JPH09162256A

JPH09162256A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH09162256A
Application number: JP34590995A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kamiya; 雅之神谷
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-12-09
Filing date: 1995-12-09
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】次世代にも適用可能で、しかも容易に実施可
能な位置ずれ測定用構造を備えた半導体装置を提供す
る。【解決手段】位置ずれ測定用対向電極１１，１２が、
所要の実回路３と一緒に導電体層に形成される。位置ず
れ測定用誘電体パターン２１が所要の実回路３と一緒に
導電体層の上または下の絶縁体層（誘電体層）に形成さ
れる。この位置ずれ測定用誘電体パターンは、その一部
が位置ずれ測定用対向電極に掛かっている（重なり、又
は進入している）。導電体層と絶縁体層との間に位置ず
れがあると、測定用誘電体パターンの測定用対向電極へ
の掛かり量が変り、静電容量が変る。これでずれが測定
出来る。対向電極を大きくし、位置ずれが起きても静電
容量が変化しない較正用回路を加え、その静電容量の変
化を加味すれば、膜厚変化その他の製造ばらつきの影響
を排除でき、精度が向上する。

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に関し、
詳しくは、例えばメタル配線層とその上下の層間絶縁層
との間など、層と層とを高い精度で位置合わせするのに
好適な構造を備えた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置では、言うまでもなく半導体
層、導電体層、絶縁体層その他種々の層が積層されてい
る。各層は正確に積層されていなければならず、この為
に、積層工程のあと必要に応じ層間の位置ずれ（位置合
わせ精度）の測定（検出）が行なわれる。従来、このよ
うな位置ずれの測定手法として、例えばボックスマーク
を用いたものがあった。図１３にこの例を示す。ここに
（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図である。図に於て、１
０１は下層メタル配線層に設けられるボックスマーク、
１０２は層間絶縁膜（層）に設けられるボックスマーク
である。層間絶縁膜は例えばSiO₂( 二酸化シリケイト)で形成
される。これらは上面から見て正方形となるように、レ
ジストパターンニングとエッチング工程を経て作製さ
れ、内側と外側とに見分けられる。１０３はシリコン基
板である。

【０００３】下層メタル配線層と層間絶縁膜との位置ず
れは、画像処理で判定される。具体的にはＣＣＤ撮像素
子で撮像され、その画像データがマイクロコンピュータ
で処理されて、中心位置のずれ量が求められる。ずれ量
には縦方向と横方向の成分が含まれており、これらが分
離され、最終的な縦、横のずれ量が求められる。

【０００４】静電容量の違いからずれ量を測定する、と
いう手法もある。この例を図１４に示す。これは特公昭
５９−２９０００号公報に開示されているもので、表面
層１０４にパターンＰ₁ が、中間層１０５にパターンＰ
₂ が形成されている。なお、この技術はプリント基板に
関するもので、本発明とは分野を異にする。しかし本発
明同様、静電容量を利用している。そこで一つの参考例
として引用する。

【０００５】パターンＰ₁ とパターンＰ₂ との間には、
樹脂やガラスを素材にした基板が存在する。両者はその
厚さｔだけ離間し、その間には、所定の静電容量があ
る。表面層１０４と中間層１０５との間に、或る位置ず
れ△ｂがあったとする（図１４（Ｃ））。パターンＰ₁
とパターンＰ₂ との対向面積は、△ｂ×ｗだけ減少し、
その分、静電容量が減少する。減少分を測定することで
両者の位置ずれが求められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記各手法には問題点
がある。先ず前者では、ボックスマーク１０１，１０２
が荒れているとき、著しく測定精度が低下する。例えば
下層メタル配線層（ボックスマーク１０１）は、スパッ
タリングによるＡｌ蒸着で形成されるが、このとき、Ａ
ｌのグレインにより、表面に微少な凹凸が発生する。
（Ａｌ＝アルミニウム）その例を図１３（Ｃ）に示す。このようなボックスマー
ク１０６をＣＣＤで上面から撮像すると、その内縁１０
７が荒れているため、測定精度が著しく低下する。また
測定には一般に光学顕微鏡を使用する。その測定精度は
光学顕微鏡の分解能に依存する。従って次世代以降の微
細化技術には対応できないと予想される。

【０００７】後者の手法では、第１に、ずれ方向を検出
できないという問題がある。即ちこの手法では、ずれ方
向が違っても、ずれ量△ｂ×ｗが同じであれば答は同じ
になる。これでは、位置補正など、適切なずれ補正をす
ることは出来ない。第２に、パターンＰ₁ ，Ｐ₂ は所定
距離ｔだけ離間している（図１４（Ｃ））。この構造
は、ずれに対して静電容量の変化量が元々小さい。従っ
てずれ方向が判らないという点を捨象しても、今後の微
細化には対応できないと予想される。

【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決すること
にある。即ち次世代にも適用可能で、しかも容易に実施
可能な位置ずれ測定用構造を備えた半導体装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため請求
項１の発明では、導電体層と誘電体層とが積層される半
導体装置に於て、前記導電体層は所要の実回路と、それ
と同時に形成される位置ずれ測定用対向電極とを備え、
前記誘電体層は所要の実回路と、それと同時に形成され
且つその一部が前記対向電極に掛かる位置ずれ測定用誘
電体パターンとを備え、前記位置ずれ測定用パターンの
前記位置ずれ測定用対向電極に掛かる量が、前記導電体
層と前記誘電体層との間の位置ずれに対応して変化する
ようにしている。

