(57)【要約】【課題】特殊なレチクルや露光装置上のセンサを用いることなく、簡便な方法で露光装置の製品に対する転写性能評価を行い、露光装置を選定することにより、遅滞なく量産展開ができる半導体装置の製造方法およびそのシステムを提供することにある。【解決手段】半導体装置の回路パターンの寸法分布に影響を与えるコマ収差と像面彎曲を事前に算出し、回路パターン転写時に半導体装置の規格を満たすか予測することにより、試し焼き無しでの露光装置の選定を行う。【選択図】  図１
2004288694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置の候補を選択する候補選択ステップと、
該候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布を算出するコマ収差算出ステップと、
前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、露光光学系の像面彎曲の分布を算出する像面湾曲算出ステップと、
前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、前記コマ収差算出ステップにおいて算出された露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布並びに前記像面湾曲算出ステップにおいて算出された露光光学系の像面彎曲の分布に基づいて露光ショット内の露光パターン寸法分布を算出する露光パターン寸法分布算出ステップと、
前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補について、前記露光パターン寸法分布算出ステップにおいて算出された露光ショット内の露光パターン寸法分布と露光対象製品毎の規格とを比較して着工可否の判定を行う適否判定ステップとを有し、
該適否判定ステップで着工可となった露光装置を用いて被露光基板に前記露光対象製品の回路パターンを露光して半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記コマ収差算出ステップにおいて、異なる位置における複数のパターンからなる配列パターンの線幅又は間隔の寸法差を測定する測定ステップを含み、該測定ステップで測定された異なる位置における配列パターンの線幅又は間隔の寸法差に基づいて前記露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布を算出することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記測定ステップにおいて、前記配列パターンはライン＆スペースパターンであることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記測定ステップにおいて、前記測定する配列パターンの線幅又は間隔の寸法差が、少なくとも２種類のライン＆スペースパターンの両端のパターンの寸法差であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ライン＆スペースパターン寸法が、０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記露光パターン寸法分布算出ステップにおいて、前記３次及び５次コマ収差の分布並びに前記像面湾曲の分布に対する応答曲面の分布を用いて前記露光ショット内の露光パターン寸法を算出することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
露光装置の候補を選択する候補選択ステップと、
該候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、露光光学系の３次及び５次のコマ収差の分布を算出するコマ収差算出ステップと、
前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、露光光学系の像面彎曲の分布を算出する像面湾曲算出ステップと、
前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、前記コマ収差算出ステップにおいて算出された露光光学系の３次及び５次のコマ収差の分布並びに前記像面湾曲算出ステップにおいて算出された露光光学系の像面彎曲の分布に基づいて露光ショット内の露光パターン寸法分布および下層回路パターンに対する位置ずれ分布を算出する露光パターン寸法分布及び位置ずれ分布算出ステップと、
前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補について、前記露光パターン寸法分布及び位置ずれ分布算出ステップにおいて算出された露光ショット内の露光パターン寸法分布及び下層回路パターンに対する位置ずれ分布と露光対象製品毎の規格とを比較して着工可否の判定を行う適否判定ステップとを有し、
該適否判定ステップで着工可となった露光装置を用いて被露光基板に前記露光対象製品の回路パターンを露光して半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
