JP2010199159A - 半導体装置製造方法および露光パラメータ作成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】適切な露光パラメータを容易に作成することができる半導体装置製造方法を得ること。
【解決手段】半導体基板にパターンを形成する際の露光処理以外の加工工程を含むプロセス工程で生じるプロセス近接効果の変動を補正することによって、パターンを形成するためのレジストへ形成する露光後の目標パターンを設定し、目標パターンの寸法と露光後パターン寸法との差分が許容範囲内になるよう露光パラメータを調整し、調整した露光パラメータを用いて算出した露光マージンが許容範囲内である場合に、この露光パラメータを露光処理の露光パラメータに決定し、目標パターンを設定する際には、プロセス近接効果のシステマティック成分を用いて目標パターンを設定し、露光マージンを算出する際にはプロセス近接効果のランダム成分を用いて露光マージンの算出を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体装置製造方法および露光パラメータ作成プログラムに関するものである。

近年の半導体製造技術におけるパターンの微細化は著しく、最小加工寸法が０．０６５μｍサイズパターンの半導体が量産されている。このようなパターンの微細化は、マスクプロセス技術、リソグラフィプロセス技術、エッチングプロセス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。

パターンサイズが十分大きかった時代には、プロセス変動による寸法ばらつきに対する許容度が大きかったので、プロセス毎にプロセス条件をチューニングすることで要求されるスペックを満たすパターンをウエハ上に形成することができた。

ところが、近年、パターンの微細化に伴って寸法ばらつきに対する許容度が小さくなってきており、各プロセス条件を個別にチューニングするだけでは、要求されるスペックを満たすことが難しくなってきている。要求される寸法ばらつきのスペックを満たすための方法として、パターンのレイアウト依存性による寸法ばらつき（近接効果）を補正するＯＰＣ（Optical Proximity Correction）技術がある。また、複数の製造プロセスを顧みた上で何れかのプロセス条件をチューニングする方法がある。

例えば、特許文献１に記載のプロセスパラメータの作成方法は、複数のプロセスパラメータを含むパラメータ群を用意する工程と、第１のパターンをパラメータ群に基づいて補正して第２のパターンを求める工程と、パラメータ群及び第２のパターンに基づき、エッチングプロセスによって半導体基板上に形成される第３のパターンを予測する工程と、第３のパターンを第１のパターンと比較して評価値を得る工程と、評価値が予め決められた条件を満たしているか否かを判断する工程と、評価値が予め決められた条件を満たしていないと判断された場合に、パラメータ群に含まれるプロセスパラメータを補正して、第１のパターンを補正する工程に戻る工程と、評価値が予め決められた条件を満たしていると判断された場合に、パラメータ群に含まれるプロセスパラメータを最終的なプロセスパラメータとして決定する工程と、を備えている。

特許文献１に記載の方法では、種々の要素に起因して変動するＰＰＥ（Process Proximity Effect）のばらつきをそのまま用いてプロセスパラメータをチューニングしていた。

特開２００３−３０３７４２号公報

本発明は、適切な露光パラメータを容易に作成することができる半導体装置製造方法および露光パラメータ作成プログラムを得ることを目的とする。

本願発明の一態様によれば、半導体基板にパターンを形成する際の露光処理以外の加工工程を含むプロセス工程で生じるプロセス近接効果の変動を補正することによって、前記パターンを形成するためのレジストへ形成する露光後の目標パターンを設定する目標パターン設定ステップと、前記目標パターンの寸法と露光した後のパターン寸法との差分が許容範囲内になるよう前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータを調整する露光パラメータ調整ステップと、前記露光パラメータを用いて前記パターンの露光マージンの算出を行う露光マージン算出ステップと、前記露光マージンが許容範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、前記露光マージンが許容範囲内であると判断した場合に、調整した前記露光パラメータを前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータに決定する露光パラメータ決定ステップと、決定した前記露光パラメータを用いて前記半導体基板への露光処理を行うことによって、前記半導体基板にパターンを形成するパターン形成ステップと、を含み、前記目標パターン設定ステップは、前記プロセス近接効果のうち、システマティック成分を用いて前記目標パターンを設定し、前記露光マージン算出ステップは、前記プロセス近接効果のばらつきのうち、ランダムにばらつくランダム成分を用いて前記露光マージンの算出を行うことを特徴とする半導体装置製造方法が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、半導体基板にパターンを形成する際の露光処理以外の加工工程を含むプロセス工程で生じるプロセス近接効果の変動を補正することによって、前記パターンを形成するためのレジストへ形成する露光後の目標パターンを設定する目標パターン設定ステップと、前記目標パターンの寸法と露光した後のパターン寸法との差分が許容範囲内になるよう前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータを調整する露光パラメータ調整ステップと、前記露光パラメータを用いて前記パターンの露光マージンの算出を行う露光マージン算出ステップと、前記露光マージンが許容範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、前記露光マージンが許容範囲内であると判断した場合に、調整した前記露光パラメータを前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータに決定する露光パラメータ決定ステップと、を含み、前記目標パターン設定ステップは、前記プロセス近接効果のうち、システマティック成分を用いて前記目標パターンを設定し、前記露光マージン算出ステップは、前記プロセス近接効果のばらつきのうち、ランダムにばらつくランダム成分を用いて前記露光マージン算出する露光パラメータ作成方法をコンピュータに実行させる露光パラメータ作成プログラムが提供される。

