JPH0724278B2 - パターンシフト測定方法 - Google Patents

パターンシフト測定方法

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JPH0724278B2
JPH0724278B2 JP3012993A JP1299391A JPH0724278B2 JP H0724278 B2 JPH0724278 B2 JP H0724278B2 JP 3012993 A JP3012993 A JP 3012993A JP 1299391 A JP1299391 A JP 1299391A JP H0724278 B2 JPH0724278 B2 JP H0724278B2
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、段差パターンを有する
半導体ウェーハのエピタキシャル成長後のパターンの位
置ズレを直ちに測定精度良く簡単に求めることができる
パターンシフト測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイポーラICのエピタキシャル成長後
の埋込拡散パターンのパターンシフト制御は非常に重要
である。そのため、成長条件(反応温度、反応速度等)
を一定にし、パターンシフト量をいつも一定に制御して
いるが、成長条件の管理にも限度があり、頻度高くチェ
ックする必要があった。
【0003】埋込拡散ウェーハに対する従来のパターン
シフト測定方法としては次の〜の手順を行う方法
(アングルラップステイン法)が知られている。ダイ
シングソーを用いて、オリエンテーションフラットに平
行な埋込層及びオリエンテーションフラットに垂直な埋
込層をもったチップを切り出す。オリエンテーション
フラットに平行な埋込層及びオリエンテーションフラッ
トに垂直な埋込層の任意の面をアングルポリッシュす
る。ポリッシュ面をエッチングする(Sirtl 、2〜3
秒)。埋込層パターンの移動量を微分干渉顕微鏡写真
を用いて測定する。
【0004】パターンシフト率は次の式により求められ
る。パターンシフト率=移動量(μm)/エピ膜厚(μ
m)しかしながら、上記した従来のパターンシフト測定
方法では、測定時間が3時間以上必要なため、頻度高く
行うことは困難であり、またコスト的にも問題があっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術に鑑みて発明されたもので、直ちにかつ簡単に測
定できることができ、コスト面でも好適なパターンシフ
トの測定方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のパターンシフト測定方法は、半導体ウェー
ハ上に主尺目盛パターンとバーニア目盛パターンとを互
いに相対向して形成し、上記主尺目盛パターン又はバー
ニア目盛パターンの何れか一方を被覆するように酸化膜
層を形成した後、エピタキシャル成長を行い、前記主尺
目盛パターン及びバーニア目盛パターンの位置ズレを測
定するようにしたものである。
【0007】上記主尺目盛パターン及びバーニア目盛パ
ターンの位置ズレの測定値とエピタキシャル成長層の厚
さを用い、下記式(1)に従ってパターンシフトを求め
ることができる。 〔式(1)において、Dは主尺目盛とバーニア目盛によ
る位置ズレの測定値及びTはエピタキシャル成長層の厚
さである。〕
【0008】
【実施例】以下に添付図面に基づいて本発明方法を説明
する。図1は本発明方法の原理的図面である。同図にお
いて、2はSbを埋込拡散した埋込拡散ウェーハであ
る。この埋込拡散ウェーハ2の表面には、予め主尺目盛
パターン4とバーニア(副尺)目盛パターン6とが所定
の間隔をおいて相対向して形成されている。この主尺目
盛パターン4とバーニア目盛パターン6の形成は、フォ
トリソグラフィの常法、例えば酸化膜付ウェーハに対し
てレジストコート─パターン焼付−現像−エッチング−
レジスト剥離−洗浄の手順により形成される。この主尺
目盛パターン4とバーニア目盛パターン6との組合せ
は、半導体ウェーハ2のX軸方向及びY軸方向の位置ズ
レを測定するために図示したごとく、互いに直角に位置
するように一対づつ配設するのが好ましい。
