(57)【要約】【課題】ＳＷＴプロセスにおいて、パターン形状を高精度で検査可能なパターン形状検査方法、及び半導体装置の品質を向上可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に周期的に形成された第１のパターンの側壁を被覆する側壁部よりなる第２のパターンの断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、第２のパターンが形成された基板に入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップＳ２１と、前記側壁部の断面形状を決定する形状パラメータが異なる複数の断面形状モデルについて、計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、計算データが第２のパターンの測定データと最もマッチングするように形状パラメータを決定することによって、第２のパターンの断面形状を決定する決定ステップＳ２２〜Ｓ２５とを含むことを特徴とするパターン形状検査方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に周期的に形成された第１のパターンの側壁を被覆する側壁部よりなる第２のパターンの断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、
前記第２のパターンが形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、
前記側壁部の断面形状を決定する形状パラメータを含む前記第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記形状パラメータが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記形状パラメータを決定することによって、前記第２のパターンの断面形状を決定する決定ステップと
を含むことを特徴とするパターン形状検査方法。
【請求項２】
前記決定ステップ後、決定された前記形状パラメータと、該形状パラメータの所定の上限基準値及び下限基準値との大小関係を判定し、前記形状パラメータが前記上限基準値より大きい場合又は前記下限基準値より小さい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする請求項１記載のパターン形状検査方法。
【請求項３】
前記形状パラメータは、夫々前記側壁部の幅、高さ又は前記基板の上面からの傾斜角であることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン形状検査方法。
【請求項４】
前記決定ステップは、前記複数の前記計算データを予め計算し、予め計算した該複数の計算データを格納したデータベースを用い、該データベースに格納された前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のパターン形状検査方法。
【請求項５】
基板上の被エッチング層の上に有機膜を形成する工程と、
前記有機膜をフォトリソグラフィにより加工し、所定のピッチを有する第１のパターンを形成する第１パターン形成工程と、
前記第１のパターンの側面を被覆するように前記被エッチング層上に酸化シリコン膜を成膜する成膜工程と、
前記酸化シリコン膜が前記第１のパターンの側壁部として残るようにエッチングするエッチング工程と、
前記第１のパターンの前記有機膜を除去することによって残った前記側壁部で構成される第２のパターンを形成する第２パターン形成工程と、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のパターン形状検査方法を行うパターン形状検査工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機膜は、ＢＡＲＣ膜又はフォトレジスト膜であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記パターン形状検査方法を、前記エッチング工程と前記第２パターン形成工程との間に行うことを特徴とする請求項５又は６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
第１の基板上に請求項７記載の半導体装置の製造方法を用いて半導体装置を製造する第１の製造工程と、
第１の製造工程の後、第２の基板上に請求項７記載の半導体装置の製造方法を用いて半導体装置を製造する第２の製造工程と
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記第１の製造工程に含まれる前記パターン形状検査工程において決定された前記形状パラメータと、該形状パラメータの所定の下限値との大小関係を判定し、前記形状パラメータが前記下限値より小さい場合に、前記第２の製造工程に含まれる前記エッチング工程におけるエッチング時間を、前記第１の製造工程に含まれる前記エッチング工程におけるエッチング時間より短くなるように変更し、第２の製造工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
基板上に周期的に形成された第１のパターンの一の側の側壁を被覆する第１の側壁部と、該第１のパターンの該一の側と反対側の側壁を被覆する第２の側壁部とよりなる第２のパターンの断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、
前記第２のパターンが形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、
前記第１の側壁部の断面形状を決定する第１の形状パラメータと、該第１の形状パラメータに対応し、前記第２の側壁部の断面形状を決定する第２の形状パラメータとを含む前記第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記第１の形状パラメータ又は前記第２の形状パラメータが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記第１の形状パラメータ及び前記第２の形状パラメータを決定することによって、前記第２のパターンの断面形状を決定する決定ステップと
を含むことを特徴とするパターン形状検査方法。
【請求項１０】
前記決定ステップ後、決定された前記第１の形状パラメータと前記第２の形状パラメータとの間の寸法差と、所定の基準値との大小関係を判定し、前記寸法差が前記基準値より大きい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする請求項９記載のパターン形状検査方法。
【請求項１１】
前記第１の形状パラメータ及び前記第２の形状パラメータは、夫々前記第１の側壁部及び前記第２の側壁部の幅、高さ又は前記基板の上面からの傾斜角であることを特徴とする請求項９又は１０記載のパターン形状検査方法。
【請求項１２】
前記決定ステップは、前記複数の前記計算データを予め計算し、予め計算した該複数の計算データを格納したデータベースを用い、該データベースに格納された前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載のパターン形状検査方法。
【請求項１３】
基板上の被エッチング層の上に有機膜を形成する工程と、
前記有機膜をフォトリソグラフィにより加工し、所定のピッチを有する第１のパターンを形成する第１パターン形成工程と、
前記第１のパターンの側面を被覆するように前記被エッチング層上に酸化シリコン膜を成膜する成膜工程と、
前記酸化シリコン膜が前記第１のパターンの側壁部として残るようにエッチングするエッチング工程と、
前記第１のパターンの前記有機膜を除去することによって残った前記側壁部で構成される第２のパターンを形成する第２パターン形成工程と、
請求項９乃至１２の何れか一項に記載のパターン形状検査方法を行うパターン形状検査工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記有機膜は、ＢＡＲＣ膜又はフォトレジスト膜であることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記パターン形状検査工程を、前記エッチング工程と前記第２パターン形成工程との間に行うことを特徴とする請求項１３又は１４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板上に周期的に形成された第１のパターンを被覆する酸化シリコン膜の断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、
前記酸化シリコン膜が形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、
前記酸化シリコン膜の厚さを含む前記酸化シリコン膜の断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記厚さが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記酸化シリコン膜の前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記厚さを決定することによって、前記酸化シリコン膜の断面形状を決定する決定ステップと
を含むことを特徴とするパターン形状検査方法。
【請求項１７】
前記決定ステップ後、決定された前記厚さと、該厚さの所定の上限基準値及び下限基準値との大小関係を判定し、前記厚さが前記上限基準値より大きい場合又は前記下限基準値より小さい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする請求項１６記載のパターン形状検査方法。
【請求項１８】
基板上に周期的に形成された第１のパターンを被覆する酸化シリコン膜の断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、
前記酸化シリコン膜が形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、
前記第１のパターンの一の側の側壁を被覆する前記酸化シリコン膜の第１の厚さと、前記第１のパターンの前記一の側と反対側の側壁を被覆する前記酸化シリコン膜の第２の厚さとを含む前記酸化シリコン膜の断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記第１の厚さ又は前記第２の厚さが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記酸化シリコン膜の前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記第１の厚さ及び前記第２の厚さを決定することによって、前記酸化シリコン膜の断面形状を決定する決定ステップと
を含むことを特徴とするパターン形状検査方法。
【請求項１９】
前記決定ステップ後、決定された前記第１の厚さと前記第２の厚さとの間の寸法差と、所定の基準値との大小関係を判定し、前記寸法差が前記基準値より大きい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする請求項１８記載のパターン形状検査方法。
【請求項２０】
前記決定ステップは、前記複数の前記計算データを予め計算し、予め計算した該複数の計算データを格納したデータベースを用い、該データベースに格納された前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定することを特徴とする請求項１６乃至１９の何れか一項に記載のパターン形状検査方法。
【請求項２１】
基板上の被エッチング層の上に有機膜を形成する工程と、
前記有機膜をフォトリソグラフィにより加工し、所定のピッチを有する第１のパターンを形成する第１パターン形成工程と、
前記第１のパターンの側面を被覆するように前記被エッチング層上に酸化シリコン膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜工程の後、請求項１６乃至２０の何れか一項に記載のパターン形状検査方法を行うパターン形状検査工程と、
前記酸化シリコン膜が前記第１のパターンの側壁部として残るようにエッチングするエッチング工程と、
前記第１のパターンの前記有機膜を除去することによって残った前記側壁部で構成される第２のパターンを形成する第２パターン形成工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記有機膜は、ＢＡＲＣ膜又はフォトレジスト膜であることを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形状検査方法及び半導体装置の製造方法に係り、特にＳＷＴ法を含むダブルパターニング技術を用いて半導体装置を製造する際のパターン形状検査方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置等の製造工程においては、半導体ウェハ等の基板にプラズマエッチング等のエッチング処理を施して、微細な回路パターン等を形成することが行われている。このようなエッチング処理工程では、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ工程によって、エッチングマスクを形成することが行われている。
【０００３】
ここで、フォトリソグラフィにおける解像度は、プロセス条件と光学系で決まる定数ｋ１、露光光の波長λ、レンズの開口数ＮＡを用いてｋ１×λ／ＮＡと表される。また、開口数ＮＡは、屈折率ｎに比例する。従って、露光に用いる光の波長を短くし、光学系の屈折率を大きくすることによって、解像度は小さくなる。この原理に従って微細化を実現している例がＡｒＦ液侵リソグラフィである。
【０００４】
ところが、半導体装置の最先端のデザインルールが４５ｎｍから更に３２ｎｍと微細化するのに伴い、フォトレジスト膜を光学系を用いて露光し、現像してパターンを形成するフォトリソグラフィだけでは、半導体装置の微細化に追従できなくなってきている。従って、フォトリソグラフィ技術の微細化だけに依存しない、新しい種々の技術が開発されている。その一つとして、所謂ダブルパターニングプロセス（ダブルパターニング技術）がある。このダブルパターニング技術は、第１のマスクパターン形成ステップと、この第１のマスクパターン形成ステップの後に行われる第２のマスクパターン形成ステップの２段階のパターニングを行うことによって、１回のパターニングでエッチングマスクを形成する場合より微細な間隔を形成するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、例えばＳｉＯ２膜やＳｉ３Ｎ４膜等を犠牲膜として使用し、１つのパターンの両側の側壁部分にマスクを形成して使用するＳＷＴ（Side Wall Transfer）プロセスを用いて、最初にフォトレジスト膜を露光、現像して得られたフォトレジストのパターンよりも微細なピッチでパターニングを行う方法も知られている。この方法は、まずフォトレジストのパターンの上にＳｉ３Ｎ４膜等を形成した後、芯部となるＳｉＯ２膜の側面を被覆する側壁部にのみＳｉ３Ｎ４膜が残るようにエッチバックし、この後、ウェットエッチングにより芯部のＳｉＯ２膜を除去して、残った側壁部であるＳｉ３Ｎ４膜をマスクとして、下層のエッチングを行うものである。
