JP4373877B2

JP4373877B2 - プロセス管理方法、モニターマーク形成方法及びプロセス管理用のマスク

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Description

本発明は、半導体デバイスの製造に関し、特にリソグラフィー工程に用いられるプロセス管理方法、モニターマーク形成方法及びプロセス管理用のマスクに関する。

半導体装置製造工程のリソグラフィーは、まず露光光学系を用いて、ウェハ上に形成されたレジスト上にマスクパターンを投影する。そして、マスクパターンが露光されたレジストを現像処理することによって、レジストパターンが形成される。

近年、半導体デバイスの設計ルールの微細化に伴い、リソグラフィーにおける解像度の向上が求められている。しかし、リソグラフィーの解像度には限界があり、昨今の要求される線幅を満たすことは難しくなっている。そこで、形成されたレジストパターンを加熱することにより、レジストパターンの形状が変化（フロー）させて線間隔を狭め所望の線幅を有するレジストパターンを得ている（例えば、非特許文献１参照。）。

レジストをフローさせて所望の線幅を有するレジストパターンを得るためには、フローによるレジストパターン線幅の変化量のウェハ面内等におけるばらつきを管理しなければならない。フローによるレジスト線幅の増加量のばらつきの管理は、光学的検査装置では解像度が足りないため、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）によって行われている。しかしながら、ＣＤ−ＳＥＭによる管理は、スループットの低下等の問題がある。
ケー．アラマキ（K. Aramaki），ティ．ハマダ（T. Hamada），ディ．ケー．リー（D. K. Lee），エイチ．オカザキ（H. Okazaki），エヌ．ツガマ（N. Tsugama），ジー．パウロウスキー（G. Pawlowski）,「０．２μｍ以下のコンタクトホールプリント技術（Techniques to Print sub-0.2 micron Contact Holes）」，プロシーディング．オブ．エスピーアイイー（Proceedings of SPIE），第３９９９巻，２０００年，ｐ．７３８−７４９

本発明は、ウェハ上に形成されたレジストをフローさせて得られるレジストパターンの線幅のばらつきの管理を光学的検査装置を用いて高い測定精度、且つ高スループットに行うことができるプロセス管理方法、モニターマーク形成方法及びプロセス管理用のマスクを提供する。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、（イ）半導体基板上に第１ラインと第１ラインと平行に配置され、第１ラインより細い複数の第２ラインを有する検査用パターン、及び第１ラインの延伸する方向に対して直交する方向に基準パターンをそれぞれレジストにより形成するステップと、（ロ）レジストを加熱して、検査用パターン及び基準パターンをそれぞれフローさせるステップと、（ハ）フロー後の検査用パターンと基準パターンの中心間距離を測定するステップと、（ニ）中心間距離の測定に基づいて、フロー後の検査用パターン及び基準パターンの線幅の増加量のばらつきを調べるステップとを含むプロセス管理方法であることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、（イ）半導体基板上に第１ラインと第１ラインと平行に配置され、第１ラインより細い複数の第２ラインを有し、第１ラインと第２ラインがそれぞれ対向する二組を四方に配置したアウターマーク、及び四方に配置したアウターマークの内側にアウターマークのそれぞれと平行なインナーマークをそれぞれレジストにより形成するステップと、（ロ）レジストを加熱して、アウターマーク及びインナーマークをそれぞれフローさせるステップと、（ハ）フロー後のアウターマーク及びインナーマークの中心位置をそれぞれ測定するステップと、（ニ）中心位置の測定に基づいて、フロー後のアウターマーク及びインナーマークの線幅の増加量のばらつきを調べるステップとを含むプロセス管理方法であることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、（イ）半導体基板上に第１ラインと第１ラインと平行に配置され、第１ラインより細い複数の第２ラインを有する検査用パターン、及び第１ラインの延伸する方向に対して直交する方向に基準パターンをそれぞれレジストにより形成するステップと、（ロ）レジストを加熱して、検査用パターン及び基準パターンをそれぞれフローさせるステップとを含む、フロー後の検査用パターン及び基準パターンの中心間距離を測定するためのモニターマーク形成方法であることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、（イ）半導体基板上に第１ラインと第１ラインと平行に配置され、第１ラインより細い複数の第２ラインを有し、第１ラインと第２ラインがそれぞれ対向する二組を四方に配置したアウターマーク、及び四方に配置したアウターマークの内側にアウターマークのそれぞれと平行なインナーマークをそれぞれレジストにより形成するステップと、（ロ）レジストを加熱して、アウターマーク及びインナーマークをそれぞれフローさせるステップとを含む、フロー後のアウターマーク及びインナーマークの中心位置を測定するためのモニターマーク形成方法であることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、（イ）第１ラインを被露光対象に投影するための第１ラインパターン、及び第１ラインパターンと平行に配置され、第１ラインより細い複数の第２ラインを被露光対象に投影するための第２ラインパターンを有する第１マスクパターンと、（ロ）第１ラインパターンの延伸する方向に対して直交する方向に、基準パターンを被露光対象に投影するための第３ラインパターンを有する第２マスクパターンとを備え、被露光対象を加熱して、投影された第１ライン及び第２ラインを有する検査用パターン及び基準パターンをフローさせ、フロー後の検査用パターン及び基準パターンの中心間距離を測定するためのプロセス管理用のマスクであることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、（イ）第１ラインを被露光対象に投影するための第１ラインパターン、及び第１ラインパターンと平行に配置され、第１ラインより細い複数の第２ラインを被露光対象に投影するための第２ラインパターンを有する第１マスクパターンを、第１ラインパターンと第２ラインパターンがそれぞれ平行に対向する二組を四方に配置し、被露光対象にアウターマークを投影するためアウターマスクパターンと、（ロ）四方に配置したアウターマスクパターンの内側に、アウターマスクパターンのそれぞれと平行に配置され、被露光対象にインナーマークを投影するためのインナーマスクパターンとを備え、被露光対象を加熱して、投影されたアウターマーク及びインナーマークをフローさせ、フロー後のアウターマーク及びインナーマークの中心位置を測定するためのプロセス管理用のマスクであることを要旨とする。

