半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造システム
【課題】基板上の犠牲膜又は被処理膜のパターンの寸法を正確に測定し、基板上の被処理膜にスペース比率が１：１となるパターンを形成する。
【解決手段】検査用ウェハのモニターパターンの目標スペース比率を１：１と異なる比率に決定する（Ｓ１）。ライブラリのスペース比率の範囲を、目標スペース比率を含み１：１を含まない範囲に決定する（Ｓ２）。検査用ウェハに所定の処理を行い、被処理膜にモニターパターンを形成する（Ｓ３〜Ｓ８）。モニターパターンの寸法を測定する（Ｓ９）。モニターパターンの寸法を１：１のスペース比率の被処理膜のパターンの寸法に変換し（Ｓ１０）、変換された被処理膜のパターンの寸法に基づいて所定の処理の処理条件を補正する（Ｓ１１）。その後、補正された条件でウェハに所定の処理を行い、被処理膜に１：１のスペース比率のパターンを形成する（Ｓ１２〜Ｓ１７）。
【解決手段】検査用ウェハのモニターパターンの目標スペース比率を１：１と異なる比率に決定する（Ｓ１）。ライブラリのスペース比率の範囲を、目標スペース比率を含み１：１を含まない範囲に決定する（Ｓ２）。検査用ウェハに所定の処理を行い、被処理膜にモニターパターンを形成する（Ｓ３〜Ｓ８）。モニターパターンの寸法を測定する（Ｓ９）。モニターパターンの寸法を１：１のスペース比率の被処理膜のパターンの寸法に変換し（Ｓ１０）、変換された被処理膜のパターンの寸法に基づいて所定の処理の処理条件を補正する（Ｓ１１）。その後、補正された条件でウェハに所定の処理を行い、被処理膜に１：１のスペース比率のパターンを形成する（Ｓ１２〜Ｓ１７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上の被処理膜に所定のパターンを形成して半導体装置を製造する方法及び半導体装置の製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の製造工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などを順次行うフォトリソグラフィー処理が行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。このレジストパターンをマスクとして、ウェハ上の被処理膜のエッチング処理が行われ、その後レジスト膜の除去処理などが行われて、被処理膜に所定のパターンが形成される。
【０００３】
上述した被処理膜のパターンを形成する際には、半導体装置のさらなる高集積化を図るため、当該被処理膜のパターンの微細化が求められている。一般にフォトリソグラフィー処理における微細化の限界は、露光処理に用いる光の波長程度である。このため、従来より露光処理の光を短波長化することが進められている。しかしながら、露光光源の短波長化には技術的、コスト的な限界があり、光の短波長化を進める方法のみでは、例えば数ナノメートルオーダーの微細な被処理膜のパターンを形成するのが困難な状況にある。
【０００４】
そこで、例えばＳｉＯ２膜等を犠牲膜として使用し、レジストパターンのライン部の両側側壁部分にマスクを形成して使用する、いわゆるＳＷＴ（Ｓｉｄｅ Ｗａｌｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）法を用いることが提案されている。ＳＷＴ法は、最初にフォトリソグラフィー処理を行ってウェハ上に形成されたレジストパターンよりも微細なピッチで被処理膜のパターニングを行うものである。すなわち、この方法では、先ずレジストパターン上に犠牲膜を成膜し、この犠牲膜がレジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングする。その後、レジストパターンを除去して、ウェハの被処理膜上に犠牲膜のパターンを形成する。こうして形成された微細な犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、ウェハ上に微細な被処理膜のパターンを形成する（特許文献１）。
【０００５】
また、上述のように半導体装置のさらなる高集積化を図るためには、半導体装置の製造段階において、ウェハ表面の構造、すなわち犠牲膜や被処理膜のパターンの寸法等を正確に測定する必要がある。そして、この測定結果をウェハ処理の処理条件に反映させることで、ウェハ処理を適切に行えると共に、高いスループットも実現することができる。
【０００６】
従来、ウェハ上に形成されるパターンの寸法や形状を測定するため、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察するという方法が用いられてきた。しかしながら、この方法は真空装置が必要であり、パターンの高さなどの３次元の形状を測定するには断面を測定するためにウェハを劈開、すなわちウェハ自体を破壊しなければならないという問題があった。
【０００７】
そこで、非破壊でウェハ上に形成されるパターンの寸法を正確かつ高速に測定するため、いわゆるスキャトロメトリ（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）法を用いることが提案されている。スキャトロメトリ法では、先ず任意の繰り返しパターン形状に対して光を照射した際に生じる回折光（スペクトル）を算出して、そのライブラリを予め作成する。そして、測定対象である実際のパターンに光を照射し、そのパターンから反射する反射光のスペクトルを測定する。その測定結果と前記のライブラリのスペクトルとをマッチングし、スペクトルが適合したライブラリ内のパターン形状を実際のパターン形状と推定する。この方法を用いることにより、ウェハ上に形成されるパターンが微細化した場合でも、前記ライブラリを利用したパターンマッチングによって、ウェハ上の所定のパターンの寸法の測定が可能となる（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−９９９３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ウェハ上の被処理膜のパターンは、その第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるように形成されることが要求される。したがって、上述したＳＷＴ法において、図１７に示すようにウェハＷの被処理膜９００上に形成される犠牲膜のパターン９０１も、そのライン部９０２ａ、９０２ｂ間の第１のスペース部９０３ａの幅Ｄ１とライン部９０２ｂ、９０２ａ間の第２のスペース部９０３ｂの幅Ｄ２とのスペース比率が１：１となるように形成されることが要求される。なお、第１のスペース部９０３ａはレジストパターン９０４が除去されて形成されるスペースであり、第２のスペース部９０３ｂはレジストパターン９０４、９０４間に形成されるスペースである。
【００１０】
しかしながら、ＳＷＴ法を用いると、図１８に示すように犠牲膜のパターン９０１のライン部９０２ａ、９０２ｂのうち、一のライン部９０２ｂが所定の位置からずれて形成される場合がある。すなわち、犠牲膜のパターン９０１のスペース比率が１：１でない場合がある。
【００１１】
かかる場合、犠牲膜のパターン９０１のライン部９０２ｂがどのぐらい所定の位置からずれているか、正確に測定する必要がある。しかしながら、この測定に上述したスキャトロメトリ法を用いると、いわゆるトグリングが発生する場合があった。
【００１２】
上述したようにスキャトロメトリ法は、任意のパターンに対するライブラリを用いる。図１９は、ライブラリＬのスペース比率の範囲（図中の斜線部）を示したグラフである。このライブラリＬには、目標とするスペース比率が１：１のパターンのスペクトルＥ１も含まれる。かかる場合、図１８に示した実際のスペース比率が０．８：１．２とすると、パターン５０１に光を照射することによって図１９に示すようにスペクトルＥ２が得られる。しかしながら、このスペクトルＥ２は、スペース比率が１．２：０．８とするスペクトルＥ３と同様の分布になる。すなわち、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率のスペクトルは同様の分布になる。そうすると、測定されたスペクトルＥ２とライブラリＬ内のスペクトルをマッチングする際、実際のスペクトルＥ２をスペクトルＥ３と誤って推定する場合がある。すなわち、実際のスペース比率が０．８：１．２であるにも関わらず、スペース比率が１．２：０．８のパターンであると推定される。これが、上述したトグリングである。
【００１３】
なお、スペクトルＥ３のスペース比率１．２：０．８は、図２０に示すように第１のスペース部９０３ａの幅Ｄ１と第２のスペース部９０３ｂの幅Ｄ２の比率が１．２：０．８であることを意味する。したがって、スキャトロメトリ法で測定された図２０に示したパターン９０１は、図１８に示した実際のパターン９０１と全く異なるものである。
【００１４】
以上のようにトグリングが発生すると、犠牲膜のパターン９０１を実際と異なるパターンと推定してしまい、当該犠牲膜のパターン９０１の寸法を正確に測定できなかった。
【００１５】
なお、ウェハ上に形成される被処理膜のパターンを測定する場合にも、上記と同様に当該被処理膜のパターンの寸法を正確に測定できない場合があった。
【００１６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法を正確に測定し、基板上の被処理膜にスペース比率が１：１となるパターンを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の目的を達成するため、本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、前記所定の処理は、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをトリミングするトリミング工程と、前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜工程と、前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成する犠牲膜パターン形成工程と、前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成する被処理膜パターン形成工程と、を備え、検査用基板に前記所定の処理を行い、前記犠牲膜パターン形成工程において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記被処理膜パターン形成工程において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換する比率変換工程と、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴としている。なお、犠牲膜には例えばＳｉＯ２膜が用いられる。また、パターンの寸法とは、例えばパターンのライン部の線幅、スペース部の幅、ライン部のサイドウォールアングル等である。
【００１８】
本発明によれば、先ず検査用基板に所定の処理を行い、第１のモニターパターン又は第２のモニターパターン（以下、単に「モニターパターン」という場合がある。）を形成した後、スキャトロメトリ法を用いてモニターパターンの寸法を測定している。この際、モニターパターンの目標スペース比率は１：１と異なる比率である。そして、モニターパターンの寸法を測定する際、スキャトロメトリ法で用いられるライブラリのスペース比率の範囲は、目標スペース比率を含むが、１：１のスペース比率を含まない範囲である。すなわち、ライブラリには、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率は含まれず、異なる分布のスペクトルのみ含まれる。したがって、本発明によれば、従来のようにトグリングが発生することなく、モニターパターンの寸法を正確に測定することができる。その後、この測定されたモニターパターンの寸法を、予め求められた回帰式を用いて、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換し、所定の処理の処理条件を補正している。したがって、以後、補正された処理条件で基板に所定の処理を行うので、基板上の被処理膜にスペース比率が１：１となるパターンを所定の寸法で適切に形成することができる。
【００１９】
前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、当該第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定されてもよい。かかる場合、前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定されてもよい。なお、再現性とは、各パラメータのばらつき度（３σ）である。また、ライン部の寸法とは、例えばライン部の上端部の線幅、下端部の線幅、高さ等である。
【００２０】
前記トリミング工程では、前記レジストパターンをトリミングすると共に、当該レジストパターンをマスクとして、基板の被処理膜とレジストパターンとの間に形成された反射防止膜をエッチングしてもよい。
【００２１】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記トリミング工程の処理条件を補正してもよい。
【００２２】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記レジストパターン形成工程の処理条件を補正してもよい。かかる場合、前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における露光処理の処理条件であってもよい。また、前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における熱処理の処理条件であってもよい。さらに、前記熱処理は、露光処理後であって現像処理前に行われる加熱処理であってもよい。
【００２３】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記成膜工程の処理条件を補正してもよい。
【００２４】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正してもよい。
【００２５】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正してもよい。
【００２６】
別な観点による本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該モニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記モニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換する比率変換工程と、前記比率変換工程で変換されたパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴としている。
【００２７】
前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、当該モニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定されてもよい。かかる場合、前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定されてもよい。
【００２８】
また別な観点による本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成する塗布現像装置及び露光装置と、前記レジストパターンをトリミングするトリミング装置と、前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜装置と、前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成するアッシング装置と、前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成するエッチング装置とを備え、基板に前記所定の処理を行う処理部と、前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、前記制御装置は、検査用基板に前記所定の処理を行い、前記成膜装置において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記エッチング装置において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換し、前記変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴としている。
【００２９】
さらに別な観点による本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、基板に前記所定の処理を行いパターンを形成する処理部と、前記処理部にて形成された前記パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、前記パターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、前記制御装置は、検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該モニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記モニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換し、前記変換されたパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、基板上の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法を正確に測定し、基板上の被処理膜にスペース比率が１：１となるパターンを所定の寸法で適切に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施の形態にかかる半導体装置の製造システムの構成の概略を示す平面図である。
【図２】第１の処理部の構成の概略を示す平面図である。
【図３】第１の処理部の正面図である。
【図４】第１の処理部の背面図である。
【図５】第２の処理部の構成の概略を示す平面図である。
【図６】パターン寸法測定装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】検査用ウェハ上の被処理膜にモニターパターンが形成された様子を示す説明図である。