【００１０】また請求項３の発明では、導電体層と誘電
体層とが積層される半導体装置に於て、前記導電体層は
所要の実回路と、それと同時に形成される位置ずれ測定
用対向電極及び較正用対向電極とを備え、前記誘電体層
は所要の実回路と、それと同時に形成され、その一部が
前記対向電極に掛かる位置ずれ測定用誘電体パターン及
びその全部が前記較正用対向電極に掛かる較正用誘電体
パターンとを備え、前記位置ずれ測定用パターンの前記
位置ずれ測定用対向電極に掛かる量は、前記導電体層と
前記誘電体層との間の位置ずれに対応して変化し、前記
位置較正用パターンの前記較正用対向電極に掛かる量
は、前記導電体層と前記誘電体層との間の位置ずれに対
しては変化しないようにしている。

【００１１】《作用》半導体装置では、所要の能動素
子、受動素子を形成する為に、各種導電体層、誘電体層
等が積層される。位置ずれ測定用の対向電極は、所要の
実回路と一緒に、導電体層に形成される。位置ずれ測定
用誘電体パターンは、所要の実回路と一緒に、誘電体層
に形成される。この位置ずれ測定用誘電体パターンは、
その一部が位置ずれ測定用対向電極に掛かる。

【００１２】ここに「誘電体層」とは、本来は絶縁のた
めに使用されるSiO₂、ナイトライド等の「絶縁体層」
と、本来の誘電体として機能させるために形成された
「誘電体層」の双方を指す。半導体装置で積層されるの
は、多くの場合「絶縁体層」であって、「誘電体層」で
はない。しかし本発明ではこれらも「誘電体」として利
用する。そこで本明細書では、このような意味で、「絶
縁体層」も「誘電体層」という。

【００１３】また「導電体層」とは、メタル配線など、
導体本来の機能をその儘使用する為に形成されたものに
加え、各種素子を形成するために積層される不純物半導
体等のうち、実用上電極として使用可能な導電体層をも
指す。また「一部が … … に掛かる」とは、誘電体
パターンが対向電極の間に進入すること、及びその上ま
たは下に重なることの一方または双方を指す。

【００１４】また「実回路」とは、半導体装置の本来の
機能実現の為に、半導体、導電体、絶縁体その他によ
り、夫々の層に形成されるパターンをいう。本発明にい
う位置ずれ測定用対向電極、位置ずれ測定用誘電体パタ
ーン等は、当該それぞれの層にこれら実回路と共に形成
されるものであって、わざわざ別に層を設けて形成され
るものではない。従って、位置ずれ測定用対向電極、位
置ずれ測定用誘電体パターン等が形成されている層に
は、半導体装置の機能実現の為の本来のパターンが形成
されている。これを明確にするために、この「実回路」
の語を用いる。

【００１５】導電体層の上に誘電体層を積層したとき、
或いはその逆の順序で積層したとき、これらの層の間に
は、多くの場合、位置ずれが生ずる。請求項１の発明で
は、導電体層には前記位置ずれ測定用対向電極が、そし
て誘電体層には前記位置ずれ測定用誘電体パターンが形
成されている。これらは夫々の層の実回路と一緒に形成
されており、位置ずれ測定用誘電体パターンは、その一
部が前記対向電極に掛かっている。

【００１６】位置ずれがあると、それに応じて、この位
置ずれ測定用対向電極に掛かる量が変化する。この変化
は、前記導電体層に形成された位置ずれ測定用対向電極
間の静電容量の増減を惹き起こす。従って、実際の半導
体装置について、その位置ずれと静電容量の変化との関
係（関数）を予め測定しておいて、位置ずれ未知のもの
の当該静電容量にこの関係を当て嵌めれば、当該未知の
ものの位置ずれ量を知ることが出来る。

【００１７】半導体装置の製造では、層の厚さ、線幅な
どに製造バラつきが出る。これを捨象できれば一層正確
な位置ずれ測定が出来る。そこで請求項３の発明では、
較正用の回路を設け、その静電容量を参酌することで製
造バラつきの影響を排除する。較正用の回路も対向電極
（較正用対向電極）と誘電体パターン（較正用誘電体パ
ターン）とを備える。これらは位置ずれ測定用対向電極
或いは位置ずれ測定用誘電体パターンと同じ層に設けら
れる。

【００１８】但し、測定用のものと異なり、位置ずれが
あっても、その対向電極間の静電容量が変化しないよう
にされている。具体的には、例えば位置ずれが出ても対
向面積が変化しないよう、一方の面積が大きくされてい
る。位置ずれの最大値が例えば０．１５ミクロンであっ
たとする。較正用対向電極の面積は四方に例えば０．２
ミクロン広くされる。これで位置ずれがあっても較正用
誘電体パターンが較正用対向電極から外れることはなく
なる。従って位置ずれという変動要素に対しては不感と
なる。これにより較正用対向電極間の静電容量に影響を
与えるのは製造バラつきだけとなる。

