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JP2014160749A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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JP2014160749A
JP2014160749A JP2013030822A JP2013030822A JP2014160749A JP 2014160749 A JP2014160749 A JP 2014160749A JP 2013030822 A JP2013030822 A JP 2013030822A JP 2013030822 A JP2013030822 A JP 2013030822A JP 2014160749 A JP2014160749 A JP 2014160749A
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Japan
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correction
overlay
manufacturing
semiconductor device
order correction
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Application number
JP2013030822A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Mori
佳雄 毛利
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】高次補正の場合には、多くのアライメントマークを付与して計測する必要があり、スループットの低下を招いてしまう。
【解決手段】リソグラフィ工程おいて、レイヤ間の重ね合わせ補正を線形補正にて実施し、重ね合わせ検査を行い、その検査結果を1次補正モデル、および3次補正モデルの2種類にて解析する。その後、半導体ウエハは、再度リソグラフィ処理ができるように不要な膜を除去(再生)し、同一の半導体ウエハをリソグラフィ処理する。この場合、半導体ウエハは歪み傾向などが再生前後で変化しないため、1回目のリソグラフィ処理、および重ね合わせ検査結果を元に2回目のリソグラフィ処理を行う。この際に用いる1度目の検査結果は、1次補正モデルの重ね合わせ補正値と3次補正モデルの重ね合わせ補正値との中間的な重ね合わせ補正値を用いた重み付け3次補正によりリソグラフィ処理を行う。
【選択図】図3
In the case of high-order correction, it is necessary to measure with a large number of alignment marks, leading to a decrease in throughput.
In a lithography process, overlay correction between layers is performed by linear correction, overlay inspection is performed, and the inspection result is analyzed by two types of a primary correction model and a tertiary correction model. . Thereafter, unnecessary films are removed (regenerated) from the semiconductor wafer so that lithography processing can be performed again, and the same semiconductor wafer is subjected to lithography processing. In this case, since the distortion tendency of the semiconductor wafer does not change before and after the reproduction, the first lithography process and the second lithography process are performed based on the overlay inspection result. The first inspection result used at this time is a lithographic process by weighted tertiary correction using an overlay correction value intermediate between the overlay correction value of the primary correction model and the overlay correction value of the tertiary correction model. Do.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、半導体装置製造におけるリソグラフィ工程のアライメント調整に適用可能な技術である。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, for example, a technique applicable to alignment adjustment in a lithography process in manufacturing a semiconductor device.

半導体装置に代表される各種電子デバイスは、露光装置を用いて基板上に多数層のパターンを重ねて露光することにより製造することが知られている。この露光工程においては、2層目以降のパターンを半導体ウエハなどの基板上に露光する際に、基板上の既にパターンが形成された各ショット領域とマスクのパターン像との位置合わせ(基板とレチクルとの位置合わせ)、すなわちアライメントを正確に行う必要がある。   It is known that various electronic devices typified by a semiconductor device are manufactured by exposing a plurality of layers on a substrate by using an exposure apparatus. In this exposure process, when the pattern of the second and subsequent layers is exposed on a substrate such as a semiconductor wafer, each shot area on which the pattern has already been formed on the substrate is aligned with the pattern image of the mask (substrate and reticle). Alignment), that is, alignment must be performed accurately.

このアライメントの調整は、例えば、ショット全体のシフト成分、各ショット配列の倍率、回転、直交度などの一次成分を近似して補正する線形補正、または弓なり状などに発生する高次成分などを近似して補正する高次補正などにより求められた補正値を用いて補正するものが知られている。   This alignment adjustment can be performed by, for example, approximating shift components of the entire shot, linear correction that approximates and corrects primary components such as the magnification, rotation, and orthogonality of each shot array, or higher-order components that occur in a bowed shape. What corrects using the correction value calculated | required by the high-order correction etc. which correct | amend by doing is known.

なお、この種のアライメント調整技術としては、例えば、特許文献1〜3が知られている。特許文献1は、アライメントマークの配列モデルにより予想配列座標を求め、該座標から実際の配列座標を決定するものである。   For example, Patent Documents 1 to 3 are known as this type of alignment adjustment technique. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 calculates expected array coordinates from an alignment mark array model, and determines actual array coordinates from the coordinates.

また、特許文献2は、任意の連続する3枚の露光処理用基板の各々の露光領域における補正量が該補正量の平均値と比較して許容範囲内の場合は以降の露光処理用基板についてそのまま露光処理を行う。任意の連続する3枚の露光処理用基板の各々の露光領域における補正量が該補正量の平均値と比較して許容範囲内でない場合に、4枚目の露光処理用基板の補正測定を行い、この露光処理用基板を含め、それまで測定を行った2〜4枚目の露光処理用基板における補正量の平均値を再計算する。再計算された平均値と各々の前記露光領域の測定値とを比較して、その誤差が許容範囲内であった場合に、それ以降の露光処理用基板では、各々の露光領域の補正測定を省略して露光処理を行うものである。   Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228561 describes a subsequent exposure processing substrate when the correction amount in each exposure region of any three consecutive exposure processing substrates is within an allowable range compared to the average value of the correction amounts. The exposure process is performed as it is. When the correction amount in each exposure region of any three consecutive exposure processing substrates is not within the allowable range compared to the average value of the correction amounts, the fourth exposure processing substrate is corrected. Then, the average value of the correction amounts in the second to fourth exposure processing substrates that have been measured so far, including this exposure processing substrate, is recalculated. When the recalculated average value is compared with the measured value of each exposure area, and the error is within the allowable range, the subsequent exposure processing substrate performs the correction measurement of each exposure area. The exposure process is omitted.

特許文献3は、予め、半導体ウエハ上の複数のショットに付設された多数のアライメントマークを検出し、その精密な検出結果に基づいて半導体ウエハの歪みの非線形成分を記述するモデル(に対する条件)を複数決定する。そして、半導体ウエハ露光(ロット処理)時に、少ない数のアライメントマークを検出して半導体ウエハの歪みを求め、その結果に基づいて予め決定された複数のモデル(に対する条件)を選択し、選択されたモデルを用いてパターンを複数のショットに順次位置合わせし、露光するものである。   Patent Document 3 preliminarily detects a large number of alignment marks attached to a plurality of shots on a semiconductor wafer, and describes a model (conditions) for describing a nonlinear component of distortion of a semiconductor wafer based on a precise detection result. Make multiple decisions. At the time of semiconductor wafer exposure (lot processing), a small number of alignment marks are detected to determine the distortion of the semiconductor wafer, and a plurality of models (conditions) determined in advance based on the result are selected and selected. The pattern is sequentially aligned with a plurality of shots using a model and exposed.

特開平5−114545号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-114545 特開2003−109889号公報JP 2003-109889 A 特開2010−186918号公報JP 2010-186918 A

半導体装置の微細化に伴い、アライメント調整に要求される重ね合わせ精度は厳しくなっている。高次成分などを近似して補正する高次補正は、研磨などのプロセス処理や熱膨張により基板に生じる非線形な変形などを補正することが可能となるので、多く用いられている。   With the miniaturization of semiconductor devices, the overlay accuracy required for alignment adjustment is becoming stricter. High-order correction that approximates and corrects higher-order components and the like is often used because it enables correction of non-linear deformation or the like that occurs in a substrate due to process processing such as polishing or thermal expansion.

しかしながら、高次補正の場合には、多くのアライメントマークを付与して計測する必要があり、スループットの低下を招いてしまうという問題がある。また、高次補正を用いると、非線形な変形などを補正するために、次工程以降において一次成分を近似して補正する線形補正を用いることができないという問題がある。これにより、次工程以降においても高次補正を用いなければならず、スループットが大きく低下してしまうことになる。   However, in the case of high-order correction, it is necessary to perform measurement with a large number of alignment marks, which causes a problem that throughput is reduced. In addition, when high-order correction is used, there is a problem that linear correction that approximates and corrects primary components cannot be used in subsequent steps in order to correct nonlinear deformation and the like. As a result, high-order correction must be used in the subsequent steps and the throughput is greatly reduced.

図20は、本発明者が検討したアライメント計測の計測点の一例を示す説明図である。図20の左側は、高次補正時におけるアライメント計測の計測点の一例を示しており、図20の右側は、線形補正時におけるアライメント計測の計測点の一例を示している。図21は、図20における計測点の計測時間を比較した一例を示す説明図である。   FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating an example of measurement points of alignment measurement studied by the present inventors. The left side of FIG. 20 shows an example of measurement points for alignment measurement at the time of high-order correction, and the right side of FIG. 20 shows an example of measurement points for alignment measurement at the time of linear correction. FIG. 21 is an explanatory diagram illustrating an example in which measurement times of measurement points in FIG. 20 are compared.

図20に示すように、高次補正の測定点は、線形補正の測定点に比べて大幅に多くなっている。そのため、図21に示すように、高次補正における測定点の測定時間は、線形補正の測定点の測定時間よりも多くの時間が必要になり、これにより、半導体製造におけるスループットが低下してしまうことになる。   As shown in FIG. 20, the number of high-order correction measurement points is significantly larger than that of linear correction measurement points. Therefore, as shown in FIG. 21, the measurement time for the measurement point in the high-order correction requires more time than the measurement time for the measurement point in the linear correction, thereby reducing the throughput in semiconductor manufacturing. It will be.

一実施の形態による半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment includes the following steps.

