここで、ずれ量Ａが工程管理規格内に収まっていると判断した場合（ステップＳ１２４；ＹＥＳ）、本処理を完了する。逆に、収まっていない（範囲外である）と判断された場合（ステップＳ１２４；ＮＯ）は、当該の半導体基板表面に形成されたフォトレジストからなる上層パターンを剥離して再処理に付す（ステップＳ１２５）。この剥離処理は、アッシング処理や酸洗浄処理などである。前記剥離処理を実施した半導体基板に対して再処理が実施される（ステップＳ１２２）。
【００４５】
尚、ステップＳ１２５を経て実施されるステップＳ１２２で選択される露光装置は、当該半導体基板に直前に使用された露光装置と同一の露光装置であることが望ましい。また、ステップＳ１１３、ステップＳ１１４およびステップＳ１２３においては、重ね合わせずれ量評価を半導体基板上の複数位置に対して実施することも可能である。図８は、この場合の測定点の取り方の一例を示す。測定位置は予め定められた間隔で位置しており、一定周期の間隔である場合が多い。例えば、ステップＳ１１２において定まる露光領域の繰り返し間隔で定義しても良いし、あるいは同じくステップＳ１１２において定まるチップ領域の繰り返し間隔であっても良い。
【００４６】
また、ステップＳ１１６における工程管理規格の決定処理は、実際にステップＳ１１３において光信号を測定した各測定位置に対する重ね合わせずれ量と、ステップＳ１１４において基板電流信号を測定した各測定位置に対する重ね合わせずれ量とを用いて、当該重ね合わせずれ量に関する空間分布関数を計算し、当該半導体基板上の全ての位置に対して重ね合わせずれ量を算出するものとしてもよい。例えば、ステップＳ１１１における成膜工程は、その膜厚が半導体基板上全体としての分布を持つことが知られている。また、例えば、ステップＳ１１２における露光処理においては、その転写されるパターン形状が露光領域としての分布を持つことが知られている。また、ステップＳ１２４における判断処理において、重ね合わせ制御因子の補正値の決定は、半導体基板上の位置の関数として実施されるものとしてもよい。以上で、実施の形態１を説明した。
【００４７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る半導体装置製造工程管理方法を説明する。
上述の実施の形態１では、露光工程におけるシフト量に関する工程管理規格を定めるものとしたが、本実施の形態２では、露光工程におけるショット倍率あるいはショット伸縮率に関する工程管理規格を求め、さらにショット倍率を補正する。これにより的確に工程管理を行うと共に、歩留まりの改善を図る。
本実施形態２の管理方法を用いた半導体装置の製造手順の一例を図９および図１０に示す。図９は、テストウェハ処理の流れを示し、図１０は、製造工程での処理の流れを示す。図９に示すステップＳ２１１からステップＳ２１７までの処理によって工程管理規格とずれ量に対する補正値とを決定する。そして、図１０に示すステップＳ２２１からステップＳ２２７の処理によって、前記工程管理規格および補正値による露光工程の工程管理を運用する。
【００４８】
詳細に説明すると、まず、ステップＳ２１１からステップＳ２１７までの一連の処理手順を説明する。テスト用の半導体基板（テストウェハ）を投入した後、製品ウェハと同一の半導体製造工程を実施する（ステップＳ２１１）。ステップＳ２１１では、具体的には、成膜、エッチング、ＣＭＰなどの工程を実施する。この段階では下層パターンが形成されている状態にある。次に、製造工程で使用される複数台の露光装置の中から一台の露光装置を選択して露光処理を実施し（ステップＳ２１２）、上層パターンをフォトレジストに転写する。図１１に示すように、半導体基板の主面は複数のショット領域ＳＴ１〜ＳＴ４２に分割されて露光される。各ショット領域は１回の露光領域に相当する。この実施の形態２では、各ショット領域毎にショット倍率を変えることにより、ショット倍率に複数の水準を設ける。
【００４９】
図１２を参照して、ショット倍率の水準の設定方法を説明する。図１２に示すショット領域ＳＴは、図１１に示すショット領域ＳＴ１〜ＳＴ４２のそれぞれに相当し、ｘ方向のサイズがＬｘであり、ｙ方向のサイズがＬｙである。このショット領域の内部には、複数個分のチップパターンが含まれている。また、ショット領域ＳＴの４辺中央には計測点Ｐ１〜Ｐ４が設けられる。各計測点には、前述した下層パターンからなるボックスマークＬＬと、上層パターンからなるボックスマークＵＬとが配置される。ここで、正規のショット倍率を採用した場合、各計測点のボックスマークＬＬの中央にボックスマークＵＬが位置する。下層パターンに対して上層パターンのショット倍率を大きく設定した場合、同図（ａ）に示すように、ボックスマークＵＬがショット領域ＳＴの外側に移動する。これに対し、ショット倍率を小さく設定した場合にはボックスマークＵＬがショット領域ＳＴの内側に移動する。このように、露光装置のショット倍率を調節することにより、ショット領域ＳＴ１〜ＳＴ４２のショット倍率を変え、ショット倍率について複数の水準を設ける。ショット倍率は、各計測点のボックスマークのずれ量から算出されるが、この算出法については後述する。
【００５０】
続いて、光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２を用いて、各ショット領域に設けられた計測点Ｐ１〜Ｐ４の各ボックスマークからずれ量Ａを測定する（ステップＳ２１３）。
続いて、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置１１を用いて、各ショット領域の計測点Ｐ１〜Ｐ４の各ボックスマークからずれ量Ｂを測定する（ステップＳ２１４）。