露光装置の候補毎の露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布データを記憶する収差データ記憶部と前記露光装置の候補毎の露光光学系の像面彎曲の分布データを記憶する像面湾曲データ記憶部と露光対象製品の露光ショット内の露光パターン寸法分布の規格を記憶する製品規格記憶部とを有する記憶部と、
該記憶部の前記収差データ記憶部に記憶された露光装置の候補毎の前記露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布データと前記像面湾曲データ記憶部に記憶された露光装置の候補毎の露光光学系の像面彎曲の分布データとに基づいて前記露光装置の候補毎の露光ショット内の露光パターン寸法分布を算出する寸法分布算出部と該寸法分布算出部で算出された前記露光装置の候補毎の露光ショット内の露光パターン寸法分布と前記製品規格記憶部で記憶された露光対象製品毎の規格と比較して前記露光装置の候補についての適否判定を行う適否判定部とを有する計算手段と、
該計算手段の適否判定部で着工可となった露光装置に対して前記露光対象製品の回路パターンを被露光基板に露光するよう指示する製造実行システムとを備えたことを特徴とする半導体装置の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に当該半導体装置の製造に好適な露光装置を選定して被露光基板に露光して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法およびそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造は、ウエハ上に導電膜または絶縁膜を生成する成膜工程と、この膜上に感光剤であるレジストを塗布し、レチクル上の回路パターンをレジストに露光、現像する露光・現像工程と、またこの後、残存するレジストをマスクとして膜をエッチングするエッチング工程によって一層の回路パターンが形成され、これらの工程を各層で繰り返すことによって行われている。ここで、回路パターン、特にトランジスタのゲートとなる回路パターンの線幅は、トランジスタの動作周波数等、特性を決定する重要な項目である。また、露光層と下地層の位置ずれは、断線やショートといった不良を生じさせる。
【０００３】
これらパターンの線幅や位置ずれに、露光装置の投影レンズの波面収差が影響を与えることが知られている。図１３において、波面収差３０１は投影レンズ３の瞳（絞り）３１上での露光光の位相変化分布を示す。像を形成する回折光１０１の角度θは、粗く空間周波数が低い回路パターン４１では図１３（ａ）に示すように小さくなり、回折光１０１は瞳３１の端を通るため、レンズ中心近くの波面収差の影響を受ける。一方、空間周波数の高い微細なパターン４２は、図１３（ｂ）のようにレンズ端付近の波面収差３０１の影響を受ける。瞳３１を通る光線は波面収差３０１の傾きに比例した量だけ曲げられるので、特にコマ収差のような非対称な波面収差が存在する場合、寸法ずれを引き起こすぼけ量ΔＬと位置ずれΔＰが生じ、その量は回路パターンの空間周波数によって変わる。また、図１３（ｃ）、（ｄ）のように、例え同じ空間周波数のパターンでも、小さい照明光源像１１や輪帯照明光源像１２といった照明条件によって回折光の投影レンズ内の通り道が異なるため、やはり寸法ずれを引き起こすぼけ量ΔＬ、位置ずれΔＰの量が変わる。
【０００４】
投影レンズの収差測定方法に関して、例えば、ピンホールを備えたレチクルの転写パターンの位置ずれを測定する方法が、“Ｎ．Ｒ．Ｆａｒｒａｒ  ｅｔ  ａｌ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４０００，  ｐｐ１９−２２，  ２０００狽ノ、照明条件を数種類変えながら空間像の位置ずれを測定する方法が、“Ｈａｎｓ  ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｌａａｎ  ｅｔ  ａｌ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４３４６，  ｐｐ３９２−４０７，  ２００１狽ノ記載されている。
【０００５】
一方、半導体製品の生産拡大に伴う着工装置追加や拠点展開時には、製品を良好に生産できる装置の選別が必要であり、従来は各装置で製品の試し焼き後、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で確認していた。
【０００６】
ところで、特開平１１−３５４４１１号公報には、予め求められたコマ収差と寸法差との関係に基づいて、実際に測定した寸法差からレンズ（光学系）のコマ収差を求める露光装置の評価方法が記載されている。
【０００７】
また、特開２００３−７５８４号公報には、レンズ歪み、コマ収差、レチクル描画誤差を事前に計測しておき、ショットサイズ、デバイスパターン、照明条件から当該工程の製品・工程に対して規格内となる露光号機の組み合わせとそれらに対する補正値を動的に算出し、規格内号機での着工指示を行う半導体デバイスの製造方法について記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３５４４１１号公報
【特許文献２】
特開２００３−７５８４号公報
【非特許文献１】
Ｎ．Ｒ．Ｆａｒｒａｒ  ｅｔ  ａｌ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４０００，  ｐｐ１９−２２，  ２０００
