JP2793666B2

JP2793666B2 - ステッパの合わせ精度モニタ方法およびその装置

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Publication number: JP2793666B2
Application number: JP1331372A
Authority: JP
Inventors: 正雄坂田; 純中里; 信行入来; 勉岡部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH03194914A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体集積回路製造方法および設備に係り、
特に半導体集積回路のパターンを形成する縮小投影露光
装置（ステッパと略称する）による露光工程での下地と
の合わせパターン重ね合わせ精度を向上させて安定した
素子特性の集積回路を形成するに好適なステッパの合わ
せ精度モニタ方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より半導体集積回路の製造方法および設備におい
ては、シリコンウエハ上に回路素子の回路パターンを順
次に形成してその断面では多層構造となっており、また
平面的には素子間の干渉配線の接続が製造上の重要なポ
イントとされているが、特に微細化が進んで１チップ上
に数100万個以上の素子を形成するには、下層に形成さ
れた素子と接続される上層の配線の位置合わせが製造上
の重要なポイントになっている。この回路パターンの位
置合わせ方法は、半導体製造設備の露光装置とくに縮小
投影露光装置（ステッパ）のアライメント技術として開
発されてきた。しかしステッパ自体のアライメントでは
装置の故障や装置全体の精度劣化があった場合に、実際
には不正確なアライメントをしても装置自体ではそれが
わからず、製造後の素子特性の不良等で初めてわかると
いう問題も多く発生していた。このためステッパとは別
個の検査装置としてアライメント精度を判定する合わせ
検査装置が開発されて実用化されており、このような製
造設備とその加工結果を判定する検査装置との組合せに
より、加工精度の判定を行い半導体を製造している。な
おこの種の方法および装置として関連するものには、例
えば「サブミクロン・リソグラフィ総合技術資料」（昭
和60年、サイエンスフオーラム社刊）の第403頁から第4
12頁に寸法検査等について論じられているものが挙げら
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は製造設備の加工精度の判定とくにステ
ッパの合わせ誤差量が製造上の誤差規格と比べて規格内
か否かを判定するのみで、合わせ誤差が規格外の場合に
ステッパの加工条件を変更して最適の加工条件とする方
法については配慮がされておらず、規格外の合わせ誤差
の場合にはステッパを止めて新たに加工条件を設定する
実験を行わなければならないため、その期間の１日ない
し２日間は半導体集積回路製造設備での製造ができずに
生産性を低下させるという問題があった。

本発明は検査装置で特定された合わせ誤差をもとに合
わせ誤差要因を分析し、ステッパの加工条件の変更項目
とその変更量を算出して、その値をステッパに再設定す
ることを目的としており、さらにステッパの加工条件以
外にも、ステッパ自体を加工可能状態に維持するために
必要な項目の時系列変動や変動量を算出するとともに、
その変更項目を特定するステッパの合わせ精度モニタ方
法およびその装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるステッパの
終わせ精度モニタ方法およびその装置は、合わせ精度検
査装置の合わせ誤差測定データとステッパの加工条件デ
ータを各々の設備から通信により計算機上に転送するこ
とにより、ステッパの加工条件と合わせ誤差測定データ
を計算機上で取り扱え、ここで合わせ誤差測定データの
誤差要因としてのウエハのオフセットとウエハ回転とウ
エハ上のピッチずれと、さらにチップ（ショット）単位
の歪みと縮小率とチップ回転率に分析し、この分析した
各値よりウエハに関連した値とくにウエハ上でのパター
ンずれの主要因であるオフセット量をステッパの加工条
件のオフセット量に変換して、これをステッパの加工条
件の補正値として自動設定できるようにしたものであ
る。

さらに設備自体を加工可能状態に維持する項目とし
て、縮小率や回転等の誤差要因データの来歴を計算機上
で蓄積し、その時系列の変動を出力させることから設備
の状態が如何なる方向に推移しているか、たとえば縮小
率が小さい方向に推移しているのか大きい方向に推移し
ているのかを判定して、設備の調整を行う時期や調整の
項目を決定することを支援できるようにしたものであ
る。

