JP2008235715A - プロセスモニター方法、プロセス制御方法、及びプロセスモニターマークの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】側壁転写プロセスにおけるプロセス変動を高精度にモニターできるプロセスモニターマークを用いたプロセスモニター方法を提供すること。
【解決手段】プロセスモニター方法は、半導体回路に形成される配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンA1,A2をスペースパターンA0或いは残しパターンを挟んで対に備えたレジストパターンであるプロセスモニターマークを、半導体回路の形成領域とは異なる箇所に形成し、対に備えられたラインアンドスペースパターンA1,A2の中心間距離を測定し、ラインアンドスペースパターンのラインパターンを細らせるスリミングを行い、スリミングの後に対に備えられたラインアンドスペースパターンA1,A2の中心間距離を測定し、スリミング前後のラインアンドスペースパターンA1,A2の中心間距離の変化量に基づいてラインパターンのスリミングによる寸法変化量を算出する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、半導体製造工程におけるプロセスモニター方法、プロセスモニターを利用したプロセス制御方法、及びプロセスモニターマークの形成方法に関するものである。

ハーフピッチ（ＨＰ）３０nm以降の世代のパターン転写技術として、倍ピッチ露光による側壁転写プロセスが検討されている（例えば、特許文献１参照。）。

側壁転写プロセスでは、露光後や加工後の寸法誤差、側壁膜厚の誤差が配線のピッチずれを引き起こし、合わせずれ誤差となる。そのため、側壁転写プロセスでは露光装置のアライメント誤差による合わせずれだけでは無く、寸法誤差起因によるパターンの転写ずれ（ピッチずれ）誤差を高精度に測定して管理し、さらにその測定結果に基づいてプロセスを制御する必要がある。
特開２００６−３０３０２２号公報

本発明は、側壁転写プロセスにおけるプロセス変動を高精度にモニターできるプロセスモニターマークの形成方法、該マークを用いたプロセスモニター方法、及び該方法を利用したプロセス制御方法を提供する。

この発明の第１の態様に係るプロセスモニター方法は、半導体回路に形成される配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンをスペースパターン或いは残しパターンを挟んで対に備えたレジストパターンであるプロセスモニターマークを形成する工程と、対に備えられた前記ラインアンドスペースパターン領域の中心間距離を測定する工程と、前記ラインアンドスペースパターン領域のラインパターンを細らせるスリミング工程と、前記スリミング工程の後に対に備えられた前記ラインアンドスペースパターン領域の中心間距離を測定する工程と、前記スリミング工程前後の前記ラインアンドスペースパターン領域の中心間距離の変化量に基づいて前記ラインパターンのスリミングによる寸法変化量を算出する工程とを含む。

この発明の第２の態様に係るプロセスモニター方法は、半導体回路に形成される配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンをスペースパターン或いは残しパターンを挟んで対に備えたダミーパターンであるプロセスモニターマークを形成する工程と、前記ダミーパターンの対に備えられた前記ラインアンドスペースパターン領域の第１の中心間距離を測定する工程と、前記ダミーパターンの側壁に側壁パターンを形成する工程と、前記側壁パターンの形成後に前記ダミーパターンを除去する工程と、前記ダミーパターンを除去した後に前記側壁パターンの対に形成されているラインアンドスペースパターン領域の第２の中心間距離を測定する工程と、前記第１の中心間距離と前記第２の中心間距離との変化量に基づいて前記側壁パターンのライン幅を算出する工程とを含む。

この発明の第３の態様に係るプロセス制御方法は、この発明の第１の態様に係るプロセスモニター方法によって算出した前記ラインパターンのスリミングによる寸法変化量に基づいて所望の寸法変化量となるようにスリミングを制御する。

この発明の第４の態様に係るプロセス制御方法は、この発明の第２の態様に係るプロセスモニター方法によって算出した前記側壁パターンのライン幅に基づいて所望のライン幅となるように側壁パターンの形成を制御する。

この発明の第５の態様に係るプロセスモニターマークの形成方法は、半導体回路に形成される配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンを、前記半導体回路が形成されない領域上にスペースパターン或いは残しパターンを挟んで対に配置する。

本発明によれば、側壁転写プロセスにおけるプロセス変動を高精度にモニターできるプロセスモニターマークの形成方法、該マークを用いたプロセスモニター方法、及び該方法を利用したプロセス制御方法を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、対応する部分には対応する符号を付し、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で示している。