アライメント検査において計測されたずれ量を2以上の高次補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正し、第1の膜を加工する第1のリソグラフィ工程である。高次補正式に1未満の係数をかけた重み付け高次補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正し、第2の膜を加工する第2のリソグラフィ工程である。線形補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正し、第3の膜を加工する第3のリソグラフィ工程である。   This is a first lithography process in which the displacement amount measured in the alignment inspection is approximated by two or more higher-order correction equations to correct the overlay displacement amount between layers, and the first film is processed. This is a second lithography process in which a high-order correction formula is approximated by a weighted high-order correction formula obtained by multiplying a coefficient of less than 1 to correct the overlay displacement amount between layers and process the second film. This is a third lithography process in which the amount of misalignment between layers is corrected by approximation using a linear correction formula to process the third film.

上記一実施の形態によれば、半導体装置の製造効率を向上させることができる。   According to the one embodiment, the manufacturing efficiency of the semiconductor device can be improved.

半導体ウエハとマスクとのアライメント/重ね合わせ検査の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the alignment / overlay inspection of a semiconductor wafer and a mask. 本実施の形態1におけるアライメント/重ね合わせ検査を行う露光装置の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the exposure apparatus which performs the alignment / overlay inspection in this Embodiment 1. FIG. 露光工程における半導体ウエハとマスクとの位置合わせ処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the alignment process of the semiconductor wafer and mask in an exposure process. 図3のステップS102の処理における重ね合わせ検査の結果(線形補正)の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the result (linear correction) of the overlay test | inspection in the process of step S102 of FIG. 図3のステップS105の処理における重ね合わせ検査の結果(重み付け3次補正)の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the result of superposition inspection in the process of step S105 of FIG. 3 (weighted tertiary correction). 高次補正(3次補正)による重ね合わせ検査の結果予想の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the result prediction of the overlay test | inspection by high order correction | amendment (tertiary correction). 重み付け3次補正による位置合わせイメージの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the position alignment image by weighted 3rd correction | amendment. 図7において重み付け3次補正を行った次工程における位置合わせイメージの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the alignment image in the next process which performed the weighted tertiary correction | amendment in FIG. 本実施の形態2による各製造工程における半導体ウエハとマスクとの位置合わせ処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of alignment processing between a semiconductor wafer and a mask in each manufacturing process according to the second embodiment. 図9のステップS201の処理前におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the alignment test result before the process of step S201 of FIG. 図9のステップS201の処理におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the alignment test result in the process of step S201 of FIG. 図9のステップS202の処理におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the alignment test result in the process of step S202 of FIG. 図9のステップS206の処理におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the alignment test result in the process of step S206 of FIG. 図10の処理によるアライメント検査における残留値、および重ね合わせ検査における残留値の推移を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows transition of the residual value in the alignment test | inspection by the process of FIG. 10, and the residual value in an overlay test | inspection. 線形補正による半導体ウエハの残留値の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the residual value of the semiconductor wafer by linear correction. 図15の半導体ウエハにおける重み付け3次補正時の残留値の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the residual value at the time of the weighted tertiary correction in the semiconductor wafer of FIG. 重み付け係数αと残留値との予想関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the prediction relationship between the weighting coefficient (alpha) and a residual value. 本実施の形態3による重み付け係数の決定処理の一例を示すフローチャートである。14 is a flowchart illustrating an example of weighting coefficient determination processing according to the third embodiment. アライメント誤差における高次成分の分解例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of decomposition | disassembly of the high order component in alignment error. 本発明者が検討したアライメント計測の計測点の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement point of the alignment measurement which this inventor examined. 図20における計測点の計測時間を比較した一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example which compared the measurement time of the measurement point in FIG.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components, etc., the shape of the component is substantially the case unless it is clearly specified and the case where it is clearly not apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
〈アライメント、および重ね合わせ検査の概要〉
半導体ウエハを用いて半導体素子を製造するには、積層式に回路が形成されてレイヤを設けることになるが、このレイヤは、塗布、露光、現像などの細部的な工程を進行させることによって必要なパターンに形成される。このような工程を、いわゆるリソグラフィ工程という。このリソグラフィ工程は、マスクに形成された所望のパターンを実際の半導体素子を形成する半導体ウエハ(半導体基板)上に、上述した塗布、露光、現像工程により移植させるものである。
(Embodiment 1)
<Outline of alignment and overlay inspection>
In order to manufacture a semiconductor element using a semiconductor wafer, a circuit is formed in a stacked manner and a layer is provided. This layer is necessary by advancing detailed processes such as coating, exposure, and development. The pattern is formed. Such a process is called a so-called lithography process. In this lithography process, a desired pattern formed on a mask is transplanted on a semiconductor wafer (semiconductor substrate) on which an actual semiconductor element is formed by the above-described coating, exposure, and development processes.

このような半導体ウエハ上にマスクの回路パターンを重ねて露光転写するリソグラフィ工程おいては、該マスクと半導体基板との位置合わせを高精度にかつ正確に行う必要がある。   In such a lithography process in which a circuit pattern of a mask is superimposed and transferred on a semiconductor wafer, it is necessary to align the mask and the semiconductor substrate with high accuracy and accuracy.

このリソグラフィ工程では、レイヤ間の重ね合わせを行う際、半導体ウエハ上に形成されたパターンにより位置測定を行い、その情報からパターンニング位置を決定する。   In this lithography process, when overlaying between layers, position measurement is performed using a pattern formed on a semiconductor wafer, and a patterning position is determined from the information.

図1は、半導体ウエハとマスクとのアライメント/重ね合わせ検査の概要を示す説明図である。図1(a)は、アライメント検査の概要を示し、図1(b)は、重ね合わせ検査の概要を示している。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of alignment / overlay inspection between a semiconductor wafer and a mask. FIG. 1A shows an outline of alignment inspection, and FIG. 1B shows an outline of overlay inspection.

半導体ウエハW上には、被合わせ層となる第1の工程にて形成した回路パターンCP1(実際には、エッチング後のPoly Si酸化膜などにより半導体ウエハW上に形成されている)の中に、アライメント検査に用いるパターンである検査用パターンKP1、およびアライメントに用いられるアライメント用パターンAP1などのマークが形成されている。   On the semiconductor wafer W, in the circuit pattern CP1 (actually formed on the semiconductor wafer W by a poly Si oxide film after etching) formed in the first step to be a layer to be bonded. Marks such as an inspection pattern KP1 which is a pattern used for alignment inspection and an alignment pattern AP1 used for alignment are formed.

また、これら回路パターンCP1、検査用パターンKP1、およびアライメント用パターンAP1などの上部には、例えば、二酸化シリコン(SiO2)などからなる層間絶縁膜ISOが形成されている。層間絶縁膜ISOの上部には、レジストRSTが塗布されている。 An interlayer insulating film ISO made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the circuit pattern CP1, the inspection pattern KP1, the alignment pattern AP1, and the like. A resist RST is applied on top of the interlayer insulating film ISO.

アライメント工程では、図1(a)に示すように、アライメント用パターンAP1のマークにより半導体ウエハW上の位置を計測する(露光装置のステージ座標系における位置計測)。   In the alignment step, as shown in FIG. 1A, the position on the semiconductor wafer W is measured by the mark of the alignment pattern AP1 (position measurement in the stage coordinate system of the exposure apparatus).

リソグラフィ終了後には、図1(b)に示すように、合わせ層となる第2の工程において形成されたレジストパターンRP1と第1の工程にて形成した検査用パターンKP1とを用いて、相対的な位置ずれ量(重ね合わせずれ)を測定する重ね合わせ検査を行う。   After the lithography is finished, as shown in FIG. 1B, the resist pattern RP1 formed in the second step to be the alignment layer and the inspection pattern KP1 formed in the first step are used to make relative Overlay inspection to measure the amount of misalignment (overlay displacement).

〈露光装置の概要〉
図2は、本実施の形態1におけるアライメント/重ね合わせ検査を行う露光装置の概略を示す説明図である。なお、図2(a)〜(c)において示したハッチングは、露光装置EXSにおける動作処理の実行箇所を示しているものである。
<Outline of exposure apparatus>
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of an exposure apparatus that performs alignment / overlay inspection in the first embodiment. Note that the hatching shown in FIGS. 2A to 2C indicates an execution position of the operation process in the exposure apparatus EXS.

露光装置EXSは、図示するように、ウエハステージSTG、アライメントマーク計測部AMS、演算部OPE、制御部CON、および露光処理部LENを有している。ウエハステージSTGは、検査を行う半導体ウエハWを載置する。   As illustrated, the exposure apparatus EXS includes a wafer stage STG, an alignment mark measurement unit AMS, a calculation unit OPE, a control unit CON, and an exposure processing unit LEN. Wafer stage STG mounts semiconductor wafer W to be inspected.

アライメントマーク計測部AMSは、半導体ウエハWにおけるアライメント計測を行う。演算部OPEは、アライメントマーク計測部AMSが測定した測定結果を演算する。制御部CONは、ウエハステージSTGを移動させる際の制御を行う。露光処理部LENは、半導体ウエハWに露光処理を行う。   The alignment mark measurement unit AMS performs alignment measurement on the semiconductor wafer W. The calculation unit OPE calculates the measurement result measured by the alignment mark measurement unit AMS. The controller CON performs control when moving the wafer stage STG. The exposure processing unit LEN performs an exposure process on the semiconductor wafer W.

露光装置EXSは、図2(a)に示すように、搬送されてウエハステージSTGに載置された半導体ウエハWをアライメントマーク計測部AMS(ハッチングにて示す)によって観察し、アライメントマーク(図1のアライメント用パターンAP1)の位置を測定する。アライメントマーク計測部AMSによる測定結果は、演算部OPEに出力される。   As shown in FIG. 2 (a), the exposure apparatus EXS observes the semiconductor wafer W that has been transferred and placed on the wafer stage STG using an alignment mark measuring unit AMS (shown by hatching), and the alignment mark (FIG. 1). The position of the alignment pattern AP1) is measured. The measurement result by the alignment mark measurement unit AMS is output to the calculation unit OPE.