この発明によれば、露光処理で用いる適切な露光パラメータを容易に作成できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る露光パラメータ作成の概念を説明するための説明図である。 図２は、実施の形態に係る露光パラメータ作成装置の構成を示すブロック図である。 図３は、露光パラメータ作成方法の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、ＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分とランダム成分を説明するための図である。 図５は、ＰＰＥのパターン依存性を説明するための図である。 図６は、各工程でのＣＤ分布を説明するための図である。 図７は、リソターゲットの寸法を説明するための図である。 図８は、露光条件を調整しない場合の露光マージンを説明するための図である。 図９は、露光パラメータ作成装置のハードウェア構成を示す図である。

以下に、本発明に係る半導体装置製造方法および露光パラメータ作成プログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。本実施の形態における露光パラメータは、例えば、露光波長、レンズ開口数、照明形状、照明の輝度分布等の光近接効果に影響を及ぼすパラメータである。

（実施の形態）
まず、本実施の形態に係る露光パラメータ作成の概念について説明する。図１は、実施の形態に係る露光パラメータ作成の概念を説明するための説明図である。ウエハなどの半導体基板上にパターンを形成する際には、まず標準条件でウエハ上にパターンを形成し、加工後のパターン寸法の分布（加工後ＣＤ分布Ｂ１）が許容範囲Ａ１内であれば、その後、新条件でウエハ上にパターンを形成する。

標準条件は、例えば半導体デバイスの開発段階で用いる条件（設計データ、露光条件、加工機の機体など）である。新条件は、例えば半導体デバイスを量産する際に用いられる横展・派生品等条件（複数の装置・派生品種等条件）であり、標準条件から設計データの変更、もしくは、露光装置、エッチング装置などの加工装置の機体を変更した条件である。

標準条件でウエハ上にパターンを形成する際には、まず標準条件の設計データ５１にＯＰＣを行ない、ＯＰＣ後の設計データを用いてレチクル（フォトマスク）６１Ａを作製する。そして、露光機６２がレチクル６１Ａを用いて標準条件の露光条件でウエハの露光処理を行ない、その後、露光装置以外の加工機６３Ａ（例えばエッチング装置、ＣＶＤ装置等）によってウエハの加工処理（例えばエッチング、成膜など）を行う。エッチング装置を用いた場合、例えば、レジストパターンをマスクに被加工膜を加工して形成されたパターンを加工後パターンとする。ＣＶＤ装置を用いた場合、例えば、レジストパターン、あるいはレジストパターンをマスクにハードマスク材を加工して形成したハードマスクパターン、の側壁に成膜した側壁パターンを加工後パターンとする。またこれらのプロセスを組み合わせて、例えば、側壁パターンをマスクに被加工膜を加工して形成したパターンを加工後パターンとしてもよい。これにより、許容範囲Ａ１内の加工後ＣＤ分布Ｂ１を有した加工後パターンをウエハ上に形成する（ｓｔ１）。

新条件でウエハ上にパターンを形成する際には、新条件の設計データ５２に標準条件と同じＯＰＣルールやＯＰＣプログラムを用いてＯＰＣを行ない、ＯＰＣ後の設計データを用いてレチクル６１Ｂを作製する。そして、露光機６２がレチクル６１Ｂを用いてウエハの露光処理を行ない、その後、露光装置以外の加工機６３Ｂによってウエハの加工処理を行う。

標準条件と新条件とで露光機以外の加工装置を加工装置６３Ａから加工装置６３Ｂに変更すると、加工装置による加工プロセスなどで発生する近接効果変動によってパターン寸法が変動する。また、標準条件から設計データを派生品種等に変更すると、近接効果変動によってパターン寸法が変動する。このように、加工装置を変える場合の近接効果の変動と、設計データが変わる（派生品種）場合の近接効果の変動と、の２種類がある。このため、新条件で露光を行う際に、標準条件での露光条件と同じ条件でウエハを露光すると、加工後ＣＤ分布Ｂ２が許容範囲Ａ１から外れる場合がある（ｓｔ２）。

そこで、本実施の形態では、新条件で露光を行う際に、エッチングデータ５３やデポデータ（成膜データ）５４など（後述のＰＰＥばらつき情報）に基づいて、リソグラフィ工程での露光パラメータ（光学パラメータなど）を調整する。換言すると、エッチング工程等の製造プロセスで発生する近接効果変動によるパターン寸法のばらつきを、リソグラフィ工程での露光パラメータ調整によって緩和させる。これにより、許容範囲Ａ１内の加工後ＣＤ分布Ｂ３を有したパターンをウエハ上に形成する（ｓｔ３）。本実施の形態では、リソグラフィ工程での露光パラメータは、ＰＰＥばらつき情報に併せて複数作成される。そして、ウエハの露光処理を行う際には、ＰＰＥばらつき情報のシステマティックな成分（後述のシステマティック成分２１）に対応した露光パラメータで露光を行う。なお、以下では、露光装置以外の加工装置がエッチング装置であり、露光後のウエハの加工処理がエッチングである場合について説明する。

