JP2002176083A - 線幅測定用素子 - Google Patents

線幅測定用素子

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JP2002176083A
JP2002176083A JP2000376558A JP2000376558A JP2002176083A JP 2002176083 A JP2002176083 A JP 2002176083A JP 2000376558 A JP2000376558 A JP 2000376558A JP 2000376558 A JP2000376558 A JP 2000376558A JP 2002176083 A JP2002176083 A JP 2002176083A
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wiring
resistance
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measurement
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JP2000376558A
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Takaaki Kumazawa
孝明 熊沢
Kazuyuki Tsukuni
和之 津国
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】線幅測定用素子を用いた電気的な線幅測定にお
いて、配線長を増大することなく、配線抵抗のばらつき
影響を低減可能な線幅測定用素子を提供する。 【解決手段】本発明の線幅測定用素子は、複数の配線と
4つの触針用端子と4本の引き出し線とを備えており、
各々の配線が引き出し線を用いて並列に接続されてい
る。並列配線の本数を増大することにより、配線長を延
長することなく配線抵抗のばらつき影響を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製品の線幅測
定技術に関し、特に試料の表面の端子に電極を接触させ
ることにより測定した抵抗の値を用いて試料の線幅を求
める、電気的な線幅測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気的な線幅測定法は、文献(El
ectrical Linewidth Test StructuresFafbricated in
Monocrystalline Films for Reference−Material Appl
ications :IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUF
ACTURING,Vol.11,No2,pp182−193,MAY 1998)に示され
るように、配線抵抗測定部と、シート抵抗測定部とによ
り構成される線幅測定用の素子が用いられてきた。線幅
測定用素子の測定は、自動測定に対応するため規則的に
並べられた触針用端子を用いて行われ、素子は触針用端
子に囲まれた領域に配置される。
【0003】配線抵抗測定部において、線幅の測定対象
となる配線は1本であるが、露光処理における近接効果
を考慮するため、配線の近傍には電気測定には用いない
補助パターンが配置されることもある。
【0004】配線の線幅は、配線抵抗と、配線の近傍で
測定したシート抵抗から求める。なお配線抵抗の測定は
接触抵抗の影響を低減するため、4探針法で行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気的な線幅測
定法は、シート抵抗測定部と配線抵抗測定部とでシート
抵抗が同一であることを仮定している。しかし実際には
配線の膜厚や膜質の不均一性により、配線近傍の微小領
域においてもシート抵抗にはばらつきがある。このため
線幅が同一の寸法に加工されている配線においても抵抗
にばらつきが生じ、線幅の測定誤差が生じるという問題
がある。
【0006】このような問題の解決手段として、配線抵
抗測定部の配線長を延長しする方法が考えられる。抵抗
が大きくなることにより抵抗ばらつきの影響が相対的に
低減するが、素子の配置に必要な面積が増大するという
問題がある。
【0007】本発明は、電気的な線幅測定におけるこの
ような問題に対して、配線長を延長することなく、配線
抵抗のばらつき影響を低減する線幅測定用素子を提供す
るものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の線幅測定用素子
は、複数の配線と複数の触針用端子と複数の引き出し線
とを備えており、各々の配線が引き出し線を用いて並列
に接続されていることを特徴とする、配線抵抗測定部を
備えている。
【0009】また本発明の線幅測定用素子では、4探針
法を用いて複数の配線の並列抵抗を測定する。これによ
り、シート抵抗のばらつきによる抵抗の測定誤差が平均
化され、測定誤差を低減することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の線幅測定用素子の実施例
を図面を用いて説明する。
【0011】図1(a)は、本発明の線幅測定用素子の
一例を示す平面図である。図中の点線で囲まれた領域1
11は、線幅測定用素子の配置領域を示している。また
線幅測定用素子はシート抵抗測定部101と、配線抵抗
測定部102と、触針用端子103〜110と、により
構成されている。
【0012】シート抵抗測定部101にはVan de
r Pauwのシート抵抗用素子を用いる。測定には4