続いて、図2(b)に示すように、上記の測定結果は、演算部OPE(ハッチングにて示す)によって演算され、予め与えられているアライメントマーク座標情報(設計値または理想値)と、露光装置EXSのウエハステージSTGのステージ座標系において実測したマーク位置との差から、半導体ウエハW全体で重ね合わせずれが小さくなるように補正を行う。この補正は、後述する1次式や3次式などの近似を行い、露光装置EXSは近似式に従った動作を行い、パターニングする。   Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), the above measurement result is calculated by the calculation unit OPE (indicated by hatching), and alignment mark coordinate information (design value or ideal value) given in advance, From the difference from the mark position measured in the stage coordinate system of the wafer stage STG of the exposure apparatus EXS, correction is performed so that the overlay deviation is reduced in the entire semiconductor wafer W. This correction is performed by approximating a linear expression or a cubic expression, which will be described later, and the exposure apparatus EXS performs patterning by performing an operation according to the approximate expression.

そして、図2(c)に示すように、制御部CON(ハッチングにて示す)は、演算部OPEによって算出された近似式に従って、ウエハステージSTG(ハッチングにて示す)、および露光処理部LEN(ハッチングにて示す)などを駆動制御する。これにより、レイヤ間の相対的な位置ずれ量(重ね合わせずれ)が最小となるように位置合わせが行われる。   Then, as shown in FIG. 2C, the control unit CON (indicated by hatching), according to the approximate expression calculated by the arithmetic unit OPE, the wafer stage STG (indicated by hatching) and the exposure processing unit LEN (indicated by hatching). Drive control). Thereby, the alignment is performed so that the relative displacement amount (overlay displacement) between the layers is minimized.

〈重ね合わせ補正の処理例〉
図3は、露光工程における半導体ウエハとマスクとの位置合わせ処理の一例を示すフローチャートである。
<Example of overlay correction processing>
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the alignment process between the semiconductor wafer and the mask in the exposure process.

まず、リソグラフィ工程おいて、レイヤ間の重ね合わせ補正を線形補正にて実施した後(ステップS101)、重ね合わせ検査を行う(ステップS102)。そして、重ね合わせ検査の結果を、1次補正モデル、および3次補正モデルの2種類にて解析する。   First, in the lithography process, after overlay correction between layers is performed by linear correction (step S101), overlay inspection is performed (step S102). Then, the result of overlay inspection is analyzed with two types of a primary correction model and a tertiary correction model.

1次補正によって解析した結果は、補正可能量が小さく、残留値が大きい。一方、3次補正モデルでは、補正可能量が大きく、残留値が小さくなる。検査の終わった半導体ウエハは、再度リソグラフィ処理ができるようにレジストやその他、不要な膜を除去する再生が行われる(ステップS103)。   As a result of analysis by the primary correction, the correctable amount is small and the residual value is large. On the other hand, in the third-order correction model, the correctable amount is large and the residual value is small. The semiconductor wafer that has been inspected is regenerated to remove the resist and other unnecessary films so that the lithography process can be performed again (step S103).

そして、再度、同一の半導体ウエハをリソグラフィ処理する(ステップS104)。同一の半導体ウエハでは、該半導体ウエハの歪み傾向などが再生前後で変化しないため、1回目のリソグラフィ処理(ステップS101の処理)、および重ね合わせ検査結果(ステップS102の処理)を元に、2回目のリソグラフィ処理を行う。   Then, the same semiconductor wafer is subjected to lithography processing again (step S104). In the same semiconductor wafer, since the distortion tendency of the semiconductor wafer does not change before and after the reproduction, the second time based on the first lithography process (process in step S101) and the overlay inspection result (process in step S102). The lithography process is performed.

2回目のリソグラフィ処理の際に用いる、1度目の検査結果は、通常1次補正モデルの重ね合わせ補正値、もしくは、3次補正モデルの重ね合わせ補正値であるが、ここでは、これらの中間的な重ね合わせ補正値(重み付け係数)を用いた重み付け3次補正によってリソグラフィ処理を行う。このリソグラフィ処理後、再度重ね合わせ検査を行い(ステップS105)、重ね合わせずれを確認する。   The first inspection result used in the second lithography process is usually the overlay correction value of the primary correction model or the overlay correction value of the tertiary correction model. Lithography processing is performed by weighted tertiary correction using a correct overlay correction value (weighting coefficient). After this lithography process, overlay inspection is performed again (step S105), and overlay displacement is confirmed.

露光装置は、半導体ウエハ上のアライメントマークを計測して、位置決めを行い、露光(パターニング)するが、半導体ウエハ上のマーク形状や、露光装置の計測器の「クセ」などから、位置決めが正確ではないことがある。   Exposure equipment measures alignment marks on a semiconductor wafer, positions them, and exposes them (patterning). However, the positioning is not accurate due to the shape of the marks on the semiconductor wafer or the nuisance of the measuring equipment of the exposure equipment. There may not be.

つまり、露光装置は、重ね合わせずれがなくなるように露光しているにも関わらず、実際のアライメント用パターンがずれてしまう。ただし、このような現象も、マーク形状や、計測器などのクセが安定している為、測定の再現性は得られるため、いつも同じようなずれ方をする。   That is, although the exposure apparatus exposes so that there is no overlay displacement, the actual alignment pattern is displaced. However, such a phenomenon always shifts in the same way because the reproducibility of the measurement can be obtained because the mark shape and the habit of the measuring instrument are stable.

例えば、いつも横(X)方向に+10nm程度の重ね合わせずれ量がある時には、露光装置の計測結果から、例えば、横(X)方向に−10nm程度ずらして露光すれば、重ね合わせずれはなくなる。このように、露光装置の計測を補正する値が重ね合わせ補正値である。   For example, when there is always an overlay shift amount of about +10 nm in the lateral (X) direction, the overlay shift is eliminated if exposure is performed with a shift of about −10 nm in the lateral (X) direction from the measurement result of the exposure apparatus. Thus, the value for correcting the measurement of the exposure apparatus is the overlay correction value.

ここで、半導体ウエハ面内の高次補正(ここでは3次補正)は、次の式で表される。   Here, higher-order correction (here, third-order correction) in the semiconductor wafer surface is expressed by the following equation.

ただし、x,yは、半導体ウエハ上の位置(座標)、dx,dyは、半導体ウエハ上の位置(x,y)における補正量、ax,bx,cxは、係数とする。 Here, x and y are positions (coordinates) on the semiconductor wafer, dx and dy are correction amounts at the position (x, y) on the semiconductor wafer, and a x , b x and c x are coefficients.

dx3=ax3*x^3+bx3*x^2*y+cx3*x*y^2+dx3*y^3+ex3*x^2+fx3*x*y+gx3*y^2+hx3*x+jx3*y+kx3
dy3=ay3*x^3+by3*x^2*y+cy3*x*y^2+dy3*y^3+ey3*x^2+fy3*x*y+gy3*y^2+hy3*x+jy3*y+ky3 (式1)
一方、1次補正では、
dx1=hx1*x+jx1*y+kx1
dy1=hy1*x+jy1*y+ky1 (式2)
ここで、高次項の係数axi xi, cxi, dxi xi, fxi, gxi yi yi, cyi, dyi yi, fyi, gyi(i=1,3)に、重み付け係数αをかけると、
dx3’=α(ax3*x^3+bx3*x^2*y+cx3*x*y^2+dx3*y^3+ex3*x^2+fx3*x*y+gx3*y^2+hx3*x+jx3*y+kx3
+(1−α)(hx1*x+jx1*y+kx1
dy3’=α(ay3*x^3+by3*x^2*y+cy3*x*y^2+dy3*y^3+ey3*x^2+fy3*x*y+gy3*y^2+hy3*x+jy3*y+ky3
+(1−α)(hy1*x+jy1*y+ky1 (式3)
となる。
dx 3 = a x3 * x ^ 3 + b x3 * x ^ 2 * y + c x3 * x * y ^ 2 + d x3 * y ^ 3 + e x3 * x ^ 2 + f x3 * x * y + g x3 * y ^ 2 + h x3 * x + j x3 * y + k x3
dy 3 = a y3 * x ^ 3 + by3 * x ^ 2 * y + c y3 * x * y ^ 2 + d y3 * y ^ 3 + e y3 * x ^ 2 + f y3 * x * y + g y3 * y ^ 2 + h y3 * x + j y3 * y + ky3 (Formula 1)
On the other hand, in the primary correction,
dx 1 = h x1 * x + j x1 * y + k x1
dy 1 = h y1 * x + j y1 * y + ky 1 (Formula 2)
Where the higher-order term coefficients a xi , b xi , c xi , d xi , e xi , f xi , g xi , a yi , b yi , c yi , d yi , Multiplying e yi , f yi , g yi (i = 1, 3) by a weighting coefficient α,
dx 3 '= α (a x3 * x ^ 3 + b x3 * x ^ 2 * y + c x3 * x * y ^ 2 + d x3 * y ^ 3 + e x3 * x ^ 2 + f x3 * x * y + g x3 * y ^ 2 + h x3 * x + j x3 * Y + k x3 )
+ (1-α) (h x1 * x + j x1 * y + k x1 )
dy 3 '= α (a y3 * x ^ 3 + b y3 * x ^ 2 * y + c y3 * x * y ^ 2 + d y3 * y ^ 3 + e y3 * x ^ 2 + f y3 * x * y + g y3 * y ^ 2 + h y3 * x + j y3 * Y + ky3 )
+ (1-α) (h y1 * x + j y1 * y + k y1 ) (Formula 3)
It becomes.

