JP2011233744A - 露光方法および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設計パターン寸法に応じた寸法のパターンを基板面内の全面で一様に形成すること。
【解決手段】実施の形態によれば、光学条件補正関数を作成する補正関数作成ステップと、照明パラメータ補正量を算出する補正量算出ステップと、第１の基板を露光する露光ステップと、を含んでいる。補正関数作成ステップでは、第１の基板上への露光処理に用いる露光量以外の照明パラメータを前記第１の基板面内の露光座標に基づいて補正する光学条件補正関数を、第２の基板上に形成したパターンの基板面内寸法分布に基づいて作成する。補正量算出ステップでは、前記光学条件補正関数および前記第１の基板上に設定される各露光ショットの露光座標を用いて、前記照明パラメータの補正量を前記露光ショット毎に少なくとも１つずつ算出する。露光ステップでは、前記照明パラメータの補正量で前記照明パラメータを補正しながら、前記第１の基板を露光する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、露光方法および半導体デバイスの製造方法に関する。

半導体デバイスを製造する際には、密集パターン、孤立パターン、これらの中間ピッチのパターン等のさまざまなパターンが基板上に形成される。また、これらの種々のパターンは、基板上の略全面にショット（露光装置による露光領域）単位で形成される。

このようなパターン形成では、基板上の略全面のショットで所望の寸法を有したパターン形成を行うことが望まれている。例えば、基板上の中央付近のショットに形成されるパターンと、基板周縁部（端部）付近のショットに形成されるパターンと、が同一種類のパターンであれば、これらのパターンは、設計パターンに応じた同一寸法に形成されることが望まれる。

特開２００７−１４１９４９号公報

しかしながら、従来のパターン形成方法では、基板面内でパターン寸法にばらつきが生じるので、設計パターン寸法に応じた寸法のパターンを基板面内の全面で一様に形成することは困難であった。

本発明の実施の形態は、設計パターン寸法に応じた寸法のパターンを基板面内の全面で一様に形成する露光方法および半導体デバイスの製造方法を提供する。

実施の形態によれば、光学条件補正関数を作成する補正関数作成ステップと、照明パラメータ補正量を算出する補正量算出ステップと、第１の基板を露光する露光ステップと、を含んでいる。補正関数作成ステップでは、第１の基板上への露光処理に用いる露光量以外の照明パラメータを前記第１の基板面内の露光座標に基づいて補正する光学条件補正関数を、第２の基板上に形成したパターンの基板面内寸法分布に基づいて作成する。補正量算出ステップでは、前記光学条件補正関数および前記第１の基板上に設定される各露光ショットの露光座標を用いて、前記照明パラメータの補正量である照明パラメータ補正量を前記露光ショット毎に少なくとも１つずつ算出する。露光ステップでは、前記照明パラメータ補正量で前記照明パラメータを補正しながら、前記第１の基板を露光する。

図１は、第１の実施の形態に係るパターン形成方法の概念を説明するための説明図である。 図２は、第１の実施の形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。 図３は、第１の実施の形態に係るパターン形成処理の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、テストウエハのショットマップの一例を示す図である。 図５は、ショット毎に設定されたレジスト寸法補正量の一例を示す図である。 図６は、照明パラメータの変更量とレジストパターンの寸法変化量との関係を示す図である。 図７は、図５に示したレジスト寸法補正量に対する照明パラメータ補正量を示す図である。 図８は、ｘとｙの多項式で示される関数セットの一例を示す図である。 図９は、ｚｅｒｎｉｋｅ多項式で示される関数セットの一例を示す図である。 図１０は、係数ａ_nの一例を示す図である。 図１１は、製品ウエハのショットマップの一例を示す図である。 図１２は、照明パラメータ補正量マップの一例を示す図である。 図１３は、照明パラメータの変更量と露光量補正量との関係を示す図である。 図１４は、照明形状を説明するための図である。 図１５は、第２の実施の形態にパターン形成方法の概念を説明するための説明図である。 図１６は、照明パラメータ補正量を１ショットのスキャン露光中に変化させる処理を説明するための図である。 図１７は、光学条件補正量算出装置のハードウェア構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る露光方法および半導体デバイスの製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）

まず、本実施の形態に係るパターン形成方法の概念について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るパターン形成方法の概念を説明するための説明図である。図１の（ａ）は、ウエハのショットマップ（ショット配置）を示し、図１の（ｂ）は、マスクパターンのピッチ（ライン幅＋スペース幅）とエッチング後寸法との関係を示している。図１の（ｂ）における横軸はピッチであり、プラス方向へ向かうに従って疎なパターンのピッチを示している。また、縦軸はマスクパターンを用いて露光した場合のウエハ上でのエッチング後寸法を示している。図１の（ｃ）は、モデル関数を用いた照明パラメータ補正量の設定手順を示している。

ウエハなどの基板に設定されるショットは、１枚のマスクに描画されたパターン転写領域（露光領域の単位）であり、ショットマップは、ウエハ上に設定されるショット位置やショットサイズなどを示すマップである。

図１の（ａ）に示すように、ウエハ上には、略全面にショットが設定される。ここでは、ウエハ上の中央付近に設定されているショットをショットｓｈ１で示し、ウエハの周縁部（端部）付近のショットをショットｓｈ３で示している。また、ウエハ上において、中央付近と周縁部との間の位置付近のショットをショットｓｈ２で示している。

例えば、ウエハ上に形成されるエッチング後パターンは、ウエハ上のショット位置に依存してパターン寸法差を生じる場合がある。このパターン寸法差は、例えば、エッチングが原因となっている。ウエハ面内でのパターン寸法差は、密集パターンの寸法と孤立パターンの寸法とを、両立して所望寸法とすることができない寸法誤差（疎密寸法差）として現れる。