(第１の実施形態)
本発明の第１の実施形態に関わるプロセスモニター方法を図１乃至図８を用いて説明する。以下では、半導体回路が形成されない領域上に形成されたレジストパターンであるプロセスモニターマークを利用したプロセスモニター方法の例を説明する。

図１に示すように、半導体チップ１００上の露光フィールド内には半導体回路１が形成される領域があり、本実施形態においては、半導体回路１の形成領域とは異なる箇所にレジストパターンであるプロセスモニターマーク１０を形成する。

プロセスモニターマーク１０は、例えば、ＢＳＧ（ボロンドープ酸化膜）、ＴＥＯＳ(珪酸エチル)等の酸化膜系の絶縁膜、或いはアモルファスシリコン等の下地材の上に形成したレジスト膜を露光及び現像して形成する。これらの下地材は、例えば、この後の第２の実施形態において詳細に説明する側壁転写プロセスにおけるダミーパターンが形成されるダミーパターン材料（マスク材）である。半導体回路１は最終的に半導体回路が形成される領域を示しており、本実施形態においてはまだ半導体回路は形成されていない。

プロセスモニターマーク１０は、例えば、図２に示すような平面形状をしており、４つのプロセスモニターマークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄから構成されている。

プロセスモニターマークＡ及びＣは同様なマークである。図３は、プロセスモニターマークＡの図２の点線に沿った断面図である。プロセスモニターマークＣもプロセスモニターマークＡと同じ構成のレジストパターンである。例えば、プロセスモニターマークＡは、図３に示すように、半導体回路１に形成されることになる配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターン領域Ａ１とラインアンドスペースパターン領域Ａ２の対がスペースパターン領域Ａ０（白部）を挟んで配置されたレジストパターンである。

スペースパターン領域Ａ０の幅は、この後説明するように、光学式の合わせずれ検査装置によって、ラインアンドスペースパターン領域Ａ１とラインアンドスペースパターン領域Ａ２とを分離したものとして計測可能な程度の幅以上あればよく、例えば、５〜６μｍ程度であることが望ましい。

プロセスモニターマークＢ及びＤは同様なマークである。図４は、プロセスモニターマークＢの図２の点線に沿った断面図である。プロセスモニターマークＤもプロセスモニターマークＢと同じ構成のレジストパターンである。例えば、プロセスモニターマークＢは、図４に示すように、半導体回路１に形成されることになる配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターン領域Ｂ１とラインアンドスペースパターン領域Ｂ２の対が残しパターン領域Ｂ０（黒部）を挟んで配置されたレジストパターンである。

残しパターン領域Ｂ０の幅は、この後説明するように、光学式の合わせずれ検査装置によって、ラインアンドスペースパターン領域Ｂ１とラインアンドスペースパターン領域Ｂ２とを分離したものとして計測可能な程度の幅以上あればよく、例えば、５〜６μｍ程度であることが望ましい。

次に、プロセスモニターマークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、それぞれが対で備えているラインアンドスペースパターン領域の中心間距離を測定する。

具体的には、例えば、プロセスモニターマークＡの場合は、図５に示すように、ラインアンドスペースパターン領域Ａ１の中心位置Ｘ１及びラインアンドスペースパターン領域Ａ２の中心位置Ｘ２を計測する。ここで、中心位置の座標であるＸ１及びＸ２は、図面右側を＋方向にとった場合の値とし、以下においても同様である。

光学式の合わせずれ検査装置を用いるとラインアンドスペースパターン領域Ａ１及びＡ２はパターン周期が光学式合せずれ検査装置の分解能以下のため、パターン自体は識別できないが、パターンの開口率に応じた光強度分布が得られるので、スペースパターン領域Ａ０を介してそれぞれの領域Ａ１及びＡ２はマークとしては識別可能である。従って、それぞれの中心位置Ｘ１及びＸ２を計測することができ、Ｘ１とＸ２の差である中心間距離ΔＥ１＝Ｘ２−Ｘ１を測定することができる。

プロセスモニターマークＣの場合もこれと同様にして、ラインアンドスペースパターン領域Ｃ１及びＣ２の中心間距離を測定することができる。

また、プロセスモニターマークＢの場合も、図６に示すように、ラインアンドスペースパターン領域Ｂ１の中心位置Ｘ５及びラインアンドスペースパターン領域Ｂ２の中心位置Ｘ６を計測する。