本発明によれば、ウェハ上に塗布されたレジストをフローさせて所望のレジストパターンを得るときのフローによるレジスト線幅の増加量の管理を光学的検査装置を用いて高い測定精度、且つ高スループットに行うことができるプロセス管理方法、モニターマーク形成方法及びプロセス管理用のマスクを提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクは、図１に示すように、ガラス等の透光性のマスク基板１０と、マスク基板１０上の遮光層１２に設けられた第１マスクパターン２０及び第２マスクパターン３０を備える。第１マスクパターン２０及び第２マスクパターン３０は、光や電子線（ＥＢ）等を透過させるために設けられた透過部である。図１では、第１マスクパターン２０及び第２マスクパターン３０はそれぞれ１つずつ描かれているが、実際はマスク基板１０上に複数個点在する。

第１マスクパターン２０は、線幅Ｗ１の第１ラインパターン２ａと、第１ラインパターン２ａと平行に隣接して配置され、第１ラインパターン２ａより細い線幅Ｗ２の複数の第２ラインパターン３ａを有する。第１ラインパターン２ａは、第１マスクパターン２０の左右端のいずれかに配置される。

第２マスクパターン３０は、第１マスクパターン２０の伸延する方向に対して直交する方向に、第１マスクパターン２０と並んで配置される。第２マスクパターン３０は、単一の線幅（例えば、図１では線幅Ｗ２）の複数の第３ラインパターン９ａが配置されている。ここでは第３ラインパターン９ａは複数であるとしたが、単線であっても構わない。

第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクの作製方法を説明する。まず、半導体集積回路の設計パターン、第１マスクパターン２０、及び第２マスクパターン３０を含むレイアウトデータ（設計データ）を生成する。次に、ＥＢ描画装置（パターンジェネレータ）において、生成したレイアウトデータを変換して描画データを生成する。ＣＡＤシステムを用いて、マスクのパターンデータ（描画マスクデータ）がそれぞれ決定される。更に、ＥＢ描画装置において、パターンデータを用いてマスク基板１０上に描画してプロセス管理用のマスクを作製する。

以下に、第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクを用いてレジスト上にモニターマークを形成する方法を図２のフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）図２に示すステップＳ１０１において、図３に示すように、ウェハ４０に形成された反射防止膜４２上にレジスト４４を塗布した半導体基板４をエキシマレーザ露光装置（図示せず）のステージに搭載する。レジスト４４には、ネガレジストを用いる。