【非特許文献２】
Ｈａｎｓ  ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｌａａｎ  ｅｔ  ａｌ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４３４６，  ｐｐ３９２−４０７，  ２００１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記試し焼きおよび確認作業は、半導体製品の各露光工程で行う必要があり、１週間程度要していた。しかし、携帯電話やデジタル家電に適用されるシステムＬＳＩ等の多品種少量品では、製品納期の短縮が受注獲得の鍵となること、また製品寿命も短いことから、上記着工準備のためのオーバーヘッドはできるだけ短縮する必要がある。
【００１０】
このためには、半導体製品の露光着工可否が試し焼きなしで判断できなければならない。露光装置の転写性能には投影レンズの収差が大きな影響を与えているため、上述のような収差測定技術が開発されている。しかし、これらには次のような課題がある。すなわち、ピンホールを備えた特殊なレチクルは１枚で２５００万￥と高価であり、また測定時間が長く、ショット内５×５点の収差を測定する場合は、１００分を要する。測定は合わせ検査装置が用いられるが、収差測定で１時間半以上占有することになり、その間は合わせＱＣができなくなるので、露光装置が十数台あり、合わせＱＣが頻繁に行われるような量産工場での適用は難しい。
【００１１】
また、露光装置上のセンサにより、照明条件を変えたときの空間像の位置ずれを測る方式は、位置ずれ測定用のセンサとその信号を収差に変換する装置が必要であり、ラインに既に導入されている露光装置に適用することはできない。
【００１２】
本発明の目的は、特殊なレチクルや露光装置上のセンサを用いることなく、簡便な方法で露光装置の製品に対する転写性能評価を行い、露光装置を選定することにより、遅滞なく量産展開ができる半導体装置の製造方法およびそのシステムを提供することにある。
【００１３】
本発明の新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、以下のとおりである。
【００１５】
本発明は、露光装置の候補を選択する候補選択ステップと、該候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布を算出するコマ収差算出ステップと、前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、露光光学系の像面彎曲（デフォーカス量）の分布を算出する像面湾曲算出ステップと、前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補毎に、前記コマ収差算出ステップにおいて算出された露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布並びに前記像面湾曲算出ステップにおいて算出された露光光学系の像面彎曲の分布に基づいて露光ショット内の露光パターン寸法分布を算出する露光パターン寸法分布算出ステップと、前記候補選択ステップで選択された露光装置の候補について、前記露光パターン寸法分布算出ステップにおいて算出された露光ショット内の露光パターン寸法分布と露光対象製品毎の規格とを比較して着工可否の判定を行う適否判定ステップとを有し、該適否判定ステップで着工可となった露光装置を用いて被露光基板に前記露光対象製品の回路パターンを露光して半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法である。これにより、着工前に露光装置の製品に対する転写性能評価を行うことが可能になり、露光装置を選別することにより、遅滞なく量産展開ができる。
【００１６】
また、本発明は、前記コマ収差算出ステップにおいて、異なる位置における複数のパターンからなる配列パターンの線幅又は間隔の寸法差を測定する測定ステップを含み、該測定ステップで測定された異なる位置における配列パターンの線幅又は間隔の寸法差に基づいて前記露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布を算出することを特徴とする。これにより、装置上のセンサを用いることなく、電子線顕微鏡等による測定のような一般的な方法で露光装置を選別することができる。
【００１７】
また、本発明は、前記測定ステップにおいて、前記配列パターンはライン＆スペースパターンであることを特徴とする。これにより、特殊なレチクルを用いることなく、安価なレチクルで評価可能になる。
【００１８】
また、本発明は、前記測定ステップにおいて、前記測定する配列パターンの線幅又は間隔の寸法差が、少なくとも２種類のライン＆スペースパターンの両端のパターンの寸法差であることを特徴とする。これにより、露光装置の寸法分布、位置ずれ分布へ影響を与える３次コマ収差と５次コマ収差を算出することが可能になる。
【００１９】