よって、前述したように、1次補正モデルの重ね合わせ補正値と3次補正モデルの重ね合わせ補正値との中間的な重ね合わせ補正値(重み付け係数)であるα=0.5として各係数を再計算して重み付け3次補正によってリソグラフィ処理を行う。   Therefore, as described above, each coefficient is set as α = 0.5, which is an overlay correction value (weighting coefficient) intermediate between the overlay correction value of the primary correction model and the overlay correction value of the tertiary correction model. Recalculation and lithography processing is performed by weighted tertiary correction.

〈重み付け3次補正の位置合わせイメージ例〉
図4は、図3のステップS102の処理における重ね合わせ検査の結果(線形補正)の一例を示す説明図である。図5は、図3のステップS105の処理における重ね合わせ検査の結果(重み付け3次補正)の一例を示す説明図であり、図6は、高次補正(3次補正)による重ね合わせ検査の結果予想の一例を示す説明図である。
<Example of positioning for weighted tertiary correction>
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the overlay inspection result (linear correction) in the process of step S102 of FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the result of overlay inspection (weighted third-order correction) in the process of step S105 of FIG. 3, and FIG. 6 shows the result of overlay inspection by higher-order correction (third-order correction). It is explanatory drawing which shows an example of anticipation.

図4は、線形補正であるので、重み付け係数がα=0となっており、図5の場合には、重み付け3次補正として、重み付け係数をα=0.5としている。また、図6は、3次補正であるので、重み付け係数がα=1である。   Since FIG. 4 is a linear correction, the weighting coefficient is α = 0, and in the case of FIG. 5, the weighting coefficient is α = 0.5 as the weighted third-order correction. Further, since FIG. 6 is the third-order correction, the weighting coefficient is α = 1.

図4〜6に示されている矢印は、それぞれ残留値を示している。この残留値は、線形補正、重み付け3次補正、あるいは3次補正した後に補正不可となっている半導体ウエハWにおける歪みである。残留値は、例えば、ベクトルにより示され、ベクトルが長くなるほど残留値が大きいことをそれぞれ示している。   The arrows shown in FIGS. 4 to 6 indicate residual values. This residual value is distortion in the semiconductor wafer W that cannot be corrected after linear correction, weighted third-order correction, or third-order correction. The residual value is indicated by a vector, for example, and indicates that the residual value increases as the vector becomes longer.

図4〜図6に示すように、重み付け係数をα=0.5とした重み付け3次補正の場合(図5)には、図4の線形補正と図6の3次補正との略中間的な残留値とすることができる。   As shown in FIGS. 4 to 6, in the case of the weighted third-order correction with the weighting coefficient α = 0.5 (FIG. 5), the linear correction shown in FIG. 4 and the third-order correction shown in FIG. Residual value can be obtained.

図7は、重み付け3次補正による位置合わせイメージの一例を示す説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of an alignment image by weighted third order correction.

この図7において、四角形にて示される範囲は、半導体ウエハWにおいて重ね合わせずれの許容範囲内であることを示すプロセス許容範囲PPAを示しており、該プロセス許容範囲PPAの中心には、位置合わせのターゲット位置TPSを示している。   In FIG. 7, a range indicated by a rectangle indicates a process allowable range PPA indicating that the semiconductor wafer W is within an allowable range of overlay deviation. In the center of the process allowable range PPA, alignment is performed. The target position TPS is shown.

点線にて示す十字印は、線形補正による補正ターゲット位置PS1を示している。一点鎖線にて示す十字印は、3次補正による補正ターゲット位置PS3を示している。実線にて示す十字印は、重み付け3次補正によって、線形補正による補正ターゲット位置PS1と3次補正による補正ターゲット位置PS3との略中間となるように補正した補正ターゲット位置PS2を示している。   A cross mark indicated by a dotted line indicates a correction target position PS1 by linear correction. A cross mark indicated by a one-dot chain line indicates a correction target position PS3 by tertiary correction. A cross mark indicated by a solid line indicates a corrected target position PS2 corrected so as to be approximately halfway between the corrected target position PS1 by linear correction and the corrected target position PS3 by third-order correction by weighted third-order correction.

図7に示すように、重み付け係数α=0である線形補正を用いた際、補正ターゲット位置PS1が位置合わせのターゲット位置TPSから大きくずれてしまい、プロセス許容範囲PPAから外れてしまう。   As shown in FIG. 7, when the linear correction with the weighting coefficient α = 0 is used, the correction target position PS1 is greatly deviated from the alignment target position TPS and deviates from the process allowable range PPA.

この場合、プロセス許容範囲PPAの許容範囲内とする場合には、3次補正(重み付け係数α=1)によって、補正ターゲット位置PS1を位置合わせのターゲット位置TPSの近傍に合わせ込むことにより、プロセス許容範囲PPAの許容範囲内とする必要がある。   In this case, when the process is within the permissible range of the process permissible range PPA, the correction target position PS1 is adjusted to the vicinity of the target position TPS for alignment by third-order correction (weighting coefficient α = 1). It is necessary to be within the allowable range of the range PPA.

しかし、ここでは、意図的に補正ターゲット位置PS2が、補正ターゲット位置PS1と補正ターゲット位置PS3との中間程度となるように重み付け3次補正(重み付け係数α=0.5)を行い、該補正ターゲット位置PS2が、プロセス許容範囲PPAの許容範囲内となるように合わせ込みを行う。   However, here, the correction target position PS2 is intentionally subjected to weighted third-order correction (weighting coefficient α = 0.5) so that the correction target position PS2 is intermediate between the correction target position PS1 and the correction target position PS3. Adjustment is performed so that the position PS2 is within the allowable range of the process allowable range PPA.

図8は、図7において重み付け3次補正を行った次工程における位置合わせイメージの一例を示す説明図である。   FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of an alignment image in the next process in which the weighted tertiary correction is performed in FIG.

図8においても、四角形にて示される範囲は、重ね合わせずれの許容範囲内であることを示すプロセス許容範囲PPAを示しており、該プロセス許容範囲PPAの中心には、位置合わせのターゲット位置TPS1を示している。   Also in FIG. 8, the range indicated by the rectangle indicates the process allowable range PPA indicating that it is within the allowable range of overlay deviation, and the alignment target position TPS1 is at the center of the process allowable range PPA. Is shown.

図8では、図7の補正ターゲット位置PS2の位置にアライメント用パターンが形成されていることになるので、該補正ターゲット位置PS2がターゲット位置TPS1となる。図7にて重み付け3次補正を行った次工程において、3次補正を行うと一点鎖線にて示す補正ターゲット位置PS4の位置にアライメント用パターンを形成することができる。また、図7にて重み付け3次補正を行った次工程において、線形補正を行うと、点線にて示す補正ターゲット位置PS5の位置にアライメント用パターンを形成することができる。   In FIG. 8, since the alignment pattern is formed at the position of the correction target position PS2 in FIG. 7, the correction target position PS2 becomes the target position TPS1. In the next step in which the weighted third-order correction is performed in FIG. 7, when the third-order correction is performed, an alignment pattern can be formed at the correction target position PS4 indicated by the one-dot chain line. In addition, when linear correction is performed in the next step in which weighted tertiary correction is performed in FIG. 7, an alignment pattern can be formed at the correction target position PS5 indicated by the dotted line.

いずれの場合においても、アライメント用パターンの形成は、プロセスの許容範囲内を示すプロセス許容範囲の領域内に入っている。よって、次工程では、スループットが高く、さらには次工程での補正が容易になる線形補正を適用する方が望ましい。   In any case, the formation of the alignment pattern falls within the region of the process allowable range indicating the allowable range of the process. Therefore, in the next process, it is desirable to apply linear correction that has a high throughput and that facilitates correction in the next process.

このようにして、重み付け3次補正を行うと、次工程において線形補正によるターゲットの位置補正箇所を行うことができ、高次補正から線形補正への転換を可能とすることができる。   In this way, when weighted third order correction is performed, the target position correction portion by linear correction can be performed in the next step, and conversion from higher order correction to linear correction can be made possible.

一方、図7に示すように、線形補正によって補正ターゲット位置PS1をプロセス許容範囲PPA内とすることができない場合には、プロセス許容範囲PPAの範囲内となるように3次補正(図7の補正ターゲット位置PS3)を行うことしかできなかった。   On the other hand, as shown in FIG. 7, when the correction target position PS1 cannot be set within the process allowable range PPA by linear correction, the third-order correction (the correction shown in FIG. 7) is performed so as to be within the process allowable range PPA. Only the target position PS3) could be performed.

そのため、次工程において、線形補正による補正位置では、プロセス許容範囲PPAに入らずに、高次補正を繰り返す必要が生じてしまうことになる。高次補正の繰り返には、多くのアライメントマークを付与して計測する必要があり、スループットの低下を招いてしまうことなる。   Therefore, in the next process, it is necessary to repeat high-order correction without entering the process allowable range PPA at the correction position by linear correction. In order to repeat high-order correction, it is necessary to perform measurement with a large number of alignment marks, which leads to a decrease in throughput.

以上により、重み付け3次補正を行った次工程において、線形補正を行うことができるので、次工程での線形補正を適用することが可能となり、半導体製造のスループットを向上させることができる。   As described above, the linear correction can be performed in the next process in which the weighted third-order correction is performed. Therefore, the linear correction in the next process can be applied, and the semiconductor manufacturing throughput can be improved.