【図８】モニターパターンの目標スペース比率を決定する際に行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図９】モニターパターンの目標スペース比率を決定する際に行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１０】モニターパターンの目標スペース比率を決定する際に行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１１】ライブラリのスペース比率の範囲を示すグラフである。
【図１２】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】検査処理とウェハ処理の各工程を示したフローチャートである。
【図１４】各工程における検査用ウェハの状態を示した説明図であり、（ａ）はレジストパターンが形成された様子を示し、（ｂ）はレジストパターンと反射防止膜がトリミングされた様子を示し、（ｃ）は犠牲膜が成膜された様子を示し、（ｄ）は犠牲膜のパターン（モニターパターン）が形成された様子を示し、（ｅ）は被処理膜のパターン（モニターパターン）が形成された様子を示している。
【図１５】各工程におけるウェハの状態を示した説明図であり、（ａ）はレジストパターンが形成された様子を示し、（ｂ）はレジストパターンと反射防止膜がトリミングされた様子を示し、（ｃ）は犠牲膜が成膜された様子を示し、（ｄ）は犠牲膜のパターンが形成された様子を示し、（ｅ）は被処理膜のパターンが形成された様子を示している。
【図１６】ウェハ上にライン部の線幅とスペース部の幅の比率が異なる被処理膜のパターンが形成された様子を示す説明図であり、（ａ）はライン部の線幅とスペース部の幅の比率が１：１の被処理膜のパターンを示し、（ｂ）はライン部の線幅とスペース部の幅の比率が１：３の被処理膜のパターンを示している。
【図１７】スペース比率が１：１の犠牲膜のパターンを示す説明図である。
【図１８】従来の半導体装置の製造方法を用いて、ウェハ上に犠牲膜のパターンが形成された様子を示す説明図である。
【図１９】従来のライブラリのスペース比率の範囲を示すグラフである。
【図２０】従来のパターン寸法測定方法を用いて測定される、ウェハ上の犠牲膜のパターンを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造システム１の構成の概略を示す説明図である。なお、本実施の形態では、ＳＷＴ法を用いてウェハＷ上に被処理膜のパターンを形成する。また、被処理膜のパターンは、ライン部とスペース部で形成されたパターンであり、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるように形成される。
【００３３】
半導体装置の製造システム１は、図１に示すようにウェハＷに所定の処理を行う第１の処理部１１と第２の処理部１２と有している。
【００３４】
第１の処理部１１は、ウェハＷにフォトリソグラフィー処理を行う塗布現像装置２０及び露光装置２１を有している。
【００３５】
塗布現像装置２０は、図２に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像装置２０に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション３０と、フォトリソグラフィー処理の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション３１と、この処理ステーション３１に隣接して設けられている露光装置２１との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション３２とを一体に接続した構成を有している。
【００３６】
カセットステーション３０には、カセット載置台３３が設けられ、当該カセット載置台３３は、複数のカセットＣをＸ方向（図２中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション３０には、搬送路３４上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体３５が設けられている。ウェハ搬送体３５は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセス可能である。
【００３７】
ウェハ搬送体３５は、Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり、後述する処理ステーション３１側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置７０やウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置７１に対してもアクセス可能である。
【００３８】
カセットステーション３０に隣接する処理ステーション３１は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を有している。処理ステーション３１のＸ方向負方向（図２中の下方向）側には、カセットステーション３０側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３１のＸ方向正方向（図２中の上方向）側には、カセットステーション３０側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置３６が設けられている。第１の搬送装置３６は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置３７が設けられている。第２の搬送装置３７は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送することができる。
【００３９】
図３に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置４０、４１、４２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置４３、４４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置５０〜５４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室６０、６１がそれぞれ設けられている。
【００４０】
図４に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、温度調節装置７０、トランジション装置７１、精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温度調節装置７２〜７４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置７５〜７８が下から順に９段に重ねられている。
【００４１】
第４の処理装置群Ｇ４には、例えば高精度温度調節装置８０、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置８１〜８４（以下、「ＰＡＢ装置」という。）及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置８５〜８９（以下、「ＰＯＳＴ装置」という。）が下から順に１０段に重ねられている。
【００４２】
第５の処理装置群Ｇ５には、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置９０〜９３、露光後のウェハＷを加熱処理するポストエクスポージャーベーキング装置９４〜９９（以下、「ＰＥＢ装置」という。）が下から順に１０段に重ねられている。
【００４３】
図２に示すように第１の搬送装置３６のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、図４に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置１００、１０１、ウェハＷを加熱する加熱装置１０２、１０３が下から順に４段に重ねられている。図２に示すように第２の搬送装置３７のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置１０４が配置されている。
【００４４】
インターフェイスステーション３２には、図２に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１１０上を移動するウェハ搬送体１１１と、バッファカセット１１２が設けられている。ウェハ搬送体１１１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション３２に隣接した露光装置２１と、バッファカセット１１２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。
【００４５】
第２の処理部１２は、図５に示すように第２の処理部１２に対するウェハＷの搬入出を行うカセットステーション２００と、ウェハＷの搬送を行う共通搬送部２０１と、ウェハＷに所定の処理を行うトリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５及びエッチング装置２０６と、ウェハＷ上の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置２０７とを有している。なお、これらトリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５、エッチング装置２０６、パターン寸法測定装置２０７で行われる所定の処理については、後述する。
【００４６】
カセットステーション２００は、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構２１０が内部に設けられた搬送室２１１を有している。ウェハ搬送機構２１０は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム２１０ａ、２１０ｂを有しており、これら搬送アーム２１０ａ、２１０ｂのいずれかによってウェハＷを保持しながら搬送する構成となっている。搬送室２１１の側方には、ウェハＷを複数枚並べて収容可能なカセットＣが載置されるカセット載置台２１２が備えられている。図示の例では、カセット載置台２１２には、カセットＣを複数載置できるようになっている。
【００４７】
搬送室２１１と共通搬送部２０１は、真空引き可能な２つのロードロック装置２１３ａ、２１３ｂを介して互いに連結させられている。
【００４８】
共通搬送部２０１は、例えば上方からみて略多角形状（図示の例では六角形状）をなすように形成された密閉可能な構造の搬送室チャンバ２１４を有している。搬送室チャンバ２１４内には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構２１５が設けられている。ウェハ搬送機構２１５は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム２１５ａ、２１５ｂを有しており、これら搬送アーム２１５ａ、２１５ｂのいずれかによってウェハＷを保持しながら搬送する構成となっている。
【００４９】
搬送室チャンバ２１４の外側には、上述したトリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５、エッチング装置２０６、パターン寸法測定装置２０７、ロードロック装置２１３ｂ、３１３ａが、搬送室チャンバ２１４の周囲を囲み、かつ例えば上方からみて時計回転方向においてこの順に並ぶように配置されている。
【００５０】
次に、パターン寸法測定装置２０７の構成について説明する。パターン測定寸法装置２０７は、スキャトロメトリ法を用いてウェハＷや検査用ウェハ上のパターンの寸法を測定するものである。なお、パターンの寸法とは、例えばパターンのライン部の線幅、スペース部の幅、ライン部のサイドウォールアングル等である。また、検査用ウェハは、製品用のウェハＷ上の被処理膜のパターンのスペース比率が１：１となるように、当該ウェハＷの処理条件を補正するために用いられるウェハである。そして、検査用ウェハの検査処理はウェハＷのウェハ処理の前に行われる。したがって、パターン寸法測定装置２０７では主に検査用ウェハ上のパターンの寸法が測定され、以下、検査用ウェハを用いてパターン寸法測定装置２０７の構成を説明する。なお、当然、パターン寸法測定装置２０７はウェハＷ上のパターンの寸法の測定もできる。
【００５１】
パターン寸法測定装置２０７内には、図６に示すように検査用ウェハＴを水平に載置する載置台２３０が設けられている。載置台２３０は、例えば水平方向の２次元方向に移動できる。載置台２３０の上方には、載置台２３０上に載置された検査用ウェハＴに対して斜方向から光を照射する光照射部２３１と、光照射部２３１から照射された光の検査用ウェハＴで反射した光を検出する光検出部２３２が設けられている。
【００５２】
この光照射部２３１から照射された光は、検査用ウェハＴ上のパターンに反射し、光検出部２３２に到達する。光検出部２３２で検出した光の情報は、測定部２３３に出力される。この光の情報には、例えば光の回折次数、波長、入射角等が含まれる。測定部２３３は、取得した光の情報に基づいて、検査用ウェハＴ上に形成されている所定のパターンから反射した反射光のスペクトル（光強度分布）を測定することができる。なお、光照射部２３１としては例えば白色光を発するキセノンランプが用いられ、光検出部２３２としては例えばＣＣＤカメラ等を用いられる。また、本実施の形態において、光は光照射部２３１から斜め方向に照射されて検査用ウェハＴ上のパターンで反射しているが、光を光照射部２３１から垂直方向に照射して検査用ウェハＴ上のパターンで反射させてもよい。
【００５３】
パターン寸法測定装置２０７は、例えばパターンの寸法を測定するための情報の処理を行う情報処理部２３４をさらに備えている。情報処理部２３４は、例えば算出部２３５、記憶部２３６及び解析部２３７を有している。
【００５４】
算出部２３５では、記憶部２３６のライブラリに記憶されるべき情報が算出される。具体的には、例えばパターン形状、ターゲットの寸法、構造等の既知の情報に基づいて決定された異なる寸法の複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各スペクトルが算出される。さらに算出部２３５では、検査用ウェハ上の被処理膜に形成されるモニターパターンの目標スペース比率が算出され、ライブラリに用いられる仮想パターンのスペース比率の範囲が算出される。
【００５５】
なお、図７に示すように検査用ウェハＴ上の被処理膜に形成されるモニターパターン４０８は、複数のライン状のパターンであって、ライン部４０９ａ、４０９ｂとスペース部４１０ａ、４１０ｂを有している。また、上述のスペース比率とは、モニターパターン４０８において、そのライン部４０９ａ、４０９ｂ間の第１のスペース部４１０ａの幅Ｄ１とライン部４０９ｂ、４０９ａ間の第２のスペース部４１０ｂの幅Ｄ２との比率である。なお、図示の例においては、被処理膜の下層にゲート酸化膜も形成されている。
【００５６】
次に、算出部２３５において、モニターパターン４０８の目標スペース比率を決定する方法について説明する。モニターパターン４０８の目標スペース比率は、従来起こっていたトグリングを防止するため、１：１と異なる比率になるように決定される。しかしながら、この目標スペース比率が１：１に比して大きく離れていると、検査用ウェハＴに行われる処理プロセスとウェハＷに行われる処理プロセスに相関がなくなる。すなわち、この場合、検査用ウェハＴに形成されたモニターパターン４０８に基づいてウェハＷの処理条件を補正しても、当該処理条件を適切に補正することができず、ウェハＷ上の被処理膜のパターンをスペース比率１：１で形成することができない。
【００５７】
そこで、モニターパターン４０８の適切な目標スペース比率について、発明者らが鋭意検討したところ、ライン部４０９ａの中心とライン部４０９ｂの中心との距離の再現性（以下、「距離再現性」という。）と、ライン部４０９の寸法の再現性（以下、「寸法再現性」という。）に基づいて目標スペース比率を決定すれば良いことが分かった。具体的には、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下であれば、モニターパターン４０８の目標スペース比率が適切になることが分かった。すなわち、この場合、検査用ウェハＴに行われる処理プロセスとウェハＷに行われる処理プロセスが高い相関を持ち、検査用ウェハＴに形成されたモニターパターン４０８に基づいて、ウェハＷの処理条件を適切に補正することができる。なお、再現性とは、各パラメータのばらつき度（３σ）である。また、ライン部４０９の寸法とは、例えばライン部４０９の上端の線幅、下端の線幅、ウェハＷ表面からライン部４０９上端までの高さ（ライン部４０９とゲート酸化膜の高さ）等である。
【００５８】
モニターパターン４０８の目標スペース比率は、上記距離再現性と寸法再現性の条件を満たすようにシミュレーションを行って決定される。図８〜図１０にシミュレーションを行った結果の一例を示す。
【００５９】
図８は、検査用ウェハＴ上にライン部４０９の線幅が３０ｎｍのモニターパターン４０８を形成した場合のシミュレーションの結果である。かかるシミュレーションにおいて、モニターパターン４０８のスペース比率を１：１〜１：１０に変化させた。また、ウェハＷ上の被処理膜（ポリシリコン膜）の高さは９４ｎｍであって、ゲート酸化膜の高さは２ｎｍとした。図８の横軸のＡｉｒＣＤ ｒａｔｉｏは、モニターパターン４０８のスペース比率を示している。なお、図示の例では、例えばスペース比率が１：１の場合、ＡｉｒＣＤ ｒａｔｉｏは１と示され、例えばスペース比率が１：１０であればＡｉｒＣＤ ｒａｔｉｏは１０と示されている。図８の第１の縦軸のＯｆｆｓｅｔ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎは、距離再現性を示している。また、図８の第２の縦軸のＴＣＤ／ＢＣＤ／Ｈｔ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎは、寸法再現性を示している。すなわち、ＴＣＤ（Ｔｏｐ ＣＤ）はライン部４０９の上端の線幅を示し、ＢＣＤ（Ｂｏｔｔｏｍ ＣＤ）はライン部４０９の下端の線幅を示し、Ｈｔ（Ｈｅｉｇｈｔ）はウェハＷ表面からライン部４０９上端までの高さを示している。
【００６０】
図８を参照すると、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下となるスペース比率は１．１以上であり、より好ましくは１：１０以下であることが分かる。したがって、モニターパターン４０８の目標スペース比率は１：１〜１：１０の範囲で決定される。
【００６１】