図１の（ｂ）に示すように、例えばショットｓｈ１〜ｓｈ３は、それぞれエッチング後寸法の寸法特性として寸法Ｄ１〜Ｄ３を示す。例えば、露光量の基準値（露光量基準）を用いてショットｓｈ１〜ｓｈ３を露光した場合、ショットｓｈ１〜ｓｈ３でパターンが同じ寸法となるピッチがある。ところが、このピッチとは異なる他のピッチでは、ショットｓｈ１〜ｓｈ３毎に異なる寸法となる。

このため、本実施の形態では、基準となる光学条件（例えば露光照明のσ値）でパターン形成した場合のエッチング後寸法と同じエッチング後寸法となるよう、ショット毎に光学条件を補正する。光学条件を補正する際には、所定のモデル関数を用いて光学条件としての照明パラメータ（照明形状を決めるためのパラメータ）を補正する。

具体的には、第１のウエハであるテストウエハのショットマップＭｘを用いてウエハ上にエッチング後パターンを形成する。エッチング後パターンは、ウエハ上に形成されたレジストパターンをマスクとしてレジストパターンの下層側がエッチングされることによって形成されるウエハ上のパターンである。エッチング後パターンは、リソグラフィシミュレーションや加工シミュレーションを用いて導出してもよいし、露光装置やエッチング装置などを用いて実際にウエハ上にパターンを形成してもよい。

形成されたエッチング後パターンのパターン寸法に基づいて、照明パラメータ補正量をウエハ面内における連続関数でモデル化し（ｓ１）、これによりモデル関数であるσ＝ｆ（ｘ、ｙ）を導出する。モデル関数は、ウエハ面内の座標（ｘ、ｙ）に対する照明パラメータ補正量を導出するための関数である。モデル関数は、ウエハの全面で所望の寸法を有したエッチング後パターンが形成されるよう、照明パラメータ補正量とエッチング後パターン寸法との相関関係に基づいて導出される。

この後、第２のウエハである製品ウエハのショットマップＭｙに対し、照明パラメータ補正量を設定する。具体的には、各ショットの代表点（例えば、各ショットの中心）における照明パラメータ補正量を、モデル関数に基づいて設定する（ｓ２）。そして、設定された照明パラメータ補正量に従って、各ショットでの露光処理が行われ、その後、ウエハへのエッチング処理を行うことによってウエハ上にエッチング後パターンが形成される。なお、ショットマップＭｙは、任意のショットマップでよい。

照明パラメータ補正量で照明パラメータを補正しながら各ショットを露光することによって初期設定の照明パラメータを用いて形成されたエッチング後パターンと同一寸法のエッチング後パターンが形成される。例えば、ショットｓｈ１のσを０．９５、ショットｓｈ２のσを０．９３（初期設定値）、ショットｓｈ３のσを０．９５のように補正することによって、寸法Ｄ１，Ｄ３を寸法Ｄ２と同じ寸法特性に補正することが可能となる。

光学条件の補正関数であるモデル関数を作成する際に用いるテストウエハと、モデル関数を適用して露光処理される製品ウエハとは、それぞれ同一のリソグラフィプロセスおよび同一のエッチングプロセスが適用されるウエハである。リソグラフィプロセスやエッチングプロセスが異なる場合、エッチング後パターンの形成に適切なモデル関数は異なるからである。

つぎに、第１の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。図２は、第１の実施の形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。基板処理システム１は、制御装置５を備えた露光装置２と、加工装置３と、測定装置４と、を含んで構成されている。

露光装置２は、露光光１０ａによってフォトマスク６に形成されたマスクパターンをウエハ７上のレジスト膜８に縮小投影する装置である。本実施の形態の露光装置２は、ショット毎に所定の照明パラメータを設定して、ウエハ７の各ショットを露光する。露光装置２は、ステップ＆スキャン方式の露光装置であってもよいし、ステップ＆リピート方式の露光装置であってもよい。

露光装置２は、光源１０と、開口絞り１１と、フィルタ１２と、偏光フィルタ１３と、照明光学系１４と、投影光学系１５と、を有している。光源１０は、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、波長が２４８ｎｍや１９３ｎｍなどのＤＵＶ（Deep Ultra-Violet）光、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ（Extreme Ultra-Violet）光などを露光光１０ａとして出射する。なお、本実施の形態のパターン形成方法は、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系などの何れの光学系を用いた露光装置に適用してもよい。

開口絞り１１は、例えば、概略円板状をなしており、発光領域（照明領域）と、非発光領域（照明遮蔽領域）と、を備えている。非発光領域は、光源１０から出射した露光光１０ａを遮蔽する領域であり、発光領域は、光源１０から出射した露光光１０ａを透過させる領域である。開口絞り１１は、発光領域の形状を変化させることによって照明形状を変えることができる構成となっている。

フィルタ１２は、光源１０および開口絞り１１を介して送られてくる露光光１０ａの輝度分布を変更するものである。偏光フィルタ１３は、光源１０、開口絞り１１およびフィルタ１２を介して送られてくる露光光１０ａの振幅方向を揃えるものである。

照明光学系１４は、例えば、図示しないフライアイレンズや多段のコンデンサレンズ等によって構成されており、フォトマスク６に入射する露光光１０ａの範囲などを調整する。

投影光学系１５は、フォトマスク６に形成されたマスクパターンをレジスト膜８に縮小投影する機能を有している。投影光学系１５は、複数のレンズ（例えば、レンズ１５０，１５１など）と、レンズ絞り１６と、を備えている。投影光学系１５は、レンズ１５０，１５１によって瞳面１５２の位置を調整することができるよう構成されている。

レンズ絞り１６は、レンズ１５１から出射した露光光１０ａの形状を変えるものである。レンズ絞り１６は、投影光学系１５の瞳の大きさを変えることによって投影光学系１５の中心軸からずれた露光光１０ａを遮光する。

加工装置３は、マスクパターンを介して露光されたレジスト膜８に対して加工処理を行う装置である。加工装置３による加工処理は、露光以外の加工処理であり、例えば、現像処理、ドライ・エッチング処理、ウエット・エッチング処理、成膜処理、イオン注入処理などである。本実施の形態では、加工装置３によって加工された後のウエハ上パターンがエッチング後パターンである場合について説明する。