【０００６】
また、側壁部を形成する膜の成膜技術においては、フォトレジストのパターンの上に成膜するという理由から、より低温で成膜することが要求される。このような低温で成膜する技術としては、化学気相法によって行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−０２７７４２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７９８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のＳＷＴプロセスを含むダブルパターニング技術を用いて半導体装置を製造する場合、次のような問題があった。
【０００８】
ＳＷＴプロセスにおけるサイドウォール（Sidewall：側壁）の厚み（幅）が非常に薄い（現状では２０〜３０ｎｍ）ため、ＳＷＴプロセスにおいて側壁を形成するための材料を成膜する成膜工程、及びその後側壁を形成する材料をエッチバックするエッチバック工程においては、ウェハ面内、またはウェハ間において、常に略一定の形状のパターンが得られるようにするために、細心の注意が必要である。万一、側壁の形状を規定する側壁の底部の幅、側壁の高さ、及び側壁の側面の基板上面からの傾斜角が設計通りの形状に形成されていなかった場合、側壁の形状が設計通りの形状でないことを知らずに次の工程、すなわち側壁をハードマスクとしてエッチングを行うエッチング工程に進んでしまうと、上記ハードマスクの下層の膜に当初の設計通りのライン＆スペースを有するパターンが転写（Transfer）されないこととなる。そして、上記エッチング工程以降の検査で不良が判定されたとしても、後の工程に進んだ後では、ウェハを再生して再度プロセスを行うことは困難となるという問題があった。
【０００９】
更に、ＳＷＴプロセスにおいて、側壁の形状は、対称な形状であることを前提として設計されている。従って、側壁の形状を規定する側壁の底部の幅、側壁の高さ、及び側壁の側面の基板上面からの傾斜角が、左右の側壁の平均値としては設計通りであるが、左右の側壁の各々の設計通りの形状に形成されていなかった場合、この非対称な側壁の形状が設計通りの形状でないことを知らずに次のエッチング工程に進んでしまうと、上記ハードマスクの下層の膜に当初の設計通りのライン＆スペースを有するパターンが転写されず、上記エッチング工程以降の検査で不良が判定されたとしても、ウェハを再生することは困難となるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＳＷＴプロセスを含むダブルパターニング技術を用いて半導体装置を製造する製造プロセスにおいて、サイドウォール（側壁）の形状を高精度で測定することによってパターン形状を検査することのできるパターン形状検査方法を提供し、そのパターン形状検査方法を含むことによって、製造される半導体装置の品質及び製造プロセスの生産性を向上させることのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１２】
第１の発明に係るパターン形状検査方法は、基板上に周期的に形成された第１のパターンの側壁を被覆する側壁部よりなる第２のパターンの断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、前記第２のパターンが形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、前記側壁部の断面形状を決定する形状パラメータを含む前記第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記形状パラメータが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記形状パラメータを決定することによって、前記第２のパターンの断面形状を決定する決定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明に係るパターン形状検査方法において、前記決定ステップ後、決定された前記形状パラメータと、該形状パラメータの所定の上限基準値及び下限基準値との大小関係を判定し、前記形状パラメータが前記上限基準値より大きい場合又は前記下限基準値より小さい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係るパターン形状検査方法において、前記形状パラメータは、夫々前記側壁部の幅、高さ又は前記基板の上面からの傾斜角であることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか一つの発明に係るパターン形状検査方法において、前記決定ステップは、前記複数の前記計算データを予め計算し、予め計算した該複数の計算データを格納したデータベースを用い、該データベースに格納された前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定することを特徴とする。
【００１６】
第５の発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上の被エッチング層の上に有機膜を形成する工程と、前記有機膜をフォトリソグラフィにより加工し、所定のピッチを有する第１のパターンを形成する第１パターン形成工程と、前記第１のパターンの側面を被覆するように前記被エッチング層上に酸化シリコン膜を成膜する成膜工程と、前記酸化シリコン膜が前記第１のパターンの側壁部として残るようにエッチングするエッチング工程と、前記第１のパターンの前記有機膜を除去することによって残った前記側壁部で構成される第２のパターンを形成する第２パターン形成工程と、第１乃至第４の何れか一つの発明に係るパターン形状検査方法を行うパターン形状検査工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記有機膜は、ＢＡＲＣ膜又はフォトレジスト膜であることを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、第５又は第６の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記パターン形状検査方法を、前記エッチング工程と前記第２パターン形成工程との間に行うことを特徴とする。
【００１９】
第８の発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の基板上に第７の発明に係る半導体装置の製造方法を用いて半導体装置を製造する第１の製造工程と、第１の製造工程の後、第２の基板上に第７の発明に係る半導体装置の製造方法を用いて半導体装置を製造する第２の製造工程とを含む半導体装置の製造方法であって、前記第１の製造工程に含まれる前記パターン形状検査工程において決定された前記形状パラメータと、該形状パラメータの所定の下限値との大小関係を判定し、前記形状パラメータが前記下限値より小さい場合に、前記第２の製造工程に含まれる前記エッチング工程におけるエッチング時間を、前記第１の製造工程に含まれる前記エッチング工程におけるエッチング時間より短くなるように変更し、第２の製造工程を行うことを特徴とする。
【００２０】
第９の発明に係るパターン形状検査方法は、基板上に周期的に形成された第１のパターンの一の側の側壁を被覆する第１の側壁部と、該第１のパターンの該一の側と反対側の側壁を被覆する第２の側壁部とよりなる第２のパターンの断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、前記第２のパターンが形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、前記第１の側壁部の断面形状を決定する第１の形状パラメータと、該第１の形状パラメータに対応し、前記第２の側壁部の断面形状を決定する第２の形状パラメータとを含む前記第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記第１の形状パラメータ又は前記第２の形状パラメータが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記第１の形状パラメータ及び前記第２の形状パラメータを決定することによって、前記第２のパターンの断面形状を決定する決定ステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
第１０の発明は、第９に発明に係るパターン形状検査方法において、前記決定ステップ後、決定された前記第１の形状パラメータと前記第２の形状パラメータとの間の寸法差と、所定の基準値との大小関係を判定し、前記寸法差が前記基準値より大きい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする。
【００２２】
第１１の発明は、第９又は第１０の発明に係るパターン形状検査方法において、前記第１の形状パラメータ及び前記第２の形状パラメータは、夫々前記第１の側壁部及び前記第２の側壁部の幅、高さ又は前記基板の上面からの傾斜角であることを特徴とする。
【００２３】
第１２の発明は、第９乃至第１１の何れか一つの発明に係るパターン形状検査方法において、前記決定ステップは、前記複数の前記計算データを予め計算し、予め計算した該複数の計算データを格納したデータベースを用い、該データベースに格納された前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定することを特徴とする。
【００２４】
第１３の発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上の被エッチング層の上に有機膜を形成する工程と、前記有機膜をフォトリソグラフィにより加工し、所定のピッチを有する第１のパターンを形成する第１パターン形成工程と、前記第１のパターンの側面を被覆するように前記被エッチング層上に酸化シリコン膜を成膜する成膜工程と、前記酸化シリコン膜が前記第１のパターンの側壁部として残るようにエッチングするエッチング工程と、前記第１のパターンの前記有機膜を除去することによって残った前記側壁部で構成される第２のパターンを形成する第２パターン形成工程と、第９乃至第１２の何れか一つの発明に係るパターン形状検査方法を行うパターン形状検査工程とを含むことを特徴とする。
【００２５】
第１４の発明は、第１３の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記有機膜は、ＢＡＲＣ膜又はフォトレジスト膜であることを特徴とする。
【００２６】
第１５の発明は、第１３又は第１４の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記パターン形状検査工程を、前記エッチング工程と前記第２パターン形成工程との間に行うことを特徴とする。
【００２７】
第１６の発明に係るパターン形状検査方法は、基板上に周期的に形成された第１のパターンを被覆する酸化シリコン膜の断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、前記酸化シリコン膜が形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、前記酸化シリコン膜の厚さを含む前記酸化シリコン膜の断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記厚さが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記酸化シリコン膜の前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記厚さを決定することによって、前記酸化シリコン膜の断面形状を決定する決定ステップとを含むことを特徴とする。
【００２８】
第１７の発明は、第１６の発明に係るパターン形状検査方法において、前記決定ステップ後、決定された前記厚さと、該厚さの所定の上限基準値及び下限基準値との大小関係を判定し、前記厚さが前記上限基準値より大きい場合又は前記下限基準値より小さい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする。
【００２９】
第１８の発明に係るパターン形状検査方法は、基板上に周期的に形成された第１のパターンを被覆する酸化シリコン膜の断面形状を検査するパターン形状検査方法であって、前記酸化シリコン膜が形成された前記基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる測定データを得る測定ステップと、前記第１のパターンの一の側の側壁を被覆する前記酸化シリコン膜の第１の厚さと、前記第１のパターンの前記一の側と反対側の側壁を被覆する前記酸化シリコン膜の第２の厚さとを含む前記酸化シリコン膜の断面形状をモデル化した断面形状モデルを用い、前記第１の厚さ又は前記第２の厚さが異なる複数の断面形状モデルに対応して、各々の該断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに前記入射光が回折反射される反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルよりなる複数の計算データを計算し、前記計算データが前記酸化シリコン膜の前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定し、該モデルパターンに対応する前記第１の厚さ及び前記第２の厚さを決定することによって、前記酸化シリコン膜の断面形状を決定する決定ステップとを含むことを特徴とする。
【００３０】
第１９の発明は、第１８の発明に係るパターン形状検査方法において、前記決定ステップ後、決定された前記第１の厚さと前記第２の厚さとの間の寸法差と、所定の基準値との大小関係を判定し、前記寸法差が前記基準値より大きい場合に警報を出力する判定ステップを含むことを特徴とする。
【００３１】
第２０の発明は、第１６乃至第１９の何れか一つの発明に係るパターン形状検査方法において、前記決定ステップは、前記複数の前記計算データを予め計算し、予め計算した該複数の計算データを格納したデータベースを用い、該データベースに格納された前記計算データが前記第２のパターンの前記測定データと最もマッチングするように前記モデルパターンを決定することを特徴とする。
【００３２】
第２１の発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上の被エッチング層の上に有機膜を形成する工程と、前記有機膜をフォトリソグラフィにより加工し、所定のピッチを有する第１のパターンを形成する第１パターン形成工程と、前記第１のパターンの側面を被覆するように前記被エッチング層上に酸化シリコン膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程の後、第１６乃至第２０の何れか一つの発明に係るパターン形状検査方法を行うパターン形状検査工程と、前記酸化シリコン膜が前記第１のパターンの側壁部として残るようにエッチングするエッチング工程と、前記第１のパターンの前記有機膜を除去することによって残った前記側壁部で構成される第２のパターンを形成する第２パターン形成工程とを含むことを特徴とする。
