WO1997034319A1

WO1997034319A1 - Fabrication de composants a semi-conducteur

Info

Publication number: WO1997034319A1
Application number: PCT/JP1996/000542
Authority: WO
Inventors: Hidetoshi Satoh; Yoshinori Nakayama; Masahide Okumura; Hiroya Oota; Norio Saitou
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1997-09-18
Also published as: US6159644A; JP3854640B2; EP0895279A1; EP0895279A4

Description

明細香

半導体素子製造方法

技術分野

本発明は半導体素子製造方法に係り、特に露光方法において紫外光による縮小投影露光法と電子ビーム描画方法を混用して使用する際の合わせを向上する半導体素子製造方法に関する。

背景技術

半導体素子の高柒積化に伴い、微細化が進んでいる。特に、 ®近の大規模柒積回路（L S I ) では素子の配線の寸法やホールと呼ばれる素子の/ S間を導通する穴の寸法力 ^f0.3 m以下になつてきている。このため、半導体素子製造工程及び製造装置も高桨積化 ·微細化に対応していく必要がある。

半導体素子製造工程の中でも、これまで主として紫外線を光源とした縮小投影露光法が使用されていた露光工程では、光源の短波長化により解像性の向上を図ることで微細化に対応してきた。ところが、 0.3；/ m以下の寸法に対しては光源の短波長化も限界に近づいている。そこで、位相シフトマスクや変形照明法などを使用して従来の解像限界を越えようとする技術も開発されている。しかし、 0.2 m レベルのホールバタンに対しては、現状の光露光技術では解像が困難である。

—方、電子ビームを利用した露光方法の量産レベルでの使用が検討されている。 IS子ビーム露光は、解像性に便れ、 0.2 ^ mレベルのホールパタンの形成が容易である。しかし、従来の ¾子ビームによる露光法は、スボットビームや可変成形ビームを使用したいわゆる一筆誊きの露光方法である。このため、縮小投影露光装齄を使用した光露光に比べスループッ卜が 10以下であり、単位時間当たりのゥエーハ露光枚数が少なかつた。この理由により、 L S I量産製造での使用はー投的ではなかった。しかし、最近では電子ビーム描画においても一括転写法やプロック露光法といった 5 _Λ m角程度の範囲を一度に露光する方式が開発され、ゥエーハ処理時間の向上が図られた。このため量産製造での使用が検討されてレ、る。

そこで、半導体製造工程の露光工程において、〖線、 KrFエキシマレーザなどを光源とした従来からの縮小投影露光法と電子ビーム露光を混用して層ごとに使い分け、半導体の高柒積化、微細化に対応する方法の検討が行われている。特に、光での解像が困難となってきホール扇は、他の配線餍などに比べ、 ^子ビーム露光での描画ショット数が少ないため、スループットが高い。このため、電子ビーム露光法をホール層で使用することは生産性の面からも有効であると考えられている。

半導体製造工程中で露光工程は複数あり、ゥェ—ハ上で露光工程ごとにバタンが重ねられて半導体素子を形成していく。この露光層間での上下のパタンの相対位置が規定されている。この相対位置の精度は合わせ精度と呼ばれ、すでに露光、エッチングされた下地パタンを基 ¾1として、今回露光されたバタンの下地基準層からのずれ量で定義されている。露光工程での光、電子ビームの混用を行った場合、パタンの解像性の問題が解決できても、各餍のバタン同士の合わせ（ァライメント）精度は、寸法の微細化に従つて厳しくなることに変わりはない。通常、この合わせ精度は最小寸法の 1/3程度が必要であり、バタン最小寸法 0.2 mの工程では合わせ精度は 0.07 m以下となる。この合わせ精度は露光工程に依存しているため、合わせ技術は露光技術の重要な要素である。露光時の合わせ方法では、前層で露光され、エッチングされた合わせ用マークの位置を検出し、露光すべきチップの位置シフト、回転、倍率などを下地ノヽ'タンに合わせて露光を行っている。この合わせ方式は大きく分けて、ゥエーハ内各々のチッブごとにあるマークを検出し、各チッブ毎に露光するチップァライメント方式と、ゥエーハ内の所定の数のマークのみを検出し、ゥエーハ全体のチップの配列惰報を決定する統計処理ァライメント方式がある。

