(57)【要約】【課題】信頼性の高い露光裕度評価方法及び半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る露光裕度評価方法は、基板の第１面に沿う複数の領域を設定する工程と、互いに同じ寸法を有する複数のマスクパターンが設けられた露光用マスクを用い、複数の領域のそれぞれに、少なくとも３つの水準の露光条件によって露光を行い、複数の評価用パターンを形成する工程と、複数の領域のそれぞれに形成された複数の評価用パターンの寸法を測定する工程と、複数の領域のそれぞれについて、露光条件と寸法との関係を求める工程と、複数の領域のうち、少なくとも３つの水準のうち中間の水準の露光条件で露光して形成された評価用パターンの寸法が、予め設定された範囲内に入る領域を、複数の領域の中から選択する工程と、選択された領域についての露光条件と寸法との関係から露光裕度を算出する工程と、を含む。【選択図】図１
2014187201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１面に沿う複数の領域を設定する工程と、
互いに同じ寸法を有する複数のマスクパターンが設けられた露光用マスクを用い、前記複数の領域のそれぞれに、少なくとも３つの水準の露光条件によって露光を行い、複数の評価用パターンを形成する工程と、
前記複数の領域のそれぞれに形成された複数の評価用パターンの寸法を測定する工程と、
前記複数の領域のそれぞれについて、前記露光条件と前記寸法との関係を求める工程と、
前記複数の領域のうち、前記少なくとも３つの水準のうち中間の水準の露光条件で露光して形成された前記評価用パターンの寸法が、予め設定された範囲内に入る前記領域を、前記複数の領域の中から選択する工程と、
選択された前記領域についての前記露光条件と前記寸法との関係から露光裕度を算出する工程と、
を備えた露光裕度評価方法。
【請求項２】
前記複数の評価用パターンを形成する工程は、前記少なくとも３つの水準の露光条件による露光を１回の露光処理によって行うことを含む請求項１記載の露光裕度評価方法。
【請求項３】
前記複数の評価用パターンを形成する工程は、前記複数のマスクパターンによる露光の際のそれぞれの像高が互いに同じになるようにすることを含む請求項１または２に記載の露光裕度評価方法。
【請求項４】
前記領域を選択する工程において複数の前記領域が選択された場合、前記露光裕度を算出する工程は、前記複数の領域のそれぞれについての前記露光条件と前記寸法との関係を平均化することを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の露光裕度評価方法。
【請求項５】
基板の第１面に沿う複数の第１領域と、前記複数の第１領域のそれぞれに設けられた複数の第２領域とを設定する工程と、
マスクパターンが設けられた露光用マスクを用いて前記複数の第２領域のそれぞれに露光を行い、前記複数の第１領域のそれぞれに少なくとも３つの水準の露光条件による複数の評価用パターンを形成する工程と、
前記複数の第１領域のそれぞれに形成された複数の評価用パターンの寸法を測定する工程と、
前記複数の第１領域のそれぞれについて、前記露光条件と前記寸法との関係を求める工程と、
前記複数の第１領域のうち、前記少なくとも３つの水準のうち中間の水準の露光条件で露光して形成された前記評価用パターンの寸法が、予め設定された範囲内に入る前記第１領域を、前記複数の第１領域の中から選択する工程と、
選択された前記第１領域についての前記露光条件と前記寸法との関係から露光裕度を算出する工程と、
を備えた露光裕度評価方法。
【請求項６】
基板の第１面に沿う複数の領域を設定する工程と、
互いに同じ寸法を有する複数のマスクパターンが設けられた露光用マスクを用い、前記複数の領域のそれぞれに、少なくとも３つの水準の露光条件によって露光を行い、複数の評価用パターンを形成する工程と、
前記複数の領域のそれぞれに形成された複数の評価用パターンの寸法を測定する工程と、
前記複数の領域のそれぞれについて、前記露光条件と前記寸法との関係を求める工程と、
前記複数の領域のうち、前記少なくとも３つの水準のうち中間の水準の露光条件で露光して形成された前記評価用パターンの寸法が、予め設定された目標値と最も近くなる前記領域を、前記複数の領域の中から選択する工程と、
選択された前記領域についての前記露光条件と前記寸法との関係から露光裕度を算出する工程と、
半導体層の上に感光性樹脂を塗布し、前記露光裕度から得た露光条件によって前記感光性樹脂に露光を行う工程と、
前記感光性樹脂を現像し、現像後の前記感光性樹脂をマスクとして前記半導体層に処理を施す工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、露光裕度評価方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置等を製造する場合に用いられるフォトリソグラフィにおいては、同じマスクパターンを用いた露光であっても露光条件の相違によって出来上がりのパターンの寸法に相違が生じる。例えば、露光量とパターン寸法との関係を予め求めておき、露光を行う際には所望のパターン寸法になる適切な露光量を決定している。露光条件の変化に対するパターン寸法のロバスト性は露光裕度と呼ばれる。