つぎに、実施の形態に係る露光パラメータ作成装置の構成について説明する。図２は、実施の形態に係る露光パラメータ作成装置の構成を示すブロック図である。露光パラメータ作成装置１は、リソグラフィ工程での露光パラメータを、ＰＰＥによるパターン寸法変動（近接効果変動によるパターン寸法のばらつき）に応じて調整するコンピュータなどの装置である。露光パラメータ作成装置１は、標準条件で用いた露光パラメータ（後述の仮露光パラメータ）を調整することによって、新条件での露光パラメータを決定する。

露光パラメータ作成装置１は、入力部１１、仮露光パラメータ設定部１２、評価パターン作成部１３、ＰＰＥばらつき情報記憶部１４、リソターゲット設定部１５、露光パラメータ調整部１６、露光マージン判断部１７、出力部１８、制御部１９を有している。

入力部１１は、デザインルール、露光機スペック、評価パターン、デバイススペック、ＰＰＥばらつき情報（プロセス近接効果ばらつき）などを入力する。デザインルールは、半導体プロセスにおいて使用する設計データの設計規則である。露光機スペックは、デバイス製造に用いる露光機の装置仕様であり、具体的には、露光波長、レンズ開口数の調整範囲、照明形状の可変性度合、レンズ収差の調整範囲、露光ドーズやフォーカスのばらつき情報等である。

評価パターンは、露光条件などを確認するためのパターン（寸法評価用のパターン）であり、疎なパターン、密なパターンなど種々のパターンを有している。疎なパターンは、隣のパターンとの間のスペースが広いパターンであり、密なパターンは、隣のパターンとの間のスペースが狭いパターンである。評価パターンには、デザインルールから決められる様々なパターンが含まれている。

デバイススペックは、作製するデバイスのスペックであり、作製するデバイスを量産する際に所定値以上の歩留まりを確保するための条件から決められる。ＰＰＥばらつき情報は、エッチングなどのプロセス近接効果によるパターン寸法に関する情報であり、エッチング装置の機体や設計レイアウトによって異なる情報である。ＰＰＥばらつき情報は、エッチング工程等のリソグラフィ工程以外で発生する近接効果のばらつきに関する情報を含んでいる。本実施の形態のＰＰＥばらつき情報は、システマティック成分２１と、ランダム成分２２とを有している。

入力部１１に入力されたデザインルールと露光機スペックは、仮露光パラメータ設定部１２に送られ、入力部１１に入力された評価パターンは、評価パターン作成部１３に送られる。また、入力部１１に入力されたＰＰＥばらつき情報は、リソターゲット設定部１５と露光マージン判断部１７に送られ、入力部１１に入力されたデバイススペックは、露光マージン判断部１７に送られる。

仮露光パラメータ設定部１２は、露光機スペックとデザインルールに基づいて、評価パターンをウエハに形成するための露光パラメータ（標準条件での露光パラメータ）を仮設定する。以下、仮設定された露光パラメータを仮露光パラメータという場合がある。仮露光パラメータは、例えばレンズのＮＡ（開口数）、照明光源形状、照明光源のσ_in（内径）、照明光源のσ_out（外径）、アングル（照明光源の開き角）、露光ドーズ（単位面積当たりのエネルギー）、フォーカスなどである。照明光源形状は、例えば輪帯照明、４つ目照明（四極照明）、ダイポール照明（二極照明）などの何れかである。仮露光パラメータ設定部１２は、設定した仮露光パラメータを評価パターン作成部１３に入力する。

評価パターン作成部１３は、設定された仮露光パラメータを用いて評価パターンにＯＰＣを行うことによって、ＯＰＣ後の評価パターンを作成する。評価パターン作成部１３は、作成したＯＰＣ後の評価パターンをリソターゲット設定部１５に入力する。ＰＰＥばらつき情報記憶部１４は、入力部１１に入力されたＰＰＥばらつき情報を記憶するメモリなどである。

リソターゲット設定部１５は、ＰＰＥばらつき情報記憶部１４が記憶するＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分２１を用いてリソターゲット（ＯＰＣ後の評価パターンに対応する露光後の目標パターン（ターゲット寸法））を作成することにより、ＰＰＥのパターン依存成分の変動を加味したリソターゲットを複数設定する。具体的には、リソターゲット設定部１５は、システマティック成分２１を考慮した上で加工後寸法が所望の寸法となるようなマスクデータを設定し、このマスクデータに対応するリソターゲットを設定する。リソターゲット設定部１５は、設定したリソターゲットを露光パラメータ調整部１６に送る。

露光パラメータ調整部１６は、リソターゲット設定部１５が設定したリソターゲットの寸法と露光後のパターン寸法との寸法差が小さく（例えば許容範囲以下）なるよう仮設定した露光パラメータを調整する。露光パラメータ調整部１６は、露光パラメータを調整することによって、新条件での露光パラメータを設定する。露光パラメータ調整部１６は、調整した露光パラメータを露光マージン判断部１７に入力する。