測定装置４は、例えば、ウエハ７上に形成されたエッチング後パターンの線幅の仕上り寸法を測定する装置である。測定装置４は、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）等である。

制御装置５は、制御部５０と、記憶部５１と、入力部５２と、ショットマップ作成部５３と、補正量算出部５４と、を備えて構成されている。入力部５２は、後述のショットマップ５１１の設定に用いるショット情報（各ショットの座標など）や、後述のモデル関数５１２、後述の照明パラメータ５１０などを入力する。入力部５２は、ショット情報をショットマップ作成部５３に送り、モデル関数５１２、照明パラメータ５１０を記憶部５１に送る。

ショットマップ作成部５３は、入力部５２から入力されたショット情報に基づいて、ウエハ７に対するショットマップ５１１を作成する。ショットマップ５１１は、露光領域の配列マップであり、ウエハ７上に設定される各ショットの配置位置（座標）などを示す情報である。ショットマップ５１１やショットは、半導体集積回路毎に設定される情報である。ショットマップ５１１では、製品チップ（半導体集積回路）に応じたショット配列が行なわれる。

記憶部５１は、照明パラメータ５１０と、ショットマップ５１１と、モデル関数５１２と、を記憶するメモリなどである。照明パラメータ５１０は、ウエハ７を露光する際の光学条件であり、例えば露光量やフォーカス値以外の光学条件である。

具体的には、照明パラメータ５１０は、有効光源の形状パラメータ（σ_outer、σ_inner、四重極照明の開き角、Ｘ方向とＹ方向の明るさ比など）、露光光（照明光）１０ａの偏光度、投影レンズ（レンズ１５０）の開口数（ＮＡ）、露光光１０ａの波長、露光光１０ａのスペクトル形状の少なくとも１つに関する情報である。

なお、照明パラメータ５１０には、照明輝度分布、照明偏光状態、レンズ収差、レンズ瞳面透過率分布、露光レーザ波長バンド幅などを含めてもよい。また、露光装置２によって傾け露光を行なう場合には、ウエハ７のスキャン平面と最良結像平面との間の傾き角や、ウエハ７へのフォーカス値などを照明パラメータ５１０に含めてもよい。傾け露光は、露光光１０ａの最良結像平面に対してフォトマスク６またはウエハ７を所定の角度だけ傾斜させながらスキャン露光する露光方法である。

モデル関数５１２は、ウエハ面内の座標を入力した場合に、座標に応じた照明パラメータ補正量が得られる関数である。モデル関数５１２は、ウエハ面内で設計パターンの寸法に応じたエッチング後パターンを形成することができる照明パラメータ補正量を導出する。

補正量算出部５４は、モデル関数５１２およびショットマップ５１１を用いて、ショット毎の照明パラメータ補正量を算出する。補正量算出部５４は、例えばショットマップ５１１で設定されている各ショットの中心座標をモデル関数５１２に入力し、これによりショット毎の照明パラメータ補正量を算出する。ショットマップ５１１は、半導体集積回路毎（ウエハ毎）に設定されているので、各半導体集積回路毎にショットの配置位置が異なる。このため、補正量算出部５４によって算出されるショット毎の照明パラメータ補正量も、半導体集積回路毎に異なる値が設定されることとなる。

制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ(Random Access Memory)などを有しており、露光装置２を制御する。具体的には、制御部５０は、露光装置２の光源１０、開口絞り１１、フィルタ１２、偏光フィルタ１３、照明光学系１４、投影光学系１５及びレンズ絞り１６を制御する。制御部５０は、照明パラメータ５１０と、補正量算出部５４が算出した照明パラメータ補正量と、に基づいて、露光装置２を制御する。

なお、制御装置５と露光装置２とを別々の構成としてもよい。この場合、例えば、サーバ（図示せず）などと露光装置２とを接続しておき、サーバに制御装置５を配置しておく。また、記憶部５１、ショットマップ作成部５３、補正量算出部５４を、制御装置５とは別構成としてもよい。この場合、サーバなどに記憶部５１、ショットマップ作成部５３、補正量算出部５４を配置しておく。また、入力部５２に直接ショットマップ５１１を作成してもよい。この場合、制御装置５はショットマップ作成部５３を有していなくてもよい。

つぎに、基板処理システムによるパターン形成処理手順について説明する。図３は、第１の実施の形態に係るパターン形成処理の処理手順を示すフローチャートである。テストウエハを準備し、テストウエハ上にレジストを塗布し、その後、基準となる照明パラメータで露光処理、現像処理を行う。これにより、テストウエハ上にレジストパターンが形成される。レジストパターンをマスクとしてレジストパターンの下層側をエッチングすることにより、テストウエハ上にエッチング後パターンが形成される（ステップＳ１０）。

テストウエハ上のエッチング後パターンは、モデル関数５１２を作成するための評価パターンであり、種々の寸法を有したパターンが形成される。評価パターンとしては、例えば、ラインパターンのパターン間距離が短い（ピッチの小さい）密集パターン、ラインパターンのパターン間距離が長い（ピッチの大きい）孤立パターン、これらの中間ピッチのパターン等のさまざまなパターンが形成される。

図４は、テストウエハのショットマップの一例を示す図である。同図に示すようにテストウエハには、テストウエハの略全面に複数のショットが配置されたショットマップＭ１ａが設定されている。ショットマップＭ１ａでのショット配列は、例えばＸ方向ピッチが２６ｍｍであり、Ｙ方向ピッチが３３ｍｍである。このショットマップＭ１ａに設定されているショットの配置位置や座標はテストウエハに特有のものであり、後述の製品ウエハに設定されるショットとは異なるものであってもよい。

測定装置４は、種々のエッチング後パターンに対し、それぞれのパターン寸法（仕上り寸法）を測定する。そして、測定したエッチング後パターンの所望値からの寸法ずれ量（エッチング後パターン寸法差）を取得する（ステップＳ２０）。テストウエハ上でのエッチング後パターン寸法差は、テストウエハ面内の種々の位置で取得される。