【００１９】このとき、この製造バラつきは、同じよう
に位置ずれ測定用対向電極及び位置ずれ測定用誘電体電
体パターンにも起こる。従って、仮に較正用対向電極の
方の静電容量が、位置ずれ測定用対向電極の方の静電容
量の２倍であったとすれば（誘電体パターンの大きさを
同じにして、測定用側は半分、較正用側は全部というよ
うに、夫々の対向電極上に重ねればそうなる。）、その
静電容量の２分の１を測定用の静電容量の方から減算す
るだけで、簡単に位置ずれのみに起因する静電容量の変
化分を導き出すことが出来る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の詳細を図示実施の形
態例に基いて説明する。図１に第１の実施の形態例を示
す。この例はシリコンウェハー１に対して本発明を適用
したもので、同図（Ａ）に全体像を、同図（Ｂ）に一シ
ョット分を拡大して示す。一ショット分とは、一回の露
光でパターンニングされる領域を言い、ここでは半導体
回路２が４個分の領域である。詳しく言うと、この一シ
ョット分は、実回路のパターン３が４個と、これらを分
離するスクライブライン４と、ずれ測定用パターン５と
から成る（図１（Ｂ））。

【００２１】ずれ測定用パターン５が本発明に直接関わ
る部分である。これにより位置ずれが測定される。この
例では、ずれ量を的確に捉えるため、ショット中心と四
隅とに、このずれ測定用パターン５が配置されている
（図１（Ｂ））。詳細を図１（Ｃ）、図２及び図３に示
す。図１（Ｃ）は上面を、図２は要部断面を、図３は要
部の斜視を表わす。なお図２は図１（Ｃ）のＡ−Ａ´線
で切断したもの、図３は図１（Ｃ）の矢印ｔ方向から要
部を見たものである。

【００２２】ずれ測定用パターン５は、対向電極１１，
１２、出力端子１３，１４、これらの接続線１５，１
６、及び誘電体パターン２１から成る。対向電極１１，
１２、出力端子１３，１４、及びこれらの接続線１５，
１６は、実回路３のメタル配線層（不図示）と一緒に、
それと同じ層に（同じマスクで同時に）形成される。誘
電体パターン２１は、その上に積層される層間絶縁膜(S
iO₂)と一緒に、それと同じ層に（同じマスクで同時に）
形成される。なお出力端子１３，１４には、測定の際プ
ローブを当てる。測定の際支障とならない範囲で（対向
電極１１，１２間の静電容量に影響しない範囲で）、大
きめに作製すると良い。

【００２３】対向電極１１と１２のエッジ１７と１８
は、対向電極の配置方向Ｙに対して直交しており、所定
距離ｄだけ離間している。その間隙Ｇには誘電体パター
ン２１が進入しており、対向電極１１，１２は、下記容
量を有するコンデンサとして機能する。Ｃn ＝ε・Ｌ・Ｔ／ｄここに、 ε：誘電体パターン２１（層間絶縁膜(SiO₂)）の誘
電率Ｌ：対向電極１１，１２の対向する部分の幅Ｔ：対向電極１１，１２の厚さｄ：両者の距離である（図３）。

【００２４】誘電体パターン２１は、位置ずれが無い理
想位置のとき、例えばその右端２２のラインが、対向電
極１１，１２の中央を通るように配置される。ある重な
り状態をｎ、そのときの対向電極１１，１２の隙間Ｇへ
の誘電体パターン２１の進入長をｌn （重なり部分の長
さ）、位置ずれがないときのこの進入長をｌ₀ とする
と、位置ずれがないときは、ｌn ＝ｌ₀ ＝Ｌ／２となる。なお、位置ずれが無いときの位置、即ち基準と
なる位置が特定されていれば足り、右端２２のラインが
対向電極１１，１２の中央を通らなければならないとい
うものではない。

【００２５】対向電極１１と１２との間には、誘電体パ
ターン２１(SiO₂)が進入している部分（介在している部
分）と、そうでない部分とが存在する。対向電極１１と
１２との間の静電容量の全体をＣn 、誘電体パターン２
１が進入している部分（図１（Ｃ）ｌn の部分）の静電
容量をＣn(SiO₂) 、これが無い部分（図１（Ｃ）ｌv の
部分）の静電容量をＣn(non Si_O2) とすれば、Ｃn ＝Ｃn(SiO₂) ＋Ｃn(non SiO₂) となる。図に示すと図４の如くなる。（Ａ）が静電容量
Ｃn を表わし、これは（Ｂ）のように静電容量Ｃn(Si
O₂) とＣn(non SiO₂) とを並列接続したものである。

【００２６】《位置ずれと進入長との関係》例えば層間
絶縁層が、理想位置より右にずれた状態で積層されたと
する（重なり状態ｎ＝１とする）。誘電体パターン２１
は、前述のとおり層間絶縁膜を作るマスクで一緒に形成
され、この層間絶縁膜と同じ層に存在する。従って層間
絶縁膜がずれれば、これも同じく右にずれる。その状態
を図５（Ａ）に示す。逆のときは（重なり状態ｎ＝
２）、誘電体パターン２１も同じ分、左にずれる。その
状態を図５（Ｂ）に示す。

【００２７】進入長（重なり長）ｌn は、層間絶縁膜が
右にずれたときは理想状態より長くなり（ｌn ＝ｌ
₁ ）、また左にずれたときは短くなる（ｌn ＝ｌ₂ ）。
従って、こちらは層間絶縁膜と同じ層にある誘電体パタ
ーン２１を、こちらはメタル配線層と同じ層にある対向
電極１１，１２上に重ねれば、メタル配線層と層間絶縁
膜との位置ずれは、誘電体パターン２１の対向電極１
１，１２への進入長ｌn の変化へと置き換えられる。