露光マージン判断部１７は、露光パラメータ調整部１６が調整した露光パラメータと、ＰＰＥばらつき情報記憶部１４が記憶するＰＰＥばらつき情報のランダム成分２２と、を用いて、露光プロセスにおける露光マージンを算出する。また、露光マージン判断部１７は、入力部１１に入力されたデバイススペックに基づいて、算出した露光マージンが許容範囲内であるか否かを判断する。露光マージン判断部１７は、算出した露光マージンが許容範囲内であれば、算出した露光パラメータを出力部１８から出力する。露光マージン判断部１７は、算出した露光マージンが許容範囲内でなければ、露光パラメータ調整部１６に露光パラメータを再調整させる。

制御部１９は、入力部１１、仮露光パラメータ設定部１２、評価パターン作成部１３、ＰＰＥばらつき情報記憶部１４、リソターゲット設定部１５、露光パラメータ調整部１６、露光マージン判断部１７、出力部１８を制御する。

つぎに、実施の形態に係る露光パラメータ作成方法の処理手順について説明する。図３は、実施の形態に係る露光パラメータ作成方法の処理手順を示すフローチャートである。露光パラメータ作成装置１の入力部１１へは、予めデザインルール、露光機スペック、評価パターン、デバイススペック、ＰＰＥばらつき情報などを入力しておく。

入力部１１に入力されたデザインルールと露光機スペックは、仮露光パラメータ設定部１２に送られ、入力部１１に入力された評価パターンは、評価パターン作成部１３に送られる。また、入力部１１に入力されたＰＰＥばらつき情報のうちシステマティック成分２１はリソターゲット設定部１５に送られ、ランダム成分２２は露光マージン判断部１７に送られる。また、入力部１１に入力されたデバイススペックは、露光マージン判断部１７に送られる。

仮露光パラメータ設定部１２は、露光機スペックとデザインルールに基づいて、露光プロセスに用いる露光パラメータを仮設定する（ステップＳ１０）。仮露光パラメータ設定部１２は、設定した仮露光パラメータを評価パターン作成部１３に入力する。

評価パターン作成部１３は、仮露光パラメータを用いて評価パターンにＯＰＣを行うことによって、ＯＰＣ後の評価パターンを作成する（ステップＳ２０）。具体的には、評価パターン作成部１３は、評価パターンに対して寸法のレイアウト依存による寸法ばらつきを抑制するためのＯＰＣ補正を行った新たな評価パターンを作成する。評価パターン作成部１３は、作成したＯＰＣ後の評価パターンをリソターゲット設定部１５に入力する。

リソターゲット設定部１５は、ＰＰＥばらつき情報記憶部１４が記憶するＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分２１を用いてリソターゲットを作成することにより、ＰＰＥのパターン依存成分の変動を加味したリソターゲットを設定する（ステップＳ３０）。換言すると、リソターゲット設定部１５は、露光処理以外の加工工程で生じるプロセス近接効果の変動を補正することによって、リソターゲットを作成し、これによりリソターゲットを設定する。具体的には、リソターゲット設定部１５は、システマティック成分２１の変動量に基づいて、評価パターンのリソグラフィ工程でのターゲット寸法を複数作成する。リソターゲット設定部１５は、設定したリソターゲットを露光パラメータ調整部１６に送る。

ここで、ＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分２１とランダム成分２２について説明する。図４は、ＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分とランダム成分を説明するための図である。図４の（ａ）と（ｂ）では、横軸が設計データ上でのスペース寸法（図ではＳｐａｃｅと記載）を示し、縦軸が仕上がりのパターン寸法（図ではＣＤと記載）を示している。スペース寸法は、隣接するパターン間の距離であり、スペースの大きなパターンが疎なパターン（パターン被覆率の小さなパターン）である。一方、スペース寸法の小さなパターンが密なパターン（パターン被覆率の大きなパターン）である。パターン寸法は、エッチング加工後のパターンの寸法である。

図４の（ａ）に示すように、スペース寸法の変化に応じてパターン寸法が変動する。具体的には、転写しようとするパターン寸法を固定してこのパターンに隣接するパターンとのスペース寸法を変化させた場合、スペース寸法が大きくなるにしたがって、エッチング加工後のパターン寸法が大きくなる。パターン寸法の変動量（ＣＤ変動量）が、ＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分２１である。換言すると、ＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分２１は、例えば近接効果による寸法変動の平均値の範囲（変動範囲）を規定した情報（近接効果に起因する寸法変動量）であり、近接効果のうちのシステマティックな成分である。なお、近接効果による寸法変動範囲を、最小２乗法、ラグランジュ補間法，スプライン補間法などの各種統計学手法を用いて求めてもよい。

また、図４の（ｂ）に示すように、転写しようとするパターン寸法を固定してこのパターンに隣接するパターンとのスペース寸法を変化させた場合、スペース寸法を変化させていくと、スペース寸法の変化に応じたパターン寸法の変動とともに、ランダムにパターン寸法が変動する。このランダムな変動量（ばらつき）がＰＰＥばらつき情報のランダム成分２２である。換言すると、ランダム成分２２は、スペース寸法の変化とは無関係にランダムにばらつく成分であり、図４（ｂ）のばらつきから図４（ａ）のばらつきを差し引いたばらつき成分（図４（ｂ）の波形で示される成分）である。