フォトリソグラフィにおいては、露光裕度を高い信頼性で評価することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０４３９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、信頼性の高い露光裕度評価方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る露光裕度評価方法は、基板の第１面に沿う複数の領域を設定する工程と、互いに同じ寸法を有する複数のマスクパターンが設けられた露光用マスクを用い、前記複数の領域のそれぞれに、少なくとも３つの水準の露光条件によって露光を行い、複数の評価用パターンを形成する工程と、前記複数の領域のそれぞれに形成された複数の評価用パターンの寸法を測定する工程と、前記複数の領域のそれぞれについて、前記露光条件と前記寸法との関係を求める工程と、前記複数の領域のうち、前記少なくとも３つの水準のうち中間の水準の露光条件で露光して形成された前記評価用パターンの寸法が、予め設定された範囲内に入る前記領域を、前記複数の領域の中から選択する工程と、選択された前記領域についての前記露光条件と前記寸法との関係から露光裕度を算出する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る露光裕度評価方法を例示するフローチャートである。
【図２】図２は、領域の設定について例示する模式的平面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、評価用パターンの形成について例示する模式的平面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、評価用パターンの形成について例示する模式的平面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、評価用パターンの寸法の測定について例示する図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、領域の選択について例示する模式図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、露光裕度の算出について例示する図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る露光裕度評価方法を例示するフローチャートである。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、領域の設定について例示する模式的平面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、評価用パターンの形成について例示する模式的平面図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、評価用パターンの形成について例示する模式的平面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、第１領域の選択について例示する模式的平面図である。
【図１３】図１３（ａ）及び（ｂ）は、露光裕度の算出について例示する図である。
【図１４】図１４は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャートである。
【図１５】図１５は、第４の実施形態に係る露光装置を例示する模式図である。
【図１６】図１６は、コンピュータのハードウェア構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る露光裕度評価方法を例示するフローチャートである。
図１に表したように、第１の実施形態に係る露光裕度評価方法は、領域の設定（ステップＳ１０１）と、評価用パターンの形成（ステップＳ１０２）と、評価用パターンの寸法測定（ステップＳ１０３）と、露光条件と寸法との関係の取得（ステップＳ１０４）と、領域の選択（ステップＳ１０５）と、露光裕度の算出（ステップＳ１０６）と、を備える。
【０００９】
ステップＳ１０１に表した領域の設定では、基板の第１面に沿う複数の領域を設定する。
図２は、領域の設定について例示する模式的平面図である。
図２に表したように、パターンを形成する対象である基板１００について、基板１００の第１面１００ａに複数の領域Ｒを設定する。領域Ｒは２つ以上設定される。基板１００は、例えば半導体ウェーハである。図２に表した例では、第１面１００ａに沿った第１方向（例えば、Ｘ方向）及び第１面１００ａに沿い第１方向と直交する第２方向（例えば、Ｙ方向）にそれぞれ複数の領域Ｒが設定される。本実施形態では、１つの領域Ｒは、１回の露光領域（１ショット）に対応している。
【００１０】
ステップＳ１０２に表した評価用パターン形成では、基板１００の第１面１００ａに複数の評価用パターンを形成する。複数の評価用パターンは、互いに同じ寸法を有する複数のマスクパターンが設けられた露光用マスクを用いた露光によって形成される。複数の評価用パターンは、複数の領域Ｒのそれぞれに形成される。複数の評価用パターンは、少なくとも３つの水準の露光条件によって形成される。
【００１１】
図３（ａ）〜図４（ｃ）は、評価用パターンの形成について例示する模式的平面図である。
先ず、図３（ａ）に表したように、評価用パターンを形成するための露光用マスクＭ１（レチクル）を用意する。露光用マスクＭ１は、透光性の基板１０１と、基板１０１に設けられたパターン領域１０２と、を有する。パターン領域１０２には、遮光性の材料（例えば、クロム）と開口とによってマスクパターンＰ１が形成される。