【００３３】
第２２の発明は、第２１の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記有機膜は、ＢＡＲＣ膜又はフォトレジスト膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ＳＷＴプロセスを含むダブルパターニング技術を用いて半導体装置を製造する際に、サイドウォール（側壁）の形状を高精度で測定することができるため、製造される半導体装置の品質及び製造プロセスの生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
図１乃至図６を参照し、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びパターン形状検査方法を説明する。
【００３７】
初めに、図１及び図２を参照し、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。図２は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための図であり、各工程における半導体装置の構造を模式的に示す断面図である。また、図１の、ステップＳ１１乃至ステップＳ１７、及びステップＳ１９の各々の工程が行われた後の半導体装置の構造は、図２Ａ（ａ）乃至図２Ｃ（ｇ）、及び図２Ｃ（ｈ）の各々の断面図で示される構造に対応する。
【００３９】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図１に示されるように、第１パターン形成工程と、成膜工程と、エッチング工程と、第２パターン形成工程と、パターン形状検査工程と、被エッチング層をエッチングする工程を含む。第１パターン形成工程は、ステップＳ１１乃至ステップＳ１４の工程を含み、成膜工程は、ステップＳ１５の工程を含み、エッチング工程は、ステップＳ１６の工程を含み、第２パターン形成工程は、ステップＳ１７の工程を含み、パターン形状検査工程は、ステップＳ１８の工程を含み、被エッチング層をエッチングする工程は、ステップＳ１９の工程を含む。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第２パターン形成工程の後に、パターン形状検査工程を行うことを特徴とする。
【００４０】
始めに、ステップＳ１１乃至ステップＳ１４の工程を含む第１パターン形成工程を行う。
【００４１】
ステップＳ１１は、基板上の被エッチング層の上に有機膜を形成する工程である。図２Ａ（ａ）は、ステップＳ１１の工程が行われた後の半導体装置の構造を示す断面図である。
【００４２】
ステップＳ１１では、図２Ａ（ａ）に示されるように、基板１１の上に、下から順に被エッチング層１２、有機膜１３を形成する。被エッチング層１２は、パターンを形成されることにより、その後の種々の加工工程を行う場合のマスクとして機能する。有機膜１３は、パターンが形成され、被エッチング層１２のパターンを形成するためのマスクとして機能する。また有機膜１３は、その上に形成されるフォトレジスト膜１４のフォトリソグラフィを行う際の反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflecting Coating）としての機能を有する場合もある。
【００４３】
被エッチング層１２の材質は、特に限定されるものではなく、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコンを用いることができる。また、被エッチング層１２の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば２０〜２００ｎｍとすることができる。
【００４４】
有機膜１３の材質は、特に限定されるものではなく、例えば化学気相法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により成膜されたアモルファスカーボン、スピンオンにより成膜されたポリフェノールやｉ線レジスト等のフォトレジストを含む広範な有機系の材料を用いることができる。また、有機膜１３の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば１５０〜３００ｎｍとすることができる。
【００４５】
ステップＳ１２は、フォトレジスト膜１４を成膜し、成膜されたフォトレジスト膜１４を露光、現像してフォトレジスト膜１４よりなるレジストパターン１４ａを形成する工程である。その結果、図２Ａ（ｂ）に示されるように、フォトレジスト膜１４よりなるレジストパターン１４ａが形成される。レジストパターン１４ａは、有機膜１３をエッチングする工程におけるマスクとして機能する。
【００４６】
フォトレジスト膜１４の材質は、例えばＡｒＦレジストを用いることができる。また、フォトレジスト膜１４の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば５０〜２００ｎｍとすることができ、レジストパターン１４ａのライン幅Ｌ４及びスペース幅Ｓ４は、特に限定されるものではなく、共に例えば６０ｎｍとすることができる。
【００４７】
ステップＳ１３は、レジストパターン１４ａを形成するフォトレジスト膜１４をトリミングし、フォトレジスト膜１４よりなるレジストパターン１４ｂを形成する工程である。また、図２Ａ（ｃ）は、ステップＳ１３の工程が行われた後の半導体装置の構造を示す断面図である。
【００４８】
トリミング方法は、特に限定されるものではなく、例えば酸素、窒素、水素、アンモニア等のプラズマを用いて行う。また、図２Ａ（ｂ）及び図２Ａ（ｃ）に示されるように、トリミングされてできるレジストパターン１４ｂのライン幅Ｌ１は、トリミングを行う前のレジストパターン１４ａのライン幅Ｌ４に比べ細くなるので、レジストパターン１４ｂのライン幅Ｌ１及びスペース幅Ｓ１と、レジストパターン１４ａのライン幅Ｌ４及びスペース幅Ｓ４との大小関係は、Ｌ１＜Ｌ４、Ｓ１＞Ｓ４となる。Ｌ１及びＳ１の値は、特に限定されるものではなく、例えばＬ１を３０ｎｍ、Ｓ１を９０ｎｍとすることができる。
【００４９】
ステップＳ１４は、レジストパターン１４ｂをマスクとして有機膜１３をエッチングすることによって、有機膜１３よりなる第１のパターン２１を形成する第１パターン形成工程である。また、図２Ｂ（ｄ）は、ステップＳ１４の工程が行われた後の半導体装置の構造を示す断面図である。
【００５０】
トリミングを行った後、ライン幅がＬ４であるフォトレジスト膜１４よりなるレジストパターン１４ｂをマスクとして、有機膜１３をエッチングし、有機膜１３よりなるライン幅がＬ１のパターンを形成する。有機膜１３のエッチングは、例えば有機膜１３がＳＯＧ膜（又はＳｉＯＮ膜、又はＬＴＯ膜とＢＡＲＣの複合膜）よりなる場合、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素を添加したガスを用いて行うことができる。
【００５１】
次に、ステップＳ１５の工程を含む成膜工程を行う。ステップＳ１５は、第１のパターン２１が形成された基板１１の上にＳｉＯ２膜１５を成膜する成膜工程である。また、図２Ｂ（ｅ）は、ステップＳ１５の工程が行われた後の半導体装置の構造を示す断面図である。
【００５２】
なお、ＳｉＯ２膜は、本発明における酸化シリコン膜に相当する。また、以下において、ＳｉＯ２膜の代わりに、ＳｉＯｘ膜を始めとし、シリコンと酸素を主成分として含む他の組成の膜であってもよい。また、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ膜）を用いることもできる。
【００５３】
ＳｉＯ２の成膜工程は、有機膜１３が第１のパターン２１として残った状態で行うが、一般的に有機膜１３は、高温に弱いので、低温（例えば３００℃以下程度）で成膜することが好ましい。成膜方法として、このように低温で成膜できるのであれば、特に限定されるものではなく、本実施の形態では、低温での分子層堆積（Molecular Layer Deposition、以下ＭＬＤという）、即ち低温ＭＬＤによって行うことができる。その結果、図２Ｂ（ｅ）に示されるように、第１のパターン２１が形成されている場所及び形成されていない場所を含め、基板全面にＳｉＯ２膜１５が成膜され、第１のパターン２１の側面にも第１のパターン２１の側面を被覆するようにＳｉＯ２膜１５が成膜される。このときのＳｉＯ２膜１５の厚さをＤとすると、第１のパターン２１の側面を被覆するＳｉＯ２膜１５の幅もＤとなる。ＳｉＯ２膜１５の厚さＤは、特に限定されるものではなく、例えば３０ｎｍとすることができる。
【００５４】
ここで、低温ＭＬＤによる成膜工程について説明する。
【００５５】
低温ＭＬＤにおいては、シリコンを含む原料ガスを処理容器内に供給し、シリコン原料を基板上に吸着させる工程と、酸素を含むガスを処理容器内に供給し、シリコン原料を酸化させる工程とを交互に繰り返す。
【００５６】
具体的には、シリコンを含む原料ガスを基板上に吸着させる工程においては、シリコンを含む原料ガスとして、１分子内に２個のアミノ基を有する網のシランガス、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（以下、ＢＴＢＡＳという）を、シリコン原料ガスの供給ノズルを介して処理容器内に所定の時間（Ｔ１）供給する。これにより、基板上にＢＴＢＡＳを吸着させる。Ｔ１の時間は、例えば１〜６０ｓｅｃとすることができる。シリコンを含む原料ガスの流量は、１０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることができる。また、処理容器内の圧力は１３．３〜６６５Ｐａとすることができる。
【００５７】
次に、酸素を含むガスを処理容器内に供給し、シリコン材料を酸化させる工程においては、酸素を含むガスとして、例えば高周波電源を備えたプラズマ生成機構によってプラズマ化されたＯ２ガスを、ガス供給ノズルを介して処理容器内に所定の時間（Ｔ２）供給する。これにより、基板上に吸着されたＢＴＢＡＳが酸化され、ＳｉＯ２膜１５が形成される。Ｔ２の時間は、例えば５〜３００ｓｅｃとすることができる。また、酸素を含むガスの流量は、１００〜２００００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることができる。また、高周波電源の周波数は１３．５６ＭＨｚとすることができ、高周波電源の電力は５〜１０００Ｗとすることができる。また、処理容器内の圧力は１３．３〜６６５Ｐａとすることができる。
【００５８】
また、上述したシリコンを含む原料ガスを基板上に吸着させる工程と、酸素を含むガスを処理容器内に供給し、シリコン材料を酸化させる工程とを切り換える際に、各々の工程の間に、直前の工程における残留ガスを除去するために、処理容器内を真空排気しつつ例えばＮ２ガス等の不活性ガスよりなるパージガスを処理容器内に供給する工程を所定の時間（Ｔ３）行うことができる。Ｔ３の時間は、例えば１〜６０ｓｅｃとすることができる。また、パージガスの流量は、５０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とすることができる。なお、この工程は、処理容器内に残留しているガスを除去することができればよく、パージガスを供給せずに全てのガスの供給を停止した状態で真空排気を継続して行うことができる。
【００５９】
ＢＴＢＡＳは、シリコンを含む原料ガスとして用いる１分子内に２個のアミノ基を有するアミノシランガスである。このようなアミノシランガスとしては、上記ＢＴＢＡＳの他に、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）、ビスジメチルアミノシラン（ＢＤＭＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）、ビスエチルメチルアミノシラン（ＢＥＭＡＳ）を用いることができる。更に、シリコン原料ガスとして、１分子内３個以上のアミノ基を有するアミノシランガスを用いることができ、１分子内に１個のアミノ基を有するアミノシランガスを用いることもできる。
【００６０】
一方、酸素を含むガスとしては、Ｏ２ガスの他、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガスを用いることができ、これらを高周波電界によりプラズマ化して酸化剤として用いることができる。このような酸素を含むガスのプラズマを用いることにより、ＳｉＯ２膜の成膜を３００℃以下で行うことができ、更に酸素を含むガスのガス流量、高周波電源の電力、処理容器内の圧力を調整することにより、ＳｉＯ２膜の成膜を１００℃以下又は室温で成膜を行うことができる。
【００６１】
次に、ステップＳ１６の工程を含むエッチング工程を行う。ステップＳ１６は、ＳｉＯ２膜１５が第１のパターン２１の側壁部１５ａとしてのみ残るようにエッチングするエッチング工程である。また、図２Ｂ（ｆ）は、ステップＳ１６の工程が行われた後の半導体装置の構造を示す断面図である。
【００６２】
図２Ｂ（ｆ）に示されるように、ＳｉＯ２膜１５をエッチングし、ＳｉＯ２膜１５が、第１のパターン２１の側面を被覆する側壁部１５ａとしてのみ残った状態とする。ＳｉＯ２膜１５のエッチングは、特に限定されるものではなく、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、またはこの混合ガスに必要に応じて酸素を添加したガス等を用いて行うことができる。ＳｉＯ２膜１５よりなる第１のパターン２１の側壁部１５ａのみが残るようにエッチングするため、第１のパターン２１及び側壁部１５ａよりなる第３のパターン２３が形成される。第３のパターン２３のライン幅をＬ３、スペース幅をＳ３とすると、第１のパターン２１のライン幅Ｌ１が３０ｎｍ、側壁部１５ａの厚さＤが３０ｎｍである場合、Ｌ３＝Ｌ１＋Ｄ×２、Ｓ３＝Ｌ１＋Ｓ１―Ｌ３であるため、Ｌ３を９０ｎｍ、Ｓ３を３０ｎｍとすることができる。
【００６３】
なお、ステップＳ１６のエッチング工程で行うエッチングのことを、エッチングによりＳｉＯ２膜１５の表面を厚さ方向に後退させることから、エッチングバックともいう。
【００６４】
次に、ステップＳ１７を含む第２パターン形成工程を行う。ステップＳ１７は、第１のパターン２１の有機膜１３を除去することによって残った側壁部で構成される第２のパターンを形成する第２パターン形成工程である。また、図２Ｃ（ｇ）は、ステップＳ１７の工程が行われた後の半導体装置の構造を示す断面図である。
【００６５】
酸素、窒素、水素、アンモニア等のプラズマを用いたエッチングを行って、有機膜１３よりなる第１のパターン２１を除去する。その結果、図２Ｃ（ｇ）に示されるように、有機膜１３よりなる第１のパターン２１が除去されて側壁部１５ａのみが残り、ライン幅がＤ、スペース幅がＬ１及びＳ３が交互に現れるようなパターンである第２のパターン２２が形成される。本実施の形態では、第１のパターン２１のライン幅Ｌ１と第３のパターン２３のスペース幅Ｓ３とを等しくすることにより、スペース幅はＬ１及びＳ３に等しいＳ２となる。また、Ｄに等しいライン幅をあらためてＬ２とする。前述したように、Ｌ１を３０ｎｍ、Ｓ３を３０ｎｍ、ＳｉＯ２膜１５の厚さ（側壁部１５ａの幅Ｄ）を３０ｎｍとすることにより、ライン幅Ｌ２が３０ｎｍ、スペース幅Ｓ２が３０ｎｍの第２のパターンを形成することができる。
