JP2008218516A - パターン評価方法、評価マーク、それを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】側壁残し法の寸法誤差を簡易に測定評価する方法を提供する。
【解決手段】パターン評価方法は、ダミーパターンに側壁絶縁膜を形成した後に、ダミーパターンを除去してパターン評価用マスクを形成し、あるいはこのパターン評価用マスクを用いて下地膜をエッチングして、パターン評価用マークを形成し、上記の評価用マスク、あるいは評価用マークに関して、その相対位置を計測し、夫々の基準位置からのずれを評価する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、微細パターンの評価方法、その評価マーク、それを用いた半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の微細化は、リソグラフィ技術に大きく依存する。そのため、リソグラフィの解像限界を超える微細な幅を有するラインアンドスペースパターンを形成することは、一般的には困難である。このような問題に対して、解像限界を超える微細パターンの形成方法として、所謂側壁残し法と呼ばれる方法が提案されている（例えば、特許文献１、図１〜図３参照）。

この技術は、例えば、配線層上にレジスト等を用いたリソグラフィでダミーパターンを形成し、このダミーパターンを覆う絶縁膜を形成後、ＲＩＥ等の異方性エッチングを行なう。これによりダミーパターンの側壁に側壁絶縁膜を残存させ、その後ダミーパターンを除去する。残置された側壁絶縁膜をマスクとして配線層をエッチングすることにより、微細配線パターンが形成される。

上記の方法によって、微細化パターンを形成することはできるが、例えば、レジストパターンの寸法誤差や、マスクである側壁絶縁膜の形状に依存する下地配線層のエッチングレートのばらつきに起因して、形成されたラインアンドスペースパターンの寸法が1個おきに変化する現象が発生する。

上記の如き誤差の影響を簡単に短時間で計測し、その結果をプロセスにフィードバックすることによって、側壁残しプロセスの品質を改善する必要がある。このような目的のために、パターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて検査することもできるが、ＳＥＭの計測は一般的に時間がかかるので、基板内の多数の点に関する情報を収集するには不向きである。
特開２００２−２８０３８８号公報

本発明は、上記の如き状況に鑑みて為されたもので、ＳＥＭを用いるよりもより簡単に、側壁残しプロセスの不具合に起因する寸法誤差を測定・評価する方法と、その評価マーク、それを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のパターン評価方法は、第１の下地膜が第２の下地膜の上面に形成された半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板にレジストを塗布し、所定のパターンを成すように露光する工程と、前記露光された半導体基板を現像してレジストマスクを形成する工程と、前記レジストマスクを用いて、前記第１の下地膜をエッチングしてダミーパターンを形成する工程と、前記ダミーパターンに側壁絶縁膜を形成する工程と、前記側壁絶縁膜形成後に、前記ダミーパターンを除去する工程と、
前記側壁絶縁膜を用いて前記第２の下地膜をエッチングして、パターン評価用マークを形成し評価する工程とを具備し、前記ダミーパターンに側壁絶縁膜を形成する工程は、前記側壁絶縁膜は湾曲面と垂直面とからなる断面形状を有し、第１の方向に前記湾曲面がある少なくとも１対の第１の側壁絶縁膜と、前記第１の方向と逆向きの第２の方向に前記湾曲面がある少なくとも１対の第２の側壁絶縁膜を、前記ダミーパターンの側壁に形成する工程を含み、前記ダミーパターンを除去する工程は、前記ダミーパターンを除去して、夫々が一対の前記第１及び第２の側壁絶縁膜を前記第２の下地膜上に残置する工程を含み、前記側壁絶縁膜を用いて前記第２の下地膜をエッチングして、パターン評価用マークを形成し評価する工程は、前記第１の側壁絶縁膜から形成された第１のマスクと、前記第２の側壁絶縁膜から形成された第２のマスクを用いて前記第２の下地膜をエッチングし、前記第２の下地膜に、前記第１のマスクに対応して形成された第１のマークと、前記第２のマスクに対応して形成された第２のマークとを形成するサブ工程と、前記第１及び第２のマスク、あるいは前記第１及び第２のマークに関して、その相対位置を計測し、夫々の基準位置からのずれを評価するサブ工程とを具備することを特徴とする。