この後、テストウエハ面内におけるエッチング後パターン寸法差に基づいて、レジスト寸法補正量（レジストパターンの疎密寸法差）の面内分布を取得する（ステップＳ３０）。レジスト寸法補正量は、エッチング後パターンのパターン寸法を所望値にするために必要なレジストパターンの寸法補正量である。これにより、補正すべきレジスト寸法特性が求められる。

ここで、評価パターンが、４５ｎｍ幅のラインパターンを有した密集ラインアンドスペースパターン（以下、４５ｎｍ密集パターンという）と、４５ｎｍ幅のラインパターンを有した孤立ラインパターン（以下、４５ｎｍ孤立パターンという）の２種類である場合について説明する。照明パラメータの初期値が、投影レンズのＮＡ＝１．３０、輪帯照明、σ_outer＝０．９０、σ_inner＝０．６０であるとする。σ_outerは、輪帯照明の外径であり、σ_innerは輪帯照明の内径である。

テストウエハを露光する際には、１枚のテストウエハ内に形成されるショット毎に、４５ｎｍ密集パターンのエッチング後パターンが所望寸法となるように、露光量が制御されている。このとき、４５ｎｍ孤立パターンのエッチング後パターンは、ウエハ内でのパターン位置に応じた寸法ずれを起こしている。換言すると、照明パラメータの初期値を用いてテストウエハを露光した場合、エッチング後パターンに疎密寸法差が生じることとなる。本実施の形態では、４５ｎｍ孤立パターンのエッチング後パターン寸法を所望値にするために、露光量以外の光学パラメータ（照明パラメータ）を補正する。

レジスト寸法補正量を設定する際には、１枚のテストウエハ内に形成される複数のショットのそれぞれで、ショット内の代表点の座標（例えばショットの中心付近の座標）におけるレジストパターンの疎密寸法差の適正補正量（寸法補正量）を定める。例えば、４５ｎｍ孤立パターンのエッチング後パターン寸法を計測し、所望値からのずれ量を求め、そのずれ量を露光におけるレジストパターンに対して逆方向に補正する（所望値より細い場合は、レジスト寸法を太くし、所望値より太い場合は、レジスト寸法を細くする）。これにより、各ショットの中央付近にある４５ｎｍ孤立パターンの寸法に対するレジスト寸法補正量が設定される。

図５は、ショット毎に設定されたレジスト寸法補正量の一例を示す図である。図５では、４５ｎｍ孤立パターンに対するショット毎のレジスト寸法補正量の面内分布（レジスト寸法補正量マップＭ１ｂ）を示している。例えば、「−１．１」で示しているショットは、レジストパターン寸法が、４５ｎｍよりも１．１ｎｍ細くなるよう照明パラメータが補正されるショットである。また、「２．４」で示しているショットは、レジストパターン寸法が、４５ｎｍよりも２．４ｎｍ太くなるよう照明パラメータが補正されるショットである。

次に、疎密寸法差を補正するための照明パラメータ補正量（変更量）を求める。照明パラメータ補正量を求める際には、４５ｎｍ密集パターンの寸法を所望値に固定した状態で、４５ｎｍ孤立パターンを調節する手段（照明パラメータの変更対象）とその補正量（照明パラメータ補正量）とを決定する。なお、照明パラメータ補正量を求める際に、４５ｎｍ孤立パターンの寸法を所望値に固定した状態で、４５ｎｍ密集パターンを調節する手段とその補正量とを決定してもよい。照明パラメータ補正量は、実験結果やシミュレーション結果に基づいて決定される。ここでは、照明のσ_outerをレジストパターン寸法の調節手段に用いる場合について説明する。

図６は、照明パラメータの変更量とレジストパターンの寸法変化量との関係を示す図である。図６では、横軸が照明パラメータの一例であるσ_outerを示し、縦軸が４５ｎｍ孤立パターンのレジスト寸法を示している。

図６に示した関係と、図５に示したレジストターン（孤立パターン）の寸法変化量の面内分布に基づいて、ショット毎のσ_outerの適正な照明パラメータ補正量（以下、σ_outer補正量という）を求める。

図７は、図５に示したレジスト寸法補正量に対する照明パラメータ補正量を示す図である。図７では、４５ｎｍ孤立パターンに対するショット毎のσ_outer補正量の面内分布（照明パラメータ補正量マップＭ１ｃ）を示している。例えば、「−０．０１」で示しているショットは、σ_outerが０．０１だけ小さくなるよう補正されるショットである。また、「０．０２」で示しているショットは、σ_outerが０．０２だけ大きくなるよう補正されるショットである。

この後、ショット毎に定められたσ_outer補正量を、テストウエハ内での連続関数であるモデル関数５１２（補正関数Ｆ）として作成する。換言すると、照明パラメータ補正量マップＭ１ｃに基づいて、モデル関数５１２が作成される。具体的には、テストウエハ上の位置を表す２次元の座標系内で定義される関数セットを規定し、σ_outer補正量のフィッティングを行うことにより、σ_outer補正量の連続関数表現を得る。関数セットは、例えば、テストウエハ上での座標（ｘ，ｙ）を用いたｘとｙの多項式（図８）、ｚｅｒｎｉｋｅ多項式（図９）などである。補正関数Ｆ（ｘ、ｙ）は、以下の式（１）のような、関数セットｆ_n（ｘ、ｙ）と係数ａ_n（ｎは自然数）の線形結合で表される。

ここでの（ｘ、ｙ）は、テストウエハ上の座標である。係数ａ_nは、上記フィッティングによって、ショット毎のσ_outer補正量に適合するように定める。図１０は、係数ａ_nの一例を示す図である。同図に示すように、係数ａ_nは、例えば「−０．８６１」、「０．４５５」などのように設定される。使用する関数セットの数Ｎは、適宜、定められる。