図９と図１０のシミュレーションは、図８と同様のシミュレーションを行った結果であり、ライン部４０９の線幅がそれぞれ２０ｎｍ、１５ｎｍのモニターパターン４０８を形成した場合のシミュレーションの結果である。図９と図１０を参照すると、いずれの場合でも、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下となるスペース比率は１．１以上であることが分かる。したがって、モニターパターン４０８の目標スペースの比率は１：１．１以上の範囲で決定される。
【００６２】
次に、算出部２３５において、記憶部２３６のライブラリに用いられる仮想パターンのスペース比率の範囲を決定する方法について説明する。図１１に示すようにライブラリＬの仮想パターンのスペース比率の範囲（図中の斜線部）は、上述したモニターパターン４０８の目標スペース比率を含むが、１：１のスペース比率を含まない範囲である。すなわち、ライブラリＬには、目標スペース比率の仮想パターンのスペクトルＥが含まれる。また、ライブラリＬには、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率は含まれず、異なる分布のスペクトルのみ含まれる。したがって、このライブラリＬを用いると、従来起こっていたトグリングを防止することができる。
【００６３】
記憶部２３６では、算出部２３５で算出された前記仮想パターンに対する計算上の各スペクトルを記憶して、そのライブラリＬが作成される。
【００６４】
測定部２３３で測定された検査用ウェハＴ上の実際のモニターパターン４０８に対するスペクトルは、解析部２３７に出力される。解析部２３７では、測定部２３３から出力されたモニターパターン４０８のスペクトルと前記記憶部２３６のライブラリ内に記憶されている仮想パターンのスペクトルとを照合し、スペクトルが適合する仮想パターンを選択する。そして、その仮想パターンの寸法をモニターパターン４０８の寸法と推定してモニターパターン４０８の寸法が測定される。このパターンの寸法の測定結果は、例えば後述する制御装置３００に出力される。
【００６５】
次に、上述した制御装置３００について説明する。制御装置３００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えた汎用コンピュータにより構成されている。
【００６６】
制御装置３００は、図１２に示すように例えばパターン寸法測定装置２０７からの寸法測定結果が入力される入力部３０１と、寸法測定結果に基づいて第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件を算出するために必要な各種情報Ｍが格納されるデータ格納部３０２と、第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件を算出するプログラムＰが格納されるプログラム格納部３０３と、プログラムＰを実行して処理条件を算出する演算部３０４と、算出された処理条件を第１の処理部１１又は第２の処理部１２に出力する出力部３０５などを有している。
【００６７】
データ格納部３０２には、目標スペース比率のモニターパターン４０８の寸法を、１：１のスペース比率の被処理膜のパターンに変換する回帰式が予め求められて格納されている。回帰式を求める際には、先ず、ＣＤ−ＳＥＭを用いて１：１のスペース比率の被処理膜のパターンの寸法を測定する。一方、スキャトロメトリ法を用いて目標スペース比率のモニターパターン４０８の寸法を測定する。これら１：１のスペース比率の被処理膜のパターンの寸法と目標スペース比率のモニターパターン４０８の寸法とが十分に相関があることを確認した上で、前記回帰式を算出する。
【００６８】
また、データ格納部３０２には、第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件と被処理膜のパターンの寸法との相関Ｍを示すデータが格納されている。
【００６９】
なお、制御装置３００の機能を実現するためのプログラムＰは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置３００にインストールされたものであってもよい。
【００７０】
次に、以上のように構成された半導体装置の製造システム１における製品用のウェハＷの処理プロセスについて、検査用ウェハＴの検査処理と共に説明する。図１３は、これら検査用ウェハＴの検査処理とウェハＷのウェハ処理と主なフローを示している。また図１４及び図１５は、各工程における検査用ウェハＴとウェハＷの状態をそれぞれ模式的に示している。なお、図１４及び図１５における検査用ウェハＴとウェハＷ上の膜やパターンの寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。
【００７１】
先ず、半導体装置の製造システム１におけるウェハＷの処理条件を補正するために、検査用ウェハＴに一連の処理を行う。なお、検査用ウェハＴ上には、図１４（ａ）に示すように予めゲート酸化膜４００と被処理膜４０１が下から順に形成されている。
【００７２】
ここで、検査用ウェハＴの被処理膜４０１に形成されるモニターパターン４０８の目標スペース比率は、上述したパターン寸法測定装置２０７の算出部２３５において予め決定されている（図１３のステップＳ１）。本実施の形態においては、目標スペース比率は、例えば図１１に示したように１．６：０．４に決定されている。また、パターン寸法装置２０７のライブラリＬのスペース比率の範囲も、図１１に示した範囲に予め決定されている。このライブラリＬのスペース比率の範囲に基づき、算出部２３５において、仮想パターンに対するスペクトルが算出される。そして、記憶部２３６において、算出部２３５で算出されたスペクトルを記憶して、そのライブラリＬが作成される（図１３のステップＳ２）。
【００７３】
検査用ウェハＴは、先ず、第１の処理部１１の塗布現像装置２０に搬送される。塗布現像装置２０では、ウェハ搬送体３５によって、カセット載置台３３上のカセットＣ内から検査用ウェハＴが一枚取り出され、第３の処理装置群Ｇ３の温度調節装置７０に搬送される。温度調節装置７０に搬送された検査用ウェハＴは、所定温度に温度調節される。その後、検査用ウェハＴは第１の搬送装置３６によってボトムコーティング装置４３に搬送され、図１４（ａ）に示すように検査用ウェハＴの被処理膜４０１上に反射防止膜４０２が形成される。反射防止膜４０２が形成された検査用ウェハＴは、第１の搬送装置３６によって加熱装置１０２、高温度熱処理装置７５、高精度温度調節装置８０に順次搬送され、各装置で所定の処理が施される。その後、検査用ウェハＴはレジスト塗布装置４０に搬送され、検査用ウェハＴにレジスト膜が形成される。
【００７４】
レジスト塗布装置４０において検査用ウェハＴ上にレジスト膜が形成されると、検査用ウェハＴは第１の搬送装置３６によってＰＡＢ装置８１に搬送され、続いて第２の搬送装置３７によって周辺露光装置１０４、高精度温度調節装置９３に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後、インターフェイスステーション３２のウェハ搬送体１１１によって露光装置２１に搬送され、検査用ウェハＴ上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。露光処理の終了した検査用ウェハＴは、ウェハ搬送体１１１によってＰＥＢ装置９４に搬送され、検査用ウェハＴに加熱処理が施される。
【００７５】
ＰＥＢ装置９４における熱処理が終了すると、検査用ウェハＴは第２の搬送装置３７によって高精度温度調節装置９１に搬送されて温度調節される。その後、検査用ウェハＴは現像処理装置５０に搬送され、検査用ウェハＴに現像処理が施され、レジスト膜にパターンが形成される。その後、検査用ウェハＴは第２の搬送装置３７によってＰＯＳＴ装置８５に搬送され、加熱処理が施された後、高精度温度調節装置９３に搬送され温度調節される。その後、検査用ウェハは第１の搬送装置３６によってトランジション装置７１に搬送され、ウェハ搬送体３５によってカセットＣに戻されて、一連のフォトグラフィー処理が終了する。こうして、図１４（ａ）に示すように検査用ウェハＴ上に複数のライン状のレジストパターン４０３が形成される（図１３のステップＳ３）。
【００７６】
第１の処理部１１において検査用ウェハＴ上にレジストパターン４０３が形成されると、当該検査用ウェハＴを収納したカセットＣは、塗布現像装置２０から搬出され、次に第２の処理部１２に搬入される。
【００７７】
第２の処理部１２では、先ず、ウェハ搬送機構２１０によって、カセット載置台２１２上のカセットＣから１枚の検査用ウェハＴが取り出され、ロードロック装置２１３ａ内に搬入される。ロードロック装置２１３ａ内に検査用ウェハＴが搬入されると、ロードロック装置２１３ａ内が密閉され、減圧される。その後、ロードロック装置２１３ａ内と大気圧に対して減圧された状態（例えば略真空状態）の搬送室チャンバ２１４内とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構２１５によって、検査用ウェハＴがロードロック装置２１３ａから搬出され、搬送室チャンバ２１４内に搬入される。
【００７８】
搬送室チャンバ２１４内に搬入された検査用ウェハＴは、次にウェハ搬送機構２１５によってトリミング装置２０２に搬入される。トリミング装置２０２では、図１４（ｂ）に示すように検査用ウェハＴ上のレジストパターン４０３がトリミングされ、その線幅が細くされる。また、同時にレジストパターン４０３をマスクとして、検査用ウェハＴ上の反射防止膜４０２がエッチングされる（図１３のステップＳ４）。なお、このレジストパターン４０３のトリミングと反射防止膜４０２のエッチングは、例えば酸素プラズマ等を用いたプラズマエッチングによって行うことができる。
【００７９】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いて成膜装置２０３に搬入される。成膜装置２０３では、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ、化学気相成長法）によって、図１４（ｃ）に示すようにレジストパターン４０３上に犠牲膜４０４が形成される（図１３のステップＳ５）。なお、犠牲膜４０４は、被処理膜４０１をエッチングする際のマスクとなる膜であって、例えばＳｉＯ２膜である。
【００８０】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてエッチング装置２０４に搬入される。エッチング装置２０４では、図１４（ｄ）に示すように犠牲膜４０４がレジストパターン４０４のライン部の側壁部にのみ残るように、当該犠牲膜４０４をエッチングする（図１３のステップＳ６）。なお、このエッチングは、例えばＣＦ4、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、又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われる。
【００８１】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてアッシング装置２０５に搬入される。アッシング装置２０５では、例えば酸素プラズマ等を用いたアッシング等により、図１４（ｄ）に示すようにレジストパターン４０３と反射防止膜４０２を除去する。そして、被処理膜４０１上に犠牲膜のパターン４０５が形成される（図１３のステップＳ７）。なお、犠牲膜のパターン４０５は、複数のライン状のパターンであって、ライン部４０６ａ、４０６ｂとスペース部４０７ａ、４０７ｂを有している。第１のスペース部４０７ａは、ライン部４０６ａ、４０６ｂ間に形成されるスペースであり、レジストパターン４０３が除去されて形成されるスペースである。第２のスペース部４０７ｂは、ライン部４０６ｂ、４０６ａ間に形成されるスペースであり、レジストパターン４０３、４０３間に形成されるスペースである。
【００８２】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてエッチング装置２０６に搬入される。エッチング装置２０６では、犠牲膜のパターン４０５をマスクとして被処理膜４０１をエッチングする。そして、犠牲膜のパターン４０５を除去して、図１４（ｅ）に示すように検査用ウェハＴ上に被処理膜のモニターパターン４０８が形成される（図１３のステップＳ８）。このとき、被処理膜４０１の下層のゲート酸化膜４００もエッチングされる。なお、このエッチングは、例えばＨＢｒガス等を用いて行われる。また、モニターパターン４０８は本発明における第２のモニターパターンである。
【００８３】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてパターン寸法測定装置２０７に搬入される。パターン寸法測定装置２０７では、先ず検査用ウェハＴが載置台２３０に載置される。次に、検査用ウェハＴ上の被処理膜のモニターパターン４０８に光照射部２３１から光が照射され、その反射光が光検出部２３２により検出される。そして、測定部３２３においてモニターパターン４０８に対するスペクトルが測定される。このスペクトルは情報処理部２３４に出力される。情報処理部２３４では、上述したように算出部２３５において予め複数の仮想パターンに対する計算上のスペクトルを算出し、記憶部２３６において前記仮想パターンに対するスペクトルを記憶して、そのライブラリＬが作成されている。そして、解析部２３７において、測定部３２３で測定された実際のモニターパターン４０８に対するスペクトルと、ライブラリＬ内の仮想パターンに対するスペクトルが照合される。そして、スペクトルが適合したライブラリＬ内のパターン形状をモニターパターン４０８と推定する。このようにして、モニターパターン４０８の寸法が測定される（図１３のステップＳ９）。このモニターパターン４０８の寸法の測定結果は、制御装置３００に出力される。
【００８４】
制御装置３００では、演算部３０４において、データ格納部３０２に格納された回帰式を用いて、モニターパターン４０８の寸法の測定結果を、１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換する（図１３のステップＳ１０）。
【００８５】
さらに演算部３０４において、この変換された被処理膜のパターンの寸法に基づき、データ格納部３０２に格納された相関Ｍとプログラム格納部３０３のプログラムＰを用いて、第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件を補正する（図１３のステップＳ１１）。本実施の形態においては、変換された被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅Ｄ１と第２のスペース部の幅Ｄ２の差に基づいて、トリミング装置２０２における処理条件が補正される。具体的には、例えば第１のスペース部の幅Ｄ１が大きい場合、トリミング装置２０２における処理時間を長くする。一方、第１のスペース部の幅Ｄ１が小さい場合、トリミング装置２０２における処理時間を短くする。
【００８６】
補正された処理条件は、出力部３０５からトリミング装置２０２に出力される。そして、トリミング装置２０２の処理条件がフィードバック制御される。こうして、検査用ウェハＴに対して行われる一連の検査処理（図１３のステップＳ１〜Ｓ１１）が終了する。
【００８７】
次に、例えば製品用のウェハＷに一連のウェハ処理を行う。なお、ウェハＷには、図１５（ａ）に示すように予めゲート酸化膜５００と被処理膜５０１が下から順に形成されている。
【００８８】
ウェハＷは、第１の処理部１１に搬送され、フォトリソグラフィー処理が行われる。そして、図１５（ａ）に示すようにウェハＷの被処理膜５０１上に、反射防止膜５０２とレジストパターン５０３が形成される（図１３のステップＳ１２）。なお、このフォトリソグラフィー処理は、上述したステップＳ３での検査用ウェハＴに対する処理と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００８９】
その後、ウェハＷは第２の処理部１２に搬送される。ウェハＷは、先ずトリミング装置２０２において、図１５（ｂ）に示すようにウェハＷ上のレジストパターン５０３がトリミングされ、反射防止膜５０２がエッチングされる。このときの処理条件は、上述したステップＳ１１で補正された処理条件である（図１３のステップＳ１３）。その後、成膜装置２０３において、図１５（ｃ）に示すようにレジストパターン５０３上に犠牲膜５０４が成膜される（図１３のステップＳ１４）。
【００９０】
その後、図１５（ｄ）に示すようにエッチング装置２０４において犠牲膜５０４がエッチングされ（図１３のステップＳ１５）、アッシング装置２０５においてレジストパターン５０３と反射防止膜５０２が除去されて、被処理膜５０１上に犠牲膜のパターン５０５が形成される（図１３のステップＳ１６）。なお、犠牲膜のパターン５０５は、複数のライン状のパターンであって、ライン部５０６ａ、５０６ｂとスペース部５０７ａ、５０７ｂを有している。第１のスペース部５０７ａは、ライン部５０６ａ、５０６ｂ間に形成されるスペースであり、レジストパターン５０３が除去されて形成されるスペースである。第２のスペース部５０７ｂは、ライン部５０６ｂ、５０６ａ間に形成されるスペースであり、レジストパターン５０３、５０３間に形成されるスペースである。
【００９１】
その後、エッチング装置２０６において犠牲膜のパターン５０５をマスクとして被処理膜５０１がエッチングされ、図１５（ｅ）に示すようにウェハＷ上に被処理膜のパターン５０８が形成される（図１３のステップＳ１７）。この被処理膜のパターン５０８は、そのスペース比率が１：１であり、所定の寸法で形成される。なお、被処理膜のパターン５０８は、複数のライン状のパターンであって、ライン部５０９ａ、５０９ｂとスペース部５１０ａ、５１０ｂを有している。
【００９２】
なお、ウェハＷに対するステップＳ１３〜Ｓ１７の処理は、上述したステップＳ４〜Ｓ８での検査用ウェハＴに対する処理と同様であるので、詳細な説明を省略する。こうして、ウェハＷに対して行われる一連のウェハ処理（図１３のステップＳ１２〜Ｓ１７）が終了する。
【００９３】
以上の実施の形態によれば、先ず検査用ウェハＴに所定の処理を行い、被処理膜４０１にモニターパターン４０８を形成した後、スキャトロメトリ法を用いてモニターパターン４０８の寸法を測定している。この際、モニターパターン４０８の目標スペース比率は１：１と異なる比率である。そして、モニターパターン４０８の寸法を測定する際、スキャトロメトリ法で用いられるライブラリＬのスペース比率の範囲は、目標スペース比率を含むが、１：１のスペース比率を含まない範囲である。すなわち、ライブラリＬには、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率は含まれず、異なる分布のスペクトルのみ含まれる。したがって、本実施の形態によれば、従来のようにトグリングが発生することなく、モニターパターン４０８の寸法を正確に測定することができる。その後、この測定されたモニターパターン４０８の寸法を、予め求められた回帰式を用いて、１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換し、所定の処理の処理条件を補正している。したがって、以後、補正された処理条件でウェハＷに所定の処理を行うので、ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【００９４】