光と電子ビーム混用露光に関し、合わせ精度を明記した例として特開昭 62- 14927号公報がある。この例では、光縮小投影露光装置で露光した時に生じるレンズ歪みを求め、電子ビーム描画装置で露光する際に補正するものである。また、特開 62-229830号公報では光縮小投影露光装置でテストパタンを露光した時に生じるレンズ歪みを^子ビーム描画装置で測定し、その測定値を記億し、実際のパターン描画時に子ビーム描画装置で補正し、合わせ精度の向上を図ろうとするものである。これらの例では、いずれも光を使用した縮小投影露光でバタンを ¾子ビームで露光する際に補正しようとするものであった。発 ¾の開示

合わせ精度は、基^となる層、露光した層それぞれでの露光後のバタン位置の設計位置からの誤差が加箕されたものであり、設計位置からの誤差とは露光されたバタンのゥエーハ面内での位置ずれ誤差に等しい。上述した従来技術では、光による基^壩露光時のレンズ歪みによる位置ずれ誤差のみを検出し、その後の電子ビーム描画時に補正している。このため、補正データの領域も光縮小投影装置の 1回の転写領域である 20mm角を単位とし、 ¾子ビーム描画装置では光縮小投影露光装置の転写の操り返しに合わせて、補正を行なっていた。ところが実際には、 1 ) 電子ビーム描画装置起因での位置ずれ誤差がある。 2 ) 光縮小投影露光装置でもレンズ歪み以外の位置ずれ誤差がある。よって、 ^子ビーム描画装置、光縮小投影露光装置、ぞれぞれの位置ずれ誤差を個別に考慮した補正を行わない限り、合わせ精度は向上できない。特に、ァライメント方法に統計処理ァライメント法を用いた場合、ァライメントマーク位置以外での位置ずれ誤差は補正できないので、合わせ精度が低下することは避けられない。この装置固有に生じる位置ずれ誤差は、ゥエーハ面に対して比較的ゆつくりとした変化を持つことに特徴があり、ゥエーハ面内 lmmの位置変化に対して位置ずれ誤差の変化量は ± 0.05 mである。

この位置ずれ誤差の内容は、偶然誤差と系統誤差に分類できる。ここで、偶然誤差は、露光装置の短時間での安定性と閬連がある。また、系統誤差は再現性がある誤差であり、誤差には明確な原因がある。パタン位置ずれ誤差の内で系統誤差が露光装置に依存して異なる要因は、次の 3 点が代表的である。

1) ゥェ一ハ保持面の違いによるゥエーハのたわみ。

2) ステージ上干渉計のミラー形状、非直交、非直線性。

3) ステツパのレンズ歪み。

次に上で述べた 3点の系統誤差による位置ずれ誤差の要因について説明する。

第、 4図に示すように、ゥェーハは露光装置のステージ上でゥエーハ保持体 9の吸着面に倣って吸着保持された状態で露光される。このゥエーハ保持体 9はゥェ一ハチャックと呼ばれる。ゥエーハ保持体 9は、大気圧との圧力差による真空吸着する方法と、ゥエー八と^極間に誘電体膜を挟んで電圧を印加し静¾吸着する方法とがある。縮小投影露光法の露光装 {£ (ステツパ）では真空吸着を使用している例が多く、 IE子ビーム描丽装置などの真空中で露光が行われる装置では静吸着を利用している。しかし、いずれの方法でも吸着面は機械加工面であるため、理想的な平面とすることはできない。このため、ゥエーハは反りを持った形状で露光されることになる。この反りによって、第 4図に示すように被露光面であるゥエーハ表面の位置が変化する。この位置変化！:は式 1で示される。厶 X 厶 y

d d d d κ K ^ ^

Δ x ： X方向への位置変化量

A y ： y方向への位置変化量

t ：ゥエーハ厚さ

x方向への微分値 γ方向への微分値

例えば、ゥエーハ厚さ t力 600 m、点 Pにおいて図中 X正方向へ向かつて l m mで 0.1 ^ mだけ下がる傾斜（式（1 ) での微分値は 1.0 X 10 ) がゥエー八のそりで生じるとき、ゥェ一ハ表面の位置変化厶 Xは 0.03 mとなる'。現状の光ステツパだけの露光工程から、光ステツパ、電子ビーム露光装置を混用した露光工程となった場合、異なる吸着面での露光が必ず行なわれる。このため、露光装置が異なった場合には、上の例で示したゥエーハのそりもゥエーハ内位置に依存して異なる。そこで、同一ゥエーハでも、光ステツバ上でのバタン位置ずれ誤差と電子ビーム描画装置上での位置ずれ誤差は異なる値である。また、霜子ビーム描画装置では、パレトと呼ばれる板状の移動可能な物体に静電チヤックが備えられている。この場合、パレットがゥエーハ保持体となっている。このパレツトカ？1台の装置に複数枚備えられている。このため、ノ、'レツトが異なる場合でも、パタン位置ずれ誤差が異なるという問題が生じる。

