JP2004281557A - 半導体デバイス製造における露光条件の決定方法、および、半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ面内の膜厚分布およびエッチングプロセス変動に応じた任意の方向と位置における寸法のバラツキを制御できるように露光条件を決定する。
【解決手段】記憶部１２は、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組合せ毎に、エリアへの露光条件および各種測定値（被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値、レジスト寸法測定値、寸法シフト量測定値）を管理する。演算部１３は、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組合せ毎に、新たなウエハの対象エリアへの露光条件を、当該ウエハの対象エリアにおける測定値（被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値）と、過去の露光条件および測定値を基に決定する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイスの製造技術に関し、特に半導体デバイスに回路パターンを形成するための露光処理における露光条件を決定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造において、回路パターンはホトリソグラフィ工程とエッチング工程とを経て、半導体デバイスの基板ウエハ（以下、ウエハと呼ぶ）上に形成される。
【０００３】
図１５は、ウエハ（下地膜）９０上に成膜された被エッチング膜９３に回路パターンを形成する方法を示すものである。まず、感光性樹脂であるレジスト膜９１を被エッチング膜９３上に成膜する（塗布処理Ｓ９０１）。次に、露光装置を用いて回路パターン９２の光学像をレジスト膜９１に転写する（露光処理Ｓ９０２）。それから、現像してレジストパターンを形成する（現像処理Ｓ９０３）。次に、エッチング工程Ｓ９１では、ホトリソグラフィ工程Ｓ９０で形成したレジストパターンをマスクとして、ウエハ９０上の被エッチング膜９３に回路パターンを形成する（エッチング処理Ｓ９１１）。ここで、被エッチング膜９３が多層の場合、エッチング処理Ｓ９１１を複数回に分けて行うこともある。その際、レジストパターンだけでなく、事前にエッチングされた被エッチング膜を次回のエッチング時のマスクとすることもある。それから、レジスト膜９１を除去する（レジスト除去処理Ｓ９１２）。
【０００４】
図１６は、ホトリソグラフィ工程の露光処理で使用される縮小投影型露光装置の構成を示している。図示するように、縮小投影型露光装置では、照明系８１からの光により、レチクル８２に描画された回路パターンを、縮小レンズ８３を介して、ステージ８４上に搭載されたウエハ８５上に１チップあるいは数チップずつ縮小露光する。１回で露光する範囲を「ショット」と呼ぶ。レチクル８２を交換することにより、半導体デバイスの製造に必要な様々な回路パターンを、レジストパターンとして、ウエハ８５上に形成できる。
【０００５】
図１７は、縮小投影型露光装置の露光エネルギー（感光性樹脂のレジスト膜に照射するエネルギー量）およびステージ８４の縮小レンズ８３光軸方向駆動によるフォーカス補正値（縮小投影型露光装置の内蔵フォーカスセンサがベストフォーカスと認識した地点を基準とする）と、ウエア８５上に形成されるレジストパターンの寸法値との関係を示す図である。図示するように、レジストパターン寸法値は、露光エネルギーおよびフォーカス補正値によりシフトする。しかし、半導体デバイスの電気特性を満たすためには、ウエハ８５上に転写したパターンの寸法バラツキを一定範囲内にしなければならない。例えば、トランジスタのゲート寸法バラツキはトランジスタのしきい値電圧バラツキの原因となるため、ゲート寸法のバラツキを一定範囲内に保つ必要がある。このため、通常、半導体デバイスの量産工場では、レジストパターンの寸法（以下、レジスト寸法と呼ぶ）およびエッチング後のパターン寸法（以下、完成寸法と呼ぶ）のショット内バラツキ（上述したように、１回のショットで複数チップまとめて露光される場合がある）、ウエハ面内バラツキおよびウエハ間バラツキの各々を管理している。
【０００６】
ここで、ショット内の寸法バラツキは、主にレジスト寸法変動に依存している。これは、特に、露光処理Ｓ９０２を行う露光装置の光学特性に依存しており、経時的なシフトはほとんど見られない。
【０００７】
また、ウエハ面内の寸法バラツキは、ホトリソグラフィ工程の塗布処理Ｓ９０１および現像処理Ｓ９０３を行う製造装置およびエッチング装置性能に依存する。この他に、レジスト膜厚や被エッチング膜厚に応じて、レジスト寸法や完成寸法が変動するため、ウエハ面内のレジスト膜厚や被エッチング膜厚は厳しく管理されている。図１５に示すように、レジスト膜厚をＸ、被エッチング膜厚をＹ、レジスト寸法をＺ１、そして、完成寸法をＺ２とした場合、これらの間には図１８に示す関係がある。図１８（Ａ）に示すように、レジスト寸法Ｚ１は、レジスト膜厚Ｘのシフトに伴う光の干渉効果の影響により周期的に変動する。レジスト寸法Ｚ１の周期的な変動は、レジスト膜厚Ｘだけでなく、被エッチング膜厚Ｙに関しても同様な関係が成り立つ。このため、レジスト膜９１の下層の膜厚変動の影響を取り除くために、レジスト膜９１と被エッチング膜９３との間に反射防止膜を形成することもある。また、図１８（Ｂ）に示すように、被エッチング膜厚Ｙの変動に応じて、レジスト寸法Ｚ１と完成寸法Ｚ２との間のシフト量Ｚ（＝Ｚ１−Ｚ２）が変動する。この関係は膜材料の違いにより異なる。
【０００８】
また、ウエハ間の寸法バラツキは、製造装置および製造プロセスの経時的な変動により発生する。この変動は比較的長期的な時系列変動である。通常、半導体デバイスはウエハ単位ではなく、複数のウエハで構成されるロットと呼ばれる単位で処理される。そのため、ホトリソグラフィおよびエッチングの各工程において、ロット毎または、数ロットに１回といった一定間隔で、先行作業と呼ばれる事前の評価実験による条件の微調整を行い、ウエハ間の寸法変動を制御している。ホトリソグラフィ工程では、先行作業結果に応じて露光条件を調整している。一方、エッチング工程は、エッチング方式に応じて制御因子が異なる。特に、微細加工に用いられるプラズマエッチング方式は、物理現象が複雑のため、完成寸法の制御因子の抽出自身が困難である。先行作業結果に応じて、エッチングチャンバー内のクリーニング等のメンテナンスを行い、プラズマ処理状態を安定に保つ方法が一般的である。
【０００９】
なお、ウエア間の寸法バラツキの制御方法として、特許文献１には、前述の先行作業を行わず、レジスト寸法および完成寸法の測定結果を用いて、エッチング条件を逐次変更する制御方式が開示されている。この制御方式によれば、先行作業に要していた製造装置のオーバーヘッド時間が削減され、製造装置の処理能力も向上する。
【００１０】
また、特許文献２には、前述の先行作業を行わず、レジスト寸法だけでなく、レジストパターン形状の測定結果を用いて、ホトリソグラフィおよびエッチング条件を逐次変更する制御方式が開示されている。
【００１１】
さらに、特許文献３には、完成寸法のウエハ面内変動を露光処理時の露光条件を同心円上に変化させて設定する制御方式が開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許第５，９２６，６９０号
【特許文献２】
特開２００１−１４３９８２号公報
【特許文献３】
特開２０００−４９０７６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスの微細化に伴い、レジスト寸法および完成寸法に要求される寸法バラツキも年々小さくなっている。また、生産性の観点から、ウエハの大口径化も進んできている。ウエハの大口径化に伴い、ウエハ上の膜厚分布が安定せず、経時的な変動が発生しやすくなる。そのために、従来の製造装置や製造プロセス起因の長期的なウエハ間の時系列変動に加え、膜膜分布変動起因の寸法変動によるウエア面内の寸法バラツキの影響が大きくなりつつある。
【００１４】
このような事態に対し、特許文献１に記載の制御方式では、エッチングにおいて、ウエハ面内の完成寸法のバラツキのみを制御する適切な制御因子を見つけることが困難であるという問題がある。半導体デバイスの膜構造によっては、完成寸法の制御因子の制御因子が存在しないこともある。
【００１５】
また、特許文献２に記載の制御方式は、レジスト寸法およびレジストパターン形状を用いた制御方式であり、ホトリソグラフィおよびエッチング条件の制御に完全寸法を用いることについての記述はない。
【００１６】
また、特許文献３記載の制御方式では、半径方向の完成寸法に応じて露光条件を変更している。この制御方式は、完成寸法の半径方向の分布が一定の場合に有効である。しかし、実際には、完成寸法は被エッチング膜厚の分布状況やエッチングプロセスの変動により逐次変化しており、このため、精度良く完成寸法を制御することができない。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ウエハ面内の膜厚分布およびエッチングプロセス変動に応じた任意の方向と位置における寸法のバラツキを制御できるように露光条件を決定することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、半導体デバイスの回路パターンを半導体ウエハ上に形成するために、被エッチング膜およびレジスト膜が積層された前記半導体ウエハに対して、少なくとも１つのショットを有するエリア単位で行われる露光処理の露光条件を決定する、半導体デバイス製造における露光条件の決定方法であって、半導体ウエハ上に形成された被エッチング膜のパターン寸法である完成寸法のエリア毎の測定値分布に基づいて、エリア毎に露光条件を決定する。半導体デバイスの製造工程においてｎ番目に投入される半導体ウエハの任意エリア（対象エリアと呼ぶ）に対する露光条件を、次のようにして決定する。
