半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
【課題】より少ない作業工数でウエハ面内の半導体装置の特性のばらつきを抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供する。
【解決手段】電子ビームを照射してパターンの露光を行う電子ビーム露光装置を用いた半導体装置の製造方法であって、ウエハ上に前記電子ビーム露光装置によるパターン形成を含む加工を行い（ステップＳ１１〜Ｓ１３）、それによって製造された半導体装置の電気特性を半導体試験装置で測定する（ステップＳ１４）。そして、電気特性の測定結果に基づいて、ウエハ面内での半導体装置の特性のばらつきが減少するように、電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データを修正する（ステップＳ１５）。
【解決手段】電子ビームを照射してパターンの露光を行う電子ビーム露光装置を用いた半導体装置の製造方法であって、ウエハ上に前記電子ビーム露光装置によるパターン形成を含む加工を行い（ステップＳ１１〜Ｓ１３）、それによって製造された半導体装置の電気特性を半導体試験装置で測定する（ステップＳ１４）。そして、電気特性の測定結果に基づいて、ウエハ面内での半導体装置の特性のばらつきが減少するように、電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データを修正する（ステップＳ１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関し、特に電子ビームを用いた露光工程を含む半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、イオン注入、露光、アニール、成膜、研磨及びダイシング等のそれぞれの製造条件のばらつきが生じるため、製造された半導体装置の電気特性がウエハ面内でばらつく。
【０００３】
そこで、半導体装置の製造ラインの立ち上げ時やメンテナンス後には、半導体装置の製造歩留まりを向上させるべく、イオン注入、露光、アニール、成膜、研磨及びダイシング等の各工程について製造条件の最適化が行われている。
【０００４】
しかし、上記の各工程毎に製造条件の最適化を行うと多大な作業工数が必要となり、半導体装置の製造コストが増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７７５４０号公報
【特許文献２】特開２００６−３９２２７号公報
【特許文献３】特開２００４−１５８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、より少ない作業工数でウエハ面内の半導体装置の特性のばらつきを抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一観点によれば、電子ビームを照射してパターンの露光を行う電子ビーム露光装置を用いた半導体装置の製造方法であって、ウエハ上に前記電子ビーム露光装置によるパターン形成を含む加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工工程と、前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験工程と、前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う露光データ修正工程と、を有し、前記ウエハ加工工程と、前記半導体試験工程と、前記露光データ修正工程とを繰り返し行う半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、別の一観点によれば、ウエハに電子ビームを照射してパターンを露光する電子ビーム露光装置を含み、前記ウエハに加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工部と、前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験装置と、前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う制御部と、を有する半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記観点によれば、半導体装置の特性の変化を検出し、その特性の変化に応じて電子ビーム露光データを修正することで、半導体装置の特性のばらつきを抑制する。
【００１０】
そのため、半導体製造の各工程で個別に製造条件の修正を行わなくてもウエハ面内での半導体装置の特性のばらつきを抑制でき、より少ない作業工数で半導体装置の特性のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図３】図３は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光を用いたトランジスタのゲート電極の形成方法を示す図である。
【図４】図４は、図２の電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は最小二乗法を利用した大域ばらつきの検出方法を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は、逆フーリエ変換によるローパスフィルタを利用した大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、複数のウエハのばらつきに基づいた大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、トランジスタのドレイン電流特性が目標特性よりも高い部分での電子ビーム露光データの修正方法を示す図であり、図８（ｂ）はドレイン電流特性が目標特性よりも低い部分での電子ビーム露光データの修正方法の一例を示す図である。
【図９】図９は、図４の電子ビーム露光データの修正方法の変形例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図２〜図９を参照しつつ説明した半導体装置の製造方法において、ウエハロットを変更した場合のトランジスタのドレイン電流特性の変動を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体製造装置１０は、ウエハ加工部１と、半導体試験装置２と、制御部３とを備える。
【００１５】
ウエハ加工部１は、光学式露光装置１１、イオン注入装置１２、電子ビーム露光装置１３、アニール装置１４、成膜装置１５、ＣＭＰ装置１６、及びウエハ（半導体基板）を切り分けてチップに加工するダイシング装置１７を含み、これらの装置を用いて供給されたウエハに種々の加工を行って半導体チップを製造する。
【００１６】
このうち、電子ビーム露光装置１３は高い精度で露光を行えることから、寸法精度が要求されるトランジスタのゲート電極等の形成に用いられる。この電子ビーム露光装置１３は、後述するように制御部３から送信された電子ビーム露光データに基づいてパターンの描画を行う。
【００１７】
上記のウエハ加工部１で製造された半導体チップは、半導体試験装置２に送られ、半導体試験装置２によりトランジスタの電流特性、しきい値電圧、信号伝搬遅延特性、ノイズレベル、積分非直線性及び微分非直線性等の電気特性の測定が行われる。この半導体試験装置２には、例えばＡＴＥ（Automatic Test Equipment；自動測定装置）等の測定装置を用いることができる。
【００１８】
そして、半導体試験装置２の試験結果に基づいて、製造された半導体チップが良品であるか不良品であるかが判断される。また、半導体試験装置２の試験結果は、ウエハ上での半導体チップの位置情報と共に制御部３に送られる。
【００１９】
制御部３は、大域ばらつき抽出部３１と、目標特性記憶部３２と、特性比較部３３と、露光データ修正部３４とを備え、ウエハ面内の半導体チップの電気特性のばらつきが減少するように電子ビーム露光データの修正を行う。
【００２０】
ここで、半導体装置の特性のばらつきには、ウエハ上の位置に関係なく発生する局所ばらつきと、ウエハ上の位置に依存して発生する大域ばらつきとが含まれる。
【００２１】
このうち、局所ばらつきは、ランダムばらつきとも呼ばれ、製造時のガウス雑音により発生する。この局所ばらつきは、ウエハ面内及びウエハ間で互いに無相関に発生するため補正は困難である。
【００２２】
一方、大域ばらつきは、システマチックばらつきとも呼ばれ、半導体製造装置のプロセス条件のばらつきによって発生するため、ウエハが異なっても同じようなばらつきを示す。そこで、本実施形態では大域ばらつきに着目し、この大域ばらつきに対する補正を行う。