（ロ）ステップＳ１０２において、半導体基板４のレジスト４４は、図１に示したプロセス管理用のマスクを設置した、例えば開口数（ＮＡ）０．６８のフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ露光装置によって露光される。レジスト４４への露光は、図３に示した第１マスクパターン２０及び第２マスクパターン３０を透過した光によって行われる。

（ハ）ステップＳ１０３において、露光された半導体基板４は現像処理される。この結果、図４に示すように、レジスト４４には第１マスクパターン２０が転写された検査用パターン５０、及び第２マスクパターン３０が転写された基準パターン６０が形成される。ここで検査用パターン５０は、線幅Ｗ１の第１ライン５２と複数の線幅Ｗ２の第２ライン５４を含む。また基準パターン６０は、複数の単一の線幅Ｗ２の第３ライン６２を含む。

（ニ）次に、ステップＳ１０４において、半導体基板４はホットプレート及びオーブン等の加熱装置により加熱される。加熱条件としては、レジストの種類及びパターンの線幅により適宜選択することが可能であり、例えば１６４℃で６０秒間加熱する。半導体基板４が加熱されることで、検査用パターン５０及び基準パターン６０がフローして、図５に示すように、変形検査用パターン５０ｘ及び変形基準パターン６０ｘを有するモニターマークが形成される。変形検査用パターン５０ｘは、第１変形ライン５３と複数の第２変形ライン５５を含む。また、変形基準パターン６０ｘは、複数の第３変形ライン６３を含む。

フローする前後のモニターマークの差異について図６（ａ）及び図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）は上記方法によって形成されたフローする前の検査用パターン５０の断面図であり、図６（ｂ）はフローした後の変形検査用パターン５０ｘの断面図である。図６（ａ）に示すフロー前の検査用パターン５０の中心は、検査用パターン５０の両側から距離ｌ_１に位置する中心線Ｌ_１で示す。次に、図６（ｂ）に示すフロー後の変形検査用パターン５０ｘの中心は、変形検査用パターン５０ｘの両側から距離ｌ_２に位置する中心線Ｌ_２で示す。また、図６（ｂ）には、図６（ａ）における検査用パターン５０の中心線Ｌ_１も示す。図６（ｂ）の矢印で示すように、レジストをフローすることによって検査用パターン５０の中心が第１ライン５２の配置されている側に移動幅ΔＷだけ移動する。フローすることによって検査用パターン５０の中心線Ｌ_１が移動するのは、パターンの線幅が細い場合はフローさせても線幅があまり変わらないが、パターンの線幅がある程度の太さの場合はフローすることによって線幅が増加することに起因する。一方、基準パターン６０は、第３ライン６２が単一の線幅であるのでフローさせても中心が移動することはない。つまり、両側で配置されているパターンの線幅が異なるとき、フローすることによって両側のパターンの変形量が異なり、検査用パターン５０全体の中心位置が移動するとみなすことができる。

パターンの線幅とフローによる線幅の増加量の関係の一例である図７のグラフは、フローによる線幅の増加量はパターンの線幅が５００ｎｍ程度までは増加する。しかしながら、フローによる線幅の増加量はパターンの線幅が５００ｎｍ程度を超えると減少していくことを示す。つまり、検査用パターン５０のようにフローによる線幅の増加量が最大となる線幅のパターンをマークの左右端のいずれかに配置することで、マークの中心がずれる。第１ライン５２がフローによる線幅の増加量が最大となるパターンの線幅程度で、第２ライン５４がフローしても線幅が変化しない程度の場合、マークの中心の移動幅ΔＷは大きくなる。フローによる線幅の増加量が最大となるパターンの線幅の値は、使用するレジストの厚さ及び種類等によって異なる。

以下に、第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクにより形成したモニターマークを用いたプロセス管理方法を図８のフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）図８に示すステップＳ１１１において、第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクをウェハ４０に形成された反射防止膜４２上にレジスト４４を塗布した半導体基板４のレジスト４４に転写して、図９に示すように、フローする前の半導体チップのレジストパターン（詳細省略）４６及びモニターマーク（斜線部にて示す）を形成する。モニターマークは、レジストパターン４６の半導体チップとして使用されないスペースやダイシングラインに分散して配置される。１つのウェハに配置されるモニターマークの数は、例えば３０個とする。各モニターマークは、図４に示すように、検査用パターン５０と基準パターン６０を少なくともそれぞれ１つ有する。図１０に示すように、検査用パターン５０と基準パターン６０の中心間距離はＤ１である。