【0009】この目盛パターン4及び6を形成したウェ
ーハにSbを埋込拡散処理して埋込拡散ウェーハ2が得
られる。この埋込拡散ウェーハ2の酸化膜をフッ酸によ
って剥離し、次いで酸化によって酸化膜を形成する。こ
の酸化膜の厚さは2000Å以上が必要である。この酸
化膜をフォトリソグラフィにより所望のマスクパターン
に従って選択的に除去し、上記した主尺目盛パターン4
を被覆するようにマスク用酸化膜層8を形成する。この
酸化膜による被覆の対象としては、主尺目盛パターン4
及びバーニア目盛パターン6の何れか一方を被覆すれば
よいものであるが、通常は主尺目盛パターン4を被覆す
ればよい。
【0010】この主尺目盛パターン4を被覆するマスク
用酸化膜を部分的に形成した埋込拡散ウェーハ2上にエ
ピタキシャル成長を行なう。この目盛パターンは、酸化
膜層が半導体ウェーハ面に完全に密着しているので、エ
ピタキシャル成長の行われる部分と行われない部分とが
この酸化膜のヘリで明確に区切られるので、後のパター
ンシフトの測定のために好ましい。上記半導体ウェーハ
のマスク用酸化膜8の存在する部分、即ち主尺目盛パタ
ーン4の部分にはエピタキシャル成長が行われず、マス
ク用酸化膜のない部分のみにエピタキシャル成長が行わ
れ、図1に示したごとく、エピタキシャル成長層10が
形成される。
【0011】このエピタキシャル成長層10の形成によ
り、酸化膜で被覆されていないバーニア目盛パターン6
部分は位置ズレをおこす。一方、酸化膜8で被覆されて
いる主尺目盛パターン4部分は位置ズレをおこすことは
ない。
【0012】Dは主尺目盛パターン4と位置ズレをおこ
したバーニア目盛パターン6とによって読み取られた位
置ズレの測定値である。この位置ズレの値は、同一視野
に主尺目盛パターン4とバーニア目盛パターン6とが位
置した状態で目視により判定することとなる。具体的に
好適な測定手段としては、双対物顕微鏡が用いられる。
この時、左右の対物レンズの光軸を結ぶ線と目盛線とが
直交するように、試料の回転角調整が必要であるが、こ
れはもう一方の目盛線を利用して行うことができる。こ
の双対物顕微鏡による測定値は、例えば図4に示した例
では0.2μmと読み取ることができる。
【0013】Cは酸化膜層とシリコンとの境界部にエピ
タキシャル成長時に異常成長して形成されたクラウン部
分である。このクラウンCは酸化膜層8から300〜4
00μmにわたって形成されるので、この部分ではパタ
ーンシフトを正確に測定できない。従って、主尺目盛パ
ターン部分4とバーニア目盛パターン部分6とはこのク
ラウンCの形成を考慮して少なくとも400μm以上離
間させて配置することが必要である。
【0014】上記主尺目盛パターン及びバーニア目盛パ
ターンの位置ズレの測定値とエピタキシャル成長層の厚
さを用い、下記式(1)に従ってパターンシフトを求め
ることができる。 〔式(1)において、Dは主尺目盛とバーニア目盛によ
る位置ズレの測定値及びTはエピタキシャル成長層の厚
さである。〕
【0015】以下に具体的な例によって、パターンシフ
トの測定を説明する。 1)使用した半導体ウェーハ p型で<112>方向に3°30′のオフ角度を有する
<111>ウェーハを用いた。
【0016】2)目盛パターン形成に用いたフォトマス
ク 図1に示すように10μmピッチの主尺と9.9μmピ
ッチのバーニアが相対するものを1組とし、これらが2
組互いに垂直となるように5mm角のセルの中に描かれ
たものの繰り返しパターンを有するフォトマスクを用い
た。この時の線幅は3μmであった。
【0017】3)目盛パターンの形成 上記1)で述べた半導体ウェーハ上に熱酸化により1
0,000Åの厚さの酸化膜を形成した。次に上記2)
で述べたフォトマスクを用い、周知のフォトリソグラフ
ィ技術により、目盛線の部分の酸化膜のみを除去し、さ
らに露出した目盛線部分のシリコン上に約3000Åの
酸化膜が形成されるよう熱酸化を行った。これにより、
半導体ウェーハ上に線幅3μmで深さ約1500Åの目
盛パターンが食刻された。
【0018】4)フォトリソグラフィ(主尺目盛パター
ンの被覆) 基板上の酸化膜をバッファード弗酸で除去し、熱酸化法
により6000Åの厚さの酸化膜を形成した。次に、周
知のフォトリソグラフィ技術により、主尺目盛パターン