つの触針用端子103〜106を用い、各触針用端子に
接続された配線が十字に交差した部分のシート抵抗を測
定する。シート抵抗は隣り合う2つの触針用端子の間に
電流を流したときの、残りの2つの触針用端子の電位差
から求めることができる。なおシート抵抗用素子として
配線長や線幅などの形状パラメータが既知の配線を用
い、配線抵抗と前記形状パラメータからシート抵抗を求
めてもよい。
【0013】配線抵抗測定部102は、電圧測定用端子
107、108と、電流出力用端子109と、アース用
端子110とを備えている。図1(b)は配線抵抗測定
部102の拡大図である。配線112の線幅Wが測定対
象である。配線112は複数本配列されており、引き出
し線113、114が接続されている。引き出し線11
3は電圧測定用端子107、108に、引き出し線11
4は電流出力用端子109と、アース用端子110に接
続されており、複数の配線はこれらの引き出し線により
並列接続されている。
【0014】図2は、本発明の配線抵抗測定部の断面構
造の一例を示す図である。本発明の配線抵抗測定部はシ
リコン基板201と、シリコン基板上に形成されたシリ
コン窒化膜またはシリコン酸化膜などの絶縁膜202
と、絶縁膜上に形成された測定対象の配線203と、配
線上および配線の間に生成されたシリコン酸化膜などの
絶縁膜204により構成されている。ここで測定対象の
配線203は、多層構造となっていてもよい。例えばゲ
ート配線にみられるような、下層がポリシリコン(Po
ly−Si)205、上層がタングステンシリサイド
(WSi2)206である構造なども、本発明に含まれ
る。
【0015】図3は、本発明の線幅測定用素子のショッ
ト内配置の例を示す図である。以下、半導体製品のスク
ライブ領域に線幅測定用素子を配置した例について説明
する。ただしショットとは、1回の露光処理でパターン
が形成される領域を示す。またスクライブ領域とは同一
ウエハ上に形成された製品を切り分ける際に用いられる
領域を示す。
【0016】ショット301は、製品領域302と、ス
クライブ領域303とにより構成され、スクライブ領域
は線幅測定用素子304と、その他の検査用素子305
などが配置されている。ここでショット内の位置と線幅
との関係を解析するため、線幅測定用素子はショット内
の異なる位置に複数配置してもよい。また露光処理にお
ける近接効果などを解析するため、同一ショット内に配
線幅や配線間隔が異なる線幅測定用素子を複数配置して
もよい。
【0017】図4は、本発明の線幅測定用素子のショッ
ト内配置に関する他の例を示す図であるショット401
は、様々な電気特性評価用素子や検査用パターンで構成
される評価素子配置領域402と、スクライブ領域40
3とにより構成される。線幅測定用素子404は評価素
子配置領域402またはスクライブ領域403に、他の
電気特性評価用素子405などと並べて配置する。ここ
でショット内の位置と線幅との関係を解析するため、線
幅測定用素子404はショット内の異なる位置に複数配
置してもよい。また露光処理における近接効果などを解
析するため、配線幅や配線間隔が異なる線幅測定用素子
を複数配置してもよい。
【0018】本発明の線幅測定用素子を用いて、配線の
線幅を求める方法について説明する。線幅の導出には、
配線抵抗測定部101の配線の並列抵抗Rpと、配線の
長さWと、配線の本数Nと、シート抵抗測定部102の
シート抵抗ρとを用いる。
【0019】まず配線の並列抵抗を測定する方法につい
て、図5を用いて説明する。図5は配線抵抗測定部の等
価回路を示す図である。配線抵抗測定部は、N本の配線
抵抗501と触針用端子502〜505により構成され
ている。測定は触針用端子505と502の間に直流電
流を流し、このときの触針用端子503および504の
電圧を測定する、いわゆる4探針法で行う。このように
して測定した触針用端子503と504の電位差△Vと
配線に流した電流Iとを用いて、オームの法則により配
線の並列抵抗Rpを求めることができる。
【0020】図6は、本発明の線幅測定用素子を用い
た、線幅測定アルゴリズムを示す図である。線幅Wは、
シート抵抗測定部のシート抵抗ρ601と、配線の並列
抵抗Rp602と、配線の長さL603と、配線の本数
N604とを用いて、線幅算出式605により求めるこ
とができる。
【0021】このような電気的な線幅測定法では、シー
ト抵抗測定部と配線抵抗測定部とでシート抵抗が同一で
あることを仮定している。しかし実際には配線の膜厚や
膜質の不均一性により、配線近傍の微小領域においても
シート抵抗にはばらつきがある。このため線幅が同一の
寸法に加工されている配線においても抵抗にばらつきが
生じ、線幅の測定誤差が生じるという問題がある。本発
明は、配線の本数を増加することにより、抵抗ばらつき
の影響を低減するものである。
【0022】図7は本発明の効果を示す図である。並列
配線を構成する各々の配線の抵抗をRSとすると、前記
シート抵抗のばらつきにより、RsはばらつきδRsをも
つ。
【0023】またRpを配線N本の並列抵抗、δRpを並
列抵抗のばらつきとすると、配線の本数とばらつき影響
の関係は、式701に示される。ただし配線1本の抵抗
のばらつき影響をδRs/Rs、配線N本の並列抵抗のば
らつき影響をδRp/Rpで定義した。
【0024】式701より、配線1本の抵抗ばらつき影
響(δRs/Rs)対して、配線N本の並列抵抗のばらつ
き影響(δRp/Rp)はN12に低減される。
【0025】グラフ702は本発明の効果を示したもの
である。縦軸は、配線が1本の場合のばらつき影響(δ
s/Rs)に対する、配線N本の並列抵抗のばらつき影
響(δRp/Rp)の相対値を示しており、横軸は配線の
本数を示している。グラフ702に示すように、並列配
