(57)【要約】【課題】パターン形成後に、異なる製造条件の２種類のパターンの寸法を独立して測定するのを可能とすること。【解決手段】基板上にパターンを形成するパターン形成方法は、マスクパターンを構成するパターン幅以上切断した部分から成る目印の付いたマスクパターンを用いて、サイドウォール型のダブルパターニング法により、基板上にパターンを形成する。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
目印の付いたマスクパターンを用いて前記基板上にパターンを形成すること、を特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記目印は、当該マスクパターンを構成するパターン幅以上切断した部分から成る、請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記目印は、当該マスクパターンの遮光部分を切断した部分から成る、請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記パターンを形成することは、前記目印の付いたマスクパターンを用いて、サイドウォール型のダブルパターニング法により、前記基板上に前記パターンを形成することである、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記パターンは、製造条件の異なる第１及び第２のパターンから成る、請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記基板上に被エッチング膜を成膜する工程と、
前記被エッチング膜上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記マスクパターンを使用して前記フォトレジストを露光・現像して、フォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜をドライエッチングして、前記マスクパターンと同一形状の前記第１のパターンを形成する工程と、
前記基板全面に前記第１のパターンを覆うように被覆膜を成膜する工程と、
前記被覆膜をエッチバックして、サイドウォール膜を形成する工程と、
前記基板全面に前記サイドウォール膜の隙間を埋設するように、前記被エッチング膜を成膜する工程と、
前記被エッチング膜をエッチバックして、前記サイドウォール膜の表面が露出するまで平坦化する工程と、
前記サイドウォール膜をエッチバックして、前記第１のパターンと前記サイドウォール膜間の前記第２のパターンとを形成する工程と、
を含む請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記被覆膜は、ウェットエッチで前記被エッチング膜に対して選択比の大きい膜から成る、請求項６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
前工程において、目印の付いた前工程マスクパターンを用いて、前記基板上に前工程パターンを形成し、
本工程において、目印の無い本工程マスクパターンを用いて、前記前工程パターン上に本工程パターンを形成する
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項９】
前記本工程マスクパターンは第１の方向に延在しており、
前記前工程マスクパターンは、前記第１の方向と直交する第２の方向に延在している、請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記目印は、当該前工程マスクパターンを構成するパターン幅以上切断した部分から成る、請求項８又は９に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記目印は、当該前工程マスクパターンの遮光部分を切断した部分から成る、請求項１０に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法に関し、特に、サイドウォール型のダブルパターニング法を使用して基板上に製造条件の異なる第１及び第２のパターンを形成するパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する場合、基板上に微細なパターンを形成することが必要となる。半導体装置の製造工程において、基板上に微細な繰り返しパターンを形成する場合、サイドウォール型のダブルパターニング法が使用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、ダブルパターニング法とは、パターニングを２回以上行ってパターンを形成する方法である。サイドウォール型のダブルパターニング法では、サイドウォールを利用して、パターンを形成する。
【０００４】