〔作用〕

上記ステッパの合わせ精度モニタ方法およびその装置
は、合わせ誤差の分析には先ず第３図に示すように例え
ば設計上の同心矩形のｎ層とｎ−１層の原点からの各矩
形端の点の位置ベクトルを算出し、それぞれのX,Y方向
のｎ層と下地ｎ−１層とのずれ量をX₂,Y₂の長さの中点
とX₁,Y₂の点との差ΔX,ΔＹとして算出する。このずれ
量は単にX,Y方向の同心矩形中心のずれであって、この
ずれ誤差の要因については分析されていない。そのため
次に第４図（ａ）〜（ｄ）に示すようにX,Y方向の各チ
ップのもつ同一成分のずれ量であるオフセットと、Ｘま
たはＹ方向への規則性のあるピッチずれと、ウエハ回転
によるチップのずれと、ステッパのレンズによる縮小率
の差という成分に分析できる。これには第３図で求めた
ずれ量を用いて各成分のずれ量を定式化し、最小２乗法
で各ずれ成分を算出することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図から第７図により説明
する。

第１図は本発明によるステッパの合わせ精度モニタ方
法およびその装置の一実施例を示す構成図である。第１
図において、ステッパ201と合わせ検査装置202はそれぞ
れのステッパ加工条件データ転送ユニット205と検査デ
ータ転送ユニット204に検査データ・加工条件データ転
送信号線206を介して接続され、さらに加工条件データ
転送ユニット205と検査データ転送ユニット204はデータ
転送線207を介して計算機101に接続される。

上記構成で、半導体集積回路の製造設備において製造
するウエハがステッパ201に着いた場合に、その第１の
ウエハの露光作業を行い、その後に現像・ベーク工程を
経て、合わせ検査装置202でステッパ201による加工状態
すなわち下地との合わせ精度が製造上の規格内であるか
否かを判定する。その判定においてそのウエハでの合わ
せ誤差が規格誤差より小さければ、従来はそのまま製造
を続けるのみであった。これは次の第２図に示した判定
処理の項目の内容に相当する。しかし本発明によれば次
の第２図に示すように判定して合わせ誤差が規格誤差よ
り大きい場合には、合わせ誤差要因の分析によりステッ
パ201の加工条件として変更する値を算出して再設定で
きる。

第２図は第１図のステッパの合わせ精度モニタ方法の
第１の実施例のフロー図である。第２図において、ウエ
ハのステッパ201と合わせ検査装置202での加工作業と合
わせ検査後に、計算機101はステッパ201の加工条件デー
タと合わせ検査装置202の加工結果データすなわち合わ
せ検査データを受信して取り込み（ステップ2a）、ここ
で合わせ検査データに対し合わせ誤差上での要因に分析
を行ない（ステップ2b）、合わせずれ誤差と製造規格誤
差の判定を行なう（ステップ2c）。この判定で合わせず
れ誤差が製造規格誤差より小さい場合には製品製造を続
けるが、合わせずれ誤差が製造規格誤差より大きい場合
には合わせずれ誤差要因のオフセットの変更量を算出し
て（ステップ2d）、そのオフセット量をステッパ201の
加工条件として再度ステッパ201に設定する（ステップ2
e）。これによりステッパ201の再設定が行なわれて、そ
の加工条件で加工される第２のウエハの合わせ精度は製
造規格内になることになる。

第３図は第２図の合わせずれ量の算出原理図である。
第３図において、ウエハのステッパ201での加工結果の
合わせずれ量の算出方法は、例えば設計上では同心矩形
パターンのｎ層とｎ−１層の原点０からの各矩形端の点
の位置ベクトルを算出し、それぞれのＸ方向とＹ方向の
単純なｎ層と下地（ｎ−１）層の合わせずれ量をX₂の長
さの中点とX₁の長さの中点の差ΔＸとY₂の長さの中点と
Y₁の長さの中点の差ΔＹとして算出する。これは単なる
X,Y方向のみのずれ量であるが、本発明によればこの合
わせずれ誤差の要因について第４図のような分析を行な
う。