【００１９】
先ず、レジスト膜厚および被エッチング膜厚とレジスト膜のパターン寸法であるレジスト寸法との関係式（第１の関係式と呼ぶ）と、被エッチング膜厚と被エッチング膜のパターン寸法である完成寸法およびレジスト寸法の差分である寸法シフト量との関係式（第２の関係式と呼ぶ）、ｎ番目の半導体ウエハの対象エリアのレジスト膜厚および被エッチング膜厚の測定値と、ｎ−１番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアに形成されたレジスト寸法の測定値より求めた、レジスト寸法の半導体ウエハ間における変動量であるレジスト寸法変動量と、前記ｎ−１番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおけるレジスト寸法の測定値および完成寸法の測定値より求めた、寸法シフト量の半導体ウエハ間における変動量である寸法シフト変動量と、を用いて、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの完成寸法を所望の寸法とするためのレジスト寸法を求める。
【００２０】
それから、レジスト寸法と露光条件との関係に従って、求めたレジスト寸法から前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの露光条件を決定する。
【００２１】
より具体的には、次のようにして、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアに対する露光条件を決定する。
【００２２】
先ず、半導体デバイスの製造工程においてｎ−１番目の半導体ウエハに対して、次の処理を行う。
【００２３】
（１）レジスト寸法変動量推定ステップ
成膜処理により前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記被エッチング膜の膜厚測定値と、塗布処理により前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記レジスト膜の膜厚測定値と、露光処理により前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に形成された前記レジスト膜パターンのレジスト寸法測定値と、を取得する。次に、前記第１の関係式に従い、レジスト膜厚測定値、被エッチング膜厚測定値におけるレジスト寸法測定値から、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚におけるレジスト寸法換算値を算出する。そして、このレジスト寸法換算値と以前に算出したｎ−２番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおけるレジスト寸法換算値とを用いて、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚における半導体ウエハ間のレジスト寸法変動量を算出する。
【００２４】
（２）寸法シフト変動量推定ステップ
成膜処理により前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記被エッチング膜の膜厚測定値と、エッチング処理により前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に形成された前記被エッチング膜パターンの完成寸法測定値と、を取得する。次に、この完成寸法測定値と前記レジスト寸法変動量推定ステップで測定した前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリアにおけるレジスト寸法測定値とを用いて、被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量を算出する。次に、前記第２の関係式に従い、被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量から、基準被エッチング膜厚における寸法シフト量換算値を算出する。そして、この寸法シフト量換算値と以前に算出したｎ−２番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおける寸法シフト量換算値とを用いて、基準被エッチング膜厚における半導体ウエハ間の寸法シフト変動量を算出する。
【００２５】
次に、前記ｎ番目の半導体ウエハに対して、次の処理を行う。
【００２６】
（３）膜厚測定値取得ステップ
成膜処理により前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記被エッチング膜の膜厚測定値を取得する。また、塗布処理により前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記レジスト膜の膜厚測定値を取得する。
【００２７】
（４）露光条件決定ステップ
前記第１の関係式に従い、前記レジスト寸法変動量推定ステップで算出した前記基準レジスト膜厚、前記基準被エッチング膜厚におけるレジスト寸法変動量を、前記膜厚測定ステップで取得した前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアにおける前記レジスト膜厚、前記被エッチング膜厚でのレジスト寸法変動量に変換する。また、前記第２の関係式に従い、前記寸法シフト変動量推定ステップで算出した前記基準被エッチング膜厚における寸法シフト変動量を、前記膜厚測定ステップで取得した前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアにおける前記被エッチング膜厚での寸法シフト変動量に変換する。そして、変換したレジスト寸法変動量および寸法シフト変動量を用いて、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの完成寸法を所望の寸法とするためのレジスト寸法を求める。それから、予め設定されたレジスト寸法と露光条件との関係に従って、求めたレジスト寸法から前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの露光条件を決定する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００２９】
まず、半導体デバイスの製造工程と本発明の一実施形態による露光条件決定支援処理との関係について説明する。
【００３０】
図１は、半導体デバイスの製造工程と本発明の一実施形態による露光条件決定支援処理との関係を説明するための図である。この図を用いて、投入順番上ｎ番目のウエハが半導体デバイスの製造工程へ投入される場合を例にとり、両者の関係を説明する。
【００３１】
まず、半導体デバイスの製造工程では、ｎ番目のウエハ上に被エッチング膜を形成する成膜工程が行われる（Ｓ１０）。なお、半導体デバイス構造によっては、被エッチング膜は１層ではなく、多層となることもある。一方、露光条件決定支援処理では、ｎ番目のウエハ上に形成された被エッチング膜の膜厚を、ウエハを複数に分割するエリア毎に測定し、データベースに登録する（Ｓ２１）。ここで、各エリアは、少なくとも１つのショットが含まれるように予め設定されているものとする。なお、被エッチング膜が多層である場合は、ｎ番目のウエハ上に形成された被エッチング膜の膜厚を、各エリアにおいて層毎に測定し、データベースに登録する。
【００３２】
次に、半導体デバイスの製造工程では、塗布処理Ｓ１１１、露光処理Ｓ１１２および現像処理Ｓ１１３を有するホトリソグラフィ工程１１が行われる。先ず、塗布処理Ｓ１１１では、被エッチング膜が形成されたウエハ上にレジスト膜が塗布される。この際、レジスト膜の下層に反射防止膜を塗布する場合もある。一方、露光条件決定処理では、ｎ番目のウエハ上に形成されたレジスト膜の膜厚をエリア毎に測定し、データベースに登録する（Ｓ２２）。ただし、レジスト膜のウエハ面内の膜厚分布変動が十分に安定している場合、Ｓ２２の処理は省略してもよい。この場合、各エリアにおけるレジスト膜厚の理想値を、データベースに予め登録しておく。
【００３３】
次に、露光条件決定支援処理では、ｎ番目のウエハの各エリアの露光条件を決定し、データベースに登録する（Ｓ２３）。具体的には、エリア毎に、次の処理を行って対象エリアの露光条件を決定する。
【００３４】
先ず、Ｓ２１でデータベースに登録したｎ番目のウエハの対象エリアにおける被エッチング膜厚測定値を、当該データベースから読み出す。また、Ｓ２２でデータベースに登録したｎ番目のウエハの対象エリアにおけるレジスト膜厚測定値あるいは理想値を、当該データベースから読み出す。さらに、後述するＳ２４でデータベースに登録した、対象エリアにおけるウエハ間のレジスト寸法変動量（基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚、基準露光条件（露光量、フォーカス補正量）におけるレジスト寸法変動量）を、当該データベースから読み出す。さらにまた、後述するＳ２４でデータベースに登録した、対象エリアにおけるウエハ間の寸法シフト変動量（基準被エッチング膜厚における寸法シフト変動量）を、当該データベースから読み出す。
【００３５】
次に、予め設定されているレジスト膜厚および被エッチング膜厚とレジスト寸法との関係式（第１の関係式：図１８（Ａ）参照）に従い、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および基準露光条件におけるレジスト寸法変動量を、ｎ番目のウエハの対象エリアでのレジスト膜厚測定値あるいは理想値、被エッチング膜厚測定値、および、基準露光条件におけるレジスト寸法変動量（レジスト寸法変動量変換値）に変換する。
【００３６】