【００２３】
すなわち、制御部３の大域ばらつき抽出部３１は、半導体チップの電気特性のばらつきから大域ばらつきを抽出する。
【００２４】
目標特性記憶部３２は、ウエハ上の各位置における半導体装置の電気特性の目標値の分布を表す目標特性データを格納する。この目標特性データは通常、半導体装置の特性のばらつきを減少させる目的においては、ウエハの全域で同一の値に設定される。
【００２５】
また、特性比較部３３は、大域ばらつきと目標特性データとを比較し、ウエハ上の各位置における目標値と大域ばらつきとの差分を算出して露光データ修正部３４に出力する。
【００２６】
露光データ修正部３４は、大域ばらつきと目標特性データとの差分が小さくなるように、ウエハ上の各位置における電子ビーム露光データを修正する。そして、修正された電子ビーム露光データを電子ビーム露光装置１３に出力する。このようにして修正された電子ビーム露光データは次回のウエハの電子ビーム露光工程に反映される。
【００２７】
以下、上記の半導体製造装置１０を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光を用いたトランジスタのゲート電極の形成方法を示す図である。
【００２８】
先ず、図２のステップＳ１１において、ウエハ加工部１（図１参照）は、電子ビーム露光までの工程を実施する。ここでは、図３（ａ）のレジスト膜４７が形成されるまでの工程を行う。
【００２９】
まず、ウエハ（半導体基板）４１として、シリコン基板を用意する。そして、例えばＳＴＩ法により素子領域を分離する素子分離絶縁膜４２を形成する。その後、素子分離絶縁膜４２によって分離された素子領域に不純物をイオン注入してウェル４３を形成する。
【００３０】
次に、ウェル４３の上部に浅く不純物をイオン注入してチャネル領域４４を形成する。その後、チャネル領域４４が形成されたウエハ４１の表面を熱酸化してゲート絶縁膜４５を形成する。
【００３１】
次に、ゲート絶縁膜４５の上に、導電膜４６としてポリシリコン膜を形成する。そして、導電膜４６の上にレジスト膜４７を形成する。
【００３２】
以上により、図２のステップＳ１１における電子ビーム露光までの製造工程が終了する。
【００３３】
次に、図２のステップＳ１２において、電子ビーム露光を用いたパターンの形成を行う。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように、トランジスタのゲート電極を形成する部分のレジスト膜４７に電子ビームＥＢを照射する。
【００３５】
その後、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜４７を現像処理して、ゲート電極形状のレジストパターン４７ａを形成する。そして、このレジストパターン４７ａをマスクとしてとして導電膜４６をドライエッチングすることにより、幅がＷ0及び長さがＬ0のゲート電極４６ａを形成する。
【００３６】
その後、レジストパターン４７ａは除去される。
【００３７】
以上により、図２のステップＳ１２の電子ビーム露光を用いたパターン（ゲート電極）の形成が完了する。
【００３８】
次に、図２のステップＳ１３において、ウエハ加工部１（図１参照）はウエハ１１に対して電子ビーム露光工程後の加工を実施する。
【００３９】
まず、ゲート電極４６ａをマスクとした不純物のイオン注入により、トランジスタのソース／ドレイン領域を形成してトランジスタを作製する。その後、トランジスタの上に層間絶縁膜、プラグ及び配線を形成して半導体装置を完成させる。
【００４０】
その後、半導体装置が形成されたウエハ４１を半導体チップに切り分ける。
【００４１】
以上により、ステップＳ１３の電子ビーム露光工程後の加工が完了する。
【００４２】
次に、ステップＳ１４において、半導体試験装置２により半導体チップの電気的特性の測定を行う。ここでは、トランジスタのソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極にそれぞれ所定の電圧を印加したときに流れるドレイン電流量（ドレイン電流特性）や、トランジスタのしきい値電圧、信号伝搬遅延特性、最大動作周波数、ノイズレベル、積分非直線性及び微分非直線性等の電気特性を測定する。ここで、電気的特性が所定の基準値に収まる半導体チップは良品として払い出され、それ以外の半導体チップは不良品として取り除かれる。また、半導体チップの電気特性の測定結果は、半導体チップのウエハ内での位置の情報とともに制御部３（図１参照）に入力される。
【００４３】
次に、ステップＳ１５に移行して、半導体製造装置１０の制御部３は良品として払い出された半導体チップの数が予め設定された良品数に到達したか否か判断する。そして、制御部３が半導体チップの良品数が十分な数に到達したと判断した場合（ＹＥＳ）には、半導体装置の製造を終了する。一方、制御部３が半導体チップの良品数が十分ではない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップＳ２０に移行する。
【００４４】
次のステップＳ２０では、制御部３が半導体チップの電気特性の測定結果に基づいて、電子ビーム露光データの修正を行う。以下、ステップＳ２０の電子ビーム露光データの修正方法について具体的に説明する。
【００４５】
図４は、図２のステップＳ２０における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ステップＳ２１において、制御部３の大域ばらつき抽出部３１が、ウエハ上の半導体チップの位置と電気特性の測定結果に基づいて、半導体上の位置に依存したばらつき成分である大域ばらつきを抽出する。
【００４７】
ここでは、最小二乗法により近似曲面を求めることで大域ばらつきを抽出する。
【００４８】
なお、より簡易的に、ウエハ面上で直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の直線に沿った電気特性のばらつきを抽出して、それぞれの近似曲線（又は近似直線）をＸ方向及びＹ方向の大域ばらつきとして求めてもよい。
【００４９】
図５（ａ）はウエハの中心を通り、所定方向（Ｘ方向）に延在する直線に沿ったドレイン電流特性の分布を示すグラフであり、図５（ｂ）は図５（ａ）の直線とウエハの中心で直交する直線（Ｙ方向）に沿ったドレイン電流特性の分布の一例を示すグラフである。
【００５０】
ここでは、図５（ａ）に示すドレイン電流特性の分布については、最小二乗法により近似直線を求め、これをＸ方向の大域ばらつきとして抽出する。
【００５１】
また、図５（ｂ）に示すドレイン電流特性の分布については、最小二乗法により近似曲線を求め、これをＹ方向の大域ばらつきとして抽出する。
【００５２】
なお、本実施形態の大域ばらつきの抽出方法は上記の最小二乗法以外に、下記の方法で求めてもよい。
【００５３】
図６（ａ）〜（ｄ）は、逆フーリエ変換によるローパスフィルタを利用した大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【００５４】
この方法では、図６（ａ）に示す電気的特性の分布に対して、まずフーリエ変換を行い、図６（ｂ）に示すように周波数毎の振幅の分布を求める。
【００５５】
次に、図６（ｃ）に示すように、周波数毎の振幅の分布から、所定の周波数以下の成分を抽出する。
【００５６】
その後、図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）の周波数成分を逆フーリエ変換する。これは、電気特性のばらつきに対してローパスフィルタをかけたことに相当し、図６（ａ）の電気特性のばらつきから局所ばらつきに由来する高周波成分が取り除かれて、大域ばらつきが得られる。
【００５７】
図７（ａ）〜（ｃ）は、複数のウエハのばらつきに基づいた大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、この方法では、まず過去のウエハの電気特性のばらつきのデータを抽出する。
【００５９】
次に、図７（ｂ）に示すような、一定範囲の過去のデータについて等しい重み付け係数を与える関数を図７（ａ）のデータに畳み込んで大域ばらつきを求める。
【００６０】
ここでは、図示のように過去１０回分のウエハのデータについて等しい重み付け係数１を与え、それ以外のデータについての重み付け係数が０の関数を図７（ａ）のデータに畳み込む。これは、過去１０回分のウエハのデータについて移動平均を取ることに相当し、このような平均化によりランダムに発生する局所ばらつきが除去されて大域ばらつきが得られる。移動平均に用いる過去のデータ数は１０に限らず、局所ばらつきを平均化するのに十分な数を適宜選択してよい。
【００６１】