このように、レジスト寸法補正量の面内分布を取得した後、寸法補正量の面内分布に基づいて、照明パラメータ補正量を求めるためのモデル関数５１２が設定される（ステップＳ４０）。

モデル関数５１２は、制御装置５の入力部５２から入力されて記憶部５１内に格納される。この後、製品パターン（製品ウエハ）の露光処理が行われる。このとき、露光装置２は、作成されたσ_outer補正量を表すモデル関数５１２に基づいて、ショット毎に照明パラメータを調節しながら露光する。

製品ウエハを露光する際には、予め入力部５２に、製品パターンのショットに関するショット情報を入力しておく。入力部５２に入力された、製品ウエハのショット情報は、ショットマップ作成部５３に送られる。

ショットマップ作成部５３は、入力部５２から入力された製品ウエハのショット情報に基づいて、製品ウエハのショットマップ５１１を作成する。記憶部５１は、ショットマップ作成部５３が作成した製品ウエハのショットマップ５１１を記憶しておく。

図１１は、製品ウエハのショットマップの一例を示す図である。同図に示すように製品ウエハには、ウエハの略全面に複数のショットが配置されたショットマップＭ２ａが設定されている。ショットマップＭ２ａでのショット配列は、例えばＸ方向ピッチが２６ｍｍであり、Ｙ方向ピッチが２６ｍｍである。このショットマップＭ２ａに設定されているショットの配置位置や座標はテストウエハに設定されるショットとは異なるものである。

補正量算出部５４は、モデル関数５１２および製品ウエハのショットマップ５１１を用いて、各ショットに応じた照明パラメータ補正量を算出する（ステップＳ５０）。製品ウエハ内のショット配列がテストウエハと同じ場合には、図７に示した照明パラメータ補正量をそのまま用いることができる。一方、製品ウエハ内のショット配列がテストウエハと異なる場合には、補正量算出部５４は、製品ウエハのショット内の代表点（例えば、ショットの中心）の座標と、式（１）で示した補正関数Ｆと、を用いてショット毎の照明パラメータ補正量（補正関数Ｆの値）を算出する。具体的には、モデル関数５１２としての補正関数Ｆに、ショット内の代表点の座標が入力されることによって、照明パラメータ補正量が算出される。

この後、制御部５０は、照明パラメータ補正量の算出結果に従ってショット毎に照明パラメータを調節するよう露光装置２（ここでは、開口絞り１１）を制御する。これにより、照明パラメータ補正量に応じた照明パラメータで、各ショットが露光される（ステップＳ６０）。そして、露光後の製品ウエハを現像、エッチングすることにより、製品ウエハ上にエッチング後パターンが形成される（ステップＳ７０）。

図１２は、照明パラメータ補正量マップの一例を示す図である。図１２では、照明パラメータ補正量の一例であるショット毎のσ_outer補正量の面内分布（照明パラメータ補正量マップＭ２ｃ）を示している。露光装置２は、このσ_outer補正量に基づいて、ショット毎にσ_outer補正量を調節しながら露光する。このように、本実施の形態では、エッチング後の疎密寸法差のウエハ面内分布に基づいて、疎密寸法差を補正するための照明パラメータ補正量を導出するモデル関数を作成している。そして、製品ウエハ毎にショットマップを設定し、先に定義したモデル関数に従ってショットマップ毎に各ショットの照明パラメータを規定している。このため、製品ウエハ毎にショット配列を変えた場合であっても、ショット間で変化する照明パラメータ補正量を、モデル関数５１２に基づいて短時間で決定することが可能となる。

したがって、ショットマップが変化した場合でも、エッチング後の疎密寸法差データを取りなおすことなく、適切に照明パラメータ補正量を設定することができるので、半導体デバイスを生産する際のリードタイムとコストを低減することが可能となる。

なお、本実施の形態では、テストウエハの評価パターンが２種類である場合について説明したが、テストウエハの評価パターンは３種類以上であってもよい。これにより、製品パターンに対しても、３種類以上のパターン評価に基づいた正確なパターン補正を行うことが可能となる。この場合、何れか１種類の評価パターンを露光量基準パターンとし、露光量基準パターンが所望の寸法となる光学条件に対し、他のパターンの寸法誤差が最小となるように照明パラメータ補正量を定める。

また、本実施の形態では、テストウエハを用いてレジスト寸法補正量（モデル関数５１２）を設定する際に、各ショットの中心座標を各ショット内での代表点としたが、中心座標に限らず、ショット内の任意の位置を代表点に設定してもよい。また、代表点はショット内で１個ずつに限らず、複数個ずつ設定してもよい。代表点を複数設定した場合には、例えば、設定した複数の代表点における各パターン寸法の平均値を用いて、照明パラメータ補正量を求める。

また、製品ウエハを用いて照明パラメータ補正量を設定する際に、各ショットの中心座標を各ショット内での代表点としたが、中心座標に限らず、ショット内の任意の位置を代表点に設定してもよい。

また、本実施の形態では、エッチング後パターンの寸法補正を行うために、照明のσ_outerを用いたが、他の照明パラメータを用いてもよい。特に、複数種類のエッチング後パターンへの補正を行う場合は、複数種類の照明パラメータを用いて補正を行う方が、１つの照明パラメータを用いて補正を行う場合よりも大きな寸法補正効果が得られる。

なお、ショット毎に照明パラメータを調節しながら露光する際には、露光量基準パターンの寸法が所望値になるように、ショット毎に露光量を調節しながら露光を行うことが望ましい。このとき、テストウエハを露光する際のショット毎の露光量補正量と、製品ウエハを露光する際のショット毎の露光量補正量と、は等しくなるとは限らない。この理由は、照明パラメータの調節に伴って、露光量基準パターンの像特性が変化するためである。

このため、本実施の形態では、照明パラメータ補正量に基づいて露光量をショット毎に補正してもよい。この場合、例えば以下の式（２）で示す露光量補正関数を用いて、ショット毎の露光量が補正される。