次に、予め設定されている被エッチング膜厚と寸法シフト量との関係式（第２の関係式：図１８（Ｂ）参照）に従い、基準被エッチング膜厚における寸法シフト変動量を、ｎ番目のウエハの対象エリアでの被エッチング膜厚測定値における寸法シフト変動量（寸法シフト変動量変換値）に変換する。
【００３７】
次に、レジスト寸法変動量変換値および寸法シフト変動量変換値を用いて、ｎ番目のウエハの対象エリアでの完成寸法（被エッチング膜のパターン寸法）を、所望の寸法とするためのレジスト寸法（基準露光条件におけるレジスト寸法）を求める。それから、予め設定されているレジスト寸法と露光条件との関係式（第３の関係式：図１７参照）に従い、求めたレジスト寸法からｎ番目のウエハの対象エリアでの露光条件を決定する。
【００３８】
なお、図１７ではレジスト寸法と露光条件との関係式を示しているが、実際にはフォーカス固定値としているため、関係式は露光量とレジスト寸法との一次式となります。そして、この一次式から所望のレジスト寸法とする露光量を算出している。
【００３９】
さて、以上のようにして、ｎ番目のウエハの各エリアの露光条件が決定されたならば、半導体デバイスの製造工程において露光処理Ｓ１１２が行われ、ｎ番目のウエハのエリア各々が自身に対応する露光条件に従って露光される。それから、現像処理Ｓ１１３が行われ、ｎ番目のウエハのエリア各々にレジストパターンが形成される。一方、露光条件決定支援処理では、ｎ番目のウエハ上に形成されたレジストパターンのレジスト寸法をエリア毎に測定する。次に、前記第１の関係式に従い、ｎ番目のウエハの各エリアについて、レジスト膜厚測定値あるいは理想値、被エッチング膜厚測定値、および、採用された露光条件下におけるレジスト寸法測定値を、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚、および、採用された露光条件下におけるレジスト寸法に変換し、さらに、前記第３の関係式に従い、このレジスト寸法を、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚、および、基準露光条件下におけるレジスト寸法換算値に変換する。それから、データベースに登録する。そして、このレジスト寸法換算値とデータベースに登録しておいたｎ−１番目以前のウエハの各エリアにおけるレジスト寸法換算値とを用いて、これら換算値の増減傾向から、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚、および、基準露光条件下における各エリアの半導体ウエハ間のレジスト寸法変動量を算出し、データベースに登録されている各エリアのレジスト寸法変動量を更新する（Ｓ２４）。このレジスト寸法変動量は、レジスト膜厚、被エッチング膜厚、および、露光条件の変動によるレジスト寸法の変動成分が除去された、製造プロセスまたは露光装置の経時的な変動成分である。
【００４０】
次に、半導体デバイスの製造工程では、エッチング処理Ｓ１２１およびレジスト除去処理Ｓ１２２を有するエッチング工程１２が行われる。まず、エッチング処理Ｓ１２１では、ｎ番目のウエハ上に形成されたレジストパターンをマスクにエッチングを行い、ｎ番目のウエハ上に被エッチング膜のパターンを形成する。次のレジスト除去処理Ｓ１２２ではｎ番目のウエハ上のレジストが除去される。
【００４１】
一方、露光条件決定支援処理では、ｎ番目のウエハ上に形成された被エッチング膜のパターンの完成寸法をエリア毎に測定し、ｎ番目のウエハのエリア各々について、完成寸法測定値およびレジスト寸法測定値の差分である寸法シフト量を算出する。次に、前記第２の関係式に従い、ｎ番目のウエハのエリア各々について、被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量を、基準被エッチング膜厚における寸法シフト量換算値に変換し、データベースに登録する。そして、この寸法シフト量換算値とデータベースに登録しておいたｎ−１番目以前のウエハの各エリアにおける寸法シフト量換算値とを用いて、これら換算値の増減傾向から、基準被エッチング膜厚における各エリアの半導体ウエハ間の寸法シフト変動量を算出し、データベースに登録されている各エリアの寸法シフト変動量を更新する（Ｓ２５）。この寸法シフト変動量は、被エッチング膜厚の変動による寸法シフトの変動成分が除去された、製造プロセスまたはエッチング装置の経時的な変動成分である。
【００４２】
なお、被エッチング膜が多層の場合、複数回に分けてエッチング工程Ｓ１２が行われる場合がある。この場合、エッチング工程毎にＳ２５の処理を実施する。
【００４３】
次に、上記の露光条件決定支援処理を実施する露光条件決定支援システムについて説明する。
【００４４】
図２は、露光条件決定支援システムの概略構成図である。図示するように、本実施形態の露光条件決定支援システムは、露光条件を決定する露光条件決定支援装置１と、ユーザ端末２_１〜２_３と、を有する。
【００４５】
ユーザ端末２_１〜２_３は、半導体デバイス製造工程で得られた測定値を露光条件決定支援装置１に送信したり、露光条件決定支援装置１で決定された露光条件を表示したりするのに用いられる。本実施形態では、成膜工程Ｓ１０、ホトリソグラフィ工程Ｓ１１およびエッチング工程Ｓ１２のそれぞれに対応してユーザ端末２_１〜２_３を設けている。しかし、ユーザ端末は、少なくとも１つ設けられていればよい。
【００４６】
露光条件決定支援装置１は、入出力部１１と、記憶部１２と、演算部１３とを有する。入出力部１１は、ユーザ端末２_１〜２_３とデータの入出力を行う。
【００４７】
記憶部１２は、入出力部１１を介してユーザ端末２_１〜２_３より受け取った測定値や、演算部１３で算出された算出値などを記憶する。図示するように、工程管理ＤＢ（データベース）部１２１と、測定値ＤＢ部１２２と、採用露光条件ＤＢ部１２３と、仕様・特性ＤＢ部１２４と、演算値ＤＢ部１２５と、を有する。
【００４８】
工程管理ＤＢ部１２１は、半導体デバイスの品種およびロット毎に、そのロットで使用された露光装置およびエッチング装置を管理するために用いられる。図３は、工程管理ＤＢ部１２１の登録内容例を示す図である。図示するように、レコードの管理番号を登録するためのフィールド１２１１と、半導体デバイスの品種を登録するためのフィールド１２１２と、ロットを識別するロット番号を登録するためのフィールド１２１３と、当該ロットで使用された露光装置の識別情報を登録するためのフィールド１２１４と、当該ロットで使用されたエッチング装置の識別情報を登録するためのフィールド１２１５とを備えて、１つのレコード１２１０が形成される。なお、実際の半導体デバイス製造工程では、複数の露光装置を用いて露光処理Ｓ１１２が行われ、複数のエッチング装置を用いてエッチング処理Ｓ１２１が行われる。本実施形態では、同じ品種の半導体デバイスならば、同じロットに含まれる複数のウエハに対し、同じ露光装置、エッチング装置が用いられて露光処理Ｓ１１２、エッチング処理Ｓ１２１が行われることを想定している。つまり、本実施形態では、半導体デバイスの品種およびロットにより、露光装置およびエッチング装置の組み合わせが特定される。
【００４９】
なお、実際には、１つの品種につき、複数回、露光およびエッチング処理が行われる。このため、工程毎に、露光装置およびエッチング装置の組み合わせを特定する必要がある。
【００５０】
測定値ＤＢ部１２２は、半導体デバイスの品種、ロット、ウエハおよびエリアの組み合わせ毎に、半導体デバイス製造工程で得られた測定値（レジスト膜厚測定値、被エッチング膜厚測定値、レジスト寸法、完成寸法）を管理するために用いられる。図４は、測定値ＤＢ部１２２の登録内容例を示す図である。図示するように、レコードの管理番号を登録するためのフィールド１２２１と、半導体デバイスの品種を登録するためのフィールド１２２２と、ロット番号を登録するためのフィールド１２２３と、ウエハを識別するためのウエハ番号を登録するためのフィールド１２２４と、エリアを識別するためのエリア番号を登録するためのフィールド１２２５と、被エッチング膜厚測定値を登録するためのフィールド１２２６と、レジスト膜厚測定値を登録するためのフィールド１２２７と、レジスト寸法測定値を登録するためのフィールド１２２８と、完成寸法測定値を登録するためのフィールド１２２９とを備え、１つのレコード１２２０が形成される。
【００５１】
採用露光条件ＤＢ部１２３は、半導体デバイスの品種、ロット、ウエハおよびエリアの組み合わせ毎に、露光処理Ｓ１１２で採用された露光装置の露光条件を管理するために用いられる。図５は、採用露光条件ＤＢ部１２３の登録内容例を示す図である。図示するように、レコードの管理番号を登録するためのフィールド１２３１と、半導体デバイスの品種を登録するためのフィールド１２３２と、ロット番号を登録するためのフィールド１２３３と、ウエハ番号を登録するためのフィールド１２３４と、エリア番号を登録するためのフィールド１２３５と、露光処理Ｓ１１２で採用された露光条件を登録するためのフィールド１２３６とを備えて、１つのレコード１２３０が形成される。
【００５２】
仕様・特性ＤＢ部１２４には、半導体デバイスの製品仕様、および、演算部１３での各種演算に使用する基準値、関係式が登録されている。図６は、仕様・特性ＤＢ部１２４の登録内容例を示す図である。図示するように、仕様・特性ＤＢ部１２４は、仕様管理テーブル１２４１と、基準値・関係式管理テーブル１２４２とを有する。仕様管理テーブル１２４１には、半導体デバイスの品種１２４１１および完成寸法の規格値１２４２が対応付けられて登録される。基準値・関係式管理テーブル１２４２には、基準被エッチング膜厚１２４１、基準レジスト膜厚１２４２、基準露光条件１２４３、レジスト膜厚および被エッチング膜厚とレジスト寸法との関係を示す第１の関係式（図１８（Ａ）参照）１２４４、被エッチング膜厚と寸法シフト量との関係を示す第２の関係式（図１８（Ｂ）参照）１２４５、および、レジスト寸法と露光量およびフォーカス補正量との関係を示す第３の関係式（図１７参照）１２４６が、登録されている。
【００５３】