また、本発明のパターン評価用マークは、垂直面から成る第１の側面と、湾曲面から成り前記第１の側面に平行する第２の側面とを有する第１の直線パターンが対を成す第１のマークと、前記第１の直線パターンの前記第２の側面に対向しつつ平行する湾曲面からなる第３の側面と、垂直面からなり前記第３の側面に平行する第４の側面を有する第２の直線パターンが対を成す第２のマークとを具備することを特徴とする。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、第１の下地膜が第２の下地膜の上面に形成された半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板にレジストを塗布し、所定のパターンを成すように露光する工程と、前記露光された半導体基板を現像してレジストマスクを形成する工程と、前記レジストマスクに対して、スリミングを実施する選択的な工程と、前記現像若しくはさらにスリミングされたレジストマスクを用いて、前記第１の下地膜をエッチングしてダミーパターンを形成する工程と、前記ダミーパターンに側壁膜を形成する工程と、前記側壁膜形成後に、前記ダミーパターンを除去する工程と、前記側壁絶縁膜を用いて前記第２の下地膜をエッチングして、パターン評価用マスクを形成する工程と、前記パターン評価用マスクを用いて、第２の下地膜をエッチングして、前記パターン評価用マスクに対応したパターン評価用マークを形成する工程と、前記パターン評価用マーク計測して補正の要否を判定し、補正が必要な場合は、前記露光工程、若しくは前記スリミング工程、若しくは前記第１の下地膜のエッチング工程に補正値をフィードバックする工程を具備し、前記パターン評価用マスクは、垂直面から成る第１の側面と、湾曲面から成り前記第１の側面に平行する第２の側面とを有する第１の直線パターンが対を成す第１のマスクと、前記第１の直線パターンの前記第２の側面に対向しつつ平行する湾曲面からなる第３の側面と、垂直面からなり前記第３の側面に平行する第４の側面を有する第２の直線パターンが対を成す第２のマスクとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、ＳＥＭを用いるよりもはるかに簡単に、側壁残しプロセスの不具合に起因する寸法誤差を測定・評価することができる。本発明のパターン評価用マーク、パターン評価方法を用いて、半導体装置を製造すれば、効率の良いプロセスを確立することが可能になる。

本発明の実施形態を説明する前に、側壁残しプロセスにおけるラインアンドスペース寸法にばらつきが生じるメカニズムについて説明する。ラインアンドスペースパターンは、一般にレジストパターンを用いて被加工膜をエッチング加工するが、レジスト露光時のドーズ量によって、パターン寸法が変化する。また、スリミング技術を用いてマスク寸法を小さくする場合においても、寸法が変動する要因を含む。さらに、エッチング量（時間）によっても寸法が変動する。このような場合、簡易に寸法ばらつきを検査する方法があれば、工程条件に速やかにフィードバックすることができ、高歩留りで製造を行なうことが可能になる。

図３３は、一般的な側壁残しプロセスと、寸法変動が生じるメカニズムを摸式的に示した図である。図において、１は半導体基板、２は配線層、３は絶縁膜、４はレジストパターンである。等間隔ｔのラインアンドスペースパターンを製作する場合、レジストパターン４の幅はｔ、間隔は３ｔとする（図３３（ａ））。この時、レジストパターン４の幅がＴに変動した場合を図３３（ａ´）に示す。

このレジストパターン４を用いて、絶縁層３をＲＩＥ等を用いて異方性エッチングした結果を図３３（ｂ）、（ｂ´）に示す。ここで得られたパターンに対して、絶縁膜（不図示）をコートし、ＲＩＥを行なうことにより、側壁絶縁膜５を得る。この側壁絶縁膜の配線層２と接する面における幅は、ｔとなるように条件を調整する（図３３（ｃ）、（ｃ´））。

続いて絶縁膜パターン３を除去すると、図３３（ｄ）、（ｄ´）のように、側壁絶縁膜５のみが残置される。この側壁絶縁膜５を用いて配線層２に対してＲＩＥを行なうと、図３３（ｅ）では、ラインアンドスペース寸法がｔの配線パターンが得られる。一方、図３１（ｅ´）では、ライン寸法はｔであるが、スペース寸法が交互にＴ、ｔ´（＜Ｔ）となる。

