JP2006251245A - 測長パターン、半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】測長時に位置および焦点合わせのための電子線照射があっても、寸法測定誤差を生じない測長パターンを提供する。
【解決手段】拡散層および下層配線上にそれぞれコンタクトおよびビアをフォトレジストで形成する際の測長パターンであって、測長ＳＥＭの測長対象となる第１パターン１６と、該第１パターン１６と離間して設けられ、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いられる第２パターン１７と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡散層または配線上にコンタクトまたはビアのフォトレジストを形成する際の寸法測定用の測長パターン、およびこの測長パターンを使用する半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
図３は、一般の多層配線構造の半導体装置であって、最下層の拡散層１０の上にコンタクト１１を配置し、その上に絶縁膜１２を積層し、これに下層配線１３およびビア１４を形成し、ビア１４の上部に上層配線１５を形成した構造である。このような半導体装置で最先端のものは、コンタクト１１やビア１４のパターニング寸法が微細化されているため、パターニングされたフォトレジストの寸法を正確に測定し、寸法の把握およびセンタリングを精度よく行う必要がある。この寸法の管理がされていないと、歩留まりの低下や特性不具合に直結する寸法異常等が発生する可能性がある。
こうしたパターニングされたフォトレジストの寸法を正確に測定する技術として、測長ＳＥＭを用いた方法が知られている（特許文献１）。測長ＳＥＭによりフォトレジスト寸法を測定するためには、フォトレジストに測長ＳＥＭ用パターンを設けることが必要となる。図３に示すビアの形成工程でのフォトレジスト寸法測定パターンは、最下層の拡散層１０の上にコンタクトパターン、下層配線１３の上にビアパターンを配置し、測長ＳＥＭを用いてフォトレジスト寸法の測定を行うようにしている。そのとき、露光に用いる光の波長と同程度まで微細化されたパターンでは、露光時の物理的現象により孤立パターンと密集パターンでフォトレジスト寸法に差が生じることが判明している。
図４は、従来の孤立パターンの寸法測定パターンを示している。
同図に示すように、下層配線１３に設けられた孤立パターンの寸法測定パターン１６は、１個のみ孤立の状態で配置されており、当然、その近傍にはいかなるパターンも配置されていない。したがって、この寸法測定パターン１６によるフォトレジスト寸法測定時には、測長ＳＥＭでの位置合わせおよび焦点合わせと実際の寸法測定とを、同一の寸法測定パターンで行っている。なお、図示していないが、拡散層１０に設けられた寸法測定パターンによりコンタクト１１のフォトレジスト寸法測定も同様にして行われる。
従来のフォトレジストは、電子線への耐性があったため、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせと実際の寸法測定を同一の寸法測定パターン１６で行っても寸法の致命的な変動等は見られず、問題は生じていなかった。
特開２００３−１９７５０３公報
しかしながら、現在の最先端プロセスで使用されているＡｒＦレーザー光源を用いた露光装置およびそれ以降の最先端のリソグラフィ技術で用いるフォトレジストは、電子線への耐性が弱く、フォトレジスト寸法測定時に用いられる測長ＳＥＭ装置での寸法測定時に電子線を長時間当てるとレジストがエッチングされてしまい、正しい寸法が測定できないことが知られている。
現在用いられているＡｒＦレーザー光源を用いた露光装置用のフォトレジストでは、測長ＳＥＭの条件にもよるが、加速電圧８００〜１６００Ｖ程度の電子線が照射された場合、フォトレジスト寸法値は約１ｎｍ／１ｓｅｃ程度の寸法変動が見られ、ビアのフォトレジスト寸法の場合は、寸法値が大きい方向にずれる。
最新のビア寸法は数十ｎｍ〜百数十ｎｍ程度で設計されているため、位置および焦点合わせで数秒〜十数秒の電子線照射があると、寸法変動による大きな寸法測定誤差を生むこととなる。
本発明によれば、
レジストパターン中に設けられ、測長ＳＥＭによる前記レジストパターンの寸法測定に用いられる測長パターンであって、
測長ＳＥＭの測長対象となる第１パターンと、
該第１パターンと離間して設けられ、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いられる第２パターンと、
を含むことを特徴とする測長パターンが提供される。
また、レジストパターン中に設けられ、測長ＳＥＭによる前記レジストパターンの寸法測定に用いられる測長パターンを備えた半導体装置であって、
前記測長パターンは、
測長ＳＥＭの測長対象となる第１パターンと、
該第１パターンと離間して設けられ、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いられる第２パターンと、を備えたことを特徴とする半導体装置が提供される。