光学式の合わせずれ検査装置を用いるとラインアンドスペースパターン領域Ｂ１及びＢ２はパターン周期が光学式合せずれ検査装置の分解能以下のため、パターン自体は識別できないが、パターンの開口率に応じた光強度分布が得られるので、残しパターン領域Ｂ０を介してそれぞれの領域Ｂ１及びＢ２はマークとして識別可能である。従って、それぞれの中心位置Ｘ５及びＸ６を計測することができ、Ｘ５とＸ６の差である中心間距離ΔＥ３＝Ｘ６−Ｘ５を測定することができる。

プロセスモニターマークＤの場合もこれと同様にして、ラインアンドスペースパターンＤ１及びＤ２の中心間距離を測定することができる。

次に、通常のスリミング技術を用いて、ラインアンドスペースパターン領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２を含んだ、半導体チップ１００上の全てのレジストパターンのライン幅が細くなるようなスリミングを実行する。

具体的には、図５に示されたラインアンドスペースパターン領域Ａ１及びＡ２のライン幅Ｗ１及びＷ２は、図７に示されるように、スリミングによって細くなりそれぞれＷ３及びＷ４となる。ラインアンドスペースパターン領域Ｃ１及びＣ２も同様である。また、図６に示されたラインアンドスペースパターン領域Ｂ１及びＢ２のライン幅Ｗ５及びＷ６は、図８に示されるように、それぞれＷ７及びＷ８となって細くなる。ラインアンドスペースパターン領域Ｄ１及びＤ２も同様である。

このスリミング工程では、所望のプロセス条件により、半導体回路１で配線パターンを形成するためのレジストのラインパターンがスリミングされるのと同時にラインアンドスペースパターン領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２のラインパターンもスリミングされる。従って、ラインアンドスペースパターン領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２は半導体回路１に形成する配線パターンのためのレジストラインパターンに対するプロセスモニターマークとして機能する。

そして、スリミング工程の後に再び、ラインアンドスペースパターン領域Ａ１及びＡ２の中心間距離、ラインアンドスペースパターン領域Ｃ１及びＣ２の中心間距離、ラインアンドスペースパターン領域Ｂ１及びＢ２の中心間距離、及びラインアンドスペースパターン領域Ｄ１及びＤ２の中心間距離をそれぞれ測定する。

具体的には、プロセスモニターマークＡの場合は、図７に示すようにラインアンドスペースパターン領域Ａ１及びＡ２それぞれのスリミングによって移動した中心位置Ｘ３及びＸ４を再び光学式の合わせずれ検査装置を用いて計測し、中心間距離ΔＥ２＝Ｘ４−Ｘ３を測定する。

スリミングによって移動した中心位置Ｘ３及びＸ４とスリミング前の中心位置Ｘ１及びＸ２との差は、図５及び図７を比べればわかるように、Ｘ１−Ｘ３＝（Ｗ１−Ｗ３）／２、Ｘ４−Ｘ２＝（Ｗ２−Ｗ４）／２で表せる。従って、中心間距離の変動量（ΔＥ２−ΔＥ１）は、
ΔＥ２−ΔＥ１＝（Ｘ４−Ｘ２）＋（Ｘ１−Ｘ３）
＝（Ｗ２−Ｗ４）／２＋（Ｗ１−Ｗ３）／２ （１）
と、スリミングによるラインパターンの寸法変化量（Ｗ２−Ｗ４）及び（Ｗ１−Ｗ３）を用いて表現できる。この場合は、レジストのスリミングによって中心間距離が増大するケースである。

寸法変化量（Ｗ２−Ｗ４）及び（Ｗ１−Ｗ３）は一般には同じ値となるはずであるが、測定誤差或いはスリミングの誤差により多少異なった値になったとしても式（１）からわかるように、中心間距離の変動量が寸法変化量の平均値として測定されることになる。従って、上記誤差が生じたとしても、中心間距離の変動量を測定することによりスリミングによるラインパターンの寸法変化量を精度良く算出することが可能となる。

ウエハを連続的に処理して行く場合は、ここで算出されたラインパターンの寸法変化量を所望していた寸法変化量と比較することにより、この後処理するウエハに対しては所望の寸法変化量となるようにスリミング量を制御することが可能となる。あるいは、この後処理するウエハに対しては所望の寸法変化量に近づくようにプロセス条件を変更し、この制御をウエハ毎に繰り返して行くことにより、最終的に所望の寸法変化量でスリミングが実行できるようにしてもよい。