図１３に、上述のステップＳ２１３およびステップＳ２１４で測定されたずれ量Ａおよびずれ量Ｂの一覧を示す。この例は、ある一つのショット領域の計測点Ｐ１〜Ｐ４で測定されたずれ量Ａおよびずれ量Ｂを座標形式で示している。例えば、計測点Ｐ１については、ずれ量Ａのｙ方向成分として「ＡＹ１」が計測され、ずれ量Ｂのｙ方向成分として「ＢＹ１」が計測されている。また、例えば計測点Ｐ３については、ずれ量Ａのｘ方向成分として「ＡＸ３」が計測され、ずれ量Ｂのｘ方向成分として「ＢＸ３」が計測されている。このようにして各計測点でのずれ量Ａおよびずれ量Ｂが他のショット領域についても同様に計測される。
【００５１】
続いて、ずれ量Ａによる伸縮率とずれ量Ｂによる伸縮率との対応関係を決定する（ステップＳ２１５）。各ずれ量による伸縮率は上述の測定結果から算出される。即ち、ずれ量Ａによるｘ方向の伸縮率ＭＡＸは、下式（１）から計算され、ずれ量Ａによるｙ方向の伸縮率ＭＡＹは下式（２）から計算される。また、ずれ量Ｂによるｘ方向の伸縮率ＭＢＸは、下式（３）から計算され、ずれ量Ｂによるｙ方向の伸縮率ＭＢＹは下式（４）から計算される。
ＭＡＸ＝（ＡＸ４−ＡＸ３）／Ｌｘ　　　　　　　　・・・（１）
ＭＡＹ＝（ＡＹ１−ＡＹ２）／Ｌｙ　　　　　　　　・・・（２）
ＭＢＸ＝（ＢＸ４−ＢＸ３）／Ｌｘ　　　　　　　　・・・（３）
ＭＢＹ＝（ＢＹ１−ＢＹ２）／Ｌｙ　　　　　　　　・・・（４）
【００５２】
上式を用いて、各ショット領域について、ずれ量Ａおよびずれ量Ｂによる伸縮率を計算する。図１３（ｂ）に、各ショット領域の伸縮率を座標形式で示す。同図において、伸縮率ＭＡＸ１，ＭＡＸ２，ＭＡＸ３等は、ずれ量Ａによるｘ方向の伸縮率であり、上式（１）を用いて算出され、伸縮率ＭＡＹ１，ＭＡＹ２，ＭＡＹ３等は、ずれ量Ａによるｙ方向の伸縮率であり、上式（２）を用いて算出される。また、伸縮率ＭＢＸ１，ＭＢＸ２，ＭＢＸ３等は、ずれ量Ｂによるｘ方向の伸縮率であり、上式（３）を用いて算出され、伸縮率ＭＢＹ１，ＭＢＹ２，ＭＢＹ３等は、ずれ量Ｂによるｙ方向の伸縮率であり、上式（４）を用いて算出される。このようにして算出した伸縮率をプロットすることにより、図１４に示すような対応関係が得られる。ここで、同図（ａ）は、ｘ方向におけるずれ量Ａおよびずれ量Ｂによる伸縮率の対応関係を示し、同図（ｂ）は、ｙ方向におけるずれ量Ａおよびずれ量Ｂによる伸縮率の対応関係を示す。
【００５３】
続いて、上述の伸縮率の対応関係に基づき、ずれ量Ｂによる伸縮率を基準として、ずれ量Ａによる伸縮率に関する工程管理規格を決定する（ステップＳ２１６）。具体的には、図１４（ａ）に示す対応関係を用いて、デバイス設計により定められたｘ方向に関する伸縮率の上限値ＭＢＸＵおよび下限値ＭＢＸＬを伸縮率ＭＢＸとしたときに、伸縮率ＭＡＸとして上限値ＭＡＸＵおよび下限値ＭＡＸＬを得る。同様に、図１４（ｂ）に示す対応関係を用いて、デバイス設計により定められたｙ方向に関する伸縮率の上限値ＭＢＹＵおよび下限値ＭＢＹＬを伸縮率ＭＢＹとしたときに、伸縮率ＭＡＹとして上限値ＭＡＹＵおよび下限値ＭＡＹＬを得る。
【００５４】
ここで、光信号を利用したずれ量Ａによる伸縮率ＭＡＸ，ＭＡＹは、測定精度の低い量ではあるが、ずれ量Ｂによる伸縮率を基準としてずれ量Ａによる伸縮率に関する工程管理規格（上限値ＭＡＸＵ，ＭＡＹＵおよび下限値ＭＡＸＬ，ＭＡＹＬ）を決定しているので、結果としてデバイス設計上の伸縮率を満足しているかどうかの判断を正しく行うことができ、工程管理の品質を向上させることが可能になる。
続いて、上述のステップＳ２１６で得られた上限値ＭＡＸＵ，ＭＡＹＵおよび下限値ＭＡＸＬ，ＭＡＹＬを、工程管理規格としてデータベースに登録し、このデータベースを更新する（ステップＳ２１７）。
以上で、最初に選択された露光装置に対する工程管理規格の準備がなされる。同様に他の露光装置についても光信号および基板電流信号を利用して重ね合わせずれ量を測定し、この測定結果から伸縮率に関する工程管理規格を求める。
【００５５】
次に、図１０を参照して、本実施の形態２による製造工程を説明する。
製品半導体基板（製品ウェハ）を投入した後、ステップＳ２２１において所望の半導体製造工程を実施する。ただし、ステップＳ２２１で実施する半導体製造工程は、上述のステップＳ２１１と同一の工程である。
続いて、製造工程で使用される複数台の露光装置の中から一台の露光装置を選択して露光処理を実施し（ステップＳ２２２）、上層パターンをフォトレジストヘ転写する。尚、ステップＳ２２２で選択される露光装置は、前述のステップＳ２１２で選択された露光装置と同一であることが望ましい。続いて、光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２を用いて、フォトレジストからなる上層パターンと下層パターンとの重ね合わせずれ量Ａを測定し（ステップＳ２２３）、このずれ量Ａによる伸縮率を算出する。基本的には、ステップＳ２２３にて実施される測定は、製品領域以外の領域（例えばスクライブライン領域）上のボックスマークに対して行われる。
【００５６】
