JP2003059818A - マスクの位置合わせ検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】半導体装置の製造工程における位置合わせを短
時間で正確に定量的に行うことのできる方法を提供す
る。 【解決手段】半導体基板上の一部に抵抗測定パターンを
形成し、不純物注入工程の後に、形成された複数個の抵
抗測定パターンにまたがるように、インプラマスクを搭
載して、抵抗測定パターンの形成される部分の面積を小
さくしてから、それぞれの抵抗測定パターンの抵抗値を
測定し、それぞれの抵抗測定パターンの抵抗値の違いに
よってマスクのズレの有無、及びズレの方向と大きさを
短時間で定量的に正確に検出するマスクの位置合わせ検
出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程で、位置合わせ精度を電気的に検出する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造過程において、
不純物を注入するためのパターンを印刷するために搭載
するインプラマスクのズレを検出する方法としては、図
８に示すようにバーニアを用いた目視による検査を行っ
ていた。

【０００３】1枚のウェーハにつき、5箇所ほどの目視箇
所を設けて、マスクのズレを顕微鏡を用いて計測してい
た。図８に示すようにレジストパターンとウェーハパタ
ーンの間の距離を測定することで、マスクのズレを数値
化して測定できる。しかし、1枚のウェーハに対して目
視箇所が多いために、作業時間が掛かっていた。また、
製造工程で利用しようとすると、全数検査は不可能であ
り、目視試験者の習熟度により、読み取り誤差を生じて
いた。

【０００４】上記問題を解決するための手段としては、
特開平3-273661に公開されている方法がある。上記公開
特許では、半導体基板上の一部に第一の膜と第二の膜を
重ねて形成し、その外側に半導体基板と同一導電型の拡
散領域を設け、各々の拡散領域間の電気抵抗測定パター
ンを測定することで、抵抗値により位置合わせ精度を測
定する方法が開示されている。

【０００５】しかし、図９に特開平3-273661の実施例を
示すが、特開平3-273661では、各拡散領域間を電流が導
通する部分は、半導体基板そのものであり、電流が導通
する経路は、各拡散領域間の最短経路を通る場合もあれ
ば、一つの拡散領域を抜けた後、半導体基板の底部の方
に廻ってから他の拡散領域に導通する場合もあり、常に
同一の経路とは限らない。そのために、同一の拡散領域
間の抵抗値を測定しても、抵抗値は電流が導通する経路
によって変動していた。そのため、正確な抵抗値の測定
が困難と予想され、マスクのずれを定量的に求める課題
は充分に解決できていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みてなされたものであり、半導体装置の製造工程にお
ける位置合わせを短時間で正確に定量的に行うことので
きる方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導
体基板上の一部に、複数個の抵抗測定パターンを隔離し
て形成し、前記複数個の抵抗測定パターンにまたがるよ
うにインプラマスクを搭載して、半導体基板とは異なる
導電タイプの不純物を拡散させ、インプラマスクの搭載
された部分は抵抗が形成されることを阻止することで、
抵抗測定パターンの電流の流れる部分の面積を小さく
し、且つ電流の流れる部分を拡散層のみに限定してか
ら、前記抵抗測定パターンの抵抗値を測定し、前記それ
ぞれの抵抗測定パターンの抵抗値の違いによってマスク
のズレの有無、及びズレの方向と大きさを短時間で定量
的に正確に検出することを可能にした。

【０００８】請求項２の発明は、半導体基板上の一部
に、半導体基板と同じ導電タイプの抵抗測定パターンを
形成するために、まず最初に半導体基板とは異なる導電
タイプの第1の不純物を拡散させて複数個の抵抗測定パ
ターンを隔離して形成し、インプラ用フォトレジストが
前記複数個の抵抗測定パターンにまたがるように、イン
プラ用フォトレジストを形成してから、第1の不純物と
は逆の導電タイプの第2の不純物を前記抵抗測定パター
ン中に拡散することで、半導体基板と同じ導電タイプの
抵抗測定パターンを形成し、前記不純物注入工程により
形成された抵抗測定パターンの電流の流れる部分の面積
を小さくし、且つ電流の流れる部分を拡散層のみに限定
してから、前記抵抗測定パターンの抵抗値を測定し、前
記それぞれの抵抗測定パターンの抵抗値の違いによって
マスクのズレの有無、及びズレの方向と大きさを短時間
で定量的に正確に検出することを可能にした。