なお、図７（ｂ）に示す関数に代えて、図７（ｃ）に示すような関数を用いて大域ばらつきを求めてもよい。図７（ｃ）の関数では、より近い過去のデータほど重み付け係数が大きくなっている。そのため、図７（ｃ）の関数を図７（ａ）に畳み込む場合には、最近のウエハのデータを重視した大域ばらつきが求まる。
【００６２】
以上により、図４のステップＳ２１での大域ばらつきの抽出が完了する。
【００６３】
次に、図４のステップＳ２２に移行して、制御部３の特性比較部３３（図１参照）が目標特性値記憶部３２から目標特性データを読み出す。そして、ウエハ上の各位置における電気特性の目標値と大域ばらつきとの差分を求める。
【００６４】
例えば、図５（ａ）に示すドレイン電流特性のばらつきの場合には、ウエハ上のＸ方向の各位置において、ドレイン電流の目標値Ｉdsと大域ばらつきとの差分ΔＩd（Ｘ）を求める。また、図５（ｂ）に示すドレイン電流のばらつきについては、ウエハ上のＹ方向の各位置でのドレイン電流の目標値Ｉdsと大域ばらつきとの差分ΔＩd（Ｙ）を求める。
【００６５】
次に、図４のステップＳ２３において、制御部３の露光データ修正部３４（図１参照）は、ステップＳ２２で求めた差分が少なくなるように、ウエハ上の各位置で電子ビーム露光データを修正する。
【００６６】
ここで、トランジスタのドレイン電流Ｉdは、ゲート電極の幅をＷ、長さをＬ、チャネルの移動度をμ0（ｃｍ2／Ｖ・ｓ）、単位面積当たりのゲート絶縁膜の静電容量Ｃox（Ｆ／ｃｍ2）、トランジスタのしきい値電圧をＶth（Ｖ）、ゲート電圧をＶGS、ドレインの電圧をＶDSとすると、下記の式で表される。
【００６７】
【数１】
上記（１）式のように、ドレイン電流Ｉdの値は、ゲート電極の幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌによって変えることができる。
【００６８】
そこで本実施形態では、ドレイン電流Ｉdが目標値よりも大きい部分では、目標値との差分ΔＩd（Ｘ）、ΔＩd（Ｙ）に応じた量だけゲート幅と長さの比Ｗ／Ｌを減少させる。すなわち、図８（ａ）に示すように、ゲート電極の幅Ｗを当初の幅Ｗ0より短い幅Ｗ1に修正し、ゲート電極の長さＬを当初の長さＬ0よりも長いＬ1に修正する。
【００６９】
また、ドレイン電流Ｉdが目標値よりも小さい部分では、目標値との差分ΔＩd（Ｘ）、ΔＩd（Ｙ）に応じた量だけゲート幅と長さの比Ｗ／Ｌを増加させる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、ゲート電極の幅Ｗを当初の幅Ｗ0よりも大きな幅Ｗ2に修正し、ゲート電極の長さＬを当初の長さＬ0よりも短い長さＬ2に修正する。
【００７０】
なお、ゲート電極の幅Ｗ及び長さＬの何れか一方のみを修正してもよい。
【００７１】
このようにして、電子ビーム露光データに対して、大域ばらつきと目標値との差分を減少させる修正が行われ、ステップＳ２３が完了する。
【００７２】
その後、図２のステップＳ１１に移行して、次のウエハの加工を行う。
【００７３】
以上のように、本実施形態によれば、電子ビーム露光データの修正を行うことでウエハ面内での半導体装置の電気特性のばらつきが抑制される。そのため、露光、イオン注入、アニール、成膜、ＣＭＰ等の各々の工程で個別に製造条件を最適化する場合に比べて、ばらつきの抑制に要する作業工数及びコストを大幅に削減できる。
【００７４】
また、ウエハの加工の毎に行われる半導体試験の結果を電子ビーム露光データの修正に用いるため、ウエハ面内のばらつきだけでなく、各工程に用いる装置の劣化などを含む経時的なプロセス条件の変動にも対応できる。
【００７５】
なお、上記の説明ではウエハ面内のチップ間の特性のばらつきの修正を行う場合について説明したが、本実施形態の方法を、各チップ面内での電気特性のばらつきの抑制に適用してもよい。
【００７６】
（電子ビーム露光データの修正方法の変形例）
図９は、図４の電子ビーム露光データの修正方法の変形例を示すフローチャートである。
【００７７】
図９に示すように、本変形例では、まずステップＳ３１において大域ばらつきを抽出し、続くステップＳ３２において大域ばらつきと目標特性との差分を求める。ここまでの工程は、図４のステップＳ２１及びステップＳ２２と同様である。
【００７８】
次のステップＳ３３において、制御部３の電子ビーム露光データ修正部は、目標特性データの目標値と大域ばらつきとの差分がウエハ上の全域で許容範囲内に入るか否かを判断する。ここで、目標値と大域ばらつきとの差分がウエハ上の全ての部分で許容範囲内に入ると判断された場合（ＹＥＳ）には、電子ビーム露光データの修正を行わず、前回の露光に用いた電子ビーム露光データをそのまま利用する。
【００７９】
一方、ステップＳ３３において、目標値と大域ばらつきとの差分が許容範囲内に入らない半導体チップがあると判断された場合（ＮＯ）には、ステップＳ３４に移行する。
【００８０】
次のステップＳ３４では、図６のステップＳ２３と同様の方法で、電子ビーム露光データの修正を行う。
【００８１】
以上のように、本変形例では、目標値と大域ばらつきとの差分が許容範囲内に入る場合に電子ビーム露光データの修正を省略する。そのため、電子ビーム露光データの修正に要する時間を節約でき、スループットが向上する。
【００８２】
（第２実施形態）
図１０は、図２〜図９を参照しつつ説明した半導体装置の製造方法において、ウエハロットを変更した場合のトランジスタのドレイン電流特性の変動を示す図である。
【００８３】
図１０に示すように、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法では、ウエハのロットを変えた直後に、半導体装置の電気特性（トランジスタのドレイン電流）の平均値が大きく変化する。これは、異なるロットのウエハ間で不純物濃度が相違し、その不純物濃度の差の分だけ、半導体装置のドレイン電流が変化するためである。
【００８４】
なお、ロット変更後の２枚目以降のウエハについては、電子ビーム露光データに対する修正が行われるため、ウエハの処理数の増加に伴って電気特性の変動が収束する。
【００８５】
しかし、ロット変更直後のウエハについては電子ビーム露光データの修正が間に合わず、半導体装置の製造歩留まりが低下してしまう。
【００８６】
そこで、以下の第２実施形態ではウエハのロット変更を行った直後の半導体装置の電気的特性の変動を抑制できる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法について説明する。
【００８７】
図１１は、第２実施形態に係る半導体製造装置のブロック図であり、図１２は第２実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【００８８】
図１１に示す半導体製造装置２０は、制御部３において、大域ばらつき抽出部３１と特性比較部３３との間にロット間オフセット加算部３５が設けられている点で、図１に示す半導体製造装置１０と相違する。
【００８９】
このロット間オフセット加算部３５は、例えば、ロット変更前のウエハの不純物濃度と、ロット変更後のウエハの不純物濃度とに基づいて、ロット変更の前後で発生する電気特性の変化（ロット間オフセット）を算出する。そして、ロットの変更後の最初のウエハの加工に先立って、算出されたロット間オフセットを大域ばらつき抽出部３１で検出した大域ばらつきに加算して特性比較部３３に出力する。
【００９０】
なお、半導体製造装置２０のその他の構成は、図１の半導体製造装置１０と同様であり、同一の構成には同一符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法も、電子ビーム露光データの修正方法（ステップＳ２０）を除いて図２を参照しつつ説明した半導体装置の製造方法と同様である。
【００９１】
以下、本実施形態に係る電子ビーム露光データの修正方法について説明する。
【００９２】
図１２は、本実施形態における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【００９３】
図１２に示すように、まず、ステップＳ４１において制御部３の大域ばらつき抽出部３１が大域ばらつきを抽出する。なお、ステップＳ４１の大域ばらつきの抽出方法は、図４のステップＳ２１の大域ばらつきの抽出と同様の方法で行われる。
【００９４】
次に、ステップＳ４２において、制御部３のロット間オフセット加算部３５が、ロット変更前のウエハの不純物濃度と、ロット変更後のウエハの不純物濃度とに基づいて、ロット変更の前後で発生する電気的特性の変化（ロット間オフセット）を算出する。なお、ロット間オフセットの値はウエハ面内の全域で均一であるものとする。次いで、このロット間オフセットを大域ばらつきに加算して特性比較部３３に出力する。
【００９５】