ΔＤｏｓｅ＝ｆ（σ１、σ２、・・・）・・・（２）

ここでのσ１、σ２、・・・などは、補正後の照明パラメータまたはσ_outer、σ_innerなどの照明パラメータ補正量である。なお、露光量をショット毎に補正する場合、照明パラメータ以外の光学条件に基づいて露光量を補正してもよい。露光量補正関数は、ユーザからの入力部５２への入力により記憶部５１で記憶される。補正量算出部５４は、これから処理しようとする製品ウエハの情報（ショットマップ５１１など）に基づいて、照明パラメータ補正量に連動して露光量補正値をショット毎に自動的に割当てる。換言すると、各ショットの照明パラメータを補正する際に、照明パラメータ補正量に応じた露光量に露光量を補正して露光を行う。

露光量補正関数は、露光装置２とは別のレシピサーバが記憶しておいてもよい。この場合、ユーザは、レシピサーバへ露光量補正関数を入力しておき、レシピサーバに露光量補正関数を記憶させておく。レシピサーバは、製品ウエハの処理計画に基づいて、露光量補正関数を用いた露光レシピを生成し、露光装置２に送信する。これにより、露光装置２は、ショットマップ内の各ショットに照明パラメータ補正値を割当てる。

製品ウエハを露光する際のショット毎の露光量補正量は、（製品ウエハでのショット毎の露光量）＝（基準露光量）＋（第１の露光補正量）＋（第２の露光補正量）で表すことができる。

ここで第１の露光補正量は、照明パラメータの補正を行わずにテストウエハを露光する際の露光補正量である。また、第２の露光補正量は、照明パラメータの調節に伴って発生する適正露光量の変化を補正するための露光量である。この第２の露光補正量は、実験ないしシミュレーションに基づいて、照明パラメータの変更量の関数として表される。換言すると、第２の露光量補正量は、ショット毎で変化する照明パラメータ補正量（調節量）に基づいて設定される。

図１３は、照明パラメータの変更量と露光量補正量との関係を示す図である。図１３では、４５ｎｍ幅のラインパターンを有したラインアンドスペースパターンに対する、σ_outerの変更量と、適正露光量変化量と、の関係を示している。この関係を用いることによって、製品ウエハの各ショットの適正露光量を設定することができる。

なお、露光装置２に配置する照明形状は、輪帯照明、四重極照明、二重極照明（ダイポール照明）などの何れの形状であってもよい。図１４は、照明形状を説明するための図である。図１４の（ａ）は、輪帯照明３０Ａの形状を上面から見た図を示し、図１４の（ｂ）は、四重極照明３０Ｂの形状を上面から見た図を示している。

例えば、輪帯照明３０Ａは、リング状を有した発光領域３３Ａから露光光１０ａを出射する照明である。輪帯照明３０Ａの場合、発光領域３３Ａの外径がσ_outer３１であり、発光領域３３Ａの内径がσ_inner３２である。

また、四重極照明３０Ｂは、例えばリング状の一部（扇型のかなめ部分近傍を除外した形状）を有した４つの発光領域３３Ｂから露光光１０ａを出射する照明である。四重極照明３０Ｂの場合、発光領域３３Ｂの外径がσ_outer３１であり、発光領域３３Ｂの内径がσ_inner３２である。

輪帯照明３０Ａや四重極照明３０Ｂなどの照明形状は、開口絞り１１によって可変となるよう構成されている。例えば、輪帯照明３０Ａや四重極照明３０Ｂの照明形状を変更する場合には、開口絞り１１が絞り領域（露光光１０ａの遮蔽領域）を変更することによって発光領域３３Ａや発光領域３３Ｂの形状を変更する。なお、四重極照明３０Ｂの発光領域３３Ｂは、扇型のかなめ部分近傍を除外した形状に限らず、矩形状など他の形状であってもよい。

基板処理システムによるモデル関数を用いた照明パラメータの補正は、例えば製品ウエハプロセスのレイヤ毎に行われ、これにより半導体装置（半導体集積回路）が製造される。具体的には、レイヤ毎にモデル関数が作成され、各レイヤに応じたモデル関数を用いて、レジストの塗布された製品ウエハに露光が行なわれる。その後、製品ウエハを現像して製品ウエハ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてレジストパターンの下層側をエッチングする。これにより、レジストパターンに対応する実パターン（エッチング後パターン）を製品ウエハ上に形成する。半導体装置を製造する際には、上述したモデル関数の作成、モデル関数を用いた照明パラメータを補正しながらの製品ウエハへの露光処理、現像処理、エッチング処理などが各レイヤで行われる。

なお、本実施の形態では、テストウエハでの所望値からのエッチング後パターン寸法差に基づいて、モデル関数を作成したが、テストウエハでの所望値からのレジストパターンの寸法差に基づいて、モデル関数を作成してもよい。

また、本実施の形態では、テストウエハを用いてモデル関数を作成したが、製品ウエハを用いてモデル関数を作成してもよい。また、モデル関数を用いた照明パラメータの補正は、製品ウエハ以外のウエハに適用してもよい。

実際の半導体デバイス製造の際には、最終製品の種類に応じた異なるショットサイズの露光が行なわれる。本実施の形態では、ウエハ面内での座標に応じた照明パラメータ補正量を設定することができるモデル関数を用いて、製品ウエハ毎（ショットマップ５１１毎）に照明パラメータを補正している。このため、任意の製品ウエハに対して所望形状のエッチング後パターンを形成するための照明パラメータ補正を容易に行なうことが可能となる。

また、密集パターンや孤立パターンなどの種々のパターンのエッチング後パターン寸法に基づいて、モデル関数を作成している。このため、密集パターン、孤立パターン、これらの中間ピッチのパターン等の種々のエッチング後パターンを、ウエハ面内でのショット位置に関わらず、設計パターンに応じた所望形状で形成することが可能となる。換言すると、１枚の製品ウエハの中で疎密寸法差が変化する場合であっても、製品ウエハの全面で所望のパターン寸法を有したエッチング後パターンを形成することが可能となる。