（ロ）次に、ステップＳ１１２において、半導体基板４は、ホットプレート及びオーブン等の加熱装置で加熱される。加熱された半導体基板４のレジストパターン４６及びモニターマークは、図５に示したようにフローする。レジストパターン４６及びモニターマークをフローさせることで、半導体チップの線幅を変動させて所望の線幅を有するレジストパターンにする。

（ハ）次に、ステップＳ１１３において、半導体基板４は、光学式の合わせずれ検査装置等の測定装置（図示せず）に移される。そして、光学式の測定装置によって、分散して配置したモニターマークのそれぞれのフローした後の変形検査用パターン５０ｘと変形基準パターン６０ｘの中心間距離を測定する。

（ニ）ステップＳ１１４において、分散して配置した変形検査用パターン５０ｘと変形基準パターン６０ｘを有するモニターマークのフロー後の中心間距離を測定した結果に基づいて、半導体基板４上におけるフローによる線幅の増加量のばらつきの大きさを調べる。フローした後の中心間距離の適正値は、図１１に示すように、例えば検査用パターン５０の中心が基準パターン６０側に移動するときはＤ１より距離の短いＤ２に規定する。そして、規定したＤ２を基に各モニターマークのフローによる線幅の増加量のばらつきを評価し、フローによる線幅の増加量のばらつきが大きいエリアのチップは廃棄される。

第１の実施の形態に係るプロセス管理方法によれば、変形検査用パターン５０ｘと変形基準パターン６０ｘを有するモニターマークのフロー後の中心間距離を測定することで、半導体基板４におけるフローのばらつきの大きさを管理することができる。また、フローによる線幅の増加量は加熱温度や加熱時間に依存しているため、加熱装置の温度ムラ等でウェハ内またはウェハ間のフローによる線幅の増加量がばらつく。半導体基板４におけるフローによる線幅の増加量のばらつきの大きさの測定をＣＤ−ＳＥＭ等の電子式測定装置を用いずに合わせずれ検査装置等の光学式測定装置で高精度に行えることで、高スループットにフローによるレジスト線幅の増加量のばらつきを管理することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクは、図１２に示すように、第１の実施の形態に係る第１マスクパターン２０を４個用意し、この４個の第１マスクパターン２０を組み合わせてアウターマスクパターン７０ａ〜７０ｄとして用いる点が図１に示したプロセス管理用のマスクと異なる。更に、アウターマスクパターン７０ａ〜７０ｄの内側に、アウターマスクパターン７０ａ〜７０ｄとそれぞれ平行に配置されたインナーマスクパターン７２ａ〜７２ｄを備える点が異なる。他は図１に示したプロセス管理用のマスクと実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。

アウターマスクパターン７０ａとアウターマスクパターン７０ｃの組、及びアウターマスクパターン７０ｂとアウターマスクパターン７０ｄの組は、図１２に示すように、それぞれ平行に対向する二組である。アウターマスクパターン７０ａとアウターマスクパターン７０ｃの組及びアウターマスクパターン７０ｂとアウターマスクパターン７０ｄの組の二組は、四方に配置される。アウターマスクパターン７０ａ〜７０ｄは、フローすることで中心位置が移動するレジストパターンを形成するためのマスクパターンである。アウターマスクパターン７０ａ〜７０ｄは、互いに平行に配置されているものはフローした後に中心位置が同一方向に移動するようにする。つまり、アウターマスクパターン７０ａ，７０ｄは、四方に配置されたアウターマスクパターン７０ａ〜７０ｄの外側に第１ラインパターン２ａを配置する。一方、アウターマスクパターン７０ｂ，７０ｃは、四方に配置されたアウターマスクパターン７０ａ〜７０ｄの内側に第１ラインパターン２ａを配置する。