また、拡散層および下層配線上にそれぞれコンタクトおよびビアをフォトレジストで形成する半導体装置の製造方法であって、
測長ＳＥＭの測長対象となる第１パターンと離間して設けられ、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いられる第２パターン上に測長ＳＥＭの焦点を結ばせる第１のステップと、
測長ＳＥＭの視野を前記第１パターンの設けられた領域に移動させて該第１パターンの測長を行う第２ステップと、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、位置および焦点合わせ用パターン（第２パターン）で位置合わせおよび焦点を合わせた後、視野を寸法測定用パターン（第１パターン）を含む領域に移動して測定することにより、寸法測定誤差を最小限に抑えることが可能となる。
測長ＳＥＭ時の位置および焦点合わせを、専用の位置および焦点合わせ用パターンで行うことにより、位置および焦点合わせ時に寸法測定パターンには電子線が当らないため、電子線によるフォトレジストパターンの寸法変動が最小限に抑えられ、フォトレジストの寸法把握およびセンタリングを高精度で行うことが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、図４に示した符号と同一構成または同一機能のものは同一の符号を付している。
図１は、本発明の第１実施形態であって、孤立パターンの寸法測定パターンの例を示している。
図１に示す寸法測定パターンは、レジストパターン中に設けられ、測長ＳＥＭによる前記レジストパターンの寸法測定に用いられる。具体的には、拡散層および下層配線上にそれぞれコンタクトおよびビアをフォトレジストで形成する際の測長パターンである。
この寸法測定パターンは、ビアの下層配線１３上に、ビアの孤立パターンの寸法測定パターン（第１パターン）１６が形成され、この寸法測定パターン１６の近傍に、測長ＳＥＭ時の位置および焦点合わせを行うための、位置および焦点合わせ用パターン（第２パターン）１７を配置する。このとき、寸法測定用パターン１６と位置および焦点合わせ用パターン１７との間の距離Ｌは、後述のように最適値が存在する。
なお、図では、下層配線１３の配線の形状を、大面積の方形で表し、また、寸法測定パターン１６および位置および焦点合わせ用パターン１７を小面積の方形で表しているが、これらの形状は任意であって、図示の形状に限定するものではない。また、ビアの上層の配線（図３の配線１５）は図示していないが、これは設計者が自由に設定可能である。
寸法測定パターン１６の近傍に配置した、測長ＳＥＭ時の位置および焦点合わせ用パターン１７を用いて、位置合わせおよび焦点合わせを行った後、寸法測定用パターン１６に移動して寸法測定を行う。これにより、電子線の照射時間を、正しい寸法測定が可能な最短時間に抑えることができ、寸法誤差の小さいフォトレジスト寸法が得られる。
このとき、寸法測定用パターン１６と位置および焦点合わせ用パターン１７との距離Ｌが近すぎると、位置および焦点合わせ時に寸法測定パターン１６にも電子線が照射されてしまう。また、この距離Ｌが大きすぎると、位置および焦点合わせ後の移動時に位置ずれや焦点ずれが発生してしまう。そこで、寸法測定パターン１６と位置および焦点用パターン１７の距離Ｌを、測定を行うビアの設計値の５〜２０倍とすることが最適であることが判明した。
以上のように、測長ＳＥＭ時の位置および焦点合わせを、専用の位置および焦点合わせ用パターン１７で行うことにより、寸法測定パターン１６には、位置および焦点合わせ時には電子線が照射されないため、電子線によるフォトレジストパターンの寸法変動が最小限に抑えられる。
上記実施形態は、寸法測定パターンが孤立パターンの場合の例であるが、以下のように、密集パターンの場合にも適用可能である。
図２は、本発明の第２実施形態であって、密集パターンの寸法測定パターンの例を示している。この例では、下層配線１に縦横５個ずつ計２５個（この数は任意）の密集パターンの寸法測定パターン１６が形成されている。
いま、密集パターン１６の全体のサイズがビアの設計値の５倍〜２０倍以上であるとすれば、図２に示す寸法測定パターン１６内の右端の寸法測定パターン１６ａで位置および焦点合わせを行い、同じ寸法測定パターン１６内で移動して、例えば、左端の寸法測定パターン１６ｂにより寸法測定を行うことにより、同様の効果が得られる。この例では、格子状の密集パターンのうち、一部を第１パターンとして用い、他を、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いる位置合わせパターンとして用いる。この場合は、密集パターンの寸法測定パターン１６の全体のサイズをビアの設計値の５〜２０倍と規定すればよい。
また、密集パターンの寸法測定パターン１６全体のサイズがビアの設計値の５倍未満の場合は、第１実施形態と同様に、ビアの設計値の５〜２０倍の位置に、位置および焦点合わせ用パターン１７を別に配置すればよい（図示省略）。