【００１２】
図３（ｂ）には、パターン領域１０２を拡大した模式的平面図が表される。パターン領域１０２には、複数のマスクパターンＰ１ａ〜Ｐ１ｅが設けられる。本実施形態では、複数のマスクパターンＰ１ａ〜Ｐ１ｅを総称してマスクパターンＰ１と言う。図３（ｂ）に表した例では、５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅが表される。５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅは、互いに同じ寸法を有する。
【００１３】
露光に用いられる感光性樹脂（レジスト）の特性（ポジ型、ネガ型）によって、マスクパターンＰ１は、遮光パターン及び透光パターンのいずれかに形成される。５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅのそれぞれの寸法は互いに一致している。マスクパターンＰ１の寸法は、評価したいパターンの寸法（ターゲットサイズＴｇｔ）である。
【００１４】
このようなマスクパターンＰ１が形成された露光用マスクＭ１を用いて、基板１００上の複数の領域Ｒのそれぞれに、少なくとも３つの水準の露光条件によって露光を行う。本実施形態では、露光条件として露光量を変化させる場合を例とする。本実施形態では、例えば５つの水準の露光量による露光を行う。１ショットに対応した領域Ｒに露光用マスクＭ１を用いた露光を行う際、５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅのそれぞれを用いて互いに水準の異なる露光量での露光を行う。
【００１５】
図４（ａ）には、１ショット内で異なる露光量による露光を行う方法が例示される。例えば、露光用マスクＭ１の５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅの並ぶ方向Ｄ１に延びる矩形の光照射領域Ｃを設定する。
【００１６】
光照射領域Ｃにおける露光量は方向Ｄ１に徐々に変化する。光照射領域Ｃにおける露光量は方向Ｄ１に段階的に変化してもよい。この光照射領域Ｃを、露光用マスクＭ１の方向Ｄ１に直交する方向Ｄ２に走査する。そして、光照射領域ＣとマスクパターンＰ１とが重なった際に、５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅのそれぞれの露光が行われる。５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅのそれぞれについての露光量は、５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅのそれぞれと重なる光照射領域Ｃの方向Ｄ１の位置での露光量になる。
【００１７】
例えば、本実施形態では、５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅのそれぞれについて、互いに異なる５水準の露光量での露光が行われる。マスクパターンＰ１ａによる露光量をｄｓ１、マスクパターンＰ１ｂによる露光量をｄｓ２、マスクパターンＰ１ｃによる露光量をｄｓ３、マスクパターンＰ１ｄによる露光量をｄｓ４及びマスクパターンＰ１ｅによる露光量をｄｓ５とする。一例として、露光量ｄｓ１から露光量ｄｓ５にかけて露光量は増加するものとする。
【００１８】
露光用マスクＭ１を用いた露光を行うには、基板１００の第１面１００ａ上にレジストを塗布した後、露光用マスクＭ１を用いて複数の領域Ｒのそれぞれに、マスクパターンＰ１の露光を行う。複数の領域Ｒのそれぞれには、５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅによる互いに露光量の異なる露光が行われる。その後、レジストの現像を行う。
【００１９】
図４（ｂ）及び（ｃ）には、現像後に形成された評価用パターンＰＴ１の例が表される。図４（ｂ）には、１つの領域Ｒに形成された評価用パターンＰＴ１の例が表され、図４（ｃ）には、１つの領域Ｒに形成された複数の評価用パターンＰＴ１ａ〜ＰＴ１ｅを拡大した模式的平面図が表される。
【００２０】
図４（ｂ）に表したように、１つの領域Ｒには評価用パターンＰＴ１が形成される。評価用パターンＰＴ１は、例えばレジストパターンである。なお、評価用パターンＰＴ１は、レジストパターンをマスクとして基板１００をエッチングして得たパターンであってもよい。
【００２１】
評価用パターンＰＴ１は、５つのマスクパターンＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｄ及びＰ１ｅのそれぞれを用いた露光によって形成された５つの評価用パターンＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ１ｃ、ＰＴ１ｄ及びＰＴ１ｅを含む。５つの評価用パターンＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ１ｃ、ＰＴ１ｄ及びＰＴ１ｅのそれぞれの寸法は、露光量に応じて異なる。例えば、露光量が多いほど評価用パターンＰＴ１の寸法が大きくなる。
【００２２】
図４（ｃ）に表した例では、露光量が最も少ない評価用パターンＰＴ１ａの寸法が最も小さい。一方、露光量が最も多い評価用パターンＰＴ１ｅの寸法が最も大きい。
【００２３】