【００２８】《進入量ｌn と静電容量Ｃn の関係》次に
進入量ｌn と静電容量Ｃn の関係について説明する。こ
の関係式は以下のようになる。Ｃn ＝Ｃn(SiO₂) ＋Ｃn(non Si_O2) ＝(L-ln)・T／d・ε₀ ＋ln・T／d・ε₀・εr ＝T・ε₀ ／d・(L＋ln・(εr −1)) ・・・式（１）となる。ここにＣn ：位置ずれｎの場合の対向電極１１，１
２間の静電容量Ｃn(SiO₂) ：位置ずれｎの場合の誘電体パターン２
１進入部(ln)の対向電極１１，１２間の静電容量Ｃn(non SiO₂) ：位置ずれｎの場合の誘電体パターン２
１非進入部(L-ln)の対向電極１１，１２間の静電容量ｌn ：位置ずれｎの場合の対向電極１１，１
２間への誘電体パターン２１の進入長（重なり長）Ｌ：対向電極１１，１２の対向部分の幅Ｔ：対向電極１１，１２の膜厚（メタル配
線層の膜厚）ｄ：対向電極１１，１２間の距離 ε₀ ：真空の誘電率 εr ：誘電体パターン２１の比誘電率である。

【００２９】このとき式（１）のＬ，Ｔ，ｄ，ε，ε₀
は、位置ずれとは無関係の定数である。従って、 α＝T・ε₀・( εr −1)／d β＝T・ε₀・／d・L と置けば、上記式（１）は、Ｃn ＝α・ｌn ＋β ・・・式（２）と簡略化することができる。αおよびβは定数である。
従って、進入量ｌn と静電容量Ｃn は比例関係にある。
進入量ｌn と位置ずれ量も比例関係にある。従って、位
置ずれ量と静電容量の間には相関関係があると言える。
この関係を図６に示す。

【００３０】《測定》個々の半導体装置ごとに、図６
に示すグラフの特性をあらかじめ把握しておく。そして
図１（Ｃ）に示す出力端子１３，１４にテスター（静電
容量計）のプローブを当て、形成されているコンデンサ
の（対向電極１１，１２の）静電容量Ｃn を測定する。
測定された静電容量を図６のグラフに照合し、位置ずれ
量を導く。これら測定は、実際の工程では自動的に行な
える。そして導かれた位置ずれ量に応じ、位置ずれを補
正する。

【００３１】以上説明して来た第１の実施の形態例は、
横方向、即ち１次元の位置ずれを測定する為のものであ
った。２次元、即ち縦、横双方の位置ずれを測定したい
場合は、前述の対向電極１１，１２及び誘電体パターン
２１から成るコンデンサに加え、これらをシリコンウェ
ハー平面上で９０度回転させたものを加える。そのよう
にした例を図７に示す。対向電極３１，３２は対向電極
１１，１２と同じメタル配線層に形成され、誘電体パタ
ーン４１は誘電体パターン２１と同じ層間絶縁膜層に形
成される。対向電極１１，１２の配置方向がＹ方向にな
っているのに対し、対向電極３１，３２はＸ方向になっ
ている。

【００３２】具体的パターン例を図８に示す（第２の実
施の形態例）。図中１１，１２，２１は、第１の実施の
形態例のものと同じ対向電極及び誘電体パターンで、横
方向ずれ測定用である。３１，３２，４１は、図７に示
したのと同じ９０度回転させた対向電極及び誘電体パタ
ーンで、縦方向ずれ測定用である。ここでも対向電極１
１，１２の配置方向がＹ方向になっているのに対し、対
向電極３１，３２はＸ方向になっている。

【００３３】５１〜５３は出力端子で、出力端子５１は
配線５４を介して対向電極１１及び３１に接続され、出
力端子５２は配線５５を介して対向電極１２に接続さ
れ、出力端子５３は配線５６を介して対向電極３２に接
続されている。対向電極１１，１２，３１，３２及び出
力端子５１〜５３が下層メタル配線層に形成され、誘電
体パターン２１及び３１がその上に積層される層間絶縁
膜層に形成される。なお、個々のものを指すのは煩わし
いので、対向電極１１，１２と誘電体パターン２１との
組合わせ、又これと同様の組合わせ、或いはこれらに配
線や出力端子１３，１４等を加えたものを適宜「測定用
パターン」「コンデンサ」などという。

【００３４】《製造方法》以下にこの測定用パターンの
製造方法を説明する。図９にその製造過程例を示す。こ
の図は、図１（Ｃ）のＡ- Ａ´間の断面部分に注目して
示したものである。工程１：シリコン基板１（図１）の上に、基盤となる下
層絶縁膜層ｃ、例えばSiO₂を気相成長（ＣＶＤ）により
成膜する。この部分についてはエッチングは行わない。工程２：下層配線層ａとなる金属をスパッタリング法に
より蒸着する。工程３：この下層配線層ａを、対向電極１１，１２等及
び出力端子５１等を含むマスクを使用して、フォトリソ
グラフィーでパターンニングする。これをエッチングし
て、下層配線（不図示）、対向電極１１，１２、出力端
子５１等を形成する。工程４：層間絶縁膜(SiO₂)を気相成長（ＣＶＤ）で成膜
する。工程５：この層間絶縁膜を誘電体パターン２１，４１を
含む絶縁層パターンのマスクを使用してフォトリソグラ
フィーでパターンニングし、絶縁膜パターン（不図示）
及び誘電体パターン２１を形成する。