続いて、当該の製品工程における光学信号を利用した重ね合わせ検査装置１２に基づく工程管理規格を検索し、前述のステップＳ２１７で更新された工程管理規格をデータベースから取得する。そして、ステップＳ２２３にて得られた重ね合わせずれ量Ａによる伸縮率が、取得した工程管理規格に収まっているか否かを判断する（ステップＳ２２４）。ここで、ずれ量Ａによる伸縮率が工程管理規格内に収まっていると判断した場合（ステップＳ２２４；ＹＥＳ）、本処理を完了する。逆に、収まっていない（範囲外である）と判断された場合（ステップＳ２２４；ＮＯ）は、当該の半導体基板表面に形成されたフォトレジストからなる上層パターンを剥離する（ステップＳ２２５）。この剥離処理は、アッシング処理や酸洗浄処理などである。
【００５７】
続いて、前述のステップＳ２１２およびステップＳ２１３で測定されたずれ量Ａによる伸縮率とずれ量Ｂによる伸縮率との対応関係を有するデータベースからずれ量Ａに対応するずれ量をＢを取得する（ステップＳ２２６）。
続いて、前述のステップＳ２１５で決定された伸縮率の対応関係を参照して、ずれ量Ｂによる伸縮率をゼロとするように、露光装置のショット倍率の補正値を設定する。具体的には、下式に示すように、伸縮率の規格の中心値ＭＢＸＭ（＝０）と、ステップＳ２２３で算出された実際の伸縮率ＭＢＸとの差分ΔＭＢＸを算出し、この差分ΔＭＢＸをステップＳ２２２で使用された露光装置のショット倍率ＭＳＯに加算し、これを新たなショット倍率ＭＳＮとする。
ΔＭＢＸ＝ＭＢＸＭ（規格の中心値）−ＭＢＸ（測定値）　　　・・・（５）
ＭＳＮ（新設定値）＝ＭＳＯ（旧設定値）＋ΔＭＢＸ（補正値）・・・（６）
【００５８】
続いて、ステップＳ２２７で設定されたショット倍率の補正値を用いて露光処理が行われ、下層パターンに対して上層パターンの収縮率がゼロとなるように、露光装置のショット倍率が補正される。そして、前記剥離処理を実施した半導体基板に対して再処理（露光処理）が実施される（ステップＳ２２２）。以上で、実施の形態２を説明した。
【００５９】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３に係る半導体装置製造工程管理方法を説明する。
上述の実施の形態１および２では、ずれ量Ａに対する工程管理規格を補正する目的でずれ量Ｂを測定したが、この実施の形態３では、露光装置のショット倍率をキャリブレーションする目的で、ずれ量Ｂから算出される伸縮率を用いて露光装置のショット倍率を補正する。
本実施形態３の管理方法を用いた半導体装置の製造手順の一例を図１５および図１６に示す。図１５は、テストウェハ処理の流れを示し、図１６は、製造工程での処理の流れを示す。図１５に示すステップＳ３１１からステップＳ３１５までの処理によって露光装置のショット倍率の補正値を決定する。そして、図１６に示す処理において、補正値による露光工程の工程管理を運用する。
【００６０】
まず、ステップＳ３１１からステップＳ３１５までの一連の処理手順を詳細に説明する。テスト用の半導体基板（テストウェハ）を投入した後、製品ウェハと同一の半導体製造工程を実施する（ステップＳ３１１）。ステップＳ３１１では、具体的には、成膜、エッチング、ＣＭＰなどの工程を実施する。この段階では下層パターンが形成されている状態にある。次に、製造工程で使用される複数台の露光装置の中からキャリブレーションの対象とする一台の露光装置を選択して露光処理を実施し（ステップＳ３１２）、上層パターンをフォトレジストに転写する。この実施の形態３でも、上述の実施の形態２と同様に、図１１に示す複数のショット領域ＳＴ１〜ＳＴ４２に対する各ショット倍率を変えることにより、ショット倍率に複数の水準を設ける。
続いて、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置１１を用いて、前述の図１２に示す各ショット領域の計測点Ｐ１〜Ｐ４の各ボックスマークからずれ量Ｂを測定する（ステップＳ３１３）。このずれ量Ｂは、前述の図１３に示すものと同様である。
【００６１】
続いて、測定されたずれ量Ｂがゼロとなるようなショット倍率の補正値を決定する（ステップＳ３１４）。即ち、露光装置に対するショット倍率の設定値ＭＳＸ，ＭＳＹとずれ量Ｂによる伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹとの対応関係を求め、これらの対応関係からずれ量Ｂをゼロとするような新たなショット倍率を決定し、これを補正値とする。ここで、露光装置のショット倍率の設定値ＭＳＸ，ＭＳＹは、ずれ量Ｂが測定された水準に対して設定された露光装置のショット倍率から把握され、ずれ量Ｂによる伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹは、前述の式（３）および式（４）から算出される。これら設定値ＭＳＸ，ＭＳＹおよび伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹを座標形式で図１７に示す。
【００６２】
図１７に示す値をプロットすることにより、図１８に示す対応関係が得られる。同図（ａ）は、ｘ方向における露光装置のショット倍率ＭＳＸの設定値とずれ量Ｂからの伸縮率ＭＢＸの計算値との対応関係を表す特性図であり、同図（ｂ）は、ｙ方向における露光装置のショット倍率ＭＳＹの設定値とずれ量Ｂからの伸縮率ＭＢＹの計算値との対応関係を表す特性図である。この対応関係から、ずれ量Ｂをゼロとするショット倍率ＭＳＸ，ＭＳＹ、即ち伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹをゼロとしたときのショット倍率ＭＳＸ，ＭＳＹを補正値として決定し、これを新たなショット倍率とする。
続いて、ステップＳ３１４で決定された補正値を露光装置に設定する（ステップＳ３１５）。
