JP2009170776A

JP2009170776A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2009170776A
Application number: JP2008009218A
Authority: JP
Inventors: Ayako Endo; 藤亜矢子遠; Toshiya Kotani; 谷敏也小; Kenji Yoshida; 田賢司吉; Satoshi Tanaka; 中聡田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: JP5252932B2; US20090192643A1; US8112167B2

Abstract

【課題】半導体製品の生産において使用する半導体製造装置が複数台ある場合に、製造装置間での性能ばらつきに対する生産上のロバスト性を向上させる。
【解決手段】基板上での仕上がり形状に影響を及ぼす生産に使用する露光装置の性能ばらつきを考慮して危険点を抽出し、その危険点の工程能力が生産計画上の所望の工程能力を下回る場合に、プロセス条件の変更等により前記危険点の工程能力を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関する。

近年の半導体製造技術の進歩は非常に目覚しく、最小加工寸法６５ｎｍサイズの半導体が量産されている。このような微細化はマスクプロセス技術、光リソグラフィ技術、およびエッチング技術等の微細パターン形成技術の飛躍的な進歩により実現されている。

パターンのサイズが十分に大きかった時代では、ウェーハ上に形成したいＬＳＩパターンの平面形状をそのまま設計パターンとして描き、その設計パターンに忠実なマスクパターンを作成し、そのマスクパターンを投影光学系によってウェーハ上に転写し、下地をエッチングすれば、ほぼ設計パターン通りのパターンをウェーハ上に形成することができた。

しかし、パターンの微細化が進むにつれて、量産歩留まりを向上させることが困難になってきている。

量産の歩留まりを向上させるため、さまざまな方法が採用されている。例えば、リソグラフィ工程においては設計パターンを忠実にウェーハ上に転写するために、光近接効果補正（Optical Proximity Correction：ＯＰＣ）、プロセス近接効果補正(Process Proximity Correction：ＰＰＣ、以下、ＰＰＣおよびＯＰＣを「ＰＣ」という）とよばれる技術が使用されている。しかし、設計パターンにはさまざまなパターンが存在しておりＰＣ処理を行ってもウェーハに転写後のリソグラフィマージンが少ないために要求仕様を充足しないおそれがある箇所（以下、「危険点」という）を含むパターン（以下、「危険パターン」という）が発生する。このような危険パターンを、実際にウェーハに転写した後に確認するのでは半導体量産展開に支障を来すので、設計データを元にリソグラフィシミュレーションを事前に行い、危険パターンを開発段階で発見して対策を講ずることが重要になっており、そのために様々な方法が提案されている（例えば特許文献１および２）。

しかしながら、従来技術による方法では、危険パターンの抽出に際して、量産展開する半導体製造装置が複数存在していることを考慮していなかった。生産する半導体製品に対して設定した設計データおよびプロセス条件等が生産に使用する半導体製造装置と正確に一致しているとは限らない。まして、使用する製造装置が複数台ある場合は、設定したプロセス条件からのズレが生産ライン全体で大きくなることは明白である。

このように、従来の技術には、半導体製品の生産においてプロセス条件からのズレに対するロバスト性がないという問題があった。
特開２００４−０３０５７９号公報特開２００７−０５７９４８号公報特開２００４−０７９５８６号公報

