(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層して形成される露光層毎に露光装置でマスクを介して該露光層のレジスト層を露光し、該露光層夫々に所定の回路パターンを形成して半導体デバイスを製造する方法において、
該所定の回路パターンを形成する所定の該露光層に関するパターン条件データ及び製造仕様データと、予め露光レンズ収差データベースに保持されている露光装置毎に求められた露光レンズ収差データの中から所望の露光装置に対応する露光レンズ収差データを引き出して得られる露光レンズ収差条件とを用いて、所定の範囲内で設定された露光量条件とフォーカス条件とによる露光条件のもとに、所定の該露光層のレジスト層内での光強度を計算して該所定の露光層のレジスト層内の光強度分布を求める工程と、
求めた該光強度分布の情報を用いた該レジスト層の現像計算により、露光パターンの形状を求める工程と、
求めた該露光パターンの形状の情報を該露光条件に関連付ける工程と
からなる一連の工程を、該露光条件の露光量条件とフォーカス条件とを該所定の範囲内で順次変更させて繰り返し行なって、該所望の露光装置における該所定の露光層での該露光パターンのパターン寸法が許容範囲内にあるためのフォーカスと露光量との関係を示す判定結果を取得し、
取得した該判定結果から、該所望の露光装置における露光条件の許容範囲を示すプロセスウィンドウと該プロセスウィンドウの中心のフォーカス条件と露光量条件とを示すプロセスオフセットとを算出する工程と、
算出した該プロセスウィンドウと該プロセスオフセットとの情報を、該所望の露光装置の露光条件を示すレシピとして、該所望の露光装置に設定する工程と、
該所望の露光装置が、設定された該レシピデータのフォーカス条件，露光条件に基づいて、該マスクの回路パターンを該露光層に塗布されたレジスト層に露光して転写する工程と、
該回路パターンが転写された該所定の露光層のレジスト層を現像し、エッチング処理して該露光層に回路パターンを形成する工程と
からなることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記製造仕様データは、マスク条件，露光光学系条件及びレジスト塗布条件のデータを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記レジスト層の現像計算により求めた前記露光パターンの形状に関する情報は、前記露光パターンの幅，高さ，側壁の傾斜角であることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
基板上に形成される所定の露光層のレジスト層を露光するために用いる所望の露光装置に露光条件を表わすレシピを設定し、設定された該レシピを用いて、該所望の露光装置により、該所定の露光層に塗布されたレジスト層にマスクパターンを露光転写し、マスクパターンが露光転写された該レジスト層を現像処理して、該基板上に順次に形成される露光層に回路パターンを形成する半導体デバイスの製造方法において、
該露光層のレジスト層にマスクパターンを露光転写するために用いる該所望の露光装置のレシピとして、該露光層のレジスト層が形成される毎に、
該露光層に関するパターン条件データ，製造仕様データや予め露光レンズ収差データベースに保持されている露光装置毎に求められた露光レンズ収差データの中から所望の露光装置に対応する露光レンズ収差データを引き出して得られる露光レンズ収差条件を含むデータを用い、所定範囲の露光量条件とフォーカス条件のもとで、該レジスタ層の露光パターンの形状を算出し、
算出した該露光パターンの形状と該露光量条件と該フォーカス条件とを関連付けることによって得られる該所望の露光装置における露光条件の許容範囲を示すプロセスウィンドウと該プロセスウィンドウの中心のフォーカス条件と露光量条件とを示すプロセスオフセットとの情報を設定する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記レジスト層の露光パターンの形状は、露光層に関するパターン条件データ，製造仕様データや該所望の露光装置の露光レンズ収差条件を含むデータを用い、所定範囲の露光量条件とフォーカス条件のもとで、前記レジスト層内の光強度分布を求め、求めた該光強度分布の情報を用いて前記レジスト層の現像計算することにより、算出することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記プロセスウィンドウと前記プロセスオフセットとは、
前記レジスト層内の光強度分布を求め、該光強度分布を用いた前記レジスト層の現像計算によって前記露光パターンの形状を求め、前記露光パターンの形状を前記露光量条件と前記フォーカス条件とに関連付ける一連の工程を前記露光量と前記フォーカス条件とを所定の範囲内で順次変更させて繰り返し行ない、
該一連の工程の繰り返しによって得られた前記露光パターンの形状の前記露光量条件と前記フォーカス条件との関連をもとに、前記所望の露光装置における前記所定の露光層でのパターン寸法が許容範囲にあるためのフォーカスと露光量との関係を示す判定結果を用いて算出する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記レジスト層内の光強度分布を、前記レジスト層が形成される前記露光層に関するパターン条件データ及び製造仕様データと、前記所望の露光装置の露光レンズ収差条件とを用いて求め、