第４図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第１図の合
わせ誤差要因の分析原理図である。第４図（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）において、第４図（ａ）のウエ
ハのオフセットというX,Y方向の各チップのもつ同一成
分のずれ量と、第４図（ｂ）のピッチずれというＸ方向
またはＹ方向への規則性のあるずれと、第４図（ｃ）の
ウエハの回転によるチップのずれと、第４図（ｄ）のス
テッパのレンズによる縮小率の差というような誤差成分
に分析できる。これらは第３図で算出した合わせずれ量
を用いて各成分のずれ量を定式化し、最小２乗法で各ず
れ成分を算出することにより簡単に求められる。

上記のように第１図の実施例によれば、合わせ精度誤
差の要因分析により製造プロセスに起因しないでレチク
ル（マスク）の種類や寸法規格等に関係しない装置起因
の合わせ誤差要因も分析できる。なおこの要因は従来で
も単純な計算や間接的な測定等により検出することはで
き、その都度の検査において装置の稼動可能範囲の値で
あれば作業をその後もそのまま行っていたが、しかし、
この場合も装置の一時的な状態把握のみで次にどう推移
するかの判定はできなかった。本発明によれば、この装
置起因の合わせ誤差要因も分析でき、さらに計算機101
によりその装置の各合わせ誤差要因の来歴の管理をも可
能にする。

第５図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），
（ｆ）は第１図の装置起因の合わせ誤差要因の分析値と
累積和の変化例のグラフである。第５図（ａ）〜（ｆ）
において、第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ縮
小率（倍）^-1,ピッチずれ（μｍ），回転（deg′）の合
わせ誤差要因の分析値の日付けによる変化を示し、第５
図（ｄ），（ｅ），（ｆ）はそれぞれの合わせ誤差要因
の累積和の日付による変化を示す。第５図（ａ）〜
（ｆ）に示すように通常の測定値による合わせ誤差要因
の分析値ではその値の変化方向は不明であるが、その測
定値を用いて合わせ誤差要因の累積和法等の統計処理に
よる解析をも行えるので、合わせ誤差要因の大小の変化
方向等を把握することができ、これより人手による装置
の調整も次の第６図のように可能である。

第６図は第１図のステッパの合わせ精度モニタ方法の
第２の実施例のフロー図である。第６図において、合わ
せ誤差要因分析後に、計算機101は合わせ誤差要因のデ
ータを蓄積し（テスップ6a）、このデータより合わせ誤
差要因の来歴の解析を行ない（ステップ6b）、この解析
から誤差要因の変化の傾向を把握して（ステップ6c）、
装置起因の誤差要因の変化の傾向が規格を越えるか否か
の判定を行なう（ステップ6d）。ここで誤差要因の変化
の傾向で規格を越えるものがなければ製品の製造を続け
るが、その傾向で規格を越える項目があっても従来は全
くどの項目か判定できなかったが、本発明により一目で
どの項目がおかしいのかを判定して装置の調整を行なう
ことができ（ステップ6e）、調整の合否判定後に（ステ
ップ6f）、製品製造を行なえる。

第７図は本発明によるステッパの合わせ精度モニタ方
法およびその装置の他の実施例を示す構成図である。第
７図において、多数台のステッパについての合わせ精度
モニタ方法およびその装置の実施例を示し、第１図と同
一符号は相当部分を表わす。上記構成で、ｎ台のステッ
パ201−１〜201−ｎの加工結果の検査を合わせ検査装置
202で行ない、その検査データを計算機101で管理する。
計算機101の機能は第１図の実施例について第２図ない
し第６図に示したものとほぼ同様であるが、ｎ台の装置
を一度に管理することによって同一機種間の差や同一機
能の異機種間の差が管理できることなり、設備改良等の
別個の指示内容を算出することもできる。