本実施形態に係る半導体装置の孤立パターンの寸法測定パターンを示す平面図である。 密集パターンの寸法測定パターンを示す平面図である。 従来の多層配線構造の半導体装置の断面図である。 従来の孤立パターンの平面図である。
符号の説明
１３ 下層配線
１６ 寸法測定パターン（第１パターン）
１６ａ 左端の寸法測定パターン
１６ｂ 右端の寸法測定パターン
１７ 位置および焦点合わせ用パターン（第２パターン）
Ｌ 距離

Claims (15)

  1. レジストパターン中に設けられ、測長ＳＥＭによる前記レジストパターンの寸法測定に用いられる測長パターンであって、
    測長ＳＥＭの測長対象となる第１パターンと、
    該第１パターンと離間して設けられ、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いられる第２パターンと、
    を含むことを特徴とする測長パターン。
  2. 請求項１記載の測長パターンにおいて、
    前記第１パターンは、１個のパターンからなる孤立パターンであることを特徴とする測長パターン。
  3. 請求項１記載の測長パターンにおいて、
    前記第１パターンは、複数のパターンからなる密集パターンであることを特徴とする測長パターン。
  4. 請求項１記載の測長パターンにおいて、
    前記第１パターンは、複数のパターンからなる密集パターンであり、
    前記第２パターンは、前記密集パターン中に設けられたものであることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の測長パターンにおいて、
    前記第１パターンと第２パターンとの間の距離は、測定を行うビアの設計値の５〜２０倍であることを特徴とする測長パターン。
  6. 拡散層および下層配線上にそれぞれコンタクトおよびビアをフォトレジストで形成する際の測長パターンを備えた半導体装置であって、
    前記測長パターンは、
    測長ＳＥＭの測長対象となる第１パターンと、
    該第１パターンと離間して設けられ、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いられる第２パターンと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項６記載の半導体装置において、
    前記第１パターンは、１個のパターンからなる孤立パターンであることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項６記載の半導体装置において、
    前記第１パターンは、複数のパターンからなる密集パターンであることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項６記載の半導体装置において、
    前記第１パターンは、複数のパターンからなる密集パターンであり、
    前記第２パターンは、前記密集パターン中に設けられたものであることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項６ないし９のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記第１パターンと第２パターンとの間の距離は、測定を行うビアの設計値の５〜２０倍であることを特徴とする半導体装置。
  11. 拡散層および下層配線上にそれぞれコンタクトおよびビアをフォトレジストで形成する半導体装置の製造方法であって、
    測長ＳＥＭの測長対象となる第１パターンと離間して設けられ、測長ＳＥＭの位置および焦点合わせに用いられる第２パターン上に測長ＳＥＭの焦点を結ばせる第１のステップと、
    測長ＳＥＭの視野を前記第１パターンの設けられた領域に移動させて該第１パターンの測長を行う第２ステップと、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第１パターンは、１個のパターンからなる孤立パターンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第１パターンは、複数のパターンからなる密集パターンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第１パターンは、複数のパターンからなる密集パターンであり、
    前記第２パターンは、前記密集パターン中に設けられたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  15. 請求項１１ないし１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第１パターンと第２パターンの間の距離は、測定を行うビアの設計値の５〜２０倍であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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