JP5995840B2 - 層の厚みの測定 - Google Patents

Description

本発明は、電気的な測定を使用して層の厚みを測定するための技術に関する。一実施の形態において、本発明は、大量生産プロセスによって製造される１つ以上の装置において品質管理プロセスの一部として層の厚みを測定するための技術に関する。

少なくとも何らかの誘電特性を有する装置において層の厚みを測定するための１つの技法は、厚みを測定すべき層の両側において２つの導電要素を装置へと組み込むことである。前記層を介した２つの導電要素の間の重複面積（ａｒｅａ ｏｆ ｏｖｅｒｌａｐ）が既知であるならば、２つの導電要素の間の容量の測定値が、層の厚みの指標である。

しかしながら、２つの導電要素の間の容量の測定を容易にするために、２つの導電要素のうちの下方の導電要素は、この下方の導電要素への測定プローブの適用を容易にするために、２つの導電要素のうちの上方の導電要素の縁を超えて広がるように配置される。本発明者らは、たとえ２つの導電要素のそれぞれの総面積を高い精度で知ることができても、上方の要素と下方の導電要素との部分的な重複（ｏｖｅｒｌａｐ）の程度の制御不能なばらつきゆえ（ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）に、対象の層の厚みの指標としての容量の測定値の信頼性が低下しうるという問題を突き止めた。そのような制御不能なばらつきは、例えば部分的に重なり合う上方の導電要素の下方の導電要素に対する整列ずれ、および／または２つの導電要素の形成後の装置の歪みに起因して生じる可能性がある。

本発明の目的は、上方の要素と下方の導電要素との部分的な重複程度に或る程度の制御不能なばらつきが存在しても、層の厚みを高い信頼度で測定することができる技法を提供することにある。

本発明は、複数の装置を共通の生産プロセスによって製造するステップと、前記複数の装置のうちの１つの装置の層の厚みを、該装置の第１の要素と、前記層を介して部分的に前記第１の要素の下方に位置する該装置の第２の要素との間の重複面積に依存する第１の電気的特性の指標を使用して測定するステップと、を含んでいる方法であって、装置の前記第１の要素と、やはり前記層を介して部分的に前記第１の要素の下方に位置する装置の第３の要素との間の重複面積に依存する第２の電気的特性の指標を追加で使用するステップをさらに含んでおり、前記第１の電気的特性について測定された指標（ｉ）と、前記第２の電気的特性について測定された指標（ｉｉ）との間の差（ａ）が、前記第１の電気的特性の指標（ｂ）よりも信頼できる前記層の厚みについての指標をもたらす方法を提供する。

一実施の形態においては、前記第１の電気的特性が、前記第１の要素と前記第２の要素との間の容量であり、前記第２の電気的特性が、前記第１の要素と前記第３の要素との間の容量である。

一実施の形態においては、装置の前記第３の要素が、第２および第３の要素のそれぞれの第１の要素の下方に位置する部分の面積の間に非ゼロ（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ）の面積差（ａ）が存在するように設定され、生産プロセスにおいて生じる前記非ゼロの面積差（ａ）の前記複数の装置におけるばらつきが、生産プロセスにおいて生じる前記第１および第２の要素の間の重複面積（ｂ）の前記複数の装置におけるばらつきよりも小さいように構成される。

一実施の形態においては、この方法が、前記非ゼロの面積差についての所定の値（ｉ）、および前記第１の要素と前記第２の要素との間の容量について測定された指標と、前記第１の要素と前記第３の要素との間の容量について測定された指標との間の差（ｉｉ）にもとづいて、層の厚みを測定するステップをさらに含む。

一実施の形態においては、前記非ゼロの面積差が、実質的にゼロのばらつきしか被らない。

一実施の形態においては、前記第２および第３の要素が、前記第１の要素の縁部分の下方に位置する実質的に同一の面積の部分と、前記第１の要素のより内側の部分の下方に位置する異なる面積の部分とを有する。

さらに本発明は、共通の生産プロセスによって製造される複数の装置であって、各々の装置が、ひとつの層と、該層を介して第３の要素の下方に部分的に位置する第１および第２の測定要素とを備えており、前記第１の要素と前記第３の要素との間の重複面積に依存する第１の電気的特性について測定された指標（ｉ）と、前記第２の要素と前記第３の要素との間の重複面積に依存する第２の電気的特性について測定された指標（ｉｉ）と、の間の差（ａ）が、前記第１の電気的特性の指標（ｂ）よりも信頼できる前記層の厚みについての指標をもたらす複数の装置を提供する。