次に、ステップＳ１０３に表した評価用パターンの寸法測定では、基板１００上の複数の領域Ｒのそれぞれに形成された複数の評価用パターンＰＴ１の寸法を測定する。また、ステップＳ１０４に表した露光条件と寸法との関係の取得では、複数の領域Ｒのそれぞれについて、露光条件と寸法との関係を求める。
【００２４】
図５（ａ）及び（ｂ）は、評価用パターンの寸法の測定について例示する図である。
図５（ａ）には、基板１００の各領域Ｒに評価用パターンＰＴ１が形成された状態を例示する模式的平面図が表される。図５（ｂ）には、露光量とパターン寸法との関係が表される。なお、説明の便宜上、図５（ａ）には基板１００の外側にも評価用パターンＰＴ１が表されているが、実際には基板１００の外側には評価用パターンＰＴ１は形成されない。
【００２５】
図５（ａ）に表したように、各領域Ｒのそれぞれには、評価用パターンＰＴ１（例えば、５つの評価用パターンＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ１ｃ、ＰＴ１ｄ及びＰＴ１ｅ）が形成される。５つの評価用パターンＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ１ｃ、ＰＴ１ｄ及びＰＴ１ｅのそれぞれの寸法は、複数の領域Ｒごとに測定される。評価用パターンＰＴ１の寸法の測定は、例えばＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を利用して測定される。評価用パターンＰＴ１の寸法は、例えば、Ｘ方向またはＹ方向の長さである。寸法は、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにも非平行な方向の長さであってもよい。寸法の測定では、５つの評価用パターンＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ１ｃ、ＰＴ１ｄ及びＰＴ１ｅについて、同じ方向の長さが測定される。
【００２６】
５つの評価用パターンＰＴ１ａ、ＰＴ１ｂ、ＰＴ１ｃ、ＰＴ１ｄ及びＰＴ１ｅのそれぞれは、５つ水準の露光量のいずれかに対応している。したがって、測定した寸法をパターン寸法として、露光量とパターン寸法との関係が得られる。図５（ｂ）に表したように、例えば横軸を露光量、縦軸をパターン寸法として、各領域Ｒのそれぞれについての露光量とパターン寸法との関係が得られる。露光量には、マスクパターンＰ１を露光した際の少なくとも３つの水準（例えば、露光量ｄｓ１、ｄｓ２、ｄｓ３、ｄｓ４及びｄｓ５）が割り当てられる。露光量とパターン寸法との関係は、複数の領域Ｒの数だけ得られる。説明の便宜上、図５（ｂ）には複数の領域Ｒの一部についての関係が表される。
【００２７】
次に、ステップＳ１０５に表した領域の選択では、複数の領域Ｒの中から露光裕度の評価に適した領域Ｒを選択する。この選択は、次のように行う。すなわち、少なくとも３つの水準のうち中間の水準の露光条件で露光して形成された評価用パターンＰＴ１の寸法が、予め設定された範囲内に入る領域Ｒを選択する。予め設定された範囲内には、目標寸法（ターゲットサイズＴｇｔ）が含まれる。なお、この選択では、中間の水準の露光条件で露光して形成された評価用パターンＰＴ１の寸法が、ターゲットサイズＴｇｔに最も近い領域Ｒを選択してもよい。
【００２８】
本実施形態では、５つの水準の露光量ｄｓ１、ｄｓ２、ｄｓ３、ｄｓ４及びｄｓ５のうち中間の水準である露光量ｄｓ３を基準とする。そして、露光量ｄｓ３で形成された評価用パターンＰＴ１ｃのパターン寸法が、予め設定された範囲内に入る領域Ｒを選択する。
【００２９】
図６（ａ）及び（ｂ）は、領域の選択について例示する模式図である。
図６（ａ）には、選択された領域Ｒが表される。図６（ｂ）には、選択された領域Ｒについての露光量とパターン寸法との関係が表される。
図６（ａ）に表した例では、複数の領域Ｒの中から２つの領域ＲＡ及びＲＢが選択されている。図６（ｂ）に表したように、この２つの領域ＲＡ及びＲＢのそれぞれについて、露光量とパターン寸法との関係では、露光量ｄｓ３で形成された評価用パターンＰＴ１ｃのパターン寸法が、ターゲットサイズＴｇｔを中心とした所定の範囲ＡＲ内に入っている。
【００３０】
次に、ステップＳ１０６に表した露光裕度の算出では、選択された領域Ｒについての露光条件とパターン寸法との関係から露光裕度を算出する。例えば、先に選択された２つの領域ＲＡ及びＲＢのそれぞれの露光量とパターン寸法との関係から露光裕度を算出する。なお、選択された領域Ｒが１つの場合には、その領域Ｒの露光量とパターン寸法との関係から露光裕度を算出する。
【００３１】
図７（ａ）及び（ｂ）は、露光裕度の算出について例示する図である。
図７（ａ）には、選択された領域ＲＡ及びＲＢのそれぞれの露光量とパターン寸法との関係が表される。図７（ｂ）には、算出された露光裕度が表される。
【００３２】
図７（ａ）に表したように、複数の領域ＲＡ及びＲＢが選択された場合、それぞれの露光量とパターン寸法との関係を平均化する。図７（ｂ）に表した露光裕度は、図７（ａ）に表した２つの領域ＲＡ及びＲＢのそれぞれの露光量とパターン寸法との関係を平均化して得たものである。
【００３３】
平均化するには、例えば、の領域ＲＡ及びＲＢのそれぞれの、各露光量ｄｓ１、ｄｓ２、ｄｓ３、ｄｓ４及びｄｓ５について領域ＲＡのパターン寸法と領域ＲＢのパターン寸法との平均値を求める。そして、図７（ｂ）に表したように、各露光量ｄｓ１、ｄｓ２、ｄｓ３、ｄｓ４及びｄｓ５でのパターン寸法の平均値を用いて、例えば最小二乗法により直線Ｌ１を求める。露光裕度は、例えば直線Ｌ１の傾きによって得られる。