本発明のパターン評価方法では、上記の如き寸法変化を容易に検出することができる。以下、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る評価パターン（ダミーパターン）の上面図である。幅広パターン１０１と、例えばラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）６４ｎｍの微細パターン１０２、三角パターン１０３の組み合わせになっている。図面の左、及び上に配置されたブロック１００ａでは、幅広パターン１０１を微細パターン１０２が、６４ｎｍの間隔を開けて挟んで形成されている。図面の右側及び下側のブロック１００ｂにおいては、１０１と１０２の間隔、及び１０２と１０３の間隔は６４ｎｍに設定されている。パターンの長さは、例えば２０ｎｍである。なお、三角パターンは必ずしも三角である必要は無く、直交する二辺が存在すればよく、方形にならない範囲で斜辺を変化させることができる。

評価方法としては、先ず図１に示すように、半導体基板（例えば、シリコン基板）１上に、第１の下地層としての配線層（例えば、Ａｌ，Ｃｕ層）２、第２の下地層としての絶縁層（例えば、シリコン酸化膜）３を順次形成する。次いで、レジストパターン１０１〜１０３を、絶縁層３の上に形成する。図２は、図１のＡ−Ａ´線に相当する断面図である。このレジストパターンを１０１〜１０３をマスクとして第２の下地層を異方性エッチングして絶縁層３よりなるダミーパターンを形成する。

続いて、周知の側壁残し法を適用して、図３のように絶縁層３よりなるダミーパターンの側面に側壁絶縁膜１０４を形成する。側壁絶縁膜としては、例えばシリコン窒化膜が使用される。このときの、Ａ−Ａ´線に沿った断面図を図４に示す。後の説明において理解が容易なように、右側の側壁絶縁膜は黒く塗りつぶし、左側の絶縁膜は白抜きで表示している。

さらに図５のように絶縁層３を剥離し、側壁絶縁膜１０４を残す。さらに基板全面にレジストを塗布して露光を行い、図７及び図８のようにレジストパターン１０５を形成した後、側壁絶縁膜１０４の露出部分をエッチングにより取り除く。さらにレジスト１０５を剥離すると図９に示された側壁パターンが基板上に残る。図６．８、１０は、夫々図５、７、９のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。

ここで注目すべきは、図１に示すような評価パターン（ダミーパターン）を用いて、その側壁に側壁絶縁膜を形成し、不要部分を除去すると、図９及び図１０に示すような側壁絶縁膜１０４からなるマスクが形成されることである。即ち、側壁絶縁膜（マスク）１０４は湾曲面と垂直面とからなる断面形状を有し、ダミーパターンに側壁絶縁膜を形成する工程は、第１の方向に湾曲面がある少なくとも１対の第１の側壁絶縁膜と、第１の方向と逆の第２の方向に湾曲面がある少なくとも１対の第２の側壁絶縁膜を、ダミーパターンの側壁に形成する工程を含み、ダミーパターンを除去する工程は、ダミーパターンを除去して、夫々が一対の第１及び第２の側壁絶縁膜を前記第２の下地膜上に残置する工程を含んでいる。尚、ここで、側壁絶縁膜（マスク）が「湾曲面」と「垂直面」の断面形状を有する旨の記載表現があるが、これは実施形態をより分かり易く説明するために便宜的に用いているものであり、実際の製造工程では図面通りの断面形状とはならないことは言うまでもない。

上記のようにして得られた第１及び第２の側壁絶縁膜からなる側壁パターンを、一般的な光学式の合わせずれ検査装置を用いて検査する。図９の側壁により形成される微細パターンの周期は、検査装置の顕微鏡の分解能以下であるため、測定画像は図１１のようになる。測定画像には内側の４個の矩形で構成される「インナーマーク」と外側の４個の矩形で構成される「アウターマーク」が存在する。ここで注目すべきは、インナーマークは黒で表示された側壁絶縁膜で外形が規定され、アウターマークは白で表示された側壁絶縁膜で外形が規定されることである。図１２は、図１１のＡ−Ａ´線に沿った測定画像のプロファイルである。