また、本発明は、前記ライン＆スペースパターン寸法が、０．４μｍ以下であることを特徴とする。これにより、上述の３次コマ収差と５次コマ収差の算出精度を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明は、前記露光パターン寸法分布算出ステップにおいて、前記３次及び５次コマ収差の分布並びに前記像面湾曲の分布に対する応答曲面の分布を用いて前記露光ショット内の露光パターン寸法を算出することを特徴とする。これにより、転写像シミュレーションツールの無い環境でも、対象製品の寸法分布または位置ずれ分布を算出することが可能になる。
【００２１】
また、本発明は、露光装置の候補毎の露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布データを記憶する収差データ記憶部と前記露光装置の候補毎の露光光学系の像面彎曲（デフォーカス量）の分布データを記憶する像面湾曲データ記憶部と露光対象製品の露光ショット内の露光パターン寸法分布の規格を記憶する製品規格記憶部とを有する記憶部と、該記憶部の前記収差データ記憶部に記憶された露光装置の候補毎の前記露光光学系の少なくとも３次及び５次のコマ収差の分布データと前記像面湾曲データ記憶部に記憶された露光装置の候補毎の露光光学系の像面彎曲の分布データとに基づいて前記露光装置の候補毎の露光ショット内の露光パターン寸法分布を算出する寸法分布算出部と該寸法分布算出部で算出された前記露光装置の候補毎の露光ショット内の露光パターン寸法分布と前記製品規格記憶部で記憶された露光対象製品毎の規格と比較して前記露光装置の候補についての適否判定を行う適否判定部とを有する計算手段と、該計算手段の適否判定部で着工可となった露光装置に対して前記露光対象製品の回路パターンを被露光基板に露光するよう指示する製造実行システムとを備えたことを特徴とする半導体装置の製造システムである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
まず、本発明に係る半導体製造システムの一実施の形態について図１を用いて説明する。
【００２４】
半導体装置は、例えば成膜装置５１によって被露光基板（ウエハ）２が成膜され、次にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置５２によって膜が平坦化された後、塗布装置５３により感光剤であるレジストが塗布される。次に露光装置５４（５４１〜５４３）の何れかによって回路パターンがウエハ２上の感光剤に転写され（露光され）、現像装置５５によって感光剤の現像が行われた後、エッチング装置５６によってエッチングが施された後、レジスト除去装置５７によってレジストが除去され、再び次の層の膜が成膜装置５１によって生成される。このようなプロセスを繰り返すことによって半導体装置は製造される。なお、塗布装置５３と現像装置５５は通常同一の装置内で処理される。
【００２５】
コンピュータによって構成される製造実行システムであるＭＥＳ（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）６にはネットワーク８１を介して上述の製造装置５１〜５７からウエハ２の処理の来歴データが送られ、ＭＥＳ６はウエハ２の搬送および各製造装置５１〜５７の製造条件の管理を行なう。半導体製造ラインでは露光装置５４１〜５４３といった複数の露光装置が設置されているが、ＭＥＳ６は、各露光装置の混み具合と製品毎着工適否データ６０１を参照して製品毎に着工する露光装置の判断を行う。この製品毎着工可否データ６０１をＭＥＳ６に送るのが、コンピュータ（計算手段）７２および記憶部７１によって構成される製品着工可否判定システム７である。製品着工可否判定システム７とＭＥＳ６とは異なるコンピュータによって構成しても良いし、同一のコンピュータによって構成してもよい。
【００２６】
製品着工可否判定システム７において、制御部７２０は、ＭＥＳ６から得られる露光対象の半導体製品の情報を基に露光装置の候補（露光装置の候補としては露光装置の機種および製造元も含まれる。）を選択し、回路パターンデータ記憶部７１０１から露光対象の回路パターンを、照明条件記憶部７１０２から露光装置の候補の照明条件を、収差データ記憶部７１０３から露光装置における露光光学系の収差データ（特に３次、５次のコマ収差データ）を、像面彎曲記憶部７１０４から露光装置における露光光学系の像面彎曲データ（ショット内のデフォーカス量で示される分布データ）を読み出し、ショット内寸法分布算出部７２０１およびショット内位置ずれ分布算出部７２２を駆動し、露光ショット内の露光パターン寸法分布および下層パターンとの位置ずれ分布を算出する。このように制御部７２０および算出部７２０１〜７２０３、７２０５〜７２０６は、コンピュータ（計算手段）７２によって構成される。次に、製品規格記憶部７１０５から、露光対象となる製品毎の露光ショット内の露光パターン寸法分布の規格と下層パターンとの位置ずれ分布の規格を読み出し、上記選択された露光装置の候補から製品毎号機適否判定部７２０３により露光対象の製品毎に露光装置（その号機）についての適否の判定処理を行う。制御部７１０は該判定結果を製品毎号機適否記憶部７１０５に記憶し、ＭＥＳ６に転送する。