以上により、選択された一台の露光装置に対しショット倍率のキャリブレーションが行われる。これにより、実際の半導体基板上での上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれ量がゼロとなるように露光装置のショット倍率が適正化される。必要に応じて、他の露光装置についてもキャリブレーションが行われる。
【００６３】
次に、図１６を参照して、本実施の形態３による製造工程を説明する。
製品半導体基板（製品ウェハ）を投入した後、ステップＳ３２１において所望の半導体製造工程を実施する。ただし、ステップＳ３２１で実施する半導体製造工程は、上述のステップＳ３１１と同一の工程である。
続いて、製造工程で使用される複数台の露光装置の中から一台の露光装置を選択して露光処理を実施し（ステップＳ３２２）、上層パターンをフォトレジストヘ転写する。ステップＳ３２２で選択される露光装置は、前述のステップＳ３１２で選択された露光装置と同一であり、ショット倍率がキャリブレーションされたものである。これにより、ずれ量Ｂがゼロとなり、下層パターンに対して上層パターンが適正な位置に形成される。以下、所定の製造工程を経て製品ウェハ処理が終了する。以上で、実施の形態３を説明した。
【００６４】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４に係る半導体装置製造工程管理方法を説明する。
上述の実施の形態３では、下層パターンと上層パターンとのずれ量Ｂを測定して露光装置のショット倍率を補正するものとしたが、この実施の形態４では、エッチング工程での影響を含めてずれ量Ｂを測定して伸縮率を算出することにより露光装置のショット倍率を設定する。
本実施形態４の管理方法を用いた半導体装置の製造手順の一例を図１９および図２０に示す。図１９は、テストウェハ処理の流れを示し、図２０は、製造工程での処理の流れを示す。図１９に示すステップＳ４１１からステップＳ４１６までの処理によって露光装置のショット倍率の補正値を決定する。そして、図２０に示す処理において、補正値による露光工程の工程管理を運用する。
【００６５】
まず、ステップＳ４１１からステップＳ４１６までの一連の処理手順を詳細に説明する。テスト用の半導体基板（テストウェハ）を投入した後、製品ウェハと同一の半導体製造工程を実施する（ステップＳ４１１）。ステップＳ４１１では、具体的には、成膜、エッチング、ＣＭＰなどの工程を実施する。この段階では下層パターンが形成されている状態にある。次に、製造工程で使用される複数台の露光装置の中から一台の露光装置を選択して露光処理を実施し（ステップＳ４１２）、上層パターンをフォトレジストに転写する。この実施の形態４では、図１１に示す複数のショット領域ＳＴ１〜ＳＴ４２に対する各ショット倍率を同一とし、半導体基板（ウェハ）毎にショット倍率を変えることにより、ショット倍率に複数の水準を設ける。
【００６６】
続いて、図２１（ｂ）に示すように、現像されたフォトレジストからなる上層パターンＬ４をマスクとしてエッチング処理を実施し、中間層Ｌ３にホールＨを形成する（ステップＳ４１３）。このエッチング処理では、レジスト剥離を含む場合もある。
なお、図２１（ｂ）に示す例では、ホールＨの底部と下層パターンＬ１との位置が合った状態でホールＨが形成されているが、これは、後述するようにショット倍率を補正することにより得られる状態であって、ステップＳ４１３では、各水準によってホールＨの形成状態が異なっている。
【００６７】
続いて、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置１１を用いて、各水準についてずれ量Ｂを測定する（ステップＳ４１４）。このずれ量Ｂは、前述の図１２に示す各ショット領域の計測点Ｐ１〜Ｐ４について測定されるが、この場合のボックスマークは、図２１（ｂ）に示す断面構造を有している。このボックスマークから、ホールＨの底面と下層パターンＬ１とのずれ量Ｂを測定する。ここで、測定されたずれ量Ｂは、水準別に同一半導体基板内の位置に対応づけて測定される。これにより、半導体基板の各ショット領域に対応させて、複数のショット倍率についてのずれ量Ｂが得られる。
【００６８】
続いて、測定されたずれ量Ｂがゼロとなるようなショット倍率の補正値を決定する（ステップＳ４１５）。即ち、上述の実施の形態３と同様の方法を用いて、露光装置に対するショット倍率の設定値ＭＳＸ，ＭＳＹとずれ量Ｂによる伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹとの対応関係を求め、これらの対応関係からずれ量Ｂをゼロとするような新たなショット倍率を決定し、これを補正値とする。この補正値であるショット倍率は、図２１（ａ）に示すようにショット領域毎に算出される。
続いて、ステップＳ４１５で決定された補正値を用いて露光装置のショット倍率を補正する（ステップＳ４１６）。
以上により、選択された一台の露光装置に対し、ショット領域毎に補正されたショット倍率が設定され、これにより、半導体基板の面内の全体にわたって上層パターンと下層パターンの重ね合わせずれ量がゼロとなるように露光装置のショット倍率が適正化される。
【００６９】
次に、図２０を参照して、本実施の形態４による製造工程を説明する。
製品半導体基板（製品ウェハ）を投入した後、ステップＳ４２１において所望の半導体製造工程を実施する。ただし、ステップＳ４２１で実施する半導体製造工程は、上述のステップＳ４１１と同一の工程である。
続いて、製造工程で使用される複数台の露光装置の中から一台の露光装置を選択して露光処理を実施し（ステップＳ４２２）、上層パターンをフォトレジストヘ転写する。