このようなサイドウォール型のダブルパターニング法を用いて、基板上に微細な繰り返しパターンを形成した後、電子ビームによる超微細寸法測定装置であるＣＤ−ＳＥＭ（Critical Dimension-Scanning Electron Microscope）でパターンの寸法を計測することが行われる。そして、計測した寸法結果から寸法補正のためにフィードバックを行う。
【０００５】
尚、ＣＤ−ＳＥＭの原理は、電子銃から放出される１次電子を測定試料に照射し、試料から放出される２次電子を検出器で捉え、得られた強度分布から対象パターンの寸法を計測する方法である。
【０００６】
サイドウォール型のダブルパターニング法を用いて基板上に微細な繰り返しパターンを形成する場合、その微細な繰り返しパターンとして、製造条件の異なる２種類のパターン（第１および第２のパターン）を形成することがある。その場合には、上記ＣＤ−ＳＥＭを使用して、第１および第２のパターンの寸法を独立して計測する必要がある。何故なら、第１および第２のパターンの寸法は、それぞれ、異なる第１および第２のパラメータによって決定されるからである。第１のパラメータは、例えば、露光量及びドライエッチング条件からなり、第２のパラメータは、例えば、第１のパターンの寸法及びサイドウォール膜の膜厚からなる。
【０００７】
次に、図４Ａ、図４Ｂおよび図５を参照して、サイドウォール型のダブルパターニング法を用いた、従来のパターン形成方法について説明する。
【０００８】
図４Ａは使用するマスクパターンの平面図である。図４Ｂは図４Ａのマスクパターンを使用して、サイドウォール型のダブルパターニング法により、半導体基板１上に形成されたパターンを示す平面図である。図５は、従来のサイドウォール型のダブルパターニング法を用いたパターンの製造工程を示す図である。図５において、左側の図は断面図であり、右側の図は平面図である。
【０００９】
図４Ａに示されるように、レチクルＭに形成されたマスクパターンＡは、第１の方向であるＹ方向に延在している。このマスクパターンＡを用いて、サイドウォール型のダブルパターニング法により半導体基板１上にパターンを形成すると、図４Ｂに示されるように、マスクパターンＡと同一形状の第１のパターンと、サイドウォール間パターンＢである第２のパターンとが形成される。
【００１０】
図５を参照して、従来のパターン形成方法について説明する。
【００１１】
先ず、図５（ａ）に示されるように、半導体基板１の全面に被エッチング膜２を成膜する。
【００１２】
次に、図５（ｂ）に示されるように、被エッチング膜２を全面に成膜した半導体基板１にフォトレジストＲを塗布する。
【００１３】
次に、図５（ｃ）に示されるように、図４Ａに示すような、求めるパターンの２倍のピッチのマスクパターンＡを持つレチクルＭを用い、リソグラフィ技術により露光・現像して、フォトレジストＲにマスクパターンＡをパターンニングし、フォトレジストパターンＲを形成する。
【００１４】
次に、図５（ｄ）に示されるように、ドライエッチングにより、該フォトレジストパターンＲをマスクとして、被エッチング膜２をエッチングして、マスクパターンＡと同一形状の第１のパターンＡを形成する。
【００１５】
次に、図５（ｅ）に示されるように、被覆膜３を半導体基板１の全面に第１のパターンＡを持つ被エッチング膜２を覆うように成膜する。
【００１６】
次に、図５（ｆ）に示されるように、エッチバックすることで、サイドウォール膜３を形成する。
【００１７】
次に、図５（ｇ）に示されように、被エッチング膜２を半導体基板１全面に該サイドウォール膜３の隙間を埋設するように成膜する。
【００１８】
次に、図５（ｈ）に示されるように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によりサイドウォール膜３をエッチバックして、サイドウォール膜３の表面が露出するまで平坦化する。
【００１９】
次に、図５（ｉ）に示されるように、ウェットエッチングにより、該サイドウォール膜３を全て取り去る。これにより、マスクパターンＡを持つ被エッチング膜２の第１のパターンの間に、サイドウォール膜３の間隙をはさんでサイドウォール間パターンＢである第２のパターンが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００９−５３５４７号公報（段落［０１５１］、図１）