一実施の形態においては、前記第１の電気的特性が、前記第１の要素と前記第２の要素との間の容量であり、前記第２の電気的特性が、前記第１の要素と前記第３の要素との間の容量である。

一実施の形態においては、第１および第２の要素の第３の要素の下方に位置する部分の面積の間に、非ゼロの面積差（ａ）が存在し、当該複数の装置において、前記非ゼロの面積差（ａ）のばらつきが、前記第１および第３の要素の間の重複面積（ｂ）のばらつきよりも小さい。

一実施の形態においては、前記非ゼロの面積差が、実質的にゼロのばらつきしか被らない。

一実施の形態においては、前記第１および第２の測定要素が、前記第３の要素の縁部分の下方に位置する実質的に同一の面積の部分と、前記第３の要素のより内側の部分の下方に位置する異なる面積の部分とを有する。

以下で、本発明の実施の形態を、この実施の形態に使用するための試験構造の例を示している添付の図１を参照しつつ、あくまでも例として説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態による試験構造を含む電子装置の一部分の斜視図を示している。図１（ｂ）は、図１の線Ａ−Ａによって得た断面図である。図１（ｃ）は平面図である。

図１（ａ）および１（ｃ）の両方においては、実施の形態をよりよく説明する目的のために、実際には上方の層の下方に隠れている部位も図示されている。

図１は、一般的な大量生産プロセスに従って大量に製造される電子装置の小セクションを示している。

基板１６の表面に、電子装置において電子的機能を果たす（例えば、ＴＦＴのアレイ（図示されていない）のゲート誘電体要素を定める）電気絶縁層１８が形成されている。絶縁層１８の１つの縁部分に、絶縁層１８の厚みの測定に使用するための測定要素１、２および２０が設けられている。測定要素は、絶縁層の下側に位置する２つの個別の下側導電要素２および４と、絶縁層１８の上側に位置する上側導電要素２０とを含む。下側導電要素２および４は、基板１６に連続的に付着させた導電性材料のフォトリソグラフィによるパターン化によって形成される。絶縁層１８が、測定プローブを適用するための測定パッド１０および１４を含む２つの下側導電要素の外側部分を除き、２つの下側導電要素２、４の全体に重なっている。上側の導電要素２０が、下方の絶縁層１８の外縁の範囲内に位置するように形成されている。上側の導電要素２０も、測定パッド１０および１４を含む下側導電要素２、４の外側部分を除き、下側導電要素２および４の全体に重なっている。

下側導電要素２および４の各々が、測定パッド１０、１４と、絶縁層１８および上側導電要素２０の下方を延びる線８、１２とを備えている。各々の下側導電要素２、４の測定パッドおよび線は、正確に同じサイズ、形状、および向きを有するように設計され、とくには線８、１２が、上側導電要素２０の縁に実質的に直角な方向に平行に延び、共通の幅を有している。２つの下側導電要素のうちの一方だけが、面積が高い精度で既知である追加の部分６を有しており、この追加の部分６が、装置の製造に使用される大量生産プロセスに付随する制御不能なばらつきの範囲内において上側導電要素の縁の正確な位置がどのようであっても、確実に上側導電要素２０の下方に位置するように配置されている。

絶縁層１８の厚みを測定するとき、第１の下側導電要素２と上側導電要素２０との間の容量の測定が行なわれ、第２の下側導電要素４と上側導電要素２０との間の容量の測定が行なわれる。これら２つの測定の間の差が、第１の下側導電要素２の追加の部分６と上側導電要素２０との間の容量であると考えられる。追加の部分６と上側導電要素との間の重複面積が、高い信頼度で正確に既知であるため（上述のとおり、追加の部分６の全体に上側導電要素２０が確実に重なっているため）、追加の部分６と上側導電要素２０との間の容量の値が、絶縁層１８の厚みの信頼できる指標である。

上述の２つの容量の測定値の間の差は、上側導電要素２０の縁が線８および１２の方向に対して正確に直角に延びている場合に限り（すなわち、線８と上側導電要素との間の重複面積が、線１２と上側導電要素との間の重複面積と正確に同じである場合に限り）、正確に第１の下側導電要素２の追加の部分６と上側導電要素２０との間の容量である。しかしながら、たとえ大量生産プロセスによって上側導電要素２０の縁の方向と線８および１２の方向との間の角度に何らかの制御不能なばらつきが生じても、線８と上側導電要素２０との間の重複面積（ｉ）と、線１２と上側導電要素２０との間の重複面積（ｉｉ）と、の間の面積差のばらつきの範囲（ａ）が、線８と上側導電要素２０との間の重複面積のばらつきの範囲よりも小さい限りにおいて、上述の技法は、絶縁層１８の厚みの比較的信頼できる測定を依然としてもたらすことができる。ばらつきの範囲（ａ）は、生産プロセスから生じうる最小の面積差と最大の面積差との間の差であり、ばらつきの範囲（ｂ）は、生産プロセスから生じうる最小の重複面積と最大の重複面積との間の差である。換言すると、上述の技法は、線８と上側導電要素２０との間の重複面積（ｉ）と、線１２と上側導電要素２０との間の重複面積（ｉｉ）と、の間の差のばらつきの範囲（ａ）が、線８と上側導電要素２０との間の重複面積（ｂ）よりも高い精度で既知である限りにおいて、絶縁層１８の厚みの比較的信頼できる測定を依然としてもたらすことができる。