つぎに、ステージ上の干渉計ミラーによるバタン位置ずれ誤差を説明する。露光装ではゥエーハが載っているステージ 3 1を移動させながら露光していく。このステージは基本的には X、 Yの直交 2軸方向での移動をする。この時の移動量は、第 5図に示すようにステージの移動方向に平行な面をもつ 2つのミラー 32上で反射したレーザ光 33と、基準.ミラー面 34で反射したレーザ光とを干渉させ、ステージ移動距離を干渉計 35により求めている。この干渉計の分解能は、 0.001〃 mから 0.0 1〃 m程度と非常に精密である。また、ミラー面はゥエーハの直径以上が必要であるため、 200mm以上の長さがある。いま、合わせ精度は 0.05 m程度を対象としているが、露光装置のミラーの形状を 200mm以上にわたつて直交度あるいはたわみによる非直線性を 0.05 m以下に保証することは、機械加工、組立誤差の点から極めて困難である。しかし、この 2つのミラーの形状誤差は、第 5図に示す直線バタン 36の露光の例でも分かる様に、位置ずれ誤差になる。

さらに、縮小投影露光装置では光学レンズによつてマスク上のバタンを投影しているため、たとえマスク上のバタンが理想的に誤差なしで作製さ'れていても、露光面ではレンズの収差による歪みが生じる。レンズ歪みは電子ビーム描画装置にはない位置ずれ誤差なので、光と電子ビームを混用する際には、そのまま合わせ誤差となる。この量は現状の露光領域 22mm角のステツパでは 0.04 m以上である。

以上、ステツバ、電子ビーム混用露光ではそれぞれの装置あるいはゥエーハ保持体ごとにバタン位置ずれ誤差の系統誤差が異なることは明白である。さらに実際の S光後の位置ずれ誤差には、上述した系統誤差分の他に偶然誤差分が加わり、描画後の合わせ誤差の分布は、さらに復雑なものになる。このため、系統誤差を琼因別に評価し、分離 '補正することは困難である。

このバタン位置ずれ誤差による合わせ度 ®下の過程を説明する。ここではステツパで露光されたバタンを下地層の基^として、その上層に ¾子ビーム描画装置で、露光する工程を想定する。ァライメントはスループットが高い統計処理ァライメント方式により行なう。この統計処理ァライメントは、ゥエーハ内の 5点から 50点以内の点のマーク位置を検出し、その位置データから、ゥエーハ內のすべての露光位置を決定する方式である。第 11図（a)を用いて、統計処理ァライメントの例を示す。第 11図 (a) に示す様な、ゥエーハ内下地 igで作製されたマーク 55を検出し、これら検出データの座標（Xi, Yj) (l^i≤N, l≤j≤N、 i, jは整数）の設計データ座標（Xdi, Y dj) からの差（厶 Xi,厶 Yj) (l≤i≤N、 l≤j N、 i, jは整数〉を作製し、式 2から式 3に示す未定係数 a0から a3、 b0から b 3を ¾小ニ染法によつて求め、設計座標から露光時のバタン位置座標を表わす式 4から式 5を決定する。厶 Xi - Xi - Xdi - a 0 + a 1 ' Xi + a 2 · Y j + a 3■ Xi · Y ( 2 )

AYj =Yi -Ydi = b0 + bl -Xi+ b2 - Yj+ b3 ·Χί· Y (3)

X - 厶 X + Xd= a0+ a 1 · X+ a2 · Y+ a3 · X · Y + (4 )

Y= AY+Yd- bO+ bl ·Χ+ b2 · Y+ a3 · X · Y + Yd ( 5 )

そして、露光時にはこの式 4と式 5により、各パタン設計座標から露光位摞（X, Y)が計算され、露光を行なう。しかし、このマーク検出データ座摞は、下地マークを作製した際のパタン位置ずれ誤差と、マーク検出時の電子ビーム描画装置のパタン位置ずれ誤差の 2つが加算された状態である。このため、第 11図（b) に破線で示す棣に式 4と式 5によるゥエー八面内の座標は、配列誤差を含んでいる。さらにマーク検出された以外の点でのパタン位置ずれ誤差は、式 4と 5とは無閲係に存在する。以上の説明から、この状態で露光されたパタンの合わせ精度が、低下することは明らかである。