次に、ステップＳ４３において、制御部３の特性比較部３３が目標特性記憶部３２から目標特性データを読み込み、大域ばらつき及びロット間オフセットの加算結果と電気特性の目標値との差分を求める。
【００９６】
その後、ステップＳ４４において、制御部３の露光データ修正部３４が大域ばらつき及びロット間オフセットの加算結果と電気特性の目標値との差分が小さくなるように電子ビーム露光データの修正を行う。
【００９７】
このように、本実施形態では、ロット変更後の最初のウエハの処理に先立って、ロット間の不純物濃度の差に応じた電子ビーム露光データの修正を行うため、ロット変更直後の最初のウエハの電気特性の変動が抑制される。そのため、ロット変更直後のウエハでの製造歩留まりの低下を防止できる。
【００９８】
（その他の実施形態）
上記の説明ではトランジスタのドレイン電流のばらつきを抑制する場合を例に説明したが、本実施形態はドレイン電流以外の様々な電気特性のばらつきの抑制にも適用できる。
【００９９】
論理回路等に含まれるトランジスタの遅延時間や動作速度は、トランジスタのドレイン電流の大きさに依存する。そのため、遅延時間や動作速度のばらつきは、ドレイン電流の抑制のときと同様に、電子ビーム露光データのゲート電極の幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌの修正で抑制できる。
【０１００】
また、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器などのアナログ回路に用いられるトランジスタのノイズ、積分非直線性（Integral Non-Linearity; INL）及び微分非直線性（Differential Non-Linearity; DNL）は、トランジスタのゲート電極の面積が増大すると減少することが知られている。
【０１０１】
そこで、半導体試験装置２によるノイズ、積分非直線性及び微分非直線性の測定の結果、ノイズ特性等が所定の基準値を上回る部分について、電子ビーム露光データにおいて、トランジスタのゲート電極の面積を増加させる修正を行なってもよい。
【０１０２】
さらに、半導体装置内の電源配線及びグランド配線のインピーダンス特性は、コンタクトプラグの配置数や配線パターンの幅等によって変化することが知られている。
【０１０３】
そこで、半導体装置のコンタクトプラグや配線パターンを電子ビーム露光装置１３を用いて形成し、その際に用いる電子ビーム露光データ中のコンタクトプラグの並列数や配線パターンの幅をインピーダンス特性のばらつきに応じて修正してもよい。
【０１０４】
この場合には、電源配線及びグランド配線のインピーダンス特性が目標値を下回る部分について、コンタクトプラグの配置数を減少させることで、電子ビーム露光工程での電子ビームのショット回数を減らして処理時間の短縮を図ってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１…ウエハ処理部、２…半導体試験装置、３…制御部、１０、２０…半導体製造装置、１１…光学式露光装置、１２…イオン注入装置、１３…電子ビーム露光装置、１４…アニール装置、１５…成膜装置、１６…ＣＭＰ装置、１７…ダイシング装置、３１…大域ばらつき抽出部、３２…目標特性記憶部、３３…特性比較部、３４…露光データ修正部、３５…ロット間オフセット加算部、４１…ウエハ、４２…素子分離絶縁膜、４３…ウェル、４４…チャネル領域、４５…ゲート絶縁膜、４６…導電膜、４７…レジスト膜、４６ａ…ゲート電極、４７ａ…レジストパターン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関し、特に電子ビームを用いた露光工程を含む半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、イオン注入、露光、アニール、成膜、研磨及びダイシング等のそれぞれの製造条件のばらつきが生じるため、製造された半導体装置の電気特性がウエハ面内でばらつく。
【０００３】
そこで、半導体装置の製造ラインの立ち上げ時やメンテナンス後には、半導体装置の製造歩留まりを向上させるべく、イオン注入、露光、アニール、成膜、研磨及びダイシング等の各工程について製造条件の最適化が行われている。
【０００４】
しかし、上記の各工程毎に製造条件の最適化を行うと多大な作業工数が必要となり、半導体装置の製造コストが増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７７５４０号公報
【特許文献２】特開２００６−３９２２７号公報
【特許文献３】特開２００４−１５８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、より少ない作業工数でウエハ面内の半導体装置の特性のばらつきを抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一観点によれば、電子ビームを照射してパターンの露光を行う電子ビーム露光装置を用いた半導体装置の製造方法であって、ウエハ上に前記電子ビーム露光装置によるパターン形成を含む加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工工程と、前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験工程と、前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う露光データ修正工程と、を有し、前記ウエハ加工工程と、前記半導体試験工程と、前記露光データ修正工程とを繰り返し行う半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、別の一観点によれば、ウエハに電子ビームを照射してパターンを露光する電子ビーム露光装置を含み、前記ウエハに加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工部と、前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験装置と、前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う制御部と、を有する半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記観点によれば、半導体装置の特性の変化を検出し、その特性の変化に応じて電子ビーム露光データを修正することで、半導体装置の特性のばらつきを抑制する。
【００１０】
そのため、半導体製造の各工程で個別に製造条件の修正を行わなくてもウエハ面内での半導体装置の特性のばらつきを抑制でき、より少ない作業工数で半導体装置の特性のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図３】図３は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光を用いたトランジスタのゲート電極の形成方法を示す図である。
【図４】図４は、図２の電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は最小二乗法を利用した大域ばらつきの検出方法を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は、逆フーリエ変換によるローパスフィルタを利用した大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、複数のウエハのばらつきに基づいた大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、トランジスタのドレイン電流特性が目標特性よりも高い部分での電子ビーム露光データの修正方法を示す図であり、図８（ｂ）はドレイン電流特性が目標特性よりも低い部分での電子ビーム露光データの修正方法の一例を示す図である。
【図９】図９は、図４の電子ビーム露光データの修正方法の変形例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図２〜図９を参照しつつ説明した半導体装置の製造方法において、ウエハロットを変更した場合のトランジスタのドレイン電流特性の変動を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体製造装置１０は、ウエハ加工部１と、半導体試験装置２と、制御部３とを備える。
【００１５】
ウエハ加工部１は、光学式露光装置１１、イオン注入装置１２、電子ビーム露光装置１３、アニール装置１４、成膜装置１５、ＣＭＰ装置１６、及びウエハ（半導体基板）を切り分けてチップに加工するダイシング装置１７を含み、これらの装置を用いて供給されたウエハに種々の加工を行って半導体チップを製造する。
【００１６】