該製造仕様データはマスク条件，露光光学系条件及びレジスト塗布条件を含むデータであることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造方法に係り、特に、露光工程において、半導体デバイス製品やその露光層，露光装置毎に異なる露光条件を設定する半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体デバイスの高集積化，高機能化に伴い、これを実現するためのプロセスには、さらなる高精度化が求められている。その一方、半導体デバイスの製造コストの低減も重要な課題となっている。
【０００３】
半導体デバイスの製造では、露光用マスク（以下、単にマスクという）に形成されたパターンをフォトレジストが塗布された半導体ウエハ（以下、単にウエハという）上に投影露光装置を用いて転写することにより、半導体デバイスの回路パターンが形成される。半導体デバイスは複数層の回路パターンにより構成され、各層の回路パターンは、それよりも下層の回路パターンに位置合わせ（アライメント）して露光が行なわれる。
【０００４】
この露光工程では、回路パターンを所定の寸法で形成するために、露光装置の露光条件（露光量や焦点位置（フォーカス））が制御される。露光条件は、半導体デバイス製品やその露光層毎の回路パターンや使用するレジストなどに応じて異なるため、その各々に応じて設定する必要がある。また、半導体デバイスの生産ラインには、通常、複数の露光装置が設置されるが、これら露光装置には、レンズ収差など精度に固有差が存在する。このため、異なる露光装置で作業を行なう場合、夫々の露光装置で所定のパターン寸法が得られるようにするためには、同一半導体デバイス製品であっても、また、同一露光層であっても、これに対して使用する露光装置毎に露光条件を補正する必要が生じる場合がある。
【０００５】
かかる露光条件を求めるためには、一般には、半導体デバイス製品の製造に先立って、その露光層毎に、また、使用する露光装置毎に条件出し作業を行なう方法が取られている。条件出し作業としては、図１２（ａ）に示すように、対象とする半導体デバイス製品やその露光層の実際のマスクを用いて露光装置の露光量及びフォーカスを段階的に変化させることにより、取り得る露光条件を網羅するように露光を行ない、図１２（ｂ）に示すように、各々の露光条件で形成された回路パターンの寸法や形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などによって測定・観察して、図１２（ｃ）に示すように、所望のパターンを得られるような露光条件を求めるものである。このようにして求められた露光条件は、図１２（ｄ）に示すように、各露光装置の対象とする半導体デバイス製品やその露光層に対するレシピの中に設定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、新しい半導体デバイス製品の着工毎、また新しい露光装置での着工毎に上記の条件出し作業を行なうことは、半導体デバイス製造におけるＴＡＴ(Turn Around Time)の増大をもたらし、また、半導体デバイスの生産ラインでの露光装置の稼動効率を低下させる原因となる。特に、近年、半導体デバイスの生産は、従来のＤＲＡＭを中心とした少品種大量生産からシステムＬＳＩ中心の多品種小量生産に移行しつつあり、上記問題がより深刻化している。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解消し、露光工程において、デバイス製品や露光層，露光装置毎に異なる露光条件設定の効率を向上させることができるようにした半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基板（ウエハ）上に形成される露光層毎に回路パターンの形成に必要な該露光層に関するデータ（パターン条件データや製造仕様データ）を、また、該露光層に回路パターンを形成するに必要な露光装置に関するデータ（露光レンズ収差データ）を夫々保持し、該露光層毎に、これら保持されているデータから該当するデータを読み取って回路パターンの形成に用いる該露光装置の露光条件を算出し、算出された露光条件の基に、該露光装置で該露光層をマスクを介して露光し、該露光層に所定の回路パターンを転写するようにするものである。
【０００９】
この露光条件としては、上記の読み取ったデータを基に、露光量，フォーカスを段階的に変化させたときのパターン寸法を計算し、その計算結果からパターン寸法が許容範囲内にあるための露光量とフォーカスとの許容範囲（プロセスウインドウ）を算出し、このプロセスウインドウでの露光量の中心値とフォーカスの中心値からなるものとする。
【００１０】