これにより、ＭＥＳ６は、上記選択された露光装置の候補において混み具合を参照し、製品毎号機適否判定部７２０３から得られる製品着工可能号機リストの中から円滑に製品着工可能な露光装置（その号機）を選定することができる。なお、７２０５は収差データ（特に３次、５次の収差データ）を事前に算出する収差データ算出部、７２０６は像面湾曲データ（デフォーカス分布データ）を事前に算出する像面湾曲データ算出部である。これら収差データ算出部７２０５および像面湾曲データ算出部７２０６は、電子線顕微鏡９０に設けても良いし、また各露光装置５４１〜５４３に設けても良い。それ故、収差データ記憶部および像面湾曲データ記憶部を電子線顕微鏡９０または各露光装置５４１〜５４３にも設けられることになる。また、回路パターンデータ記憶部及び照明条件記憶部は、各露光装置５４１〜５４３にも設けてもよい。
【００２７】
次に、本発明に係る半導体製造方法の一実施の形態について図１および図２を用いて説明する。図２は、半導体製造方法の処理フロー図である。
製品着工可否判定システム７において、制御部７２０は、まず、ステップＳ９００でＭＥＳ６から得られる対象となる半導体製品を着工する露光装置の候補５４１〜５４３を選択する。次に、ステップＳ９０１で、選択された露光装置の候補５４１〜５４３毎に、事前に露光した０．４０μｍ程度以下の複数種類のライン＆スペースの左右線幅差を電子顕微鏡９０等で測定して例えばシステム７に入力して収差データ算出部７２０５で露光光学系（例えば投影レンズ３）の露光ショット内のコマ収差分布であるコマ収差データを算出して収差データ記憶部７１０３に記憶する。コマ収差分布算出の詳細は後述する。次に、ステップＳ９０２では、選択された露光装置の候補５４１〜５４３毎に、事前に露光した例えば対向する楔パターンの間隔を電子顕微鏡９０等で測定して例えばシステム７に入力して像面湾曲データ算出部７２０６で露光光学系（例えば投影レンズ３）の露光ショット内のデフォーカス分布である像面湾曲データを算出して像面湾曲データ記憶部７１０４に記憶する。ショット内のデフォーカス量の分布（デフォーカス量は、最適フォーカス面と像面湾曲とのずれ量で示される。）は、例えば、特開平６−３０２４９２号公報、または特開平７−３２６５６３号公報に記載されているように、事前に対向する楔パターンを露光し、該露光された対向する楔パターンの間隔を電子顕微鏡８０等で測定することにより事前に求めることができる。このように、選択された露光装置の候補毎に、事前に露光された対向する楔パターンの間隔を電子顕微鏡等で測定して例えばシステム７に入力することによって制御手段ショット内のデフォーカス量の分布が測定されるので、像面湾曲が事前に測定されることになる。
【００２８】
次に、ショット内寸法分布算出部７２０１およびショット内位置ずれ分布算出部７２０２は、ステップＳ９０３において、選択された露光装置の候補毎に、ＭＥＳ６から得られる評価対象となる半導体製品・露光工程に対応した、レチクル上における空間周波数が高いか低いかといった回路パターンの情報（回路パターンデータ記憶部７１０１から得られる。）および選択された露光装置の候補毎の小さい照明光源であるか輪帯照明光源であるかという照明条件（照明条件記憶部７１０２から得られる。）と、選択された露光装置の候補における上記コマ収差データ（収差データ記憶部７１０３から得られる。）および上記像面湾曲データ（像面湾曲データ記憶部７１０４から得られる。）を用いて、転写時（露光時）の露光ショット内の露光パターン寸法分布および下層パターンとの位置ずれ分布を算出する。特に、本発明においては、ショット内寸法分布算出部７２０１において、パターンの寸法が０．２μｍ以下と超微細になってきていることからしてショット内露光パターン寸法分布を算出することにある。そして、ショット内寸法分布算出部７２０１は、後述するように、転写時の露光ショット内の露光パターン寸法分布を、選択された露光装置の候補における上記コマ収差データおよび上記像面湾曲データのみを用いて算出することが可能となる。さらに、製品毎号機適用適否判定部７２０３は、ステップＳ９０４において、算出部７２０１および７２０２で算出された露光ショット内における露光パターン寸法分布および下層パターンとの位置ずれ分布を、予め製品規格記憶部７１０５に設定された露光ショット内における露光パターン寸法分布および下層パターンとの位置ずれ分布の規格と比較し、規格を満たす場合は、ステップＳ９０５で該当する露光装置の号機を選定し、満たさない場合は、ステップＳ９００に戻り、別の露光装置の候補を選択する。そして、製品毎号機適用適否判定部７２０３は、ステップＳ９０５で規格を満たす露光装置の号機として選定された場合は、その結果を製品毎号機適否記憶部７１０６に記憶する。さらに、制御部７２０は製品毎号機適否記憶部７１０６に記憶した製品毎号機適否判定結果をＭＥＳ６に提供する。ＭＥＳ６は、制御部７２０からステップＳ９０５で規格を満たす露光装置の号機として選定された情報を受けると、ステップＳ９０６で、当該露光装置の号機によって対象製品の露光が着工されるように制御管理することになる。その結果、露光パターン寸法分布および下層パターンとの位置ずれ分布の規格を満たす露光装置の号機を用いて対象製品を露光することができることになる。
【００２９】
本発明に係る製品着工可否判定システム７では、コマ収差とデフォーカス量を露光パターン寸法および下層パターンとの位置ずれに影響を与えるパラメータとして抽出している。
【００３０】