本実施の形態1に記載された半導体装置の製造方法は、以下に示す処理を有する。   The manufacturing method of the semiconductor device described in the first embodiment has the following processing.

第1の膜を加工する第1のリソグラフィ工程、第2の膜を加工する第2のリソグラフィ工程、および第3の膜を加工する第3のリソグラフィ工程である。   A first lithography process for processing the first film, a second lithography process for processing the second film, and a third lithography process for processing the third film.

第1のリソグラフィ工程では、アライメント検査において計測されたずれ量を2以上の高次補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正する。第2のリソグラフィ工程では、高次補正式に1未満の係数をかけた重み付け高次補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正する。第3のリソグラフィ工程では、線形補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正する。   In the first lithography process, the amount of misalignment between layers is corrected by approximating the amount of deviation measured in the alignment inspection with two or more higher-order correction equations. In the second lithography process, the overlay deviation amount between layers is corrected by approximating the higher-order correction formula by a weighted higher-order correction formula obtained by multiplying the coefficient of less than 1 by one. In the third lithography process, the overlay deviation amount between layers is corrected by approximation using a linear correction equation.

また、本実施の形態1に記載された半導体装置の製造方法は、以下に示す処理を有する。   Moreover, the manufacturing method of the semiconductor device described in the first embodiment includes the following processes.

重み付け高次補正式に用いる係数は、レジストパターンと前工程にて形成された検査用パターンとの相対的な位置ずれ量(重ね合わせずれ)を測定する重ね合わせ検査に基づいて算出する。   The coefficient used in the weighted higher-order correction formula is calculated based on overlay inspection that measures the relative positional shift amount (overlay shift) between the resist pattern and the inspection pattern formed in the previous process.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、重み付け3次補正を行った後に線形補正を行うことにより、高次成分の低減を図った例について説明したが、本実施の形態2においては、複数の工程に渡って高次成分を低減する場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the high-order component is reduced by performing the linear correction after performing the weighted third-order correction has been described. However, in the second embodiment, the process is performed over a plurality of steps. A case where higher order components are reduced will be described.

〈重ね合わせ補正の処理例〉
図9は、本実施の形態2による各製造工程における半導体ウエハとマスクとの位置合わせ処理の一例を示すフローチャートである。
<Example of overlay correction processing>
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the alignment process between the semiconductor wafer and the mask in each manufacturing process according to the second embodiment.

まず、コンタクトホール形成工程(CONT)において、レイヤ間の重ね合わせ補正を3次補正(重み付け係数α=1)にて実施した後(ステップS201)、重ね合わせ検査を行う。   First, in the contact hole forming step (CONT), after overlay correction between layers is performed by third-order correction (weighting coefficient α = 1) (step S201), overlay inspection is performed.

続いて、第1配線層形成工程(M1)において、レイヤ間の重ね合わせ補正を重み付け3次補正にて実施した後(ステップS202)、重ね合わせ検査を行う。この際、重み付け係数α=0.75とする。   Subsequently, in the first wiring layer forming step (M1), after overlay correction between layers is performed by weighted tertiary correction (step S202), overlay inspection is performed. At this time, the weighting coefficient α is set to 0.75.

そして、第1ビアホール形成工程(V1)において、レイヤ間の重ね合わせ補正を重み付け3次補正にて実施した後(ステップS203)、重ね合わせ検査を行う。ここでは、重み付け係数がステップS202の処理の時よりも小さい値となる重み付け係数α=0.5とする。   Then, in the first via hole forming step (V1), after overlay correction between layers is performed by weighted tertiary correction (step S203), overlay inspection is performed. Here, it is assumed that the weighting coefficient α = 0.5, which is a smaller value than that in the process of step S202.

その後、第2配線層形成工程(M2)において、レイヤ間の重ね合わせ補正を重み付け3次補正にて実施した後(ステップS204)、重ね合わせ検査を行う。この場合、重み付け係数αは、ステップS203の処理の時よりも小さい値となる重み付け係数α=0.25とする。   Thereafter, in the second wiring layer forming step (M2), the overlay correction between layers is performed by weighted tertiary correction (step S204), and then the overlay inspection is performed. In this case, the weighting coefficient α is set to a weighting coefficient α = 0.25 that is smaller than that in the process of step S203.

そして、第2ビアホール形成工程(V2)において、レイヤ間の重ね合わせ補正を線形補正にて実施した後(ステップS205)、重ね合わせ検査を行う。続いて、第3配線層形成工程(M3)において、レイヤ間の重ね合わせ補正を線形補正にて実施した後(ステップS206)、重ね合わせ検査を行う。   Then, in the second via hole forming step (V2), after overlay correction between layers is performed by linear correction (step S205), overlay inspection is performed. Subsequently, in the third wiring layer forming step (M3), after overlay correction between layers is performed by linear correction (step S206), overlay inspection is performed.

〈重み付け係数αの適用例〉
図10は、図9のステップS201の処理前におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図である。図11は、図9のステップS201の処理におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図であり、図12は、図9のステップS202の処理におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図である。図13は、図9のステップS206の処理におけるアライメント検査結果の一例を示す説明図である。
<Application example of weighting coefficient α>
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the alignment inspection result before the process of step S201 of FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the alignment test result in the process of step S201 in FIG. 9, and FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the alignment test result in the process of step S202 in FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of an alignment inspection result in the process of step S206 of FIG.

図11〜13に示されている矢印は、それぞれ残留値を示している。この残留値は、線形補正、重み付け3次補正、あるいは3次補正した後に補正不可となっている半導体ウエハWにおける歪みである。残留値は、例えば、ベクトルにより示され、ベクトルが長くなるほど残留値が大きいことをそれぞれ示している。   The arrows shown in FIGS. 11 to 13 indicate residual values. This residual value is distortion in the semiconductor wafer W that cannot be corrected after linear correction, weighted third-order correction, or third-order correction. The residual value is indicated by a vector, for example, and indicates that the residual value increases as the vector becomes longer.

まず、ステップS201の処理では、図10に示される半導体ウエハの歪みを3次補正することによって、図11に示す残留値となるように補正している。ここで、コンタクトホール形成工程においては、レイヤ間の重ね合わせに高い精度が要求されるので、3次補正による補正が行われる。   First, in the process of step S201, the distortion of the semiconductor wafer shown in FIG. 10 is corrected by the third order so that the residual value shown in FIG. 11 is obtained. Here, in the contact hole forming step, high accuracy is required for overlay between layers, and therefore correction by tertiary correction is performed.

続いて、ステップS202の処理では、重み付け係数α=0.75とした重み付け3次補正を行うことにより、図12に示す残留値となるように補正している。そして、ステップS203の処理では、重み付け係数α=0.5とした重み付け3次補正を行い、ステップS204の処理では、重み付け係数α=0.25とした重み付け3次補正を行う。   Subsequently, in the process of step S202, the residual value shown in FIG. 12 is corrected by performing weighted cubic correction with a weighting coefficient α = 0.75. Then, in the process of step S203, weighted tertiary correction is performed with a weighting coefficient α = 0.5, and in the process of step S204, weighted tertiary correction is performed with a weighting coefficient α = 0.25.

そして、ステップS205,S206の処理では、線形補正をそれぞれ行い、ステップS206の処理である第2配線層形成工程においては、図13に示す残留値となるように補正している。   Then, in the processes in steps S205 and S206, linear correction is performed, and in the second wiring layer forming process, which is the process in step S206, correction is performed so that the residual value shown in FIG. 13 is obtained.

このように、重み付け3次補正の重み付け係数αを段階的に小さい値とすることにより、大きな高次成分を持つ半導体ウエハに対しても最終的に線形補正に転換することが可能となる。   In this way, by setting the weighting coefficient α of the weighted third-order correction to a small value stepwise, it becomes possible to finally convert to linear correction even for a semiconductor wafer having a large high-order component.

〈残留値の推移例〉
図14は、図10の処理によるアライメント検査における残留値、および重ね合わせ検査における残留値の推移を示す説明図である。
<Changes in residual values>
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the transition of the residual value in the alignment inspection by the processing of FIG. 10 and the residual value in the overlay inspection.

図14において、横軸は、製造工程を示し、縦軸は、非線形残留3σ(半導体ウエハの非線形な歪み)を示している。製造工程は、CONTがコンタクトホール形成工程、M1が第1配線層形成工程、V1が第1ビアホール形成工程、M2が第2配線層形成工程、V2が第2ビアホール形成工程、M3が第3配線層形成工程、V3が第3ビアホール形成工程、およびM4が第4配線層形成工程をそれぞれ示している。   In FIG. 14, the horizontal axis indicates the manufacturing process, and the vertical axis indicates the non-linear residual 3σ (non-linear distortion of the semiconductor wafer). In the manufacturing process, CONT is a contact hole forming process, M1 is a first wiring layer forming process, V1 is a first via hole forming process, M2 is a second wiring layer forming process, V2 is a second via hole forming process, and M3 is a third wiring. A layer forming step, V3 indicates a third via hole forming step, and M4 indicates a fourth wiring layer forming step.

また、太線は、レイヤ間の重ね合わせずれ量の許容範囲を示し、実線は、重ね合わせ検査の残留値を示している。点線は、アライメント検査の残留値を示し、一点鎖線は、実際に推移していると思われる半導体ウエハ非線形残留値の予測を示している。   The thick line indicates the allowable range of the overlay deviation amount between layers, and the solid line indicates the residual value of the overlay inspection. The dotted line indicates the residual value of the alignment inspection, and the alternate long and short dash line indicates the prediction of the semiconductor wafer non-linear residual value that seems to be actually changing.