図５は、ＰＰＥのばらつきを説明するための図である。図５では、スペース寸法と寸法変動量の関係を示している。図５の横軸が設計データ上でのスペース寸法（図ではＳｐａｃｅと記載）であり、縦軸が仕上がりの寸法変動量（図ではＣＤ変動量と記載）である。パターンの周囲長などの差異によってＰＰＥのパターン依存性が変動するので、エッチング工程によって、ＰＰＥの中心値（中心特性）Ｍ１が変動する。図５に示すＰＰＥの変動特性Ｌ１は、システマティック成分２１に起因する寸法変動であり、ＰＰＥの変動特性Ｋ１は、システマティック成分２１およびランダム成分２２に起因する寸法変動である。

本実施の形態では、リソターゲット設定部１５が、ＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分２１を用いてリソターゲットを作成しておく。露光パラメータ調整部１６は、リソターゲット設定部１５が設定したリソターゲットの寸法と露光後のパターン寸法との寸法差が小さくなるよう露光パラメータを調整する（ステップＳ４０）。換言すると、露光パラメータ調整部１６は、リソグラフィ工程のターゲット寸法と露光後寸法との寸法差が例えば最小となるように露光パラメータの調整を行う。露光後寸法は、実験により求めてもよいし、シミュレーションによって算出してもよい。露光パラメータ調整部１６は、調整した露光パラメータを露光マージン判断部１７に入力する。

露光マージン判断部１７は、露光パラメータ調整部１６が調整した露光パラメータと、ＰＰＥばらつき情報記憶部１４が記憶するＰＰＥばらつき情報のランダム成分２２と、を用いて、露光プロセスにおける露光マージンを算出する。具体的には、露光マージン判断部１７は、露光パラメータを調整した後でのパターン寸法およびターゲット寸法と、ランダム成分２２とに基づいて、露光量マージンやＤＯＦ（焦点深度）マージン（デフォーカスマージン）を計算する（ステップＳ５０）。ランダム成分２２を考慮した場合、ランダム成分２２に応じた値だけ、パターン寸法（露光パラメータ調整後）の許容範囲を狭くしておく必要がある。したがって、露光マージン判断部１７は、パターン寸法の許容範囲からランダム成分２２に対応する寸法ばらつきを差し引くことによって、パターン寸法の許容範囲を狭くする。そして、この狭くした許容範囲内に収まるパターン寸法のパターンを形成できるような露光量マージンやＤＯＦマージンを導出する。また、露光マージン判断部１７は、パターン寸法の許容値範囲内に収まるパターンを形成できるような露光量マージンやＤＯＦマージンを算出した後、これらの露光量マージンやＤＯＦマージンからランダム成分２２に対応する値を差し引いて露光量マージンやＤＯＦマージンを導出してもよい。

また、露光マージン判断部１７は、入力部１１に入力されたデバイススペックに基づいて、算出した露光マージンが許容範囲内であるか否か（デバイススペックを満足するか否か）を判断する（ステップＳ６０）。露光マージン判断部１７は、算出した露光マージンが許容範囲内であれば（ステップＳ６０、ＯＫ）、露光パラメータを露光パラメータ調整部１６が調整した露光パラメータに決定する（ステップＳ７０）。そして、出力部１８は、決定した露光パラメータを外部出力する。

一方、露光マージン判断部１７は、算出した露光マージンが許容範囲外であれば（ステップＳ６０、ＮＧ）、露光パラメータ調整部１６に露光パラメータを再調整させる。これにより、露光パラメータ調整部１６は、リソターゲットの寸法と露光後のパターン寸法との寸法差が小さくなるよう露光パラメータを再調整する（ステップＳ４０）。そして、露光マージン判断部１７は、露光パラメータ調整部１６が再調整した露光パラメータと、ＰＰＥばらつき情報記憶部１４が記憶するＰＰＥばらつき情報のランダム成分２２と、を用いて、露光マージンを算出する（ステップＳ５０）。そして、露光マージン判断部１７は、デバイススペックに基づいて、算出した露光マージンが許容範囲内であるか否かを判断し（ステップＳ６０）、算出した露光マージンが許容範囲内であれば（ステップＳ６０、ＯＫ）、露光パラメータを露光パラメータ調整部１６が再調整した露光パラメータに決定する（ステップＳ７０）。

露光パラメータ作成装置１は、算出した露光マージンが許容範囲内になるまで、ステップＳ４０〜Ｓ６０の処理を繰り返し、露光パラメータが決定すると、決定した露光パラメータを出力部１８から外部出力する。出力部１８は、決定した露光パラメータを液晶モニタなどの表示手段に表示させてもよいし、他の装置に送ってもよい。

露光パラメータは、例えばウエハプロセスの露光処理毎（例えば、レイヤ毎又はマスク毎）に決定される。各露光処理での露光パラメータが決定すると、それぞれの露光パラメータを用いてウエハの露光処理、エッチング加工などが行われる。これにより、露光パラメータ作成装置１が決定した露光パラメータによる露光処理が各レイヤで行われ、半導体デバイスが作製される。