上記実施例において、ステッパの加工設定条件の補正
値などの出力により、半導体製造方法を支援することが
できる。またステッパの加工設定条件の補正値などをス
テッパに送信して設定することができる。さらに合わせ
精度誤差要因の分析手段を合わせ検査装置に組み込ん
で、そのステッパの加工設定条件の補正値などをステッ
パに出力する構成にすることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体製造設備におけるステッパの
加工条件と加工状態検査結果を把握することができるの
で、ステッパでレチクル換えの都度に行っていた試行回
数を半減することができ、ステッパの稼動率を15％程度
向上できるとともに、スループットが向上できて製品の
完成までの期間を短縮できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるステッパの合わせ精度モニタ方法
およびその装置の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図のステッパの合わせ精度モニタ方法の第１の実施例の
フロー図、第３図は第１図の合わせずれ量の算出原理
図、第４図（ａ）〜（ｄ）は第１図の合わせ誤差要因の
分析原理図、第５図（ａ）〜（ｆ）は第１図の合わせ誤
差要因の分析値を累積和のグラフ、第６図は第１図のス
テッパの合わせ精度モニタ方法の第２の実施例のフロー
図、第７図は本発明によるステッパの合わせ精度モニタ
方法およびその装置の他の実施例を示す構成図である。 101……計算機、201,201−ｆ〜201−ｎ……ステッパ、2
02……合わせ検査装置、204……検査データ転送ユニッ
ト、205……ステッパ加工条件データ転送ユニット、206
……検査データ・加工条件データ転送信号線、207……
データ転送線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡部勉東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献特開平３−185807（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造設備の縮小投影露光装置である
ステッパの加工設定条件と、ステッパで加工した半導体
集積回路パターンの合わせ精度を検査する合わせ検査装
置言の検査結果とを受託する計算機により、上記検査結
果の合わせ精度誤差要因を分析して、ステッパの加工設
定条件の補正値を出力するとともに、上記合わせ精度誤
差要因を分析した結果のステッパに起因する合わせ精度
誤差要因を蓄積して、ステッパで加工した半導体集積回
路の加工時のステッパ状態の合わせ精度誤差要因の推移
を出力することを特徴とするステッパの会わせ精度モニ
タ方法。
【請求項２】ステッパを複数台とし、個別ステッパの合
わせ精度誤差要因の推移を個別ステッパ間で比較して、
個別ステッパ固有の加工特性を出力することを特徴とす
る請求項１記載のステッパの会わせ精度モニタ方法。
【請求項３】半導体集積回路の製造に際し、少なくとも
加工設定条件の補正値の出力によって、半導体集積回路
の製造を支援することを特徴とする請求項1,2の何れか
に記載のステッパの会わせ精度モニタ方法。
【請求項４】半導体集積回路の製造に際し、ステッパの
加工設定条件で下層の加工を行い、次の上層の加工工程
での露光の際に上記下層との合わせ精度誤差要因を分析
して、ステッパの加工設定条件の補正値を出力すること
によって、上記上層のステッパの加工条件の設定を支援
するとともに、上記合わせ精度誤差要因を分析した結果
のステッパに起因する合わせ精度誤差要因を蓄積して、
ステッパで加工した半導体集積回路の加工時のステッパ
状態の合わせ精度誤差要因の推移を出力することを特徴
とするステッパの会わせ精度モニタ方法。
【請求項５】半導体製造設備の縮小投影露光装置である
ステッパの加工設定条件を送信する送信手段と、ステッ
パで加工した半導体集積回路パターンの合わせ精度を検
査する合わせ検査装置の検査結果を送信する送信手段
と、上記２つの送信手段からの送信データを受信する受
信手段を有する計算機とから成り、上記計算機では受信
データとしての上記検査結果の合わせ精度誤差要因を分
析し、その分析結果に基づいてステッパの加工設定条件
の補正値を算出し出力する構成であることを特徴とする
ステッパ合わせ精度モニタ装置。
【請求項６】ステッパの加工設定条件の補正値を計算機
よりステッパに送信する送信手段と、ステッパが該送信
データを受信する受信手段と、該受信データをステッパ
に設定する手段とを有することを特徴とする請求項５記
載のステッパの合わせ精度モニタ装置。
【請求項７】計算機の合わせ精度誤差要因を分析する機
能を合わせ検査装置に組み込み、合わせ精度誤差要因に
基づくステッパの加工設定条件の補正値をステッパに出
力する機能を有することを特徴とする請求項５記載のス
テッパの合わせ精度モニタ装置。