【特許文献２】特開２０１１−１０７５９６号公報（図１〜図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ここで、上記ＣＤ−ＳＥＭを用いて、半導体基板１上に形成された微細な繰り返しパターンを測定するとする。しかしながら、マスクパターン（第１のパターン）Ａの寸法とサイドウォール間パターン（第２のパターン）Ｂの寸法とを独立して計測することができない。何故なら、ＣＤ−ＳＥＭの見た目では、マスクパターン（第１のパターン）Ａとサイドウォール間パターン（第２のパターン）Ｂとの区別がつかないからある。前述したように、計測した寸法結果から寸法補正のためのフィードバックを行う必要があるが、第１及び第２のパターンの寸法を独立して計測できないので、寸法補正のための露光条件とエッチング条件とサイドウォール膜成膜条件へのフィードバックをうまく行うことができない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の第１の態様によるパターン形成方法は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、目印の付いたマスクパターンを用いて基板上にパターンを形成すること、を特徴とする。
【００２３】
また、本発明の第２の態様によるパターン形成方法は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、前工程において、目印の付いた前工程マスクパターンを用いて、基板上に前工程パターンを形成し、本工程において、目印の無い本工程マスクパターンを用いて、前工程パターン上に本工程パターンを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、目印の付いたマスクパターンを用いて基板上にパターンを形成しているので、製造条件の異なる２種類のパターンの寸法を独立に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の第１の実施例によるパターン形成方法で使用されるマスクパターンを示す平面図である。
【図１Ｂ】図１に示したマスクパターンを使用して形成されたパターンを示す平面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示したマスクパターンと、それを用いて図１Ｂに示すパターンを形成するパターン形成方法の第１の製造工程とを示す斜視図である。
【図２Ｂ】図１Ｂに示すパターンを形成するパターン形成方法の第２の製造工程を示す斜視図である。
【図２Ｃ】図１Ｂに示すパターンを形成するパターン形成方法の第３の製造工程を示す斜視図である。
【図２Ｄ】図１Ｂに示すパターンを形成するパターン形成方法の第４の製造工程を示す斜視図である。
【図２Ｅ】図１Ｂに示すパターンを形成するパターン形成方法の第５の製造工程を示す斜視図である。
【図２Ｆ】図１Ｂに示すパターンを形成するパターン形成方法の第６の製造工程を示す斜視図である。
【図２Ｇ】図１Ｂに示すパターンを形成するパターン形成方法の第７の製造工程を示す斜視図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施例によるパターン形成方法で使用される前工程マスクパターンを示す平面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施例によるパターン形成方法で使用される本工程マスクパターンを示す平面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示した前工程マスクパターンと図３Ｂに示した本工程マスクパターンとを使用して形成されたパターンを示す平面図である。
【図４Ａ】従来のパターン形成方法で使用されるマスクパターンを示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示したマスクパターンを使用して形成されたパターンを示す平面図である。
【図５】従来のパターン形成方法の製造工程を示す平面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
最初に、本発明の実施形態の要旨について説明する。
【００２７】
本発明の実施形態に係るパターン形成方法では、目印の付いたマスクパターンを用いて基板上にパターンを形成する。目印は、例えば、当該マスクパターンを構成するパターン幅以上切断した部分から成る。目印は、当該マスクパターンの遮光部分を切断した部分から成る。パターンを形成することは、具体的には、目印の付いたマスクパターンを用いて、サイドウォール型のダブルパターニング法により、基板上に前記パターンを形成することである。パターンは、製造条件の異なる第１及び第２のパターンから成る。
【００２８】
目印の付いたマスクパターンを用いて基板上にパターンを形成しているので、製造条件の異なる２種類のパターンの寸法を独立に測定することができる。
【実施例１】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の第１実施例について詳細に説明する。
【００３０】