【００３４】
上記の例では、２つの領域ＲＡ及びＲＢでの露光量とパターン寸法との関係の平均化について説明したが、３つ以上の領域が選択された場合には、選択された複数の領域での露光量とパターン寸法との関係を上記と同様に平均化すればよい。また、選択された領域が１つの場合、その領域の露光量とパターン寸法との関係から直線Ｌ１を求めればよい。
【００３５】
上記説明した本実施形態に係る露光裕度評価方法では、評価用パターンの寸法の基板１００の面内でのばらつきに起因する信頼性の低下が抑制される。例えば、領域Ｒを１ショットの大きさにした場合、１ショット内に複数の評価用パターンＰＴ１が形成される。１ショット内に形成される複数の評価用パターンＰＴ１については、水準を変えた露光条件以外の条件を揃えられる。
【００３６】
さらに、１つの基板１００において複数の領域Ｒに評価用パターンＰＴ１を形成することで、評価に適した領域を選択して露光裕度の評価対象にすることができる。例えば、露光量の中間の水準でのパターン寸法がターゲットサイズＴｇｔから離れている領域は、基板１００の面内ばらつきの影響を受けている可能性がある。このような領域を評価対象から除外することで、面内ばらつきの影響を抑制した露光裕度の評価が行われる。
【００３７】
上記説明した第１の実施形態において、複数の領域Ｒのそれぞれに、複数の評価用パターンＰＴ１を形成する場合、マスクパターンＰ１による露光の際のそれぞれの像高が互いに同じになるようにしてもよい。例えば、パターン領域１０２内において、光軸との距離、露光用レンズの特性などを考慮して複数のマスクパターンＰ１ａ〜Ｐ１ｅをレイアウトする。これにより、複数のマスクパターンＰ１ａ〜Ｐ１ｅのそれぞれを用いた露光によって形成される複数の評価用パターンＰＴ１ａ〜ＰＴ１ｅのそれぞれの像高を互いに同じするすることができる。これにより、評価用パターンＰＴ１の像高による寸法ばらつきが抑制され、さらに信頼性の高い露光裕度の評価が行われる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る露光裕度評価方法を例示するフローチャートである。
図８に表したように、第２の実施形態に係る露光裕度評価方法は、第１領域及び第２領域の設定（ステップＳ２０１）と、評価用パターンの形成（ステップＳ２０２）と、評価用パターンの寸法測定（ステップＳ２０３）と、露光条件と寸法との関係の取得（ステップＳ２０４）と、第１領域の選択（ステップＳ２０５）と、露光裕度の算出（ステップＳ２０６）と、を備える。
【００３９】
ステップＳ２０１に表し第１領域及び第２領域の設定では、基板の第１面に沿う複数の第１領域と、複数の第１領域のそれぞれに設けられた複数の第２領域とを設定する。
図９（ａ）及び（ｂ）は、領域の設定について例示する模式的平面図である。
図９（ａ）には、基板１００の全体における領域の設定が例示され、図９（ｂ）には、第１領域Ｒ１内での第２領域Ｒ２の設定が例示される。
【００４０】
図９（ａ）に表したように、基板１００の第１面１００ａに複数の第１領域Ｒ１を設定する。第１領域Ｒ１は２つ以上設定される。図９（ａ）に表した例では、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ複数の第１領域Ｒ１が設定される。本実施形態では、１つの第１領域Ｒ１は、１ショットに対応している。
【００４１】
複数の第２領域Ｒ２は、複数の第１領域Ｒ１のそれぞれに設けられる。図９（ｂ）に表したように、１つの第１領域Ｒ１内に複数の第２領域Ｒ２が設定される。図９（ｂ）に表した例では、１つの第１領域Ｒ１内においてＸ方向及びＹ方向にそれぞれ複数の第２領域Ｒ２が設定される。一例として、第２領域Ｒ２は、第２領域Ｒ２１〜Ｒ２６を含む。第２領域Ｒ２１〜Ｒ２６を総称して第２領域Ｒ２ということにする。
【００４２】
ステップＳ２０２に表した評価用パターン形成では、基板１００の第１面１００ａに複数の評価用パターンを形成する。１つの評価用パターンは、１つのマスクパターンが設けられた露光用マスクを用いた露光によって形成される。１つの評価用パターンは、複数の第２領域Ｒ２のそれぞれに形成される。複数の第１領域Ｒ１のそれぞれに形成される複数の評価用パターンは、少なくとも３つの水準の露光条件によって形成される。本実施形態では、露光条件として露光量を変化させる場合を例とする。
【００４３】
図１０（ａ）〜図１１（ｂ）は、評価用パターンの形成について例示する模式的平面図である。
先ず、図１０（ａ）に表したように、評価用パターンを形成するための露光用マスクＭ２（レチクル）を用意する。露光用マスクＭ２は、透光性の基板１０１と、基板１０１に設けられたパターン領域１０２と、を有する。パターン領域１０２には、遮光性の材料（例えば、クロム）と開口とによってマスクパターンＰ２が形成される。
【００４４】
図１０（ｂ）には、パターン領域１０２を拡大した模式的平面図が表される。パターン領域１０２には、１つのマスクパターンＰ２が設けられる。露光に用いられる感光性樹脂（レジスト）の特性（ポジ型、ネガ型）によって、マスクパターンＰ２は、遮光パターン及び透光パターンのいずれかに形成される。
【００４５】
このようなマスクパターンＰ２が形成された露光用マスクＭ２を用いて、基板１００上の複数の第２領域Ｒ２のそれぞれに露光を行う。本実施形態では、１つの第１領域Ｒ１内に複数の第２領域Ｒ２のそれぞれにパターンＰ２の露光を行う際、１つの第１領域Ｒ１について、少なくとも３つの水準の露光量によって露光を行う。