図１３は、側壁プロセスにおいて1個おきの側壁パターンの寸法（critical dimension:ＣＤ）変化があった場合の測定画像の変化を表している。図１４は、図１３のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。測定画像における各マークのエッジを規定する側壁パターンが、インナーマークとアウターマークで異なるため、１個おきのＣＤばらつき量の変化とともにインナーマークとアウターマークは、図１５に示すように、逆方向に移動することになる。このずれを光学式の合わせずれ検査装置で計測することにより、側壁残しプロセスの不具合に起因する寸法誤差が判明する。

上記のように、第１の実施形態においては、側壁残し手法で微細繰り返しパターンを形成する。即ち、側壁残しプロセスを用いて、インナーマークとアウターマークから構成される評価マークを形成し、1本おきのＣＤ変化がインナーマークとアウターマークの相対位置ずれとなるように構成する。この時発生する繰り返しパターンの１本おきのＣＤ変化の発生状況は、一般の光学式合わせずれ検査装置を用いて簡便かつ高速に評価できるので、短時間で結果を半導体装置の製造条件にフィードバックできる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、絶縁層パターン３の側壁絶縁膜１０４を用いて、ＣＤ変化を計測したが、絶縁層パターン３の下地層である配線層２の加工パターンを用いて、ＣＤ変化を計測しても良い。

図１６は、第２の実施形態に係る計測パターンの形成方法を示す、評価基板の断面図である。即ち、第１の実施形態同様に、半導体基板１上に配線層２を形成し、その上に絶縁層３を形成する。絶縁層３上にレジストパターン４を形成し、これをマスクとして絶縁層３を異方性エッチングする。得られた絶縁層パターン３に側壁絶縁膜１０４を形成し、その後、絶縁層パターン３を除去する。次いで、側壁絶縁膜１０４をマスクとして配線層２を異方性エッチングして、配線パターン２からなる評価マークを得る。

上記において、レジストパターン４を、第１の実施形態の図１のように構成すれば、評価マークとしての配線層パターン２を用いて、第１の実施形態と同様な計測を行なうことができ、同様な効果を奏することができる。

ここで、第２の実施形態で得られる評価マークは、垂直面から成る第１の側面と、湾曲面から成り第１の側面に平行する第２の側面とを有する第１の直線パターンが対を成す第１のマスクと、第１の直線パターンの第２の側面に対向しつつ平行する湾曲面からなる第３の側面と、垂直面からなり前記第３の側面に平行する第４の側面を有する第２の直線パターンが対を成す第２のマスクとを用いて（図１６（ｄ））、半導体基板上に形成された下地膜をエッチングすることにより形成された第１及び第２のマーク（図１６（ｅ））を具備する。

（第３の実施形態）
第１の実施形態の評価マークでは、６４ｎｍＬ／Ｓパターンを幅広パターン１０１、或いは三角パターン１０３の直交する２側面に１組配置したが、微細なＬ／Ｓパターンは多数本設けてもよい。第３の実施形態はこのような例に関する。

即ち、第３の実施形態では、図１７に示すように、図面の左、及び上に配置されたブロック２００ａでは、幅広パターン２０１を複数の微細パターン２０２が、例えば６４ｎｍの間隔を開けて挟んで形成されている。図面の右側及び下側のブロック２００ｂにおいては、幅広パターン２０１と３角パターン２０３に隣接して複数の微細パターン２０２が６４ｎｍの間隔で形成されている。パターンの長さは、例えば２０ｎｍである。図１８は、図１７のＡ−Ａ´線に沿った断面図で、第１の実施形態と同一箇所には同一番号を付して重複する説明は省略する。

上記のようなレジストパターン２０１〜２０３を絶縁層３上に形成後、周知の側壁残し法を適用して、図１９のように絶縁層３の側面に側壁絶縁膜２０４を形成する。側壁絶縁膜としては、例えばシリコン窒化膜が使用される。このときの、Ａ−Ａ´線に沿った断面図を図２０に示す。

さらに絶縁層３を除去し、側壁絶縁膜２０４を残す。さらに基板全面にレジストを塗布して露光を行い、図２１のようにレジストパターン２０５を形成し、側壁絶縁膜２０４の露出部分をエッチングにより取り除く。さらにレジストパターン２０５を剥離すると図２２に示された側壁パターン２０４が基板上に残る。