なお、入力部１１への評価パターンの入力は、評価パターン作成部１３によるＯＰＣ後の評価パターンの作成前であれば何れのタイミングで行ってもよい。また、入力部１１へのＰＰＥばらつき情報の入力は、リソターゲット設定部１５によるリソターゲットの設定前であれば何れのタイミングで行ってもよい。また、入力部１１へのデバイススペックの入力は、露光マージン判断部１７による露光マージンの算出前であれば何れのタイミングで行ってもよい。

また、図３では、算出した露光マージンが許容範囲外の場合に（ステップＳ６０、ＮＧ）、露光パラメータ調整部１６が露光パラメータを再調整する場合（ステップＳ４０）について説明したが、仮露光パラメータ設定部１２が露光パラメータを仮再設定してもよい。この場合、仮再設定された露光パラメータを用いてステップＳ２０以降の処理が行われる。

また、露光パラメータ作成装置１が行う処理の一部は、他の装置が行ってもよい。例えば、露光パラメータ作成装置１が行う仮露光パラメータの設定処理、ＯＰＣ後の評価パターンの作成処理、露光マージンが許容範囲内であるか否かの判断処理などを他の装置が行ってもよい。この場合、他の装置によって設定された仮露光パラメータ、他の装置によって作成されたＯＰＣ後の評価パターン、他の装置によって判断された露光マージンが許容範囲内であるか否かの結果などを露光パラメータ作成装置１に入力する。

図１で説明した設計データ５１，５２などの設計データ上のパターン寸法（設計ＣＤ分布）、レチクル６１Ａ，６１Ｂなどのマスク上のパターン寸法（レチクルＣＤ分布）、露光後のレジストパターン寸法（リソ後ＣＤ分布）、エッチング後のパターン寸法（加工後ＣＤ分布）は、それぞれスペース寸法に対して異なるＣＤ分布を有している。図６は、各工程でのＣＤ分布を説明するための図である。図６での横軸が設計データ上でのスペース寸法（図ではＳｐａｃｅと記載）であり、縦軸が仕上がり寸法（図ではＣＤと記載）である。
図６の最上段には、標準条件での設計ＣＤ分布、標準条件でのレチクルＣＤ分布、標準条件でのリソ後ＣＤ分布、標準条件での加工後ＣＤ分布を図示している。図６では、標準条件での設計ＣＤ分布を設計ＣＤ分布Ｃ１で示し、標準条件でのレチクルＣＤ分布をレチクルＣＤ分布Ｄ１で示し、標準条件でのリソ後ＣＤ分布をリソ後ＣＤ分布Ｅ１で示し、標準条件での加工後ＣＤ分布を加工後ＣＤ分布Ｂ１１で示している。ここでのレチクルＣＤ分布やリソ後ＣＤ分布は、設計ＣＤ分布Ｃ１に対するずれ量である。

設計ＣＤ分布Ｃ１は、スペース寸法に関わらず一定である。設計ＣＤ分布を有した設計データ５１，５２にＯＰＣを施した後のレチクルＣＤ分布Ｄ１は、設計ＣＤ分布Ｃ１と異なる。例えば、レチクルＣＤ分布Ｄ１は、スペース寸法が小さい場合に、設計ＣＤ分布Ｃ１から大きくずれる。

エッチングなどの加工を行うことによって、スペース寸法に対するパターン寸法の分布がずれる。したがって、リソ後ＣＤ分布と加工でのＰＰＥ（ＰＰＥ ＣＤ分布）に起因する寸法変動分布と、を加算することによって、加工後ＣＤ分布が得られる。図６の第２段目（グラフＧ１〜Ｇ３）に示すように、標準条件では、リソ後ＣＤ分布Ｅ１と加工でのＰＰＥに起因する寸法変動分布Ｆ１とが加算されることによって、加工後ＣＤ分布Ｂ１１が許容範囲Ａ２内の略中心となっている。

図６の第３段目（グラフＧ４〜Ｇ６）は、例えば、エッチング装置の機体を変更することによって、標準条件から横展・派生品等条件である条件Ｑに変更した場合を示している。この場合、標準条件から条件Ｑに変更することによって、加工でのＰＰＥが変化する。図６では、標準条件における寸法変動分布Ｆ１が、条件Ｑで寸法変動分布Ｆ２に変化した場合を示している。このため、条件Ｑでは、リソ後ＣＤ分布Ｅ１と加工でのＰＰＥに起因する寸法変動分布Ｆ２とが加算されることによって、加工後ＣＤ分布Ｂ１２が許容範囲Ａ２から外れる場合がある。

図６の第４段目（グラフＧ７〜Ｇ９）は、例えば、エッチング装置の機体を変更することによって、標準条件から条件Ｒに変更した場合を示している。条件Ｒは、横展・派生品等条件である条件Ｑに変更しつつ、露光パラメータを調整した場合である。この場合、標準条件から条件Ｒに変更することによって、条件Ｑと同様に加工でのＰＰＥが変化する。図６では、標準条件における寸法変動分布Ｆ１が、条件Ｒで寸法変動分布Ｆ２に変化した場合を示している。また、露光パラメータを調整しているので、リソ後ＣＤ分布Ｅ１が条件Ｒでのリソ後ＣＤ分布Ｅ３に調整される。この露光パラメータの調整は、リソ後ＣＤ分布Ｅ３と加工でのＰＰＥに起因する寸法変動分布Ｆ２とが加算された場合に、加工後ＣＤ分布Ｂ１３が許容範囲Ａ２内の略中心となるよう行われる。これにより、条件Ｒで露光やエッチングを行った場合に、標準条件での加工後ＣＤ分布Ｂ１１と同様のパターン寸法の分布を有した加工後ＣＤ分布Ｂ１３を得ることができる。