上述の実施の形態の説明においては、厚みを測定すべき層として絶縁層の例を選択した。しかしながら、同じ技法が、半導体層などの少なくとも何らかの誘電特性を有する他の種類の層の厚みの測定においても有用である。

また、上述の実施の形態の説明においては、容量の測定値にもとづいて層の厚みを測定する例を選択した。しかしながら、同じ種類の技法を、例えば２つの導電要素の間の重複面積に依存する他の電気的特性の測定値（比較的高い抵抗（低い導電率）を有する導電層または半導体層によって隔てられた２つの導電要素の間の垂直面積比導電率の測定値、など）に基づいて層の厚みが測定される場合にも適用することが可能である。

明示的に上述した変更に加え、上述の実施の形態について種々の他の変更が本発明の技術的範囲において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。

Claims (9)

1. 複数の装置を共通の生産プロセスによって製造するステップであって、前記複数の装置が、第１の要素と第２の要素の間の層を介する部分的な重複面積と、前記第１の要素と第３の要素の間の前記層を介する部分的な重複面積を含み、前記第２の要素および前記第３の要素が前記第１の要素の縁を越えているステップと、
   前記層の厚みを、前記第１の要素と、前記第２の要素との間の前記層を介する第１の容量の指標；前記第１の要素と、前記第３の要素との間の前記層を介する第２の容量の指標；及び、前記第１と第２の要素の間の重複面積と、前記第１と第３の要素の間の部分的な重複面積との間における非ゼロ（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ）の面積差を使用して測定するステップと、を含んでいる方法であって、
   生産プロセスにおいて生じる前記非ゼロの面積差の前記複数の装置におけるばらつき（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が、生産プロセスにおいて生じる前記第１および第２の要素の間の重複面積の前記複数の装置におけるばらつきよりも小さい、方法。
2. 前記非ゼロの面積差についての所定の値、および
   前記第１の要素と前記第２の要素との間の容量について測定された指標と、
   前記第１の要素と前記第３の要素との間の容量について測定された指標との間の差にもとづいて、層の厚みを測定するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
3. 前記非ゼロの面積差が、ゼロのばらつきしか被らない、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２および第３の要素が、前記第１の要素の縁部分と重複する同一の面積の部分と、前記第１の要素のより内側の部分と重複する異なる面積の部分とを有している、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 共通の生産プロセスによって製造される複数の装置であって、各々の装置が、ひとつの層と、第１、第２および第３の要素とを備えており、前記第１の要素と第２の要素の間の前記層を介する部分的な重複面積と、前記第１の要素と第３の要素の間の前記層を介する部分的な重複面積が存在し、
   前記第２の要素および前記第３の要素が前記第１の要素の縁を越えており、
   前記第１と第２の要素の間の重複面積と、前記第１と第３の要素の間の部分的な重複面積との間に非ゼロ（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ）の面積差が存在し、前記非ゼロの面積差が前記第１と第２の要素の間の重複面積よりも小さい前記複数の装置におけるばらつき（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を被る、複数の装置。
6. 前記非ゼロの面積差が、ゼロのばらつきしか被らない、請求項５に記載の複数の装置。
7. 前記第２および第３の要素が、前記第１の要素の縁部分と重複する同一の面積の部分と、前記第１の要素のより内側の部分と重複する異なる面積の部分とを有している、請求項５または６に記載の複数の装置。
8. 前記第２および第３の要素が、共通の幅と、前記第１の要素の縁部分と重複し、かつ、前記第１の要素の前記縁部分より延びた共通の向きを有する線を含む、請求項７に記載の複数の装置。
9. 前記第２および第３の要素が、共通の幅と、前記第１の要素の縁部分と重複し、かつ、前記第１の要素の前記縁部分より延びた共通の向きを有する線を含む、請求項４に記載の方法。
   

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