このうち、電子ビーム露光装置１３は高い精度で露光を行えることから、寸法精度が要求されるトランジスタのゲート電極等の形成に用いられる。この電子ビーム露光装置１３は、後述するように制御部３から送信された電子ビーム露光データに基づいてパターンの描画を行う。
【００１７】
上記のウエハ加工部１で製造された半導体チップは、半導体試験装置２に送られ、半導体試験装置２によりトランジスタの電流特性、しきい値電圧、信号伝搬遅延特性、ノイズレベル、積分非直線性及び微分非直線性等の電気特性の測定が行われる。この半導体試験装置２には、例えばＡＴＥ（Automatic Test Equipment；自動測定装置）等の測定装置を用いることができる。
【００１８】
そして、半導体試験装置２の試験結果に基づいて、製造された半導体チップが良品であるか不良品であるかが判断される。また、半導体試験装置２の試験結果は、ウエハ上での半導体チップの位置情報と共に制御部３に送られる。
【００１９】
制御部３は、大域ばらつき抽出部３１と、目標特性記憶部３２と、特性比較部３３と、露光データ修正部３４とを備え、ウエハ面内の半導体チップの電気特性のばらつきが減少するように電子ビーム露光データの修正を行う。
【００２０】
ここで、半導体装置の特性のばらつきには、ウエハ上の位置に関係なく発生する局所ばらつきと、ウエハ上の位置に依存して発生する大域ばらつきとが含まれる。
【００２１】
このうち、局所ばらつきは、ランダムばらつきとも呼ばれ、製造時のガウス雑音により発生する。この局所ばらつきは、ウエハ面内及びウエハ間で互いに無相関に発生するため補正は困難である。
【００２２】
一方、大域ばらつきは、システマチックばらつきとも呼ばれ、半導体製造装置のプロセス条件のばらつきによって発生するため、ウエハが異なっても同じようなばらつきを示す。そこで、本実施形態では大域ばらつきに着目し、この大域ばらつきに対する補正を行う。
【００２３】
すなわち、制御部３の大域ばらつき抽出部３１は、半導体チップの電気特性のばらつきから大域ばらつきを抽出する。
【００２４】
目標特性記憶部３２は、ウエハ上の各位置における半導体装置の電気特性の目標値の分布を表す目標特性データを格納する。この目標特性データは通常、半導体装置の特性のばらつきを減少させる目的においては、ウエハの全域で同一の値に設定される。
【００２５】
また、特性比較部３３は、大域ばらつきと目標特性データとを比較し、ウエハ上の各位置における目標値と大域ばらつきとの差分を算出して露光データ修正部３４に出力する。
【００２６】
露光データ修正部３４は、大域ばらつきと目標特性データとの差分が小さくなるように、ウエハ上の各位置における電子ビーム露光データを修正する。そして、修正された電子ビーム露光データを電子ビーム露光装置１３に出力する。このようにして修正された電子ビーム露光データは次回のウエハの電子ビーム露光工程に反映される。
【００２７】
以下、上記の半導体製造装置１０を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光を用いたトランジスタのゲート電極の形成方法を示す図である。
【００２８】
先ず、図２のステップＳ１１において、ウエハ加工部１（図１参照）は、電子ビーム露光までの工程を実施する。ここでは、図３（ａ）のレジスト膜４７が形成されるまでの工程を行う。
【００２９】
まず、ウエハ（半導体基板）４１として、シリコン基板を用意する。そして、例えばＳＴＩ法により素子領域を分離する素子分離絶縁膜４２を形成する。その後、素子分離絶縁膜４２によって分離された素子領域に不純物をイオン注入してウェル４３を形成する。
【００３０】
次に、ウェル４３の上部に浅く不純物をイオン注入してチャネル領域４４を形成する。その後、チャネル領域４４が形成されたウエハ４１の表面を熱酸化してゲート絶縁膜４５を形成する。
【００３１】
次に、ゲート絶縁膜４５の上に、導電膜４６としてポリシリコン膜を形成する。そして、導電膜４６の上にレジスト膜４７を形成する。
【００３２】
以上により、図２のステップＳ１１における電子ビーム露光までの製造工程が終了する。
【００３３】
次に、図２のステップＳ１２において、電子ビーム露光を用いたパターンの形成を行う。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように、トランジスタのゲート電極を形成する部分のレジスト膜４７に電子ビームＥＢを照射する。
【００３５】
その後、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜４７を現像処理して、ゲート電極形状のレジストパターン４７ａを形成する。そして、このレジストパターン４７ａをマスクとしてとして導電膜４６をドライエッチングすることにより、幅がＷ0及び長さがＬ0のゲート電極４６ａを形成する。
【００３６】
その後、レジストパターン４７ａは除去される。
【００３７】
以上により、図２のステップＳ１２の電子ビーム露光を用いたパターン（ゲート電極）の形成が完了する。
【００３８】
次に、図２のステップＳ１３において、ウエハ加工部１（図１参照）はウエハ１１に対して電子ビーム露光工程後の加工を実施する。
【００３９】
まず、ゲート電極４６ａをマスクとした不純物のイオン注入により、トランジスタのソース／ドレイン領域を形成してトランジスタを作製する。その後、トランジスタの上に層間絶縁膜、プラグ及び配線を形成して半導体装置を完成させる。
【００４０】
その後、半導体装置が形成されたウエハ４１を半導体チップに切り分ける。
【００４１】
以上により、ステップＳ１３の電子ビーム露光工程後の加工が完了する。
【００４２】
次に、ステップＳ１４において、半導体試験装置２により半導体チップの電気的特性の測定を行う。ここでは、トランジスタのソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極にそれぞれ所定の電圧を印加したときに流れるドレイン電流量（ドレイン電流特性）や、トランジスタのしきい値電圧、信号伝搬遅延特性、最大動作周波数、ノイズレベル、積分非直線性及び微分非直線性等の電気特性を測定する。ここで、電気的特性が所定の基準値に収まる半導体チップは良品として払い出され、それ以外の半導体チップは不良品として取り除かれる。また、半導体チップの電気特性の測定結果は、半導体チップのウエハ内での位置の情報とともに制御部３（図１参照）に入力される。
【００４３】
次に、ステップＳ１５に移行して、半導体製造装置１０の制御部３は良品として払い出された半導体チップの数が予め設定された良品数に到達したか否か判断する。そして、制御部３が半導体チップの良品数が十分な数に到達したと判断した場合（ＹＥＳ）には、半導体装置の製造を終了する。一方、制御部３が半導体チップの良品数が十分ではない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップＳ２０に移行する。
【００４４】
次のステップＳ２０では、制御部３が半導体チップの電気特性の測定結果に基づいて、電子ビーム露光データの修正を行う。以下、ステップＳ２０の電子ビーム露光データの修正方法について具体的に説明する。
【００４５】
図４は、図２のステップＳ２０における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、ステップＳ２１において、制御部３の大域ばらつき抽出部３１が、ウエハ上の半導体チップの位置と電気特性の測定結果に基づいて、半導体上の位置に依存したばらつき成分である大域ばらつきを抽出する。
【００４７】
ここでは、最小二乗法により近似曲面を求めることで大域ばらつきを抽出する。
【００４８】
なお、より簡易的に、ウエハ面上で直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の直線に沿った電気特性のばらつきを抽出して、それぞれの近似曲線（又は近似直線）をＸ方向及びＹ方向の大域ばらつきとして求めてもよい。
【００４９】
図５（ａ）はウエハの中心を通り、所定方向（Ｘ方向）に延在する直線に沿ったドレイン電流特性の分布を示すグラフであり、図５（ｂ）は図５（ａ）の直線とウエハの中心で直交する直線（Ｙ方向）に沿ったドレイン電流特性の分布の一例を示すグラフである。
【００５０】
ここでは、図５（ａ）に示すドレイン電流特性の分布については、最小二乗法により近似直線を求め、これをＸ方向の大域ばらつきとして抽出する。
【００５１】
また、図５（ｂ）に示すドレイン電流特性の分布については、最小二乗法により近似曲線を求め、これをＹ方向の大域ばらつきとして抽出する。
【００５２】
なお、本実施形態の大域ばらつきの抽出方法は上記の最小二乗法以外に、下記の方法で求めてもよい。
【００５３】