インナーマスクパターン７２ａとインナーマスクパターン７２ｃ、及びインナーマスクパターン７２ｂとインナーマスクパターン７２ｄは、それぞれ平行に対向して配置される。また、インナーマスクパターン７２ａ，７２ｃの延伸する方向とインナーマスクパターン７２ｂ，７２ｄ延伸する方向は、直交するように配置される。インナーマスクパターン７２ａ〜７２ｄは、フローしても中心位置が移動しないレジストパターンを形成するためのマスクパターンである。インナーマスクパターン７２ａ〜７２ｄには、単線のパターン及び複数の同一線幅を有する線からなるパターン等を用いることができる。

以下に、第２の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクにより形成したモニターマークを用いたプロセス管理方法を図１３のフローチャートを参照しながら説明する。

（イ）図１３に示すステップＳ２１１において、第２の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクをウェハ４０に形成された反射防止膜４２上にレジスト４４を塗布した半導体基板４のレジスト４４に転写して、図９に示すように、フローする前の半導体チップのレジストパターン（詳細省略）４６及びモニターマーク（斜線部にて示す）を形成する。モニターマークは、レジストパターン４６の半導体チップとして使用されないスペースやダイシングラインに分散して配置される。１つのウェハに配置されるモニターマークの数は、例えば３０個とする。フローする前のモニターマークは、図１４及び図１５に示すように、アウターマーク５０ａ〜５０ｄとインナーマーク８０ａ〜８０ｄを有する。アウターマーク５０ａ〜５０ｄの中心位置とインナーマーク８０ａ〜８０ｄの中心位置Ｃ_１は、図１４に示すように一致する。アウターマーク５０ａ〜５０ｄの第１ライン５２及び第２ライン５４は、それぞれが共通の線幅を有する。第１ライン５２の線幅は、例えば４００ｎｍとする。第２ライン５４は、例えば１５０ｎｍラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）をする。インナーマーク８０ａ〜８０ｄの線幅は、例えば１５０ｎｍとする。

（ロ）次に、ステップＳ２１２において、半導体基板４は、ホットプレート及びオーブン等の加熱装置で加熱される。加熱された半導体基板４のレジストパターン４６及びモニターマークは、図１６に示したようにフローする。図１６に示すように、レジストパターン及びモニターマークをフローさせることで、半導体チップの線幅を変動させて所望の線幅を有するレジストパターンにする。

（ハ）次に、ステップＳ２１３において、半導体基板４は、光学式の合わせずれ検査装置等の測定装置（図示せず）に移される。そして、光学式の合わせずれ検査装置を用いると微細なＬ／Ｓは解像しないので、モニターマークは図１７に示すように微細な線が解像しない状態で観察される。アウターマーク５０ａ〜５０ｄはフローすることで、パターン線幅の大きい第１ライン５２が配置されていた方向にそれぞれ移動する。つまり、変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄは、図１７の太矢印が示す方向に移動するので、変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄの中心位置Ｃ_２は細矢印の示す方向に移動する。変形インナーマーク８０１ａ〜８０１ｄは、単線のパターンであるのでフローしても中心位置Ｃ_１は移動しない。そして、光学式の測定装置によって、分散して配置したモニターマークのそれぞれのフローによる線幅の増加量を測定する。モニターマーク毎のフローによる線幅の増加量は、移動した変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄの中心位置Ｃ_２と、移動しない変形インナーマーク８０１ａ〜８０１ｄの中心位置Ｃ_１を、太矢印の示す２方向それぞれで測定し、平均することによって求める。

（ニ）ステップＳ２１４において、変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄの中心位置Ｃ_２と変形インナーマーク８０１ａ〜８０１ｄの中心位置Ｃ_１の測定結果に基づき、ウェハ上に分散して配置したモニターマーク毎に測定したフローによる線幅の増加量のばらつきを比較する。設定された規定値よりフローによる線幅の増加量のばらつきが大きいエリアのチップは廃棄される。