また、プロセスモニターマークＣの場合も、上記と同様にしてスリミングによるラインパターンの寸法変化量を算出することができるので、プロセスモニターマークＡを用いて得られた寸法変化量と平均して更に精度を高めて寸法変化量を算出することも可能である。この結果を用いて更に精度の高いスリミング量の制御の実行が可能となることはいうまでもない。

プロセスモニターマークＢの場合は、図８に示すようにラインアンドスペースパターン領域Ｂ１及びＢ２それぞれのスリミングによって移動した中心位置Ｘ７及びＸ８を再び光学式の合わせずれ検査装置を用いて計測し、中心間距離ΔＥ４＝Ｘ８−Ｘ７を測定する。

スリミングによって移動した中心位置Ｘ７及びＸ８とスリミング前の中心位置Ｘ５及びＸ６との差は、図６及び図８を比べればわかるように、Ｘ７−Ｘ５＝（Ｗ５−Ｗ７）／２、Ｘ６−Ｘ８＝（Ｗ６−Ｗ８）／２で表せる。従って、中心間距離の変動量（ΔＥ４−ΔＥ３）は、
ΔＥ４−ΔＥ３＝−（Ｘ６−Ｘ８）−（Ｘ７−Ｘ５）
＝−（Ｗ６−Ｗ８）／２−（Ｗ５−Ｗ７）／２ （２）
と、スリミングによるラインパターンの寸法変化量（Ｗ６−Ｗ８）及び（Ｗ５−Ｗ７）を用いて表現できる。この場合は、レジストのスリミングによって中心間距離が減少するケースである。

寸法変化量（Ｗ６−Ｗ８）及び（Ｗ５−Ｗ７）は一般には同じ値となるはずであるが、測定誤差或いはスリミングの誤差により多少異なった値になったとしても式（２）からわかるように、中心間距離の変動量が寸法変化量の平均値として測定されることになる。従って、上記誤差が生じたとしても、中心間距離の変動量を測定することによりスリミングによるラインパターンの寸法変化量を精度良く算出することが可能となる。

ウエハを連続的に処理して行く場合は、ここで算出されたラインパターンの寸法変化量を所望していた寸法変化量と比較することにより、この後処理するウエハに対しては所望の寸法変化量となるようにスリミング量を制御することが可能となる。あるいは、この後処理するウエハに対しては所望の寸法変化量に近づくようにプロセス条件を変更し、この制御をウエハ毎に繰り返して行くことにより、最終的に所望の寸法変化量でスリミングが実行できるようにしてもよい。

また、プロセスモニターマークＤの場合も、上記と同様にしてスリミングによるラインパターンの寸法変化量を算出することができるので、プロセスモニターマークＢを用いて得られた寸法変化量と平均して更に精度を高めて寸法変化量を算出することも可能である。この結果を用いて更に精度の高いスリミング量の制御の実行が可能となることはいうまでもない。

さらに、上記のようにしてプロセスモニターマークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いて得られたスリミングによる寸法変化量の推定値それぞれを適宜組み合わせて平均化して、より精度の高いスリミング量の制御を行ってもよい。

例えば、レジストのスリミング量に異方性がある場合などは、図２の横方向については、プロセスモニターマークＡ及びＢを用いて得られた寸法変化量を平均してスリミング量を測定し、図２の縦方向については、プロセスモニターマークＣ及びＤを用いて得られた寸法変化量を平均してスリミング量を測定し、方向によって異なるスリミング量の制御を高精度に実行することも可能である。

なお、本実施形態におけるラインアンドスペースパターンの中心位置及び中心間距離の測定は光学式の合わせずれ検査装置を用いることで迅速に測定できるが、これに限られるものではなく、走査型電子顕微鏡を用いてもかまわない。

以上説明したように、本実施形態のプロセスモニター方法においては、ラインアンドスペース領域のレジストパターンのスリミングによる中心位置の変化を計測することにより、スリミング量を高精度に測定することができるので、その測定結果に基づいてスリミング量の高精度なプロセス制御が可能となる。

(第２の実施形態)
本発明の第２の実施形態に関わるプロセスモニター方法を図面を用いて説明する。以下では、側壁転写プロセスにおいて、半導体回路の形成領域とは異なる箇所に形成されたプロセスモニターマークを利用したプロセスモニター方法の例を説明する。

まず、図１のプロセスモニターマークＡ及びＢのレジストパターンをスリミングによって細くした第１の実施形態で形成した図７及び図８のレジストパターンをマスクとして、下地のダミーパターン材料１５をエッチングにより加工する。

