JPH01179417A - マスクの合せ精度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体製造技術のうちホトリソグラフィ工程
におけるマスクの合せ精度測定方法、特に測定分解能の
向上に関する。

［従来の技術］ 従来マスクの合せ精度測定方法としては、例えば主尺の
ｎ−１目盛に相当する長さをｎ等分した目盛をもつバー
ニヤを有して、主尺の１目盛の１／ｎまで読取ることが
できるノギスと同様な原理を用いたものがあった。

第７図は従来のマスクの合せ精度測定方法に使用するス
ケールを示す説明図である。図において１０は１層目の
マスク上に描かれた合せずれ検出用のスケールであり、
このスケールＩＯには一定間隔を１０等分して０から１
０までの目盛を付したパターン１１を有する。１２は１
層目のマスクと位置合せをする２層目のマスク上に描か
れた合せずれ検出用のスケールであり、このスケール１
２には１層目のスケールｌＯの０目盛から９目盛に相当
する長さを１０等分した目盛を付したパターン１２を有
する。この１層目のマスクに描かれたスケール１０と２
層目のマスクに描かれたスケール１２の原点、例えば０
目盛の位置はｙ軸方向に対して同じ位置に描かれている
。

従来のマスクの合せ精度測定方法は、まずスケールＩＯ
を描いた１層目のマスク上のパターンをウェハ上に転写
する。次にウェハ上に形成した一層目のパターンに２層
目のマスク上のパターンを位置合せして、２層目のマス
ク上のパターンをウェハ上に転写する。

第８図はウェハ上に１層目と２層目のマスク上のパター
ンを転写したとき、ウェハ上に転写された１層目のスケ
ールｌＯと２層目のスケール１２を示す。このスケール
１０とスケール１２を比べることにより１層目のマスク
に対する２層目のマスクの合せ精度を測定する。すなわ
ち、第８図においてスケール１０の目盛とスケール１２
の目盛の０目盛はずれており、４目盛が一致している。

したがって１層目のマスクに対して２層目のマスクが、
１層目の目盛の０．４だけｙ軸方向にずれていることが
わかる。

この合せ精度測定方法によると、全てのマスクに対して
全く同様な方法でずれの量を測定することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記従来のマスクの合せ精度７１１１１定
方法においては、スケール１０．１２上の目盛をオペレ
ータが目視で読みとる必要があるため、ステッパ露光の
場合のようにチップごとにそのずれ量が異なるときには
、全チップのずれ量を測定する必要があり、その測定の
ために非常に多くの時間を要するという問題点があった
。

また、パターンの微細化により最小寸法０．８１ＪＩＩ
Ｉのラインが形成されるようになっても、上記バーニヤ
を利用した合せ精度測定方法では分解能の限界が０．１
−程度であり、微細化した半導体素子においては充分な
測定精度が得られないという問題点があった。

この発明は以上述べた問題点を解決するためになされた
ものであり、マスクの位置合せを短時間で、かつ高精度
に測定することができるマスクの合せ精度ｉｌｌｌｌ決
方法供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決するために、拡散層とこの
拡散層の片側一辺に近接して形成したコンタクトとアル
ミ電極とからなる四端子抵抗測定用のパターンとして、
基準とするマスクに描かれた拡散層のパターンと、基準
とするマスクに位置合せするマスク上に上記拡散層のパ
ターンの片側一辺と距離を変えて描かれたコンタクトの
パターンとでウェハ上に複数個の正パターンを形成する
。

またこの正パターンと相似で、かつ拡散層に対するコン
タクトの位置を反転した複数個の反転パターンもウェハ
上に形成する。この複数個の正パターンと反転パターン
とによりコンタクト抵抗値を各々測定し、正パターンと
反転パターン毎に拡散層の片側一辺とコンタクトとの距
離に対するコンタクト抵抗値の分布をグラフ化する。こ
のグラフ化した正パターンと反転パターンとの抵抗分布
直線の交点から基準とするマスクと位置合せするマスク
の合せずれを検出するようにしたものである。

［作用］ この発明においては、拡散層とコンタクトとの相対的位
置により異なるコンタクト抵抗値を、基準とするマスク
で作る拡散層と比較をするマスクで作るコンタクトとの
距離を変えて形成した四端子抵抗用の複数個の正パター
ンと、この正パターンを反転した反転パターンとにより
ａｌｌ定し、正パターンで得られるコンタクト抵抗値の
分布特性と反転パターンで得られるコンタクト抵抗値の
分布特性とを比較することにより電気的にマスクの合せ
ずれを測定するようにしたものである。したがって上記
問題点を解決することができる。