これにより、従来行なわれていた製品毎，露光層毎及び露光装置毎の露光の条件出し作業が不要となり、半導体デバイス製造におけるＴＡＴを短縮し、半導体デバイス製造ラインでの露光装置の稼動効率を向上を図ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明による半導体デバイスの製造システムの一実施形態を示す構成図であって、１００は露光条件算出ホスト、１０１はデータ読込手段、１０２は露光パターン計算手段、１０３は露光条件算出手段、１０４はデータ書込手段、１０５は露光レンズ収差データベース、１１０はパターン条件データサーバ、１１１はパターン条件データベース、１２０は製造仕様データサーバ、１２１は製造仕様データベース、１３０は露光装置レシピサーバ、１３１は装置レシピデータベース、１４１，１４２は露光装置、００１はネットワークである。
【００１２】
同図において、この第１の実施形態は、露光レンズ収差データベース１０５を有する露光条件算出ホスト１００と、パターン条件データベース１１１を有するパターン条件サーバ１１０と、製造仕様データベース１２１を有する製造仕様サーバ１２０と、装置レシピデータベース１３１を有する露光装置レシピサーバ１３０と、複数の露光装置１４１，１４２とがネットワーク００１を介して相互に接続された構成をなしている。露光装置１４１，１４２は、図示しない半導体ウエハに図示しないマスクの回路パターンを転写するための装置であって、ここでは、２つの露光装置１４１，１４２を用いるものとして説明するが、それ以上の露光装置を用いるようにしてもよい。
【００１３】
半導体デバイス製品に製造に際し、露光装置１４１，１４２を用いて半導体ウエハにマスクの回路パータンを転写する作業を行なう場合、露光条件算出ホスト１００は、データ読込手段１０１により、各サーバ１１０，１２０のデータベース１１１，１２１やデータベース１０５からこの半導体デバイス製品やその露光層，使用する露光装置に応じたデータを読み込み、かかるデータを露光パターン計算手段１０２や露光条件算出手段１０３で演算処理して使用する露光装置に対するレシピデータを作成し、データ書込手段１０４により、かかるレシピデータを露光装置レシピサーバ１３０に転送して装置レシピデータベース１３１に書き込ませる。この装置レシピデータベース１３１に書き込まれたレシピデータは、これを使用する露光装置１４１または１４２からの要求により、露光装置レシピサーバ１３０によって読み出され、これを使用する露光装置１４１または１４２に転送される。
【００１４】
次に、各データベースに格納されるデータについて説明する。
【００１５】
〔パターン条件データ〕
これは、パターン条件データベース１１１に格納されるデータであって、図示しない入力装置から入力されてネットワーク００１に介して転送され、パターン条件サーバ１１０がこれをパターン条件データベース１１１に書き込むものであり、その一具体例を図２により説明する。なお、同図（ａ）は半導体デバイス製品のチップエリア２００の概略構成を示し、同図（ｂ）はかかるチップエリア２００での１つの機能ブロックＡでの回路パターン２１０〜２１２を模式的に示し、同図（ｃ）はパターン条件データ２２０の概要を示すものである。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、半導体デバイス製品Ａのチップエリア２００は、複数の機能ブロックＡ〜Ｅからなり、また、複数の露光層ａ〜ｇが積層された構成をなしている。そして、機能ブロックＡ〜Ｅ毎に回路パターンが異なるし、また、同じ機能ブロックであっても、露光層ａ〜ｇ毎に回路パターンが異なる。従って、機能ブロックＡ〜Ｅ毎に、かつ露光層ａ〜ｇ毎にパターン条件データが設定される。
【００１７】
パターン条件データ２２０は、図２（ｃ）に示すような内容を有するものであるが、ここでは、一例として、露光層ａの機能ブロックＡについて示している。このパターン条件データ２２０は、（１）機能ブロックのエリア情報と（２）パターン情報とからなっている。
【００１８】
（１）機能ブロックのエリア情報
これは、チップエリア２００(図２（ａ）)での機能ブロックの領域(エリア)を表わすものである。図２（ａ）において、チップエリア２００に対して図示の横方向をｘ軸，縦方向をｙ軸とする座標系が設定され、機能ブロックの左上角の座標位置とそのｘ，ｙ軸方向の幅によってこの機能ブロックの領域が規定される。いま、機能ブロックＡを例とし、その左上角の座標位置を（ｘ，ｙ）とし、そのｘ，ｙ軸方向の幅をＷｘ，Ｗｙとすると、機能ブロックのエリア情報は、「チップ内での位置」をｘ，ｙとし、「幅」をＷｘ，Ｗｙとする情報からなるものである。
【００１９】
（２）パターン情報
これは、この機能ブロックでの回路パターンに関する情報であり、回路パターンがラインからなるものか、ホールからなるものかを表わす「形状」や「幅寸法」，「パターンピッチ」などの情報からなるものである。いま、図２（ａ）における機能ブロックＡが図２（ｂ）に示すようなラインの回路パターン２１０〜２１２からなるものとすると、「形状」はライン、「幅寸法」はＷ、「パターンピッチ」はＰということになる。勿論、これら以外の情報が追加されるようにしてもよい。
【００２０】
〔製造仕様データ〕
これは、半導体デバイス製品とその露光層で一意に定められ、露光装置によっては変化することのない製造条件であり、パターン条件データ２２０と同様、図示しない入力装置から入力されてネットワーク００１に介して転送され、製造仕様サーバ１２０がこれを製造仕様データベース１２１に書き込むものであり、その一具体例を図３により説明する。