ダミーパターン材料１５は、例えば、ＢＳＧ、ＴＥＯＳ、アモルファスシリコン等である。このエッチングにより、それぞれ、図９（ａ）に示すダミーパターンのラインアンドスペースパターン領域Ａ１´及びＡ２´、そして図１０（ａ）に示すダミーパターンのラインアンドスペースパターン領域Ｂ１´及びＢ２´が形成される。

ダミーパターン領域Ａ１´及びＡ２´並びにＢ１´及びＢ２´は、レジストパターンのラインアンドスペースパターン領域Ａ１及びＡ２並びにＢ１及びＢ２に比べるとライン幅が細くなってはいるものの、これらと同様、半導体回路１に形成されることになる配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンとなっている。

なお、ここでダミーパターンの下地材料２０は、例えば、配線或いは電極材料等である。

同様にして、上記エッチングにおいて、プロセスモニターマークＣ並びにＤのレジストパターンをスリミングで細くしたパターンをマスクにして、ダミーパターンのラインアンドスペースパターン領域Ｃ１´及びＣ２´並びにＤ１´及びＤ２´も同時に形成される（図示せず）。

そして、図９（ａ）に示すように、ダミーパターンのラインアンドスペースパターン領域Ａ１´の中心位置Ｘ９及びラインアンドスペースパターン領域Ａ２´の中心位置Ｘ１０を計測する。

光学式の合わせずれ検査装置を用いるとラインアンドスペースパターン領域Ａ１´及びＡ２´はパターン周期が光学式合せずれ検査装置の分解能以下のため、パターン自体は識別できないが、パターン開口率に応じた光強度分布が得られるので、マークとしては識別可能である。またそれぞれのラインアンドスペースパターン領域Ａ１´及びＡ２´が分離識別可能となる５〜６μｍ程度は離れているので、中心位置Ｘ９及びＸ１０を計測することができる。その結果、Ｘ９とＸ１０の差である中心間距離ΔＥ５＝Ｘ１０−Ｘ９を測定することができる。ラインアンドスペースのダミーパターンＣ１´及びＣ２´（図示せず）の場合もこれと同様にして、それらの中心間距離を測定することができる。

さらに、図１０（ａ）に示すように、ラインアンドスペースパターン領域Ｂ１´の中心位置Ｘ１３及びラインアンドスペースパターン領域Ｂ２´の中心位置Ｘ１４を計測する。

この場合も上述と同様にそれぞれが分離識別可能となる５〜６μｍ程度は離れているので、光学式合わせずれ検査装置を用いてラインアンドスペースパターン領域Ｂ１´及びＢ２´の中心位置Ｘ１３及びＸ１４を計測することができる。その結果、Ｘ１３とＸ１４の差である中心間距離ΔＥ７＝Ｘ１４−Ｘ１３を測定することができる。ラインアンドスペースのダミーパターンＤ１´及びＤ２´（図示せず）の場合もこれと同様にして、それらの中心間距離を測定することができる。

次に、図９（ａ）の下地材料２０の上に形成されたダミーパターン領域Ａ１´及びＡ２´、図１０（ａ）の下地材料２０の上に形成されたダミーパターン領域Ｂ１´及びＢ２´、及び図示せぬダミーパターン領域Ｃ１´及びＣ２´並びにＤ１´及びＤ２´の上全面に、ＣＶＤ等によりコンフォーマルに側壁材料３０を形成する。

側壁材料３０は、例えば、ＴＥＯＳ、シリコン窒化膜、アモルファスシリコン等である。このときのダミーパターン上の側壁材料３０の様子をダミーパターン領域Ａ１´の場合を例にとって示すと、図１１のようになっている。なお、ダミーパターン材料１５と側壁材料３０の組み合わせとしては、以下の表１に示すようなものが考えられる。

その後、ダミーパターン領域Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´、Ｃ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´の上に形成された側壁材料３０、即ち図１１で示すところの側壁材料（トップ）３０−１及び、ダミーパターンの下地材料２０の上に形成された側壁材料３０、即ち図１１で示すところの側壁材料（ボトム）３０−２を、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により除去する。これにより、図９（ｂ）並びに図１０（ｂ）に示すように、ダミーパターンＡ１´及びＡ２´並びにＢ１´及びＢ２´の側壁にのみ側壁材料３０を残存させる。同時に、ダミーパターンＣ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´の側壁にも、同様に側壁材料３０が残存する（図示せず）。