特に、パタン ¾小寸法 0.2 mの工程に適用されるステツパ、電子ビーム露光装置がそれぞれ自分自身で作製したマークを基準にァライメントを行なつて露光する時の合わせ精度が仕様の 0.07； m以下になつていても、上述した理由により混用して露光する際には、合わせ精度の仕様は満足できない。

以上、説明したように本発明の目的は、光を用いた縮小投影露光法と電子ビームを用いた露光法を混用して半導体素子を製造した場合に起きるゥエーハ面内バタン位置ずれ誤差の装置ごとのパタン位置ずれ誤差の違いを無くし、合わせ賴度の向上が可能となる半導体素子製造方法を提供することにある。特に、本発明は実際の半導体製造工程で多く行なわれる光縮小投影露光装置で露光したバタンを基^として、その上層に^ 子ビーム描丽装置でバタンを露光する際に有効な手段を提供する。

上記踩題は以下の手段により解決できる。

光による縮小投影露光では、 1回の露光で通常 10 m mから 20 m m角程度の範 ®を露光する。このときの 1回の露光では回転、倍率が補正できるだけである。しかし、電子ビーム描画装置ではショットとよばれる 1回の露光は大きくとも 5 //. m角程度であり、すべてのショットは 1回毎に傭向器で位置決められる。このため、ショット毎にビーム照射位置の補正が可能である。そこで、本発明では露光装置ごとあるいは^子ビーム描画装置のゥエーハ保持体毎にゥエー八面内でのバタン位置ずれ誤差を測定し、その正負 ©符号を逆転した値をその点での補正データとして記憶しておき、 ^子ビームでの露光時に補正をすることによつて装置起因のバタン位笸ずれ誤差を低下させるという手段を用いる。この結果、合わせ精度の向上が可能となる。

本発明の方法を実現するには、次の手順が必要である。先ず、光ステツパ、電子ビーム描画装置を含んだ工程中の全ての露光装置で、予め備えておいた 2点のマーク位置 5 6を基準に、ゥエーハ面内に一定間隔で多数のパタンを露光する（第 6図（a)) 。この予め備えてあるマーク 56は、露光とその後の座標測定の際にゥエーハの回転とシフトを合わせるための基準であるが、このマークの位置関係は明確である必要はない。そして、 1台の座標測定機によ .り、それぞれの露光装置で作製されたバタン位置をすべて測定する。そして、各露光装置で作製されたパタン位置の測定値とバタン設計座標をあてはめ、位置からのずれ量を求める。座標測定機で測定した時のパターン設計データからのずれ量が位置ずれ誤差である。このとき、各露光装置と座標測定機間でのゥエーハの回転は、予め備えておいた 2点のマーク位置の位置により、保証される。そして、ある点での位置ずれ誤差をその周囲の点で平滑化し、平滑化された各点での誤差値の正負の符号を逆転することで補正データとし、これを記慷しておく。そして、基 ¾ である下地種のパタン形成に使用されたステツバでの補正データを電子ビーム描西装置に転送する。子ビーム描画装置では、露光に先立ちァライメント動作を行なう。ァライメント動作で検出されるマーク位置は、実際の位置にステツバ起因の位置誤差と電子ビーム起因の位置誤差が加算された値となっている。そこで、検出されたマーク位置に対して、ステツバのバタン位置ずれ誤差の補正値と電子ビーム描画装置のバタン位置ずれ誤差の補正値を加算する。加算後のデータは露光装置起因の位置ずれ誤差を含まないため、各点問の配列は設計データによる位置になる。そこで、この加算後のマーク位置に対して、式

( 2 ) から（5 ) を使用して露光すべき全てのパタンの位置を決定する。そして、実際の電子ビームによる露光時には、すべての露光パタンに対してステツバ、電子ビーム描画装置の補正データ分だけ差し引き、各露光バタン位を電子ビーム描画装上での実際の下地バタンの位置に合わせて露光する。

以上説明した方法を施すことによって、ステツパによる縮小投影露光と電子ビーム描画装置を半導体製造工程で混用した場合でも、 0.2 m以下のバタンでも解像性、合わせ精度を満足する露光方法を提供できる。さらに、課題では、合わせ誤差の要因を 3つ示したが、これらは代表的なものであり本発明の方法はこれ以外の合わせ精度低下の原因となる系統誤差をすべてが補正可能である。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の半導体素子製造方法を示す。