演算値ＤＢ部１２５は、半導体デバイスの品種、ロット、ウエハおよびエリアの組み合わせ毎に、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および基準露光条件下におけるレジスト寸法換算値と、基準被エッチング膜厚における寸法シフト量換算値とを管理する。また、演算値ＤＢ部１２５は、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組み合わせ毎に、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および基準露光条件下におけるレジスト寸法変動量と、基準被エッチング膜厚における寸法シフト変動量とを管理する。図７は、演算値ＤＢ部１２５の登録内容例を示す図である。図示するように、演算値ＤＢ部１２５は、換算値管理テーブル１２５１と、基準値・関係式管理テーブル１２４２とを有する。換算値管理テーブル１２５１には、レコードの管理番号を登録するためのフィールド１２５１１と、半導体デバイスの品種を登録するためのフィールド１２５１２と、ロット番号を登録するためのフィールド１２５１３と、ウエハ番号を登録するためのフィールド１２５１４と、エリア番号を登録するためのフィールド１２５１５と、レジスト寸法換算値を登録するためのフィールド１２５１６と、寸法シフト量換算値を登録するためのフィールド１２５１７と、を備えるレコード１２５１０が登録される。また、変動量管理テーブル１２５２には、レコードの管理番号を登録するためのフィールド１２５２１と、半導体デバイスの品種を登録するためのフィールド１２５２２と、ロット番号を登録するためのフィールド１２５２３と、エリア番号を登録するためのフィールド１２５２４と、レジスト寸法変動量を登録するためのフィールド１２５２５と、寸法シフト変動量を登録するためのフィールド１２５２６と、を備えるレコード１２５２０が登録される。
【００５４】
図２に戻って説明を続ける。演算部１３は、露光条件決定部１３１と、レジスト寸法変動量算出部１３２と、寸法シフト変動量算出部１３３と、を有する。
【００５５】
露光条件決定部１３１は、露光対象ウエハの各エリアの露光条件を決定し、決定内容に従って採用露光条件ＤＢ部１２３を更新する。レジスト寸法変動量算出部１３２は、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組み合わせ毎に、ウエハ間のレジスト寸法変動量を算出し、算出結果に従って演算値ＤＢ部１２５を更新する。そして、寸法シフト変動量算出部１３３は、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組み合わせ毎に、ウエハ間の寸法シフト変動量を算出し、算出結果に従って演算値ＤＢ部１２５を更新する。
【００５６】
上記構成の露光条件決定支援装置１は、例えば図８に示すような、ＣＰＵ９０１と、メモリ９０２と、ＨＤＤ等の外部記憶装置９０３と、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭやＩＣカードなどの記憶媒体からデータを読み取る読取装置９０４と、キーボードやマウスなどの入力装置９０６と、モニタやプリンタなどの出力装置９０７と、ネットワークに接続するための通信装置９０８と、これらの各装置を接続するバス９０９と、を備えた一般的なコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵ９０１がメモリ９０２上にロードされたプログラムを実行することで実現できる。このプログラムは、読取装置９０４を介して記憶媒体から、あるいは、通信装置９０８を介してネットワーク３から、外部記憶装置９０３にダウンロードされ、それから、メモリ９０２上にロードされてＣＰＵ９０１により実行されるようにしてもよい。あるいは、外部記憶装置９０３を経由せずに、メモリ９０２上に直接ロードされ、ＣＰＵ９０１により実行されるようにしてもよい。なお、この場合において、記憶部１２には、メモリ９０２や外部記憶装置９０３が利用される。また、入出力部１１は、通信装置９０８が該当する。
【００５７】
また、ユーザ端末２_１〜２_３も、露光条件決定支援装置１と同様、一般的なコンピュータシステムを用いて実現できる。
【００５８】
次に、露光条件決定支援システムの動作について説明する。
【００５９】
先ず、図１の被エッチング膜厚測定・登録処理Ｓ２１における動作について説明する。図９は、図１のＳ２１における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。このフローは、例えば、露光条件決定支援装置１が、成膜工程Ｓ１０の施設に配置されたユーザ端末２_１を介してユーザより、被エッチング膜厚測定値の登録指示を受け付けることで開始される。
【００６０】
露光条件決定支援装置１において、入出力部１１は、例えばユーザ端末２_１を介してユーザより、成膜工程Ｓ１０によりウエハ上に形成された被エッチング膜の膜厚測定値（被エッチング膜厚は既存の膜厚測定装置を用いて行うことができる）を、このウエハから製造する半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号および測定箇所のエリア番号と共に、受け付ける（Ｓ３００１）。
【００６１】
次に、入出力部１１は、工程管理ＤＢ部１２１に、受け付けた品種、ロット番号を持つレコード１２１０が登録されているか否かを調べる。登録されている場合（Ｓ３００２でＹｅｓ）は、Ｓ３００４に移行する。一方、登録されていない場合（Ｓ３００２でＮｏ）、入出力部１１は、工程管理ＤＢ部１２１に、ユニークな管理番号が付与された新規レコード１２１０を追加し、このレコード１２１０のフィールド１２１２、１２１３に、受け付けた品種、ロット番号を登録する（Ｓ３００３）。それから、Ｓ３００４に移行する。
【００６２】
次に、Ｓ３００４において、入出力部１１は、測定値ＤＢ部１２２に、ユニークな管理番号が付与された新規レコード１２２０を追加し、このレコード１２２０のフィールド１２２２、１２２３、１２２４、１２２５に、受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号、エリア番号を登録する。また、フィールド１２２６に、受け付けた被エッチング膜厚測定値を登録する。
【００６３】
次に、図１のレジスト膜厚測定・登録処理Ｓ２２における動作について説明する。図１０は、図１のＳ２２における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。このフローは、例えば、露光条件決定支援装置１が、ホトリソグラフィ工程Ｓ１１の施設に配置されたユーザ端末２_２を介してユーザより、レジスト膜厚測定値の登録指示を受け付けることで開始される。
【００６４】
露光条件決定支援装置１において、入出力部１１は、例えばユーザ端末２_２を介してユーザより、塗布処理Ｓ１１１によりウエハの被エッチング膜上に形成されたレジスト膜の膜厚測定値（レジスト膜厚は既存の膜厚測定装置を用いて行うことができる）を、このウエハから製造する半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号および測定箇所のエリア番号と共に、受け付ける（Ｓ４００１）。
【００６５】
次に、入出力部１１は、測定値ＤＢ部１２２から、受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号を持つレコード１２２０を検索する（Ｓ４００２）。そして、検出したレコード１２２０のフィールド１２２７に、受け付けたレジスト膜厚測定値を登録する（Ｓ４００３）。
【００６６】
次に、図１の露光条件決定処理Ｓ２３における動作について説明する。図１１は、図１のＳ２３における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。このフローは、例えば、露光条件決定支援装置１が、ホトリソグラフィ工程Ｓ１１の施設に配置されたユーザ端末２_２を介してユーザより、露光条件の提示指示を受け付けることで開始される。
【００６７】
まず、露光条件決定支援装置１において、入出力部１１は、例えば図１２に示すような対話画面をユーザ端末２_２に表示させ、当該ユーザ端末２_２のユーザより、半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号および露光対象のエリア番号を受け付ける（Ｓ５００１）。なお、図１２に示す対話画面は、半導体デバイスの品種を入力するための入力欄９２１と、ロット番号を入力するための入力欄９２２と、ウエハ番号を入力するための入力欄９２３と、エリア番号を指定するため指定欄９２４と、を有している。指定欄９２４には、ウエハ上に各エリア９２５がが表示されており、ユーザはカーソル９２０の操作により所望のエリア９２５を選択することで、エリア番号を指定することができる。
【００６８】
次に、入出力部１１は、受け付けた半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号を露光条件決定部１３１に通知する。これを受けて、露光条件決定部１３１は、測定値ＤＢ部１２２から、受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号を持つレコード１２２０を検索する（Ｓ５００２）。そして、検出したレコード１２２０のフィールド１２２６、１２２７に登録されている被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値を読み出す（Ｓ５００３）。例えば、品種「ＡＡＡ」、ロット番号「００１」、ウエハ番号「００３」、エリア番号「００２」が通知された場合、図４に示す例では、被エッチング膜厚測定値「１．０」、レジスト膜厚測定値「１．０」が読み出される。なお、フィールド１２２７にレジスト膜厚測定値が登録されていない場合は、記憶部１２に予め登録されているレジスト膜厚理想値を読み出す。
【００６９】