続いて、エッチング処理が実施される（Ｓ４２３）。ただし、ステップＳ４２３で実施するエッチング工程は、上述のステップＳ４１３と同一の工程である。
ここで、ステップＳ４２２で選択される露光装置は、前述のステップＳ３１２で選択された露光装置と同一であり、ショット倍率がショット領域毎に補正されたものである。これにより、エッチング処理後の各ショット領域でのずれ量Ｂがゼロとなり、図２１（ｂ）に示すように、下層パターンに対して上層パターンが適正な位置に形成される。以下、所定の製造工程を経て製品ウェハ処理が終了する。以上で、実施の形態４を説明した。
【００７０】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５に係る半導体装置製造工程管理方法を説明する。
上述の実施の形態４では、露光装置のショット倍率を補正することにより下層パターンと上層パターンとのずれ量Ｂゼロとするようにしたが、この実施の形態５では、エッチング工程での処理条件（エッチング条件）を補正することにより、ショット倍率を補正した場合と同様の効果を得る。
本実施形態５の管理方法を用いた半導体装置の製造手順の一例を図２２および図２３に示す。図２２は、テストウェハ処理の流れを示し、図２３は、製造工程での処理の流れを示す。図２２に示すステップＳ５１１からステップＳ５１６までの処理によってエッチング条件の補正値を決定する。そして、図２２に示す処理において、補正値によるエッチング工程の工程管理を運用する。
【００７１】
まず、ステップＳ５１１からステップＳ５１６までの一連の処理手順を詳細に説明する。テスト用の半導体基板（テストウェハ）を投入した後、製品ウェハと同一の半導体製造工程を実施する（ステップＳ５１１）。ステップＳ５１１では、具体的には、成膜、エッチング、ＣＭＰなどの工程を実施する。この段階では下層パターンが形成されている状態にある。次に、製造工程で使用される露光装置を用いて露光処理を実施し（ステップＳ５１２）、上層パターンをフォトレジストに転写する。このときの露光条件は製造工程での条件と同一である。
【００７２】
続いて、前述の図２１（ｂ）に示すように、現像されたフォトレジストからなる上層パターンＬ４をマスクとしてエッチング処理を実施し、中間層Ｌ３にホールＨを形成する（ステップＳ５１３）。この実施の形態５では、半導体基板毎にエッチング条件を変えることにより、エッチング条件に複数の水準を設ける。
なお、図２１（ｂ）に示す例では、ホールＨの底部と下層パターンＬ１との位置が合った状態でホールＨが形成されているが、ステップＳ５１３では、各水準によってホールＨの形成状態が異なっている。
【００７３】
続いて、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置１１を用いて、各水準についてずれ量Ｂを測定する（ステップＳ５１４）。このずれ量Ｂは、前述の図１２に示す各ショット領域の計測点Ｐ１〜Ｐ４について測定されるが、この場合のボックスマークは、上述の実施の形態４と同様に、図２１（ｂ）に示す断面構造を有している。このボックスマークから、ホールＨの底面と下層パターンＬ１とのずれ量Ｂを測定する。ここで、測定されたずれ量Ｂは水準別に測定され、各エッチング条件についてのずれ量Ｂが得られる。
【００７４】
続いて、ずれ量Ｂがゼロとなるようなエッチング条件の補正値を決定する（ステップＳ５１５）。即ち、上述の実施の形態３と同様の方法を用いて、図２４に示すように、各エッチング条件Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３で得られたずれ量Ｂによる伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹを算出する。図２４では、例えば半導体基板（ウェハＮｏ）ＷＦ１についてエッチング条件Ｅ１が適用され、このエッチング条件Ｅ１に対し、ずれ量Ｂによる伸縮率ＭＢＸ１，ＭＢＹ１が得られている。図２４に示すエッチング条件と伸縮率をプロットすると、図２５に示す対応関係を表す特性図が得られる。同図では、横軸にエッチング条件をとり、左の縦軸にｘ方向の伸縮率ＭＢＸをとり、右の縦軸にｙ方向の伸縮率ＭＢＹをとっている。図２５から、伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹをゼロとしたときのエッチング条件Ｅを求め、これをエッチング条件の補正値とする。
続いて、ステップＳ５１５で決定された補正値を用いてエッチング装置のエッチング条件を補正する（ステップＳ５１６）。
以上により、エッチング装置に対し、補正されたエッチング条件が設定され、これにより、下層パターンに対するホール底部のずれ量Ｂがゼロとなり、伸縮率がゼロとなるようにエッチング条件が適正化される。
【００７５】
次に、図２３を参照して、本実施の形態５による製造工程を説明する。
製品半導体基板（製品ウェハ）を投入した後、ステップＳ５２１において所望の半導体製造工程を実施する。ただし、ステップＳ５２１で実施する半導体製造工程は、上述のステップＳ５１１と同一の工程である。
続いて、露光処理を実施し（ステップＳ５２２）、上層パターンをフォトレジストヘ転写する。ただし、ステップＳ５２２で実施する露光工程は、上述のステップＳ５１２と同一の工程である。