第 2図は、バタン位置ずれの測定データの形式の例を示す。

第 3図は、ある点とその周囲でのバタン位置ずれの測定データ形式の例を示す。

第 4図は、チヤック面の形状によるゥエーハ内の位置ずれの説明図。第 5図は、露光装置 X Yステージと干渉計ミラ一起因で位置ずれが生じることを示す図。

第 6図は、ゥエーハ内位置ずれ測定のためのバタン位置と位置ずれ誤差の分布を示す図。

第 7図は、本発明の方法による統計処理ァライメント時の位置ずれ補正の方法を示す図。

第 8図は、本発明の半導体製造方法を実現する ¾子ビーム描画装置の怫成を示す。 ~

第 9図は、本発明の半導体製造方法を実現する ¾子ビーム描画装置内の制御装歷を示す。第 1 0図は、本発明の半導体素子製造方法を示す。

第 1 1図は、統針処理ァライメント時のゥエーハ面內マーク座標位置を説明するための図。発明実施するための最良の形態

本発明では、ステツバによる縮小投影露光と電子ビーム描画装置を半導体製造工程で混用した場合でも、 0.2； m以下のパタンでも解像性、合わせ精度を満足する露光方法を提供することを目的としている。

以下、図面を用いて具体的に本発明の半導体製造方法を説明する。

第 1 図は本発明の半導体製造方法のフローを示した図である。まず、半導体製造工程で使用されている光縮小投影露光装置（ステツパ）、電子ビーム描丽装置の双方で、位置ずれ測定のパタンを露光する（第 1図：工程（a) )。このときには、第 6図（a)に示す予め備えておいた 2点のマーク位置 56を基に、露光装置の座標でバタンを露光する。露光されるバタンの設計上での配置は第 6図 (a)に示されている。このパタンは、ゥエーハ面内で位置ずれが測定可能なマーク 51を一定間隔で格子状に配置している。第 6図（a)のゥエーハ 5内に直線が交差するすべて点に、マーク 5 1 を配置している。このとき、ステツバでの露光にはパタンの原図であるマスクが必要である。このマスク内のバタンの位置誤差が系統誤差として、露光後の測定に重 Sされてしまう。しかし、マスク内バタンの位置ずれ精度は、 120mm角の領域にバタンがある 0.2 mパタン用マスク全面で 0.04 m程度であり、かつステツバで 1 /5に縮小転写されるので、合わせ精度の 0,07 ^ mに比べ小さく無視できる。

そしてそれぞれの露光装置で露光されたゥエーハを現像し、さらにはエッチングした後、基準となる 1台の座標測定機で、ゥエーハを 1枚づつかつ全てのマーク位置の座標測定を行う（第 1図：工程（b))。このときの座標測定では、第 6図（a)に示す 2点のマーク位置 56によって、ゥエーハの回転、位置を合わせている。この測定結果から位置ずれ誤差が求められる。この位置ずれ誤差の分布の例を第 6図 (b)に示す。第 6図（b)では、ゥエーハ内にある N X X N y点のマークの測定結果の例をバタン設計時の位置からのずれとして太線で示している。第 2図は、この測定結果をゥエーハ內にある N X X N y点のマーク設計座標（X 、 Y m ) ( 1≤t ≤N x , 1≤m≤N y mは整数）に応じて位置ずれ誤差を（Δ Χ ^πκ Δ Y ^m) として示している。

この測定結果には、ゥエーハにマークを露光をしたときの装置のもつ位置ずれ誤差と、座標測定機のもつ位置ずれ誤差が加算されている。しかし、本発明で問題としている位置ずれの値に比べ、位置測定精度が一桁高い性能を持つ測定機を使用しているため、問題にはならない。

また、 N X X N y点での位置ずれ測定データ（厶 X m、厶 Y m ) には、露光装置のバタン位置ずれ誤差の系統誤差と偶然誤差の双方の成分を含んでいる。本発明は、このうち系統誤差を補正してステツバ、 ¾子ビーム描画装置混用の露光での合わせ精度の向上を図ることを目的としている。このため、系統誤差を補正するデータには偶然誤差を含めないことが望ましい。そこで、第 3図と式 6 と式 7に示す方法によって、位置ずれ補正データの平滑化を行い、偶然誤差の低減を行なう。なぜなら、偶然誤差は、周囲の測定データ間でもばらつきがある。しかし、系統誤差は、装 S固有のくせに起因し、パタン位置依存で再現性がある。このため、周囲のデータ問での変化は、小さい。そこで、周囲のデータと平滑化することで、偶然誤差の影を低減し、系統誤差のみを取り出すことが可能なる。 ι.