本発明の目的は、半導体装置の生産に使用する半導体製造装置が複数台ある場合に、半導体製造装置間での性能ばらつきに対する生産上のロバスト性を向上させることにある。

本発明の第１の態様によれば、製造対象である半導体装置の生産計画から生産ラインへの投入ロット数を決定する工程と、前記生産計画を達成するために望まれる第１の工程能力を算出する工程と、前記半導体装置の製造に使用する複数の製造装置を決定し、決定した製造装置の台数を前記投入ロット数から算出する工程と、前記半導体装置の設計レイヤウトから前記製造装置のプロセス条件を規定する工程と、前記半導体装置の製造に用いられるパターンの仕上がり形状に影響を及ぼす、前記複数の製造装置間の性能ばらつきを考慮して前記製造装置のプロセス条件を調整する工程と、調整されたプロセス条件で前記仕上がり形状のシミュレーションを行う工程と、前記シミュレーションの結果から前記半導体装置の要求仕様の充足に影響を及ぼす危険点を抽出する工程と、前記抽出された危険点を含むパターンを危険パターンとして規定する工程と、規定された危険パターンを所望形状のパターンとして前記生産ラインで形成するための第２の工程能力を算出する工程と、前記第２の工程能力を前記第１の工程能力と比較する工程と、前記第２の工程能力が前記第１の工程能力以上である場合は、前記調整されたプロセス条件で前記算出された台数の前記製造装置を用いて前記半導体装置を生産する工程と、前記第２の工程能力が前記第１の工程能力を下回る場合に、前記第２の工程能力を向上させる工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。

また、本発明の第２の態様によれば、製造対象である半導体装置の生産計画から生産ラインへの投入ロット数を決定する工程と、前記生産ラインの基準パターンを形成するための第１の工程能力を算出する工程と、前記半導体装置の製造に使用する複数の製造装置を決定し、決定した製造装置の台数を前記投入ロット数から算出する工程と、前記半導体装置の設計レイヤウトから前記製造装置のプロセス条件を規定する工程と、前記半導体装置の製造に用いられるパターンの仕上がり形状に影響を及ぼす、前記複数の製造装置間の性能ばらつきを考慮して前記規定されたプロセス条件を調整する工程と、調整されたプロセス条件で前記仕上がり形状のシミュレーションを行う工程と、前記シミュレーションの結果から前記半導体装置の要求仕様の充足に影響を及ぼす危険点を抽出する工程と、前記抽出された危険点を含むパターンを危険パターンとして規定する工程と、規定された危険パターンを所望形状のパターンとして前記生産ラインで形成するための第２の工程能力を算出する工程と、前記第２の工程能力を前記第１の工程能力と比較する工程と、前記第２の工程能力が前記第１の工程能力以上である場合は、前記調整されたプロセス条件で前記算出された台数の前記製造装置を用いて前記半導体装置を生産する工程と、前記第２の工程能力が前記第１の工程能力を下回る場合に、前記第２の工程能力を向上させる工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、半導体装置の生産に使用する半導体製造装置が複数台ある場合に、半導体製造装置間での性能ばらつきに対する生産上のロバスト性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。以下では、生産対象の半導体装置を半導体製品Ｘとして説明する。

（１）第１の実施の形態
図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施の形態による製造工程の概略を示すフローチャートである。

まず、半導体製品Ｘに対する生産計画から、生産するチップ数を算出する（ステップＳ１）。次いで、算出されたチップ数から量産に必要なロット数を算出して生産ラインへの投入ロット数を決定する（ステップＳ２）。続いて、決定した投入ロット数から、半導体製品Ｘの生産に必要な製造装置の種類およびその各台数を決定する（ステップＳ３）。半導体の量産に使用する製造装置としては、各種のプロセス装置があるが、以下の工程では説明を簡単にするために、露光装置を取り挙げ、半導体製品Ｘを構成する多数のレイヤのうち、任意のレイヤの製造方法について説明する。

次に、半導体製品Ｘの当該レイヤについてのレイヤウトデータ（設計データ）を取得し（ステップＳ４）、上述したステップＳ３で決定した露光装置の情報を取り込んでプロセス条件を決定する（ステップＳ５）。プロセス条件は、例えば半導体製品Ｘの最小線幅や当該レイヤのウェーハ下地構造などを考慮して実験的にまたはシミュレーションを用いて決定する。

次いで、ステップＳ３にて決定した製造装置の種類およびその各台数に応じて製造装置間の性能ばらつきを考慮してプロセス条件を調整する（ステップＳ６）。ここで、製造装置間の性能ばらつきは、例えば露光装置について説明すると調整パラメータと呼ばれるもののばらつきに対応する。露光装置の調整パラメータとは、具体的には、照明形状、ＮＡ（レンズ開口数）、収差、偏光度、色収差、照明輝度分布、露光量、フォーカス値、装置起因のフレイヤ量、スキャン時の同期精度劣化量の少なくともいずれかを含むものである。