以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。また、ＸＹＺ座標系を設定し、各構成の配置を説明する。この座標系において、Ｚ方向は半導体基板の表面に垂直な方向であり、Ｘ方向は半導体基板の表面と水平な面においてＺ方向と直交する方向であって、Ｙ方向は半導体基板の表面と水平な面においてＸ方向と直交する方向である。尚、Ｙ方向は第１の方向とも呼ばれ、Ｘ方向は第２の方向とも呼ばれる。このように、第１の方向（Ｙ方向）と第２の方向（Ｘ方向）とは、互いに直交している。
【００３１】
図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本発明の第１の実施例に係るパターン形成方法に使用されるマスクパターンと、そのマスクパターンを使用して形成されたパターンとについて説明する。図１Ａはマスクパターンを示す平面図であり、図１Ｂはそのマスクパターンを使用して形成されたパターンを示す平面図である。
【００３２】
図１Ａに示すように、マスクパターンとして、レチクルＭの通常マスクパターン部分Ａの中にパターンの途中をパターン幅以上切断し目印Ｐとした変形マスクパターン部分Ａ’を一つ作る。この切断した目印Ｐは、マスクパターンの遮光部分である。図示の例では、通常マスクパターン部分Ａおよび変形マスクパターン部分Ａ’は、第１の方向であるＹ方向に延在している。
【００３３】
このレチクルＭを使用してサイドウォール型のダブルパターニング法でパターンを形成すると、図１Ｂに示すように、目印Ｐの部分が変形マスクパターン部分Ａ’に形成される。この目印Ｐを基準として、具体的にはパターンの切れ目があるものを変形マスクパターン部分Ａ’の目安として、ＣＤ−ＳＥＭ等を使用して、マスクパターン（Ａ、Ａ’）と同一形状の第１のパターンの寸法と、サイドウォール間パターンＢである第２のパターンの寸法とを分けて測定することができる。
【００３４】
なお、該目印Ｐは、半導体装置形成上の欠陥、例えば短絡となるので、影響の少ない部分に形成する。具体的には、目印Ｐをメモリセルのパターンで使用することについては、配線工程（ワード線、ビット線）では不良が多発するため適用困難である。しかしながら、フィールドやコンタクト工程では、目印１つに対して不良となるビットは数個程度なので適用可能である。
【００３５】
次に図２Ａ乃至図２Ｇを参照して、本発明の第１の実施例に係るパターン形成方法の製造工程について説明する。
【００３６】
先ず、図２Ａに示すように、半導体基板１の全面に被エッチング膜２を成膜し、その被エッチング膜２上にフォトレジストＲを塗布する。そして、サイドウォール型のダブルパターニングの工程のマスクパターン（Ａ，Ａ’）のレチクルＭを用いて、リソグラフィ技術によりフォトレジストＲを露光・現像して、マスクパターン（Ａ，Ａ’）と同一形状のフォトレジストパターンを形成する。上述したように、レチクルＭのマスクパターン（Ａ，Ａ’）は、通常マスクパターン部分Ａと変形マスクパターン部分Ａ’とから成る。ここで、変形マスクパターン部分Ａ’には、目印Ｐ用の切断部がある。
【００３７】
次に、図２Ｂに示すように、フォトレジストパターン（Ａ，Ａ’）をマスクとして、被エッチング膜２をドライエッチングによりエッチングした後に、フォトレジストＲを除去し、通常マスクパターン部分Ａ及び変形マスクパターン部分Ａ’と同一形状の第１のパターン（Ａ，Ａ’）を持つ被エッチング膜２を形成する。
【００３８】
この第１のパターン（Ａ，Ａ’）の寸法を決定する第１のパラメータは、露光量及びドライエッチング条件である。
【００３９】
次に、図２Ｃに示すように、半導体基板1の全面に該第１のパターン（Ａ，Ａ’）を持つ被エッチング膜２を覆うように被覆膜３を成膜する。ここで、被覆膜３は、ウェットエッチ等で被エッチング膜２に対して選択比が大きい膜であることが望ましい。
【００４０】
次に、図２Ｄに示すように、半導体基板１の全面を被エッチング膜２が表面に出て、第１のパターン（Ａ，Ａ’）の形状を持つ被エッチング膜２の側面にだけ被覆膜３が残るようにエッチバックし、サイドウォール膜３を形成する。ここで、サイドウォール膜３の間にできる溝が、サイドウォール間パターンＢとなる。
【００４１】
次に、図２Ｅに示すように、半導体基板１の全面にサイドウォール膜３の間を埋設し、第１のパターン（Ａ，Ａ’）の形状を持つ被エッチング膜２の上面も埋設するように、被エッチング膜２を成膜する。
【００４２】
次に、図２Ｆに示すように、ＣＭＰ法で被エッチング膜２をエッチバックして、サイドウォール膜３の上面が露出するまで平坦化する。
【００４３】
次に、図２Ｇに示すように、被エッチング膜２に対して被覆膜３の選択比が大きいウェットエッチ等により、サイドウォール膜３を全て取り除く。これにより、上記第１のパターン（Ａ，Ａ’）ならびにサイドウォール間パターンＢの第２のパターンを持つ被エッチング膜２が形成される。
【００４４】
第２のパターンＢの寸法を決定する第２のパラメータは、第１のパターン（Ａ，Ａ’）の寸法及びサイドウォール膜３の膜厚である。
【００４５】