第２の実施の形態に係るプロセス管理方法によれば、アウターマーク５０ａ〜５０ｄとインナーマーク８０ａ〜８０ｄを有するモニターマークのフロー後のそれぞれの中心位置を測定することで、半導体基板４におけるフローによる線幅の増加量のばらつきの大きさを管理することができる。また、フローによる線幅の増加量は加熱温度や加熱時間に依存しているため、加熱装置の温度ムラ等でウェハ内またはウェハ間のフローによる線幅の増加量がばらつく。半導体基板４におけるフローによる線幅の増加量のばらつきの大きさの測定をＣＤ−ＳＥＭ等の電子式測定装置を用いずに合わせずれ検査装置等の光学式測定装置で高精度に行えることで、高スループットでフローによるレジスト線幅の増加量のばらつきを管理することができる。具体的にＣＤ−ＳＥＭによる３０個のモニターマークの測定にかかる時間は、図１８に示すように、モニターマーク１つあたりの測定時間は７秒であり、フローによるレジスト線幅の増加量のばらつきを管理するためには加熱前後の測定が必要であるので４２０秒かかる。一方、合わせずれ検査装置による３０個のモニターマークの測定にかかる時間は、モニターマーク１つあたりの測定時間は２秒であり、加熱後のみの測定で良いために６０秒しかかからない。また、インナーマーク８０ａ〜８０ｄがフローしても中心位置が移動しないので、通常の合わせ検査と同じ方法でモニターマークを検査することができる。

（第２の実施の形態の変形例）
本発明の第２の実施の形態の変形例にかかるプロセス管理用のマスクは、図１９に示すように、インナーマスクパターン７２ａ〜７２ｄに変えて、第１の実施の形態に係る第１マスクパターン２０を４個用意し、この４個の第１マスクパターン２０を組み合わせてインナーマスクパターン７２ｅ〜７２ｈとして用いる点が図１２に示したプロセス管理用のマスクと異なる。他は図１２に示したプロセス管理用のマスクと実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。

インナーマスクパターン７２ｅとインナーマスクパターン７２ｇの組、及びインナーマスクパターン７２ｆとインナーマスクパターン７２ｈの組は、図１８に示すように、それぞれ平行に対向する二組である。インナーマスクパターン７２ｅとインナーマスクパターン７２ｇの組、及びインナーマスクパターン７２ｆとインナーマスクパターン７２ｈの組の二組は、四方に配置される。インナーマスクパターン７２ｅ〜７２ｈは、フローした後に中心位置が移動するレジストパターンを形成するためのマスクパターンである。インナーマスクパターン７２ｅ〜７２ｈは、互いに平行に配置されているものはフローした後にレジストパターンの中心位置が同一方向に移動するようにする。尚、インナーマスクパターン７２ｅ〜７２ｈによって形成されるレジストパターンは、互いに平行に配置されているアウターマーク５０ａ〜５０ｄとフローした後に中心位置が逆方向に移動するようにする。つまり、インナーマスクパターン７２ｅ，７２ｈは、四方に配置されたインナーマスクパターン７２ｅ〜７２ｈの外側に第１ラインパターン２ａを配置する。一方、インナーマスクパターン７２ｆ，７２ｇは、四方に配置されたインナーマスクパターン７２ｅ〜７２ｈの内側に第１ラインパターン２ａを配置する。

第２の実施の形態の変形例に係るプロセス管理用のマスクを用いることで半導体基板４上に形成されるモニターマークは、ホットプレート及びオーブン等の加熱装置で加熱されることでフローする。半導体基板４は、光学式の合わせずれ検査装置等の測定装置に移されて観察する。光学式の合わせずれ検査装置を用いると微細なＬ／Ｓは解像しないので、モニターマークは図２０に示すように観察される。アウターマーク５０ａ〜５０ｄ及びインナーマーク８２ｅ〜８２ｈはフローすることで、パターン線幅の大きい第１ライン５２が配置されていた方にそれぞれ移動する。つまり、変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄは太白抜き矢印が示す方向に移動するので、変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄの中心位置Ｃ_２は細い実線矢印の示す方向に移動する。一方、変形インナーマーク８２１ｅ〜８２１ｈは太黒矢印が示す方向に移動するので、変形インナーマーク８２１ｅ〜８２１ｈの中心位置Ｃ_３は細い点線矢印の示す方向に移動する。そして、変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄの中心位置Ｃ_２と変形インナーマーク８２１ｅ〜８２１ｈの中心位置Ｃ_３はそれぞれ、光学式の測定装置によって測定可能である。変形アウターマーク５０１ａ〜５０１ｄの中心位置Ｃ_２と変形インナーマーク８２１ｅ〜８２１ｈの中心位置Ｃ_３は、それぞれ逆方向にずれるので測定感度が相対値で２倍になる。