【００３５】これら一連の加工は実回路を作製する過程
そのものである。本発明を実施する為に、別の新たな工
程を追加する必要はない。またこの製造過程は一例であ
る。本発明は途中の絶縁膜層とその上又は下の導電体層
に対しても適用可能である。

【００３６】《測定感度の向上》位置ずれに対する静電
容量の変化は、大きいに越したことはない。変化量が大
きければそれだけ高精度に、或いは簡単に位置ずれが測
定でき、微細化への対応能力が高まる。その為のパター
ン例を図１０及び図１１に示す。図１０の例は、図１
（Ｃ）で説明したコンデンサを複数段にし並列接続した
もので、このようにすれば位置ずれによる静電容量の変
化が段数倍になる。ここに図１０（Ａ）は平面形状を表
わし、図１０（Ｂ）は電気回路を表わす。

【００３７】位置ずれ測定用対向電極ｒ₁ 〜ｒ₈ は図１
の位置ずれ測定用対向電極１１，１２の組合わせと同じ
ものである。夫々の一方は出力端子６１に並列に、他方
は出力端子６２に並列に接続されている。ｍ₁ 〜ｍ₈ は
位置ずれ測定用誘電体パターンで、図１（Ｃ）の位置ず
れ測定用誘電体パターン２１と同様のものであり、位置
ずれ測定用対向電極ｒ₁ 〜ｒ₈ との位置関係は、図１
（Ｃ）に示す位置ずれ測定用対向電極１１，１２と誘電
体パターン２１との位置関係に同じである。なお図１０
（Ｂ）のＣ₁ は、位置ずれ測定用対向電極ｒ₁ と位置ず
れ測定用誘電体パターンｍ₁ の組合わせによるコンデン
サを表わす。同様にＣ₂ 〜Ｃ₈ は、位置ずれ測定用対向
電極ｒ₂ 〜ｒ₈ と誘電体パターンｍ₂ 〜ｍ₈ との組合わ
せによるコンデンサを表わす。

【００３８】そして例えば層間絶縁膜加工時のリソグラ
フィ工程において、下層メタル配線層ａに対する層間絶
縁膜ｂの重ね合わせにずれが生じたとする。位置ずれ測
定用対向電極ｒ₁ 〜ｒ₈ に対し、位置ずれ測定用誘電体
パターンｍ₁ 〜ｍ₈ が、一斉に同じ方向に同じ量だけず
れる。このため、静電容量の変化量は図１（Ｃ）の単体
のコンデンサの時より大きくなる。この段数をｗとする
と、位置ずれｎのとき、出力端子部６１，６２の間で測
定される静電容量Ｃn は、Ｃn ＝Ｃ₀ ・ｗ＋△Ｃn ・ｗ・・・式（３）となる。ここで、Ｃ₀ は位置ずれが無いときの個々のコ
ンデンサ部の静電容量、△Ｃn は位置ずれにより発生し
た個々のコンデンサ部の静電容量の変化分である。

【００３９】これにより、測定時の外部ノイズの悪影響
を軽減する、或いは感度の低い計測器でも使用可能にす
ることが出来る。また、複数のコンデンサ部分を同時に
測定することになる。従って平均化の効果があり、パタ
ーンの製造ばらつきによる誤差が出にくくなる。なお図
１０ではコンデンサ８段の例を示した。段数は白由に設
定出来る。多ければ多いほど感度は上がる。更に図１０
に示した例は横方向の１次元のずれ測定用であり、位置
ずれ測定用の各対向電極の配置方向はＹ方向である。
縦、横２次元で測定したいときは、この図１０（Ａ）と
同様のもので、その位置ずれ測定用対向電極の配置方向
がＸ方向のものを追加する。

【００４０】図１１に示したものは、対向面積を増やす
ことで、位置ずれに対する感度（静電容量の変化量）を
増加させたものである。同図（Ａ）の例は、対向電極ｒ
₁₁，ｒ₁₂の縁ｈ₁₁，ｈ₁₂を通るラインＬＮが、単純に斜
行しているもの、また同図（Ｂ）は、対向電極ｒ₁₃，ｒ
₁₄の縁を通るラインＬＮが、山形に斜行しているもので
ある。これらの上に誘電体パターンｍ₁₁，ｍ₁₂が配置さ
れる。対向電極ｒ₁₁〜ｒ₁₂と誘電体パターンｍ₁₁、或い
は対向電極ｒ₁₃，ｒ₁₄と誘電体パターンｍ₁₂の位置関係
は、対向電極１１，１２と誘電体パターン２１との関係
に同じである。なお、これら対向電極ｒ₁₁〜ｒ₁₂及び誘
電体パターンｍ₁₁等のコンデンサを、図１０と同様、複
数段のものとすると一層効果的である。また２次元の位
置ずれを測定したいときは、図１０のときと同様、その
位置ずれ測定用対向電極の配置方向を９０度回転したも
のを追加する。