図６（ａ）〜（ｄ）は、逆フーリエ変換によるローパスフィルタを利用した大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【００５４】
この方法では、図６（ａ）に示す電気的特性の分布に対して、まずフーリエ変換を行い、図６（ｂ）に示すように周波数毎の振幅の分布を求める。
【００５５】
次に、図６（ｃ）に示すように、周波数毎の振幅の分布から、所定の周波数以下の成分を抽出する。
【００５６】
その後、図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）の周波数成分を逆フーリエ変換する。これは、電気特性のばらつきに対してローパスフィルタをかけたことに相当し、図６（ａ）の電気特性のばらつきから局所ばらつきに由来する高周波成分が取り除かれて、大域ばらつきが得られる。
【００５７】
図７（ａ）〜（ｃ）は、複数のウエハのばらつきに基づいた大域ばらつきの抽出方法を示す図である。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、この方法では、まず過去のウエハの電気特性のばらつきのデータを抽出する。
【００５９】
次に、図７（ｂ）に示すような、一定範囲の過去のデータについて等しい重み付け係数を与える関数を図７（ａ）のデータに畳み込んで大域ばらつきを求める。
【００６０】
ここでは、図示のように過去１０回分のウエハのデータについて等しい重み付け係数１を与え、それ以外のデータについての重み付け係数が０の関数を図７（ａ）のデータに畳み込む。これは、過去１０回分のウエハのデータについて移動平均を取ることに相当し、このような平均化によりランダムに発生する局所ばらつきが除去されて大域ばらつきが得られる。移動平均に用いる過去のデータ数は１０に限らず、局所ばらつきを平均化するのに十分な数を適宜選択してよい。
【００６１】
なお、図７（ｂ）に示す関数に代えて、図７（ｃ）に示すような関数を用いて大域ばらつきを求めてもよい。図７（ｃ）の関数では、より近い過去のデータほど重み付け係数が大きくなっている。そのため、図７（ｃ）の関数を図７（ａ）に畳み込む場合には、最近のウエハのデータを重視した大域ばらつきが求まる。
【００６２】
以上により、図４のステップＳ２１での大域ばらつきの抽出が完了する。
【００６３】
次に、図４のステップＳ２２に移行して、制御部３の特性比較部３３（図１参照）が目標特性値記憶部３２から目標特性データを読み出す。そして、ウエハ上の各位置における電気特性の目標値と大域ばらつきとの差分を求める。
【００６４】
例えば、図５（ａ）に示すドレイン電流特性のばらつきの場合には、ウエハ上のＸ方向の各位置において、ドレイン電流の目標値Ｉdsと大域ばらつきとの差分ΔＩd（Ｘ）を求める。また、図５（ｂ）に示すドレイン電流のばらつきについては、ウエハ上のＹ方向の各位置でのドレイン電流の目標値Ｉdsと大域ばらつきとの差分ΔＩd（Ｙ）を求める。
【００６５】
次に、図４のステップＳ２３において、制御部３の露光データ修正部３４（図１参照）は、ステップＳ２２で求めた差分が少なくなるように、ウエハ上の各位置で電子ビーム露光データを修正する。
【００６６】
ここで、トランジスタのドレイン電流Ｉdは、ゲート電極の幅をＷ、長さをＬ、チャネルの移動度をμ0（ｃｍ2／Ｖ・ｓ）、単位面積当たりのゲート絶縁膜の静電容量Ｃox（Ｆ／ｃｍ2）、トランジスタのしきい値電圧をＶth（Ｖ）、ゲート電圧をＶGS、ドレインの電圧をＶDSとすると、下記の式で表される。
【００６７】
【数１】
上記（１）式のように、ドレイン電流Ｉdの値は、ゲート電極の幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌによって変えることができる。
【００６８】
そこで本実施形態では、ドレイン電流Ｉdが目標値よりも大きい部分では、目標値との差分ΔＩd（Ｘ）、ΔＩd（Ｙ）に応じた量だけゲート幅と長さの比Ｗ／Ｌを減少させる。すなわち、図８（ａ）に示すように、ゲート電極の幅Ｗを当初の幅Ｗ0より短い幅Ｗ1に修正し、ゲート電極の長さＬを当初の長さＬ0よりも長いＬ1に修正する。
【００６９】
また、ドレイン電流Ｉdが目標値よりも小さい部分では、目標値との差分ΔＩd（Ｘ）、ΔＩd（Ｙ）に応じた量だけゲート幅と長さの比Ｗ／Ｌを増加させる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、ゲート電極の幅Ｗを当初の幅Ｗ0よりも大きな幅Ｗ2に修正し、ゲート電極の長さＬを当初の長さＬ0よりも短い長さＬ2に修正する。
【００７０】
なお、ゲート電極の幅Ｗ及び長さＬの何れか一方のみを修正してもよい。
【００７１】
このようにして、電子ビーム露光データに対して、大域ばらつきと目標値との差分を減少させる修正が行われ、ステップＳ２３が完了する。
【００７２】
その後、図２のステップＳ１１に移行して、次のウエハの加工を行う。
【００７３】
以上のように、本実施形態によれば、電子ビーム露光データの修正を行うことでウエハ面内での半導体装置の電気特性のばらつきが抑制される。そのため、露光、イオン注入、アニール、成膜、ＣＭＰ等の各々の工程で個別に製造条件を最適化する場合に比べて、ばらつきの抑制に要する作業工数及びコストを大幅に削減できる。
【００７４】
また、ウエハの加工の毎に行われる半導体試験の結果を電子ビーム露光データの修正に用いるため、ウエハ面内のばらつきだけでなく、各工程に用いる装置の劣化などを含む経時的なプロセス条件の変動にも対応できる。
【００７５】
なお、上記の説明ではウエハ面内のチップ間の特性のばらつきの修正を行う場合について説明したが、本実施形態の方法を、各チップ面内での電気特性のばらつきの抑制に適用してもよい。
【００７６】
（電子ビーム露光データの修正方法の変形例）
図９は、図４の電子ビーム露光データの修正方法の変形例を示すフローチャートである。
【００７７】
図９に示すように、本変形例では、まずステップＳ３１において大域ばらつきを抽出し、続くステップＳ３２において大域ばらつきと目標特性との差分を求める。ここまでの工程は、図４のステップＳ２１及びステップＳ２２と同様である。
【００７８】
次のステップＳ３３において、制御部３の電子ビーム露光データ修正部は、目標特性データの目標値と大域ばらつきとの差分がウエハ上の全域で許容範囲内に入るか否かを判断する。ここで、目標値と大域ばらつきとの差分がウエハ上の全ての部分で許容範囲内に入ると判断された場合（ＹＥＳ）には、電子ビーム露光データの修正を行わず、前回の露光に用いた電子ビーム露光データをそのまま利用する。
【００７９】
一方、ステップＳ３３において、目標値と大域ばらつきとの差分が許容範囲内に入らない半導体チップがあると判断された場合（ＮＯ）には、ステップＳ３４に移行する。
【００８０】
次のステップＳ３４では、図６のステップＳ２３と同様の方法で、電子ビーム露光データの修正を行う。
【００８１】
以上のように、本変形例では、目標値と大域ばらつきとの差分が許容範囲内に入る場合に電子ビーム露光データの修正を省略する。そのため、電子ビーム露光データの修正に要する時間を節約でき、スループットが向上する。
【００８２】
（第２実施形態）
図１０は、図２〜図９を参照しつつ説明した半導体装置の製造方法において、ウエハロットを変更した場合のトランジスタのドレイン電流特性の変動を示す図である。
【００８３】
図１０に示すように、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法では、ウエハのロットを変えた直後に、半導体装置の電気特性（トランジスタのドレイン電流）の平均値が大きく変化する。これは、異なるロットのウエハ間で不純物濃度が相違し、その不純物濃度の差の分だけ、半導体装置のドレイン電流が変化するためである。
【００８４】
なお、ロット変更後の２枚目以降のウエハについては、電子ビーム露光データに対する修正が行われるため、ウエハの処理数の増加に伴って電気特性の変動が収束する。
【００８５】
しかし、ロット変更直後のウエハについては電子ビーム露光データの修正が間に合わず、半導体装置の製造歩留まりが低下してしまう。
【００８６】
そこで、以下の第２実施形態ではウエハのロット変更を行った直後の半導体装置の電気的特性の変動を抑制できる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法について説明する。
【００８７】
図１１は、第２実施形態に係る半導体製造装置のブロック図であり、図１２は第２実施形態に係る半導体装置の製造方法における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【００８８】
図１１に示す半導体製造装置２０は、制御部３において、大域ばらつき抽出部３１と特性比較部３３との間にロット間オフセット加算部３５が設けられている点で、図１に示す半導体製造装置１０と相違する。