を被覆する酸化膜パターンを形成した。
【0019】5)エピタキシャル成長 10μm、1.6Ω−cm 使用した反応炉:シリンダー型炉 反応温度:1150℃ 反応速度:0.30μm/min 反応圧力:760Torr
【0020】6)測定 双対物顕微鏡を用い、主尺目盛パターン4の位置に左側
対物レンズLを一致させ、バーニア目盛パターン6の位
置に右側対物レンズRを一致させる(図3)と、顕微鏡
の視野Sには図4に示すごとく主尺目盛パターン4とバ
ーニア目盛パターン6とを互いに近接して観察すること
ができた。この視野Sによる観察から位置ズレを測定し
た。図4に示すように、0.2μmの位置ズレが測定で
きた。この時の測定値のバラツキとして、75回の繰り
返し測定で0.04μmの標準偏差を得た。一方、同様
の半導体ウェーハに同様の処理を行った半導体ウェーハ
について従来法(アングルラップステイン法)によって
パターンシフトを測定したところ、パターンシフトの値
は同じく0.2μmであったが、75回の繰り返し測定
の標準偏差は0.41μmであった。この結果から、本
発明によれば、従来法と比べてはるかに簡単にパターン
シフトを正確に測定できることが確認できた。
【0021】本発明の上記実施例では、部分酸化により
目盛パターンを形成したが、酸化にかえて、Sb、B,
P,As等を酸化性雰囲気中で拡散することにより、目
盛パターンを食刻することもできる。さらに、半導体ウ
ェーハの表面に主尺目盛パターン及びバーニア目盛パタ
ーンを形成すればよいもので、半導体ウェーハの種類に
よる制限を受けることはない。
【0022】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明のパターンシ
フト測定方法は、短時間で簡単に測定できることは勿
論、測定精度が極めて良好で、コスト面でも好適なもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の原理図面である。
【図2】図1の要部拡大図である。
【図3】主尺目盛パターンとバーニア目盛パターンとの
位置ズレを双対物顕微鏡で測定する場合の対物レンズの
位置を示す図面である。
【図4】主尺目盛パターンとバーニア目盛パターンとの
位置ズレ状態を示す双対物顕微鏡の視野を示す図面であ
る。 2 半導体ウェーハ 4 主尺目盛パターン 6 バーニア目盛パターン 8 酸化膜層 10 エピタキシャル成長層 C クラウン L 双対物顕微鏡の左側対物レンズ R 双対物顕微鏡の右側対物レンズ S 双対物顕微鏡の視野

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウェーハ上に主尺目盛パターンと
    バーニア目盛パターンとを互いに相対向して形成し、上
    記主尺目盛パターン又はバーニア目盛パターンの何れか
    一方を被覆するように酸化膜層を形成した後、エピタキ
    シャル成長を行い、前記主尺目盛パターン及びバーニア
    目盛パターンの位置ズレを測定することを特徴とするパ
    ターンシフト測定方法。
  2. 【請求項2】 上記主尺目盛パターン及びバーニア目盛
    パターンの位置ズレの測定値とエピタキシャル成長層の
    厚さを用い、下記式(1)に従って上記目盛パターンの
    位置ズレを求めることを特徴とする請求項1記載のパタ
    ーンシフト測定方法。 〔式(1)において、Dは主尺目盛とバーニア目盛によ
    る位置ズレの測定値及びTはエピタキシャル成長層の厚
    さである。〕
JP3012993A 1991-01-10 1991-01-10 パターンシフト測定方法 Expired - Lifetime JPH0724278B2 (ja)

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DE69207213T2 (de) 1996-05-15
EP0494685A3 (en) 1993-03-03
EP0494685A2 (en) 1992-07-15
JPH04239150A (ja) 1992-08-27

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