続いて、エッチング処理を実施する（Ｓ５２３）。ここで、ステップＳ５２３で使用されるエッチング条件は、上述のステップＳ５１６で設定されたものであって、これにより、図２１（ｂ）に示す場合と同様に、エッチング処理後のホールの底部と下層パターンとのずれ量Ｂがゼロとなり、各層が適正な位置に形成される。以下、所定の製造工程を経て製品ウェハ処理が終了する。以上で、実施の形態５を説明した。
【００７６】
（実施の形態６）
以下、本発明の実施の形態６に係る半導体装置製造工程管理方法を説明する。
上述の実施の形態１ないし５では、基本的には下層パターンと上層パターンとの間のずれ量を直接的に測定し、これをゼロにするように制御する半導体装置製造工程管理方法について述べたが、この実施の形態６では、前段の製造工程において下層パターンに関する設定寸法（設計値）とのずれ量を測定しておき、後段の製造工程にて、意図的に前段の製造工程でのずれ量と等価なずれ量でもって上層パターンを形成し、これにより間接的に上層パターンと下層パターンとの間のずれ量をゼロとするような半導体装置製造工程管理方法について述べる。これにより再処理を伴うことなく工程管理を行うと共に、歩留まりの改善を図る。
【００７７】
本実施形態６の管理方法を用いた半導体装置の製造手順の一例を図２６および図２７に示す。図２６は、テストウェハ処理の流れを示し、図２７は、製造工程での処理の流れを示す。図２６に示すステップＳ６１１からステップＳ６１６までの処理によって工程管理規格を決定して更新する。そして、図２７に示すステップＳ６２１からステップＳ６２６の処理によって、前記工程管理規格による露光工程の工程管理を運用する。
まず、ステップＳ６１１からステップＳ６１６までの一連の処理手順を詳細に説明する。テスト用の半導体基板（テストウェハ）を投入した後、製品ウェハと同一の半導体製造工程を実施する（ステップＳ６１１）。ステップＳ６１１では、具体的には、成膜、エッチング、ＣＭＰなどの工程を実施する。この段階では下層パターンが形成されている状態にある。ここで、この実施の形態６では、予め、下層パターン同士の距離から伸縮率を測定し得るようにボックスマークを設計しておき、複数の伸縮率が得られるようにステップＳ６１１での処理条件に水準を設ける。
【００７８】
続いて、光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２を用いて、各ショット領域に設けられたボックスマークから、下層パターンに関して、設定寸法と実際の被測定対象の半導体基板（ウェハ）とのずれ量Ａを測定し（ステップＳ６１２）、基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置１１を用いて、同じく各ショット領域のボックスマークから、下層パターンに関する設定寸法と実際の被測定対象の半導体基板（ウェハ）とのずれ量Ｂを測定する（ステップＳ６１３）。続いて、当該ずれ量Ａおよびずれ量Ｂを、測定データ収集部３１を介してデータ処理部３６へ転送し、ずれ量Ａによる伸縮率とずれ量Ｂによる伸縮率との対応関係を決定する（ステップＳ６１５）。この伸縮率の算出方法（原理）は、前述の実施の形態２と同様である。続いて、上述の伸縮率の対応関係に基づき、ずれ量Ｂによる伸縮率を基準として、ずれ量Ａによる伸縮率に関する工程管理規格を決定する（ステップＳ６１５）。最後に、上述のステップＳ６１５で得られた工程管理規格を製造工程管理データベース３５に登録し、このデータベースを更新する（ステップＳ６１６）。以上で、露光処理前の処理工程に関する工程管理規格の準備がなされる。
【００７９】
次に、図２７を参照して、本実施の形態６による製造工程を説明する。
製品半導体基板（製品ウェハ）を投入した後、ステップＳ６２１において所望の半導体製造工程を実施する。ただし、ステップＳ６２１で実施する半導体製造工程は、上述のステップＳ６１１と同一の工程である。続いて、光信号を利用した重ね合わせずれ量評価装置１２を用いて、下層パターン同士の間隔から、下層パターンに関する設定寸法と実際の被測定対象の半導体基板（ウェハ）とのずれ量Ａを測定し（ステップＳ６２２）、続いて、データ処理部３６がこのずれ量Ａによる伸縮率を算出する。基本的には、ステップＳ６２２にて実施される測定は、製品領域以外の領域（例えばスクライブライン領域）上のボックスマークに対して行われる。
【００８０】
続いて、当該の製品工程における光学信号を利用した重ね合わせ検査装置１２に基づく工程管理規格を検索し、前述のステップＳ６１６で更新された工程管理規格を製造工程管理データベース３５から取得する。そして、ステップＳ６２２にて算出された重ね合わせずれ量Ａによる伸縮率が、取得した工程管理規格に収まっているか否かを判断する（ステップＳ６２３）。ここで、ずれ量Ａによる伸縮率が工程管理規格内に収まっていると判断した場合（ステップＳ６２３；ＹＥＳ）、初期設定された露光条件を用いて上層パターンを形成するための露光処理を実施する（ステップＳ６２６）。
【００８１】
逆に、ずれ量Ａによる伸縮率が工程管理規格内に収まっていない（範囲外である）と判断された場合（ステップＳ６２３；ＮＯ）、前述の実施の形態２と同様のずれ量Ａによる伸縮率とずれ量Ｂによる伸縮率との対応関係を格納する製造工程管理データベース３５から、ステップＳ６２２で測定されたずれ量Ａからの伸縮率に対応するずれ量Ｂからの伸縮率を取得する（ステップＳ６２４）。続いて、製造工程管理データベース３５から取得されたずれ量Ｂによる伸縮率を露光装置のショット倍率に設定する（ステップＳ６２５）。続いて、ステップＳ６２５で設定されたショット倍率を用いて、上層パターンを形成するための露光処理が行われる（ステップＳ６２６）。その結果、下層パターンに対して上層パターンの重ね合わせずれ量がゼロとなる。