【００２１】
同図において、製造仕様データ３００は、「マスク条件」，「レジスタ塗布条件」，「露光光学系条件」及び「レジスト現象条件」などのデータからなっている。
【００２２】
「マスク条件」は、該当する露光層で使用するマスクの種類（バイナリマスク／位相シフトマスク）とショット内チップ配列条件からなるものである。チップ配列条件は、該当する露光層で使用するマスクのショットエリア内での図２で示すようなチップエリア２００を持つチップの配列を示す情報を表わすものである。図４はその一具体例を模式的に示すものであって、図２に示すチップエリア２００の製品チップ４０１〜４０６がマスクのショットエリア４００内で配列されている様子を示しており、かかる様子をショット内チップ配列条件が表わしている。
【００２３】
「レジスト条件」は、回路パターンを有するマスクを介して露光される半導体ウエハ上のレジスト層の種類とその塗布膜厚、及び反射防止膜(BARC−Bottom Anti Reflect Coating：レジスト下に形成される反射防止膜，TARC−Top Anti Reflect Coating：レジスト層上に形成される反射防止膜)の有無やそれらの種類，それらの膜厚に関する情報からなるものである。
【００２４】
「露光光学系条件」は、対象となるマスクの回路パターンを露光する際に用いる露光装置１４１，１４２の光源波長や露光光学系のNA(Numerical Apature：開口数)及び照明条件(σ:コヒーレントファクタあるいは変形照明の種類)の情報から成るものであり、レジスト現像条件は、PEB(Post Exposure Bake：露光後ベーク)の条件や現像条件(現像液の種類，現像時間)からなるものである。
【００２５】
以上の情報は製品開発段階で定められるものであり、製品の量産時には、既に値として確定しているものである。
【００２６】
〔露光レンズ収差データ〕
図５は図１における露光装置１４１，１４２の一具体例の要部を示す構成図であって、５０１は照明光源、５０２は照明光学系、５０３はマスク、５０４は露光光学系の露光レンズ、５０５は露光対象のレジスト（図示せず）が塗布された半導体ウエハ、５０６は半導体ウエハ５０５を搭載したステージである。
【００２７】
同図において、照明光源５０１から発生した露光光は、照明光学系５０２を介してマスク５０３に到る。マスク５０３は、石英ガラスなどの透明基板の上に、クロムなどの遮光膜により、回路パターンが形成されたものである。マスク５０３を通過した露光光は、露光レンズ５０４を通って半導体ウエハ５０５に到る。これにより、半導体ウエハ５０５に塗布されたレジストにマスク５０３の回路パターンが転写される。
【００２８】
回路パターンを半導体ウエハ５０５上に所定の寸法で形成するためには、露光光の強度（露光量）を調整するとともに、露光レンズ５０４の焦点（フォーカス）位置に半導体ウエハ５０５の表面を合わせるために、ステージ５０６の垂直方向の位置調整が必要となる。また、これら露光条件（露光量，フォーカス）は、回路パターンに応じた最適値に設定する必要がある。
【００２９】
さらに、露光レンズ５０４には、誤差（即ち、露光レンズの波面収差）があることから、場合によっては、同じ半導体デバイス製品の同じ露光層（同じパターン）を露光する場合であっても、上記の露光条件を露光装置１４１，１４２毎に設定する必要がある。露光レンズ５０４を透過した露光光の波面は、理想的には、図示する球面状の波面５０７となるべきものであるが、実際の露光レンズ５０４では、硝材の不均一性や加工誤差，組み立て誤差など各種の誤差があり、これをなくすできない。このため、波面５０８で示すような波面の乱れが発生する。
【００３０】
このような理想的な球面状の波面５０７と実際の波面５０８との差は波面収差と呼ばれる。露光レンズの波面収差は、例えば、米国特許明細書No.5,828,455に示されるような方法で測定することができる。前記の技術はハルトマンテストの技術を応用したものであり、その内容の説明は、ここでは、省略するが、例えば、D.Malacara編「Optical Shop Testing」John Wiley and Sons(米)などの文献にその詳細が示されている。
【００３１】
図６は波面収差の収差関数への展開を説明する図である。
【００３２】
同図において、波面収差６００は実測例であり、この波面収差そのものは不定形であるので、収差関数という成分毎に展開して表現され、これら成分毎の大きさをもって評価される。かかる波面収差の収差関数への展開に関する詳細は、ここでは、省略するが、詳細については、例えば、M.Born，E.Wolf共著「光学の原理(Principle of Optics」東海大学出版会などの文献に詳しく説明されている。
【００３３】
図６では、波面収差６００が展開される主な収差関数（成分）について示すものである。これらの各成分は夫々の数式ＷＡで表現されるものであり、その形状は６０１〜６０８で示されるものである。各成分を示す数式ＷＡにおいて、係数ａnはその成分の大きさの程度を示すものであり、Zernike係数と呼ばれる。波面収差６００はこのZernike係数ａnの値で定量的に表現することが可能となる。