［実施例］ この発明の詳細な説明するにあたり、まず四端子抵抗ａ
１１１定用のパターンによりコンタクト抵抗を７１１１
定してマスクの合せ精度を測定する原理を第４図に示し
た四端子抵抗測定用のパターンの平面図を参照して説明
する。第４図において１は基準とするマスクからウェハ
上に転写された拡散層であり、拡散層１には電極Ａ、Ａ
２を接続してあ■ る。２はウェハ上に拡散層１と同時に形成されているパ
ターンに位置合せするパターンを有するマスクを転写す
るときに、この位置合せをするマスクに描かれたコンタ
クトのパターンにより拡散層１の上部に形成するコンタ
クトである。コンタクト２のパターンは拡散層１のパタ
ーンの片側一辺に近接して形成されている。３はコンタ
クト２を覆うアルミ電極であり、アルミ電極３には拡散
層１に設けた電極ＡＡ　　と反対の位置に電極１′２ Ｂ　ｔ　、Ｂ　２を接続しである。この四端子抵抗測定
用のパターンによりコンタクト抵抗を測定する場合を第
５図に示した四端子抵抗測定用のパターンの等価回路に
基いて説明する。

第５図においてＲはコンタクト抵抗、ＲＡは拡散層１の
端部４と電極ＡＡ　　間の抵抗、１′２ Ｒはアルミ電極３の端部５と電極Ｂ、Ｂ２間Ｂ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１の抵抗である。この電極Ａ１と電極Ｂ１との間に電流
計６を介して電流源７を接続し、電極Ａ１と電極Ｂ　間
の抵抗Ｒ，Ｒ，，ＲＢに電流■４、。

Ｌ　　　　　　　　　　　Ａ ■Ｂｌを流す。この状態で電極Ａ２と電極Ｂ２との間に
内部抵抗が高い電圧計８を接続して電極Ａ２と電極８２
間の電圧降下Ｖを測定する。このとき電圧計８の抵抗が
高いため電圧計８に流れる電流１　　、Ｉ　　は電流Ｉ
　　、Ｉ　　と比べて非常に小さＡ２　　　Ｂ２　　　
　　Ａｔ　　　Ｂｌくなる。このため電極Ａ、８２間の
抵抗ＲＡ　１ＲＢがあってもここではほとんど電圧降下
は生ぜず、コンタクト抵抗Ｒ６の両端の電圧は電圧計８
で測定した電圧Ｖと等しくなる。したがってコンタクト
抵抗Ｒ６は電流計６で１ｌｌｊ定した電流ｌＡ１と電圧
計８で測定した電圧Ｖから次式で求められる。

この（１）式で求めたコンタクト抵抗Ｒ６の値は拡散層
１とコンタクト２との相対的位置の変化により大きく異
なる。この理由は、第６図（ａ）　、　（ｂ）の電流径
路説明図において、（ａ）に示すように拡散層１の端部
とコンタクト２の端部が一致している場合と、（ｂ）に
示すように拡散層１の端部とコンタクト２の端部が距離
ｄだけ離れている場合とで拡散層１の電流径路９が相違
する。この電流径路９が相違する結果具なった抵抗値が
測定されることになる。したがってコンタクト抵抗Ｒｃ
の測定値により拡散層１とコンタクト２のずれ量を検出
することができて、マスクの合せずれの量を直接測定す
ることができる。

しかしながら、例えばコンタクト径や拡散層の仕上り寸
法のバラツキ等によりコンタクト抵抗ＲｏＯ値は著しく
影響を受ける。このため第４図に示した四端子抵抗測定
用のパターンのみでコンタクト抵抗Ｒ６を測定したので
は、マスクの合せずれの量の絶対測定を行なうことがで
きない。

そこで上記コンタクト抵抗Ｒ６の測定を利用してマスク
の合せずれ量の絶対測定を行なうことができるこの発明
を実施例により説明する。

第１図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）はこの発明の一実施
例に係る四端子抵抗測定用のパターンを示す平面図であ
り、図において１〜３は第４図に示したパターンと全く
同じものを示す。