この実施の形態６によれば、露光処理前に測定された下層パターンに関する設定寸法と被測定対象とのずれ量Ａを用いてデータベースからずれ量Ｂを取得し、このずれ量Ｂによる伸縮率を、後工程の上層パターン形成のための露光処理で使用されるショット倍率として設定するようにしたので、再処理を伴うことなく、的確に工程管理を行うことが可能になる。以上で、実施の形態６を説明した。
【００８２】
以下に、本発明に係る実施の形態による効果を補足説明する。
従来のボックスマークには種々の欠点があり、十分な精度で位置ずれ量を計測することが困難となっている。下層（下地）パターンと上層（上地）パターンとの位置合わせの測定精度を左右する大きな要素の一つとして、ボックスマークの断面形状非対称性が上げられる。図２（ａ）に示すように、上層パターンが非対称構造のボックスマークでは、従来の光学式の重ね合わせ検査装置によるボックスマークの輪郭線が曖昧となり、特にショットマグニフィケーション（ショット倍率）の値に大きな誤差が生じてしまう。このボックスマークの非対称性は、半導体装置の各種の製造工程によってもたらされる。各種製造工程にはパターンの密度依存性・大きさ依存性・位置依存性（ウェハ面内あるいはショット面内）が存在する。このため、トランジスタ等の素子が形成される領域（チップ領域あるいは製品領域）とは別の領域（例えばスクライブライン上）に設けられる（ボックスマークを代表とする）重ね合わせずれ量測定マークは同一対称形状で形成されない。
【００８３】
このパターンの断面形状の非対称性は、露光工程では近接効果やレンズ収差により、エッチング工程ではマイクロローディング効果により、成膜工程ではカバレッジの非対称性により、熱処理工程ではリフローの非対称性あるいはボックスマーク構成材料の熱膨張係数の差異による歪発生により、ＣＭＰ工程ではパターン配置に依存した基板表面研磨特性により引き起こされる。このように、断面形状の非対称性の有無により、従来の光信号を利用した評価装置によっては、チップ領域とは別の領域に設けられるボックスマークより検出される重ね合わせずれ量と、実際のチップ領域内の重ね合わせずれ量との間には差異が生じ、ずれ量を正しく測定することができない。これに対し、本発明の実施の形態によれば、基板電流を利用してボックスマークのエッジを検出しているので、ずれ量を精度良く測定することが可能になる。
【００８４】
また、光信号を利用した重ね合わせ検査装置によれば、チップ内領域のパターンの重ね合わせずれ量を所望の精度で測定することができない。その理由は、光信号を利用した重ね合わせ検査装置は、チップ外領域（スクライブラインなど）に配置されたボックスマークを代表とする１０ミクロン以上の大きさを有するマークを測定することで重ね合わせずれ量を算出しているからである。基本的に面積の制約の厳しいチップ内領域には、１０ミクロン以上の大きさの重ね合わせ測定用マークを配置することは不可能であり、前述のようにチップ外領域（例えばスクライブライン領域）に配置されている。特に、スキャナータイプの露光装置が使用されている露光工程では、チップ外領域に配置された重ね合わせ測定マーク（例えばボックスマーク）により算出される重ね合わせずれ量と、チップ内領域のパターンにおける重ね合わせずれ量との間に大きな差異が存在するために、工程管理が十二分に実施することができない状態にある。これに対し、本発明の実施の形態によれば、基板電流を利用してずれ量Ｂを測定するので、チップ内領域のパターンを用いてずれ量を測定することができる。従って工程管理を厳格に実施することが可能となる。
【００８５】
更に、近年、半導体集積回路作成のためのマスク枚数が急激に増加してきたことにより、スクライブライン領域上に形成するボックスマーク数が増大し、ボックスマークが占める面積が大きくなる傾向にある。その結果、従来のボックスマークを用いていたのでは、ウェハ上におけるボックスマークが占める面積自体が大きくなりすぎ、実際の製品チップが占める面積比が相対的に減少しつつある状況にある。これに対し、本発明の実施の形態によれば、チップ領域内のパターンを利用してずれ量を測定することが可能であるから、チップ外周部にボックスマークを設ける必要がない。従ってボックスマークによる制約がなくなる。また、極めて小さいボックスマークを用いて、ずれ量の測定を行うことも可能となる。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、次のような効果を奏する。
即ち、本発明によれば、半導体装置製造工程における各種薄膜材料から形成されたパターンを積層してゆく際の重ね合わせ精度に関する処理ばらつきの工程管理指標（マージン）を適正に設定・評価することが可能になり、従って当該半導体装置製造工程における製品の良否判定を正確かつ迅速に行うことができる。
また、本発明によれば、当該の半導体製造工程で処理された半導体基板の重ね合わせ成分を測定し、前記測定値に応じて所望の半導体製造装置の装置制御因子の最適化を図ることにより、歩留まりの高い半導体装置製造工程の立ち上げを早期に完了させ、歩留まりの高い半導体装置製造工程を常に保つことができる。