生産に使用する露光装置は、工場納入時に半導体製造に適合する規格を有するが、露光装置が複数台存在する場合その装置性能は完全一致ではなく、規格内のばらつきを持っている。この露光装置性能のばらつきの影響は、半導体製品Ｘの性能のばらつきに影響する可能性がある。

そこで、本実施形態では、使用する装置間の調整パラメータのばらつきを取り込むようにプロセス条件を調整する。例えば、露光装置ＡおよびＢを用いて半導体製品Ｘを製造する際、露光装置Ａの設定露光量に対するばらつきを含めた露光量の範囲を露光量範囲ａとし、同じく露光装置Ｂの設定露光量に対するばらつきを含めた露光量の範囲を露光量範囲ｂとする場合、露光量条件（プロセス条件）を露光量範囲ａ、露光量範囲ｂのどちらか一方を含む一定の幅を持った露光量として規定する。すなわち、複数の露光装置の露光量ばらつきを含めて露光量を規定する。また、一つの調整パラメータのみならず、前述した複数の装置間の複数の調整パラメータを調整する。

続いて、調整したプロセス条件下で上記レイヤウトデータを用いて仕上がり形状のシミュレーションを実行し（ステップＳ７）、（一般にエラーと呼ばれる）危険点を抽出する（ステップＳ８）。危険点の抽出には、一定の幅を持つプロセス条件を用いたシミュレーション、例えばリソグラフィシミュレーションを用い、より具体的には、上記特許文献１および３に開示された方法を使用することができる。この参照により上記特許文献１および３の内容を本明細書に取り込んだものとする。

このように、本実施形態によれば、生産計画から算出した生産に使用する複数の露光装置から導出される露光装置間の性能ばらつきを考慮してプロセス条件を調整するので、調整されたプロセス条件の範囲に、その前工程において一旦決定したプロセス条件と比較してある程度の幅を持たせることができる。

次に、抽出された危険点の個数、座標（箇所）および大きさ（マージンが量産規格よりもどの程度未達であるか）を算出し（ステップＳ９）、抽出された危険点を含むパターンのうち、設計データ中で最も生産プロセス、例えばリソグラフィプロセスに影響すると予想される危険パターンＹを選定する（ステップＳ１０）。すなわち、パターンＹは設計パターン中で最もリソグラフィ裕度の低いパターンである。なお、パターンＹとしては、最もリソグラフィ裕度の低いパターンではなく、所定のプロセス裕度以下となるパターンを選択することも可能である。

次いで、ステップＳ３で決定した製造装置群で特定される現状生産ラインでの危険パターンＹの工程能力Ａを算出する（ステップＳ１１）。工程能力Ａは、以下の式によって算出できる。

本実施形態において、規格を半導体の種類、型式、形状、寸法、構造、装備、電気的性能、品質、等級、成分、性能、耐久度または安全度などと定義する。規格には、基準を満たす一定の範囲があり、この上限を規格上限（ＵＬＳ）、この下限を規格下限（ＬＳＬ）とする。

また、工程能力とは，定められた規格範囲内において製品を生産できる能力のことで，その評価を行う指標が工程能力指数、Ｃｐ（ＰｒｏｃｅｓｓＣａｐａｂｉｌｉｔｙ）のことであり、以下の式で表される。

Ｃｐ＝（規格上限−規格下限）／６σ （式１）
また、Ｃｐでは生産される製品の規格のばらつきの偏りが考慮されていない。この偏りを考慮したときの工程能力指数Ｃｐｋは以下の式で表す
Ｃｐｋ＝｜平均値に近い方の規格限界−平均値｜／３σ （式２）
ここで、σとは標準偏差のことで、統計値の散らばり具合を表す数値である。本実施形態の場合、統計値の散らばりとは製品の性能のばらつきを示し、平均値とはすべての製品の規格の和をデータの総数で割った値である。

続いて、生産計画上所望の工程能力Ｂと、上述した危険パターンＹの工程能力Ａとを比較する（ステップＳ１２）。ここで、本実施形態において、生産計画上所望の工程能力Ｂは例えば第１の工程能力に対応し、危険パターンＹの工程能力Ａは、例えば第２の工程能力に対応する。