(p-1) - 厶 X，m+2I厶 Xij

W-l.

厶 XS , m - (6)

P + 8

1.

m+1

(p-l) -厶 Y，m+∑l厶 Yij

厶 YS m- (7)

P + 8

(p>0)

この第 3図の例では、座標（X Ym) での位置ずれデータ（厶 XS m、 AYS ni) に対してその点と周囲の 8点での位置ずれ測定データを用いて、平滑化を行い、平滑化位 Sずれデータ（厶 XS m、厶 YS m) を作成している（第 1図：工程 (c))。

そして、式 8と 9に示す様に、この平滑化位置ずれデータ（AXS^m、厶 YS m〉の正負の符号を反転させ、座標（X Ym) における位置ずれ補正データ（ΔΧ m、 Δ YC^m) とする（第 1図：工程（d))。ェ程 (c)と工程（d)は、座標測定機から位置ずれデータの転送を受けた各露光装置内の計算機、あるいは各露光装置とデータ転送可能な計算機によつて計算される。

ΔΧ(^πι = -ΔΧ5Λπ» (8)

厶 Yam- -厶 YS , m (9)

この各点の座標（ΧΛ Ym) とこれらに対応する位置ずれ補正データ

(厶 XC m、 Δ YC'^m) を製造工程内の各露光装置で記憶する、あるいは工程を管理していて各露光装置間とデーダの通信が可能なコンビユー夕へ転送し、記憶する。（第 1図：工程 (e))

次にステツバで作製されたマークパタンを基 ¾ に、その上屠に ¾子ビーム描丽装置でバタンを露光する際の本発明の合わせ精度のための補正方法と効果について述べる。

先ず、ステツバの位置ずれ補正データ Sa ( i, Ym、 A XCaZm、厶 YCai) ( 1 ≤i≤N x , 1 ≤ m≤N y ：、 mは整数）と、今回の露光で使用する電子ビーム描画装置の位置ずれ補正データ S b (Χ Ym、厶 XCb m、厶 YCWm). を電子ビーム描画装置の制御計算機へ転送する。露光工程では、ァライメント時間がかからない統計処理ァライメントを使用する。すなわち、第 7図 (a)に示すような例では、ステツバで露光されパターン化された 9つのァライメントマーク 55の位置を検出する（第 1図：工程 (f)) 。このときに、電子ビーム描画装置で検出されたマーク位置 (Α"〜Γ)の座標（Xa"， Ya")~ (Xi"， Yi")は、第 7図（b)に示すようにパタン設計値から決まるマーク位置 (A〜ひの座標（Xa, Ya)~ (Xi， Y りとは異なっている。なぜならマークを作製した時のステツバでの生じる位置ずれと、今回の露光で使用する電子ビーム描画装置で生じる位置ずれの両方を含んでいるからである。そこで、電子ビーム描画装置では位置ずれ補正データ S b (A XCbZm、 Δ ΥΟ^πι) 、及びステツバの位置ずれ補正データ Sa (厶 XCa m、厶 YCa の中から、測定されたマーク位置に対応する値を読みだし、各々のマーク位置に対して、それぞれの位置ずれ補正値を加算する（第 1 図：工程（g)) 。この位置ずれ補正値を加算する様子を第 6図 (c)に示す。ここで、点 P" が点 (Α"〜Γ)を代表し、点 Ρがバタン設計時のマーク位置 (Α〜Ι)を代表している。そして、点 Ρ での ¾子ーム描画装置での位置ずれ補正値（A XCbp"、 Δ YCbp") を破線のベクトルとして表示している。よって点 P，は、電子ビーム描画装置で生じる位置ずれ量を補正した位置である。さらに、マークを作製した時のステツバで生じる位置ずれ補正値（ A X C a p '、 Δ Y Cap' ) を実線のぺクトルとして表示している。このような補正を行うことで、理論的には点 A"〜：！ "はバタン設計時のマーク位置ずれ（A〜I) に炅すことができる。実際には、検出マーク位置にステツバ、電子ビーム描画装置双方の位置ずれ補正値を加算した座標する。そして、この 2つの装置の位置ずれ誤差を加算した位置座標で、式 2から式 5 を使い、最小二乗近似による近似多項式を作成し、露光時のゥェ一ハ面內座標を表す式を算出する。そして、式 4 と式 5によって、ゥエーハ面内に露光すべき半導体素子チッ. ブの中心位置、回転、倍率等が決定される。このとき決定されたパタン配置は、図 12中点線で示されているようにステツパ、電子ビーム描画装置固有の位置ずれを含まない設計データに近い配置となる。上述した一連の動作は、電子ビーム描画装置の制御計算機で行なわれる。