なお、図２２は、図２１の左右に対向するパターン部のみを取り出した図である。さらに、微細パターン部分には、夫々に側壁パターン２０４が形成されているが、図１９〜２２では最外周のもののみ太線で表示している。図２２のＢ−Ｂ´線に沿った詳細な断面図を図２３に示す。側壁絶縁膜２０４は、このように形成されている。

上記のようにして得られた側壁絶縁膜２０４によるパターンを、一般的な光学式の合わせずれ検査装置を用いて検査する。図２３に示す側壁絶縁膜２０４により形成される微細パターンの周期は、検査装置の顕微鏡の分解能以下であるため、測定画像は図１１と同様になる。即ち、測定画像には内側の４個の矩形で構成される「インナーマーク」と外側の４個の矩形で構成される「アウターマーク」が存在する。

図２４は、側壁プロセスにおいて1個おきの側壁パターンのＣＤ変化があった場合の測定画像の変化を表している。図２５は、図２４のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。測定画像における各マークのエッジを規定する側壁パターンが、インナーマークとアウターマークで異なるため、１個おきのＣＤばらつき量の変化とともにインナーマークとアウターマークは、図２４に示すように、逆方向に移動することになる。このずれを光学式の合わせずれ検査装置で計測することにより、側壁残しプロセスの不具合に起因する寸法誤差が判明する。

上記のように、第３の実施形態においては、側壁残し手法で複数の微細繰り返しパターンの一群を形成する。即ち、第１の実施形態と同様に、側壁残しプロセスを用いてインナーマークとアウターマークから構成される評価マークを形成し、1本おきのＣＤ変化がインナーマークとアウターマークの相対位置ずれとなるように構成する。この時発生する繰り返しパターンの１本おきのＣＤ変化の発生状況は、一般の光学式合わせずれ検査装置を用いて簡便かつ高速に評価できるので、短時間で結果を半導体装置の製造条件にフィードバックできる。

（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態においては、合わせずれ検査で用いられる、所謂バーインバータイプに類似な評価マークを用いた。本発明はこれに限るものではなく、ボックスインボックスタイプの評価マークを使用することもできる。第４の実施形態では、このような例を説明する。

図２６は、第４の実施形態で使用される評価パターン（ダミーパターン）の上面図である。中央の小さな正方形には、対角を結んで正方形を２分する三角パターン３０３が形成されている。小さな正方形を囲んで大きな正方形が形成され、両者に囲まれた環状部分には、複数のＬ／Ｓ微細パターンが夫々環状に平行して形成されている。図中の矢印は、Ｌ／Ｓの長手方向を示す。大きい正方形の右及び上部側辺には、幅広パターン３０１が形成されている。

なお、理解を容易にするために、三角パターン３０３と幅広パターン３０１にドットを付しているが、実際にドットが存在するわけではなく、領域を明示するために便宜的に付したものである。また、正方形は長方形でもよく、三角パターンは、第１の実施形態同様、必ずしも三角でなくても良い。

上記の評価パターン（ダミーパターン）を用いて、第１の実施形態の図３〜図１０と同様な工程を実施する。図２７は図２６のＡ−Ａ´線に沿った側壁の断面図で、側壁形成プロセスにおいて1個おきの側壁パターンの寸法変化（ＣＤ変化）があった場合の測定画像の変化を表している。即ち、環状パターン部分の、左側と右側では、矢印で示すように、逆方向にパターンの一群が移動することになる。このずれを光学式の合わせずれ検査装置で計測すると、図２８に示すような検査画像が得られる。図２８（ａ）は正常な場合、図２８（ｂ）はパターンずれが生じた場合である。このようにして、第１の実施形態同様、側壁残しプロセスの不具合に起因する寸法誤差を検出することができる。

上記のように、第４の実施形態においては、側壁残し手法で微細繰り返しパターンの一群をボックスインボックスタイプで形成し、1本おきのＣＤ変化が左側と右側（あるいは、上側と下側）の相対位置ずれとなるように構成する。この時発生する繰り返しパターンの１本おきのＣＤ変化の発生状況は、一般の光学式合わせずれ検査装置を用いて簡便かつ高速に評価できるので、短時間で結果を半導体装置の製造条件にフィードバックできる。