次に、露光条件決定部１３１は、変動量管理テーブル１２５２から、受け付けた品種、ロット番号およびエリア番号を持つレコード１２５２０を検索する（Ｓ５００４）。そして、検出したレコード１２５２０のフィールド１２５２５、１２５２６に登録されているレジスト寸法変動量、寸法シフト変動量を読み出す（Ｓ５００５）。例えば、品種「ＡＡＡ」、ロット番号「００１」、エリア番号「００２」が通知された場合、図７に示す例では、レジスト寸法変動量「１．０」、寸法シフト変動量「２．０」が読み出される。
【００７０】
次に、露光条件決定部１３１は、仕様管理テーブル１２４１から、受け付けた半導体デバイスの品種に対応付けられている完成寸法規格値を読み出すと共に、基準値・関係式管理テーブル１２４２から、基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚、第１、第２および第３関係式を読み出す（Ｓ５００６）。例えば、品種「ＡＡＡ」が通知された場合、図６に示す例では、完成寸法規格値「６．０」が読み出される。
【００７１】
以上のようにして、被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値あるいは理想値、レジスト寸法変動量、寸法シフト変動量、完成寸法規格値、基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚、および、第１〜第３関係式を読み出したならば、露光条件決定部１３１は、第１関係式を用いて、基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚および基準露光条件下におけるレジスト寸法変動量から、被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値あるいは理想値および基準露光条件下におけるレジスト寸法変動量変換値を算出する（Ｓ５００７）。
【００７２】
具体的には、第１関係式に基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚を入力して、基準値下におけるレジスト寸法を求める。また、第１関係式に被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値あるいは理想値を入力して、測定値下におけるレジスト寸法を求める。それから、測定値下におけるレジスト寸法と基準値下におけるレジスト寸法との比率を、レジスト寸法変動量に乗算する。これにより、レジスト寸法変動量変換値を算出する。
【００７３】
次に、露光条件決定部１３１は、第２関係式を用いて、基準被エッチング膜厚下における寸法シフト変動量から、被エッチング膜厚測定値下における寸法シフト変動量変換値を算出する（Ｓ５００８）。
【００７４】
具体的には、第２関係式に基準被エッチング膜厚を入力して、基準値下における寸法シフト量を求める。また、第２関係式に被エッチング膜厚測定値を入力して、測定値下における寸法シフト量を求める。それから、測定値下における寸法シフト量と基準値下における寸法シフト量との比率を、寸法シフト変動量に乗算する。これにより、寸法シフト変動量変換値を算出する。
【００７５】
次に、露光条件決定部１３１は、以上のようにして算出したレジスト寸法変動量変換値および寸法シフト変動量変換値を用いて、Ｓ５００１で受け付けた半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号により特定されるウエハのエリアでの完成寸法を、完成寸法規格値とするためのレジスト寸法（基準露光条件におけるレジスト寸法）を求める（Ｓ５００９）。具体的には、完成寸法規格値から寸法シフト変動量変換値を引き算し、その結果にレジスト寸法変動量変換値を加算する。これにより、完成寸法規格値とするためのレジスト寸法を求める。
【００７６】
次に、露光条件決定部１３１は、第３関係式を用いて、Ｓ５００９で算出したレジスト寸法を実現するために要求される露光条件（露光量、フォーカス補正量）を算出する。それから、採用露光条件ＤＢ部１２３に、ユニークな管理番号が付与された新規レコード１２３０を追加し、このレコード１２３０のフィールド１２３２、１２３３、１２３４、１２３５に、受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号、エリア番号を登録する。また、フィールド１２３６に、算出した露光条件を登録する（Ｓ５０１０）。それから、露光条件決定部１３１は、算出した露光条件を、入出力部１１を介してユーザ端末２_２に出力し、露光条件の提示指示を出したユーザに知らせる（Ｓ５０１１）。
【００７７】
なお、露光条件を決定しようとしているウエハが対象ロット内で最初のウエハである場合、その時点では、露光条件の決定に必要なデータが変動量管理テーブル１２５２に登録されていない。そこで、この場合は、Ｓ５００２〜Ｓ５００９は行わない。また、Ｓ５０１０において、新たに追加したレコード１２３０のフィールド１２３６に、例えばユーザ端末２_２を介してユーザより受け付けた露光条件（初期条件）を登録する。
【００７８】
次に、図１のレジスト寸法測定・登録、レジスト寸法変動量算出・登録処理Ｓ２４における動作について説明する。図１３は、図１のＳ２４における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。このフローは、例えば、露光条件決定支援装置１が、ホトリソグラフィ工程Ｓ１１の施設に配置されたユーザ端末２_２を介してユーザより、レジスト寸法測定値の登録指示を受け付けることで開始される。
【００７９】
まず、露光条件決定支援装置１において、入出力部１１は、例えばユーザ端末２_２を介してユーザより、現像処理Ｓ１１３によりウエハ上に形成されたレジストパターンのレジスト寸法測定値（レジスト寸法は既存の寸法測定装置を用いて行うことができる）を、このウエハから製造する半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号および測定箇所のエリア番号と共に、受け付ける（Ｓ６００１）。
【００８０】
次に、入出力部１１は、工程管理ＤＢ部１２１から、受け付けた品種、ロット番号を持つレコード１２１０を検索する。そして、検出したレコード１２１０のフィールド１２１４に露光装置の識別情報が登録されているか否かを調べる。登録されている場合（Ｓ６００２でＹｅｓ）は、Ｓ６００４に移行する。一方、登録されていない場合（Ｓ６００２でＮｏ）、入出力部１１は、例えばユーザ端末２_２を介してユーザより、現像対象のロットを処理した露光装置の識別情報を受け付ける。そして、受け付けた露光装置の識別情報を、Ｓ６００２で検出したレコード１２１０のフィールド１２１４に登録する（Ｓ６００３）。それから、Ｓ６００４に移行する。
【００８１】
次に、Ｓ６００４において、入出力部１１は、測定値ＤＢ部１２２から、Ｓ６００１で受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号を持つレコード１２２０を検索する。そして、検出したレコード１２２０のフィールド１２２８に、Ｓ６００１で受け付けたレジスト寸法測定値を登録する。
【００８２】
次に、入出力部１１は、Ｓ６００１で受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号、エリア番号およびレジスト寸法測定値を、レジスト寸法変動量算出部１３２に通知してレジスト寸法変動量の算出を指示する。これを受けて、レジスト寸法変動量算出部１３２は、先ず、基準値・関係式管理テーブル１２４２から各基準値・関係式（基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚、基準露光条件、第１関係式、第３関係式）を読み出す。また、採用露光条件ＤＢ１２３から、Ｓ６００１で受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号を持つレコード１２３０を特定し、特定したレコード１２３０のフィールド１２３６に登録されている採用露光条件を読み出す（Ｓ６００５）。
【００８３】
次に、レジスト寸法変動量算出部１３２は、Ｓ６００４で検出したレコード１２２０の登録内容、および、Ｓ６００５で読み出した各種情報に基づいて、被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値および採用露光条件下におけるレジスト寸法測定値を、基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚および基準露光条件下におけるレジスト寸法換算値に変換する（Ｓ６００６）。具体的には、第１関係式を用いて、被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値の場合のレジスト寸法と、基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚の場合のレジスト寸法とを算出する。そして、両者の比率を、レコード１２２０に登録されているレジスト寸法測定値に乗算することで、基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚および採用露光条件下におけるレジスト寸法換算中間値を算出する。さらに、第３関係式を用いて、採用露光条件の場合のレジスト寸法と、基準露光条件の場合のレジスト寸法とを算出する。そして、両者の比率を、レジスト寸法換算中間値に乗算することで、基準被エッチング膜厚、基準レジスト膜厚および基準露光条件下におけるレジスト寸法換算値を算出する。
【００８４】
次に、レジスト寸法変動量算出部１３２は、換算値管理テーブル１２５１に、ユニークな管理番号が付与された新規レコード１２５１０を追加し、このレコード１２５１０のフィールド１２５１２、１２５１３、１２５１４、１２５１５に、Ｓ６００１で受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号、エリア番号を登録する。また、フィールド１２５１６に、Ｓ６００６で算出したレジスト寸法換算値を登録する（Ｓ６００８）。