【００８９】
このロット間オフセット加算部３５は、例えば、ロット変更前のウエハの不純物濃度と、ロット変更後のウエハの不純物濃度とに基づいて、ロット変更の前後で発生する電気特性の変化（ロット間オフセット）を算出する。そして、ロットの変更後の最初のウエハの加工に先立って、算出されたロット間オフセットを大域ばらつき抽出部３１で検出した大域ばらつきに加算して特性比較部３３に出力する。
【００９０】
なお、半導体製造装置２０のその他の構成は、図１の半導体製造装置１０と同様であり、同一の構成には同一符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法も、電子ビーム露光データの修正方法（ステップＳ２０）を除いて図２を参照しつつ説明した半導体装置の製造方法と同様である。
【００９１】
以下、本実施形態に係る電子ビーム露光データの修正方法について説明する。
【００９２】
図１２は、本実施形態における電子ビーム露光データの修正方法を示すフローチャートである。
【００９３】
図１２に示すように、まず、ステップＳ４１において制御部３の大域ばらつき抽出部３１が大域ばらつきを抽出する。なお、ステップＳ４１の大域ばらつきの抽出方法は、図４のステップＳ２１の大域ばらつきの抽出と同様の方法で行われる。
【００９４】
次に、ステップＳ４２において、制御部３のロット間オフセット加算部３５が、ロット変更前のウエハの不純物濃度と、ロット変更後のウエハの不純物濃度とに基づいて、ロット変更の前後で発生する電気的特性の変化（ロット間オフセット）を算出する。なお、ロット間オフセットの値はウエハ面内の全域で均一であるものとする。次いで、このロット間オフセットを大域ばらつきに加算して特性比較部３３に出力する。
【００９５】
次に、ステップＳ４３において、制御部３の特性比較部３３が目標特性記憶部３２から目標特性データを読み込み、大域ばらつき及びロット間オフセットの加算結果と電気特性の目標値との差分を求める。
【００９６】
その後、ステップＳ４４において、制御部３の露光データ修正部３４が大域ばらつき及びロット間オフセットの加算結果と電気特性の目標値との差分が小さくなるように電子ビーム露光データの修正を行う。
【００９７】
このように、本実施形態では、ロット変更後の最初のウエハの処理に先立って、ロット間の不純物濃度の差に応じた電子ビーム露光データの修正を行うため、ロット変更直後の最初のウエハの電気特性の変動が抑制される。そのため、ロット変更直後のウエハでの製造歩留まりの低下を防止できる。
【００９８】
（その他の実施形態）
上記の説明ではトランジスタのドレイン電流のばらつきを抑制する場合を例に説明したが、本実施形態はドレイン電流以外の様々な電気特性のばらつきの抑制にも適用できる。
【００９９】
論理回路等に含まれるトランジスタの遅延時間や動作速度は、トランジスタのドレイン電流の大きさに依存する。そのため、遅延時間や動作速度のばらつきは、ドレイン電流の抑制のときと同様に、電子ビーム露光データのゲート電極の幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌの修正で抑制できる。
【０１００】
また、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器などのアナログ回路に用いられるトランジスタのノイズ、積分非直線性（Integral Non-Linearity; INL）及び微分非直線性（Differential Non-Linearity; DNL）は、トランジスタのゲート電極の面積が増大すると減少することが知られている。
【０１０１】
そこで、半導体試験装置２によるノイズ、積分非直線性及び微分非直線性の測定の結果、ノイズ特性等が所定の基準値を上回る部分について、電子ビーム露光データにおいて、トランジスタのゲート電極の面積を増加させる修正を行なってもよい。
【０１０２】
さらに、半導体装置内の電源配線及びグランド配線のインピーダンス特性は、コンタクトプラグの配置数や配線パターンの幅等によって変化することが知られている。
【０１０３】
そこで、半導体装置のコンタクトプラグや配線パターンを電子ビーム露光装置１３を用いて形成し、その際に用いる電子ビーム露光データ中のコンタクトプラグの並列数や配線パターンの幅をインピーダンス特性のばらつきに応じて修正してもよい。
【０１０４】
この場合には、電源配線及びグランド配線のインピーダンス特性が目標値を下回る部分について、コンタクトプラグの配置数を減少させることで、電子ビーム露光工程での電子ビームのショット回数を減らして処理時間の短縮を図ってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１…ウエハ処理部、２…半導体試験装置、３…制御部、１０、２０…半導体製造装置、１１…光学式露光装置、１２…イオン注入装置、１３…電子ビーム露光装置、１４…アニール装置、１５…成膜装置、１６…ＣＭＰ装置、１７…ダイシング装置、３１…大域ばらつき抽出部、３２…目標特性記憶部、３３…特性比較部、３４…露光データ修正部、３５…ロット間オフセット加算部、４１…ウエハ、４２…素子分離絶縁膜、４３…ウェル、４４…チャネル領域、４５…ゲート絶縁膜、４６…導電膜、４７…レジスト膜、４６ａ…ゲート電極、４７ａ…レジストパターン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを照射してパターンの露光を行う電子ビーム露光装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
ウエハ上に前記電子ビーム露光装置によるパターン形成を含む加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工工程と、
前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験工程と、
前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う露光データ修正工程と、を有し、
前記ウエハ加工工程と、前記半導体試験工程と、前記露光データ修正工程とを繰り返し行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記露光データ修正工程は、
前記半導体装置の電気特性のばらつきから前記ウエハの位置に依存した成分である大域ばらつきを抽出する工程と、
前記ウエハ上の各部において、前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分を求める工程と、
前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状を修正する工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電子ビーム露光装置は前記半導体装置に含まれるトランジスタのゲート電極の形成に用いられることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記電気特性は前記トランジスタのゲート電極に所定のゲート電圧を印加したときに流れるドレイン電流量であり、
前記露光データ修正工程において、前記ドレイン電流量のばらつきが少なくなるように、前記ウエハ面内の各部における前記ゲート電極の幅Ｗと長さＬとの比Ｗ／Ｌを修正することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記電気特性は前記トランジスタのノイズ又は非直線性であり、
前記露光データ修正工程において、前記トランジスタのノイズ又は非直線性が所定の基準値を上回る部分について、前記ゲート電極の面積を増加させる修正を行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記露光データ修正工程は、ウエハロットの変更に伴う前記半導体装置の特性の変化量であるロット間オフセットを前記大域ばらつきに加算するロット間オフセット加算工程を有し、
前記ロット間オフセット及び前記大域ばらつきの加算値と、前記電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状の修正を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ウエハに電子ビームを照射してパターンを露光する電子ビーム露光装置を含み、前記ウエハに加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工部と、
前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験装置と、