【００３４】
図７は露光レンズ収差データベース１０５（図１）に保持される露光レンズ収差データについての説明図であり、７１０は露光装置の露光フィールド、７１１〜７１９はこの露光フィールド７１０（図４に示すマスクのショットエリア４００）内での波面収差の測定点、７２０は一例としての測定点７１１での測定結果である収差測定データである。
【００３５】
同図において、露光レンズの波面収差は、その露光フィールド内の各点で異なる値となるため、複数点で測定することは有効である。ここでは、３×３＝９点の位置７１１〜７１９で測定した例を示すが、勿論測定点数はこれよりも多くても、少なくてもよい。夫々の測定点での収差測定データは、ここでは、一例としての測定点７１１での収差測定データ７２０として示すように、横軸がZernike係数を、縦軸がそれら係数の大きさを夫々示すものとして、２７個の収差関数に展開されるものとして、夫々の収差関数のZernike係数ａn（但し、ｎ＝１〜２７）からなる。かかる収差測定データ７２０は測定点７１１〜７１９毎に求められ、これらをまとめて１つの露光装置の露光レンズ５０４に関する露光レンズ収差データとして露光レンズ収差データベース１０５（図１）に保持される。かかる露光レンズ収差データは露光装置毎に（図１に示す構成の実施形態では、露光装置１４１，１４２毎に）求められ、露光レンズ収差データベース１０５（図１）に保持される。
【００３６】
次に、かかる製造システムで用いる本発明による半導体デバイスの製造方法の第１の実施形態について説明するが、製造する半導体デバイスを図２に示す製品Ａとし、この半導体デバイス製品Ａを得る半導体ウエハ上に形成したレジスト層の露光層ａ〜ｇ（以下、単に半導体デバイス製品Ａの露光層ａ〜ｇという）に露光装置１４１で回路パターンを転写するものとする。なお、かかる半導体デバイス製品Ａでは、半導体ウエハ上に露光層ａ，ｂ，ｃ，……，ｇの順に露光層が形成されるものとする。
【００３７】
図１において、まず、露光装置１４１で半導体デバイス製品Ａの露光層ａに回路パターンを転写するために、露光条件算出ホスト１００は、データ読込手段１０１により、パターン条件サーバ１１０及び製造仕様サーバ１２０からこの目的とする半導体デバイス製品Ａの露光層ａに関係するパターン条件データ２２０（図２）及び製造仕様データ３００（図３）を読み込み、これに合わせて、露光レンズ収差データベース１０５からこのとき用いる露光装置１４１の露光レンズ収差データ７２０（図７）を読み込んで、露光パターン寸法計算手段１０２が読み込めるようなデータ形式に変換し、露光パターン寸法計算手段１０２へ送る。露光パターン計算手段１０２は、与えられたこれらのデータを基に、露光によって形成されるパターン形状を計算によって求める。その計算工程を図８により説明する。
【００３８】
図８は半導体デバイス製品Ａの露光層ａ〜ｇに露光装置１４１によって形成される回路パターンの形状を計算するための工程の流れを示すフローチャートである。
【００３９】
まず、かかる半導体デバイス製品Ａの露光層ａと露光装置１４１とに関する計算条件Ｃａを読み込む（工程８０１）。この計算条件Ｃａは、半導体デバイス製品Ａの露光層ａに関する上記のパターン条件データ２２０や製造仕様データ３００，露光装置１４１の露光レンズ収差データ７２０とともに、露光量範囲とその範囲内での露光量のステップ（このステップは露光量範囲内での使用する露光量を決めるものであって、これら露光量を、以下、露光量１，２，３，４ということにする），フォーカス範囲とその範囲内でのフォーカスのステップ（このステップはフォーカス範囲内での使用するフォーカスを決めるものであって、これらフォーカスを、以下、フォーカス１，２，３，４，５ということにする）及び計算によって算出された露光パターンの良否判定条件が含まれる。その判定方法の一具体例を図９で説明する。
【００４０】
図９は計算して得られる露光パターン（レジストパターン）９０１の断面形状を基板９０２とともに示すものであるが、この露光パターン９０１の幅寸法をＷ、基板９０２上に塗布されたレジストの初期膜厚ｔ０、計算した露光パターン９０１の高さをｔｐ、この露光パターン９０１の側壁の傾斜角をθとすると、露光パターンの良否判定条件は、幅寸法Ｗが、レジスト層の初期膜厚ｔ０と形成される露光パターン９０１の高さｔｐとの差tlossが、また、パターン化したレジスト層の側壁の傾斜角θが夫々許容範囲にある条件である。
【００４１】
かかる計算条件Ｃａが入力されると、上記の露光量範囲とステップで決まる上記の露光量１〜４毎に、かつ上記のフォーカス範囲とステップで決まる上記のフォーカス１〜５毎に以下の工程８０２〜８０５が実行される。
【００４２】
即ち、まず、パターン条件データ２２０と、製造仕様データ３００のうちのマスク条件，露光光学系条件及びレジスト塗布条件と、レンズ収差条件とを用い、露光量を露光量１，フォーカスをフォーカス１としたときの光強度計算（露光のシミュレーション）を行なう（工程８０２）。この計算で用いるレンズ収差条件は、図４に示したショット内のチップ配列データと図７に示したショット内各点の露光レンズ収差データ７２０とを重ね合わせ、この重ね合わせから計算するパターンの位置に対応したものが選択される。この工程８０２では、光強度計算により、レジスト層内の光強度分布が算出される。従って、選択された各パターン位置での光強度分布は、集光レンズの波面収差に応じて互いに異なるものであり、収差関数のZernike係数ａnの組み合わせ（図６，図７）に応じたものとなる。