【００４６】
図１１（ｂ）には、露光用マスクＭ２を用いた１回の露光の様子が表される。露光用マスクＭ２のマスクパターンＰ２による露光を行う場合、１回の露光において１つの第２領域Ｒ２に露光を行う。図１１（ａ）に表した例では、１つの第１領域Ｒ１内の複数の第２領域Ｒ２のうち第２領域Ｒ２１に露光を行う状態が模式的に表される。露光用マスクＭ２を用いた露光では、パターン領域１０２のうちマスクパターンＰ２以外の部分を遮光しておく。そして、１回の露光において１つの第２領域Ｒ２１にマスクパターンＰ２による露光を行う。同様に、第２領域Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２６についても、マスクパターンＰ２による露光を行う。
【００４７】
本実施形態では、１つの第１領域Ｒ１内における露光において、少なくとも３つの水準の露光量による露光を行う。すなわち、１つの第１領域Ｒ１内における複数の第２領域Ｒ２への露光において、互いに水準の異なる露光量での露光を行う。
【００４８】
例えば、第２領域Ｒ２１、Ｒ２２及びＲ２３のそれぞれに露光を行う際、互いに水準の異なる露光量での露光を行う。具体的な例として、第２領域Ｒ２１に露光を行う際、第１の露光量ｄｓ１でマスクパターンＰ２の露光を行い、第２領域Ｒ２２に露光を行う際、第１の露光量ｄｓ１よりも多い第２の露光量ｄｓ２でマスクパターンＰ２の露光を行い、第２領域Ｒ２３に露光を行う際、第２の露光量ｄｓ２よりも少ない多い第３の露光量ｄｓ３でマスクパターンＰ２の露光を行う。なお、第２領域Ｒ２１〜Ｒ２６の全てについて互いに水準の異なる露光量で露光を行ってもよい。
【００４９】
本実施形態では、第２領域Ｒ２１及びＲ２４のそれぞれについて第１の露光量ｄｓ１で露光を行い、第２領域Ｒ２２及びＲ２５のそれぞれについて第２の露光量ｄｓ２で露光を行い、第２領域Ｒ２３及びＲ２６のそれぞれについて第３の露光量ｄｓ３で露光を行う。これにより、１つの第１領域Ｒ１内には、３つの水準の露光量ｄｓ１、ｄｓ２及びｄｓ３で同じマスクパターンＰ２による露光が行われる。
【００５０】
露光用マスクＭ２を用いた露光を行うには、基板１００の第１面１００ａ上にレジストを塗布した後、露光用マスクＭ２を用いて複数の第２領域Ｒ２のそれぞれに、先に説明した露光量によってマスクパターンＰ２の露光を行う。その後、レジストの現像を行う。
【００５１】
図１１（ｂ）には、１つの第１領域Ｒ１において、現像後に形成された評価用パターンＰＴ２の例が表される。図１１（ｂ）に表したように、１つの第１領域Ｒ１では、複数の第２領域Ｒ２のそれぞれに評価用パターンＰＴ２が形成される。評価用パターンＰＴ２は、例えばレジストパターンである。なお、評価用パターンＰＴ２は、レジストパターンをマスクとして基板１００をエッチングして得たパターンであってもよい。
【００５２】
評価用パターンＰＴ２は、複数の評価用パターンＰＴ２ａ〜ＰＴ２ｆを含む。第２領域Ｒ２１には、評価用パターンＰＴ２ａが形成される。第２領域Ｒ２２には、評価用パターンＰＴ２ｂが形成される。第２領域Ｒ２３には、評価用パターンＰＴ２ｃが形成される。３つの評価用パターンＰＴ２ａ、ＰＴ２ｂ及びＰＴ２ｃのそれぞれは、互いに水準の異なる露光量ｄｓ１、ｄｓ２及びｄｓ３によって形成されたものである。３つの評価用パターンＰＴ２ａ、ＰＴ２ｂ及びＰＴ２ｃのそれぞれの寸法は、露光量に応じて異なる。例えば、露光量が多いほど評価用パターンＰＴ２の寸法が大きくなる。
【００５３】
同様に、第２領域Ｒ２４には、評価用パターンＰＴ２ｄが形成される。第２領域Ｒ２５には、評価用パターンＰＴ２ｅが形成される。第２領域Ｒ２６には、評価用パターンＰＴ２ｆが形成される。３つの評価用パターンＰＴ２ｄ、ＰＴ２ｅ及びＰＴ２ｆのそれぞれは、互いに水準の異なる露光量ｄｓ１、ｄｓ２及びｄｓ３によって形成されたものである。３つの評価用パターンＰＴ２ｄ、ＰＴ２ｅ及びＰＴ２ｆのそれぞれの寸法は、露光量に応じて異なる。例えば、露光量が多いほど評価用パターンＰＴ２の寸法が大きくなる。
【００５４】
次に、ステップＳ２０３に表した評価用パターンの寸法測定では、基板１００上の複数の第１領域Ｒ１のそれぞれに形成された複数の評価用パターンＰＴ２の寸法を測定する。また、ステップＳ２０４に表した露光条件と寸法との関係の取得では、複数の第１領域Ｒ１のそれぞれについて、露光条件と寸法との関係を求める。さらに、ステップＳ２０５に表した領域の選択では、複数の第１領域Ｒ１の中から露光裕度の評価に適した第１領域Ｒ１を選択する。
【００５５】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、第１領域の選択について例示する模式的平面図である。
図１２（ａ）には、基板１００の各第２領域Ｒ２に評価用パターンＰＴ２が形成された状態を例示する模式的平面図が表される。図１２（ｂ）には、選択された第１領域Ｒ１が表される。なお、説明の便宜上、図１２（ａ）及び（ｂ）には基板１００の外側にも評価用パターンＰＴ２が表されているが、実際には基板１００の外側には評価用パターンＰＴ２は形成されない。
【００５６】
図１２（ａ）に表したように、各第２領域Ｒ２のそれぞれには、評価用パターンＰＴ２が形成される。評価用パターンＰＴ２の寸法は、複数の第１領域Ｒ１ごとに測定される。１つの第１領域Ｒ１内において複数の評価用パターンＰＴ２のそれぞれは、少なくとも３つの水準の露光量ｄｓ１、ｄｓ２及びｄｓ３のいずれかに対応している。したがって、測定した寸法をパターン寸法として、露光量とパターン寸法との関係が得られる。