【００６６】
なお、本発明における第２のパターンのピッチとは、第２のパターンのライン幅Ｌ２、スペース幅Ｓ２、又はライン幅Ｌ２とスペース幅Ｓ２との合計の長さに等しい繰返し周期を意味する。
【００６７】
次に、ステップＳ１８を含むパターン形状検査工程を行う。ステップＳ１８は、後述するようなパターン形状検査工程であり、第２のパターンの断面形状が、適正かどうかの検査を行うパターン形状検査工程である。
【００６８】
次に、ステップＳ１９を含む被エッチング層をエッチングする工程を行う。
【００６９】
ステップＳ１９は、第２のパターン２２をマスクとし、有機膜１３の下層である被エッチング層１２をエッチングし、上層部としてＳｉＯ２膜１５を有する被エッチング層１２よりなり、第２のパターン２２及び第１のパターン２１と同一の形状を有する第４のパターン１２ａを形成する工程である。また、図２Ｃ（ｈ）は、ステップＳ１９の工程が行われた後の半導体装置の構造を示す断面図である。
【００７０】
側壁部１５ａから構成される第２のパターン２２をマスクとし、被エッチング層１２をエッチングする。例えばアモルファスシリコン又はポリシリコンよりなる被エッチング層１２のエッチングは、例えばＣｌ２、Ｃｌ２＋ＨＢｒ、Ｃｌ２＋Ｏ２、ＣＦ４＋Ｏ２、ＳＦ６、Ｃｌ２＋Ｎ２、Ｃｌ２＋ＨＣｌ、ＨＢｒ＋Ｃｌ２＋ＳＦ６等のガス等のプラズマを用いて行うことができる。その結果、図２Ｃ（ｈ）に示されるように、第４のパターン１２ａが形成される。
【００７１】
ここで、図３乃至図６を参照し、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法におけるパターン形状工程において、パターン形状を検査するパターン形状検査方法について説明する。前述したように、パターン形状検査工程は、図１におけるステップＳ１８を含む工程であり、第２のパターンの断面形状が、適正かどうかの検査を行うパターン形状検査方法を行う工程である。
【００７２】
図３は、本実施の形態に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。図４は、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、反射率測定装置の構成を模式的に示す図である。図４（ａ）は、基板に所定の入射角で入射光を入射し、該入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを測定する反射率測定装置の構成を模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、反射率測定装置を含めた反射率測定システムの構成を模式的に示す図である。図５は、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。図５（ａ）は、断面形状モデル全体を示す図であり、図５（ｂ）は、側壁部の周辺を拡大して示す図であり、図５（ｃ）は、断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンを示す図である。図６は、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、断面形状モデルよりなるモデルパターンに入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルの計算データの一例を示すグラフである。
【００７３】
本実施の形態に係るパターン形状検査方法は、オプティカルデジタルプロファイロメトリ（Optical Digital Profilometry；ＯＤＰ）システムをパターン形状検査手段として用いるものである。ＯＤＰは、分光エリプソメトリ（Ellipsometry）等と同様に、偏光を入射し、その入射光が反射された反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを測定する反射率の測定と、パターン形状の断面形状をモデル化する形状パラメータを含む断面形状モデルを用い、反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを計算する反射率の計算とを併用し、断面形状の解析を行う解析方法である。
【００７４】
反射率の測定の方法においては、広帯域の波長を含む白色光であって非偏光又は偏光である入射光を被測定物に入射し、反射された反射光の反射率を測定する。反射率は絶対値として測定することもでき、又は所定の反射率基準値で正規化された相対値として測定することもできる。
【００７５】
このうち、偏光を用いて反射率を測定する方法として、エリプソメトリを用いることができる。偏光でない通常の白色光よりなる入射光が偏光子を透過するとき、その入射光は、偏光子の１本の軸と平行な電界ベクトルを有する直線偏光となる。直線偏光は、入射光と反射光を含む平面である入射平面に対し、平行なベクトル成分を有するｐ偏光と垂直なベクトル成分とを有するｓ偏光よりなる。エリプソメトリは、入射光のｐ偏光及びｓ偏光の各々が、ある媒質から反射された時に発生する偏光の変化を測定する測定方法である。偏光の変化は、振幅（強度）の変化と位相の変化という２つの成分よりなる。また、偏光の変化は、入射平面内で振動する電界ベクトルを有する入射光の成分と、入射平面に対し垂直に振動する電界ベクトルを有する入射光の成分との間で異なる。エリプソメトリは、入射光が反射された反射光の位相変化である角度Δ、及び入射光と反射光の振幅比の逆正接として定義づけられる角度Ψの２つの変数を用い、この２つの変数によって表されるｐ偏光及びｓ偏光の反射率の比である反射率比ρを測定するものである。即ち、ｐ偏光の反射率をｒｐ、ｓ偏光の反射率をｒｓとすると、次式が成り立つ。
【００７６】
【数１】
2010060388.tif 000003
一方、本実施の形態においては、被測定物である基板上には、周期的なパターンが形成されている。被測定物が周期的なパターンである場合、被測定物は回折格子とみなすことができ、反射光は回折格子によって回折された回折反射光となる。このような回折反射光が反射される場合の反射率の計算方法は、例えば、米国特許５８３５２２５号公報又は米国特許５７３９９０９号公報に記載されているような密結合波分析Rigorous Coupled Wave Analysis、以下ＲＣＷＡという）を用いることができる。ＲＣＷＡ計算を用いる場合は、例えば、以下のような第１から第４の４つのステップを行って回折反射率を計算することができる。第１のステップでは、矩形要素の集合体として近似する等の手法により回折格子の断面形状をモデル化する。第２のステップでは、回折格子の各要素の内部での電界、磁界、誘電率をフーリエ展開し、各層について離散化された微分方程式を構築する。第３のステップでは、各要素の間の境界において、電界及び磁界の境界条件を設定する。第４のステップでは、離散化された微分方程式を解くことによって、回折反射率を得る。
【００７７】
次に、本実施の形態に係るパターン形状検査方法の手順について説明する。
【００７８】
本実施の形態に係るパターン形状検査方法は、図３に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含む。測定ステップは、ステップＳ２１を含み、決定ステップは、ステップＳ２２乃至ステップＳ２５を含む。
【００７９】
初めに、ステップＳ２１を含む測定ステップを行う。ステップＳ２１は、エリプソメータを用い、第２のパターンが形成された基板に所定の入射角で入射光を入射し、入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを測定し、測定データを得るステップである。
【００８０】
図４に示されるように、入射光１０１は、エリプソメータ１００の励起ヘッド１０３によって生成される。入射光１０１は、光検出器１０４によって反射光１０２の強度及び位相を共に測定することができるように、ｐ偏光及びｓ偏光の２つの偏光成分を有する光で構成される。光ファイバ１０５は、励起ヘッド１０３まで図示しない光源からの白色光を搬送する。白色光として、偏光を用いることもでき、非偏光を用いることもできる。入射光１０１は、被測定物１１０の法線ｎに対する入射角θが２０〜９０度になるように、ステージ１０７上に取付けられた被測定物１１０上に導かれる。
【００８１】
反射光１０２は、入射角θの法線ｎの反対側に回折反射され、入射角θと等しい角θでステージ１０７を離れる。回折反射された反射光１０２は、反射光を２つの偏光成分に分離する検出器１０４に受光され、光ファイバ１０６を介して分光計１０９に導かれる。分光計１０９に導かれた光信号は、分光された後、図示しない電荷結合素子で電気信号に変換され、更に図４（ｂ）に示されるＣＰＵ２１５に送られる。
【００８２】
角度Δ及びΨは、図４（ｂ）に示される信号処理システム２００によって計算される。信号処理システム２００は、ＣＰＵ２１５、メモリ２２０を含むコンピュータ２１０と、コンピュータ２１０に接続されるディスプレイ２０１、キーボード２０２、プリンタ２０３、マウス２０４を有する。また、ＣＰＵ２１５は、分光計１０９と接続される。前述したように分光計１０９から図示しない電荷結合素子等により電気信号に変換された測定データはＣＰＵ２１５に入力され、その後ＣＰＵ２１５の内部で所定の計算を行うことにより、角度Δ及びΨが計算される。
【００８３】
また、図４（ａ）に示されるエリプソメータ１００は、入射光１０１を照射する照射領域を被測定物１１０の測定領域より小面積の領域に集束させるための光学部品を含むことができる。その結果、照射領域を例えば５０μｍ×５０μｍ以下に集束させることができる。
【００８４】
次に、ステップＳ２２乃至Ｓ２５を含む決定ステップを行う。
【００８５】
ステップＳ２２は、側壁部の断面形状を決定する新たな形状パラメータを用い、第２のパターンの断面形状をモデル化して断面形状モデルを作成するステップである。
【００８６】
図５（ａ）には、周期構造を有する断面形状モデル３０の一つの断面が示される。断面形状モデル３０の断面は、基板に対応する基板モデル３１、被エッチング層に対応する被エッチング層モデル３２ａ、３２ｂ、台形の横断面を有する２つの側壁部モデル３３ａ、３３ｂを含む。図５（ａ）に示される断面形状モデル３０のうち基板モデル３１以外の部分は、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に無限に続くものとみなされ、その周期構造を＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に繰返すものとみなされる。また、基板モデル３１は、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に無限に続くものとみなされ、その周期構造を＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に繰返すものとみなされるのに加え、＋Ｚ方向に半無限に続くものとみなされる。回折格子に対する法線ベクトルｎは、図５（ｃ）に示されるように、−Ｚ方向にある。
【００８７】
ここで、図５（ｃ）に示されるような、断面形状モデルが＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に繰返してできるパターンモデルの数学的分析に付随する変数を例示する。
【００８８】
λは、入射光１０１の波長である。θは、回折格子１１０の法線ベクトルｎと入射光１０１との間の角度である。入射光１０１及び法線ベクトルｎは、入射面４０を構成する。
【００８９】
φは、入射光１０１の方位角、即ち、図５（ａ）中でＸ軸に沿っている回折格子の周期性の方向と入射面４０との間の角度である。但し、以後の数学的解析においては、方位角φは０度に設定される。
【００９０】
Ψは、入射光１０１の電界ベクトルＥと入射面４０との間、即ち電界ベクトルＥと、電界ベクトルＥの入射面４０上への投影ベクトルＥ´との間の角度である。φ＝０度、Ψ＝９０度となるように入射光１０１が偏光された場合、電界ベクトルＥは入射面４０に垂直であり、磁界ベクトルＨは入射面４０内にあり、ＴＥ偏光と呼ばれる。一方、φ＝０度、Ψ＝０度となるように入射光１０１が偏光された場合、磁界ベクトルＨは入射面４０に対し垂直であり、電界ベクトルＥは入射面４０内にあり、ＴＭ偏光と呼ばれる。あらゆる平面偏光は、同位相のＴＥ及びＴＭ偏光の組合せである。計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルは、ＴＥ及びＴＭ成分の回折を別々に計算し、それらを合計することによって、計算される。
【００９１】
また、断面形状モデル３０における各形状パラメータは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、Ｗ１、Ｄ１、Ｈ１、θ１、Ｗ３、Ｈ３、Ｈ４よりなる。Ｗ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅である。Ｄ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの間隔である。Ｈ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの高さである。θ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの側面の基板上面からの傾斜角である。その他、Ｈ３、Ｈ４は、夫々被エッチング層モデル３２ａ、３２ｂの厚さであり、Ｗ３は、断面形状モデル３０の幅である。
【００９２】
なお、本発明における形状パラメータは、例えば、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの高さ、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの側面の基板上面からの傾斜角、すなわちＷ１、Ｈ１、θ１を意味する。
【００９３】
また、本実施の形態における断面形状モデル３０は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの形状がより複雑なものであるようなケースにも適用可能である。
【００９４】
次に、ステップＳ２３を行う。ステップＳ２３は、断面形状モデル３０が周期的に連続して構成されるモデルパターンに入射光が回折反射されたときの反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを計算し、計算データを得るステップである。
【００９５】
次に、ステップＳ２４を行う。ステップＳ２４は、計算データが測定データと最も整合（マッチング）するかどうかを判定するステップである。
【００９６】