この動作の後、電子ビームでの露光となる。図 12中点線で示した配置にバタンを露光するのではなく、全てのバタンの描画位置で電子ビーム描画装置での位.置ずれ補正値（A X Cbp"、 Δ Y Cbp" ) とステツパで生じる位置ずれ補正値（厶 X Ca p '、厶 Y Cap' ) を差し引く。このように差し引くことで図 12で黒丸で示した例の様に、その点での電子ビーム、ステツバで生じる位置ずれに対応した位置に描丽を行なうことができる。

このときの描丽装置内での描画位置の補正の方法を第 8図により説明する。第 8図で示した描画装置では計算機内の主記憶装置に描画バタンデータ、位置ずれ補正データ等が記慷されている。この描画装置は、ステージが連,铳移動しながら描画を行なう方式である。このため描画装置内の制御回路の一つである追従絶対校正部は、レーザ干渉計からのステージ座標デタと図形分解部からデータから、リアルタイムで計算ブランキング、成形倔向 fi、主佤向量、副佤向量を計算出力する。描画に先立ち、計算機の主記憶装置内に記憶されて'いる位置ずれ補正データの中から、ステツバの位置ずれ補正データ Sa (厶 XCa rru 厶 YCa m) と、今回の露光で使用する電子ビーム描画装置の位置ずれ補正データ Sb (ΔΧ CWm、 Δ YCb^m) のそれぞれのデータの正負の符号を逆にして、加算を行ない、位置ずれ補正データメモリに転送する。描画ではまず、描画バタンデータをバタンメモリに転送し、復元 · 図形分解部を経て倔向中心座標データと各ショット毎の描画パタンデータに変換する。この描画データが追従絶対校正データへ送られる。第 9図は追従絶対校正部の詳細な栴成を示している。本発明の位置ずれ補正方法では、この追従制御部內の位置ずれ祯 ΪΕメモリへ次のステージ — G «L データ \ り、そのステージ座摞に応じた、位置ずれ補正データ f ! V77、 Δ Y Clm) を出力する。位置ずれ補正データ（厶 XC m、厶 YC m) は、ステージ座標が X +1、 Ym + 1のどちらかを越えない問は、同じデータを出力する。出力された位置ずれ補正データは追従制御部でステージ追従量に加算され追従補正 Sとなる。さらに追従補正量は副倔向器の偏向量に加箕され、位置ずれ補正のされたビームの照射位置となる。