図７は、リソターゲットの寸法を説明するための図である。図７では、スペース寸法と寸法の関係を示している。図７の横軸がスペース寸法（図ではＳｐａｃｅと記載）であり、縦軸が寸法（図ではＣＤと記載）である。寸法特性Ｎ１は、仮露光パラメータで露光した場合のリソ後寸法である。寸法特性Ｐ１は、システマティック成分２１に起因した寸法変動量を加味したリソターゲットの寸法特性である。このように、パターンの周囲長などの変動によってＰＰＥのパターン依存性が変動するので、リソターゲットは、システマティック成分２１に起因する量だけ寸法変動の差を有することとなる。このため、本実施の形態では、露光パラメータ調整部１６が、リソターゲットの寸法と露光後のパターン寸法との寸法差が小さくなるよう露光パラメータを調整している。これにより、寸法特性Ｐ１は、寸法変動量の小さなリソターゲットの寸法特性Ｏ１になる。

つぎに、露光条件の調整と露光マージンの関係について説明する。図８は、露光条件を調整しない場合の露光マージンを説明するための図である。図８の（ａ）、（ｂ）では、横軸が露光ドーズを示し、縦軸がフォーカスオフセットを示している。（ａ）が標準条件の場合（図６の標準条件）の露光マージンを示す図であり、（ｂ）が露光条件を調整しない場合（図６の条件Ｑ）の露光マージンを示す図である。

特性Ｈ１，Ｈ２および特性Ｉ１，Ｉ２は、露光ドーズとフォーカスオフセットの関係を示している。特性Ｈ１，Ｈ２および特性Ｉ１，Ｉ２は、それぞれ２本の線で示されており、この２本線で挟まれた領域が、許容範囲寸法のパターンを形成しうる露光ドーズとフォーカスオフセットの許容範囲を示している。特性Ｈ１，Ｈ２が、密なパターンの場合の特性であり、特性Ｉ１，Ｉ２が疎なパターンの場合の特性である。パターン密度を密から疎に変化させると、特性Ｈ１から特性Ｉ１に変化し、特性Ｈ２から特性Ｉ２に変化する。

（ａ）の標準条件では、特性Ｈ１と特性Ｉ１との両方に囲まれた領域のうち、所定値以上の確率で特性Ｈ１，Ｉ１を満たす領域が楕円形で示したフォーカスマージン領域Ｊ１である。同様に、（ｂ）の露光条件を調整しない場合では、特性Ｈ２と特性Ｉ２との両方に囲まれた領域のうち、所定値以上の確率で特性Ｈ２，Ｉ２を満たす領域が楕円形で示したフォーカスマージン領域Ｊ２である。標準条件では、露光マージン領域Ｊ１が大きいのに対し、加工によってＰＰＥが変化した場合に、露光条件を調整しないと露光マージン領域Ｊ２が小さくなる。

図９は、露光パラメータ作成装置のハードウェア構成を示す図である。露光パラメータ作成装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２、ＲＡＭ（Random Access Memory）９３、表示部９４、入力部９５を有している。露光パラメータ作成装置１では、これらのＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、表示部９４、入力部９５がバスラインを介して接続されている。

ＣＰＵ９１は、露光パラメータの設定や調整を行うコンピュータプログラムである露光パラメータ作成プログラム９７を用いて露光パラメータの作成を行う。表示部９４は、液晶モニタなどの表示装置であり、ＣＰＵ９１からの指示に基づいて、デザインルール、露光機スペック、評価パターン、ＰＰＥばらつき情報、デバイススペック、仮露光パラメータ、ＯＰＣ後の評価パターン、露光マージン、露光パラメータなどを表示する。入力部９５は、マウスやキーボードを備えて構成され、使用者から外部入力される指示情報（露光パラメータの作成に必要な情報等）を入力する。入力部９５へ入力された指示情報は、ＣＰＵ９１へ送られる。

露光パラメータ作成プログラム９７は、ＲＯＭ９２内に格納されており、バスラインを介してＲＡＭ９３へロードされる。ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３内にロードされた露光パラメータ作成プログラム９７を実行する。具体的には、露光パラメータ作成装置１では、使用者による入力部９５からの指示入力に従って、ＣＰＵ９１がＲＯＭ９２内から露光パラメータ作成プログラム９７を読み出してＲＡＭ９３内のプログラム格納領域に展開して各種処理を実行する。ＣＰＵ９１は、この各種処理に際して生じる各種データをＲＡＭ９３内に形成されるデータ格納領域に一時的に記憶させておく。

なお、本実施の形態では、露光パラメータ作成装置１がＰＰＥばらつき情報記憶部１４を有する場合について説明したが、露光パラメータ作成装置１はＰＰＥばらつき情報記憶部１４を有していなくてもよい。露光パラメータ作成装置１がＰＰＥばらつき情報記憶部１４を有していない構成の場合、入力部１１から入力されたＰＰＥばらつき情報を、リソターゲット設定部１５や露光マージン判断部１７で記憶しておく。