【０００９】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基い
て説明する。図１（A）は本発明の一実施例における検
出方法の平面図、図1(B)及び図１(C)は本発明の一実施
例における検出方法の断面図である。図２〜図７は本発
明の製造工程図である。図において１は半導体基板、2
はシリコン酸化膜、3はポリシリコン膜、4はエッチング
用フォトレジスト、5はレジストマスク、6はインプラ用
フォトレジスト、7はインプラマスク、R1、R2は抵抗測
定パターン、I1、I2は抵抗測定パターンR1の電流印加端
子、V1、V2は抵抗測定パターンR1の電圧測定端子、I3、
I4は抵抗測定パターンR2の電流印加端子、V3、V4は抵抗
測定パターンR2の電圧測定端子である。

【００１０】半導体装置の製造工程を図に基いて説明す
る。まず図2(a)に示すように、半導体基板１にシリコン
酸化膜2とポリシリコン膜3を形成する。その後、図2(b)
に示すように、ポリシリコン膜の上にエッチング用フォ
トレジスト4を厚さが均一になるように塗布する。そし
て、半導体基板1を比較的低温中で、ソフトベークする
ことで、エッチング用フォトレジスト4の中の有機溶剤
を揮発させる。その後、有機溶剤が十分に揮発したら、
図3(a)に示すように、エッチング用フォトレジスト4上
にレジストマスク5を搭載し、紫外線を照射して、レジ
ストマスク5のパターンをエッチング用フォトレジスト4
に露光する。

【００１１】エッチング用フォトレジスト4を露光する
と、エッチング用フォトレジスト4がネガ型の場合は、
紫外線が照射された部分は硬化し、一方、エッチング用
フォトレジスト4がポジ型の場合は紫外線が照射された
部分は、アルカリ系の現像液に可溶となる。次に図3(b)
の現像工程に移り、エッチング用フォトレジスト4がネ
ガ型の場合は有機溶剤で、エッチング用フォトレジスト
4がポジ型の場合はアルカリ水溶液で、露光部と未露光
部の溶解度の差を利用して未露光部を溶解させる。この
現像工程により、エッチング用フォトレジスト4はレジ
ストパターンとして残る。その後、現像によって得られ
たエッチング用フォトレジスト4には、未蒸発の有機成
分や未硬化部分が残っていることがあるために、高温で
ハードベークする。

【００１２】更に、図3(c)に示すように、シリコン酸化
膜2とポリシリコン膜3をエッチングすると、エッチング
用フォトレジスト4に覆われていない部分はシリコン酸
化膜2とポリシリコン膜3のエッチングが進行するが、エ
ッチング用フォトレジスト4に覆われている部分では、
エッチング用フォトレジスト4に保護されエッチングは
進行しない。その後、図4(a)に示すように、エッチング
用フォトレジスト4を除去した後、図4(b)に示すよう
に、再度インプラ用フォトレジスト6を塗布し乾燥させ
る。

【００１３】その後、図5(a)に示すように、インプラマ
スク7を搭載して、紫外線を照射して、インプラマスク7
のパターンをインプラ用フォトレジスト6に露光する。
この工程においてインプラマスク7の位置がずれると、
インプラ用フォトレジスト6の露光される位置もずれて
しまい、後の工程で抵抗測定パターンR1，R2が形成され
る位置もずれてしまい、完成した半導体装置の特性が出
なくなってしまう。そのため、半導体装置の製造工程に
おいて、インプラマスク7の位置が所望の位置にあるか
の判定が非常に重要である。次に、図5(b)のインプラ用
フォトレジスト6を現像する工程によりレジストパター
ンが残る。

【００１４】続いて、請求項1の発明では、図６に示す
ように半導体基板1とは異なる導電タイプの不純物を拡
散させて、抵抗測定パターンR1,R2を形成する。このと
き、インプラ用フォトレジスト6が残った部分は、イン
プラ用フォトレジスト6に遮られて不純物が拡散されな
いので抵抗の形成が阻止される。そのため、抵抗測定パ
ターンR1、R2の電流の流れる部分の面積が小さくなり、
且つ電流の流れる部分を拡散層のみに限定される。その
ため、抵抗測定パターンR1、R2の幅が狭くなるために、
電流が流れにくくなり抵抗値は増大する。

【００１５】また請求項２の発明では、エッチング用フ
ォトレジスト4を除去した後に、半導体基板1と同じ導電
タイプの抵抗測定パターンを形成するために、図7(a)に
示すように、半導体基板１とは異なる第1の導電タイプ
の不純物を拡散する。その後、図7(b)に示すように、半
導体基板1と同じ導電タイプの第2の不純物を拡散し、抵
抗測定パターンを形成する。このとき、インプラ用フォ
トレジスト6が残った部分は、インプラ用フォトレジス
ト6に遮られて不純物が拡散されないので抵抗の形成が
阻止される。そのため、抵抗測定パターンR1、R2の電流
の流れる部分の面積が小さくなり、且つ電流の流れる部
分を拡散層のみに限定される。そのため、抵抗測定パタ
ーンR1、R2の幅が狭くなるために、電流が流れにくくな
り抵抗値は増大する。