具体的には、ＯＤＰシステムに含まれるＰＡＳ（Profile Application Server）を用い、光学系にて測定した測定スペクトルと、形状パラメータを変えて構造モデルよりシミュレーションにより計算した計算スペクトルとの比較を行い、測定データ及び計算データとの間の整合の度合いを数値として出力する。ここでは、例えば相関係数等を判定のパラメータとし、計算データと測定データとの比較を行って得られる相関係数が、所定の基準値よりも１に近くなれば、最も整合したと判定することができる。もし所定の基準値よりも１に近くなければ、ステップＳ２２に戻り、形状パラメータを変更し、以前と異なる形状パラメータを用い、第２のパターンの断面形状をモデル化して断面形状モデルを作成する。その後、ステップＳ２３に進み、断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに入射光が回折反射されたときの反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを計算し、計算データを得る。再びステップＳ２４を行って、計算データと測定データとが最も整合しているか判定し、最も整合していると判定することができるまで、形状パラメータを変更してステップＳ２２、ステップＳ２３及びステップＳ２４を繰返す。
【００９７】
計算データは、振幅比スペクトル（Ｐ１）、位相差スペクトル（Ｐ３）よりなる。計算データの一例を図６に示す。ここで、Ｐ１、Ｐ３は、夫々式（１）におけるtan(Ψ)、eiΔに相当する。
【００９８】
図６は、Ｈ１＝５０ｎｍ、Ｗ１＝３０ｎｍ、θ１＝７５°、Ｄ１＝３０ｎｍとして、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの対称モデルを設定したときの計算結果である。
【００９９】
その後、計算データと測定データとが最も整合した場合、具体的には、例えば、計算データと測定データとの相関係数が所定の基準値よりも１に近くなった場合に、次のステップＳ２５に進む。
【０１００】
ステップＳ２５は、モデルパターンを決定し、形状パラメータを決定することによって、第２のパターンの断面形状を決定するステップである。
【０１０１】
具体的には、ステップＳ２４において、ＰＡＳを用いて測定データと最も整合するものとして決定した計算データに対応する断面形状モデルの各形状パラメータを、出力する。また、形状パラメータは、入射する入射光の波長以下の分解能で出力することが可能である。すなわち、側壁部の形状を規定する側壁の底部の幅、側壁の高さ、側壁の側面の基板上面からの傾斜角が、１．０ｎｍ以下の分解能で数値として出力することが可能である。
【０１０２】
本実施の形態に係るパターン形状検査方法によれば、側壁を用いて３０ｎｍ又はそれ以下のラインアンドスペースを有するパターンを形成するいわゆるダブルパターニング技術において、側壁部の底部の幅、高さ、側壁の斜面の角度を１ｎｍ以下の非常に高い分解能で検査することができる。従って、ダブルパターニング技術を用いた半導体装置の製造方法において、製造される半導体装置の品質を向上させ、製造プロセスの生産性を向上させることができる。
【０１０３】
更に、本実施の形態に係るパターン形状検査方法によれば、１点あたり２、３秒で高速に反射率を測定することができるため、基板内の形状パラメータの分布を短時間で測定することができ、半導体装置のパターン形状検査工程に要する時間が非常に短く、他のパターン形状検査方法を用いる場合に比べて、半導体装置の製造プロセスにおけるスループットを大幅に短縮することができる。
【０１０４】
なお、本発明に係るパターン形状検査方法を用いて側壁の形状を測定するのであれば、ＳＷＴプロセスの種々の工程の後においてパターン形状検査工程を行うことが可能である。すなわち、１）図１のステップＳ１５で示される成膜工程、すなわち有機膜よりなる第１のパターンの側面を被覆するように酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）を成膜する工程の直後、２）図１のステップＳ１６で示されるエッチング工程、すなわち成膜された酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）をドライエッチング等によってエッチバックを行う工程の直後、３）図１のステップＳ１７で示されるウェットエッチング等によって有機膜を除去する第２パターン形成工程の直後又は４）第２パターン形成工程の後、更に洗浄を行った直後である。これらのうち、３）は、本実施の形態におけるパターン形状検査工程である。また、２）は、第２の実施の形態におけるパターン形状検査工程である。また、１）は、第３の実施の形態におけるパターン形状検査工程である。
【０１０５】
（第１の実施の形態の第１の変形例）
次に、図７を参照し、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１０６】
図７は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。ただし、以下の文中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある（以下の変形例、実施の形態についても同様）。
【０１０７】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、予め複数の異なる形状パラメータに対応する複数の計算データを格納するデータベースを用いる点で、第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０１０８】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図７に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含むパターン形状検査工程の前に、予め、データベース作成ステップを行う。データベース作成ステップは、ステップＳ３１乃至ステップＳ３３を含む。また、測定ステップは、ステップＳ３４を含み、決定ステップは、ステップＳ３５乃至ステップＳ３７を含む。
【０１０９】
パターン形状検査工程の前に、予め、ステップＳ３１乃至ステップＳ３３を含むデータベース作成ステップを行う。初めに、ステップＳ３１を行う。ステップＳ３１は、側壁部の断面形状を決定する新たな形状パラメータを用い、第２のパターンの断面形状をモデル化して断面形状モデルを作成するステップであり、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２２に相当する。
【０１１０】
次に、ステップＳ３２を行う。ステップＳ３２は、断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに入射光が回折反射されたときの反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを計算し、計算データをデータベースに格納するステップであり、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２３に相当する。
【０１１１】
次に、ステップＳ３３を行う。ステップＳ３３は、データベースに格納する計算データは十分か判定するステップである。
【０１１２】
具体的には、形状パラメータを変更して計算する計算データの数が、所定の基準数より多いかを判定し、もし所定の基準数より多くなければ、ステップＳ３１に戻り、形状パラメータを変更し、以前と異なる形状パラメータを用い、第２のパターンの断面形状をモデル化して断面形状モデルを作成する。その後、ステップＳ３２に進み、断面形状モデルが周期的に連続して構成されるモデルパターンに入射光が回折反射されたときの反射光の計算上の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを計算し、計算データをデータベースに格納する。再びステップＳ３３を行って、計算データの数が十分かを判定することができるまで、形状パラメータを変更してステップＳ３１、ステップＳ３２及びステップＳ３３を繰返す。
【０１１３】
その後、計算データの数が十分になった場合、具体的には、例えば、計算データの数が所定の基準数よりも多くなった場合に、データベース作成ステップを終了する。
【０１１４】
データベースが作成された状態で、パターン形状検査工程を開始する。まず、ステップＳ３４を含む測定ステップを行う。ステップＳ３４は、エリプソメータを用い、第２のパターンが形成された基板に所定の入射角で入射光を入射し、入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルを測定し、測定データを得るステップである。ステップＳ３４は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２１に相当する。
【０１１５】
次に、ステップＳ３５乃至ステップＳ３７を含む決定ステップを行う。初めに、ステップＳ３５を行う。ステップＳ３５は、データベースに格納された計算データを選択するステップである。
【０１１６】
次に、ステップＳ３６を行う。ステップＳ３６は、選択された計算データが測定データと最も整合（マッチング）するかどうかを判定するステップである。
【０１１７】
具体的には、ＰＡＳを含むＯＤＰシステムを用い、光学系にて測定した測定スペクトルと、形状パラメータを変えて構造モデルよりシミュレーションにより計算した計算スペクトルとの比較を行い、測定データ及び計算データとの間の整合の度合いを数値として出力する。ここでは、例えば相関係数等を判定のパラメータとし、計算データと測定データとの比較を行って得られる相関係数が、所定の基準値よりも１に近くなれば、最も整合したと判定することができる。もし所定の基準値よりも１に近くなければ、ステップＳ３５に戻り、データベースに格納された別のデータを選択する。再びステップＳ３６を行って、計算データと測定データとが最も整合しているか判定し、最も整合していると判定することができるまで、形状パラメータを変更してステップＳ３５及びステップＳ３６を繰返す。
【０１１８】
その後、計算データと測定データとが最も整合した場合、具体的には、例えば、計算データと測定データとの相関係数が所定の基準値よりも１に近くなった場合に、次のステップＳ３７に進む。
【０１１９】
ステップＳ３７は、モデルパターンを決定し、形状パラメータを決定することによって、第２のパターンの断面形状を決定するステップである。
【０１２０】
具体的には、ステップＳ３６において、ＰＡＳを含むＯＤＰシステムを用いて測定データと最も整合するものとして決定した計算データに対応する断面形状モデルの各形状パラメータを、出力する。また、形状パラメータは、入射する入射光の波長以下の分解能で出力することが可能である。すなわち、側壁部の形状を規定する側壁の底部の幅、側壁の高さ、側壁の側面の基板上面からの傾斜角が、１．０ｎｍ以下の分解能で数値として出力することが可能である。
【０１２１】
本変形例に係るパターン形状検査方法、及び本変形例に係るパターン形状検査方法を用いて行うパターン形状検査工程を含む半導体装置の製造方法を行うことにより、予め形状パラメータを変更し、異なる形状パラメータに対応する断面形状モデルに対応した計算データを計算し、格納したデータベースを準備しておくため、更にパターン形状検査工程に要する時間を短縮することができる。
【０１２２】
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、図８を参照し、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１２３】
図８は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【０１２４】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、決定された形状パラメータが上限基準値と下限基準値との間にない場合に警報を出力する点で、第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０１２５】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図８に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを行った後、判定ステップを行う。判定ステップは、ステップＳ４６及びステップＳ４７を含む。また、測定ステップは、ステップＳ４１を含み、決定ステップは、ステップＳ４２乃至ステップＳ４５を含む。
【０１２６】
初めに、ステップＳ４１を含む測定ステップ、及びステップＳ４２乃至ステップＳ４５を含む決定ステップを行う。ステップＳ４１は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２１に相当する。また、ステップＳ４２乃至ステップＳ４５は、夫々第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２２乃至ステップＳ２５に相当する。
【０１２７】
その後、ステップＳ４６及びステップＳ４７を含む判定ステップを行う。初めに、ステップＳ４６を行う。ステップＳ４６は、ステップＳ４５において決定された形状パラメータが、所定の上限基準値と下限基準値との間の範囲に含まれないかを判定する。具体的には、決定された形状パラメータが、所定の上限基準値より小さく、かつ下限基準値より大きいときに、ステップＳ４７を行わずにパターン形状検査工程を終了するが、決定された形状パラメータが、所定の上限基準値より大きいか、又は所定の下限基準値より小さいときには、ステップＳ４７に進む。
【０１２８】
ステップＳ４７は、警報を出力するステップである。決定された形状パラメータが、所定の上限基準値と下限基準値との間の範囲に含まれないとき、警報を出力する。一方、決定された形状パラメータが、所定の上限基準値と下限基準値との間の範囲に含まれるとき、警報を出力しない。
【０１２９】
具体的には、例えば、図５（ｂ）に示される側壁部の底部の幅Ｗ１、側壁部の高さＨ１、側壁部の側面の基板上面からの傾斜角θ１といった形状パラメータを決定し、決定された形状パラメータが、予め設定した上限基準値より大きいとき、又は予め設定した下限基準値より小さいとき、前述したＰＡＳが、決定結果を出力すると共に、半導体装置の製造工程を管理する上位コンピュータへ、又はＯＤＰシステムとＰＡＳが装着された製造装置のコントローラーへ警報（アラーム）を出力することができる。
【０１３０】
また、本変形例に係るパターン形状検査工程を行う場合、ＯＤＰ測定装置及びＰＡＳを酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）をエッチングするエッチング加工を行う製造装置内に設置し、ＩＭ（Integrated Metrology）処理された直後の基板に対してパターン形状検査工程を行うように構成してもよく、製造装置の近くに単独の測定装置（Stand alone）として設置し、処理された基板をロット毎に一旦集めてからパターン形状検査工程を行ってもよい。
【０１３１】