一点鎖線にて示す半導体ウエハ非線形残留値と重ね合わせ検査の残留値との差が各々の製造工程において補正した高次成分と考えられる。図示するように、点線にて示すアライメント検査の残留値は、製造工程を経る毎に小さくなっており、第3配線層形成工程(M3)以降では安定化している。   The difference between the semiconductor wafer nonlinear residual value indicated by the one-dot chain line and the overlay inspection residual value is considered to be a high-order component corrected in each manufacturing process. As shown in the figure, the residual value of the alignment inspection indicated by the dotted line is smaller every time the manufacturing process is performed, and is stabilized after the third wiring layer forming process (M3).

一方、重ね合わせ検査の残留値は、第3配線層形成工程(M3)以降に比べれば大きいものの、0.01μm程度以下によって推移しており、太線にて示す、レイヤ間の重ね合わせの許容範囲(プロセス許容値)を満たしている。   On the other hand, the residual value of the overlay inspection is larger than that after the third wiring layer forming step (M3), but has changed by about 0.01 μm or less, and the allowable range of overlay between layers indicated by a bold line (Process tolerance) is satisfied.

ここで、レイヤ間の重ね合わせの許容範囲は、例えば、コンタクトホール形成工程(CONT)では、0.01μm程度であり、第1配線層形成工程(M1)以降の製造工程では、例えば、0.015μm程度である。   Here, the allowable range of overlay between layers is, for example, about 0.01 μm in the contact hole forming step (CONT), and in the manufacturing steps after the first wiring layer forming step (M1), for example, 0. It is about 015 μm.

この場合においては、重み付け係数αを0.75、0.5、および0.25と段階的に小さくしていくことによって、高次補正成分を徐々に小さくし、第2ビアホール形成工程(V2)以降の製造工程にて線形補正によるレイヤ間の重ね合わせ補正が可能となっている。   In this case, the weighting coefficient α is gradually reduced to 0.75, 0.5, and 0.25, thereby gradually reducing the higher-order correction component, and the second via hole forming step (V2). Subsequent overlay correction by linear correction is possible in subsequent manufacturing processes.

以上によっても、線形補正による重ね合わせずれの補正を可能とすることができ、半導体製造のスループットを向上させることができる。   Also by the above, it is possible to correct the overlay deviation by linear correction, and it is possible to improve the throughput of semiconductor manufacturing.

本実施の形態に記載された半導体装置の製造方法は、以下に示す処理を有する。   The method for manufacturing a semiconductor device described in this embodiment includes the following processes.

前記第1のリソグラフィ工程は、コンタクトホール形成工程であり、前記第2のリソグラフィ工程は、前記コンタクトホール形成工程のアライメント検査において計測されたずれ量から、重み付け高次補正式の係数を算出する。   The first lithography step is a contact hole forming step, and the second lithography step calculates a coefficient of a weighted higher-order correction formula from a deviation amount measured in the alignment inspection of the contact hole forming step.

また、重み付け高次補正式に用いられる係数は、レジストパターンと前工程にて形成された検査用パターンとの相対的な位置ずれ量(重ね合わせずれ)を測定する重ね合わせ検査に基づいて算出する。   Also, the coefficient used in the weighted higher-order correction formula is calculated based on overlay inspection that measures the relative positional shift amount (overlay shift) between the resist pattern and the inspection pattern formed in the previous process. .

(実施の形態3)
図15は、線形補正による半導体ウエハの残留値の一例を示す説明図であり、図16は、図15の半導体ウエハにおける重み付け3次補正時の残留値の一例を示す説明図である。図17は、重み付け係数αと残留値との予想関係を示す説明図である。
(Embodiment 3)
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of the residual value of the semiconductor wafer by linear correction, and FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of the residual value at the time of the third-order weighting correction in the semiconductor wafer of FIG. FIG. 17 is an explanatory diagram showing a predicted relationship between the weighting coefficient α and the residual value.

〈概要〉
本実施の形態3においては、線形補正による残留値と3次補正による残留値との比較から、図17に示すように重み付け係数αを変化させた場合の残留値を予測し、レイヤ間の重ね合わせずれ量の許容値を下回る重み付け係数αの値を決定する。
<Overview>
In the third embodiment, the residual value when the weighting coefficient α is changed as shown in FIG. 17 is predicted from the comparison between the residual value by the linear correction and the residual value by the third-order correction, and overlapping between layers is performed. A value of the weighting coefficient α that is smaller than the allowable value of the misalignment amount is determined.

重み付け係数αが0(線形補正)の場合には、図15の太線にて示すように、重ね合わせずれ量の許容範囲外(15nm程度よりも大きい値)となってしまうものがある。重み付け係数αを0.2とすることによって、図16のように、すべての残留値を重ね合わせずれ量の許容範囲内(15nm程度以下)とすることができる。   When the weighting coefficient α is 0 (linear correction), as shown by the thick line in FIG. 15, there are cases where the overlay deviation amount is outside the allowable range (a value larger than about 15 nm). By setting the weighting coefficient α to 0.2, as shown in FIG. 16, all residual values can be within an allowable range of the overlay deviation amount (about 15 nm or less).

図17では、重み付け係数αが0、および0.1の場合に、重ね合わせずれ量が許容範囲外となっている。ここで、図17の太線は、重ね合わせずれ量の許容値を示しており、該太線よりも下方が許容値内であることを示している。   In FIG. 17, when the weighting coefficient α is 0 and 0.1, the overlay deviation amount is outside the allowable range. Here, the thick line in FIG. 17 indicates the allowable value of the overlay deviation amount, and the lower part of the thick line is within the allowable value.

よって、重み付け係数αは0.2以上に決定すればよいことになるが、なるべく線形補正に近い状態としたい。そこで、図17から、線形補正に近い状態(重み付け係数αが最も少ない)で、重ね合わせずれ量が許容範囲となっているのは、重み付け係数α=0.2であるので、この場合、重み付け係数αを0.2と決定する。   Therefore, the weighting coefficient α may be determined to be 0.2 or more, but it is desired to make the weighting coefficient α as close to linear correction as possible. Therefore, from FIG. 17, it is the weighting coefficient α = 0.2 that the overlay deviation amount is within the allowable range in a state close to linear correction (the smallest weighting coefficient α). The coefficient α is determined to be 0.2.

〈重み付け係数αの決定例〉
図18は、本実施の形態3による重み付け係数の決定処理の一例を示すフローチャートである。
<Example of determining weighting coefficient α>
FIG. 18 is a flowchart illustrating an example of weighting coefficient determination processing according to the third embodiment.

まず、重み付け係数α=0(線形補正)から開始され(ステップS301)、前工程におけるアライメント計測、もしくは該当工程における重ね合わせ検査結果から重み付け係数α=0(線形補正)とした時の補正値と予想補正結果(残留値)を計算する(ステップS302)。   First, the weighting coefficient α = 0 (linear correction) is started (step S301), and the correction value when the weighting coefficient α = 0 (linear correction) is determined from the alignment measurement in the previous process or the overlay inspection result in the corresponding process. An expected correction result (residual value) is calculated (step S302).

予想補正結果(残留値)が、プロセスで許容できる値(レイヤ間の重ね合わせずれの許容値)か否かを判定する(ステップS303)。許容値は、製品要求から決定されている。ステップS303の処理において、残留値(=修正できない重ね合わせずれ)が許容値よりも小さければ、重み付け係数α=0による線形補正によってもアライメント精度が保たれることになるので重み付け係数α=0が決定される(ステップS304)。   It is determined whether or not the predicted correction result (residual value) is a value that can be tolerated by the process (allowable value of overlay deviation between layers) (step S303). The tolerance is determined from product requirements. In the process of step S303, if the residual value (= uncorrectable overlay deviation) is smaller than the allowable value, the alignment accuracy can be maintained even by linear correction with the weighting coefficient α = 0, so the weighting coefficient α = 0. It is determined (step S304).

また、ステップS303の処理において、残留値(=修正できない重ね合わせずれ)が許容値よりも大きい場合には、重み付け係数αの値を大きくしなければ、アライメント精度が保たれない。   Further, in the process of step S303, when the residual value (= uncorrectable overlay deviation) is larger than the allowable value, the alignment accuracy cannot be maintained unless the weighting coefficient α is increased.

よって、重み付け係数αの値を大きくし(ステップS305)、ステップS302の処理を実行する。ステップS302,S303,S305の処理は、ステップS303の処理において残留値(=修正できない重ね合わせずれ)が許容値よりも小さくなるまで繰り返し実行される。   Therefore, the value of the weighting coefficient α is increased (step S305), and the process of step S302 is executed. The processes of steps S302, S303, and S305 are repeatedly executed until the residual value (= uncorrectable overlay deviation) in the process of step S303 is smaller than the allowable value.

ここで、ステップS302,S303,S305の処理について、詳しく説明する。   Here, the processing of steps S302, S303, and S305 will be described in detail.

ステップS305の処理では、なるべく線形補正に近い形状としたいことから、重み付け係数αの増加値は、小さいことが望まれる。そこで、ステップS305の処理における重み付け係数αの増加値を例えば0.1とする。なお、ここでは、係数αの増加値は、0.1とするが、該増加値は、0.1以外(例えば、0.05や0.2など)であってもよい。   In the process of step S305, since it is desired to make the shape as close to linear correction as possible, the increase value of the weighting coefficient α is desired to be small. Therefore, the increase value of the weighting coefficient α in the process of step S305 is set to 0.1, for example. Here, the increase value of the coefficient α is 0.1, but the increase value may be other than 0.1 (for example, 0.05, 0.2, etc.).