第２の実施の形態の変形例によれば、アウターマーク５０ａ〜５０ｄとインナーマーク８０ｅ〜８０ｈを有するモニターマークのフロー後のそれぞれの中心位置を測定することで、半導体基板４におけるフローによる線幅の増加量のばらつきの大きさを管理することができる。また、フローによる線幅の増加量は加熱温度や加熱時間に依存しているため、加熱装置の温度ムラ等でウェハ内またはウェハ間のフローによる線幅の増加量がばらつく。半導体基板４におけるフローによる線幅の増加量のばらつきの大きさの測定をＣＤ−ＳＥＭ等の電子式測定装置を用いずに合わせずれ検査装置等の光学式測定装置で高精度に行えることで、高スループットでフローによるレジスト線幅の増加量のばらつきを管理することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、実施の形態では、プロセス管理用のマスクを用いてモニターマークを形成すると記載したが、プロセス管理用のマスクを用いずにＥＢを使って直接モニターマークを描画しても良い。

第１の実施の形態において、レジスト４４はネガレジストを用いると記載したが、適宜工程を変化させることでポジレジストを用いることも可能である。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクの平面図である。本発明の第１の実施の形態に係るモニターマークをレジスト上に形成する方法を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスク形成の工程断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスク形成の図３の次の段階を示す工程断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスク形成の図４の次の段階を示す工程断面図である。図６（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るモニターマークをフローする前の断面図であり、図６（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るモニターマークをフローした後の断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るモニターマークのパターンの線幅とフローによる線幅の増加量の関係を示すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係るプロセス管理方法を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクを用いてレジストに転写されたウェハの一部を拡大した平面図である。本発明の第１の実施の形態に係るモニターマークをフローする前の第１のパターンと第２のパターンの平面図である。本発明の第１の実施の形態に係るモニターマークをフローした後の第１のパターンと第２のパターンの平面図である。第２の実施の形態に係るレチクルを用いたときに得られるレジストパターンである。本発明の第２の実施の形態に係るプロセス管理用のマスクの平面図である。本発明の第２の実施の形態に係るプロセス管理方法を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係るモニターマークの平面図である。本発明の第２の実施の形態に係るモニターマークをフローする前の断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るモニターマークをフローした後の断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るモニターマークを観察したときの平面図である。本発明の第２の実施の形態に係るモニターマークを用いたときに測定にかかる時間と従来のモニターマークを用いたときに測定にかかる時間を比較したグラフである。本発明の第２の実施の形態の変形例に係るマスクの平面図である。本発明の第２の実施の形態の変形例に係るモニターマークを観察したときの平面図である。

符号の説明

２ａ，２ｂ…第１ラインパターン
３ａ…第２ラインパターン
４…半導体基板
９ａ…第３ラインパターン
１０…マスク基板
１２…遮光層
２０…第１マスクパターン
３０…第２マスクパターン
４０…ウェハ
４２…反射防止膜
４４…レジスト
４６…レジストパターン
５０…検査用パターン
５０ａ〜５０ｄ…アウターマーク
５０ｘ…変形検査用パターン
５２…第１ライン
５３…第１変形ライン
５４…第２ライン
５５…第２変形ライン
６０…基準パターン
６０ｘ…変形基準パターン
６２…第３ライン
６３…第３変形ライン
７０ａ〜７０ｄ…アウターマスクパターン
７２ａ〜７２ｄ，７２ｅ〜７２ｈ…インナーマスクパターン
８０ｅ〜８０ｈ，８２ｅ〜８２ｈ…インナーマーク
５０１ａ〜５０１ｄ…変形アウターマーク
８０１ａ〜８０１ｄ，８２１ｅ〜８２１ｈ…変形インナーマーク