特に、ＳＷＴプロセスを用いるダブルパターニング技術において、全ての加工用製造装置内にＯＤＰシステムを取付けることは、半導体製造装置の価格を上昇させることになるため望ましいことではない。このような場合でも、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）をエッチング処理するエッチング装置内において、ウェハを装填するためのロードポートにＩＭを搭載することによって、側壁の断面形状の寸法が上限基準値と下限基準値との間の範囲にあることを監視することができる。また、その監視の結果に基づいて、断面形状の寸法が上限基準値と下限基準値との間の範囲にない、いわゆる不良を発生させる原因となったプロセス工程及び処理装置を特定することができる。
【０１３２】
また、ＰＡＳが発生した警報（アラーム）を受取った図示しない上位コンピュータが、対象製造装置に、処理中のロットの処理を直ちに中止し、製造装置内に滞留しているロットを処理せずにウェハロードポートへ回収する旨の指示を送るようにしてもよく、更に、その上位コンピュータが、搬送用ロボットに、対象ロットを次の処理工程として酸化膜及び有機膜の剥離を行う基板再生処理プロセスへ搬送する旨の指示を送るようにしてもよい。
【０１３３】
なお、本変形例においては、断面形状モデル３０で用いる形状パラメータのうちどの形状パラメータが上限基準値と下限基準値との間の範囲から逸脱しているかを判定することによって、半導体装置の製造方法におけるどの工程に不良の原因があるかが特定することができる。例えば、図５（ｂ）に示されるＤ１、すなわち側壁部モデル３３ａ、３３ｂの間隔が下限基準値より小さい場合は、図２Ｂ（ｄ）及び図１のステップＳ１４に示されるＢＡＲＣ膜よりなる有機膜１３をエッチングするエッチング時間が長過ぎるためであると原因を特定することができる。また、図５（ｂ）に示されるＷ１、すなわち側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅が下限基準値より小さい場合は、図２Ｂ（ｆ）及び図１のステップＳ１６に示される酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）のエッチング時間が長過ぎるためであると原因を特定することができる。更に、図５（ｂ）に示されるＷ１、すなわち側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅が上限基準値より大きい場合は、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）を成膜する成膜時間が長過ぎるか、プロセスガスの供給量が過剰であるためであると原因を特定することができる。
【０１３４】
また、基板の面内、又は基板間においてこれらの形状パラメータに変動が発生する場合にも、その形状パラメータの変動させる原因となった工程及びその工程に対応する処理装置を特定することができる。
【０１３５】
（第１の実施の形態の第３の変形例）
次に、図９乃至図１１を参照し、本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１３６】
図９は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。図１０は、本変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。図１０（ａ）は、断面形状モデル全体を示す図であり、図１０（ｂ）は、側壁部の周辺を拡大して示す図である。図１１は、本変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、断面形状モデルよりなるモデルパターンに入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルの計算データの一例を示すグラフである。
【０１３７】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、第１及び第２の側壁部に対応する第１及び第２の形状パラメータを用い、第１及び第２の側壁部の断面形状の非対称性を検査する点で、第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０１３８】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図９に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含む。測定ステップは、ステップＳ５１を含み、決定ステップは、ステップＳ５２乃至ステップＳ５５を含む。
【０１３９】
初めに、ステップＳ５１を含む測定ステップを行う。ステップＳ５１は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２１に相当する。
【０１４０】
次に、ステップＳ５２乃至Ｓ５５を含む決定ステップを行う。
【０１４１】
ステップＳ５２は、側壁部の断面形状を決定する新たな形状パラメータを用い、第２のパターンの断面形状をモデル化して断面形状モデルを作成するステップである。ただし、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２２と異なり、左右の側壁部の非対称性を表す断面形状モデル３０ａを用いる。
【０１４２】
図１０（ａ）には、周期構造を有する断面形状モデル３０ａの一つの断面が示される。断面形状モデル３０ａの断面は、基板に対応する基板モデル３１、被エッチング層に対応する被エッチング層モデル３２ａ、３２ｂ、台形の横断面を有する２つの側壁部モデル３３ａ、３３ｂを含む。図１０（ａ）に示される断面形状モデル３０ａのうち基板モデル３１以外の部分は、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に無限に続くものとみなされ、その周期構造を＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に繰返すものとみなされる。また、基板モデル３１は、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に無限に続くものとみなされ、その周期構造を＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に繰返すものとみなされるのに加え、＋Ｚ方向に半無限に続くものとみなされる。
【０１４３】
また、断面形状モデル３０ａにおける各形状パラメータは、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されるように、第１の実施の形態と異なり、左右の側壁部モデル３３ａ、３３ｂの非対称性を表すため、Ｗ１、Ｗ２、Ｈ１、Ｈ２、θ１、θ２、Ｄ１、Ｗ３、Ｈ３、Ｈ４よりなる。Ｗ１、Ｗ２は、夫々側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅である。Ｈ１、Ｈ２は、夫々側壁部モデル３３ａ、３３ｂの高さである。θ１、θ２は、夫々側壁部モデル３３ａ、３３ｂの側面の基板上面からの傾斜角である。Ｄ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの間隔である。その他、Ｗ３は、断面形状モデル３０ａの幅であり、Ｈ３、Ｈ４は、夫々被エッチング層モデル３２ａ、３２ｂの厚さである。
【０１４４】
なお、本発明における第１の形状パラメータは、右側の側壁部モデル３３ａの底部の幅Ｗ１、右側の側壁部モデル３３ａの高さＨ１、右側の側壁部モデル３３ａの側面の基板上面からの傾斜角θ１とすることができる。また、本発明における第２の形状パラメータは、左側の側壁部モデル３３ｂの底部の幅Ｗ２、左側の側壁部モデル３３ｂの高さＨ２、左側の側壁部モデル３３ｂの側面の基板上面からの傾斜角θ２とすることができる。
【０１４５】
次に、ステップＳ５３を行う。ステップＳ５３は、断面形状モデル３０ａが、非対称性を表す第１及び第２の形状パラメータを用いる点以外は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２３と同じである。
【０１４６】
次に、ステップＳ２４を行う。ステップＳ２４は、計算データが測定データと最も整合（マッチング）するかどうかを判定するステップである。ステップＳ５４も、断面形状モデルが、非対称性を表す第１及び第２の形状パラメータを用いる点以外は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２４と同じである。
【０１４７】
計算データは、振幅比スペクトル（Ｐ１）、位相差スペクトル（Ｐ３）よりなる。計算データの一例を図１１に示す。ここで、Ｐ１、Ｐ３は、夫々式（１）におけるtan(Ψ)、eiΔに相当する。
【０１４８】
図１１（ａ）は、Ｈ１＝５０ｎｍ、Ｈ２＝０ｎｍとし、その他の形状パラメータについてはＷ１＝Ｗ２＝３０ｎｍ、θ１＝θ２＝７５°、Ｄ１＝３０ｎｍとして、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの非対称な断面形状モデルを設定したときの計算結果である。また、図１１（ｂ）は、比較のために、Ｈ１＝Ｈ２＝５０ｎｍとし、その他の形状パラメータについてはＷ１＝Ｗ２＝３０ｎｍ、θ１＝θ２＝７５°、Ｄ１＝３０ｎｍとして、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの対称モデルを設定したときの計算結果である。なお、図１１（ｂ）の計算データは、図６の計算データと同一である。
【０１４９】
図１１（ａ）と図１１（ｂ）とを比較すると、３００ｎｍ付近におけるＰ１スペクトルの形状が異なり、図１１（ａ）に示される左右非対称の断面形状モデルの計算結果における３００ｎｍ付近におけるＰ１の極小値が、図１１（ｂ）に示される左右対称な断面形状モデルの計算結果における３００ｎｍ付近におけるＰ１の極小値よりも大きくなることが分かる。このように、左右対称性が損なわれるとスペクトル形状が大きく異なるので、これらの計算データと測定データとの整合（マッチング）の度合いを数値化することにより、側壁部の左右対称性を簡便に測定することができる。
【０１５０】
その後、計算データと測定データとが最も整合した場合、具体的には、例えば、計算データと測定データとの相関係数が所定の基準値よりも１に近くなった場合に、次のステップＳ５５に進み、第１及び第２の形状パラメータを決定し、第２のパターンの断面形状を決定する。ステップＳ５５は、断面形状モデル３０ａが、非対称性を表す第１及び第２の形状パラメータを用いる点以外は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査工程におけるステップＳ２５と同じである。
【０１５１】
（第１の実施の形態の第４の変形例）
次に、図１２を参照し、本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１５２】
図１２は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【０１５３】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、予め複数の異なる第１及び第２の形状パラメータに対応する複数の計算データを格納するデータベースを用いる点で、第１の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０１５４】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図１２に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含むパターン形状検査工程の前に、予め、データベース作成ステップを行う。データベース作成ステップは、ステップＳ６１乃至ステップＳ６３を含む。また、測定ステップは、ステップＳ６４を含み、決定ステップは、ステップＳ６５乃至ステップＳ６７を含む。
【０１５５】
また、本変形例におけるステップＳ６１乃至ステップＳ６７の各ステップは、断面形状モデル３０ａが、非対称性を表す第１及び第２の形状パラメータを用いる点以外は、第１の実施の形態の第１の変形例におけるステップＳ３１乃至ステップＳ３７と同じである。
【０１５６】
本変形例に係るパターン形状検査方法、及び本変形例に係るパターン形状検査方法を用いて行うパターン形状検査工程を含む半導体装置の製造方法を行うことによっても、予め第１及び第２の形状パラメータを変更し、異なる第１及び第２の形状パラメータに対応する断面形状モデルに対応した計算データを計算し、格納したデータベースを準備しておくため、更にパターン形状検査工程に要する時間を短縮することができる。
【０１５７】
（第１の実施の形態の第５の変形例）
次に、図１３を参照し、本発明の第１の実施の形態の第５の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１５８】
図１３は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【０１５９】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、決定された第１及び第２の形状パラメータの寸法差が所定の基準値より大きい場合に警報を出力する点で、第１の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０１６０】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図１３に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを行った後、判定ステップを行う。判定ステップは、ステップＳ７６及びステップＳ７７を含む。また、測定ステップは、ステップＳ７１を含み、決定ステップは、ステップＳ７２乃至ステップＳ７５を含む。
【０１６１】
また、本変形例におけるステップＳ７１乃至ステップＳ７５の各ステップは、断面形状モデル３０ａが、非対称性を表す第１及び第２の形状パラメータを用いる点以外は、第１の実施の形態の第２の変形例におけるステップＳ４１乃至ステップＳ４５と同じである。
【０１６２】
ステップＳ７６及びステップＳ７７を含む判定ステップにおいては、ステップＳ７６において、ステップＳ７５において決定された第１の形状パラメータと第２の形状パラメータとの間の寸法差が所定の基準値以上かを判定する。具体的には、決定された第１の形状パラメータと第２の形状パラメータとの寸法差が所定の基準値より小さいときは、ステップＳ７７を行わずにパターン形状検査工程を終了するが、決定された第１の形状パラメータと第２の形状パラメータとの寸法差が所定の基準値より大きいときは、ステップＳ７７に進む。
【０１６３】
ステップＳ７７は、警報を出力するステップである。決定された第１の形状パラメータと第２の形状パラメータとの寸法差が所定の基準値より大きいとき、警報を出力する。一方、決定された第１の形状パラメータと第２の形状パラメータとの寸法差が所定の基準値より小さいとき、警報を出力しない。
【０１６４】
本変形例においては、断面形状モデル３０ａのどの形状パラメータについて、第１の形状パラメータと第２の形状パラメータとの寸法差が所定の基準値より大きいかを判定することによって、半導体装置の製造方法におけるどの工程に不良の原因があるかが特定することができる。例えば、図１０（ｂ）に示されるＷ１及びＷ２の間の寸法差が基準値より大きい場合は、図２Ｂ（ｆ）及び図１のステップＳ１６に示される酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）のエッチバックプロセスにおいて、装置に何らかの問題があるためであると原因を特定することができる。