そして最後に、例えば、フッ酸（ＨＦ）系のウエット(Wet)エッチング液等を用いて、ウエットエッチングによりダミーパターン領域Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´、Ｃ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´を全て取り除く。これにより、図９（ｂ）は図９（ｃ）のように、図１０（ｂ）は図１０（ｃ）のように、側壁パターン領域Ａ１´´及びＡ２´´並びにＢ１´´及びＢ２´´が形成されることになる。同時に、ダミーパターン領域Ｃ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´の場合も、同様に、側壁パターン領域Ｃ１´´、Ｃ２´´、Ｄ１´´、Ｄ２´´が形成される（図示せず）。

以上が、倍ピッチ露光により形成したダミーパターン領域Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´、Ｃ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´からの側壁転写プロセスによる側壁パターン領域Ａ１´´、Ａ２´´、Ｂ１´´、Ｂ２´´、Ｃ１´´、Ｃ２´´、Ｄ１´´、Ｄ２´´の形成手順である。

このとき、これと同時に、図１の半導体回路１においても同じ側壁転写プロセスが実行される。従って、ダミーパターン領域Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´、Ｃ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´及び側壁パターン領域Ａ１´´、Ａ２´´、Ｂ１´´、Ｂ２´´、Ｃ１´´、Ｃ２´´、Ｄ１´´、Ｄ２´´が半導体回路１に形成する配線パターンに対するプロセスモニターマークとして機能する。

この後、ラインアンドスペースパターン領域Ａ１´´及びＡ２´´の中心間距離、ラインアンドスペースパターン領域Ｃ１´´及びＣ２´´の中心間距離、ラインアンドスペースパターン領域Ｂ１´´及びＢ２´´の中心間距離、及びラインアンドスペースパターン領域Ｄ１´´及びＤ２´´の中心間距離をそれぞれ測定する。

ラインアンドスペースパターン領域Ａ１´´及びＡ２´´の場合は、図９（ｃ）に示すように側壁転写プロセスによって移動した中心位置Ｘ１１及びＸ１２を再び光学式の合わせずれ検査装置を用いて計測し、中心間距離ΔＥ６＝Ｘ１２−Ｘ１１を測定する。

側壁転写プロセスによって移動した中心位置Ｘ１１及びＸ１２とダミーパターン領域Ａ１´及びＡ２´の中心位置Ｘ９及びＸ１０との差は、図９（ａ）と図９（ｃ）を比べればわかるように、Ｘ１１−Ｘ９＝Ｗ９／２、Ｘ１０−Ｘ１２＝Ｗ１０／２で表せる。ここで、Ｗ９及びＷ１０はそれぞれ側壁パターンＡ１´´及びＡ２´´のライン幅である。従って、中心間距離の変動量（ΔＥ６−ΔＥ５）は、
ΔＥ６−ΔＥ５＝−（Ｘ１１−Ｘ９）−（Ｘ１０−Ｘ１２）
＝−（Ｗ９＋Ｗ１０）／２ （３）
と、側壁転写プロセスによって形成された側壁パターンのライン幅であるＷ９及びＷ１０を用いて表現できる。この場合は、側壁パターンへの転写によって中心間距離が減少するケースである。

側壁パターン領域Ａ１´´及びＡ２´´のライン幅Ｗ９及びＷ１０は一般には同じ値となるはずであるが、測定誤差或いはプロセスの誤差により多少異なった値にとなったとしても式（３）からわかるように、中心間距離の変動量がライン幅の平均値として測定されることになる。従って、上記誤差が生じたとしても、中心間距離の変動量を測定することにより側壁転写プロセスによって形成された側壁パターン領域Ａ１´´及びＡ２´´のライン幅を精度良く算出することが可能となる。

ウエハを連続的に処理して行く場合は、ここで算出された側壁パターンのライン幅を所望していたライン幅と比較することにより、この後処理するウエハに対しては所望のライン幅となるように側壁パターンの製造プロセス（側壁材料の形成及びＲＩＥ等）を制御することが可能となる。あるいは、この後処理するウエハに対しては所望のライン幅に近づくように上記プロセスの条件を変更し、この制御をウエハ毎に繰り返して行くことにより、最終的に所望のライン幅の側壁パターンが形成できるようにしてもよい。

また、側壁パターン領域Ｃ１´´及びＣ２´´の場合も、上記と同様にしてライン幅を算出することができるので、側壁パターン領域Ａ１´´及びＡ２´´から得られたライン幅と平均して更に精度を高めてライン幅を算出することも可能である。この結果を用いて更に精度の高い側壁パターンのライン幅の制御が可能となることはいうまでもない。