次に、本発明の製造方法を実際の半導体デバイス生産に適角した例を示す。

第 1 '0図（ a ) 〜第 1 0図（d) は、本発明の半導体素子製造方法を用いた実際の素子製造過程を示す素子の断面図である。 Nマイナスシリコン基板 1 1 5 に通常の方法で Pゥエル層 1 1 6、 1 1 7、フィールド酸化膜 1 1 8、多結晶シリコンシリコン酸化膜ゲート 1 1 9、 P高漉度拡散層 1 2 0、 N高港度拡散層 1 2 1、などを縮小投影露光装置を使用した光露光により形成した（第 1図 0A)。このとき、次層露光時の合わせ用マーク 1 0 0 も同時に形成している。次にリンガラス（P S G) の絶緣膜 1 2 2 を被着した。その上にレジスト 1 2 3 を塗布し、電子ビーム描画装置を用いて合わせ用マーク 1 0' 0 を基準として上述した方法でァライメントを行い、ホールバタン 1 2 4 を露光、形成した（第 1 0図 B )。このとき、次餍露光時の合わせ用マーク用バタン 1 0 1も同時に形成している。次にレジストをマスクにして絶緣膜 1 2 2をドライエッチングしてコンタクトホール 1 2 5 を形成した（第 1 0図 C ) 。このとき、このとき、次層露光時の合わせ用マーク 1 0 2 も同時に形成される。次に、 W Z T i N薄膜をデボし、その上にレジストを塗布した後、縮小投影露光装置を使用した光露光により合わせ用マーク 1 0 2 を基^として露光を行い、レジストバタンを形成し、続くドライエッチングにより W. / i N電極配線 1 2 6を形成した。このとき次層露光時の合わせ用マーク用バタン 1 0 3 も同時に形成している。次に層問絶緣膜 1 2 7 を形成した。次に、レジストを塗布し、電子ビーム描画装置を用いて合わせ用マーク 1 0 3 を基 ¾ として露光を行いホールバタン 1 2 8 を形成した。ホールバタン 1 2 8 の中は Wブラグで埋め込み、 A 1第 2配線 1 2 9を連結した（第 1 0図 D ) 。以降のパッシベーション工程は従来法を用いた。なお、本実施例では主な製造工程のみを説明したが、コンタクトホール形成の露光工程で ¾子ビーム描画装置を用いたこと以外は、従来から行われている光露光を用いる場合と同じ工程を用いた。また、縮小投影露光装置は合わせ精度を少しでも向上させるため、常に同じものを使用した。以上の工程により C M O S L S I を高歩留まりで製造することができた。本発明の露光方法で半導体装置を製作した結果、寸法 0.25 m ホールバタンが解像良く露光でき、合わせ精度も 0.07 m以下であった。この結果製品の良品歩留まりが大幅に向上した。

本発明の方法を使用して露光する場合、特に統計処理ァライメント法を用いた合ねせ露光では、電子ビーム描画装置で検出されるマーク位置から、ステツパ、霜子ビーム描丽装置起因の位置ずれ誤差を取り除き、ァライメントを行なうことで、このため、子ビーム描面装置起因の位置ずれ誤差がこのため、ァライメントが行われていない位置での位置ずれが、そのまま露光され、合わせ精度を低下させていた。しかし、上述した本発明の方法を用い露光装置ごとのゥエーハ面内での位置ずれを正確に把握し、電子ビーム描画装置で補正することによって、ステツバと^ 子ビーム露光装置を混用した半導体製造工程でも、合わせ精度の向上が達成できた。

Claims

請求の範囲

1 . 光源からの光をマスクに照射し、マスクからのパタンを基板に露光する第 1の露光工程と、電子ビームで該パ夕ンを基板に露光する第 2の露光工程と、上記第 1の露光工程で形成されたパタンの所定の座標位置を測定する第 1の測定工程と、上記第 2の露光工程で形成されたパタンの所定の座標位置を測定する第 2の測定工程と、第 1の測定工程で測定された座標位置と該パ夕ンの設計位置とを比較し第 1の誤差量を求める工程と、第 2の測定工程で測定された座標位置と該パタンの設計位置とを比較し第 2の誤差量を求める工程工程と、上記第 1の誤差量と第 2の誤差量を上記電子ビームの露光データに補正して描画することを特徴とする半導体製造方法。

2 . 上記半導体素子製造方法において、第 1 と第 2の誤差量を記憶することを特徴とする特許請求項第 1項記載の半導体製造方法。

3 . 上記半導体素子製造方法において、電子ビームで露光の工程で、記憶データを用い、測定された座標位置を記憶する下地パタンでの位置ずれと露光を行う際に生じる位置ずれを合わせて考慮した補正を行い、露光することを特徴とする特許請求第 1項記載の半導体素子製造方法。

4 . 上記補正において、露光装置あるいは露光装置内のゥェ一ハ保持体ごとのゥエーハ内パターン位置ずれを予め複数点で測定し、各点での位置ずれ量をその点での位置ずれデ一夕とその点の周囲の位置ずれデータにより平滑化を行い位置補正量とし、記憶することを特徴とする特許請求項第 1項及び請求項第 2項記載の半導体素子製造方法。

5 . 上記補正において、各点での位置ずれ量をその点での位置ずれデー夕とその点の周囲の位置ずれデータにより平滑化する方法が、加算平均であることを特徴とする特許請求項第 1項から請求項第 4項記載の半導訂正された用紙（規則 91) 体素子製造方法。

6 . 上記半導体素子製造方法において、露光装置間あるいは露光装置と座標測定機でパターンの位置ずれデータが転送可能なことを特徴とした特許請求項第 1項から請求項第 4項記載の半導体素子製造方法。

7 . 特許請求項第 1項から第 5項記載の方法を可能にする半導体素子製造装置。

訂正された用紙（規則 91)