また、モニターパターン４０８の目標スペース比率は、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下になるように決定される。このため、モニターパターン４０８の目標スペース比率が測定精度上適切になる。また、検査用ウェハＴに行われる処理プロセスとウェハＷに行われる処理プロセスが高い相関を持つことを確認した上で処理を行うため、検査用ウェハＴに形成されたモニターパターン４０８に基づいて、ウェハＷの処理条件を適切に補正することができる。
【００９５】
以上の実施の形態では、上述したステップＳ１１において、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の寸法に基づいてトリミング装置２０２の処理条件を補正していたが、これに代えて第１の処理部１１の処理条件を補正してもよい。かかる場合、モニターパターン４０８の寸法を１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換し、当該変換された被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅Ｄ１と第２のスペース部の幅Ｄ２の差に基づいて、例えば露光装置２１の処理条件が補正される。例えば第１のスペース部の幅Ｄ１が大きい場合、露光量を大きくする。一方、第１のスペース部の幅Ｄ１が小さい場合、露光量を小さくする。本実施の形態によっても、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。また、露光量はショット毎に変更可能であるため、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の上端の線幅や下端の線幅が異なる場合であっても、被処理膜のパターン５０８を所定の寸法で形成することができる。
【００９６】
また、この場合、露光装置２１の処理条件に代えて、塗布現像装置２０における熱処理の処理条件を補正してもよく、特にＰＥＢ装置９４〜９９におけるウェハＷの加熱温度を補正してもよい。かかる場合でも、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。また、加熱温度は、ウェハ面内において複数の領域毎に補正することができるため、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の上端の線幅や下端の線幅が異なる場合であっても、被処理膜のパターン５０８を所定の寸法で形成することができる。なお、塗布現像装置２０における他の熱処理の処理条件、例えばＰＡＢ装置８１〜８４やＰＯＳＴ装置８５〜８９におけるウェハＷの加熱温度を補正してもよい。
【００９７】
また、上述したステップＳ１１において、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の寸法に基づいて成膜装置２０３における処理条件を補正してもよい。かかる場合、例えばモニターパターン４０８の寸法を１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換し、当該変換された被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、成膜装置２０３における処理時間が補正される。例えば被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅が大きい場合、処理時間を短くする。一方、ライン部の線幅が小さい場合、処理時間を長くする。これによっても、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【００９８】
また、この場合、成膜装置２０３の処理条件に代えて、エッチング装置２０６における処理条件、例えば処理時間を補正してもよい。例えば被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅が大きい場合、処理時間を長くする。一方、ライン部の線幅が小さい場合、処理時間を短くする。これによっても、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【００９９】
以上の実施の形態では、検査用ウェハＴ上の被処理膜４０１に形成されるパターンをモニターパターン４０８としていたが、当該検査用ウェハＴ上の犠牲膜のパターン４０５をモニターパターン（以下、「モニターパターン４０５」という。）としてもよい。なお、このモニターパターン４０５は本発明における第１のモニターパターンである。
【０１００】
なお、モニターパターン４０５の目標スペース比率は、パターン寸法測定装置２０７の算出部２３５で決定される。この目標スペース比率は、距離再現性（１．０ｎｍ以下）と寸法再現性（０．２ｎｍ以下）に基づいて決定され、被処理膜４０１に形成されるモニターパターン４０８の目標スペース比率の決定方法（上述したステップＳ１）と同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態では、上述したステップＳ１１において、検査用ウェハＴのモニターパターン４０５の寸法に基づいてトリミング装置２０２の処理条件を補正する。このトリミング装置２０２の処理条件の補正は、上述したステップＳ１１でのモニターパターン４０８に基づく補正と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１０２】
また、この場合、トリミング装置２０２の処理条件に代えて、第１の処理部１１の処理条件を補正してもよい。補正される処理条件としては、モニターパターン４０８に基づく補正と同様に、例えば露光装置２１の処理条件（露光量）やＰＥＢ装置９４〜９９、ＰＡＢ装置８１〜８４、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の処理条件（加熱温度）である。
【０１０３】
さらに、この場合、トリミング装置２０２の処理条件や第１の処理部１１の処理条件に代えて、成膜装置２０３における処理条件を補正してもよい。補正される条件としては、モニターパターン４０８に基づく補正と同様に、例えば成膜装置２０３の処理時間である。
【０１０４】
また、モニターパターン４０５に基づいて補正される処理条件は、エッチング装置２０６における処理条件、例えば処理時間であってもよい。これによって、エッチング装置２０６の処理条件がフィードフォワード制御される。かかる場合、例えばモニターパターン４０５の寸法を１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターンの寸法に変換し、当該変換された犠牲膜のパターンにおける第１のスペース部の幅Ｄ１と第２のスペース部の幅Ｄ２の差に基づいて、エッチング装置２０６における処理時間が補正される。
【０１０５】
以上のように、検査用ウェハＴ上の犠牲膜のモニターパターン４０５に基づいて、ウェハ処理の種々の処理条件を補正することができる。いずれの場合でも、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【０１０６】
以上の実施の形態の半導体装置の製造方法（ステップＳ１〜Ｓ１７）は、図１６に示すように被処理膜のパターン５０８におけるライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率が任意であっても適用できる。なお、図１６（ａ）はライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率が例えば１：１である場合を示し、図１６（ｂ）はライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率が例えば１：３である場合を示している。このようにライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率に関わらず、ウェハＷ上に１：１のスペース比率の被処理膜のパターン５０８を形成する場合、従来の方法ではトグリングが発生する。上記製造方法は、かかる場合でもウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成する方法であり、当該被処理膜のパターン５０８のライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率は問わない。
【０１０７】
以上の実施の形態では、トリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５、エッチング装置２０６は、第２の処理部１２に設けられていたが、それぞれ独立して設けられていてもよい。
【０１０８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、ウェハ上に異なる膜を用いて所定のパターンを形成する場合、例えばＳｉＮ膜をハードマスクとして被処理膜としての酸化膜に所定のパターンを形成する場合にも適用できる。また、本発明は、ＳＷＴ法以外のプロセス、例えばＬＥＬＥ法、ＬＬＥ法といったダブルパターニングのプロセス、２回露光のプロセスにも適用できる。また、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上の被処理膜に所定のパターンを形成して半導体装置を製造する際に有用である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 半導体装置の製造システム
１１ 第１の処理部
１２ 第２の処理部
２０ 塗布現像装置
２１ 露光装置
８１〜８４ ＰＡＢ装置
８５〜８９ ＰＯＳＴ装置
９４〜９９ ＰＥＢ装置
２０２ トリミング装置
２０３ 成膜装置
２０４ エッチング装置
２０５ アッシング装置
２０６ エッチング装置
２０７ パターン寸法測定装置
３００ 制御装置
４０１ 被処理膜
４０２ 反射防止膜
４０３ レジストパターン
４０４ 犠牲膜
４０５ 犠牲膜のパターン（モニターパターン）
４０６ａ、４０６ｂ ライン部
４０７ａ、４０７ｂ スペース部
４０８ 被処理膜のパターン（モニターパターン）
４０９ａ、４０９ｂ ライン部
４１０ａ、４１０ｂ スペース部
５０１ 被処理膜
５０２ 反射防止膜
５０３ レジストパターン
５０４ 犠牲膜
５０５ 犠牲膜のパターン
５０６ａ、５０６ｂ ライン部
５０７ａ、５０７ｂ スペース部
５０８ 被処理膜のパターン
５０９ａ、５０９ｂ ライン部
５１０ａ、５１０ｂ スペース部
Ｌ ライブラリ
Ｔ 検査用ウェハ
Ｗ ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上の被処理膜に所定のパターンを形成して半導体装置を製造する方法及び半導体装置の製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の製造工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などを順次行うフォトリソグラフィー処理が行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。このレジストパターンをマスクとして、ウェハ上の被処理膜のエッチング処理が行われ、その後レジスト膜の除去処理などが行われて、被処理膜に所定のパターンが形成される。
【０００３】
上述した被処理膜のパターンを形成する際には、半導体装置のさらなる高集積化を図るため、当該被処理膜のパターンの微細化が求められている。一般にフォトリソグラフィー処理における微細化の限界は、露光処理に用いる光の波長程度である。このため、従来より露光処理の光を短波長化することが進められている。しかしながら、露光光源の短波長化には技術的、コスト的な限界があり、光の短波長化を進める方法のみでは、例えば数ナノメートルオーダーの微細な被処理膜のパターンを形成するのが困難な状況にある。
【０００４】
そこで、例えばＳｉＯ２膜等を犠牲膜として使用し、レジストパターンのライン部の両側側壁部分にマスクを形成して使用する、いわゆるＳＷＴ（Ｓｉｄｅ Ｗａｌｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）法を用いることが提案されている。ＳＷＴ法は、最初にフォトリソグラフィー処理を行ってウェハ上に形成されたレジストパターンよりも微細なピッチで被処理膜のパターニングを行うものである。すなわち、この方法では、先ずレジストパターン上に犠牲膜を成膜し、この犠牲膜がレジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングする。その後、レジストパターンを除去して、ウェハの被処理膜上に犠牲膜のパターンを形成する。こうして形成された微細な犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、ウェハ上に微細な被処理膜のパターンを形成する（特許文献１）。
【０００５】
また、上述のように半導体装置のさらなる高集積化を図るためには、半導体装置の製造段階において、ウェハ表面の構造、すなわち犠牲膜や被処理膜のパターンの寸法等を正確に測定する必要がある。そして、この測定結果をウェハ処理の処理条件に反映させることで、ウェハ処理を適切に行えると共に、高いスループットも実現することができる。
【０００６】
従来、ウェハ上に形成されるパターンの寸法や形状を測定するため、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察するという方法が用いられてきた。しかしながら、この方法は真空装置が必要であり、パターンの高さなどの３次元の形状を測定するには断面を測定するためにウェハを劈開、すなわちウェハ自体を破壊しなければならないという問題があった。
【０００７】
そこで、非破壊でウェハ上に形成されるパターンの寸法を正確かつ高速に測定するため、いわゆるスキャトロメトリ（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）法を用いることが提案されている。スキャトロメトリ法では、先ず任意の繰り返しパターン形状に対して光を照射した際に生じる回折光（スペクトル）を算出して、そのライブラリを予め作成する。そして、測定対象である実際のパターンに光を照射し、そのパターンから反射する反射光のスペクトルを測定する。その測定結果と前記のライブラリのスペクトルとをマッチングし、スペクトルが適合したライブラリ内のパターン形状を実際のパターン形状と推定する。この方法を用いることにより、ウェハ上に形成されるパターンが微細化した場合でも、前記ライブラリを利用したパターンマッチングによって、ウェハ上の所定のパターンの寸法の測定が可能となる（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−９９９３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ウェハ上の被処理膜のパターンは、その第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるように形成されることが要求される。したがって、上述したＳＷＴ法において、図１７に示すようにウェハＷの被処理膜９００上に形成される犠牲膜のパターン９０１も、そのライン部９０２ａ、９０２ｂ間の第１のスペース部９０３ａの幅Ｄ１とライン部９０２ｂ、９０２ａ間の第２のスペース部９０３ｂの幅Ｄ２とのスペース比率が１：１となるように形成されることが要求される。なお、第１のスペース部９０３ａはレジストパターン９０４が除去されて形成されるスペースであり、第２のスペース部９０３ｂはレジストパターン９０４、９０４間に形成されるスペースである。
【００１０】
しかしながら、ＳＷＴ法を用いると、図１８に示すように犠牲膜のパターン９０１のライン部９０２ａ、９０２ｂのうち、一のライン部９０２ｂが所定の位置からずれて形成される場合がある。すなわち、犠牲膜のパターン９０１のスペース比率が１：１でない場合がある。
【００１１】
かかる場合、犠牲膜のパターン９０１のライン部９０２ｂがどのぐらい所定の位置からずれているか、正確に測定する必要がある。しかしながら、この測定に上述したスキャトロメトリ法を用いると、いわゆるトグリングが発生する場合があった。
【００１２】
上述したようにスキャトロメトリ法は、任意のパターンに対するライブラリを用いる。図１９は、ライブラリＬのスペース比率の範囲（図中の斜線部）を示したグラフである。このライブラリＬには、目標とするスペース比率が１：１のパターンのスペクトルＥ１も含まれる。かかる場合、図１８に示した実際のスペース比率が０．８：１．２とすると、パターン５０１に光を照射することによって図１９に示すようにスペクトルＥ２が得られる。しかしながら、このスペクトルＥ２は、スペース比率が１．２：０．８とするスペクトルＥ３と同様の分布になる。すなわち、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率のスペクトルは同様の分布になる。そうすると、測定されたスペクトルＥ２とライブラリＬ内のスペクトルをマッチングする際、実際のスペクトルＥ２をスペクトルＥ３と誤って推定する場合がある。すなわち、実際のスペース比率が０．８：１．２であるにも関わらず、スペース比率が１．２：０．８のパターンであると推定される。これが、上述したトグリングである。
【００１３】
なお、スペクトルＥ３のスペース比率１．２：０．８は、図２０に示すように第１のスペース部９０３ａの幅Ｄ１と第２のスペース部９０３ｂの幅Ｄ２の比率が１．２：０．８であることを意味する。したがって、スキャトロメトリ法で測定された図２０に示したパターン９０１は、図１８に示した実際のパターン９０１と全く異なるものである。
【００１４】
以上のようにトグリングが発生すると、犠牲膜のパターン９０１を実際と異なるパターンと推定してしまい、当該犠牲膜のパターン９０１の寸法を正確に測定できなかった。
【００１５】
なお、ウェハ上に形成される被処理膜のパターンを測定する場合にも、上記と同様に当該被処理膜のパターンの寸法を正確に測定できない場合があった。