【００８５】
次に、レジスト寸法変動量算出部１３２は、ウエハ間におけるレジスト寸法変動量（推定値）を算出する（Ｓ６００９）。具体的には、換算値管理テーブル１２５１から、Ｓ６００１で受け付けた品種、ロット番号およびエリア番号を持つ各レコード１２５１０を抽出する。そして、抽出した各レコード１２５１０に登録されているレジスト寸法換算値を、各レコード１２５１０のウエハ番号順に並べて、ウエハ間におけるレジスト寸法換算値の変動量の増減傾向（傾き）を検出する。そして、この増減傾向と、最新のウエハ番号（ｎ番目のウエハ）および最新より１つ前のウエハ番号（ｎ−１番目のウエハ）間におけるレジスト寸法変動量とを用いて、最新のウエハ番号と最新のウエハ番号より１つ後のウエハ番号（ｎ＋１番目のウエハ）との間におけるレジスト寸法変動量を算出する。
【００８６】
なお、レジスト寸法変動量の算出は、抽出した各レコード１２５１０に登録されているレジスト寸法換算値を指数重み付け平均することで算出することもできる。この場合、算術平均や線形重み付け平均など、レジスト寸法換算値の時系列変動の形態に応じて算出式を変えてもよい。レジスト寸法換算値に異常が存在する場合に、この異常値を使用しないようにするために、所定の範囲内に存在しないレジスト寸法換算値を算出式への入力値から除外するとよい。
【００８７】
それから、レジスト寸法変動量算出部１３２は、変動量管理テーブル１２５２０から、Ｓ６００１で受け付けた品種、ロット番号およびエリア番号を持つレコード１２５２０を検索する。そして、検出したレコード１２５２０のフィールド１２５２５に登録されているレジスト寸法変動量を、Ｓ６００９で算出したレジスト寸法変動量に更新する（Ｓ６０１０）。例えば、品種「ＡＡＡ」、ロット番号「００１」、エリア番号「００２」を受け付けている場合、図７に示す例では、レジスト寸法変動量「１．０」が、新たに算出されたレジスト寸法変動量に更新される。
【００８８】
次に、図１の完成寸法測定・登録、寸法シフト変動量算出・登録処理Ｓ２５における動作について説明する。図１４は、図１のＳ２５における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。このフローは、例えば、露光条件決定支援装置１が、エッチング工程Ｓ１２の施設に配置されたユーザ端末２_３を介してユーザより、完成寸法測定値の登録指示を受け付けることで開始される。
【００８９】
まず、露光条件決定支援装置１において、入出力部１１は、例えばユーザ端末２_３を介してユーザより、レジスト除去処理Ｓ１２２によりウエハ上に現れた被エッチング膜のパターンの完成寸法測定値（完成寸法は既存の寸法測定装置を用いて行うことができる）を、このウエハから製造する半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号および測定箇所のエリア番号と共に、受け付ける（Ｓ７００１）。
【００９０】
次に、入出力部１１は、工程管理ＤＢ部１２１から、受け付けた品種、ロット番号を持つレコード１２１０を検索する。そして、検出したレコード１２１０のフィールド１２１４にエッチング装置の識別情報が登録されているか否かを調べる。登録されている場合（Ｓ７００２でＹｅｓ）は、Ｓ７００４に移行する。一方、登録されていない場合（Ｓ７００２でＮｏ）、入出力部１１は、例えばユーザ端末２_３を介してユーザより、レジスト除去対象のロットを処理したエッチング装置の識別情報を受け付ける。そして、受け付けたエッチング装置の識別情報を、Ｓ７００２で検出したレコード１２１０のフィールド１２１５に登録する（Ｓ７００３）。それから、Ｓ７００４に移行する。
【００９１】
次に、Ｓ７００４において、入出力部１１は、測定値ＤＢ部１２２から、Ｓ７００１で受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号を持つレコード１２２０を検索する。そして、検出したレコード１２２０のフィールド１２２９に、Ｓ７００１で受け付けた完成寸法測定値を登録する。
【００９２】
次に、入出力部１１は、Ｓ７００１で受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号、エリア番号および完成寸法測定値と、Ｓ７００４で検出したレコード１２２０のフィールド１２２８に登録されているレジスト寸法測定値とを、寸法シフト変動量算出部１３３に通知して寸法シフト変動量の算出を指示する。これを受けて、寸法シフト変動量算出部１３３は、先ず、基準値・関係式管理テーブル１２４２から各基準値・関係式（基準被エッチング膜厚、第２関係式）を読み出す（Ｓ７００５）。
【００９３】
次に、寸法シフト変動量算出部１３３は、完成寸法測定値およびレジスト寸法測定値の差分を算出し、これを、被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量測定値とする。それから、第２の関係式に従い、この被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量測定値を、基準被エッチング膜厚における寸法シフト量換算値に変換する（Ｓ７００６）。具体的には、第２関係式を用いて、被エッチング膜厚測定値の寸法シフト量と、基準被エッチング膜厚の場合の寸法シフト量とを算出する。そして、両者の比率を、寸法シフト量測定値に乗算することで、基準被エッチング膜厚下における寸法シフト量換算値を算出する。
【００９４】
次に、寸法シフト量算出部１３３は、換算値管理テーブル１２５１からＳ７００１で受け付けた品種、ロット番号、ウエハ番号、エリア番号を持つレコード１２５１０を検索する。そして、検出したレコード１２５１０のフィールド１２５１７に、Ｓ７００６で算出した寸法シフト量換算値を登録する（Ｓ７００８）。
【００９５】
次に、寸法シフト変動量算出部１３３は、ウエハ間における寸法シフト変動量（推定値）を算出する（Ｓ７００９）。具体的には、換算値管理テーブル１２５１から、Ｓ７００１で受け付けた品種、ロット番号およびエリア番号を持つ各レコード１２５１０を抽出する。そして、抽出した各レコード１２５１０に登録されている寸法シフト量換算値を、各レコード１２５１０のウエハ番号順に並べて、ウエハ間における寸法シフト量換算値の変動量の増減傾向（傾き）を検出する。そして、この増減傾向と、最新のウエハ番号（ｎ番目のウエハ）および最新より１つ前のウエハ番号（ｎ−１番目のウエハ）間における寸法シフト量換算値の変動量とを用いて、最新のウエハ番号と最新のウエハ番号より１つ後のウエハ番号（ｎ＋１番目のウエハ）との間における寸法シフト変動量を算出する。
【００９６】
なお、寸法シフト変動量の算出は、抽出した各レコード１２５１０に登録されている寸法シフト量換算値を指数重み付け平均することで算出することもできる。この場合、算術平均や線形重み付け平均など、寸法シフト量換算値の時系列変動の形態に応じて算出式を変えてもよい。寸法シフト量換算値に異常が存在する場合に、この異常値を使用しないようにするために、所定の範囲内に存在しない寸法シフト量換算値を算出式への入力値から除外するとよい。
【００９７】
それから、寸法シフト変動量算出部１３３は、変動量管理テーブル１２５２０から、Ｓ７００１で受け付けた品種、ロット番号およびエリア番号を持つレコード１２５２０を検索する。そして、検出したレコード１２５２０のフィールド１２５２６に登録されている寸法シフト変動量を、Ｓ７００９で算出した寸法シフト変動量に更新する（Ｓ７０１０）。例えば、品種「ＡＡＡ」、ロット番号「００１」、エリア番号「００２」を受け付けている場合、図７に示す例では、レジスト寸法変動量「２．０」が、新たに算出されたレジスト寸法変動量に更新される。
【００９８】
以上、本発明の一実施形態について説明した。
【００９９】
本実施形態によれば、半導体デバイスの品種、ロット（露光装置およびエッチング装置の組合せ）およびエリアの組合せ毎に、エリアへの露光条件および各種測定値（被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値、レジスト寸法測定値、寸法シフト量測定値）を管理している。そして、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組合せ毎に、新たなウエハの対象エリアへの露光条件を、当該ウエハの対象エリアにおける測定値（被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値）と、過去の露光条件および測定値を基に決定している。したがって、本実施形態によれば、先行作業を行わなくても、ウエハ面内の膜厚分布およびエッチングプロセス変動に応じた任意の方向と位置における寸法のバラツキを制御することができるように、露光条件を決定することができる。
【０１００】
また、本実施形態では、レジスト膜厚および被エッチング膜厚の変動によるレジスト寸法の変動成分が除去されたレジスト寸法変動量、つまり、製造プロセスまたは露光装置の経時的な変動によるレジスト寸法変動量と、被エッチング膜厚の変動による寸法シフトの変動成分が除去された寸法シフト変動量、つまり、製造プロセスまたはエッチング装置の経時的な変動による寸法シフト変動量とを用いて、露光条件を決定するので、製造プロセスまたはエッチング装置の経時的な変動による寸法のバラツキをより精度よく制御することができるように、露光条件を決定することができる。
【０１０１】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【０１０２】