前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う制御部と、
を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記半導体装置の電気特性のばらつきから前記ウエハの位置に依存した成分である大域ばらつきを抽出する大域ばらつき抽出部と、
ウエハ上の各位置における前記半導体装置の電気特性の目標値を記憶する想定特性記憶部と、
前記ウエハ上の各部において、前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分を算出する特性比較部と、
前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状を修正する露光データ修正部と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記電子ビーム露光装置は前記半導体装置に含まれるトランジスタのゲート電極の形成に用いられることを特徴とする請求項８に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記電気特性は前記トランジスタのゲート電極に所定のゲート電圧を印加したときに流れるドレイン電流量であり、
前記露光データ修正部は、前記ドレイン電流量のばらつきが少なくなるように、前記ウエハ面内の各部における前記ゲート電極の幅Ｗと長さＬとの比Ｗ／Ｌを修正することを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
前記電気特性は前記トランジスタのノイズ又は非直線性であり、
前記露光データ修正部は、前記トランジスタのノイズ又は非直線性が所定の基準値を上回る部分について、前記ゲート電極の面積を増加させる修正を行うことを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１２】
前記制御部は、ウエハロットの変更に伴う前記半導体装置の特性の変化量であるロット間オフセットを前記大域ばらつきに加算するロット間オフセット加算部を有し、
前記制御部の前記露光データ修正部は、ロット間オフセット及び前記大域ばらつきの加算値と、前記電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状の修正を行うことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項１】
電子ビームを照射してパターンの露光を行う電子ビーム露光装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
ウエハ上に前記電子ビーム露光装置によるパターン形成を含む加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工工程と、
前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験工程と、
前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う露光データ修正工程と、を有し、
前記ウエハ加工工程と、前記半導体試験工程と、前記露光データ修正工程とを繰り返し行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記露光データ修正工程は、
前記半導体装置の電気特性のばらつきから前記ウエハの位置に依存した成分である大域ばらつきを抽出する工程と、
前記ウエハ上の各部において、前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分を求める工程と、
前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状を修正する工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電子ビーム露光装置は前記半導体装置に含まれるトランジスタのゲート電極の形成に用いられることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記電気特性は前記トランジスタのゲート電極に所定のゲート電圧を印加したときに流れるドレイン電流量であり、
前記露光データ修正工程において、前記ドレイン電流量のばらつきが少なくなるように、前記ウエハ面内の各部における前記ゲート電極の幅Ｗと長さＬとの比Ｗ／Ｌを修正することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記電気特性は前記トランジスタのノイズ又は非直線性であり、
前記露光データ修正工程において、前記トランジスタのノイズ又は非直線性が所定の基準値を上回る部分について、前記ゲート電極の面積を増加させる修正を行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記露光データ修正工程は、ウエハロットの変更に伴う前記半導体装置の特性の変化量であるロット間オフセットを前記大域ばらつきに加算するロット間オフセット加算工程を有し、
前記ロット間オフセット及び前記大域ばらつきの加算値と、前記電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状の修正を行うことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ウエハに電子ビームを照射してパターンを露光する電子ビーム露光装置を含み、前記ウエハに加工を行なって半導体装置を形成するウエハ加工部と、
前記半導体装置の電気特性を測定する半導体試験装置と、
前記半導体装置の電気特性の前記ウエハ面内のばらつきに基づいて前記電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム露光データの修正を行う制御部と、
を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記半導体装置の電気特性のばらつきから前記ウエハの位置に依存した成分である大域ばらつきを抽出する大域ばらつき抽出部と、
ウエハ上の各位置における前記半導体装置の電気特性の目標値を記憶する想定特性記憶部と、
前記ウエハ上の各部において、前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分を算出する特性比較部と、
前記大域ばらつきと電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状を修正する露光データ修正部と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記電子ビーム露光装置は前記半導体装置に含まれるトランジスタのゲート電極の形成に用いられることを特徴とする請求項８に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記電気特性は前記トランジスタのゲート電極に所定のゲート電圧を印加したときに流れるドレイン電流量であり、
前記露光データ修正部は、前記ドレイン電流量のばらつきが少なくなるように、前記ウエハ面内の各部における前記ゲート電極の幅Ｗと長さＬとの比Ｗ／Ｌを修正することを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
前記電気特性は前記トランジスタのノイズ又は非直線性であり、
前記露光データ修正部は、前記トランジスタのノイズ又は非直線性が所定の基準値を上回る部分について、前記ゲート電極の面積を増加させる修正を行うことを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１２】
前記制御部は、ウエハロットの変更に伴う前記半導体装置の特性の変化量であるロット間オフセットを前記大域ばらつきに加算するロット間オフセット加算部を有し、
前記制御部の前記露光データ修正部は、ロット間オフセット及び前記大域ばらつきの加算値と、前記電気特性の目標値との差分に基づいて前記電子ビーム露光データのパターンの形状の修正を行うことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０２０７４（Ｐ２０１３−１０２０７４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５４０６（Ｐ２０１１−２４５４０６）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
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