第１図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）は拡散層１の内側に
コンタクト２が設けられ、かつ拡散層１の片側一辺とコ
ンタクト２の端部との距離ｄが順次微小距離だけｙ軸方
向に変化する正パターンを示し、（ａ）は距離ｄが零の
場合、（ｂ）は距離ｄ−ｄ　ｔ　　（ｕｎ　）の場合、
（ｅ）は距離ｄ−ｄ　２　　（ｖｓａ　）の場合のパタ
ーンを示す。但しｄ２〉ｄｌ〉０である。また、第２図
（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）は第１図（ａ）　、（ｂ）
　、（ｃ）と相似のパターンであるが拡散層１に対する
コンタクト２の位置が各々反転した反転パターンを示す
。すなわち、第２図（ａ）はｄ−０，（ｂ）はｄ−−ｄ
ｌ。

（ｃ）４；ｔｄ−−ｄ２の場合のパターンを示す。ここ
でｄ−−ｄｌはコンタクト２の端部が拡散層１の片より
ｄｌ　（−）だけはみだしていることを示す。

上記第１図（ａ）　、（ｂ）　、　（ｃ）に示した正パ
ターンと第２図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）に示した反
転パターンを各々ウェハ上に形成するために、１層目の
マスク上に拡散層１のパターンを描き、１層目のマスク
と位置合せする２層目のマスク上の対応する位置にコン
タクト２のパターンを描く。この拡散層１のパターンが
描かれた１層目のマスク上のパターンをウニ゛ハ上に転
写して、まず１層目のパターンと拡散層１をウェハ上に
形成する。次に、このウェハ上のパターンに２層目のマ
スク上のパターンヲ位置合せして、２層目のマスク上の
パターンをウェハ上に転写し、同時にコンタクト２を形
成する。

その後コンタクト２をアルミ電極３で覆い、拡散層１と
コンタクト２の相対位置が異なった複数個の正パターン
と反転パターンとを形成する。この正パターンと反転パ
ターンとにより各々コンタクト抵抗Ｒｃを測定すること
により１層目のマスクと２層目のマスクの合せ精度を測
定することができる。

例えばマスク上に一辺の長さ１．２　　（−）の正方形
のコンタクト２と、拡散層１の一辺とコンタクト２の端
部との距離ｄを０〜±０．４　　（ｗｎ）の間で０．１
　　（ｐ）ずつ変化するパターンを作り、このパターン
を各々ウェハ上に転写して形成した正パターンと反転パ
ターンとによりコンタクト抵抗Ｒｏを測定した結果を第
３図に示す。

第３図は横軸にマスク上における拡散層１の一辺とコン
タクト２との距離ｄ（ｕｓ）をとり、縦軸にコンタクト
抵抗Ｒｃ　（Ω）をとって示したコンタクト抵抗値の特
性図である。図において白丸は正パターンすなわち（ａ
）　、（ｂ）　、（ｃ）に示したようにｄ＞Ｏの場合の
コンタクト抵抗測定値を示し、黒丸は反転パターンすな
わち第２図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）に示すようにｄ
＜Ｏの場合のコンタクト抵抗測定値を示す。図に示すよ
うに正パターンの測定値は抵抗分布直線Ａにのり、反転
パターンの測定値は抵抗分布直線Ｂにのる。このことは
、コンタクト抵抗Ｒ６の測定値と距離ｄが１対１の対応
をなしていることを示している。また直線Ａと直線Ｂと
から、コンタクト抵抗Ｒ６は距離ｄがプラス側にはなれ
るほど小となり、逆に距離ｄがマイナス側にはなれるほ
ど大きくなる。一方、直線Ａと直線Ｂは距離ｄの符号が
逆の場合を示しているから、直線Ａと直線Ｂが交差する
点が正パターンど反転パターン共に拡散層１の一辺とコ
ンタクト２の端部が一致していることを示している。し
たがって、この直線Ａと直線Ｂの交点の横座標がマスク
の合せずれの量を表わすことになる。第３図に示した例
では直線Ａと直線Ｂの交差点の横座標は０．１３（ｕｍ
　）となり、拡散層１に対してコンタクト２がｙ軸のマ
イナス方向に０．１３　（ｕｍ）ずれていることを示す
。この例で示すように、拡散層１の一辺とコンタクト２
の端部との距離ｄが各々０．１　　（ＩＪＩ！Ｉ）ずつ
相違する複数の正パターンと反転パターンによりマスク
の合せずれの量を測定すると測定精度は０．０１（ＩＪ
ｍ）となる。

また、拡散層１に対してコンタクト２が全くずれていな
い場合には直線Ａと直線Ｂは各々平行に移動して、直線
Ａ。と直線Ｂ。となり、その交差点はｄ−０の位置とな
る。拡散層１に対してコンタクト２がｙ軸のプラス方向
にずれている場合は直線Ａと直線Ｂの延長線がｄ−０よ
り左側で交わることになる。