また、ショット毎に照明パラメータ補正量を設定しているので、フォトマスクのＯＰＣ（Optical Proximity Correction）で対応できない寸法補正に対しても、寸法補正を行うことが可能となる。

このように第１の実施の形態によれば、ウエハ面内での座標に応じた照明パラメータ補正量を設定することができるモデル関数に基づいて、製品ウエハ毎に照明パラメータを補正しているので、任意の製品ウエハに対してウエハ面内で設計パターンの寸法に応じたパターン寸法のエッチング後パターンを形成することが可能になる。

（第２の実施の形態）
つぎに、図１５〜図１７を用いて第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、製品ウエハのショットを複数の領域に分割し、分割された領域毎に照明パラメータ補正量を設定する。

まず、本実施の形態に係るパターン形成方法の概念について説明する。図１５は、第２の実施の形態にパターン形成方法の概念を説明するための説明図である。同図に示すパターン寸法マップ６０は、ウエハ７に形成されるエッチング後パターンの、ウエハ面内での仕上り寸法分布を示している。

製品ウエハにレジストパターンを形成した後に、レジストパターンをマスクとして製品ウエハの下層側をエッチングすると、エッチングなどに起因して、図１５に示すように、略同心円状に仕上り寸法が変化する。例えば、ウエハの中心から周縁に向かって、エッチング後パターンの線幅が細くなる傾向がある。図１５では、ウエハの中心部を含む円形状の領域６１がエッチング後パターンの線幅が最も太くなる領域であり、領域６１の外周を囲むリング状の領域６２がエッチング後パターンの線幅が２番目に太くなる領域である。また、領域６２の外周を囲むリング状の領域６３がエッチング後パターンの線幅が３番目に太くなる領域であり、領域６３の外周を囲むリング状の領域６４がエッチング後パターンの線幅が最も細くなる領域である。

本実施の形態では、１つのショット内で照明パラメータ補正量を変化させる。具体的には、パターン寸法マップ６０などのエッチング後パターン寸法の寸法分布に基づいてモデル関数５１２を作成しておく。また、補正量算出部５４が、製品ウエハの各ショット内を複数の領域に分割する。ショット内の領域分割は、入力部５２に入力される使用者からの指示に従って行なってもよいし、予め設定しておいたルールに従って行なってもよい。補正量算出部５４は、分割後の各領域に対応する照明パラメータ補正量を、モデル関数を用いて算出する。このとき、補正量算出部５４は、分割後の各領域の代表点（例えば、領域内の中心）の座標における照明パラメータ補正量を、モデル関数に基づいて設定する。

換言すると、本実施の形態では、レジストパターンの疎密寸法差の適正補正量を決定するための代表点をショット内で複数定めておく。そして、これらの各代表点に対して、第１の実施の形態で説明した方法で照明パラメータ補正量を設定する。

製品ウエハの各ショットを露光する際には、設定した照明パラメータ補正量に従って照明パラメータをショット内で変化させながら露光する。ここで、図１５に示すような、領域６２と領域６３とを含んだショットｓｈ４を露光する場合について説明する。ショットｓｈ４は、領域６２と同じエッチング後パターン寸法の寸法分布を有したショット内領域６２ａと、領域６３と同じエッチング後パターン寸法の寸法分布を有したショット内領域６３ａと、を有している。

ショットｓｈ４を露光する際には、ショット内領域６２ａとショット内領域６３ａとで、照明形状を領域６２ａ，６３ａに応じた形状に変更する。具体的には、補正量算出部５４が、ショットｓｈ４を分割した後の各領域の代表点の座標をモデル関数に入力し、これにより得られる結果を照明パラメータ補正量とする。そして、補正量算出部５４は、ショットｓｈ４の各領域に対して照明パラメータ補正量を算出する。図１５では、ショットｓｈ４を２分割し、分割後の一方の領域がショット内領域６２ａであり、他方の領域が領域６３ａである場合を示している。例えば、ショット内領域６２ａでの照明パラメータ補正量に応じた照明形状として四重極照明３０Ｂ１が設定され、領域６３ａでの照明パラメータ補正量に応じた照明形状として四重極照明３０Ｂ２が設定される。

制御部５０は、ショット内領域６２ａを露光する際には、開口絞り１１を用いて照明形状を四重極照明３０Ｂ１に設定し、領域６３ａを露光する際には、開口絞り１１を用いて照明形状を四重極照明３０Ｂ２に設定する。

これにより、四重極照明を用いてショットｓｈ４を露光する際には、大きな発光領域３４Ｂを有した四重極照明３０Ｂ１でショット内領域６２ａが露光され、小さな発光領域３５Ｂを有した四重極照明３０Ｂ２で領域６３ａが露光される。

このように、１つのショット内でも適正な照明パラメータ補正量が領域毎に異なる場合は、領域毎に照明パラメータ補正量が設定される。換言すると、本実施の形態ではモデル関数５１２が示す適正な照明パラメータ補正量を再現するよう、１つのショットの露光中に照明パラメータ補正量がショット内の領域毎に制御される。

図１６は、照明パラメータ補正量を１ショットのスキャン露光中に変化させる処理を説明するための図である。図１６では、照明パラメータ補正量の一例としてσ_outer補正量を、１ショットのスキャン露光中に変化させる処理を示している。

図１６の（ａ）に示すように、ショット内領域７１は、ショット内領域７１に応じたσ_outer補正量で露光される。また、図１６の（ｂ）に示すように、ショット内領域７２は、ショット内領域７２に応じたσ_outer補正量で露光され、図１６の（ｃ）に示すように、ショット内領域７３は、ショット内領域７３に応じたσ_outer補正量で露光される。なお、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、照明パラメータ補正量に基づいて、ショット内の各領域を露光する際の露光量を補正してもよい。