【００１６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法を正確に測定し、基板上の被処理膜にスペース比率が１：１となるパターンを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の目的を達成するため、本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、前記所定の処理は、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをトリミングするトリミング工程と、前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜工程と、前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成する犠牲膜パターン形成工程と、前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成する被処理膜パターン形成工程と、を備え、検査用基板に前記所定の処理を行い、前記犠牲膜パターン形成工程において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記被処理膜パターン形成工程において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換する比率変換工程と、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴としている。なお、犠牲膜には例えばＳｉＯ２膜が用いられる。また、パターンの寸法とは、例えばパターンのライン部の線幅、スペース部の幅、ライン部のサイドウォールアングル等である。
【００１８】
本発明によれば、先ず検査用基板に所定の処理を行い、第１のモニターパターン又は第２のモニターパターン（以下、単に「モニターパターン」という場合がある。）を形成した後、スキャトロメトリ法を用いてモニターパターンの寸法を測定している。この際、モニターパターンの目標スペース比率は１：１と異なる比率である。そして、モニターパターンの寸法を測定する際、スキャトロメトリ法で用いられるライブラリのスペース比率の範囲は、目標スペース比率を含むが、１：１のスペース比率を含まない範囲である。すなわち、ライブラリには、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率は含まれず、異なる分布のスペクトルのみ含まれる。したがって、本発明によれば、従来のようにトグリングが発生することなく、モニターパターンの寸法を正確に測定することができる。その後、この測定されたモニターパターンの寸法を、予め求められた回帰式を用いて、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換し、所定の処理の処理条件を補正している。したがって、以後、補正された処理条件で基板に所定の処理を行うので、基板上の被処理膜にスペース比率が１：１となるパターンを所定の寸法で適切に形成することができる。
【００１９】
前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、当該第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定されてもよい。かかる場合、前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定されてもよい。なお、再現性とは、各パラメータのばらつき度（３σ）である。また、ライン部の寸法とは、例えばライン部の上端部の線幅、下端部の線幅、高さ等である。
【００２０】
前記トリミング工程では、前記レジストパターンをトリミングすると共に、当該レジストパターンをマスクとして、基板の被処理膜とレジストパターンとの間に形成された反射防止膜をエッチングしてもよい。
【００２１】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記トリミング工程の処理条件を補正してもよい。
【００２２】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記レジストパターン形成工程の処理条件を補正してもよい。かかる場合、前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における露光処理の処理条件であってもよい。また、前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における熱処理の処理条件であってもよい。さらに、前記熱処理は、露光処理後であって現像処理前に行われる加熱処理であってもよい。
【００２３】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記成膜工程の処理条件を補正してもよい。
【００２４】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正してもよい。
【００２５】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正してもよい。
【００２６】
別な観点による本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該モニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記モニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換する比率変換工程と、前記比率変換工程で変換されたパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴としている。
【００２７】
前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、当該モニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定されてもよい。かかる場合、前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定されてもよい。
【００２８】
また別な観点による本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成する塗布現像装置及び露光装置と、前記レジストパターンをトリミングするトリミング装置と、前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜装置と、前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成するアッシング装置と、前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成するエッチング装置とを備え、基板に前記所定の処理を行う処理部と、前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、前記制御装置は、検査用基板に前記所定の処理を行い、前記成膜装置において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記エッチング装置において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換し、前記変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴としている。
【００２９】
さらに別な観点による本発明は、基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、基板に前記所定の処理を行いパターンを形成する処理部と、前記処理部にて形成された前記パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、前記パターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、前記制御装置は、検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該モニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記モニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換し、前記変換されたパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、基板上の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法を正確に測定し、基板上の被処理膜にスペース比率が１：１となるパターンを所定の寸法で適切に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施の形態にかかる半導体装置の製造システムの構成の概略を示す平面図である。
【図２】第１の処理部の構成の概略を示す平面図である。
【図３】第１の処理部の正面図である。
【図４】第１の処理部の背面図である。
【図５】第２の処理部の構成の概略を示す平面図である。
【図６】パターン寸法測定装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】検査用ウェハ上の被処理膜にモニターパターンが形成された様子を示す説明図である。
【図８】モニターパターンの目標スペース比率を決定する際に行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図９】モニターパターンの目標スペース比率を決定する際に行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１０】モニターパターンの目標スペース比率を決定する際に行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１１】ライブラリのスペース比率の範囲を示すグラフである。
【図１２】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】検査処理とウェハ処理の各工程を示したフローチャートである。
【図１４】各工程における検査用ウェハの状態を示した説明図であり、（ａ）はレジストパターンが形成された様子を示し、（ｂ）はレジストパターンと反射防止膜がトリミングされた様子を示し、（ｃ）は犠牲膜が成膜された様子を示し、（ｄ）は犠牲膜のパターン（モニターパターン）が形成された様子を示し、（ｅ）は被処理膜のパターン（モニターパターン）が形成された様子を示している。
【図１５】各工程におけるウェハの状態を示した説明図であり、（ａ）はレジストパターンが形成された様子を示し、（ｂ）はレジストパターンと反射防止膜がトリミングされた様子を示し、（ｃ）は犠牲膜が成膜された様子を示し、（ｄ）は犠牲膜のパターンが形成された様子を示し、（ｅ）は被処理膜のパターンが形成された様子を示している。
【図１６】ウェハ上にライン部の線幅とスペース部の幅の比率が異なる被処理膜のパターンが形成された様子を示す説明図であり、（ａ）はライン部の線幅とスペース部の幅の比率が１：１の被処理膜のパターンを示し、（ｂ）はライン部の線幅とスペース部の幅の比率が１：３の被処理膜のパターンを示している。
【図１７】スペース比率が１：１の犠牲膜のパターンを示す説明図である。
【図１８】従来の半導体装置の製造方法を用いて、ウェハ上に犠牲膜のパターンが形成された様子を示す説明図である。
【図１９】従来のライブラリのスペース比率の範囲を示すグラフである。
【図２０】従来のパターン寸法測定方法を用いて測定される、ウェハ上の犠牲膜のパターンを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造システム１の構成の概略を示す説明図である。なお、本実施の形態では、ＳＷＴ法を用いてウェハＷ上に被処理膜のパターンを形成する。また、被処理膜のパターンは、ライン部とスペース部で形成されたパターンであり、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるように形成される。
【００３３】
半導体装置の製造システム１は、図１に示すようにウェハＷに所定の処理を行う第１の処理部１１と第２の処理部１２と有している。
【００３４】
第１の処理部１１は、ウェハＷにフォトリソグラフィー処理を行う塗布現像装置２０及び露光装置２１を有している。
【００３５】
塗布現像装置２０は、図２に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像装置２０に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション３０と、フォトリソグラフィー処理の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション３１と、この処理ステーション３１に隣接して設けられている露光装置２１との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション３２とを一体に接続した構成を有している。
【００３６】
カセットステーション３０には、カセット載置台３３が設けられ、当該カセット載置台３３は、複数のカセットＣをＸ方向（図２中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション３０には、搬送路３４上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体３５が設けられている。ウェハ搬送体３５は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセス可能である。
【００３７】
ウェハ搬送体３５は、Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり、後述する処理ステーション３１側の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置７０やウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置７１に対してもアクセス可能である。
【００３８】
カセットステーション３０に隣接する処理ステーション３１は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を有している。処理ステーション３１のＸ方向負方向（図２中の下方向）側には、カセットステーション３０側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション３１のＸ方向正方向（図２中の上方向）側には、カセットステーション３０側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置３６が設けられている。第１の搬送装置３６は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置３７が設けられている。第２の搬送装置３７は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各処理装置に選択的にアクセスしてウェハＷを搬送することができる。
【００３９】
図３に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハＷにレジスト液を塗布するレジスト塗布装置４０、４１、４２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置４３、４４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置５０〜５４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室６０、６１がそれぞれ設けられている。
【００４０】
図４に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、温度調節装置７０、トランジション装置７１、精度の高い温度管理下でウェハＷを温度調節する高精度温度調節装置７２〜７４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置７５〜７８が下から順に９段に重ねられている。
【００４１】
第４の処理装置群Ｇ４には、例えば高精度温度調節装置８０、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置８１〜８４（以下、「ＰＡＢ装置」という。）及び現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング装置８５〜８９（以下、「ＰＯＳＴ装置」という。）が下から順に１０段に重ねられている。
【００４２】
第５の処理装置群Ｇ５には、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置９０〜９３、露光後のウェハＷを加熱処理するポストエクスポージャーベーキング装置９４〜９９（以下、「ＰＥＢ装置」という。）が下から順に１０段に重ねられている。
【００４３】
図２に示すように第１の搬送装置３６のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、図４に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置１００、１０１、ウェハＷを加熱する加熱装置１０２、１０３が下から順に４段に重ねられている。図２に示すように第２の搬送装置３７のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置１０４が配置されている。
【００４４】
インターフェイスステーション３２には、図２に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１１０上を移動するウェハ搬送体１１１と、バッファカセット１１２が設けられている。ウェハ搬送体１１１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション３２に隣接した露光装置２１と、バッファカセット１１２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。
【００４５】
第２の処理部１２は、図５に示すように第２の処理部１２に対するウェハＷの搬入出を行うカセットステーション２００と、ウェハＷの搬送を行う共通搬送部２０１と、ウェハＷに所定の処理を行うトリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５及びエッチング装置２０６と、ウェハＷ上の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置２０７とを有している。なお、これらトリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５、エッチング装置２０６、パターン寸法測定装置２０７で行われる所定の処理については、後述する。