その理由は、本発明である半導体製造工程管理システムが、上層パターンと下層パターンとの界面部分における重ね合わせずれ量を算出することが可能である基板電流信号を利用したインライン電子線評価装置を備え、かつ装置制御因子の読み出しと書き込みが可能である半導体製造装置（露光装置を含む）を備え、かつ前記重ね合わせずれ量と前記工程管理指標を用いて当該半導体製造工程で処理された半導体基板の良否判定や前記工程管理指標あるいは前記装置制御因子に関する補正値の算出・設定を設定するデータ処理部を備えた構成であるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置製造工程管理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るインライン電子線評価装置の測定原理を説明するための図である。
【図３】実施の形態１に係るテストウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係る製品ウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る重ね合わせずれ量Ａ，Ｂを測定するためのボックスマークを説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る重ね合わせずれ量Ａ，Ｂの測定原理を説明するための図である。
【図７】実施の形態１に係るずれ量Ａとずれ量Ｂとの対応関係を示す特性図である。
【図８】実施の形態１に係る半導体基板（ウェハ）のイメージを示す図であり、ずれ量Ａ，Ｂの測定点の取り方の一例を示す図である。
【図９】実施の形態２に係るテストウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に係る製品ウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２に係るショット領域の配置を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係るボックスマークを示す図であり、ショット倍率の水準の設定方法を説明するための図である。
【図１３】実施の形態２に係るずれ量の測定値と伸縮率の計算値を示す図である。
【図１４】実施の形態２に係るずれ量Ａおよびずれ量Ｂによる伸縮率の対応関係を示す図である。
【図１５】実施の形態３に係るテストウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態３に係る製品ウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】実施の形態３に係る設定値ＭＳＸ，ＭＳＹおよび伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹを座標形式で示す図である。
【図１８】露光装置のショット倍率ＭＳＸ，ＭＳＹの設定値とずれ量Ｂからの伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹの計算値との対応関係を表す特性図である。
【図１９】実施の形態４に係るテストウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図２０】実施の形態４に係る製品ウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図２１】実施の形態４に係るショット倍率とショット領域との対応関係と、半導体基板上に積層された各層の断面を説明するための図である。
【図２２】実施の形態５に係るテストウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図２３】実施の形態５に係る製品ウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図２４】実施の形態５に係る半導体基板ごとのエッチング条件（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）とずれ量Ｂによる伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹとを示す図である。
【図２５】実施の形態５に係るエッチング条件Ｅと伸縮率ＭＢＸ，ＭＢＹとの関係を示す特性図である。
【図２６】実施の形態６に係るテストウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図２７】実施の形態６に係る製品ウェハ処理の流れを示すフローチャートである。
【図２８】従来技術に係るウェハ加工処理の流れを示すフローチャートである。
【図２９】エッチング工程におけるホールの形成状態を説明するための図であり、エッチング工程で発生する合わせずれを説明するための図である。
【符号の説明】
１１；インライン電子線評価装置（基板電流を利用した評価装置）、１２；光信号を利用した評価装置、２０；半導体製造装置、２１；露光装置、２２；エッチング装置、２３；ＣＭＰ装置、２４；成膜装置、２５；熱処理装置、２６；イオン注入装置、２７；洗浄装置、３１；測定データ収集部、３１Ａ；検出値収集部、３１Ｂ；ウェハＩＤ収集部、３２；検出値データベース、３３；装置制御因子データベース、３４；装置データ収集部、３４Ａ；装置制御因子データ収集部、３４Ｂ；ウェハＩＤ収集部、３５；製造工程管理データベース、３６；データ処理部（計算機）、４０；装置制御因子設定部。
【図１】
2004071622.tif 000003
【図２】
2004071622.tif 000004
【図３】
2004071622.tif 000005
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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