【００１６】次に、以上により説明した方法で形成した
抵抗測定パターンR1、R2の抵抗値を測定する方法につい
て、図１に基づいて説明する。まず、電流印加部I1とI2
に電流測定端子を接続して電流を印加し、電圧測定パタ
ーンV1,V2から電圧を測定して、得られた値から抵抗測
定パターンR1の抵抗値を算出する。このとき、電流が流
れる部分は拡散層のみに限定されているので、抵抗値は
正確に測定できる。同様に、電流印加部I3とI4に電流測
定端子を接続して電流を印加し、電圧測定パターンV3,V
4から電圧を測定して、得られた値から抵抗測定パター
ンR2の抵抗値を算出する。このときも、電流が流れる部
分は拡散層のみに限定されているので、抵抗値は正確に
測定できる。抵抗測定パターンR1と抵抗測定パターンR2
の抵抗値が同様の場合は、インプラマスク７は所望の位
置に戴置され、インプラ用フォトレジスト６は所望の位
置に形成されたと判定することができる。

【００１７】しかし、抵抗測定パターンR1と抵抗測定パ
ターンR2の抵抗値が異なる場合、例えば抵抗測定パター
ンR1の方が抵抗測定パターンR2よりも抵抗値が大きい場
合は、インプラマスク７及びインプラ用フォトレジスト
６は図１において左方向にずれたために、不純物が拡散
された面積が抵抗測定パターンR2より小さいために、抵
抗測定パターンが形成された面積が小さくなり、電流が
抵抗測定パターンR2に比べて流れにくくなり、抵抗測定
パターンR1の抵抗値は抵抗測定パターンR2に比べて、大
きくなったと判定することができる。

【００１８】また、反対に抵抗測定パターンR2の方が抵
抗値が大きい場合は、インプラマスク７及びインプラ用
フォトレジスト６は図１において右方向にずれたため
に、不純物が拡散された面積が抵抗測定パターンR1より
小さいために、抵抗測定パターンが形成された面積が小
さくなり、電流が抵抗測定パターンR1に比べて流れにく
くなり、抵抗測定パターンR2の抵抗値は抵抗測定パター
ンR1に比べて、大きくなったと判定することができる。

【００１９】インプラマスク７のズレ量を定量的に求め
る方法について、図１に基づいて説明する。図１(a)は
本発明の一実施例における検出方法のの平面図、図1(b)
は本発明の検出方法のズレが無い場合の断面図、図１
(c）は本発明の検出方法のズレが存在する場合の断面図
である。図において３はポリシリコン膜、R1,R2は抵抗
測定パターンである。W1はインプラ用フォトレジスト６
を載せた後の抵抗測定パターンR1の幅、W2はインプラ用
フォトレジスト６を載せた後の抵抗測定パターンR2の幅
である。Wはズレが無い場合のインプラ用フォトレジス
ト６を載せた後の抵抗測定パターンR1,R2の幅である。
δはインプラマスク７及びインプラ用フォトレジスト６
のズレ量、Lは抵抗測定パターンの長さ、ρsは単位面積
当たりの抵抗値である。

【００２０】インプラマスク７のズレ量は、以下の計算
を行うことで算出できる。図１において、左方向にイン
プラ用フォトレジスト６の形成された位置がδμmずれ
たとき、それぞれ抵抗測定パターン幅W1は数式１で、抵
抗測定パターン幅W2は数式２で表わされる。

【数１】W1＝W-δ

【数２】W2＝W+δ

【００２１】抵抗測定パターンR1,R2はそれぞれ数式３
と数式４で求められる。

【数３】R1＝ρs×L/W1=ρs×Ｌ/（W-δ）

【数4】R2＝ρs×L/W2=ρs×Ｌ/（W+δ）数式３と数式
４をδについて解くと、数式５が得られる。

【数５】δ＝W×（R1-R2）/（R1+R2） 以上の計算により、インプラマスク７及びインプラ用フ
ォトレジスト６のズレ量を正確に定量的に求めることが
できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の効果としては、請求項１の発明
により、半導体基板上の一部に、複数個の抵抗測定パタ
ーンを隔離して形成し、前記複数個の抵抗測定パターン
にまたがるようにインプラマスクを搭載して、半導体基
板とは異なる導電タイプの不純物を拡散させ、インプラ
マスクの搭載された部分は抵抗が形成されることを阻止
することで、抵抗測定パターンの電流の流れる部分の面
積を小さくし、且つ電流の流れる部分を拡散層のみに限
定してから、前記抵抗測定パターンの抵抗値を測定し、
前記それぞれの抵抗測定パターンの抵抗値の違いによっ
てマスクのズレの有無、及びズレの方向と大きさを短時
間で定量的に正確に検出することが可能になった。