例えば、上記の実施形態において、露光条件決定支援装置１を、半導体デバイス製造の各工程における実績データの蓄積、製造フローの管理、および、各工程への製造指示等を行う製造管理システムに、組み込むようにしてもよい。この場合、それぞれ複数設けられた露光装置、エッチング装置、膜厚測定装置および寸法測定装置を、ネットワークを介して、製造管理システムに接続し、ユーザ端末２_１〜２_３の代わりに膜厚測定装置、寸法測定装置から、被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値、レジスト寸法測定値、完成寸法測定値を、測定対象の半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号およびエリア番号と共に入手するようにしてもよい。そして、決定した露光条件を、製造管理システムから露光装置に送信するようにしてもよい。測定対象の半導体デバイスの品種、ロット番号およびウエハ番号は、例えばウエハに形成されているコードを測定装置から製造管理システムへ送信し、製造管理システムでこのコードから半導体デバイスの品種、ロット番号およびウエハ番号を特定することも可能である。
【０１０３】
また、それぞれ複数設けられた露光装置、エッチング装置、膜厚測定装置および寸法測定装置が製造管理システムに接続されるシステム構成を有する場合、露光条件決定支援装置１は、それぞれ複数設けられた露光装置、エッチング装置、膜厚測定装置および寸法測定装置のいずれかに組み込むようにしてもよい。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハ面内の膜厚分布およびエッチングプロセス変動に応じた任意の方向と位置における寸法のバラツキを制御できるように露光条件を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、半導体デバイスの製造工程と本発明の一実施形態による露光条件決定支援処理との関係を説明するための図である。
【図２】図２は、露光条件決定支援システムの概略構成図である。
【図３】図３は、工程管理ＤＢ部１２１の登録内容例を示す図である。
【図４】図４は、測定値ＤＢ部１２２の登録内容例を示す図である。
【図５】図５は、採用露光条件ＤＢ部１２３の登録内容例を示す図である。
【図６】図６は、仕様・特性ＤＢ部１２４の登録内容例を示す図である。
【図７】図７は、演算値ＤＢ部１２５の登録内容例を示す図である。
【図８】図８は、露光条件決定支援装置１のハードウエア構成例を示す図である。
【図９】図９は、図１のＳ２１における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。
【図１０】図１０は、図１のＳ２２における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。
【図１１】図１１は、図１のＳ２３における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。
【図１２】図１２は、ユーザ端末２_２のユーザから、半導体デバイスの品種、ロット番号、ウエハ番号および露光対象のエリア番号を受け付けるための対話画面例を示す図である。
【図１３】図１３は、図１のＳ２４における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。
【図１４】図１４は、図１のＳ２５における露光条件決定支援システムの動作を説明するフロー図である。
【図１５】図１５は、ウエハ９０上に成膜された被エッチング膜９３に回路パターンを形成する方法を示す図である。
【図１６】図１６は、ホトリソグラフィ工程の露光処理で使用される縮小投影型露光装置の構成を示している。
【図１７】図１７は、縮小投影型露光装置の露光エネルギーおよびステージ８４の縮小レンズ８３光軸方向駆動によるフォーカス補正値と、ウエア８５上に形成されるレジストパターンの寸法値との関係を示す図である。
【図１８】図１８（Ａ）は、レジスト寸法Ｚ１とレジスト膜厚Ｘ、被エッチング膜厚Ｙとの関係を説明するための図であり、図１８（Ｂ）は、被エッチング膜厚Ｙと、寸法シフト量Ｚとの関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・・露光条件決定支援装置、２・・・ユーザ端末、１１・・・入出力部、１２・・・記憶部、１３・・・演算部、１２１・・・工程管理ＤＢ部、１２２・・・測定値ＤＢ部、１２３・・・採用露光条件ＤＢ部、１２４・・・仕様・特性ＤＢ部、１２５・・・演算値ＤＢ部、１２４１・・・仕様管理テーブル、１２４２・・・基準値・関係式管理テーブル、１２５１・・・換算値管理テーブル、１２５２・・・変動量管理テーブル

Claims (8)

1. 半導体デバイスの回路パターンを半導体ウエハ上に形成するために、被エッチング膜およびレジスト膜が積層された前記半導体ウエハに対して、少なくとも１つのショットを有するエリア単位で行われる露光処理の露光条件を決定する、半導体デバイス製造における露光条件の決定方法であって、
   半導体ウエハ上に形成された被エッチング膜のパターン寸法である完成寸法のエリア毎の測定値分布に基づいて、エリア毎に露光条件を決定すること
   半導体デバイス製造における露光条件の決定方法。
2. 請求項１記載の半導体デバイス製造における露光条件の決定方法であって、
   レジスト膜厚および被エッチング膜厚とレジスト膜のパターン寸法であるレジスト寸法との関係式である第１の関係式と、被エッチング膜厚と完成寸法およびレジスト寸法の差分である寸法シフト量との関係式である第２の関係式と、ｎ番目の半導体ウエハの対象エリアのレジスト膜厚および被エッチング膜厚の測定値と、ｎ−１番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおけるレジスト寸法の測定値より求めた、レジスト寸法の半導体ウエハ間における変動量であるレジスト寸法変動量と、前記ｎ−１番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおけるレジスト寸法の測定値および完成寸法の測定値より求めた、寸法シフト量の半導体ウエハ間における変動量である寸法シフト変動量と、を用いて、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの完成寸法を所望の寸法とするためのレジスト寸法を求めるステップと、
   レジスト寸法と露光条件との関係に従って、求めたレジスト寸法から前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの露光条件を決定するステップと、を有すること
   を特徴とする半導体デバイス製造における露光条件の決定方法。
3. 半導体デバイスの回路パターンを半導体ウエハ上に形成するために、被エッチング膜およびレジスト膜が積層された前記半導体ウエハに対して、少なくとも１つのショットを有するエリア単位で行われる露光処理の露光条件を決定する、半導体デバイス製造における露光条件の決定方法であって、
   レジスト寸法変動量推定ステップと、寸法シフト変動量推定ステップと、膜厚測定値入手ステップと、露光条件決定ステップと、を有し、
   前記レジスト寸法変動量推定ステップは、
   ｎ−１番目の半導体ウエハの対象エリア上に生成された前記被エッチング膜の膜厚測定値と、前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記レジスト膜の膜厚測定値と、前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に形成された前記レジスト膜パターンのパターン寸法であるレジスト寸法測定値と、を取得する第１ステップと、
   レジスト膜厚および被エッチング膜厚とレジスト寸法との関係式である第１の関係式に従い、レジスト膜厚測定値、被エッチング膜厚測定値におけるレジスト寸法測定値から、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚におけるレジスト寸法換算値を算出する第２ステップと、
   算出したレジスト寸法換算値と以前に算出したｎ−２番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおけるレジスト寸法換算値とを用いて、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚における半導体ウエハ間のレジスト寸法変動量を算出する第３ステップと、を有し、
   前記寸法シフト変動量推定ステップは、
   前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記被エッチング膜の膜厚測定値と、前記ｎ−１番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に形成された前記被エッチング膜パターンのパターン寸法である完成寸法測定値と、を取得する第４ステップと、
   完成寸法測定値と前記レジスト寸法変動量推定ステップで取得したレジスト寸法測定値との差分である、被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量を算出する第５ステップと、
   被エッチング膜厚と寸法シフト量との関係式である第２の関係式に従い、被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量から、基準被エッチング膜厚における寸法シフト量換算値を算出する第６ステップと、
   寸法シフト量換算値と以前に算出したｎ−２番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおける寸法シフト量換算値とを用いて、基準被エッチング膜厚における半導体ウエハ間の寸法シフト変動量を算出する第７ステップと、を有し、
   前記膜厚測定値入手ステップは、
   ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記被エッチング膜の膜厚測定値、および、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリア上に生成された前記レジスト膜の膜厚測定値を取得し、