【００４１】《製造誤差の吸収法》半導体装置では製造
上種々のばらつきが出る。勿論これを少なくすべくプロ
セスが管理されており、またそれを少なくすべく新たな
努力が為されている。従ってこれらを考慮しなくても十
分に発明は実施出来る。しかし以下に説明する較正回路
を付加すると、この影響が簡単に軽減でき、発明の効用
が高まる。コンデンサの静電容量に影響を及ぼす製造ば
らつきとして、例えばメタル配線の線幅がある。これ
は、位置ずれ測定用対向電極１１，１２間の距離ｄに影
響を与える。対向部分の幅Ｌにも影響を与える。メタル
配線の膜厚Ｔは対向面積に影響を与える。ほかに位置ず
れ測定用誘電体パターン２１の幅の誤差等も測定に影響
する。層間絶縁膜の膜質変化も比誘電率εr に影響を与
える。

【００４２】較正回路は、基本的には今まで説明してき
たコンデンサと同様の構造である。ただ、位置ずれによ
っては静電容量が変化しないように、ここでは位置ずれ
の最大値を見越した分だけ、位置ずれ測定用対向電極又
は位置ずれ測定用誘電体パターンの一方の面積を四方に
拡大している。製造のバラつきはこの較正回路にも及
ぶ。位置ずれの影響は出ないようにされているから、こ
の較正回路の静電容量を計測して、静電容量が本来の大
きさと違っていれば、それは製造ばらつきによるもので
ある。

【００４３】図１２に、このような較正回路を付加した
第３の実施の形態例を示す。この実施の形態例は、ここ
でいう較正回路を、図８に示す第２の実施の形態例に付
加したものである。図の上部の出力端子６１、接続線６
２、較正用対向電極７１，７２、接続線７３、較正用誘
電体パターン８１がここで新たに付加されたものであ
る。他は第２の実施の形態例と同一である。同じものに
同じ符号を付し、説明を略す。

【００４４】較正用対向電極７１，７２は、その横幅を
位置ずれ測定用対向電極１１，１２等の横幅の二倍にし
たものである。それ以外はこれらと同一寸法である。対
向電極間の距離ｄも同じである。そして位置ずれ測定用
対向電極１１，１２と同じ層に形成される。較正用誘電
体パターン８１は、位置ずれ測定用誘電体パターン２１
等と同一寸法であり、位置ずれ測定用誘電体２１と同じ
層に形成される。但し、位置ずれ測定用誘電体パターン
２１と異なり、較正用対向電極７１，７２の中央に位置
するように配置され、その全部が較正用対向電極７１，
７２に掛かるようにされている。これによりこの較正用
誘電体パターン８１は、位置ずれが生じても対向電極７
１，７２の上から外れない。なお出力端子６１も出力端
子５１等と同一寸法であり、同じ層に配置される。較正
用対向電極７１が接続線６２によってこの出力端子６１
に接続され、較正用対向電極７２が接続線７３によって
接続線５４に接続される。

【００４５】対向電極７１，７２及び誘電体パターン８
１が較正回路を成す（符号９１）。誘電体パターン８１
は、その全部の長さＬが対向電極７１と７２との間に進
入する。従って較正回路９１は、対向電極１１，１２で
形成されるコンデンサの、位置ずれ無しのときの値の丁
度２倍の静電容量を持つ。この較正回路９１の静電容量
は、出力端子５１，６２に針状のプローブを当てて計測
する。

【００４６】較正回路９１の働きを説明する為、先に、
位置ずれ測定用の方のコンデンサの静電容量が、製造誤
差によりどのように変化するかを説明する。（位置ずれ
測定用の方のコンデンサ→横位置ずれ測定用の対向電極
１１，１２及び誘電体パターン２１の組合わせ、又は縦
位置ずれ測定用対向電極３１，３２及び誘電体パターン
４１の組合わせ。）これら横、縦それぞれの位置ずれ測定用コンデンサの静
電容量をＣny，Ｃntとすると、Ｃny＝△Ｃn （横位置ずれ）＋Ｃ₀(SiO₂) ＋Ｃ(SiO₂ 誤差) ＋Ｃ₀(non SiO₂) ＋Ｃ( 配線誤差) ・・・式（４）Ｃnt＝△Ｃn （縦位置ずれ）＋Ｃ₀(SiO₂) ＋Ｃ(SiO₂ 誤差) ＋Ｃ₀(non SiO₂) ＋Ｃ( 配線誤差) ・・・式（５）である。但し、ｎ：夫々のパラメータに付する添字。或る
位置ずれ状態ｎのときの当該パラメータを表わす。ｎ＝
０は位置ずれ量ゼロの理想位置を示す。Ｃ₀(SiO₂) ：Ｃ₀ が位置ずれ量ゼロのときの静電容
量を示しており、このＣ₀(SiO₂) は、誘電体パターン２
１又は３１が掛かる部分の、対向電極１１，１２又は３
１，３２間の静電容量Ｃ₀(non SiO₂) ：同じく誘電体パターン２１等が無い部
分の、対向電極１１，１２等の間の静電容量Ｃ(SiO₂ 誤差) ：層間絶縁膜（誘電体パターン２１（３
１））の製造誤差による静電容量の誤差量Ｃ( 配線誤差) ：メタル配線層（対向電極１１，１２又
は３１，３２）の製造誤差による静電容量の誤差量 △Ｃn(縦位置ずれ) ：縦方向の位置ずれが発生した場合
に発生する静電容量の変化量。変化量とは理想位置（位
置ずれがゼロ）で得られる静電容量との差分 △Ｃn(横位置ずれ) ：横方向の位置ずれが発生した場合
に発生する静電容量の変化量