【００２３】請求項２の発明により、半導体基板上の一
部に、半導体基板と同じ導電タイプの抵抗測定パターン
を形成するために、まず最初に半導体基板とは異なる導
電タイプの第1の不純物を拡散させて複数個の抵抗測定
パターンを隔離して形成し、インプラ用フォトレジスト
が前記複数個の抵抗測定パターンにまたがるように、イ
ンプラ用フォトレジストを形成してから、第1の不純物
とは逆の導電タイプの第2の不純物を前記抵抗測定パタ
ーン中に拡散することで、半導体基板と同じ導電タイプ
の抵抗測定パターンを形成し、前記不純物注入工程によ
り形成された抵抗測定パターンの電流の流れる部分の面
積を小さくし、且つ電流の流れる部分を拡散層のみに限
定してから、前記抵抗測定パターンの抵抗値を測定し、
前記それぞれの抵抗測定パターンの抵抗値の違いによっ
て、マスクのズレの有無、及びズレの方向と大きさを短
時間で定量的に正確に検出することが可能になった。以
上説明したように、本発明は産業上の利用可能性大なる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（a）本発明の一実施例における検出方法の平
面図 （b）本発明の検出方法のズレが無い場合の断面図 （c）本発明の検出方法のズレが存在する場合の断面図

【図２】本発明の半導体装置の製造工程図１

【図３】本発明の半導体装置の製造工程図２

【図４】本発明の半導体装置の製造工程図３

【図５】本発明の半導体装置の製造工程図４

【図６】請求項１の発明の半導体装置の製造工程図

【図７】請求項2の発明の半導体装置の製造工程図

【図８】従来例

【図９】特開平3-273661の実施例

【符号の説明】

１．半導体基板 ２．シリコン酸化膜 ３．ポリシリコン膜 ４．エッチング用フォトレジスト ５．レジストマスク ６．インプラ用フォトレジスト ７．インプラマスク R1．抵抗測定パターン R2．抵抗測定パターン I1．抵抗測定パターンR1の電流印加端子 I2．抵抗測定パターンR2の電流印加端子 V1．抵抗測定パターンR1の電圧測定端子 V2．抵抗測定パターンR1の電圧測定端子 W1. 抵抗測定パターンR1の幅 W2. 抵抗測定パターンR2の幅 W. ズレが無い時の抵抗測定パターンR1,R2の幅 L．抵抗測定パターンの長さ δ．インプラマスク7及びインプラ用フォトレジスト6の
ズレ量

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上の一部に、複数個の抵抗測定
   パターンを隔離して形成し、前記複数個の抵抗測定パタ
   ーンにまたがるようにインプラマスクを搭載して、半導
   体基板とは異なる導電タイプの不純物を拡散させ、イン
   プラマスクの搭載された部分は抵抗が形成されることを
   阻止することで、抵抗測定パターンの電流の流れる部分
   の面積を小さくし、且つ電流の流れる部分を拡散層のみ
   に限定してから、前記抵抗測定パターンの抵抗値を測定
   し、前記それぞれの抵抗測定パターンの抵抗値の違いに
   よってマスクのズレの有無、及びズレの方向と大きさを
   短時間で定量的に正確に検出するマスクの位置合わせ検
   出方法。
2. 【請求項２】半導体基板上の一部に、半導体基板と同じ
   導電タイプの抵抗測定パターンを形成するために、まず
   最初に半導体基板とは異なる導電タイプの第1の不純物
   を拡散させて、複数個の抵抗測定パターンを隔離して形
   成し、インプラ用フォトレジストが前記複数個の抵抗測
   定パターンにまたがるように、インプラ用フォトレジス
   トを形成してから、第1の不純物とは逆の導電タイプの
   第2の不純物を前記抵抗測定パターン中に拡散すること
   で、半導体基板と同じ導電タイプの抵抗測定パターンを
   形成し、前記不純物注入工程により形成された抵抗測定
   パターンの電流の流れる部分の面積を小さくし、且つ電
   流の流れる部分を拡散層のみに限定してから、前記抵抗
   測定パターンの抵抗値を測定し、前記それぞれの抵抗測
   定パターンの抵抗値の違いによってマスクのズレの有
   無、及びズレの方向と大きさを短時間で定量的に正確に
   検出するマスクの位置合わせ検出方法。