つぎに、補正量算出部５４などを含んで構成される光学条件補正量算出装置のハードウェア構成について説明する。図１７は、光学条件補正量算出装置のハードウェア構成を示す図である。光学条件補正量算出装置は、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。光学条件補正量算出装置では、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、コンピュータプログラムである光学条件補正量算出プログラム９７を用いて、ショット毎またはショット内での光学条件（σ_outerなど）の補正量を算出する。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、ショットマップ５１１、ショット毎またはショット内での光学条件の補正量（照明パラメータ補正量）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（光学条件の補正量の算出に必要なパラメータ等）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。

光学条件補正量算出プログラム９７は、ＲＯＭ９２内に格納されており、例えばバスラインを介してＲＡＭ９３へロードされる。図１７では、光学条件補正量算出プログラム９７がＲＡＭ９３へロードされた状態を示している。

ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３内にロードされた光学条件補正量算出プログラム９７を実行する。具体的には、光学条件補正量算出装置では、使用者による入力部９５からの指示入力に従って、ＣＰＵ９１がＲＯＭ９２内から光学条件補正量算出プログラム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。

光学条件補正量算出装置で実行される光学条件補正量算出プログラム９７は、補正量算出部５４を含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。

なお、制御装置５において、入力部５２と入力部９５とを１つの入力部として構成してもよい。また、制御装置５において、記憶部５１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３の２つ又は全てを１つの記憶部として構成してもよい。また、制御部５０が補正量算出部５４を有する構成としてもよい。この場合、例えば制御部５０のＣＰＵとＣＰＵ９１とが１つのＣＰＵとして構成される。

このように第２の実施の形態によれば、ショット内を複数の領域に分割して領域毎に照明パラメータ補正量を設定しているので、ショット内に１つの照明パラメータ補正量を設定する場合よりも、エッチング後パターンの寸法誤差をウエハ面内で高精度に抑制することが可能になる。

また、第１および第２の実施の形態によれば、ウエハ面内での座標に基づいて照明パラメータを補正しているので、設計パターン寸法に応じたパターン寸法のパターンをウエハ上の全面に対して一様に形成することが可能になる。

１…基板処理システム、２…露光装置、５…制御装置、６…フォトマスク、７…ウエハ、１０ａ…露光光、１１…開口絞り、３０Ａ…輪帯照明、３０Ｂ，３０Ｂ１，３０Ｂ２…四重極照明、３３Ａ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ…発光領域、５４…補正量算出部、６０…パターン寸法マップ、５１０…照明パラメータ、５１１…ショットマップ、５１２…モデル関数、Ｍ１ａ，Ｍ２ａ…ショットマップ、Ｍ１ｂ…レジスト寸法補正量マップ、Ｍ１ｃ，Ｍ２ｃ…照明パラメータ補正量マップ、ｓｈ１〜ｓｈ４…ショット。

Claims (8)

1. 第１の基板上への露光処理に用いる露光量以外の照明パラメータを前記第１の基板面内の露光座標に基づいて補正する光学条件補正関数を、第２の基板上に形成したパターンの基板面内寸法分布に基づいて作成する補正関数作成ステップと、
   前記光学条件補正関数および前記第１の基板上に設定される各露光ショットの露光座標を用いて、前記照明パラメータの補正量である照明パラメータ補正量を前記露光ショット毎に少なくとも１つずつ算出する補正量算出ステップと、
   前記照明パラメータ補正量で前記照明パラメータを補正しながら、前記第１の基板を露光する露光ステップと、
   を含むことを特徴とする露光方法。
2. 前記光学条件は、前記露光処理に用いる有効光源の形状、前記露光処理に用いる投影レンズの開口数、前記露光処理に用いる露光光の波長、前記露光光のスペクトル形状、および前記第１の基板を最良結像平面から傾けて前記露光処理を行う際の前記第１の基板へのフォーカス制御条件の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第２の基板上には、パターンのピッチまたはパターンの形状が異なる少なくとも２種類のパターンが形成され、
   前記光学条件補正関数は、前記少なくとも２種類のパターンの前記第２の基板面内での寸法分布に基づいて作成されることを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
4. 前記光学条件補正関数は、前記第２の基板上に形成されたレジストパターンまたは前記第２の基板上に形成されたエッチング後パターンの前記第２の基板面内での寸法分布に基づいて作成され、
   前記照明パラメータ補正量は、前記第２の基板上に形成されたレジストパターンまたは前記第２の基板上に形成されたエッチング後パターンを形成する際に用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の露光方法。
5. 前記照明パラメータ補正量に応じた露光量補正量を導出する露光量補正関数を用いて、前記照明パラメータ補正量に応じた露光量補正量を前記露光ショット毎に少なくとも１つずつ導出する露光量補正量導出ステップをさらに含み、
   前記露光ステップは、前記露光量補正量で露光量を補正しながら、前記第１の基板を露光することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光方法。
6. 前記露光座標は、前記各露光ショットの代表点であり、
   前記露光ステップは、前記露光ショット毎に前記照明パラメータ補正量で前記照明パラメータを補正して、前記第１の基板を露光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の露光方法。
7. 前記露光座標は、前記各露光ショットを所定領域毎に分割した場合の各領域の代表点であり、
   前記露光ステップは、前記領域毎に前記照明パラメータ補正量で前記照明パラメータを補正して、前記第１の基板を露光することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の露光方法。
8. 第１の基板上への露光処理に用いる露光量以外の照明パラメータを前記第１の基板面内の露光座標に基づいて補正する光学条件補正関数を、第２の基板上に形成したパターンの基板面内寸法分布に基づいて作成する補正関数作成ステップと、
   前記光学条件補正関数および前記第１の基板上に設定される各露光ショットの露光座標を用いて、前記照明パラメータの補正量である照明パラメータ補正量を前記露光ショット毎に少なくとも１つずつ算出する補正量算出ステップと、
   前記照明パラメータ補正量で前記照明パラメータを補正しながら、前記第１の基板を露光する露光ステップと、
   露光後の前記第１の基板に現像処理を行なって、前記第１の基板上にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして前記第１の基板における被加工対象を加工して前記第１の基板上にパターンを形成するパターン形成ステップと、
   を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

Images