【００４３】
この光強度分布が算出されると、レジスト層の現像計算（露光後のレジスト層の熱処置，現像のシミュレーション）により、図９に示すような露光パターン（レジスト形状）９０１を算出する（工程８０３）。ここで用いるデータは、製造仕様データ３００のうちのレジスト現像条件と先の計算によって求められたレジスト内の光強度分布である。レジスト層の現像計算により、最終的な露光パターンの形状が算出される。かかる露光パターンの形状は、光強度分布に応じて、パターンの位置毎に異なるものである。
【００４４】
なお、上記の光強度計算及びレジスト現像計算については、ここでは詳しく述べないが、例えば、「Proceedings of SPIE」vol.538(1985) pp.207-220での論文「PROLITH : a comprehensive optical lithography model」などに詳しく述べられている。
【００４５】
算出された露光パターンは図９で説明したようなものであって、その寸法，形状（即ち、幅寸法Ｗや基板９０２上に塗布されたレジスト層の初期膜厚ｔ０、露光パターンの高さｔｐ、この露光パターンの側壁の傾斜角θ、レジストの初期膜厚ｔ０と露光パターンの高さｔｐとの差tloss）を判定し（工程８０４）、その判定結果Ｃｂをそのときの露光量条件（即ち、露光量１），フォーカス条件（即ち、フォーカス１）と関連付けられて出力する（工程８０５）。
【００４６】
このようにして、露光量１，フォーカス１という条件で判定結果Ｃｂが得られるが、次に、フォーカス条件をフォーカス１に維持したまま露光量を１ステップ異ならせて露光量２とし、この露光量２で工程８０２からの一連の工程を実行する（工程８０６，８０７）。そして、上記の露光量範囲内での露光量１〜４に対する判定結果Ｃｂが得られると（工程８０６）、次に、フォーカス条件をフォーカス範囲内で１ステップ変化させて上記のフォーカス２とし（工程８０８，８０９）、同様にして、露光量１〜４での判定結果Ｃｂを求める。以下同様にして、各露光量１〜４，各フォーカス１〜５毎の判定結果Ｃｂが得られるが（工程８０８）、これが上記の半導体デバイス製品Ａの露光層ａに露光装置１４１で露光して形成される回路パターンに関する判定結果である。
【００４７】
次に、露光レンズ収差データ７２０を露光装置１４２に対する露光レンズ収差データに変更して計算条件Ｃａを用いて同様の工程８０２〜８０９を実行することにより、半導体デバイス製品Ａの露光層ａに露光装置１４２を用いて露光して形成される回路パターンに関する判定結果Ｃｂを得ることができ、同様にして、半導体デバイス製品Ａの各露光層ａ〜ｇに関する同様の判定結果Ｃｂを得ることができる。他の半導体デバイス製品についても、同様である。
【００４８】
なお、各露光層に対して使用される露光装置が予め決められる場合、同じ半導体デバイス製品の全ての露光層が同じ露光装置で露光されるものであれば、この使用される露光層に対する露光レンズ収差データをのみを用いて判定結果Ｃｂを求めるようにすればよいが、同じ半導体デバイス製品であっても、その複数の露光層が全て同じ露光装置で露光されるというものでないときには（例えば、半導体デバイス製品Ａの露光層ａは露光装置１４１で露光されるが、露光層ｂは露光装置１４２で露光される、といったような場合）、同じ半導体デバイス製品に対して、設けられた全ての露光装置に対する判定結果Ｃｂを求めるようにする。
【００４９】
図１における露光条件算出ホスト１００において、以上のようにして露光パターン計算手段１０２で得られた各半導体デバイス製品Ａの各露光層ａ〜ｇの露光装置１４１，１４２毎の判定結果Ｃｂは露光条件算出手段１０３に送られ、露光装置１４１，１４２毎に、各半導体デバイス製品の露光層毎の露光条件（露光量とフォーカス）が計算される。
【００５０】
図１０は露光条件算出手段１０３による計算処理内容を示す図である。
【００５１】
露光パターン計算手段１０２で得られた半導体デバイス製品Ａの露光層ａの露光装置１４１を用いた場合の判定結果Ｃｂをまとめると、フォーカス条件を横軸に取り、判定されたパターン寸法を縦軸に取ると、露光量１〜４毎のフォーカスの変化によるパターン寸法の変化が図１０（ａ）に示すように表わされる。他の露光層ｂ〜ｇや他の露光装置１４２についても同様であり、また、他の半導体デバイス製品についても同様である。なお、これら露光量１，２，３，４に応じたパターン寸法を夫々１つの曲線で表わしているが、実際には、集光レンズの波面収差による光強度分布の違いで生ずるパターン寸法のバラツキにより、夫々の曲線はこのバラツキに応じた寸法幅を有している。
【００５２】