ここで、露光装置における露光光学系の３次コマ収差と５次コマ収差の形状を図３を用いて説明する。それぞれｘ方向のコマ収差を示しており、ｘ方向に非対称な形状であることが分かる。このため、図４に示すようなＸ方向のライン＆スペースパターンを露光光学系（例えば投影レンズ３）で露光した際、左端と右端のパターン線幅ＣＤＲ、ＣＤＬに差が生じることになる。当然ながら、左端と右端のパターン間隔にも差が生じることになる。このことから、事前に、露光装置毎に、露光されたライン＆スペースパターンの左右線幅差又は左右間隔差を電子線顕微鏡９０等で測定して例えばシステム７に入力して収差データ算出部７２０５でコマ収差を推定することができ、収差データ記憶部７１０３に記憶させることが可能となる。
【００３１】
ところで、３次、５次両方のコマ収差係数から左右線幅差を予測する方式を検討した。予測式は次の（１）式を用いた。
【００３２】
ΔＣＤＸ＝ａ＊Ｃｏｍａ３Ｘ＋ｂ＊Ｃｏｍａ５Ｘ＋ｃ                    …（１）
ここに、Ｃｏｍａ３Ｘ、Ｃｏｍａ５Ｘはそれぞれ、３次、５次のＸ方向のコマ収差係数、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ実測値から求めた定数、ΔＣＤＸは、ｘ方向に並んだライン＆スペースの左右線幅差である。上式による予測値と左右線幅の実測値の関係を図５に示す。例えば、「多変量解析のはなし、有馬、石村著、東京図書、１９９６、ｐｐ４９−５０」に記載の重相関係数は、Ｒ＝０．９１と大きく、左右線幅差は（１）式によりモデル化することができることが確認された。
【００３３】
そこで、事前に、収差データ算出部７２０５において、電子線顕微鏡９０等で測定された左右線幅差ΔＣＤＸから、３次、５次の個別のコマ収差Ｃｏｍａ３Ｘ、Ｃｏｍａ５Ｘを算出するには、異なる少なくとも２種類のライン＆スペースパターンの左右線幅差ΔＣＤＸに対して、それぞれ（１）式の予測式を求めておき、電子線顕微鏡９０等で実測して例えばネットワーク８１を介して入力された少なくとも２種類の左右線幅差をそれぞれの予測式に代入し、連立方程式として解けば良い。
【００３４】
事前に、露光装置毎の収差データを算出する処理フローを図６に示す。露光装置毎に露光した２種類、例えば、０．２５μｍと０．３０μｍのライン＆スペースステップについて、ステップＳ９０１１において電子線顕微鏡９０等を用いて左右線幅差を測定し、例えばネットワーク８１を介してシステム７に入力して記憶部７１に格納する。次に、収差データ算出部７２０５は、ステップＳ９０１２において、測定した左右線幅差ΔＣＤＸ０．２５、ΔＣＤＸ０．３０を予め求めておいた予測式に代入する。予測式は上記（１）式と同様であるが、０．２５μｍと０．３０μｍで次の（２）式および（３）式のように２種類求めておく。
【００３５】
ΔＣＤＸ０．２５＝ａ０．２５＊Ｃｏｍａ３Ｘ＋ｂ０．２５＊Ｃｏｍａ５Ｘ＋ｃ０．２５        …（２）
ΔＣＤＸ０．３０＝ａ０．３０＊Ｃｏｍａ３Ｘ＋ｂ０．３０＊Ｃｏｍａ５Ｘ＋ｃ０．３０        …（３）
収差データ算出部７２０５は、（２）式および（３）式のΔＣＤＸ０．２５とΔＣＤＸ０．３０に、記憶部７１に格納された実測の左右線幅差を代入し、ステップＳ９０１３で、これを連立方程式として解くことにより、Ｘ方向の３次および５次コマ収差係数であるＣｏｍａ３ＸおよびＣｏｍａ５Ｘが求まり、収差データ記憶部７１０３に記憶することが可能となる。Ｙ方向の３次、５次コマ収差係数に関しても、収差データ算出部７２０５は、Ｙ方向に並んだライン＆スペースの左右線幅差から同様に求めて収差データ記憶部７１０３に記憶することが可能となる。
【００３６】
さらに、各露光装置におけるコマ収差は、露光ショット内の位置で異なるので、異なる位置にあるライン＆スペースを電子線顕微鏡９０等で測定することにより、収差データ算出部７２０５は、露光ショット内のコマ収差係数（Ｃｏｍａ３ＸおよびＣｏｍａ５Ｘ）の分布を求めて収差データ記憶部７１０３に記憶することが可能となる。ところで、各露光装置における露光ショット内のコマ収差係数の分布を、電子線顕微鏡９０内のコンピュータまたは各露光装置５４１〜５４３内のコンピュータを用いて求めてネットワーク８１を介して収差データ記憶部７１０３に記憶させてもよい。
【００３７】
なお、ライン＆スペースの線幅毎の予測式と実測値の重相関係数Ｒの関係を図７に棒グラフとして示す。ライン＆スペースの線幅が０．４５μｍとなると重相関係数Ｒが０．５以下と小さくなるので、露光ショット内のコマ収差係数の分布を求めるために露光光学系で露光するライン＆スペースとしては、０．４０μｍ程度以下が望ましい。即ち、ライン＆スペースの線幅が０．４０μｍ程度以下の微細なると３次及び５次のコマ収差の影響が出てくることになる。
【００３８】
次に、ショット内寸法分布算出部７２０１およびショット内位置ずれ分布算出部７２０２が、ステップＳ９０３において、ＭＥＳ６から得られる評価対象となる半導体製品・露光工程の情報を基に選択された露光装置の候補におけるコマ収差データおよび像面湾曲データを用いて、転写時の露光ショット内の露光パターン寸法分布および下層パターンとの位置ずれ分布を算出することについて具体的に説明する。この露光ショット内の露光パターン寸法分布および下層パターンとの位置ずれ分布の算出は、転写像シミュレーションを用いて行う。この方法は、例えば“Ｙ．Ｙｏｓｈｉｔａｋｅ  ｅｔ  ａｌ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１４６３，  ｐｐ６７８−６７９，  １９９１”に記載されている。