Claims

半導体基板上に第１ラインと前記第１ラインと平行に配置され、前記第１ラインより細い複数の第２ラインを有する検査用パターン、及び前記第１ラインの延伸する方向に対して直交する方向に基準パターンをそれぞれレジストにより形成するステップと、
前記レジストを加熱して、前記検査用パターン及び前記基準パターンをそれぞれフローさせるステップと、
フロー後の前記検査用パターンと前記基準パターンの中心間距離を測定するステップと、
前記中心間距離の測定に基づいて、前記フロー後の前記検査用パターン及び前記基準パターンの線幅の増加量のばらつきを調べるステップ
とを含むことを特徴とするプロセス管理方法。
前記基準パターンは、単一の線幅の複数のラインを含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス管理方法。
半導体基板上に第１ラインと前記第１ラインと平行に配置され、前記第１ラインより細い複数の第２ラインを有し、前記第１ラインと前記第２ラインがそれぞれ対向する二組を四方に配置したアウターマーク、及び四方に配置した前記アウターマークの内側に前記アウターマークのそれぞれと平行なインナーマークをそれぞれレジストにより形成するステップと、
前記レジストを加熱して、前記アウターマーク及び前記インナーマークをそれぞれフローさせるステップと、
フロー後の前記アウターマーク及び前記インナーマークの中心位置をそれぞれ測定するステップと、
前記中心位置の測定に基づいて、前記フロー後の前記アウターマーク及び前記インナーマークの線幅の増加量のばらつきを調べるステップ
とを含むことを特徴とするプロセス管理方法。
半導体基板上に第１ラインと前記第１ラインと平行に配置され、前記第１ラインより細い複数の第２ラインを有する検査用パターン、及び前記第１ラインの延伸する方向に対して直交する方向に基準パターンをそれぞれレジストにより形成するステップと、
前記レジストを加熱して、前記検査用パターン及び前記基準パターンをそれぞれフローさせるステップ
とを含む、フロー後の前記検査用パターン及び前記基準パターンの中心間距離を測定するためのモニターマーク形成方法。
前記基準パターンは、単一の線幅の複数のラインを含むことを特徴とする請求項４に記載のモニターマーク形成方法。
半導体基板上に第１ラインと前記第１ラインと平行に配置され、前記第１ラインより細い複数の第２ラインを有し、前記第１ラインと前記第２ラインがそれぞれ対向する二組を四方に配置したアウターマーク、及び四方に配置した前記アウターマークの内側に前記アウターマークのそれぞれと平行なインナーマークをそれぞれレジストにより形成するステップと、
前記レジストを加熱して、前記アウターマーク及び前記インナーマークをそれぞれフローさせるステップ
とを含む、フロー後の前記アウターマーク及び前記インナーマークの中心位置を測定するためのモニターマーク形成方法。
第１ラインを被露光対象に投影するための第１ラインパターン、及び前記第１ラインパターンと平行に配置され、前記第１ラインより細い複数の複数の第２ラインを前記被露光対象に投影するための第２ラインパターンを有する第１マスクパターンと、
前記第１ラインパターンの延伸する方向に対して直交する方向に、基準パターンを前記被露光対象に投影するための第３ラインパターンを有する第２マスクパターン
とを備え、前記被露光対象を加熱して、投影された前記第１ライン及び前記第２ラインを有する検査用パターン及び前記基準パターンをフローさせ、フロー後の前記検査用パターン及び前記基準パターンの中心間距離を測定するためのプロセス管理用のマスク。
前記第３ラインパターンは、複数であることを特徴とする請求項７に記載のプロセス管理用のマスク。
第１ラインを被露光対象に投影するための第１ラインパターン、及び前記第１ラインパターンと平行に配置され、前記第１ラインより細い複数の第２ラインを前記被露光対象に投影するための第２ラインパターンを有する第１マスクパターンを、前記第１ラインパターンと前記第２ラインパターンがそれぞれ平行に対向する二組を四方に配置し、前記被露光対象にアウターマークを投影するためアウターマスクパターンと、
四方に配置した前記アウターマスクパターンの内側に、前記アウターマスクパターンのそれぞれと平行に配置され、前記被露光対象にインナーマークを投影するためのインナーマスクパターン
とを備え、前記被露光対象を加熱して、投影された前記アウターマーク及び前記インナーマークをフローさせ、フロー後の前記アウターマーク及び前記インナーマークの中心位置を測定するためのプロセス管理用のマスク。
前記インナーマスクパターンは、それぞれ平行に配置されている前記アウターマスクパターンの前記第１ラインパターンと前記第２ラインパターンと対称に前記第１ラインパターンと前記第２ラインパターンを配置した前記第１マスクパターンであることを特徴とする請求項９に記載のプロセス管理用のマスク。