【００４６】
カセットステーション２００は、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構２１０が内部に設けられた搬送室２１１を有している。ウェハ搬送機構２１０は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム２１０ａ、２１０ｂを有しており、これら搬送アーム２１０ａ、２１０ｂのいずれかによってウェハＷを保持しながら搬送する構成となっている。搬送室２１１の側方には、ウェハＷを複数枚並べて収容可能なカセットＣが載置されるカセット載置台２１２が備えられている。図示の例では、カセット載置台２１２には、カセットＣを複数載置できるようになっている。
【００４７】
搬送室２１１と共通搬送部２０１は、真空引き可能な２つのロードロック装置２１３ａ、２１３ｂを介して互いに連結させられている。
【００４８】
共通搬送部２０１は、例えば上方からみて略多角形状（図示の例では六角形状）をなすように形成された密閉可能な構造の搬送室チャンバ２１４を有している。搬送室チャンバ２１４内には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構２１５が設けられている。ウェハ搬送機構２１５は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム２１５ａ、２１５ｂを有しており、これら搬送アーム２１５ａ、２１５ｂのいずれかによってウェハＷを保持しながら搬送する構成となっている。
【００４９】
搬送室チャンバ２１４の外側には、上述したトリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５、エッチング装置２０６、パターン寸法測定装置２０７、ロードロック装置２１３ｂ、３１３ａが、搬送室チャンバ２１４の周囲を囲み、かつ例えば上方からみて時計回転方向においてこの順に並ぶように配置されている。
【００５０】
次に、パターン寸法測定装置２０７の構成について説明する。パターン測定寸法装置２０７は、スキャトロメトリ法を用いてウェハＷや検査用ウェハ上のパターンの寸法を測定するものである。なお、パターンの寸法とは、例えばパターンのライン部の線幅、スペース部の幅、ライン部のサイドウォールアングル等である。また、検査用ウェハは、製品用のウェハＷ上の被処理膜のパターンのスペース比率が１：１となるように、当該ウェハＷの処理条件を補正するために用いられるウェハである。そして、検査用ウェハの検査処理はウェハＷのウェハ処理の前に行われる。したがって、パターン寸法測定装置２０７では主に検査用ウェハ上のパターンの寸法が測定され、以下、検査用ウェハを用いてパターン寸法測定装置２０７の構成を説明する。なお、当然、パターン寸法測定装置２０７はウェハＷ上のパターンの寸法の測定もできる。
【００５１】
パターン寸法測定装置２０７内には、図６に示すように検査用ウェハＴを水平に載置する載置台２３０が設けられている。載置台２３０は、例えば水平方向の２次元方向に移動できる。載置台２３０の上方には、載置台２３０上に載置された検査用ウェハＴに対して斜方向から光を照射する光照射部２３１と、光照射部２３１から照射された光の検査用ウェハＴで反射した光を検出する光検出部２３２が設けられている。
【００５２】
この光照射部２３１から照射された光は、検査用ウェハＴ上のパターンに反射し、光検出部２３２に到達する。光検出部２３２で検出した光の情報は、測定部２３３に出力される。この光の情報には、例えば光の回折次数、波長、入射角等が含まれる。測定部２３３は、取得した光の情報に基づいて、検査用ウェハＴ上に形成されている所定のパターンから反射した反射光のスペクトル（光強度分布）を測定することができる。なお、光照射部２３１としては例えば白色光を発するキセノンランプが用いられ、光検出部２３２としては例えばＣＣＤカメラ等を用いられる。また、本実施の形態において、光は光照射部２３１から斜め方向に照射されて検査用ウェハＴ上のパターンで反射しているが、光を光照射部２３１から垂直方向に照射して検査用ウェハＴ上のパターンで反射させてもよい。
【００５３】
パターン寸法測定装置２０７は、例えばパターンの寸法を測定するための情報の処理を行う情報処理部２３４をさらに備えている。情報処理部２３４は、例えば算出部２３５、記憶部２３６及び解析部２３７を有している。
【００５４】
算出部２３５では、記憶部２３６のライブラリに記憶されるべき情報が算出される。具体的には、例えばパターン形状、ターゲットの寸法、構造等の既知の情報に基づいて決定された異なる寸法の複数の仮想パターンから反射する反射光の計算上の各スペクトルが算出される。さらに算出部２３５では、検査用ウェハ上の被処理膜に形成されるモニターパターンの目標スペース比率が算出され、ライブラリに用いられる仮想パターンのスペース比率の範囲が算出される。
【００５５】
なお、図７に示すように検査用ウェハＴ上の被処理膜に形成されるモニターパターン４０８は、複数のライン状のパターンであって、ライン部４０９ａ、４０９ｂとスペース部４１０ａ、４１０ｂを有している。また、上述のスペース比率とは、モニターパターン４０８において、そのライン部４０９ａ、４０９ｂ間の第１のスペース部４１０ａの幅Ｄ１とライン部４０９ｂ、４０９ａ間の第２のスペース部４１０ｂの幅Ｄ２との比率である。なお、図示の例においては、被処理膜の下層にゲート酸化膜も形成されている。
【００５６】
次に、算出部２３５において、モニターパターン４０８の目標スペース比率を決定する方法について説明する。モニターパターン４０８の目標スペース比率は、従来起こっていたトグリングを防止するため、１：１と異なる比率になるように決定される。しかしながら、この目標スペース比率が１：１に比して大きく離れていると、検査用ウェハＴに行われる処理プロセスとウェハＷに行われる処理プロセスに相関がなくなる。すなわち、この場合、検査用ウェハＴに形成されたモニターパターン４０８に基づいてウェハＷの処理条件を補正しても、当該処理条件を適切に補正することができず、ウェハＷ上の被処理膜のパターンをスペース比率１：１で形成することができない。
【００５７】
そこで、モニターパターン４０８の適切な目標スペース比率について、発明者らが鋭意検討したところ、ライン部４０９ａの中心とライン部４０９ｂの中心との距離の再現性（以下、「距離再現性」という。）と、ライン部４０９の寸法の再現性（以下、「寸法再現性」という。）に基づいて目標スペース比率を決定すれば良いことが分かった。具体的には、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下であれば、モニターパターン４０８の目標スペース比率が適切になることが分かった。すなわち、この場合、検査用ウェハＴに行われる処理プロセスとウェハＷに行われる処理プロセスが高い相関を持ち、検査用ウェハＴに形成されたモニターパターン４０８に基づいて、ウェハＷの処理条件を適切に補正することができる。なお、再現性とは、各パラメータのばらつき度（３σ）である。また、ライン部４０９の寸法とは、例えばライン部４０９の上端の線幅、下端の線幅、ウェハＷ表面からライン部４０９上端までの高さ（ライン部４０９とゲート酸化膜の高さ）等である。
【００５８】
モニターパターン４０８の目標スペース比率は、上記距離再現性と寸法再現性の条件を満たすようにシミュレーションを行って決定される。図８〜図１０にシミュレーションを行った結果の一例を示す。
【００５９】
図８は、検査用ウェハＴ上にライン部４０９の線幅が３０ｎｍのモニターパターン４０８を形成した場合のシミュレーションの結果である。かかるシミュレーションにおいて、モニターパターン４０８のスペース比率を１：１〜１：１０に変化させた。また、ウェハＷ上の被処理膜（ポリシリコン膜）の高さは９４ｎｍであって、ゲート酸化膜の高さは２ｎｍとした。図８の横軸のＡｉｒＣＤ ｒａｔｉｏは、モニターパターン４０８のスペース比率を示している。なお、図示の例では、例えばスペース比率が１：１の場合、ＡｉｒＣＤ ｒａｔｉｏは１と示され、例えばスペース比率が１：１０であればＡｉｒＣＤ ｒａｔｉｏは１０と示されている。図８の第１の縦軸のＯｆｆｓｅｔ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎは、距離再現性を示している。また、図８の第２の縦軸のＴＣＤ／ＢＣＤ／Ｈｔ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎは、寸法再現性を示している。すなわち、ＴＣＤ（Ｔｏｐ ＣＤ）はライン部４０９の上端の線幅を示し、ＢＣＤ（Ｂｏｔｔｏｍ ＣＤ）はライン部４０９の下端の線幅を示し、Ｈｔ（Ｈｅｉｇｈｔ）はウェハＷ表面からライン部４０９上端までの高さを示している。
【００６０】
図８を参照すると、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下となるスペース比率は１．１以上であり、より好ましくは１：１０以下であることが分かる。したがって、モニターパターン４０８の目標スペース比率は１：１〜１：１０の範囲で決定される。
【００６１】
図９と図１０のシミュレーションは、図８と同様のシミュレーションを行った結果であり、ライン部４０９の線幅がそれぞれ２０ｎｍ、１５ｎｍのモニターパターン４０８を形成した場合のシミュレーションの結果である。図９と図１０を参照すると、いずれの場合でも、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下となるスペース比率は１．１以上であることが分かる。したがって、モニターパターン４０８の目標スペースの比率は１：１．１以上の範囲で決定される。
【００６２】
次に、算出部２３５において、記憶部２３６のライブラリに用いられる仮想パターンのスペース比率の範囲を決定する方法について説明する。図１１に示すようにライブラリＬの仮想パターンのスペース比率の範囲（図中の斜線部）は、上述したモニターパターン４０８の目標スペース比率を含むが、１：１のスペース比率を含まない範囲である。すなわち、ライブラリＬには、目標スペース比率の仮想パターンのスペクトルＥが含まれる。また、ライブラリＬには、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率は含まれず、異なる分布のスペクトルのみ含まれる。したがって、このライブラリＬを用いると、従来起こっていたトグリングを防止することができる。
【００６３】
記憶部２３６では、算出部２３５で算出された前記仮想パターンに対する計算上の各スペクトルを記憶して、そのライブラリＬが作成される。
【００６４】
測定部２３３で測定された検査用ウェハＴ上の実際のモニターパターン４０８に対するスペクトルは、解析部２３７に出力される。解析部２３７では、測定部２３３から出力されたモニターパターン４０８のスペクトルと前記記憶部２３６のライブラリ内に記憶されている仮想パターンのスペクトルとを照合し、スペクトルが適合する仮想パターンを選択する。そして、その仮想パターンの寸法をモニターパターン４０８の寸法と推定してモニターパターン４０８の寸法が測定される。このパターンの寸法の測定結果は、例えば後述する制御装置３００に出力される。
【００６５】
次に、上述した制御装置３００について説明する。制御装置３００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えた汎用コンピュータにより構成されている。
【００６６】
制御装置３００は、図１２に示すように例えばパターン寸法測定装置２０７からの寸法測定結果が入力される入力部３０１と、寸法測定結果に基づいて第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件を算出するために必要な各種情報Ｍが格納されるデータ格納部３０２と、第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件を算出するプログラムＰが格納されるプログラム格納部３０３と、プログラムＰを実行して処理条件を算出する演算部３０４と、算出された処理条件を第１の処理部１１又は第２の処理部１２に出力する出力部３０５などを有している。
【００６７】
データ格納部３０２には、目標スペース比率のモニターパターン４０８の寸法を、１：１のスペース比率の被処理膜のパターンに変換する回帰式が予め求められて格納されている。回帰式を求める際には、先ず、ＣＤ−ＳＥＭを用いて１：１のスペース比率の被処理膜のパターンの寸法を測定する。一方、スキャトロメトリ法を用いて目標スペース比率のモニターパターン４０８の寸法を測定する。これら１：１のスペース比率の被処理膜のパターンの寸法と目標スペース比率のモニターパターン４０８の寸法とが十分に相関があることを確認した上で、前記回帰式を算出する。
【００６８】
また、データ格納部３０２には、第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件と被処理膜のパターンの寸法との相関Ｍを示すデータが格納されている。
【００６９】
なお、制御装置３００の機能を実現するためのプログラムＰは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置３００にインストールされたものであってもよい。
【００７０】
次に、以上のように構成された半導体装置の製造システム１における製品用のウェハＷの処理プロセスについて、検査用ウェハＴの検査処理と共に説明する。図１３は、これら検査用ウェハＴの検査処理とウェハＷのウェハ処理と主なフローを示している。また図１４及び図１５は、各工程における検査用ウェハＴとウェハＷの状態をそれぞれ模式的に示している。なお、図１４及び図１５における検査用ウェハＴとウェハＷ上の膜やパターンの寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。
【００７１】
先ず、半導体装置の製造システム１におけるウェハＷの処理条件を補正するために、検査用ウェハＴに一連の処理を行う。なお、検査用ウェハＴ上には、図１４（ａ）に示すように予めゲート酸化膜４００と被処理膜４０１が下から順に形成されている。
【００７２】
ここで、検査用ウェハＴの被処理膜４０１に形成されるモニターパターン４０８の目標スペース比率は、上述したパターン寸法測定装置２０７の算出部２３５において予め決定されている（図１３のステップＳ１）。本実施の形態においては、目標スペース比率は、例えば図１１に示したように１．６：０．４に決定されている。また、パターン寸法装置２０７のライブラリＬのスペース比率の範囲も、図１１に示した範囲に予め決定されている。このライブラリＬのスペース比率の範囲に基づき、算出部２３５において、仮想パターンに対するスペクトルが算出される。そして、記憶部２３６において、算出部２３５で算出されたスペクトルを記憶して、そのライブラリＬが作成される（図１３のステップＳ２）。
【００７３】
検査用ウェハＴは、先ず、第１の処理部１１の塗布現像装置２０に搬送される。塗布現像装置２０では、ウェハ搬送体３５によって、カセット載置台３３上のカセットＣ内から検査用ウェハＴが一枚取り出され、第３の処理装置群Ｇ３の温度調節装置７０に搬送される。温度調節装置７０に搬送された検査用ウェハＴは、所定温度に温度調節される。その後、検査用ウェハＴは第１の搬送装置３６によってボトムコーティング装置４３に搬送され、図１４（ａ）に示すように検査用ウェハＴの被処理膜４０１上に反射防止膜４０２が形成される。反射防止膜４０２が形成された検査用ウェハＴは、第１の搬送装置３６によって加熱装置１０２、高温度熱処理装置７５、高精度温度調節装置８０に順次搬送され、各装置で所定の処理が施される。その後、検査用ウェハＴはレジスト塗布装置４０に搬送され、検査用ウェハＴにレジスト膜が形成される。
【００７４】
レジスト塗布装置４０において検査用ウェハＴ上にレジスト膜が形成されると、検査用ウェハＴは第１の搬送装置３６によってＰＡＢ装置８１に搬送され、続いて第２の搬送装置３７によって周辺露光装置１０４、高精度温度調節装置９３に順次搬送されて、各装置において所定の処理が施される。その後、インターフェイスステーション３２のウェハ搬送体１１１によって露光装置２１に搬送され、検査用ウェハＴ上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。露光処理の終了した検査用ウェハＴは、ウェハ搬送体１１１によってＰＥＢ装置９４に搬送され、検査用ウェハＴに加熱処理が施される。
【００７５】
ＰＥＢ装置９４における熱処理が終了すると、検査用ウェハＴは第２の搬送装置３７によって高精度温度調節装置９１に搬送されて温度調節される。その後、検査用ウェハＴは現像処理装置５０に搬送され、検査用ウェハＴに現像処理が施され、レジスト膜にパターンが形成される。その後、検査用ウェハＴは第２の搬送装置３７によってＰＯＳＴ装置８５に搬送され、加熱処理が施された後、高精度温度調節装置９３に搬送され温度調節される。その後、検査用ウェハは第１の搬送装置３６によってトランジション装置７１に搬送され、ウェハ搬送体３５によってカセットＣに戻されて、一連のフォトグラフィー処理が終了する。こうして、図１４（ａ）に示すように検査用ウェハＴ上に複数のライン状のレジストパターン４０３が形成される（図１３のステップＳ３）。
【００７６】
第１の処理部１１において検査用ウェハＴ上にレジストパターン４０３が形成されると、当該検査用ウェハＴを収納したカセットＣは、塗布現像装置２０から搬出され、次に第２の処理部１２に搬入される。
【００７７】
第２の処理部１２では、先ず、ウェハ搬送機構２１０によって、カセット載置台２１２上のカセットＣから１枚の検査用ウェハＴが取り出され、ロードロック装置２１３ａ内に搬入される。ロードロック装置２１３ａ内に検査用ウェハＴが搬入されると、ロードロック装置２１３ａ内が密閉され、減圧される。その後、ロードロック装置２１３ａ内と大気圧に対して減圧された状態（例えば略真空状態）の搬送室チャンバ２１４内とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構２１５によって、検査用ウェハＴがロードロック装置２１３ａから搬出され、搬送室チャンバ２１４内に搬入される。
【００７８】
搬送室チャンバ２１４内に搬入された検査用ウェハＴは、次にウェハ搬送機構２１５によってトリミング装置２０２に搬入される。トリミング装置２０２では、図１４（ｂ）に示すように検査用ウェハＴ上のレジストパターン４０３がトリミングされ、その線幅が細くされる。また、同時にレジストパターン４０３をマスクとして、検査用ウェハＴ上の反射防止膜４０２がエッチングされる（図１３のステップＳ４）。なお、このレジストパターン４０３のトリミングと反射防止膜４０２のエッチングは、例えば酸素プラズマ等を用いたプラズマエッチングによって行うことができる。