【００３９】
一方、シミュレーションツールが無い環境で、露光パターン寸法分布、下層パターンとの位置ずれ分布を得るには、予め、入力パラメータと露光パターン寸法変化、下層パターンとの位置ずれ変化の関係を数式で表した応答曲面（２次曲面）を算出しておく方法が有効である。
【００４０】
まず、ショット内寸法分布算出部７２０１における選択された露光装置の候補毎のショット内の露光パターン寸法分布算出について説明する。図８は、応答曲面（２次曲面）を求めるための転写像線幅のシミュレーションの結果を示し、収差およびデフォーカスのない理想状態で、１９０ｎｍの幅をもつ孤立パターンの例である。入力パラメータとしては、線幅に影響を与えるものとして、３次球面収差（λ）、３次コマ収差（λ）、５次コマ収差（λ）、デフォーカス量（μｍ）を選択し、各パラメータの割付（ブロック因子：３次球面収差、因子１：デフォーカス量、因子２：３次コマ収差、因子３：５次コマ収差）は、図９に示す３水準の実験計画表に基づいて行い、それぞれのパラメータは図８のように与えた。各収差係数の単位は露光波長λ＝２４８ｎｍである。ここで、シミュレーション結果のＣＤ値（線幅値）を２次応答曲面（２次曲面）として、次の（４）式で表す。
【００４１】
ＣＤｘ＝Ｅ＋Ｅｓｐｈ＋ａ１＊ＤＥＦ＋ａ２＊ＤＥＦ２＋ｂ１＊Ｃｏｍａ３Ｘ＋ｂ２＊Ｃｏｍａ３Ｘ２＋ｃ１＊Ｃｏｍａ５Ｘ＋ｃ２＊Ｃｏｍａ５Ｘ２＋ｄ＊Ｃｏｍａ３Ｘ＊Ｃｏｍａ５Ｘ    …（４）
ここに、ＣＤｘはｘ方向の線幅、ＤＥＦはデフォーカス量、その他は定数であり、図９に示す３水準の実験計画表に基づいて行われた図８の各パラメータに対する実測されたＣＤのデータから最小２乗法によって算出される。なお、Ｅｓｐｈは３次球面収差に応じて変化する定数である。図８の結果から求めた（４）式の各定数を図１０に示す。Ｅｓｐｈは、−２．１４から４．２７まで変化しているため、３次球面収差によって幅として６．４１ｎｍ変化しているが、全体として線幅は１３５ｎｍから１９０ｎｍまで変化しており、この中で３次球面収差の影響は比較的小さい。従って、露光ショット内の露光パターン寸法分布に影響を与えるパラメータとしては、デフォーカス量と３次、５次コマ収差を考慮すれば良い。２次応答曲面による近似の露光パターンの寸法誤差は、図８の実験Ｎｏ．５で最大２．７ｎｍ程度であり、実用上は問題ない。
【００４２】
従って、ショット内寸法分布算出部７２０１は、選択された露光装置の候補毎の、収差データ記憶部７１０３に記憶された露光ショット内の３次および５次コマ収差係数Ｃｏｍａ３Ｘ、Ｃｏｍａ５Ｘの分布と像面湾曲データ記憶部７１０４に記憶されたショット内のデフォーカス量ＤＥＦの分布とを用いて、上記（４）式に基づく応答曲面（２次応答曲面）により選択された露光装置の候補毎の露光ショット内の露光パターン寸法分布を算出することができることになる。なお、（４）式における係数ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄは、図１０に示すように予め求めておく必要がある。ただし、上述したように、３次球面収差Ｅｓｐｈは無視してもよい。
【００４３】
以上説明したように、ショット内寸法分布算出部７２０１は、選択された露光装置の候補毎の露光ショット内の露光パターン寸法分布を算出することができることになるため、露光ショット内の露光パターン寸法分布が規格を満足することのできる露光装置の号機を選定することができることになる。
【００４４】
次に、ショット内位置ずれ分布算出部７２０２における選択された露光装置の候補毎の露光ショット内の下層パターンとの位置ずれ分布算出について説明する。この露光ショット内の下層パターンとの位置ずれ分布算出については、特開２００３−７５８４号公報に記載されている。ところで、露光ショット内の下層パターンとの位置ずれ分布も、シミュレーションした転写像から得られる。ところで、下層パターンとの位置ずれ分布に影響する波面収差の歪みは、露光光学系（投影レンズ）の波面収差（図３に示す非対称のコマ収差）および上記照明光源像による照明条件やレチクル上の回路パターンの空間周波数に依存する。そこで、露光光学系の像高毎の波面収差（３次、５次コマ収差）を予め測定して収差データ記憶部７１０３に記憶しておき、ショット内位置ずれ分布算出部７２０２は、これと、回路パターンデータ記憶部７１０１に記憶されたレチクル上の回路パターンの情報と照明条件記憶部７１０２に記憶された照明条件とに基づく、波動光学的な数値計算によりウエハ上における転写像を求めると図１１に示す像光強度分布２０２が得られる。波面収差は、例えば、“Ｎ．Ｒ．Ｆａｒｒａｒ  ｅｔ  ａｌ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４０００，  ｐｐ１９−２２，  ２０００”に記載の方法で、露光光学系の各像高毎に計測することができる。また、転写像の計算方法は、例えば、“Ｙ．Ｙｏｓｈｉｔａｋｅ  ｅｔ  ａｌ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１４６３，  ｐｐ６７８−６７９，  １９９１”に記載されている。
【００４５】