ラインアンドスペースパターン領域Ｂ１´´及びＢ２´´の場合は、図１０（ｃ）に示すように側壁転写プロセスによって移動した中心位置Ｘ１５及びＸ１６を再び光学式の合わせずれ検査装置を用いて計測し、中心間距離ΔＥ８＝Ｘ１６−Ｘ１５を測定する。

側壁転写プロセスによって移動した中心位置Ｘ１５及びＸ１６とダミーパターン領域Ｂ１´及びＢ２´の中心位置Ｘ１３及びＸ１４との差は、図１０（ａ）と図１０（ｃ）を比べればわかるように、Ｘ１３−Ｘ１５＝Ｗ１１／２、Ｘ１６−Ｘ１４＝Ｗ１２／２で表せる。ここで、Ｗ１１及びＷ１２はそれぞれ側壁パターンＢ１´´及びＢ２´´のライン幅である。従って、中心間距離の変動量（ΔＥ８−ΔＥ７）は、
ΔＥ８−ΔＥ７＝（Ｘ１３−Ｘ１５）＋（Ｘ１６−Ｘ１４）
＝（Ｗ１１＋Ｗ１２）／２ （４）
と、側壁転写プロセスによって形成された側壁パターンのライン幅であるＷ１１及びＷ１２を用いて表現できる。この場合は、側壁パターンへの転写によって中心間距離が増大するケースである。

側壁パターン領域Ｂ１´´及びＢ２´´のライン幅Ｗ１１及びＷ１２は一般には同じ値となるはずであるが、測定誤差或いはプロセスの誤差により多少異なった値になったとしても式（４）からわかるように、中心間距離の変動量がライン幅の平均値として測定されることになる。従って、上記誤差が生じたとしても、中心間距離の変動量を測定することにより側壁転写プロセスによって形成された側壁パターン領域Ｂ１´´及びＢ２´´のライン幅を精度良く算出することが可能となる。

ウエハを連続的に処理して行く場合は、ここで算出された側壁パターンのライン幅を所望していたライン幅と比較することにより、この後処理するウエハに対しては所望のライン幅となるように側壁パターンの製造プロセス（側壁材料の形成及びＲＩＥ等）を制御することが可能となる。あるいは、この後処理するウエハに対しては所望のライン幅に近づくように上記プロセスの条件を変更し、この制御をウエハ毎に繰り返して行くことにより、最終的に所望のライン幅の側壁パターンが形成できるようにしてもよい。

また、側壁パターン領域Ｄ１´´及びＤ２´´の場合も、上記と同様にしてライン幅を算出することができるので、側壁パターン領域Ｂ１´´及びＢ２´´から得られたライン幅と平均して更に精度を高めてライン幅を算出することも可能である。この結果を用いて更に精度の高い側壁パターンのライン幅の制御が可能となることはいうまでもない。

さらに、上記のようにしてダミーパターン領域Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´、Ｃ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´及び側壁パターン領域Ａ１´´、Ａ２´´、Ｂ１´´、Ｂ２´´、Ｃ１´´、Ｃ２´´、Ｄ１´´、Ｄ２´´を用いて得られた側壁パターンのライン幅の推定値それぞれを適宜組み合わせて平均化して、より精度の高いスリミング量の制御を行ってもよい。

なお、本実施形態におけるダミーパターン及び側壁パターンの中心位置及び中心間距離の測定は光学式の合わせずれ検査装置を用いることで迅速に測定が可能になるが、走査型電子顕微鏡を用いてもかまわない。

以上説明したように、本実施形態のプロセスモニター方法においては、ダミーパターンと側壁パターンの中心位置の変化を計測することにより、側壁パターンのライン幅を高精度に測定することができるので、その測定結果に基づいて側壁パターンのライン幅の高精度なプロセス制御が可能となる。

第１及び第２の実施形態に示されるように、半導体回路に形成されることになる配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンの対を有するプロセスモニターマークを用いることにより、側壁転写を用いたプロセスにおいて生ずるプロセス変動（スリミング、加工変換差、側壁膜厚等）を高精度にモニターすることが可能となる。さらにこの測定結果をプロセス制御にも適用できる。

なお、本願発明は上記実施形態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種々に変形することが可能である。また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、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。