まず、ステップS303の処理において、残留値(=修正できない重ね合わせずれ)が許容値よりも大きい場合には、ステップS305の処理において、重み付け係数αの値を大きくする。   First, in the process of step S303, when the residual value (= uncorrectable overlay error) is larger than the allowable value, the value of the weighting coefficient α is increased in the process of step S305.

前述したように、重み付け係数αの増加値を0.1としたので、ここでは、重み付け係数α=0から重み付け係数α=0.1に増加される。その後、重み付け係数α=0.1として再計算を行い(ステップS302)、残留値と許容値とを比較する(ステップS303)。   As described above, since the increment value of the weighting coefficient α is set to 0.1, here, the weighting coefficient α = 0 is increased to the weighting coefficient α = 0.1. Thereafter, recalculation is performed with the weighting coefficient α = 0.1 (step S302), and the residual value is compared with the allowable value (step S303).

残留値が許容値を下回れば、重み付け係数α=0.1を適用する(α値決定)が(ステップS304)、上回れば、再度重み付け係数αの値を大きくする(ステップS305)。   If the residual value falls below the allowable value, the weighting coefficient α = 0.1 is applied (α value determination) (step S304), and if it exceeds, the value of the weighting coefficient α is increased again (step S305).

ここでは、重み付け係数α=0.2にて再計算が行われ(ステップS302)、残留値と許容値を比較する(ステップS303)。残留値が許容値を下回れば、重み付け係数α=0.2(α値決定)を適用する(ステップS304)。また、ステップS303の処理において、残留値が許容値を上回れば、再度重み付け係数αの値を大きくする(ステップS305)。   Here, recalculation is performed with the weighting coefficient α = 0.2 (step S302), and the residual value is compared with the allowable value (step S303). If the residual value falls below the allowable value, the weighting coefficient α = 0.2 (α value determination) is applied (step S304). If the residual value exceeds the allowable value in the process of step S303, the value of the weighting coefficient α is increased again (step S305).

このように重み付け係数αの値を徐々に大きくして、残留値が許容値よりも小さくなるまでステップS302,S303,S305の処理を繰り返す。半導体ウエハの状態によっては、重み付け係数αが、例えば0.1でよい場合から0.9にしなければならない場合などのばらつきがある。   In this way, the value of the weighting coefficient α is gradually increased, and the processes in steps S302, S303, and S305 are repeated until the residual value becomes smaller than the allowable value. Depending on the state of the semiconductor wafer, the weighting coefficient α varies, for example, from 0.1 to 0.9.

そのため、重み付け係数αの値を固定することが困難であり、図15に示す処理により重み付け係数αの値を決定することにより、半導体ウエハ毎の状態に合わせて対応することが可能となる。   Therefore, it is difficult to fix the value of the weighting coefficient α, and by determining the value of the weighting coefficient α by the processing shown in FIG. 15, it is possible to cope with the situation for each semiconductor wafer.

よって、重み付け係数αの値を固定した場合に比べて、許容値外れとなることを低減させることができる。また、重み付け係数αは、より線形補正に近い状態が選択されることになるため、複数の製造工程にて徐々に線形補正に転換する場合に比べて、転換に要する工程数を削減することができる。   Therefore, it is possible to reduce the deviation from the allowable value compared to the case where the value of the weighting coefficient α is fixed. In addition, since the weighting coefficient α is selected as a state closer to linear correction, the number of steps required for conversion can be reduced compared to the case of gradually converting to linear correction in a plurality of manufacturing processes. it can.

〈高次成分の分解例〉
図19は、アライメント誤差における高次成分の分解例を示す説明図である。
<Decomposition example of higher-order components>
FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating an example of decomposition of higher-order components in the alignment error.

図19において、横軸は重み付け係数αを示し、縦軸は、重ね合わせ残留値をそれぞれ示している。   In FIG. 19, the horizontal axis represents the weighting coefficient α, and the vertical axis represents the superposition residual value.

高次成分は、図示するように、ランダム成分RDM、吸収分ASR、および繰り越し分TFRに分解される。ランダム成分RDMは、補正できない高次成分であり、吸収分ASRは、当該工程において補正できる高次成分である。繰り越し分TFRは、次工程に繰り越される高次成分である。   As shown in the figure, the higher-order component is decomposed into a random component RDM, an absorption component ASR, and a carry-over component TFR. The random component RDM is a higher-order component that cannot be corrected, and the absorption component ASR is a higher-order component that can be corrected in the process. The carry-over portion TFR is a high-order component carried over to the next process.

具体的には、前記実施の形態1の図7における補正ターゲット位置PS2と補正ターゲット位置PS3との距離が吸収分ASRであり、補正ターゲット位置PS2と補正ターゲット位置PS1との距離については、繰り越し分TFRとなる。   Specifically, the distance between the correction target position PS2 and the correction target position PS3 in FIG. 7 of the first embodiment is the absorption amount ASR, and the distance between the correction target position PS2 and the correction target position PS1 is the carryover amount. TFR.

また、前記実施の形態2の図14の場合には、該当工程にて補正した高次成分(一点鎖線で示した半導体ウエハ非線形残留値の予測と実線にて示した重ね合わせ検査の残留値との差)が繰り越し分TFRである。吸収分ASRは、該当工程の半導体ウエハ非線形残留値の予測と次工程での半導体ウエハ非線形残留値の予測との差となる。   In the case of FIG. 14 of the second embodiment, the higher-order component corrected in the corresponding process (the prediction of the semiconductor wafer non-linear residual value indicated by the one-dot chain line and the residual value of the overlay inspection indicated by the solid line) Is the carry-over TFR. The absorption ASR is a difference between the prediction of the semiconductor wafer nonlinear residual value in the corresponding process and the prediction of the semiconductor wafer nonlinear residual value in the next process.

重ね合わせ残留は、吸収分ASRと補正の困難なランダム成分RDMの和となり、高次補正の重み付け係数αを0から1に大きくしていくと吸収分ASRが減少し、繰り越し分TRFが増加する。重ね合わせ残留が、重ね合わせずれの許容値を下回る重み付け係数αとすることによって、許容値外れとなる可能性を低下することができる。   The superposition residual is the sum of the absorption component ASR and the random component RDM that is difficult to correct. As the higher-order correction weighting coefficient α is increased from 0 to 1, the absorption component ASR decreases and the carry-over component TRF increases. . By setting the superposition residual to the weighting coefficient α that is lower than the superposition deviation allowable value, it is possible to reduce the possibility that the superposition residual is outside the allowable value.

別の見方をすると、繰り越し分TRFを小さくする処理となるため、次工程では線形補正での追い込みを容易とすることができる。   From another point of view, since it is a process of reducing the carry-over amount TRF, it is possible to facilitate the follow-up with linear correction in the next step.

〈3次補正と重み付け3次補正について〉
デバイス性能を達成するために求められる事項として、「重ね合わせずれ量」≦「重ねずれ許容量」となる必要がある。ここで、理想的に補正された時に残留する、重ね合わせずれ量が残留値であり、常に「残留値」≦「(実際の)重ね合わせずれ量」となる。
<About tertiary correction and weighted tertiary correction>
As a matter required to achieve device performance, it is necessary to satisfy “overlapping deviation amount” ≦ “overlapping deviation allowable amount”. Here, the overlay deviation amount remaining when ideally corrected is a residual value, and always “residual value” ≦ “(actual) overlay deviation amount”.

従って、「残留値」≦「重ねずれ許容量」という状態が達成されるべきである。その前提において、例えば、コンタクトホール形成工程(CONT)のように、下地高次成分が大きく、重ねずれ許容量が、他の工程に比べて小さい工程に対しては、残留値を小さくするために、高次補正による対応を行う必要がある。   Therefore, the condition “residual value” ≦ “overlapping deviation tolerance” should be achieved. In order to reduce the residual value, for example, in a process in which the base high-order component is large and the overlay displacement tolerance is small compared to other processes, such as the contact hole forming process (CONT). Therefore, it is necessary to take measures by high order correction.

そうすると、次工程、例えば、第1配線層形成工程(M1)においても下地高次成分が大きい状態として引き継がれる。ここで、第1配線層形成工程の重ねずれ許容量は、コンタクトホール形成工程よりも緩やかなずれ許容量であるが、高次成分を持った半導体ウエハに対する線形補正での残留値は大きい。そのため、デバイス性能を満たすことができないことになる(重ねずれを許容できない)。   Then, in the next step, for example, the first wiring layer forming step (M1), the ground high-order component is maintained in a large state. Here, the allowable amount of misalignment in the first wiring layer forming process is a gentler allowance than that in the contact hole forming process, but the residual value in linear correction for a semiconductor wafer having a higher-order component is large. Therefore, the device performance cannot be satisfied (overlapping deviation cannot be allowed).

従って、残留値を小さくすることができる3(高)次補正を行う必要がでてくる。これは、残留値を大きく(以下、大)する(線形補正)か、あるいは小さく(以下、小)する(3次補正)かしかできないためである。   Therefore, it is necessary to perform third (high) order correction that can reduce the residual value. This is because the residual value can only be increased (hereinafter referred to as “large”) (linear correction) or decreased (hereinafter referred to as “small”) (third-order correction).

すると、以降の工程でも同様に繰り返すことなり、重ねずれ許容量が第1配線層形成工程よりも緩やかとなる(大)工程まで、高次補正を繰り返す必要が生じてしまう。   Then, the same process is repeated in the subsequent processes, and it becomes necessary to repeat the high-order correction until the (large) process in which the allowable amount of overlap is less than that in the first wiring layer forming process.