この図１０（ａ）に示す判定結果Ｃｂを基に、横軸をフォーカス条件、縦軸を露光量条件として、パターン寸法が許容範囲内にあるときのフォーカスに対する露光量の関係を示すと、図１０（ｂ）に示すようになる（なお、図１０（ａ）では、露光量が露光量１，２，３，４とステップ上に表わされるが、これから図１０（ｂ）の特性を求める場合、これら露光量１，２，３，４間の露光量を補間で求めるようにする）。ここで、ＣＤUがパターン寸法がその許容範囲の上限寸法であるときの露光量、ＣＤLが同じく下限寸法であるときの露光量であり、露光量ＣＤU，ＣＤL間がパターン寸法を許容範囲内にするための露光量ということになる。また、ＣＤ0は目標寸法に対する露光量である。この場合、上記のパターン寸法のバラツキも考慮して露光量ＣＤU，ＣＤLを決めることになる。パターン寸法のバラツキがあっても、そのパターン寸法が露光量ＣＤUに対する寸法と露光量ＣＤLに対する寸法との間にあれば、許容範囲内にあることになる。このようにして、露光レンズの波面収差を吸収することができるのである。
【００５３】
図１０（ｂ）において、上限露光量ＣＤUと下限露光量ＣＤLとの間の露光量が半導体デバイス製品Ａの露光層ａに露光装置１４１で露光した場合の許容範囲のパターン寸法の回路パターンを形成するのに必要な露光量ということになるが、さらに、かかる露光量許容範囲ＣＤU〜ＣＤL内で面積が最大となる長方形の領域を設定し、これを露光条件の許容範囲（プロセスウインドウ）ＰＷとする。そして、このプロセスウインドウＰＷの横幅をフォーカス条件の許容範囲（フォーカス裕度）ＦPWとし、縦幅を露光量条件の許容範囲（露光量裕度）ＥPWとする。対象となる露光装置１４１に設定すべき露光条件としては、例えば、プロセスウインドウＰＷの中心で示されるフォーカス条件（フォーカスオフセット）ＦO，露光量条件（露光オフセット）ＥOを用いることにより、プロセスの裕度を最大にすることができる。
【００５４】
露光条件算出ホスト１００の露光条件算出手段１０３は、かかる露光条件を半導体デバイス製品の露光層毎に、かつ露光装置１４１，１４２毎に算出するものであって、このようにして求められた露光条件は、データ書込手段１０４により、露光装置レシピサーバ１３０に送られ、露光装置１４１，１４２のレシピデータとして装置レシピデータベース１３１に書き込まれて保存される。半導体デバイス製品Ａの製造のために、その半導体ウエハが露光装置１４１または１４２に設置され、その露光層ａに回路パターンを転写する場合には、この露光層ａのこの露光装置１４１または１４２に対するレシピデータ（露光条件）が装置レシピデータベース１３１から読み出され、この露光装置１４１または１４２に設定される。露光装置１４１または１４２では、このレシピデータのフォーカス条件，露光量条件で露光を行ない、使用されるマスクの回路パターンがこの露光層ａに転写される。このように、夫々の半導体デバイス製品の各露光層は、露光装置１４１または１４２により、装置レシピデータベース１３１に保存されているレシピデータでのフォーカス条件，露光量条件でマスクからの回路パターンの転写が行なわれる。
【００５５】
このような工程により、半導体デバイス製品Ａの露光層ａが露光装置１４１によって露光されて回路パターンが転写されると、この露光層ａを現像し、エッチングしてこの回路パターンを形成する。次に、この露光層ａ上に露光層ｂを形成し、この露光層ｂに露光して回路パターンを転写するのであるが、半導体デバイス製品Ａの各露光層を同じ露光装置、例えば、露光装置１４１で露光する場合には、この半導体デバイス製品Ａの各露光層に対して、上記のようにして、露光装置１４１の露光レンズ収差データ７２０のみを用いて露光条件を求めておけばよいが、上記のように、露光層ａは露光装置１４１で露光し、次の露光層ｂの露光を露光装置１４２で行なうというように、夫々の露光層ａ〜ｇのいくつかとその残りとの露光を異なる露光装置１４１または１４２で行なうようにする場合には、これら露光層ａ〜ｇ毎に露光装置１４１，１４２夫々の露光レンズ収差データを用いた露光条件を求めておく。
【００５６】
なお、以上の説明では、露光条件算出ホスト１００の露光条件算出手段１０３で得られた露光条件を、全て装置レシピデータベース１３１に保存し、使用する露光装置１４１または１４２からの要求により、要求のあった露光装置に提供するものであったが、露光装置１４１または１４２に半導体ウエハを設置してレシピデータの要求操作をすると、露光条件算出ホスト１００が上記の動作を行なってこの露光装置１４１または１４２に該当する露光条件を算出し、この要求があった露光装置１４１または１４２に直接送るようにしてもよい。
【００５７】
以上のように、この実施形態では、半導体デバイス製品の各露光層毎に、露光層のパターン条件データと製造仕様データと使用する露光装置の露光レンズ収差データを基に露光条件を算出し、これをレシピデータとしてこの露光装置の露光条件を決めるようにするものであるから、従来技術のような露光の条件出し作業が不要となり、半導体デバイス製品の製造におけるＴＡＴ（Turn Around Time）を短縮でき、半導体製造ラインでの露光装置の稼動効率を向上させることができる。
【００５８】
図１１は本発明による半導体デバイスの製造方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。
【００５９】