【００４７】位置ずれに対する静電容量の変化を把握す
るには、上記式（４）及び式（５）から解るように、製
造誤差による静電容量の変化分Ｃ(SiO₂ 誤差) とＣ( 配
線誤差) とを取り除けば良い。較正回路９１の静電容量
がこの為に利用される。これを式で表わすと、Ｃstd ＝２・(Ｃ₀(SiO₂) ＋Ｃ(SiO₂ 誤差)) ＋２・(Ｃ₀(non SiO₂) ＋Ｃ( 配線誤差)) ・・・式（６）である。但し、Ｃstd ：較正回路９１の静電容量Ｃ₀(SiO₂) ：誘電体パターン８１が進入している部
分についての対向電極７１，７２間の静電容量Ｃ₀(non SiO₂) ：誘電体パターン８１が無い部分につい
ての対向電極７１，７２間の静電容量である。（他は前述したものと同様）。

【００４８】式（６）の右辺は、係数「２」を取ると、
式（４）或いは式（５）の右辺の第２項以降の内容に等
しい。そこで式（４）或いは式（５）の右辺の第２項以
降にこの値１／２Ｃstd を代入する。Ｃnt＝△Ｃn （縦位置ずれ）＋１／２Ｃstd ・・・式（７）Ｃny＝△Ｃn （横位置ずれ）＋１／２Ｃstd ・・・式（８）となる。整頓すると、 △Ｃn （縦位置ずれ）＝１／２Ｃstd −Ｃnt ・・・式（９） △Ｃn （横位置ずれ）＝１／２Ｃstd −Ｃny ・・・式（10）である。

【００４９】即ち較正回路９１の静電容量Ｃstd を測定
し、その２分の１の値から位置ずれ測定用のコンデンサ
の静電容量を差し引けば、位置ずれによる静電容量の変
化分が求められる。この変化分を示すグラフは図６から
求められる。即ち図６に於て、横軸上の「位置ずれ０」
の点から上方に垂直線を伸ばし、図６のグラフと交わる
点ｐｎを求める。これを新たな原点とする。これに式
（９）或いは（10）で求めた△Ｃn （縦位置ずれ）或い
は△Ｃn （横位置ずれ）を当て嵌める。これで縦或いは
横方向の位置ずれが求められる。実際には、この処理は
マイクロコンピュータで実行できる。

【００５０】なお各実施の形態例では、各対向電極、各
誘電体パターンを四角に形成した。こうすると、位置ず
れと静電容量の関係が１次関数の形になり処理しやす
い。しかし位置ずれと静電容量の関数は実測で捉えられ
るものである。従ってこれに拘泥せず、形状を自由にア
レンジして良い。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、１．画像処理による位置ずれ測定法を採用していないた
め、メタル配線の表面状態が荒れていても、測定精度が
低下しない。光学的な分解能にも制限されず、次世代以
降の半導体装置にも十分対応出来る。２．較正回路を付加すれば、線幅ばらつき、膜質変化、
膜厚ばらつきなど、製造ばらつきの影響が排除出来る。３．コンデンサを複数段にしたり、或いは対向電極の端
部を斜行させるなどして、位置ずれに対する誘電体パタ
ーンの対向電極への掛かり量の変化の比率を大きくすれ
ば、更に測定感度を高めることができる。このことは、
テスターの簡素化、ノイズに対する耐性の向上をもたら
す。４．感度、即ち位置ずれに対する誘電体パターンの掛か
り量の変化の比率を個々の半導体装置の特性に合わせて
調節出来る。従って個々の半導体装置の特性に合わせた
感度で位置ずれの測定、補正が出来る。５．従来の画像処理の如く複雑な演算を要しない。従っ
て処理時間も短くなり、テスターの構成も簡単になる。
測定器コスト及びランニングコストの削減も期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態例の全体を示す平面図
（Ａ）、１ショット分を表わす平面図（Ｂ）、及び位置
ずれ測定用対向電極及び誘電体パターン等を示す平面図
（Ｃ）。

【図２】図１（Ｃ）のＡ−Ａ´線で切断した位置ずれ測
定用対向電極及び誘電体パターン等を示す断面図（見や
すくする為、誘電体パターン２１以外はハッチング省
略）。

【図３】位置ずれ測定用対向電極及び誘電体パターンを
示す斜視図。

【図４】位置ずれ測定用対向電極及び誘電体パターンを
示す回路図。（Ａ）は全体を、（Ｂ）は詳細を示す。

【図５】位置ずれの例を示す平面図。（Ａ）は位置ずれ
測定用誘電体パターンが右に、（Ｂ）はその反対にずれ
ている例を示す。

【図６】位置ずれ測定用誘電体パターンの位置ずれ量と
静電容量の関係を示すグラフ。

【図７】２次元の位置ずれを測定する為、配置方向を異
にして複数の測定用対向電極及び誘電体パターンを配置
した例を示す平面図。

【図８】図７に示す構成の具体的パターン例を示す平面
図。

【図９】位置ずれ測定用対向電極及び誘電体パターンの
形成手順例を示す断面図（図２と同様に層間絶縁膜ｂま
たは誘電体パターン２１以外ハッチング省略）。

【図１０】感度を上げる為、測定用対向電極及び誘電体
パターンを同じ配置方向で複数組配置した例を示す。
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は回路図。