（第５の実施形態）
第４の実施形態では、ボックス内の環状部分に、複数の微細パターン３０２を形成したが、これを幅広パターンとすることもできる。図２９は第５の実施形態に係る評価マークの上面図である。第４の実施形態との相異は、ボックス内の環状部分で、三角パターン４０３に接しない部分を幅広パターン４０２としていることである。４０１も幅広パターンである。この評価マークは、第１の実施形態のバーインバータイプの変形例ということもできる。

上記の評価パターンを用いて、第１の実施形態の図３〜図１０と同様な工程を実施する。図３０は図２９のＡ−Ａ´線に沿った側壁の断面図で、側壁形成プロセスにおいて、側壁パターンの寸法変化（ＣＤ変化）があった場合の測定画像の変化を表している。本実施形態においては、４本の側壁パターンが観測されるのみであるが、環状パターン部分の左側の２本と右側の２本では、逆方向にパターンが移動することになる。このずれを光学式の合わせずれ検査装置で計測すると、図３１に示すような検査画像が得られる。図３１（ａ）は正常な場合、図３１（ｂ）はパターンずれが生じた場合である。このようにして、第１の実施形態同様、側壁残しプロセスの不具合に起因する寸法誤差を検出することができる。

上記のように、第５の実施形態においても、側壁残し手法で側壁パターンを幅広パターンのみで形成されるバーインバータイプで形成し、ＣＤ変化が左側と右側（あるいは、上側と下側）の相対位置ずれとなるように構成する。この時発生する側壁パターンのＣＤ変化の発生状況は、一般の光学式合わせずれ検査装置を用いて簡便かつ高速に評価できるので、短時間で結果を半導体装置の製造条件にフィードバックできる。

上記の第４及び第５の実施形態においても、図２６或いは図２９に示すような評価パターン（ダミーパターン）を用いて、その側壁に側壁絶縁膜を形成し、不要部分を除去すると、図２７或いは図３０に示すような側壁絶縁膜３０４或いは４０４からなるマスクが形成される。即ち、側壁絶縁膜（マスク）３０４或いは４０４は湾曲面と垂直面とからなる断面形状を有し、ダミーパターンに側壁絶縁膜を形成する工程は、第１の方向に湾曲面がある少なくとも１対の第１の側壁絶縁膜と、第１の方向と逆の第２の方向に湾曲面がある少なくとも１対の第２の側壁絶縁膜を、ダミーパターンの側壁に形成する工程を含み、ダミーパターンを除去する工程は、ダミーパターンを除去して、夫々が一対の第１及び第２の側壁絶縁膜３０４或いは４０４を前記第２の下地膜上に残置する工程を含んでいる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、第１〜第５の実施形態で説明したパターン評価方法を、半導体装置の製造方法に適用する例について説明する。図３２は、第６の実施形態に係る半導体装置製造方法を説明する為のフローチャートである。第１〜第５の実施形態では、ラインアンドスペースの配線パターンを例にとり説明したが、本発明は配線パターンに限定されるものではない。第６の実施形態でも、第１の実施形態の図１〜図１０に相当する工程を採用するが、参照番号３の層を下地膜１、参照番号２の層を下地膜２と称することにする。また、半導体製造工程中の随所に挿入される工程であるので、挿入される直前の工程を前工程、直後の工程を次工程とする。

まず、前工程（Ｓ５０１）より加工中の半導体基板が受け入れ、評価マークによる抜き取り検査を行なう。あるいは先行テストとして実施しても良い。加工中基板に対しレジストを塗布し（Ｓ５０２）、マスクを通じて露光する（Ｓ５０３）。これをベーク・現像し（Ｓ５０４）、レジストのスリミング処理を行なう（Ｓ５０５）。レジストを細らせる必要が特に無い場合は、この工程を省略することができる。

次に、現像／スリミングにより形成されたレジストパターンを用いて、下地膜１のエッチングを行ない（Ｓ５０６）、側壁を形成する（Ｓ５０７）。この側壁をマスクにして下地膜１を選択的に除去（異方性エッチング）する（Ｓ５０９）。エッチング加工により評価マークが形成された基板は、評価マークに検査に供され（Ｓ５１０）、合格した場合は、次工程に進むことができる（Ｓ５１１）。