【００５７】
本実施形態では、１つの第１領域Ｒ１内に３つの水準の露光量ｄｓ１、ｄｓ２及びｄｓ３による評価用パターンＰＴ２が２組設けられる。したがって、１つの第１領域Ｒ１について、露光量とパターン寸法との関係が２つ得られる。これにより、さらなる面内ばらつきの抑制が達成される。
【００５８】
次に、複数の第１領域Ｒ１の中から露光裕度の評価に適した第１領域Ｒ１を選択する。選択の方法は、第１の実施形態と同様である。第２の実施形態では、３つの水準である第１の露光量ｄｓ１、第２の露光量ｄｓ２及び第３の露光量ｄｓ３のうち中間の水準である第２の露光量ｄｓ２を基準とする。そして、第２の露光量ｄｓ２で形成された評価用パターンＰＴ２（ＰＴ２ｂ及びＰＴ２ｅ）のパターン寸法が、予め設定された範囲ＡＲ内に入る第１領域Ｒ１を選択する。
【００５９】
ここで、１つの第１領域Ｒ１について、評価用パターンＰＴ２ｂ及びＰＴ２ｅのうちいずれか一方のパターン寸法が、予め設定された範囲ＡＲ内に入らなかった場合、選択の対象から除外することが望ましい。１ショット内でのばらつきを抑制するためである。
【００６０】
図１２（ｂ）に表した例では、複数の領域Ｒの中から３つの第１領域Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ及びＲ１Ｃが選択されている。この３つの第１領域Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ及びＲ１Ｃのそれぞれについて、露光量とパターン寸法との関係では、第２の露光量ｄｓ２で形成された評価用パターンＰＴ２のパターン寸法が、ターゲットサイズＴｇｔを中心とした所定の範囲ＡＲ内に入っている。
【００６１】
次に、ステップＳ２０６に表した露光裕度の算出では、選択された第１領域Ｒ１についての露光条件とパターン寸法との関係から露光裕度を算出する。例えば、先に選択された３つの第１領域Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ及びＲ１Ｃのそれぞれの露光量とパターン寸法との関係から露光裕度を算出する。なお、選択された第１領域Ｒ１が１つの場合には、その第１領域Ｒ１の露光量とパターン寸法との関係から露光裕度を算出する。
【００６２】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、露光裕度の算出について例示する図である。
図１３（ａ）には、選択された第１領域Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ及びＲ１Ｃのそれぞれの露光量とパターン寸法との関係が表される。図１３（ｂ）には、算出された露光裕度が表される。
【００６３】
図１３（ａ）に表したように、複数の第１領域Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ及びＲ１Ｃが選択された場合、それぞれの露光量とパターン寸法との関係を平均化する。図１３（ｂ）に表した露光裕度は、図１３（ａ）に表した３つの第１領域Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂ及びＲ１Ｃのそれぞれの露光量とパターン寸法との関係を平均化して得たものである。平均化の方法は、第１の実施形態と同様である。そして、平均化して得たパターン寸法から直線Ｌ２を求める。露光裕度は、例えば直線Ｌ２の傾きによって得られる。
【００６４】
上記説明した本実施形態に係る露光裕度評価方法では、評価用パターンの寸法の基板１００の面内でのばらつきに起因する信頼性の低下が抑制される。さらに、設計上の都合など、１つの露光用マスクＭ２に１つのマスクパターンＰ２が形成される場合であっても、１ショットの領域を分割した複数の第２領域Ｒ２にマスクパターンＰ２による露光を行うことで、面内ばらつきの影響を抑制した露光裕度の評価が行われる。
【００６５】
（第３の実施形態）
図１４は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャートである。
図１４に表したように、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、露光裕度の評価（ステップＳ３０１）と、感光性樹脂への露光（ステップＳ３０２）と、半導体層の処理（ステップＳ３０３）と、を備える。
【００６６】
ステップＳ３０１に表した露光裕度の評価は、上記説明した第１の実施形態及び第２の実施形態のいずれかを用いる。ステップＳ３０２に表した感光性樹脂への露光は、半導体層の上に感光性樹脂（レジスト）を塗布し、ステップＳ３０１で得た露光裕度からターゲットサイズに適した露光条件でレジストに露光を行う。ステップＳ３０３に表した半導体層のエッチングでは、レジストを現像し、現像後のレジスト（レジストパターン）をマスクとして半導体層に所定の処理を施す。所定の処理としては、エッチング、イオン注入及び成膜などである。このような工程を経て、半導体装置が完成する。
【００６７】
本実施形態では、露光裕度が正確に評価されているため、レジストへの露光を行う際に適切な露光条件によって寸法精度の高いパターンが得られる。したがって、半導体装置の信頼性及び歩留まりが向上する。
【００６８】
（第４の実施形態）
図１５は、第４の実施形態に係る露光装置を例示する模式図である。