この方法のように、正パターンにより得られる直線Ａと
反転パターンにより得られる直線Ｂの交差点からマスク
の合せ精度を測定すると、コンタクト２の大きさ、抵抗
値あるいは拡散層１の仕上り寸法等が変化しても、第３
図に示すｆｌ１１定したコンタクト抵抗Ｒ６の絶対値が
変化するだけであり、直線Ａと直線Ｂの交差点は合せず
れのみに依存する。したがって、コンタクト２あるいは
拡散層１の仕上り寸法等とは関係なしに、マスクの合せ
ずれの量を高精度に測定することができる。

なお、上記実施例においては１層目のマスクと２層目の
マスクの位置合せ精度測定について説明したが、全ての
マスクに対しても同様にして合せ精度を測定することが
できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は基準とするマスクに描
かれた拡散層のパターンに対する位置合せをするマスク
に描かれたコンタクトのパターンの位置を異ならせ、こ
の各パターンによりたがいに反転させた複数個の四端子
抵抗測定用のパターンをデバイス内に形成し、各四端子
抵抗７１１１定用のパターンにより電気的に求めたコン
タクト抵抗の測定値の分布からマスクの合せずれの量を
測定するようにしたので、マスクの位置合せずれ量の絶
対値を短時間で、かつ高精度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）と第２図（ａ）　、（ｂ
）　、（ｃ）は各々この発明の実施例に係る四端子抵抗
測定用のパターンを示し、第１図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ
）は距離ｄが順次ｙ軸方向に変化している正パターンを
示す平面図、第２図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）は距離
ｄが順次ｙ軸方向に変化している反転パターンを示す平
面図、第３図はマスク上の拡散層とコンタクトとの距離
に対するコンタクト抵抗の分布特性図、第４図は四端子
抵抗測定用のパターンを示す平面図、第５図は第４図に
示した四端子抵抗測定用のパターンの等価回路図、第６
図（ａ）　、　（ｂ）は各々拡散層の電流径路説明図、
第７図は従来例に使用するマスク上のスケールの説明図
、第８図は従来例の合せ精度測定方法を示す説明図であ
る。 １・・・拡散層、２・・・コンタクト、３・・・アルミ
電極、６・・・電流計、７・・・電流源、８・・・電圧
計、Ｒｏ・・・コンタクト抵抗、ｄ・・・拡散層の一辺
とコンタクトの端部との距離。 ｄ＝ｏ　　　　　　　　ｄ二ｄ、　　　　　　　　ｄ＝
ｄ、２（ａ）　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　（Ｃ
）ｄ＝Ｏｄニーｄ、　　　　　　ｄ＝−ｄ２（ｏ）　　
　　　　（ｂ）　　　　　（Ｃ）二クイご例”Ｉ＋４．
ｌｒｎ万η帆長秘ｆ＾二貝り定量の反４ｔｔｙターンＬ
＊７斗１ｂＣ０第２図 頑し１ダ１のスプール０言化甲印　　　　　　慌干例つ
須１）定ろ濤乏示■占氾明囮第７図　　　　　　第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基準とするマスクに描かれた拡散層のパターンでウェ
   ハ上に形成した拡散層と、上記基準とするマスクと位置
   合せするマスクに描かれたコンタクトのパターンにより
   上記ウェハ上に形成した拡散層の片側一辺に近接して形
   成したコンタクトと、該コンタクトを覆うアルミ電極と
   からなる四端子抵抗測定用パターンとして、基準とする
   マスクに描かれた拡散層のパターンの片側一辺と位置合
   せするマスクに描かれたコンタクトのパターンとの距離
   を変えて複数個の正パターンをウェハ上に形成すると共
   に、該正パターンと相似で、かつ拡散層に対するコンタ
   クトの位置を反転した複数個の反転パターンをウェハ上
   に形成し、 上記複数個の正パターンと反転パターンとによりコンタ
   クト抵抗の抵抗値を測定し、 拡散層の片側一辺とコンタクトとの距離に対するコンタ
   クト抵抗の測定値を正パターンと反転パターン毎にグラ
   フ化し、 グラフ化した正パターンの抵抗分布直線と反転パターン
   の抵抗分布直線の交差点から基準とするマスクと位置合
   せするマスクの合せずれ量を検出することを特徴とする
   マスクの合せ精度測定方法。