【０１６５】
（第２の実施の形態）
次に、図１４及び図１５を参照し、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びパターン形状検査方法を説明する。
【０１６６】
初めに、図１４を参照し、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【０１６７】
図１４は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【０１６８】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、パターン形状検査方法を、エッチング工程と第２パターン形成工程との間に行う点で、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法と相違する。
【０１６９】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図１４に示されるように、第１パターン形成工程と、成膜工程と、エッチング工程と、パターン形状検査工程と、第２パターン形成工程と、被エッチング層をエッチングする工程を含む。第１パターン形成工程は、ステップＳ８１乃至ステップＳ８４の工程を含み、成膜工程は、ステップＳ８５の工程を含み、エッチング工程は、ステップＳ８６の工程を含み、パターン形状検査工程は、ステップＳ８７の工程を含み、第２パターン形成工程は、ステップＳ８８の工程を含み、被エッチング層をエッチングする工程は、ステップＳ８９の工程を含む。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第２パターン形成工程の後に、パターン形状検査工程を行うことを特徴とする。
【０１７０】
本実施の形態におけるステップＳ８１乃至ステップＳ８６は、第１の実施の形態に係るステップＳ１１乃至ステップＳ１６に相当する。本実施の形態におけるステップＳ８７、Ｓ８８及びＳ８９は、夫々第１の実施の形態に係るステップＳ１８、ステップＳ１７及びステップＳ１９に相当する。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、ステップＳ１７とステップＳ１８との手順を逆にしたものに相当する。
【０１７１】
次に、図３及び図１５を参照し、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１７２】
図１５は、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【０１７３】
本実施の形態に係るパターン形状検査方法は、パターン形状を検査する被測定物の断面形状において有機膜よりなる第１のパターンが除去されていない点以外は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法と同じであり、図３に示されるステップＳ２１乃至ステップＳ２５の各ステップを行うものである。
【０１７４】
また、断面形状モデル３０ｂにおける各形状パラメータは、図１５に示されるように、Ｗ１、Ｈ１、θ１、Ｄ１よりなる。Ｗ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅である。Ｈ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの高さである。θ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの側面の基板上面からの傾斜角である。Ｄ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの間隔であると共に第１のパターンモデル３４の幅でもあり、この点が第１の実施の形態における断面形状モデル３０と異なる点である。
【０１７５】
以上、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を行うことにより、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）をドライエッチング等によってエッチバックを行う工程の直後の断面形状を検査することができる。
【０１７６】
（第２の実施の形態の第１の変形例）
次に、図１６を参照し、本発明の第２の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【０１７７】
図１６は、本変形例に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【０１７８】
本変形例に係る半導体装置の製造方法は、先の基板のパターン形状検査工程で決定された形状パラメータが所定の下限値より小さい場合に、後の基板のエッチング時間を、先の基板のエッチング時間より短くして行うことを特徴とする。
【０１７９】
本変形例に係る半導体装置の製造方法は、図１６に示されるように、夫々図１４に示されるステップＳ８１乃至ステップＳ８７と同一であるステップＳ１８１乃至ステップＳ１８７を含む半導体装置の製造方法を第１の製造工程として第１の基板に対して行った後、同じく夫々図１４に示されるステップＳ８１乃至ステップＳ８７と同一であるステップＳ２８１乃至ステップＳ２８７を含む半導体装置の製造方法を第２の製造工程として第２の基板に対して行うものである。また、第１の製造工程の前にステップＳ１８０を含み、第１の製造工程と第２の製造工程との間にステップＳ１８８、ステップＳ１８９乃至ステップＳ２８０を含む。
【０１８０】
初めに、ステップＳ１８０を行う。ステップＳ１８０は、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）のエッチングを行うエッチング時間を設定する工程である。
【０１８１】
次に、第１の基板上に半導体装置を製造する第１の製造工程を行う。第２の実施の形態と同様にして、ステップＳ１８１乃至ステップＳ１８７の工程を行う。
【０１８２】
次に、ステップＳ１８８を行う。ステップＳ１８８は、第１の製造工程のステップＳ１８５で決定された形状パラメータが下限基準値より小さいか判定を行う工程である。具体的には、図１５に示される側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅であるＷ１について判定を行うことができる。ステップＳ１８８の判定の結果、Ｗ１が所定の下限基準値より小さい場合には、ステップＳ１８９に進み、エッチング時間を第１の基板のとき（第１の製造工程のとき）より短く設定する。また、ステップＳ１８８の判定の結果、Ｗ１が所定の下限基準値より小さくない場合には、ステップＳ２８０に進み、エッチング時間を第１の基板のとき（第１の製造工程のとき）と同じに設定する。
【０１８３】
次に、第２の基板上に半導体装置を製造する第２の製造工程を行う。第２の実施の形態と同様にして、ステップＳ２８１乃至ステップＳ２８７の工程を行う。
【０１８４】
以上、本変形例に係るパターン形状検査方法、及び本変形例に係るパターン形状検査方法を用いて行うパターン形状検査工程を含む半導体装置の製造方法を行うことにより、適切な工程において精度の高いパターン形状の検査を実施し、その結果に基づいて適切な工程におけるプロセスレシピの調整を行うことができるため、露光機の解像限界を超える微細構造の形成というダブルパターニング技術の目的を達成することができる。
【０１８５】
なお、本変形例では、第２の製造工程の全てのステップを第１の製造工程の全てのステップの後に行う手順の例を示すが、第２の製造工程におけるステップＳ２８４を第１の製造工程におけるステップＳ１８４の後に行うのであればよく、他のステップであるステップＳ１８１乃至ステップＳ１８３及びステップＳ１８５乃至ステップＳ１８７並びにステップＳ２８１乃至ステップＳ２８３及びステップＳ２８５乃至ステップＳ２８７については、第１の製造工程と第２の製造工程とを同時に行ってもよく、第２の製造工程を第１の製造工程の前に行ってもよい。
【０１８６】
（第２の実施の形態の第２の変形例）
次に、図１７を参照し、第２の実施の形態の第２の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１８７】
図１７は、本変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【０１８８】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、第１及び第２の側壁部に対応する第１及び第２の形状パラメータを用い、第１及び第２の側壁部の断面形状の非対称性を検査する点で、第２の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０１８９】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、パターン形状を検査する被測定物の断面形状において有機膜よりなる第１のパターンが除去されていない点以外は、第１の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法と同じであり、図９に示されるステップＳ５１乃至ステップＳ５５の各ステップを行うものである。
【０１９０】
また、断面形状モデル３０ｃにおける各形状パラメータは、図１７に示されるように、Ｗ１、Ｗ２、Ｈ１、Ｈ２、θ１、θ２、Ｄ１よりなる。Ｗ１、Ｗ２は、夫々側壁部モデル３３ａ、３３ｂの底部の幅である。Ｈ１、Ｈ２は、夫々側壁部モデル３３ａ、３３ｂの高さである。θ１、θ２は、夫々側壁部モデル３３ａ、３３ｂの側面の基板上面からの傾斜角である。Ｄ１は、側壁部モデル３３ａ、３３ｂの間隔であると共に第１のパターンモデル３４の幅でもあり、この点が第１の実施の形態の第３の変形例における断面形状モデル３０ａと異なる点である。
【０１９１】
以上、本変形例に係るパターン形状検査方法を行うことにより、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）をドライエッチング等によってエッチバックを行う工程の直後の断面形状の非対称性を検査することができる。
【０１９２】
（第３の実施の形態）
次に、図１８乃至図２０を参照し、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びパターン形状検査方法を説明する。
【０１９３】
初めに、図１８を参照し、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【０１９４】
図１８は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【０１９５】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、パターン形状検査方法を、成膜工程とエッチング工程との間に行う点で、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法と相違する。
【０１９６】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図１８に示されるように、第１パターン形成工程と、成膜工程と、パターン形状検査工程と、エッチング工程と、第２パターン形成工程と、被エッチング層をエッチングする工程を含む。第１パターン形成工程は、ステップＳ９１乃至ステップＳ９４の工程を含み、成膜工程は、ステップＳ９５の工程を含み、パターン形状検査工程は、ステップＳ９６の工程を含み、エッチング工程は、ステップＳ９７の工程を含み、第２パターン形成工程は、ステップＳ９８の工程を含み、被エッチング層をエッチングする工程は、ステップＳ９９の工程を含む。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、成膜工程の後に、パターン形状検査工程を行うことを特徴とする。
【０１９７】
次に、図１９及び図２０を参照し、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０１９８】
図１９は、本実施の形態に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。図２０は、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【０１９９】
本実施の形態に係るパターン形状検査方法は、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の断面形状を検査する点で、第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０２００】
本実施の形態に係るパターン形状検査方法は、図１９に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含む。測定ステップは、ステップＳ１０１を含み、決定ステップは、ステップＳ１０２乃至ステップＳ１０５を含む。本実施の形態に係るパターン形状検査方法は、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の断面形状を検査する点以外は、第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法と同じである。すなわち、図１９に示されるステップＳ１０１乃至ステップＳ１０５の各ステップは、夫々図３に示されるステップＳ２１乃至ステップＳ２５に相当する。
【０２０１】
断面形状モデル３０ｄにおける各形状パラメータは、図２０に示されるように、ＷＴ１を含むことができる。ＷＴ１は、酸化シリコン膜モデル３３ｃの厚さである。
【０２０２】
以上、本実施の形態に係るパターン形状検査方法を行うことにより、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）を成膜する工程の直後の断面形状を検査することができる。
【０２０３】
（第３の実施の形態の第１の変形例）
次に、図２１を参照し、本発明の第３の実施の形態の第１の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０２０４】
図２１は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【０２０５】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、予め複数の異なる酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の厚さに対応する複数の計算データを格納するデータベースを用いる点で、第３の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０２０６】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図２１に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含むパターン形状検査工程の前に、予め、データベース作成ステップを行う。データベース作成ステップは、ステップＳ１１１乃至ステップＳ１１３を含む。また、測定ステップは、ステップＳ１１４を含み、決定ステップは、ステップＳ１１５乃至ステップＳ１１７を含む。