また、本実施の形態では、露光工程以外の加工工程がエッチングである場合について説明したが、露光工程外の加工工程は、成膜工程、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程等であってもよい。また、露光工程以外の加工工程は、エッチング、成膜工程、ＣＭＰ等を組み合わせた工程であってもよい。露光工程外の加工工程が成膜工程やＣＭＰ工程の場合、ＰＰＥばらつき情報は、成膜工程やＣＭＰ工程で発生する近接効果の寸法変動量である。

このように実施の形態によれば、ＰＰＥばらつき情報のシステマティック成分２１を用いてリソターゲットを設定するとともに露光パラメータを調整し、ＰＰＥばらつき情報のランダム成分２２を用いて露光マージンを算出しているので、適切な露光パラメータを容易に作成できる。また、露光パラメータの再調整時には、ＯＰＣを行う必要がなくなるので露光パラメータを容易に調整できる。また、ＰＰＥばらつき情報に基づいてリソターゲットを設定し、その後、露光パラメータを調整しているので、短時間で容易に露光パラメータを調整できる。したがって、半導体基板上に形成されるパターンの寸法ばらつきを容易に低減させることができる。

１ 露光パラメータ作成装置、１２ 仮露光パラメータ設定部、１３ 評価パターン作成部、１４ ＰＰＥばらつき情報記憶部、１５ リソターゲット設定部、１６ 露光パラメータ調整部、１７ 露光マージン判断部、２１ システマティック成分、２２ ランダム成分、５１，５２ 設計データ、５３ エッチングデータ、５４ デポデータ、６２ 露光機、６３Ａ，６３Ｂ 加工機、９７ 露光パラメータ作成プログラム

Claims (5)

1. 半導体基板にパターンを形成する際の露光処理以外の加工工程を含むプロセス工程で生じるプロセス近接効果の変動を補正することによって、前記パターンを形成するためのレジストへ形成する露光後の目標パターンを設定する目標パターン設定ステップと、
   前記目標パターンの寸法と露光した後のパターン寸法との差分が許容範囲内になるよう前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータを調整する露光パラメータ調整ステップと、
   前記露光パラメータを用いて前記パターンの露光マージンの算出を行う露光マージン算出ステップと、
   前記露光マージンが許容範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、
   前記露光マージンが許容範囲内であると判断した場合に、調整した前記露光パラメータを前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータに決定する露光パラメータ決定ステップと、
   決定した前記露光パラメータを用いて前記半導体基板への露光処理を行うことによって、前記半導体基板にパターンを形成するパターン形成ステップと、
   を含み、
   前記目標パターン設定ステップは、前記プロセス近接効果のうち、システマティック成分を用いて前記目標パターンを設定し、
   前記露光マージン算出ステップは、前記プロセス近接効果のばらつきのうち、ランダムにばらつくランダム成分を用いて前記露光マージンの算出を行うことを特徴とする半導体装置製造方法。
2. 前記判断ステップで、前記露光マージンが許容範囲内でないと判断した場合に、前記露光パラメータ調整ステップに戻って前記露光パラメータを再調整し、その後、前記判断ステップと、前記露光パラメータ決定ステップと、を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造方法。
3. 前記システマティック成分は、パターン間スペースの寸法に応じて変化する仕上がりパターン寸法の近接効果に起因する変動量であり、
   前記目標パターンを設定する際には、前記半導体基板に形成するパターンが所望の寸法となるよう前記システマティック成分に基づいてマスクデータを設定し、このマスクデータに対応する目標パターンを設定することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置製造方法。
4. 前記ランダム成分は、パターン間スペースの寸法とは無関係にばらつく仕上がりパターン寸法の近接効果に起因する変動量であり、
   前記露光マージンの算出を行う際には、前記パターン寸法の許容範囲から前記ランダム成分に対応する寸法ばらつきを差し引くことによって狭くした許容範囲内に前記パターンのパターン寸法が収まるよう前記露光マージンの算出を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置製造方法。
5. 半導体基板にパターンを形成する際の露光処理以外の加工工程を含むプロセス工程で生じるプロセス近接効果の変動を補正することによって、前記パターンを形成するためのレジストへ形成する露光後の目標パターンを設定する目標パターン設定ステップと、
   前記目標パターンの寸法と露光した後のパターン寸法との差分が許容範囲内になるよう前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータを調整する露光パラメータ調整ステップと、
   前記露光パラメータを用いて前記パターンの露光マージンの算出を行う露光マージン算出ステップと、
   前記露光マージンが許容範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、
   前記露光マージンが許容範囲内であると判断した場合に、調整した前記露光パラメータを前記半導体基板への露光処理で用いる露光パラメータに決定する露光パラメータ決定ステップと、
   を含み、
   前記目標パターン設定ステップは、前記プロセス近接効果のうち、システマティック成分を用いて前記目標パターンを設定し、
   前記露光マージン算出ステップは、前記プロセス近接効果のばらつきのうち、ランダムにばらつくランダム成分を用いて前記露光マージン算出する露光パラメータ作成方法をコンピュータに実行させる露光パラメータ作成プログラム。

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