ここで変形マスクパターン部分Ａ’に目印Ｐがあるため、上記ＣＤ−ＳＥＭでパターンの寸法を計測する場合に、第１のパターン（Ａ，Ａ’）とサイドウォール間パターン（第２のパターン）Ｂとを容易に判別することが可能である。
【００４６】
以上説明した本第１実施例のパターン形成方法によれば、次のような効果が得られる。
【００４７】
ＣＤ−ＳＥＭでパターンの寸法を計測する場合に、第１のパターン（Ａ，Ａ’）とサイドウォール間パターン（第２のパターン）Ｂとを容易に判別することができるので、寸法調整のための露光条件とエッチング条件とサイドウォール膜成膜条件へのフィードバックを良好に行うことができる。
【実施例２】
【００４８】
次に、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを参照して、本発明の第２実施例に係るパターン形成方法について説明する。図３Ａは、前工程で使用される前工程マスクパターンを示す平面図であり、図３Ｂは本工程で使用される本工程マスクパターンの平面図であり、図３Ｃは、それらマスクパターンを使用して形成されたパターンを示す平面図である。
【００４９】
図３Ａに示すように、前工程マスクパターンとして、前工程レチクルＭ’の前工程通常マスクパターン部分Ｃの中に途中を切断し目印Ｐとした前工程変形マスクパターン部分Ｃ’を一つ作る。具体的には、図２Ｂに示すサイドウォール型のダブルパターニングの工程の本工程マスクパターンの本工程レチクルＭのパターンＡのうちの一つと重なる部分を切断する。
【００５０】
このように、前工程マスクパターン（Ｃ，Ｃ’）には目印Ｐの付いているのに対して、本工程マスクパターンＡには目印Ｐがない。本工程マスクパターンＡは、第１の方向であるＹ方向に延在しており、前工程マスクパターン（Ｃ，Ｃ’）は、第１の方向と直交する第２の方向であるＸ方向に延在している。
【００５１】
この前工程レチクルＭ’を用いて前工程をパターニングした後、サイドウォール型のダブルパターニングの工程のマスクパターンの本工程レチクルＭを用いてサイドウォール型のダブルパターニングの工程を行うと、図３Ｃに示すように、前工程で形成された前工程通常マスクパターン部分Ｃ及び前工程変形マスクパターン部分Ｃ’とサイドウォール型のダブルパターニングの工程で形成された第１のパターンＡ及びサイドウォール間パターン（第２のパターン）Ｂが重なって観測される。
【００５２】
このとき、前工程変形マスクパターン部分Ｃ’の目印Ｐと重なるサイドウォール型のダブルパターニングの工程で形成されたパターンが第１のパターンＡとなるので、それを目安として、上記ＣＤ−ＳＥＭでパターンの寸法を計測すると、第１のパターンＡの寸法とサイドウォール間パターン（第２のパターン）Ｂの寸法とを分けて測定することができる。なお、該目印Ｐは、半導体装置形成上の欠陥、例えば短絡となるので、影響の少ない部分に形成する。
【００５３】
以上説明した本第２実施例のパターン形成方法によれば、次のような効果が得られる。
【００５４】
ＣＤ−ＳＥＭでパターンの寸法を計測する場合に、第１のパターンＡとサイドウォール間パターン（第２のパターン）Ｂとを容易に判別することができるので、寸法調整のための露光条件とエッチング条件とサイドウォール膜成膜条件へのフィードバックを良好に行うことができる。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
１    半導体基板
２    被エッチング膜
３    被覆膜（サイドウォール膜）
Ｒ    フォトレジスト
Ｍ    レチクル（本工程レチクル）
Ｍ’    前工程レチクル
Ａ    通常マスクパターン部分（目印無）
Ａ’    変形マスクパターン部分（目印有）
Ｂ    サイドウォール間パターン（第２のパターン）
Ｃ    前工程通常マスクパターン部分（目印無）
Ｃ’    前工程変形マスクパターン部分（目印有）
Ｐ    目印
Ｘ    Ｘ方向（第２の方向）
Ｙ    Ｙ方向（第１の方向）
Ｚ    Ｚ方向
【図１Ａ】
2013201173.tif 000003
【図１Ｂ】
2013201173.tif 000004
【図２Ａ】
2013201173.tif 000005
【図２Ｂ】
2013201173.tif 000006
【図２Ｃ】
2013201173.tif 000007
【図２Ｄ】
2013201173.tif 000008
【図２Ｅ】
2013201173.tif 000009
【図２Ｆ】
2013201173.tif 000010
【図２Ｇ】
2013201173.tif 000011
【図３Ａ】
2013201173.tif 000012
【図３Ｂ】
2013201173.tif 000013
【図３Ｃ】
2013201173.tif 000014
【図４Ａ】
2013201173.tif 000015
【図４Ｂ】
2013201173.tif 000016
【図５】
2013201173.tif 000017