【図１１】感度を上げる為、測定用対向電極の端部を斜
行させた例を示す。（Ａ）は単純な斜行例、（Ｂ）は山
型に斜行させた例を示す平面図。

【図１２】製造バラつきを反映させる為、較正用対向電
極及び誘電体パターンを付加したパターン例を示す平面
図。

【図１３】従来の光学的位置ずれ測定に使用されるボッ
クスマークの例を示す。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図（ハッチング省略は図２と同様）、（Ｃ）はボックス
マークの内縁１０７が荒れた状態を示す平面図。

【図１４】表面層及び中間層に夫々形成された導電体パ
ターンＰ₁ とＰ₂ 間の静電容量から、相互の位置ずれを
測定するという従来の手法を示す。（Ａ）は表面層を示
す平面図、（Ｂ）は中間層を示す平面図、（Ｃ）は位置
ずれの状態を示す断面図。

【符号の説明】

１１，１２位置ずれ測定用対向電極（横ずれ測定用）２１位置ずれ測定用誘電体パターン（横ずれ測定用）３１，３２位置ずれ測定用対向電極（縦ずれ測定用）４１位置ずれ測定用誘電体パターン（縦ずれ測定用）ａ導電体層ｂ誘電体層（層間絶縁膜）３実回路 ln 位置ずれ測定用誘電体パターンが位置ずれ測定用対
向電極に掛かる量Ｘ，Ｙ配置方向７１，７２較正用対向電極８１較正用誘電体パターンｈ₁₁〜ｈ₁₄ 位置ずれ測定用対向電極の端部ＬＮ位置ずれ測定用対向電極の端部を通るライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電体層と誘電体層とが積層される半導
体装置に於て、前記導電体層は所要の実回路と、それと
同時に形成される位置ずれ測定用対向電極とを備え、前
記誘電体層は所要の実回路と、それと同時に形成され且
つその一部が前記対向電極に掛かる位置ずれ測定用誘電
体パターンとを備え、前記位置ずれ測定用パターンの前
記位置ずれ測定用対向電極に掛かる量は、前記導電体層
と前記誘電体層との間の位置ずれに対応して変化するこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記位置ずれ測定用対向電極とそれに掛
かる位置ずれ測定用誘電体パターンとが、配置方向を異
にして複数組配置されていることを特徴とする請求項１
記載の半導体装置。
【請求項３】導電体層と誘電体層とが積層される半導
体装置に於て、前記導電体層は所要の実回路と、それと
同時に形成される位置ずれ測定用対向電極及び較正用対
向電極とを備え、前記誘電体層は所要の実回路と、それ
と同時に形成され、その一部が前記対向電極に掛かる位
置ずれ測定用誘電体パターン、及びその全部が前記較正
用対向電極に掛かる較正用誘電体パターンとを備え、前
記位置ずれ測定用パターンの前記位置ずれ測定用対向電
極に掛かる量は、前記導電体層と前記誘電体層との間の
位置ずれに対応して変化し、前記位置較正用パターンの
前記較正用対向電極に掛かる量は、前記導電体層と前記
誘電体層との間の位置ずれに対応しては変化しないこと
を特徴とする半導体装置。
【請求項４】前記位置ずれ量の変化に対する前記位置
ずれ測定用パターンの前記位置ずれ測定用対向電極へ掛
かる量の変化の比率が、１より大きいことを特徴とする
請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】前記位置ずれ量の変化に対する前記位置
ずれ測定用パターンの前記位置ずれ測定用対向電極へ掛
かる量の変化の比率が、１より大きいことを特徴とする
請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】前記位置ずれ量の変化に対する前記位置
ずれ測定用パターンの前記位置ずれ測定用対向電極へ掛
かる量の変化の比率が、１より大きいことを特徴とする
請求項３記載の半導体装置。
【請求項７】前記位置ずれ測定用対向電極と前記位置
ずれ測定用誘電体パターンとが配置方向を同じにして複
数組配置され並列接続されることで、前記比率が１より
大きくされていることを特徴とする請求項４記載の半導
体装置。
【請求項８】前記位置ずれ測定用対向電極と前記位置
ずれ測定用誘電体パターンとが配置方向を同じにして複
数組配置され並列接続されることで、前記比率が１より
大きくされていることを特徴とする請求項５記載の半導
体装置。
【請求項９】前記位置ずれ測定用対向電極と前記位置
ずれ測定用誘電体パターンとが配置方向を同じにして複
数組配置され並列接続されることで、前記比率が１より
大きくされていることを特徴とする請求項６記載の半導
体装置。
【請求項１０】前記位置ずれ測定用対向電極の夫々の
端部を通るラインが前記位置ずれ測定用対向電極の配置
方向に対し斜行していることを特徴とする請求項４記載
の半導体装置。
【請求項１１】前記位置ずれ測定用対向電極の夫々の
端部を通るラインが前記位置ずれ測定用対向電極の配置
方向に対し斜行していることを特徴とする請求項５記載
の半導体装置。
【請求項１２】前記位置ずれ測定用対向電極の夫々の
端部を通るラインが前記位置ずれ測定用対向電極の配置
方向に対し斜行していることを特徴とする請求項６記載
の半導体装置。