   前記露光条件決定ステップは、
   前記第１の関係式に従い、前記レジスト寸法変動量推定ステップで算出した前記基準レジスト膜厚、前記基準被エッチング膜厚におけるレジスト寸法変動量を、前記膜厚測定ステップで取得した前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアにおける前記レジスト膜厚測定値、前記被エッチング膜厚測定値でのレジスト寸法変動量に変換する第８ステップと、
   前記第２の関係式に従い、前記寸法シフト変動量推定ステップで算出した前記基準被エッチング膜厚における寸法シフト変動量を、前記膜厚測定ステップで取得した前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアにおける前記被エッチング膜厚測定値での寸法シフト変動量に変換する第９ステップと、
   変換したレジスト寸法変動量および寸法シフト変動量を用いて、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの完成寸法を所望の寸法とするためのレジスト寸法を求める第１０ステップと、
   レジスト寸法と露光条件との関係式である第３関係式に従って、求めたレジスト寸法から前記ｎ番目の半導体ウエハの前記対象エリアでの露光条件を決定する第１１ステップと、を有すること
   を特徴とする半導体デバイス製造における露光条件の決定方法。
4. 請求項３記載の半導体デバイス製造における露光条件の決定方法であって、
   前記第１ステップは、前記ｎ−１番目の半導体ウエハの対象エリアに対する採用露光条件を、当該対象エリアに対する被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値およびレジスト寸法測定値と共に入手し、
   前記第２ステップは、前記第１関係式に従って算出した基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および採用露光条件におけるレジスト寸法換算値を、前記第３関係式に従い、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および基準露光条件におけるレジスト寸法換算値に変換し、
   前記第３ステップは、変換したレジスト寸法換算値と以前に変換したｎ−２番目以前の半導体ウエハの前記対象エリアにおけるレジスト寸法換算値とを用いて、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および基準露光条件における半導体ウエハ間のレジスト寸法変動量を算出すること
   を特徴とする半導体デバイス製造における露光条件の決定方法。
5. 半導体デバイスの回路パターンを半導体ウエハ上に形成するために、被エッチング膜およびレジスト膜が積層された前記半導体ウエハに対して、少なくとも１つのショットを有するエリア単位で行われる露光処理の露光条件を決定する、半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置であって、
   半導体ウエハ上に形成された被エッチング膜のパターン寸法である完成寸法のエリア毎の測定値分布を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されている完成寸法のエリア毎の測定値分布に基づいて、エリア毎に露光条件を決定する演算部と、を有すること
   を特徴とする半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置。
6. 請求項１記載の半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置であって、
   前記記憶部は、
   レジスト膜厚および被エッチング膜厚とレジスト膜のパターン寸法であるレジスト寸法との関係式である第１の関係式、および、被エッチング膜厚と完成寸法およびレジスト寸法の差分である寸法シフト量との関係式である第２の関係式を記憶する特性情報記憶手段と、
   半導体ウエハおよびエリアの組合せ毎に、レジスト寸法測定値、および、完成寸法測定値を記憶する測定値記憶手段と、
   エリア毎に、レジスト寸法の半導体ウエハ間における変動量を示すレジスト寸法変動量、および、寸法シフト量の半導体ウエハ間における変動量を示すレジスト寸法変動量を記憶する変動量記憶手段と、を有し、
   前記演算部は、
   エリア毎に、前記測定値記憶手段に記憶されている複数の半導体ウエハのレジスト寸法の増減傾向からレジスト寸法変動量を算出し、前記変動量記憶手段に記憶するレジスト寸法変動量算出手段と、
   エリア毎に、前記測定値記憶手段に記憶されている複数の半導体ウエハの完成寸法およびレジスト寸法の差分である寸法シフト量の増減傾向から寸法シフト変動量を算出し、前記変動量記憶手段に記憶する寸法シフト変動量算出手段と、
   エリア毎に、前記変動量記憶手段に記憶されているレジスト寸法変動量および寸法シフト変動量を用いて、所望の完成寸法とするために要求されるレジスト寸法を算出し、予め設定されているレジスト寸法および露光条件の関係に従い、算出したレジスト寸法から露光条件を決定する露光条件決定手段と、を有すること
   を特徴とする半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置。
7. 請求項６記載の半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置であって、前記記憶部は、半導体ウエハおよびエリアの組合せ毎に、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚におけるレジスト寸法であるレジスト寸法換算値と、基準被エッチング膜厚における寸法シフト量である寸法シフト量換算値とを記憶する換算値記憶手段をさらに有し、
   前記測定値記憶手段は、半導体ウエハおよびエリアの組合せ毎に、レジスト膜厚測定値、および、被エッチング膜厚測定値も記憶し、
   前記レジスト寸法変動量算出手段は、任意エリアに対して、レジスト膜厚および被エッチング膜厚とレジスト寸法との関係式である第１の関係式に従い、ｎ−１番目の半導体ウエハのレジスト膜厚測定値、被エッチング膜厚測定値におけるレジスト寸法測定値から、前記ｎ−１番目の半導体ウエハの基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚におけるレジスト寸法換算値を算出し、前記換算値記憶手段に記憶すると共に、算出したレジスト寸法換算値と前記換算値記憶手段に記憶されているｎ−２番目以前の半導体ウエハの前記任意エリアにおけるレジスト寸法換算値とを用いて、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚における半導体ウエハ間のレジスト寸法変動量を算出し、
   前記寸法シフト変動量算出手段は、前記任意エリアに対して、被エッチング膜厚と寸法シフト量との関係式である第２の関係式に従い、前記ｎ−１番目の半導体ウエハの被エッチング膜厚測定値における寸法シフト量から、前記ｎ−１番目の半導体ウエハの基準被エッチング膜厚における寸法シフト量換算値を算出し、前記換算値記憶手段に記憶すると共に、算出した寸法シフト量換算値と前記換算値記憶手段に記憶されているｎ−２番目以前の半導体ウエハの前記任意エリアにおける寸法シフト量換算値とを用いて、基準被エッチング膜厚における半導体ウエハ間の寸法シフト量変動量を算出し、
   前記露光条件決定手段は、
   前記第１の関係式に従い、前記基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚におけるレジスト寸法変動量を、ｎ番目の半導体ウエハの前記任意エリアでのレジスト膜厚測定値、被エッチング膜厚測定値におけるレジスト寸法変動量に変換すると共に、前記第２の関係式に従い、前記基準被エッチング膜厚における寸法シフト変動量を、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記任意エリアでの被エッチング膜厚測定値における寸法シフト変動量に変換し、変換したレジスト寸法変動量および寸法シフト変動量を用いて、前記ｎ番目の半導体ウエハの前記任意エリアでの完成寸法を所望の寸法とするためのレジスト寸法を求め、レジスト寸法と露光条件との関係式である第３関係式に従って、求めたレジスト寸法から前記ｎ番目の半導体ウエハの前記任意エリアでの露光条件を決定すること
   を特徴とする半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置。
8. 請求項７記載の半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置であって、前記記憶部は、半導体ウエハおよびエリアの組合せ毎に、露光処理に採用された露光条件を記憶する露光条件記憶手段をさらに有し、
   前記レジスト寸法変動量算出手段は、前記任意エリアについて、前記第１の関係式に従って算出した前記ｎ−１番目の半導体ウエハの基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および採用露光条件におけるレジスト寸法換算値を、前記第３関係式に従い、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および基準露光条件におけるレジスト寸法換算値に変換してから、前記換算値記憶手段に記憶し、変換したレジスト寸法換算値と前記換算値記憶手段に記憶されている前記ｎ−２番目以前の半導体ウエハのレジスト寸法換算値とを用いて、基準レジスト膜厚、基準被エッチング膜厚および基準露光条件における半導体ウエハ間のレジスト寸法変動量を算出すること
   を特徴とする半導体デバイス製造における露光条件決定支援装置。

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