図１５に表したように、第４の実施形態に係る露光装置３００は、光源３０１と、第１レンズ３０２と、第２レンズ３０３と、ステージ３０４と、制御部３０５と、を備える。光源３０１は、露光光を放出する。第１レンズ３０２は、光源３０１から放出された露光光を平行光線に変換する。露光用マスクＭは、第１レンズ３０２と第２レンズ３０３との間に配置される。第２レンズ３０３は、露光用マスクＭを介して透過した露光光を縮小する。ステージ３０４の上には基板１００が載置される。第２レンズ３０３を介して縮小された露光光は、基板１００の上に照射される。ステージ３０４は、基板１００を例えばＸ方向、Ｙ方向及びθ方向（回転方向）に移動させる。制御部３０５は、光源３０１及びステージ３０４を制御する。
【００６９】
第１の実施形態及び第２の実施形態に係る露光裕度評価方法は、露光装置３００の機能として組み込まれていてもよい。露光装置３００は、例えば露光条件として露光量の裕度を評価するためのモード（評価モード）を備える。このモードを実行すると、制御部３０５の制御によって、第１の実施形態及び第２の実施形態のいずれかに係る露光裕度評価方法の一部の処理が実行される。
【００７０】
例えば、第１の実施形態に係る露光裕度評価方法に対応した評価モードが実行されると、制御部３０５は、図１に表したステップＳ１０１の領域の設定、及びステップＳ１０２の評価用パターンの形成のうち露光用マスクＭ１を用いた露光（１ショットで少なくとも３つの水準の露光条件による露光）を制御する。また、例えば、第２の実施形態に係る露光裕度評価方法に対応した評価モードが実行されると、制御部３０５は、図８に表したステップＳ１０１の第１領域及び第２領域の設定、及びステップＳ２０２の評価用パターンの形成のうち露光用マスクＭ２を用いた露光（第１領域Ｒ１内で少なくとも３つの水準の露光条件による露光）を制御する。
【００７１】
露光装置３００は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、感光性樹脂への露光（ステップＳ３０２）を行う際に用いられる。制御部３０５は、半導体装置の製造方法において、感光性樹脂への露光を行う際、露光裕度の評価を図示しない記憶装置（データベース等）から取得する。そして、この露光裕度の評価結果に基づき、適切な露光量条件になるよう光源３０１を制御する。
【００７２】
（第５の実施形態）
上記説明した第１の実施形態に係る露光裕度評価方法のうち、図１に表した露光条件と寸法との関係の取得（ステップＳ１０４）、領域の選択（ステップＳ１０５）及び露光裕度の算出流路（ステップＳ１０６）は、コンピュータによって実行されるプログラム（露光裕度評価プログラム）として実現可能である。
【００７３】
また、第２の実施形態に係る露光裕度評価方法のうち、図８に表した露光条件と寸法との関係の取得（ステップＳ２０４）、第１領域の選択（ステップＳ２０５）及び露光裕度の算出（ステップＳ２０６）は、コンピュータによって実行されるプログラム（露光裕度評価プログラム）として実現可能である。露光裕度評価プログラムは、ネットワークを介して配信されてもよい。
【００７４】
図１６は、コンピュータのハードウェア構成を例示する図である。
コンピュータ２００は、中央演算部２０１、入力部２０２、出力部２０３、記憶部２０４を含む。入力部２０２は、記録媒体Ｍに記録された情報を読み取る機能を含む。流路設計プログラムは、中央演算部２０１で実行される。
【００７５】
（第６の実施形態）
露光裕度評価プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されていてもよい。記録媒体Ｍは、図１に表した露光条件と寸法との関係の取得（ステップＳ１０４）と、領域の選択（ステップＳ１０５）と、露光裕度の算出流路（ステップＳ１０６）と、をコンピュータ２００に読み取り可能な形式によって記憶している。
【００７６】
また、記録媒体Ｍは、図８に表した露光条件と寸法との関係の取得（ステップＳ２０４）と、第１領域の選択（ステップＳ２０５）と、露光裕度の算出（ステップＳ２０６）と、をコンピュータ２００に読み取り可能な形式によって記憶している。記録媒体Ｍは、ネットワークに接続されたサーバ等の記憶装置であってもよい。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態によれば、信頼性の高い露光裕度評価方法及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００７８】
なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、露光条件として露光量を例として説明したが、露光条件としては露光量以外であってもよい。例えば、露光条件として露光の際の焦点位置を適用しても同様である。また、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１００…基板、１００ａ…第１面、１０２…パターン領域、２００…コンピュータ、３００…露光装置、３０５…制御部、ＡＲ…範囲、Ｃ…光照射領域、Ｍ…記録媒体、Ｍ，Ｍ１，Ｍ２…露光用マスク、Ｐ１，Ｐ２…マスクパターン、ＰＴ１，ＰＴ２…評価用パターン、Ｒ…領域、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図４】
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