【００７９】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いて成膜装置２０３に搬入される。成膜装置２０３では、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ、化学気相成長法）によって、図１４（ｃ）に示すようにレジストパターン４０３上に犠牲膜４０４が形成される（図１３のステップＳ５）。なお、犠牲膜４０４は、被処理膜４０１をエッチングする際のマスクとなる膜であって、例えばＳｉＯ２膜である。
【００８０】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてエッチング装置２０４に搬入される。エッチング装置２０４では、図１４（ｄ）に示すように犠牲膜４０４がレジストパターン４０４のライン部の側壁部にのみ残るように、当該犠牲膜４０４をエッチングする（図１３のステップＳ６）。なお、このエッチングは、例えばＣＦ4、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2等のＣＦ系ガスと、Ａｒガス等の混合ガス、又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われる。
【００８１】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてアッシング装置２０５に搬入される。アッシング装置２０５では、例えば酸素プラズマ等を用いたアッシング等により、図１４（ｄ）に示すようにレジストパターン４０３と反射防止膜４０２を除去する。そして、被処理膜４０１上に犠牲膜のパターン４０５が形成される（図１３のステップＳ７）。なお、犠牲膜のパターン４０５は、複数のライン状のパターンであって、ライン部４０６ａ、４０６ｂとスペース部４０７ａ、４０７ｂを有している。第１のスペース部４０７ａは、ライン部４０６ａ、４０６ｂ間に形成されるスペースであり、レジストパターン４０３が除去されて形成されるスペースである。第２のスペース部４０７ｂは、ライン部４０６ｂ、４０６ａ間に形成されるスペースであり、レジストパターン４０３、４０３間に形成されるスペースである。
【００８２】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてエッチング装置２０６に搬入される。エッチング装置２０６では、犠牲膜のパターン４０５をマスクとして被処理膜４０１をエッチングする。そして、犠牲膜のパターン４０５を除去して、図１４（ｅ）に示すように検査用ウェハＴ上に被処理膜のモニターパターン４０８が形成される（図１３のステップＳ８）。このとき、被処理膜４０１の下層のゲート酸化膜４００もエッチングされる。なお、このエッチングは、例えばＨＢｒガス等を用いて行われる。また、モニターパターン４０８は本発明における第２のモニターパターンである。
【００８３】
その後、検査用ウェハＴはウェハ搬送機構２１５によって搬送室チャンバ２１４内に戻され、続いてパターン寸法測定装置２０７に搬入される。パターン寸法測定装置２０７では、先ず検査用ウェハＴが載置台２３０に載置される。次に、検査用ウェハＴ上の被処理膜のモニターパターン４０８に光照射部２３１から光が照射され、その反射光が光検出部２３２により検出される。そして、測定部３２３においてモニターパターン４０８に対するスペクトルが測定される。このスペクトルは情報処理部２３４に出力される。情報処理部２３４では、上述したように算出部２３５において予め複数の仮想パターンに対する計算上のスペクトルを算出し、記憶部２３６において前記仮想パターンに対するスペクトルを記憶して、そのライブラリＬが作成されている。そして、解析部２３７において、測定部３２３で測定された実際のモニターパターン４０８に対するスペクトルと、ライブラリＬ内の仮想パターンに対するスペクトルが照合される。そして、スペクトルが適合したライブラリＬ内のパターン形状をモニターパターン４０８と推定する。このようにして、モニターパターン４０８の寸法が測定される（図１３のステップＳ９）。このモニターパターン４０８の寸法の測定結果は、制御装置３００に出力される。
【００８４】
制御装置３００では、演算部３０４において、データ格納部３０２に格納された回帰式を用いて、モニターパターン４０８の寸法の測定結果を、１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換する（図１３のステップＳ１０）。
【００８５】
さらに演算部３０４において、この変換された被処理膜のパターンの寸法に基づき、データ格納部３０２に格納された相関Ｍとプログラム格納部３０３のプログラムＰを用いて、第１の処理部１１又は第２の処理部１２の処理条件を補正する（図１３のステップＳ１１）。本実施の形態においては、変換された被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅Ｄ１と第２のスペース部の幅Ｄ２の差に基づいて、トリミング装置２０２における処理条件が補正される。具体的には、例えば第１のスペース部の幅Ｄ１が大きい場合、トリミング装置２０２における処理時間を長くする。一方、第１のスペース部の幅Ｄ１が小さい場合、トリミング装置２０２における処理時間を短くする。
【００８６】
補正された処理条件は、出力部３０５からトリミング装置２０２に出力される。そして、トリミング装置２０２の処理条件がフィードバック制御される。こうして、検査用ウェハＴに対して行われる一連の検査処理（図１３のステップＳ１〜Ｓ１１）が終了する。
【００８７】
次に、例えば製品用のウェハＷに一連のウェハ処理を行う。なお、ウェハＷには、図１５（ａ）に示すように予めゲート酸化膜５００と被処理膜５０１が下から順に形成されている。
【００８８】
ウェハＷは、第１の処理部１１に搬送され、フォトリソグラフィー処理が行われる。そして、図１５（ａ）に示すようにウェハＷの被処理膜５０１上に、反射防止膜５０２とレジストパターン５０３が形成される（図１３のステップＳ１２）。なお、このフォトリソグラフィー処理は、上述したステップＳ３での検査用ウェハＴに対する処理と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００８９】
その後、ウェハＷは第２の処理部１２に搬送される。ウェハＷは、先ずトリミング装置２０２において、図１５（ｂ）に示すようにウェハＷ上のレジストパターン５０３がトリミングされ、反射防止膜５０２がエッチングされる。このときの処理条件は、上述したステップＳ１１で補正された処理条件である（図１３のステップＳ１３）。その後、成膜装置２０３において、図１５（ｃ）に示すようにレジストパターン５０３上に犠牲膜５０４が成膜される（図１３のステップＳ１４）。
【００９０】
その後、図１５（ｄ）に示すようにエッチング装置２０４において犠牲膜５０４がエッチングされ（図１３のステップＳ１５）、アッシング装置２０５においてレジストパターン５０３と反射防止膜５０２が除去されて、被処理膜５０１上に犠牲膜のパターン５０５が形成される（図１３のステップＳ１６）。なお、犠牲膜のパターン５０５は、複数のライン状のパターンであって、ライン部５０６ａ、５０６ｂとスペース部５０７ａ、５０７ｂを有している。第１のスペース部５０７ａは、ライン部５０６ａ、５０６ｂ間に形成されるスペースであり、レジストパターン５０３が除去されて形成されるスペースである。第２のスペース部５０７ｂは、ライン部５０６ｂ、５０６ａ間に形成されるスペースであり、レジストパターン５０３、５０３間に形成されるスペースである。
【００９１】
その後、エッチング装置２０６において犠牲膜のパターン５０５をマスクとして被処理膜５０１がエッチングされ、図１５（ｅ）に示すようにウェハＷ上に被処理膜のパターン５０８が形成される（図１３のステップＳ１７）。この被処理膜のパターン５０８は、そのスペース比率が１：１であり、所定の寸法で形成される。なお、被処理膜のパターン５０８は、複数のライン状のパターンであって、ライン部５０９ａ、５０９ｂとスペース部５１０ａ、５１０ｂを有している。
【００９２】
なお、ウェハＷに対するステップＳ１３〜Ｓ１７の処理は、上述したステップＳ４〜Ｓ８での検査用ウェハＴに対する処理と同様であるので、詳細な説明を省略する。こうして、ウェハＷに対して行われる一連のウェハ処理（図１３のステップＳ１２〜Ｓ１７）が終了する。
【００９３】
以上の実施の形態によれば、先ず検査用ウェハＴに所定の処理を行い、被処理膜４０１にモニターパターン４０８を形成した後、スキャトロメトリ法を用いてモニターパターン４０８の寸法を測定している。この際、モニターパターン４０８の目標スペース比率は１：１と異なる比率である。そして、モニターパターン４０８の寸法を測定する際、スキャトロメトリ法で用いられるライブラリＬのスペース比率の範囲は、目標スペース比率を含むが、１：１のスペース比率を含まない範囲である。すなわち、ライブラリＬには、スペース比率１：１に対して点対象に位置するスペース比率は含まれず、異なる分布のスペクトルのみ含まれる。したがって、本実施の形態によれば、従来のようにトグリングが発生することなく、モニターパターン４０８の寸法を正確に測定することができる。その後、この測定されたモニターパターン４０８の寸法を、予め求められた回帰式を用いて、１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換し、所定の処理の処理条件を補正している。したがって、以後、補正された処理条件でウェハＷに所定の処理を行うので、ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【００９４】
また、モニターパターン４０８の目標スペース比率は、距離再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ寸法再現性が０．２ｎｍ以下になるように決定される。このため、モニターパターン４０８の目標スペース比率が測定精度上適切になる。また、検査用ウェハＴに行われる処理プロセスとウェハＷに行われる処理プロセスが高い相関を持つことを確認した上で処理を行うため、検査用ウェハＴに形成されたモニターパターン４０８に基づいて、ウェハＷの処理条件を適切に補正することができる。
【００９５】
以上の実施の形態では、上述したステップＳ１１において、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の寸法に基づいてトリミング装置２０２の処理条件を補正していたが、これに代えて第１の処理部１１の処理条件を補正してもよい。かかる場合、モニターパターン４０８の寸法を１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換し、当該変換された被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅Ｄ１と第２のスペース部の幅Ｄ２の差に基づいて、例えば露光装置２１の処理条件が補正される。例えば第１のスペース部の幅Ｄ１が大きい場合、露光量を大きくする。一方、第１のスペース部の幅Ｄ１が小さい場合、露光量を小さくする。本実施の形態によっても、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。また、露光量はショット毎に変更可能であるため、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の上端の線幅や下端の線幅が異なる場合であっても、被処理膜のパターン５０８を所定の寸法で形成することができる。
【００９６】
また、この場合、露光装置２１の処理条件に代えて、塗布現像装置２０における熱処理の処理条件を補正してもよく、特にＰＥＢ装置９４〜９９におけるウェハＷの加熱温度を補正してもよい。かかる場合でも、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。また、加熱温度は、ウェハ面内において複数の領域毎に補正することができるため、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の上端の線幅や下端の線幅が異なる場合であっても、被処理膜のパターン５０８を所定の寸法で形成することができる。なお、塗布現像装置２０における他の熱処理の処理条件、例えばＰＡＢ装置８１〜８４やＰＯＳＴ装置８５〜８９におけるウェハＷの加熱温度を補正してもよい。
【００９７】
また、上述したステップＳ１１において、検査用ウェハＴのモニターパターン４０８の寸法に基づいて成膜装置２０３における処理条件を補正してもよい。かかる場合、例えばモニターパターン４０８の寸法を１：１のスペース比率を目標とする被処理膜のパターンの寸法に変換し、当該変換された被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、成膜装置２０３における処理時間が補正される。例えば被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅が大きい場合、処理時間を短くする。一方、ライン部の線幅が小さい場合、処理時間を長くする。これによっても、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【００９８】
また、この場合、成膜装置２０３の処理条件に代えて、エッチング装置２０６における処理条件、例えば処理時間を補正してもよい。例えば被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅が大きい場合、処理時間を長くする。一方、ライン部の線幅が小さい場合、処理時間を短くする。これによっても、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【００９９】
以上の実施の形態では、検査用ウェハＴ上の被処理膜４０１に形成されるパターンをモニターパターン４０８としていたが、当該検査用ウェハＴ上の犠牲膜のパターン４０５をモニターパターン（以下、「モニターパターン４０５」という。）としてもよい。なお、このモニターパターン４０５は本発明における第１のモニターパターンである。
【０１００】
なお、モニターパターン４０５の目標スペース比率は、パターン寸法測定装置２０７の算出部２３５で決定される。この目標スペース比率は、距離再現性（１．０ｎｍ以下）と寸法再現性（０．２ｎｍ以下）に基づいて決定され、被処理膜４０１に形成されるモニターパターン４０８の目標スペース比率の決定方法（上述したステップＳ１）と同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態では、上述したステップＳ１１において、検査用ウェハＴのモニターパターン４０５の寸法に基づいてトリミング装置２０２の処理条件を補正する。このトリミング装置２０２の処理条件の補正は、上述したステップＳ１１でのモニターパターン４０８に基づく補正と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１０２】
また、この場合、トリミング装置２０２の処理条件に代えて、第１の処理部１１の処理条件を補正してもよい。補正される処理条件としては、モニターパターン４０８に基づく補正と同様に、例えば露光装置２１の処理条件（露光量）やＰＥＢ装置９４〜９９、ＰＡＢ装置８１〜８４、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の処理条件（加熱温度）である。
【０１０３】
さらに、この場合、トリミング装置２０２の処理条件や第１の処理部１１の処理条件に代えて、成膜装置２０３における処理条件を補正してもよい。補正される条件としては、モニターパターン４０８に基づく補正と同様に、例えば成膜装置２０３の処理時間である。
【０１０４】
また、モニターパターン４０５に基づいて補正される処理条件は、エッチング装置２０６における処理条件、例えば処理時間であってもよい。これによって、エッチング装置２０６の処理条件がフィードフォワード制御される。かかる場合、例えばモニターパターン４０５の寸法を１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターンの寸法に変換し、当該変換された犠牲膜のパターンにおける第１のスペース部の幅Ｄ１と第２のスペース部の幅Ｄ２の差に基づいて、エッチング装置２０６における処理時間が補正される。
【０１０５】
以上のように、検査用ウェハＴ上の犠牲膜のモニターパターン４０５に基づいて、ウェハ処理の種々の処理条件を補正することができる。いずれの場合でも、ウェハＷの処理条件が適切に補正されるため、当該ウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成することができる。
【０１０６】
以上の実施の形態の半導体装置の製造方法（ステップＳ１〜Ｓ１７）は、図１６に示すように被処理膜のパターン５０８におけるライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率が任意であっても適用できる。なお、図１６（ａ）はライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率が例えば１：１である場合を示し、図１６（ｂ）はライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率が例えば１：３である場合を示している。このようにライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率に関わらず、ウェハＷ上に１：１のスペース比率の被処理膜のパターン５０８を形成する場合、従来の方法ではトグリングが発生する。上記製造方法は、かかる場合でもウェハＷ上の被処理膜のパターン５０８を１：１のスペース比率かつ所定の寸法で適切に形成する方法であり、当該被処理膜のパターン５０８のライン部５０９の線幅とスペース部５１０の幅の比率は問わない。
【０１０７】
以上の実施の形態では、トリミング装置２０２、成膜装置２０３、エッチング装置２０４、アッシング装置２０５、エッチング装置２０６は、第２の処理部１２に設けられていたが、それぞれ独立して設けられていてもよい。
【０１０８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、ウェハ上に異なる膜を用いて所定のパターンを形成する場合、例えばＳｉＮ膜をハードマスクとして被処理膜としての酸化膜に所定のパターンを形成する場合にも適用できる。また、本発明は、ＳＷＴ法以外のプロセス、例えばＬＥＬＥ法、ＬＬＥ法といったダブルパターニングのプロセス、２回露光のプロセスにも適用できる。また、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上の被処理膜に所定のパターンを形成して半導体装置を製造する際に有用である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 半導体装置の製造システム