線では配線の本数を増大させることにより、抵抗のばら
つき影響を低減することができる。
【0026】図8は、本発明の他の実施例を示す、配線
抵抗測定部の平面図である。本発明の配線抵抗測定部は
複数の直線状の配線801と電流出力用端子802と、
アース用端子803と、電圧測定用端子804、805
と、引き出し線806とを備えている。測定対象は配線
801の線幅W808である。
【0027】配線801と引き出し線806は異なる層
で形成されており、コンタクトホール807により接続
されている。すなわち配線801は引き出し線806に
より並列に接続されており、測定は図1(b)に示した
配線抵抗測定部と同様の方法で行うことができる。
【0028】図9は、本発明の他の実施例を示す、配線
抵抗測定部の平面図である。拡散層901はボロンやリ
ンなどの不純物が注入されているSi基板の領域を示し
ており、シリコン基板に埋め込まれた酸化膜908によ
り絶縁された直線状の拡散層が、複数本平行に配置され
ている。測定対象は拡散層901の幅W909である。
さらに配線抵抗測定部は、電流出力用端子902と、ア
ース用端子903と、電圧測定用端子904、905
と、引き出し線906とを備えており、拡散層901と
引き出し線906は異なる層で形成され、コンタクトホ
ール908により接続されている。すなわち拡散層90
1は引き出し線906により並列に接続されており、測
定は図1−2に示した配線抵抗測定部と同様の方法で行
うことができる。
【0029】
【発明の効果】従来の線幅測定用素子は、配線長を延長
することなく配線抵抗のばらつき影響を低減することが
課題であった。本発明の線幅測定用素子によれば、並列
配線の本数を増大することにより、上記課題を解決する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の線幅測定用素子を示す平面
図、(b)は本発明の線幅測定用素子の配線抵抗測定部
の拡大図。
【図2】本発明の線幅測定用素子の断面構造の一例を示
す図。
【図3】本発明の線幅測定用素子のショット内配置
(1)を示す図。
【図4】本発明の線幅測定用素子のショット内配置
(2)を示す図。
【図5】本発明の配線測定部の等価回路を示す図。
【図6】本発明の線幅測定用素子を用いた、線幅測定ア
ルゴリズムを示す図。
【図7】本発明の線幅測定用素子の効果を示す図。
【図8】本発明の線幅測定用素子の第2実施例を示す平
面図。
【図9】本発明の線幅測定用素子の第3実施例を示す平
面図。
【符号の説明】
101…測定対象の配線(平面図)、203…測定対象
の配線(断面図)、301…製品のショット、401…
電気特性評価用素子および検査用パターンで構成される
ショット、501…配線の抵抗、605…線幅の算出
式、702…配線の本数と抵抗の測定誤差を示す曲線、
801…測定対象の配線(平面図)、901…測定対象
の拡散層(平面図)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G028 AA03 BB01 BC02 BF10 CG02 MS00 4M106 AA07 AA11 AB12 AB15 BA14 CA10 DH16 DJ19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート抵抗測定部と、配線抵抗測定部
    と、により構成される線幅測定用素子であって、線幅測
    定部が複数の触針用端子と、複数の引き出し線と、複数
    の直線の配線と、により構成されており、複数の直線の
    配線が同じ間隔で配置されており、引き出し線を用いて
    電気的に並列に接続されていることを特徴とする、線幅
    測定用素子。
  2. 【請求項2】 請求項1の線幅測定用の素子の線幅測定
    部において、配線と引き出し線が異なる層で形成されて
    いて、コンタクトホールにより接続されていることを特
    徴とする、電気的な線幅測定用の素子。
  3. 【請求項3】 請求項1の線幅測定用の素子の線幅測定
    部において、配線が不純物の拡散層で形成されており、
    拡散層と引き出し線とが異なる層で形成されていて、コ
    ンタクトホールにより接続されていることを特徴とす
    る、電気的な線幅測定用の素子。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7253436B2 (en) 2003-07-25 2007-08-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Resistance defect assessment device, resistance defect assessment method, and method for manufacturing resistance defect assessment device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7253436B2 (en) 2003-07-25 2007-08-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Resistance defect assessment device, resistance defect assessment method, and method for manufacturing resistance defect assessment device

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