【０２０７】
また、本変形例におけるステップＳ１１１乃至ステップＳ１１７の各ステップは、断面形状モデル３０ｄが、酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の厚さＷＴ１を用いる点以外は、第１の実施の形態の第１の変形例におけるステップＳ３１乃至ステップＳ３７と同じである。
【０２０８】
本変形例に係るパターン形状検査方法、及び本実施の形態に係るパターン形状検査方法を用いて行うパターン形状検査工程を含む半導体装置の製造方法を行うことによっても、予め酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の厚さを変更し、異なる酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の厚さに対応する断面形状モデルに対応した計算データを計算し、格納したデータベースを準備しておくため、更にパターン形状検査工程に要する時間を短縮することができる。
【０２０９】
（第３の実施の形態の第２の変形例）
次に、図２２を参照し、本発明の第３の実施の形態の第２の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０２１０】
図２２は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【０２１１】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、決定された酸化シリコン膜（又は酸窒化シリコン膜）の厚さが上限基準値と下限基準値との間にない場合に警報を出力する点で、第３の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０２１２】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図２２に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを行った後、判定ステップを行う。判定ステップは、ステップＳ１２６及びステップＳ１２７を含む。また、測定ステップは、ステップＳ１２１を含み、決定ステップは、ステップＳ１２２乃至ステップＳ１２５を含む。
【０２１３】
また、本変形例におけるステップＳ１２１乃至ステップＳ１２７の各ステップは、断面形状モデル３０ｄが、酸化シリコン膜の厚さＷＴ１を用いる点以外は、第１の実施の形態の第２の変形例におけるステップＳ４１乃至ステップＳ４７と同じである。
【０２１４】
本変形例においては、酸化シリコン膜の厚さが所定の上限基準値と下限基準値との間の範囲にあるかを判定することによって、酸化シリコン膜の成膜工程に不良の原因があるかを特定することができる。
【０２１５】
（第３の実施の形態の第３の変形例）
次に、図２３及び図２４を参照し、本発明の第３の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０２１６】
図２３は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。図２４は、本変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、酸化シリコン膜の断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【０２１７】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、有機膜よりなる第１のパターンの両側を被覆する酸化シリコン膜の厚さに対応する第１及び第２の厚さを用い、第１のパターンの両側を被覆する酸化シリコン膜の断面形状の非対称性を検査する点で、第３の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０２１８】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図２３に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含む。測定ステップは、ステップＳ１３１を含み、決定ステップは、ステップＳ１３２乃至ステップＳ１３５を含む。
【０２１９】
また、本変形例におけるステップＳ１３１乃至ステップＳ１３５の各ステップは、断面形状モデル３０ｅが、酸化シリコン膜の厚さを用いる点以外は、第１の実施の形態の第３の変形例におけるステップＳ５１乃至ステップＳ５５と同じである。
【０２２０】
また、断面形状モデル３０ｅにおける各形状パラメータは、図２４に示されるように、第３の実施の形態と異なり、酸化シリコン膜モデル３３ｄの非対称性を表すため、ＷＴ１、ＷＴ２を含む。
【０２２１】
本変形例においては、第１の実施の形態の第３の変形例で述べたように、左右対称性が損なわれるとスペクトル形状が大きく異なるので、これらの計算データと測定データとの整合（マッチング）の度合いを数値化することにより、酸化シリコン膜の厚さの左右対称性を簡便に測定することができる。
【０２２２】
（第３の実施の形態の第４の変形例）
次に、図２５を参照し、本発明の第３の実施の形態の第４の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０２２３】
図２５は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【０２２４】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、予め複数の異なる第１及び第２の厚さに対応する複数の計算データを格納するデータベースを用いる点で、第３の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０２２５】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図２５に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを含むパターン形状検査工程の前に、予め、データベース作成ステップを行う。データベース作成ステップは、ステップＳ１４１乃至ステップＳ１４３を含む。また、測定ステップは、ステップＳ１４４を含み、決定ステップは、ステップＳ１４５乃至ステップＳ１４７を含む。
【０２２６】
また、本変形例におけるステップＳ１４１乃至ステップＳ１４７の各ステップは、断面形状モデル３０ｅが、非対称性を表す第１及び第２の厚さを用いる点以外は、第３の実施の形態の第１の変形例におけるステップＳ１１１乃至ステップＳ１１７と同じである。
【０２２７】
本変形例に係るパターン形状検査方法、及び本変形例に係るパターン形状検査方法を用いて行うパターン形状検査工程を含む半導体装置の製造方法を行うことによっても、予め第１及び第２の厚さを変更し、異なる第１及び第２の厚さに対応する断面形状モデルに対応した計算データを計算し、格納したデータベースを準備しておくため、更にパターン形状検査工程に要する時間を短縮することができる。
【０２２８】
（第３の実施の形態の第５の変形例）
次に、図２６を参照し、本発明の第３の実施の形態の第５の変形例に係るパターン形状検査方法を説明する。
【０２２９】
図２６は、本変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【０２３０】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、決定された第１及び第２の厚さの差が所定の基準値より大きい場合に警報を出力する点で、第３の実施の形態に係るパターン形状検査方法と相違する。
【０２３１】
本変形例に係るパターン形状検査方法は、図２６に示されるように、測定ステップと、決定ステップとを行った後、判定ステップを行う。判定ステップは、ステップＳ１５６及びステップＳ１５７を含む。また、測定ステップは、ステップＳ１５１を含み、決定ステップは、ステップＳ１５２乃至ステップＳ１５５を含む。
【０２３２】
また、本変形例におけるステップＳ１５１乃至ステップＳ１５７の各ステップは、断面形状モデル３０ｅが、非対称性を表す第１及び第２の厚さを用いる点以外は、第３の実施の形態の第２の変形例におけるステップＳ１２１乃至ステップＳ１２７と同じである。
【０２３３】
ステップＳ１５６及びステップＳ１５７を含む判定ステップにおいては、ステップＳ１５６において、ステップＳ１５５において決定された第１の厚さＷＴ１と第２の厚さＷＴ２との間の寸法差が所定の基準値以上かを判定する。具体的には、決定された第１の厚さＷＴ１と第２の厚さＷＴ２との寸法差が所定の基準値より小さいときは、ステップＳ１５７を行わずにパターン形状検査工程を終了するが、決定された第１の厚さＷＴ１と第２の厚さＷＴ２との寸法差が所定の基準値より大きいときは、ステップＳ１５７に進む。
【０２３４】
ステップＳ１５７は、警報を出力するステップである。決定された第１の厚さＷＴ１と第２の厚さＷＴ２との寸法差が所定の基準値より大きいとき、警報を出力する。一方、決定された第１の厚さＷＴ１と第２の厚さＷＴ２との寸法差が所定の基準値より小さいとき、警報を出力しない。
【０２３５】
本変形例においては、酸化シリコン膜の厚さの左右対称性の度合いが所定の基準値より非対称性を示すかを判定することによって、酸化シリコン膜の成膜装置に何らかの問題があるものと原因を特定することができる。
【０２３６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための図であり、各工程における半導体装置の構造を模式的に示す断面図（その１）である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための図であり、各工程における半導体装置の構造を模式的に示す断面図（その２）である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程を説明するための図であり、各工程における半導体装置の構造を模式的に示す断面図（その３）である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、反射率測定装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、断面形状モデルよりなるモデルパターンに入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルの計算データの一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、断面形状モデルよりなるモデルパターンに入射光が回折反射される反射光の振幅比スペクトル及び位相差スペクトルの計算データの一例を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の第５の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の第２の変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、第２のパターンの断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の各工程の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、酸化シリコン膜の断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態の第１の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図２２】本発明の第３の実施の形態の第２の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図２３】本発明の第３の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図２４】本発明の第３の実施の形態の第３の変形例に係るパターン形状検査方法を説明するための図であり、酸化シリコン膜の断面形状をモデル化した断面形状モデルを示す図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態の第４の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【図２６】本発明の第３の実施の形態の第５の変形例に係るパターン形状検査方法の各ステップの手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０２３８】
１１  基板
１２  被エッチング層
１３  有機膜
１４  フォトレジスト膜
１４ａ、１４ｂ  レジストパターン
１５  ＳｉＯ２膜
１５ａ  側壁部
２１  第１のパターン
２２  第２のパターン
２３  第３のパターン
３０、３０ａ〜３０ｅ  断面形状モデル
３１  基板モデル
３２、３２ａ、３２ｂ  被エッチング層モデル
３３ａ、３３ｂ  側壁部モデル
３４  第１のパターンモデル
Ｗ  ウェハ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４  ライン幅
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  スペース幅
Ｄ  厚さＳ
Ｗ１、Ｗ２、Ｈ１、Ｈ２、θ１、θ２  形状パラメータ
Ｄ１、Ｗ３、Ｈ３、Ｈ４  形状パラメータ
ＷＴ１、ＷＴ２  厚さ
【図１】
2010060388.tif 000004
【図２Ａ】
2010060388.tif 000005
【図２Ｂ】
2010060388.tif 000006
【図２Ｃ】
2010060388.tif 000007
【図３】
2010060388.tif 000008
【図４】
2010060388.tif 000009
【図５】
2010060388.tif 000010
【図６】
2010060388.tif 000011
【図７】
2010060388.tif 000012
【図８】
2010060388.tif 000013
【図９】
2010060388.tif 000014
【図１０】
2010060388.tif 000015
【図１１】
2010060388.tif 000016
【図１２】
2010060388.tif 000017
【図１３】
2010060388.tif 000018
【図１４】
2010060388.tif 000019
【図１５】
2010060388.tif 000020
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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