比較の結果、工程能力Ａが工程能力Ｂ以上である場合は、生産上問題が無いのでそのまま生産すればよい。

この一方、比較の結果、工程能力Ａが工程能力Ｂを下回る場合には、工程能力Ａを向上させるような施策を検討し、結果の解析を経て、工程能力Ａが工程能力Ｂ以上になるような施策を選択する。

工程能力Ａを向上させる施策として、具体的には以下の施策を列挙することができる。

（１）プロセス条件を変更する。この場合はステップＳ６の直前へ工程フローが戻ることになる。

（２）レイヤウトデータを変更する。より具体的には、設計データに並べられているチップの配置を変更し、または危険パターンの形状そのものを変更することである。この場合はステップＳ４の直前へ工程フローが戻る。

（３）使用する製造装置の台数を減らす。この施策を選択した場合には、使用する製造装置の性能ばらつきが変わるので、ステップＳ６の直前へ工程フローが戻る。

（４）パターンＹの管理幅を狭める。パターンＹの管理幅とは、半導体製品Ｘの必要な規格の範囲を満たす、パターンＹにおける生産上必要な規格の範囲のことを指す。この施策を選択した場合は、ステップＳ１１のパターンＹの工程能力Ａの算出工程の直前へ戻る。

さらに、施策（１）乃至（４）の少なくともいずれかの方法を選択して、危険パターンＹの工程能力Ａが生産計画上所望の工程能力Ｂ以上になるまで上述した手順を繰り返す。

図２に、従来の技術による半導体装置の製造方法の一例の概略工程を示す。図１との対比により明らかなように、従来は、危険点の抽出に際して、量産展開する半導体製造装置が複数存在していることを考慮していなかった。

本実施形態によれば、複数の製造装置間の性能ばらつきを考慮してプロセス条件を調整した上で危険パターンＹを抽出し、さらに、危険パターンＹの工程能力Ａが生産計画上所望の工程能力以上になるまで工程能力Ａを向上させる施策を繰り返すので、半導体製品Ｘを高い量産歩留まりで生産することができる。

（２）第２の実施の形態
図３に本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施の形態による製造工程の概略を示す。

図１との対比により明らかなように、本実施形態の特徴は、使用生産ラインでの基準パターンの工程能力Ｃを算出する工程（ステップＳ４２）をさらに備え、生産計画上所望の工程能力Ｂに代えて基準パターンの工程能力Ｃと危険パターンＹの工程能力とを比較する点（ステップＳ４３）にある。

ここで、使用生産ラインでの基準パターンとは、半導体製品Ｘを生産するラインの生産能力を決めるための半導体製品Ｘの中に存在する特定のパターンである。ここで生産ラインの生産能力とは、時間あたりの製品の露光装置での処理数、エラー数などから算出される。

本実施形態においては、基準パターンの工程能力Ｃが例えば第１の工程能力に対応する。

さらに、本実施形態では、工程能力Ａを向上させる施策として、上述した（１）乃至（４）の施策に加え、（５）ロット管理パターンを危険パターンＹに置換する施策も含まれる。ここで、ロット管理パターンとは、半導体製品Ｘを生産ラインで生産する上で半導体製品Ｘの製品規格を満たすか否かを判定するためのパターンのことである。

施策（５）は、半導体製品Ｘを生産するプロセスラインで流品するロットの管理パターンを危険パターンＹに置換するものである。これにより、工程能力Ａ＝工程能力Ｃとなるので、半導体製品Ｘを確実に生産することができる。本実施形態のその他の工程は、図１に示す工程と実質的に同一であり、ステップＳ４１までは図１のステップＳ１乃至Ｓ１１にステップ番号３０を加えたものと同一であり、ステップＳ４４、Ｓ４６乃至Ｓ４９は、図１の対応する各ステップにステップ番号３１を加えたものと同一である。