ここで、ショット内位置ずれ分布算出部７２０２において、位置ずれ量である転写像シフト量を算出する方法について図１１を用いて説明する。光強度分布２０１は回路パターンの光強度分布であり、像強度分布２０２は、上述の方法で算出した転写像の像強度分布である。像強度分布２０２は、回路パターンの光強度分布２０１に対して、収差のためΔＰだけシフトする。ここで、シフトΔＰの算出方法を説明する。回路パターンに基づく光強度分布２０１を表す式をＦ（ｘ）、転写像強度分布２０２を表す式をＧ（ｘ）とすると、それらの畳み込み積分Ｈ（τ）は、次の（５）式となる。
【００４６】
Ｈ（τ）＝∫Ｆ（ｘ）Ｇ（τ−ｘ）ｄｘ                  …（５）
ここで、τは像強度分布Ｇ（ｘ）のシフト量である。Ｈ（τ）はＧ（Ｘ）をτずらした時のＦ（ｘ）との不一致度を示すもので、Ｈ（τ）が最小の時が最も一致する時で、像シフトがない状態である。図１２のようにＨ（τ）の最小値を与えるτの値が図１１の像シフトΔＰとなる。像高によって波面収差（コマ収差）は変化するため、それぞれの像高での像シフトΔＰを算出することにより波面収差起因歪みによる位置ずれ分布を得ることができる。
【００４７】
このようにして位置ずれが求まるので、ショット内位置ずれ分布算出部７２０２は、上記と同様の方法で、露光ショット内のコマ収差の分布とデフォーカス量（像面湾曲）の分布からショット内の下層パターンとの位置ずれ分布も算出することができる。
【００４８】
以上説明した実施の形態によれば、次に説明する効果が得られる。
（１）着工前に露光装置の製品に対する転写性能評価を行うことが可能になり、露光装置を選定することにより、遅滞なく量産展開が可能となる。
（２）装置上のセンサを用いることなく、電子線顕微鏡等による測定のような一般的な方法で露光装置を選定することが可能となる。
（３）特殊なレチクルを用いることなく、安価なレチクルで評価可能になる。
（４）露光装置の寸法分布、位置ずれ分布へ影響を与える３次コマ収差と５次コマ収差を算出することが可能になる。
（５）測定するライン＆スペースの寸法を０．４μｍ以下とすることにより、３次コマ収差と５次コマ収差の算出精度を向上させることができる。
（６）応答曲面を用いることにより、転写像シミュレーションツールの無い環境でも、対象製品の寸法分布または位置ずれ分布を算出することが可能になる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、特殊なレチクルや露光装置上のセンサを用いることなく、簡便な方法で露光装置の製品に対する転写性能評価を行い、露光装置を選定することにより、遅滞なく量産展開ができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造システムの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造に好適な露光装置を選定する半導体装置の製造方法の処理フローを示す図である。
【図３】本発明に係る露光装置の投影レンズ（露光光学系）の３次コマ収差と５次コマ収差を説明するための図である。
【図４】ライン＆スペースパターンの説明図である。
【図５】ライン＆スペースパターンの左右線幅差の予測値と実測値の散布図である。
【図６】本発明に係る３次コマ収差および５次コマ収差係数算出フローを示す図である。
【図７】ライン＆スペース線幅と図５の重相関係数Ｒの関係を示す図である。
【図８】３次球面収差、３次、５次コマ収差、デフォーカス量の変化時の転写像シミュレーションによる線幅算出結果および応答曲面の誤差を示す図である。
【図９】実験計画表を説明するための図である。
【図１０】本発明に係る応答曲面の係数を示す図である。
【図１１】本発明に係る転写像シフトを説明するための図である。
【図１２】本発明に係る像ずらし量τおよび回路パターン光強度変化と像光強度変化の畳み込み積分の関係を説明するための図である。
【図１３】収差と寸法ずれおよび位置ずれの関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１１…小さい光源像、１２…輪帯光源像、１０１、１０２…回折光、２…ウエハ（被露光基板）、２０１…入力光強度分布、２０２…像強度分布、３…投影レンズ（露光光学系）、３１…投影レンズ瞳、４…レチクル（マスク）、４１…粗い回路パターン、４２…微細な回路パターン、５１…成膜装置、５２…ＣＭＰ装置、５３…塗布装置、５４１…露光装置＃１、５４２…露光装置＃２、５４３…露光装置＃ｎ、５５…現像装置、５６…エッチング装置、５７…レジスト除去装置、６…製造実行システム（ＭＥＳ）、６０１…製品毎着工適否データ、７…製品着工可否判定システム、７１…記憶部、７１０１…回路パターンデータ記憶部、７１０２…照明条件記憶部、７１０３…収差データ記憶部、７１０４…像面彎曲データ記憶部、７１０５…製品規格記憶部、７１０６…製品毎号機適否記憶部、７２…コンピュータ（計算手段）、７２０…制御部、７２０１…ショット内寸法分布算出部、７２０２…ショット内位置ずれ分布算出部、７２０３…製品毎号機適用適否判定部、７２０５…収差データ算出部、７２０６…像面湾曲データ算出部、８１…ネットワーク、９０…電子線顕微鏡。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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