高次補正は、多くのアライメントマークを付与して計測する必要があり、スループットの低下を招いてしまい、多くの工程に適用することは生産性を落とすことになる。   High-order correction requires measurement with a large number of alignment marks, which leads to a reduction in throughput, and application to many processes decreases productivity.

以下は、本発明者が検討した高次補正を行う技術であり、いくつかの方法が考えられる。   The following is a technique for performing high-order correction studied by the present inventors, and several methods are conceivable.

まず、第1の技術は、アライメント計測結果を用いて3次補正式を算出するものである。3次補正式を算出するためには、半導体ウエハ上の多くのアライメントマークを測定する(多点測定)必要があり、露光機のスループットが低下してしまう。   First, the first technique calculates a third-order correction equation using the alignment measurement result. In order to calculate the third-order correction formula, it is necessary to measure many alignment marks on the semiconductor wafer (multi-point measurement), and the throughput of the exposure apparatus is reduced.

第2の技術は、はじめの工程は、第1の技術と同様であるが、次工程以降では、アライメントマークの測定数を削減するものである。高次補正式は、はじめの工程において算出したものを用いる。この場合、工程間で補正式(補正係数)を流用するため、複雑なAPC(Advanced Process Control)システムの構築が必要となる。   The second technique is the same as the first technique in the first process, but reduces the number of alignment mark measurements in the subsequent processes. As the high-order correction formula, the one calculated in the first step is used. In this case, since a correction formula (correction coefficient) is used between processes, it is necessary to construct a complex advanced process control (APC) system.

第3の技術は、各工程それぞれで閉じた処理を行うものである。処理条件と検査結果から、最適条件が導きだされ、次に着工するロット(Lot)の処理条件を見直すものである。やはり、この場合も複雑なAPCシステムの構築が必要となる。   The third technique performs a closed process in each process. Optimal conditions are derived from the processing conditions and inspection results, and the processing conditions for the next lot (Lot) are reviewed. Again, in this case, it is necessary to construct a complicated APC system.

このように、いずれの技術においても、全ての工程で高次補正を実施しており、重ね合わせ検査は、多くの点を測定する必要がある。   As described above, in any technique, high-order correction is performed in all steps, and the overlay inspection needs to measure many points.

本実施の形態1〜3においても、はじめの工程での対応は、上記した第1の技術と同じである。異なるのは、重ねずれ許容量が「中」である第1配線層形成工程(M1)などに対して、前述のように残留値を大とするか小とするかではなく、その間の任意の値(以下、中という)にすることである。   Also in the first to third embodiments, the correspondence in the first step is the same as the first technique described above. The difference lies in whether the residual value is increased or decreased as described above for the first wiring layer forming step (M1) or the like where the overlay displacement tolerance is “medium”, and any arbitrary value therebetween Value (hereinafter referred to as medium).

「下地高次成分」−「該当工程で補正する高次成分」=「残留値」であるから、残留値を中程度とするには、第1配線層形成工程(M1)にて補正する高次成分を中程度にする。   Since “underlying high-order component” − “high-order component to be corrected in the corresponding process” = “residual value”, in order to set the residual value to a medium level, the high correction in the first wiring layer forming step (M1). Make the next ingredient moderate.

また、第1配線層形成工程(M1)の次工程、例えば、「第1ビアホール形成工程(V1)の下地高次成分」=「第1配線層形成工程で補正する高次成分」であるので、第1ビアホール形成工程(V1)の下地高次成分を第1配線層形成工程よりも小さくすることにつながる。従って、重ねずれ許容量が「中」である第1ビアホール形成工程(V1)において線形補正を可能とすることができる。   Further, since the next step of the first wiring layer forming step (M1), for example, “the higher order component of the first via hole forming step (V1)” = “the higher order component corrected in the first wiring layer forming step”. This leads to making the base higher-order component in the first via hole forming step (V1) smaller than that in the first wiring layer forming step. Therefore, linear correction can be performed in the first via hole forming step (V1) in which the overlay deviation allowable amount is “medium”.

本実施の形態3に記載された半導体装置の製造方法は、以下に示す処理を有する。   The method for manufacturing a semiconductor device described in the third embodiment has the following processing.

重み付け高次補正式に用いられる係数は、補正できない重ね合わせずれを示す残留値が前記第3のリソグラフィ工程における重ね合わせずれの許容範囲よりも小さくなる数値のうち、前記線形補正式に最も近くなる値である。   The coefficient used in the weighted higher-order correction formula is closest to the linear correction formula among the numerical values in which the residual value indicating the overlay deviation that cannot be corrected is smaller than the tolerance of the overlay deviation in the third lithography process. Value.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

W 半導体ウエハ
CP1 回路パターン
KP1 検査用パターン
AP1 アライメント用パターン
ISO 層間絶縁膜
RST レジスト
RP1 レジストパターン
EXS 露光装置
STG ウエハステージ
AMS アライメントマーク計測部
OPE 演算部
CON 制御部
LEN 露光処理部
W Semiconductor wafer CP1 Circuit pattern KP1 Inspection pattern AP1 Alignment pattern ISO Interlayer insulating film RST Resist RP1 Resist pattern EXS Exposure apparatus STG Wafer stage AMS Alignment mark measurement unit OPE Calculation unit CON Control unit LEN Exposure processing unit

Claims (9)

アライメント検査において計測されたずれ量を2以上の高次補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正し、第1の膜を加工する第1のリソグラフィ工程と、
前記高次補正式に1未満の係数をかけた重み付け高次補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正し、第2の膜を加工する第2のリソグラフィ工程と、
線形補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正し、第3の膜を加工する第3のリソグラフィ工程とを有する半導体装置の製造方法。
A first lithography step of processing the first film by correcting the overlay displacement amount between the layers by approximating the displacement amount measured in the alignment inspection by two or more higher-order correction equations;
A second lithography step of processing a second film by correcting the overlay deviation amount between layers by approximating the higher-order correction formula by a weighted higher-order correction formula obtained by multiplying a coefficient of less than 1;
And a third lithography step of processing the third film by correcting the overlay deviation amount between the layers by approximation by a linear correction formula.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2のリソグラフィ工程と前記第3のリソグラフィ工程との間に、前記高次補正式に1未満の係数をかけた重み付け高次補正式により近似させてレイヤ間の重ね合わせずれ量を補正し、第4の膜を加工する第4のリソグラフィ工程を1以上有する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Between the second lithography step and the third lithography step, the overlay deviation amount between layers is corrected by approximating the higher-order correction equation by a weighted higher-order correction equation obtained by multiplying the higher-order correction equation by a coefficient less than 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising one or more fourth lithography steps for processing the fourth film.
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記重み付け高次補正式に用いられる係数は、
下流工程である前記第3のリソグラフィ工程側に進むに従って小さい値の係数が用いられる半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
The coefficients used in the weighted higher-order correction formula are:
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a smaller coefficient is used as the process proceeds to the third lithography process side which is a downstream process.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記重み付け高次補正式に用いられる係数は、
補正できない重ね合わせずれを示す残留値が前記第3のリソグラフィ工程における重ね合わせずれの許容範囲よりも小さくなる数値のうち、前記線形補正式に最も近くなる値である半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The coefficients used in the weighted higher-order correction formula are:
A method of manufacturing a semiconductor device, which is a value closest to the linear correction formula among numerical values in which a residual value indicating an overlay error that cannot be corrected is smaller than an allowable range of overlay error in the third lithography step.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のリソグラフィ工程は、
コンタクトホール形成工程であり、
前記第2のリソグラフィ工程は、
前記コンタクトホール形成工程のアライメント検査において計測されたずれ量から、重み付け高次補正式の係数を算出する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first lithography step includes
A contact hole forming process,
The second lithography step includes
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a coefficient of a weighted higher-order correction formula is calculated from a deviation amount measured in an alignment inspection in the contact hole forming step.
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のリソグラフィ工程は、
コンタクトホール形成工程であり、
前記第2、および前記第4のリソグラフィ工程は、
前記コンタクトホール形成工程のアライメント検査において計測されたずれ量から、重み付け高次補正式の係数を算出する半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
The first lithography step includes
A contact hole forming process,
The second and fourth lithography steps include
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a coefficient of a weighted higher-order correction formula is calculated from a deviation amount measured in an alignment inspection in the contact hole forming step.
請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記第4のリソグラフィ工程の重み付け高次補正式は、
前記第2のリソグラフィ工程の重み付け高次補正式に用いられる係数よりも小さい値の係数が用いられる半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
The weighted higher-order correction formula of the fourth lithography step is
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a coefficient having a smaller value than a coefficient used in a weighted higher-order correction formula in the second lithography process is used.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記重み付け高次補正式に用いる係数は、
レジストパターンと前工程にて形成された検査用パターンとの相対的な位置ずれ量を測定する重ね合わせ検査に基づいて算出する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The coefficient used in the weighted higher-order correction formula is
A method for manufacturing a semiconductor device, which calculates based on overlay inspection for measuring a relative displacement amount between a resist pattern and an inspection pattern formed in a previous process.
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2、および前記第4のリソグラフィ工程は、
レジストパターンと前工程にて形成された検査用パターンとの相対的な位置ずれ量を測定する重ね合わせ検査に基づいて前記重み付け高次補正式に用いる係数を算出する半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
The second and fourth lithography steps include
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a coefficient used in the weighted higher-order correction equation is calculated based on an overlay inspection that measures a relative displacement amount between a resist pattern and an inspection pattern formed in a previous process.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10119811B2 (en) 2016-03-14 2018-11-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Alignment mark, method of measuring wafer alignment, and method of manufacturing a semiconductor device using the method of measuring wafer alignment

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