本発明の第１の実施形態に係るプロセスモニターマークの半導体チップ上の位置を示す平面図。 第１の実施形態に係るプロセスモニターマークの構成を示す平面図。 プロセスモニターマークＡの図２の点線に沿った断面図。 プロセスモニターマークＢの図２の点線に沿った断面図。 プロセスモニターマークＡにおけるラインアンドスペースパターンＡ１及びＡ２の中心間距離ΔＥ１の測定を示す断面図。 プロセスモニターマークＢにおけるラインアンドスペースパターンＢ１及びＢ２の中心間距離ΔＥ３の測定を示す断面図。 スリミング後のプロセスモニターマークＡ、及びラインアンドスペースパターンＡ１及びＡ２の中心間距離ΔＥ２の測定を示す断面図。 スリミング後のプロセスモニターマークＢ、及びラインアンドスペースパターンＢ１及びＢ２の中心間距離ΔＥ４の測定を示す断面図。 （ａ）図は、ダミーパターンＡ１´及びＡ２´の断面図、（ｂ）図は、ダミーパターンＡ１´及びＡ２´の側壁に側壁パターンを形成したときの断面図、（ｃ）図は、側壁パターンＡ１´´及びＡ２´´の断面図。 （ａ）図は、ダミーパターンＢ１´及びＢ２´の断面図、（ｂ）図は、ダミーパターンＢ１´及びＢ２´の側壁に側壁パターンを形成したときの断面図、（ｃ）図は、側壁パターンＢ１´´及びＢ２´´の断面図。 ダミーパターンＡ１´の上にコンフォーマルに側壁材料を形成したときの様子を示す断面図。

符号の説明

１…半導体回路、１０、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…プロセスモニターマーク、
１５…ダミーパターン材料、２０…下地材料、３０…側壁材料、
３０−１…側壁材料（トップ）、３０−２…側壁材料（ボトム）、１００…半導体チップ、Ａ０、Ｃ０…スペースパターン、Ｂ０、Ｄ０…残しパターン、
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２…ラインアンドスペースパターン、
Ｘ１〜Ｘ１６…中心位置、Ｗ１〜Ｗ１２…ライン幅、
Ａ１´、Ａ２´、Ｂ１´、Ｂ２´、Ｃ１´、Ｃ２´、Ｄ１´、Ｄ２´…ダミーパターン、Ａ１´´、Ａ２´´、Ｂ１´´、Ｂ２´´、Ｃ１´´、Ｃ２´´、Ｄ１´´、Ｄ２´´…側壁パターン。

Claims (5)

1. 半導体回路に形成される配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンをスペースパターン或いは残しパターンを挟んで対に備えたレジストパターンであるプロセスモニターマークを形成する工程と、
   対に備えられた前記ラインアンドスペースパターン領域の中心間距離を測定する工程と、
   前記ラインアンドスペースパターン領域のラインパターンを細らせるスリミング工程と、
   前記スリミング工程の後に対に備えられた前記ラインアンドスペースパターン領域の中心間距離を測定する工程と、
   前記スリミング工程前後の前記ラインアンドスペースパターン領域の中心間距離の変化量に基づいて前記ラインパターンのスリミングによる寸法変化量を算出する工程と
   を含むことを特徴とするプロセスモニター方法。
2. 半導体回路に形成される配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンをスペースパターン或いは残しパターンを挟んで対に備えたダミーパターンであるプロセスモニターマークを形成する工程と、
   前記ダミーパターンの対に備えられた前記ラインアンドスペースパターン領域の第１の中心間距離を測定する工程と、
   前記ダミーパターンの側壁に側壁パターンを形成する工程と、
   前記側壁パターンの形成後に前記ダミーパターンを除去する工程と、
   前記ダミーパターンを除去した後に前記側壁パターンの対に形成されているラインアンドスペースパターン領域の第２の中心間距離を測定する工程と、
   前記第１の中心間距離と前記第２の中心間距離との変化量に基づいて前記側壁パターンのライン幅を算出する工程と
   を含むことを特徴とするプロセスモニター方法。
3. 請求項１記載のプロセスモニター方法によって算出した前記ラインパターンのスリミングによる寸法変化量に基づいて所望の寸法変化量となるようにスリミングを制御する
   ことを特徴とするプロセス制御方法。
4. 請求項２記載のプロセスモニター方法によって算出した前記側壁パターンのライン幅に基づいて所望のライン幅となるように側壁パターンの形成を制御する
   ことを特徴とするプロセス制御方法。
5. 半導体回路に形成される配線のピッチの２倍のピッチのラインアンドスペースパターンを、前記半導体回路が形成されない領域上にスペースパターン或いは残しパターンを挟んで対に配置する
   ことを特徴とするプロセスモニターマークの形成方法。

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