評価マークの検査（Ｓ５１０）において不合格になった場合、その原因を推定し、エッチング量（時間）の補正が必要な場合は、補正量を算出し下地膜１のエッチング工程（Ｓ５０６）にフィードバックする（Ｓ５１０ａ）。スリミング量の補正が必要な場合は、補正値が算出されレジストスリミング工程（Ｓ５０５）にフィードバックされる（Ｓ５１０ｂ）。露光量の補正が必要な場合は、補正値が算出され露光工程（Ｓ５０３）にフィードバックされる。

上記のように、第６の実施形態によれば、評価マークの検査により不具合の状況が短時間で検出できるので、補正値を速やかに半導体装置の製造条件にフィードバックできる。

以上、本発明を実施形態を通じ説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に係る評価マークの上面図。 図１の評価マークを被加工膜形成基板のレジストパターンに応用した場合の半導体装置基板の断面図（図１のＡ−Ａ´線に沿った断面に相当）。 図１の評価マーク（レジストパターン）により加工された下地層に側壁を形成した後の上面図。 図３のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 図３の下地層を除去した後の上面図。 図５のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 図６に選択的にレジストパターンを形成した後の上面図。 図６のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 図７の状態でエッチングに供した後の上面図。 図９のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 図９の状態を検査装置に供した場合の検査画像。 図１１のＡ−Ａ´線に沿った検査画像のプロファイル。 一本置きに間隔が変化した場合の側壁パターン図。 図１３のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 図１３のＡ−Ａ´線に沿った検査画像のプロファイル。 第２の実施形態に係る評価マークの製造工程図。 第３の実施形態に係る評価マークの上面図。 図１７の評価マークを被加工膜形成基板のレジストパターンに応用した場合の半導体装置基板の断面図（図１７のＡ−Ａ´線に沿った断面に相当）。 図１７の評価マーク（レジストパターン）により加工された下地層に側壁を形成した後の上面図。 図１９のＡ−Ａ´線に沿った断面図。 図１９のレジストを除去した後、選択的にレジストパターンを形成した上面図。 図２１のレジストを除去した後の、上下のパターン群の図示を省略した左右のみのパターン図。 図２２のＢ−Ｂ´線に沿った断面図。 側壁パターン１本置きに間隔変化があった場合の微細パターンの一群の移動方向を示す図。 図２４のＢ−Ｂ´線に沿った断面図。 第４の実施形態に係る評価パターンの上面図。 図２６のＡ−Ａ´線上での側壁微細パターンの一群の移動方向を示す断面図。 第４の実施形態における検査画像で、（ａ）は正常時、（ｂ）は１本おきに間隔変化が生じた場合を夫々示す。 第５の実施形態に係る評価マークの上面図。 図２９のＡ−Ａ´線上での側壁微細パターンの一群の移動方向を示す断面図。 第５の実施形態における検査画像で、（ａ）は正常時、（ｂ）は１本おきに間隔変化が生じた場合を夫々示す。 第６の実施形態に係る半導体製造装置のプロセスフローチャート。 側壁残し法でラインアンドスペースパターンを形成する場合に、１本おきに間隔変化が生じる原因を説明する為の図。

符号の説明

１…半導体基板
２…絶縁層（下地層１）
３…配線層（下地層２）
４…レジスト層
５…側壁絶縁層
１００ａ、１００ｂ、２００ａ、２００ｂ、３００ａ、３００ｂ、４００ａ、４００ｂ…パターン群
１０１，２０１，３０１、４０１、４０２…幅広パターン
１０２，２０２，３０２…微細パターン
１０３，２０３，３０３，４０３…三角パターン
１０４，２０４，３０４，４０４…側壁パターン

Claims (5)