このように、本実施形態によれば、施策（１）乃至（５）の少なくともいずれかを選択して、危険パターンＹの工程能力Ａが基準パターンの工程能力Ｃ以上になるまで工程能力Ａを向上させる施策を繰り返すので、半導体製品Ｘを高い量産歩留まりで生産することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限るものでは決してなく、その技術的範囲内で種々変形して適用できることは勿論である。

本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施の形態による製造工程の概略を示すフローチャートである。従来の技術による半導体装置の製造方法の一例の概略工程を示すフローチャートである。本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施の形態による製造工程の概略を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｘ：半導体製品
Ｙ：危険パターン
Ａ，Ｂ，Ｃ：工程能力

Claims

製造対象である半導体装置の生産計画から生産ラインへの投入ロット数を決定する工程と、
前記生産計画を達成するために望まれる第１の工程能力を算出する工程と、
前記半導体装置の製造に使用する複数の製造装置を決定し、決定した製造装置の台数を前記投入ロット数から算出する工程と、
前記半導体装置の設計レイヤウトから前記製造装置のプロセス条件を規定する工程と、
前記半導体装置の製造に用いられるパターンの仕上がり形状に影響を及ぼす、前記複数の製造装置間の性能ばらつきを考慮して前記プロセス条件を調整する工程と、
調整されたプロセス条件で前記仕上がり形状のシミュレーションを行う工程と、
前記シミュレーションの結果から前記半導体装置の要求仕様の充足に影響を及ぼす危険点を抽出する工程と、
前記抽出された危険点を含むパターンを危険パターンとして規定する工程と、
規定された危険パターンを前記所望形状のパターンとして生産ラインで形成するための第２の工程能力を算出する工程と、
前記第２の工程能力を前記第１の工程能力と比較する工程と、
前記第２の工程能力が前記第１の工程能力以上である場合は、前記調整されたプロセス条件で前記算出された台数の前記製造装置を用いて前記半導体装置を生産する工程と、
前記第２の工程能力が前記第１の工程能力を下回る場合に、前記第２の工程能力を向上させる工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
前記第２の工程能力は、設計レイヤウトの変更、プロセス条件の変更、前記台数の低減、および、前記危険パターンの管理幅の狭小化の少なくともいずれかにより向上することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
製造対象である半導体装置の生産計画から生産ラインへの投入ロット数を決定する工程と、
前記生産ラインの基準パターンを形成するための第１の工程能力を算出する工程と、
前記半導体装置の製造に使用する複数の製造装置を決定し、決定した製造装置の台数を前記投入ロット数から算出する工程と、
前記半導体装置の設計レイヤウトから前記製造装置のプロセス条件を規定する工程と、
前記半導体装置の製造に用いられるパターンの仕上がり形状に影響を及ぼす、前記複数の製造装置間の性能ばらつきを考慮して前記規定されたプロセス条件を調整する工程と、
調整されたプロセス条件で前記仕上がり形状のシミュレーションを行う工程と、
前記シミュレーションの結果から前記半導体装置の要求仕様の充足に影響を及ぼす危険点を抽出する工程と、
前記抽出された危険点を含むパターンを危険パターンとして規定する工程と、
規定された危険パターンを所望形状の危険パターンとして前記生産ラインで形成するための第２の工程能力を算出する工程と、
前記第２の工程能力を前記第１の工程能力と比較する工程と、
前記第２の工程能力が前記第１の工程能力以上である場合は、前記調整されたプロセス条件で前記算出された台数の前記製造装置を用いて前記半導体装置を生産する工程と、
前記第２の工程能力が前記第１の工程能力を下回る場合に、前記第２の工程能力を向上させる工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
前記第２の工程能力は、設計レイヤウトの変更、プロセス条件の変更、前記台数の低減、前記危険パターンの管理幅の狭小化、および、ロット管理パターンの前記危険パターンへの置換の少なくともいずれかにより向上することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記性能ばらつきを考慮してプロセス条件を調整する工程は、前記製造装置として用いる各露光装置の照明形状、ＮＡ、収差、偏光度、色収差、照明輝度分布、露光量、フィーカス値、装置起因のフレイア量、スキャン時の同期精度劣化量の少なくともいずれかのパラメータのばらつきを考慮して調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。