１１ 第１の処理部
１２ 第２の処理部
２０ 塗布現像装置
２１ 露光装置
８１〜８４ ＰＡＢ装置
８５〜８９ ＰＯＳＴ装置
９４〜９９ ＰＥＢ装置
２０２ トリミング装置
２０３ 成膜装置
２０４ エッチング装置
２０５ アッシング装置
２０６ エッチング装置
２０７ パターン寸法測定装置
３００ 制御装置
４０１ 被処理膜
４０２ 反射防止膜
４０３ レジストパターン
４０４ 犠牲膜
４０５ 犠牲膜のパターン（モニターパターン）
４０６ａ、４０６ｂ ライン部
４０７ａ、４０７ｂ スペース部
４０８ 被処理膜のパターン（モニターパターン）
４０９ａ、４０９ｂ ライン部
４１０ａ、４１０ｂ スペース部
５０１ 被処理膜
５０２ 反射防止膜
５０３ レジストパターン
５０４ 犠牲膜
５０５ 犠牲膜のパターン
５０６ａ、５０６ｂ ライン部
５０７ａ、５０７ｂ スペース部
５０８ 被処理膜のパターン
５０９ａ、５０９ｂ ライン部
５１０ａ、５１０ｂ スペース部
Ｌ ライブラリ
Ｔ 検査用ウェハ
Ｗ ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、
前記所定の処理は、
基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをトリミングするトリミング工程と、
前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜工程と、
前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成する犠牲膜パターン形成工程と、
前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成する被処理膜パターン形成工程と、を備え、
検査用基板に前記所定の処理を行い、前記犠牲膜パターン形成工程において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記被処理膜パターン形成工程において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、
前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換する比率変換工程と、
前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、
前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、当該第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定され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】
前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定さ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】
前記トリミング工程では、前記レジストパターンをトリミングすると共に、当該レジストパターンをマスクとして、基板の被処理膜とレジストパターンとの間に形成された反射防止膜をエッチングすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記トリミング工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記レジストパターン形成工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における露光処理の処理条件であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における熱処理の処理条件であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理は、露光処理後であって現像処理前に行われる加熱処理であることを特徴とする、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記成膜工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、
検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該モニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記モニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、
前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換する比率変換工程と、
前記比率変換工程で変換されたパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、
前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、当該モニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定されることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定されることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、
基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成する塗布現像装置及び露光装置と、前記レジストパターンをトリミングするトリミング装置と、前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜装置と、前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成するアッシング装置と、前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成するエッチング装置とを備え、基板に前記所定の処理を行う処理部と、
前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、
前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
検査用基板に前記所定の処理を行い、前記成膜装置において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記エッチング装置において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、
前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換し、
前記変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴とする、半導体装置の製造システム。
【請求項１７】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、
基板に前記所定の処理を行いパターンを形成する処理部と、
前記処理部にて形成された前記パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、
前記パターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該モニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記モニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、
前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換し、
前記変換されたパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴とする、半導体装置の製造システム。
【請求項１】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、
前記所定の処理は、
基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをトリミングするトリミング工程と、
前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜工程と、
前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成する犠牲膜パターン形成工程と、
前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成する被処理膜パターン形成工程と、を備え、
検査用基板に前記所定の処理を行い、前記犠牲膜パターン形成工程において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記被処理膜パターン形成工程において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、
前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換する比率変換工程と、
前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、
前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、当該第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定され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】
前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定さ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】
前記トリミング工程では、前記レジストパターンをトリミングすると共に、当該レジストパターンをマスクとして、基板の被処理膜とレジストパターンとの間に形成された反射防止膜をエッチングすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記トリミング工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記レジストパターン形成工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における露光処理の処理条件であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記レジストパターン形成工程で補正される処理条件は、フォトリソグラフィー処理における熱処理の処理条件であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理は、露光処理後であって現像処理前に行われる加熱処理であることを特徴とする、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記成膜工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された被処理膜のパターンにおけるライン部の線幅に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記処理条件補正工程では、前記比率変換工程で変換された犠牲膜のパターンにおける第１のスペース部の幅と第２のスペース部の幅の差に基づいて、前記所定の処理の前記被処理膜パターン形成工程の処理条件を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する方法であって、
検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率になるように、当該モニターパターンを形成するモニターパターン形成工程と、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記モニターパターン形成工程で形成された前記モニターパターンの寸法を測定する寸法測定工程と、
前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記寸法測定工程で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換する比率変換工程と、
前記比率変換工程で変換されたパターンの寸法に基づいて、前記所定の処理における処理条件を補正する処理条件補正工程と、
前記補正された条件で基板に前記所定の処理を行い、当該基板上の被処理膜に１：１のスペース比率となるようにパターンを形成する基板処理工程と、を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、当該モニターパターンにおいて、一のライン部の中心と当該一のライン部と隣り合う他のライン部の中心との距離の再現性と、ライン部の寸法の再現性とに基づいて決定されることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記モニターパターンの前記目標スペース比率は、前記距離の再現性が１．０ｎｍ以下であって、かつ前記寸法の再現性が０．２ｎｍ以下となるように決定されることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、
基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板の被処理膜上に複数のライン状のレジストパターンを形成する塗布現像装置及び露光装置と、前記レジストパターンをトリミングするトリミング装置と、前記レジストパターン上に被処理膜をエッチングする際のマスクとなる犠牲膜を成膜する成膜装置と、前記犠牲膜が前記レジストパターンのライン部の側壁部にのみ残るように当該犠牲膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去し、基板の被処理膜上に複数のライン状の前記犠牲膜のパターンを形成するアッシング装置と、前記犠牲膜のパターンをマスクに被処理膜をエッチングし、当該被処理膜に複数のライン状のパターンを形成するエッチング装置とを備え、基板に前記所定の処理を行う処理部と、
前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、
前記犠牲膜のパターン又は前記被処理膜のパターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
検査用基板に前記所定の処理を行い、前記成膜装置において検査用基板の犠牲膜に形成される第１のモニターパターンと、前記エッチング装置において検査用基板の被処理膜に形成される第２のモニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該第１のモニターパターンと第２のモニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、
前記目標スペース比率の第１のモニターパターン又は第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率の犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンにそれぞれ変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記第１のモニターパターン又は前記第２のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とする犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に変換し、
前記変換された犠牲膜のパターン又は被処理膜のパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴とする、半導体装置の製造システム。
【請求項１７】
基板に所定の処理を行い、ライン部とスペース部で形成されたパターンであって、かつ第１のスペース部の幅と当該第１のスペース部と隣り合う第２のスペース部の幅とのスペース比率が１：１となるようにパターンを基板上の被処理膜に形成して、半導体装置を製造する製造システムであって、
基板に前記所定の処理を行いパターンを形成する処理部と、
前記処理部にて形成された前記パターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、
前記パターンの寸法の測定結果に基づいて、前記処理部における処理条件を補正する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
検査用基板に前記所定の処理を行い、モニターパターンの目標スペース比率が１：１と異なる比率にして、当該モニターパターンを形成するように、前記処理部を制御し、
前記目標スペース比率を含みかつ１：１のスペース比率を含まない範囲のパターンのライブラリを用いて、スキャトロメトリ法により、前記処理部で形成された前記モニターパターンの寸法を測定するように、前記パターン寸法測定装置を制御し、
前記目標スペース比率のモニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率のパターンに変換する回帰式を用いて、前記パターン寸法測定装置で測定された前記モニターパターンの寸法を、１：１のスペース比率を目標とするパターンの寸法に変換し、
前記変換されたパターンの寸法に基づいて、前記処理部における処理条件を補正することを特徴とする、半導体装置の製造システム。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１３３７９７（Ｐ２０１１−１３３７９７Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９５２０９（Ｐ２００９−２９５２０９）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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