同図において、製造する半導体デバイス製品の露光層に関する露光パターンデータ（パターン条件データ），製造仕様データと、この露光層の回路パターンの転写に使用する露光装置の露光レンズ収差データとが入力され（工程１２０１〜１２０３）、それらが保持される（工程１２０４〜１２０６）。そして、これらデータと併せて、露光量範囲とフォーカス範囲とそれらのステップ及び計算結果である露光パターンの判定条件からなる計算条件Ｃａ'を読み込み（工程１２０７）、図８での工程８０２〜８０９と同様の計算を行ない（工程１２０８〜１２１５）、先の第１の実施形態と同様のこの露光層に関する判定結果Ｃｂを得る。そして、この判定結果Ｃｂから、図１０で説明したように、プロセスウインドウＰＷを算出し（工程１２１６）、そのプロセスオフセット（フォーカスオフセットＦOと露光量オフセットＥO）を算出し（工程１２１７）、かかる算出結果を露光装置のレシピに設定する（工程１２１８）。露光装置では、設定されたレシピを基に、この露光層での露光を実行してマスクの回路パターンをこの露光層に転写する（工程１２１９）。かかる露光が終了すると、この露光した露光層を現像し（工程１２２０）、エッチングを行なって露光層に転写した回路パターンを形成する（工程１２２１）。しかる後、次の露光層のためのレジスト層を形成し、再び工程１２０１からの、あるいは、各露光層のデータが保持されている場合には、工程１２０８からの処理を行なう。
【００６０】
このようにして、半導体ウエハの目的とする露光層で所望の回路パターンが形成されると、この露光層の上に新たなレジスト層を形成し、これに新たな回路パターンを形成するために、工程１２０１からの処理を繰り返す。そして、レジスト層の形成とかかる回路パターンの形成とを繰り返すことにより、各露光層に所望とする回路パターンが形成された半導体デバイス製品が得られる。
【００６１】
以上のように、この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、半導体デバイス製品の各露光層のパターン条件や製造仕様条件のデータと、使用する露光装置の露光レンズの収差データとを基に、この露光装置での露光量及びフォーカスからなる露光条件を計算により求め、その計算結果をこの露光装置のレシピに設定して露光を実施することができるので、半導体デバイス製品毎やその露光層毎，使用する露光装置毎の従来の手間が掛かる露光の条件出し作業が不要となり、半導体デバイス製造におけるＴＡＴの短縮や半導体デバイス製造ラインでの露光装置の稼動効率を向上を実現できる。特に、システムＬＳＩなどの多品種小量生産において、有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体デバイスの製造システムと製造方法の第１の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】図１におけるパターン条件データベースに保存される半導体デバイスの各露光層毎のパターン条件データに関する説明図である。
【図３】図１における製造仕様データベースに保存される半導体デバイスの製造仕様データに関する説明図である。
【図４】図３に示すマスク条件でのショット内チップ配列条件に関する説明図である。
【図５】図１における露光装置の一具体例の要部構成を示す図である。
【図６】図５に示す露光装置における集光レンズの波面収差の関数展開についての説明図である。
【図７】図６に示す波面収差の関数展開に基づく露光レンズの収差データに関する説明図である。
【図８】図１に示す実施形態での半導体デバイスでの転写される回路パターンの寸法の算出動作の一具体例を示すフローチャートである。
【図９】図８に示す具体例で算出された回路パターンを模式的に示す図である。
【図１０】図８に示す具体例で算出された寸法から露光装置での露光条件の算出方法についての説明図である。
【図１１】本発明による半導体デバイスの製造方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図１２】従来の半導体デバイスの製造方法の一例についての説明図である。
【符号の説明】
１００  露光条件算出ホスト
１０１  データ読込手段
１０２  露光パターン計算手段
１０３  露光条件算出手段
１０４  データ書込手段
１０５  露光レンズ収差データベース
１１０  パターン条件サーバ
１１１  パターン条件データベース
１２０  製造仕様サーバ
１２１  製造仕様データベース
１３０  露光装置レシピサーバ
１３１  装置レシピデータベース
１４１，１４２  露光装置
２００  チップエリア
２１０〜２１２  パターン
２２０  パターン条件データ
３００  製造仕様データ
４００  ショットエリア
４０１〜４０６  製品チップ
５０１  照明光源
５０２  照明光学系
５０３  マスク
５０４  露光光学系の集光レンズ
５０５  半導体ウエハ
５０６  ステージ
５０６  集光レンズの理想的な波面
５０７  集光レンズの実際の波面
６００  波面収差
６０１〜６０８  収差関数の形状
７１０  ショットエリア
７１１〜７１９  収差測定点
９０１  露光パターン
９０２  基板
【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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