1. 第１の下地膜が第２の下地膜の上面に形成された半導体基板を準備する工程と、
   前記半導体基板にレジストを塗布し、所定のパターンを成すように露光する工程と、
   前記露光された半導体基板を現像してレジストマスクを形成する工程と、
   前記レジストマスクを用いて、前記第１の下地膜をエッチングしてダミーパターンを形成する工程と、
   前記ダミーパターンに側壁絶縁膜を形成する工程と、
   前記側壁絶縁膜形成後に、前記ダミーパターンを除去する工程と、
   前記側壁絶縁膜を用いて前記第２の下地膜をエッチングして、パターン評価用マークを形成し評価する工程と、
   を具備し、
   前記ダミーパターンに側壁絶縁膜を形成する工程は、前記側壁絶縁膜は湾曲面と垂直面とからなる断面形状を有し、第１の方向に前記湾曲面がある少なくとも１対の第１の側壁絶縁膜と、前記第１の方向と逆向きの第２の方向に前記湾曲面がある少なくとも１対の第２の側壁絶縁膜を、前記ダミーパターンの側壁に形成する工程を含み、
   前記ダミーパターンを除去する工程は、前記ダミーパターンを除去して、夫々が一対の前記第１及び第２の側壁絶縁膜を前記第２の下地膜上に残置する工程を含み、
   前記側壁絶縁膜を用いて前記第２の下地膜をエッチングして、パターン評価用マークを形成し評価する工程は、
   前記第１の側壁絶縁膜から形成された第１のマスクと、前記第２の側壁絶縁膜から形成された第２のマスクを用いて前記第２の下地膜をエッチングし、前記第２の下地膜に、前記第１のマスクに対応して形成された第１のマークと、前記第２のマスクに対応して形成された第２のマークとを形成するサブ工程と、
   前記第１及び第２のマスク、あるいは前記第１及び第２のマークに関して、その相対位置を計測し、夫々の基準位置からのずれを評価するサブ工程と、
   を具備することを特徴とするパターン評価方法。
2. 前記第１及び第２のマスクは、夫々複数の第１若しくは第２の側壁絶縁膜を含み、
   前記相対位置を計測するサブ工程において、前記複数の第１若しくは第２の側壁絶縁膜の一群に対応して形成された前記第１及び第２のマスクを夫々一群として認識することを特徴とする請求項１に記載のパターン評価方法。
3. 前記第１と第２のマークは夫々が対を成し、前記第１のマークの対を包含するように、前記第２のマークの対が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のパターン評価方法。
4. 垂直面から成る第１の側面と、湾曲面から成り前記第１の側面に平行する第２の側面とを有する第１の直線パターンが対を成す第１のマスクと、前記第１の直線パターンの前記第２の側面に対向しつつ平行する湾曲面からなる第３の側面と、垂直面からなり前記第３の側面に平行する第４の側面を有する第２の直線パターンが対を成す第２のマスクとを用いて、半導体基板上に形成された下地膜をエッチングすることにより形成された第１及び第２のマークを具備することを特徴とするパターン評価用マーク。
5. 第１の下地膜が第２の下地膜の上面に形成された半導体基板を準備する工程と、
   前記半導体基板にレジストを塗布し、所定のパターンを成すように露光する工程と、
   前記露光された半導体基板を現像してレジストマスクを形成する工程と、
   前記レジストマスクに対して、スリミングを実施する選択的な工程と、
   前記現像若しくはさらにスリミングされたレジストマスクを用いて、前記第１の下地膜をエッチングしてダミーパターンを形成する工程と、
   前記ダミーパターンに側壁膜を形成する工程と、
   前記側壁膜形成後に、前記ダミーパターンを除去する工程と、
   前記側壁絶縁膜を用いて前記第２の下地膜をエッチングして、パターン評価用マスクを形成する工程と、
   前記パターン評価用マスクを用いて、第２の下地膜をエッチングして、前記パターン評価用マスクに対応したパターン評価用マークを形成する工程と、
   前記パターン評価用マーク計測して補正の要否を判定し、補正が必要な場合は、前記露光工程、若しくは前記スリミング工程、若しくは前記第１の下地膜のエッチング工程に補正値をフィードバックする工程を具備し、
   前記パターン評価用マスクは、
   垂直面から成る第１の側面と、湾曲面から成り前記第１の側面に平行する第２の側面とを有する第１の直線パターンが対を成す第１のマスクと、
   前記第１の直線パターンの前記第２の側面に対向しつつ平行する湾曲面からなる第３の側面と、垂直面からなり前記第３の側面に平行する第４の側面を有する第２の直線パターンが対を成す第２のマスクと、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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