JPS62203340A - フオトリソグラフイの精度測定パタ−ン - 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〕 本発明は、半導体装置の製造工程におけるフォトリソグ
ラフィプロセスでのマスク合せの精度、あるいはサイド
エッチの量を電気的ビ測定するフォトリソグラフィの精
度測定ノぞターンに関するものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路は、周知のように何枚ものマスクパター
ンをフォトリソグラフィにより重ね合せ、写真蝕刻処理
することにより製造される。この何枚ものマスクパター
ンｆｔ精度良く位置合せし、更ｌｌ′ｉ：精度良くエツ
チングすることは、高性能の集積回路を高歩留りで得る
為に必要不可欠の作業となっている。ところで、この位
置合せ精度やエツチング精度はフォトリンゲラフィブロ
セスに用いるマスクアライナ−、ガラスマスク、及びエ
ツチング装置等の装置能力や設定作業条件により決定さ
れる。そこで半導体集積回路の製造においては、各装置
に脅せた適切な作業条件を設定すること、またこれらの
装置能力に合せた最適回路パターンを設計することが必
要な事項となっている。

以下、第５図に基き従来の測定パターンを説明する。同
図において、２１は予め基板に形成された第１のパター
ンであり、２２は次のフォトリソグラフィで焼き付けら
れたレジストパターン、また２２ａはレジストパターン
２２をマスクとじてエツチングにより形成された８４！
２のパターンヲ示している。ここにおいて、同図（ａ）
はマスク合せ精度が良く、合せずれが零の理想状態の場
合を、また同図色）は水平方向（図中、矢印の方向）へ
のマスクずれ及びサイドエッチの生じた場合を夫々示し
たものである。

従来はこのようなパターンを用いて、同図（ｂ）にを計
算することによりマスク合せのずれの量を、また同図（
ａ）でのレジスト寸法ＷＲと同図（ｂ）での寸法よりサ
イドエツチングの量請求めていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した従来の測定パターンでは、マス
ク合せ精度の測定やサイドエッチ量の測定は顕微鏡によ
る目視検査を行わなければならず、時間がかかるという
問題があった。

従って、本発明は上述した問題を解消し、電気的測定に
よシ時間をかけずに効率良く、しかも高精度の測定がで
きるフォトリソグラフィの精度測定パターンを提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るフォトリソグラフィの精度測定ノ々ターン
は、半導体基板上に形成された複数列の短冊状不純物領
域（短冊パターン）と、この短冊パターンを覆う絶縁層
にてこの短冊パターンの一端の基準位置及び他端でこの
基準位置から短冊パターン毎に距離が変わる位置に夫々
開口された第１及び第２のコンタクトホールと、上記第
１のコンタクトホールとは上記短冊パターン毎に接続す
るように形成された第１の配線と、上記第２のコンタク
トホールの少なくとも１つと接続されると共に上記短冊
パターンと直角方向に形成された第２の配線とを１組以
上具備するものである。

〔作　用〕 この発明によれば、フォトリソグラフィのｊｉ’ｉ　Ｗ
測定パターンを以上のように構成したので、第２のコン
タクトホールと第２の配線がコンタクトする位置の短冊
パターンにおいて、第１及び第２の配線間では導通やそ
のコンタクト状況に応じた抵抗値が得られ、また第２の
コンタクトホールと第２の配線との間のコンタクトがな
い位置の短冊バターンにおいては、第１及び＠２の配線
間は非導通となる。従って、短冊パターン毎の導通、非
導通、あるいは抵抗値変化を追う事によってマスク合せ
精度やサイドエッチ量を電気的に検知できる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第４図に基いて、本発明の各実施例
を詳細に説明する。第１図は第１の実施例の平面図であ
る。同図において、Ｐ型の半導体基板１１を酸化し、次
にフォトリソグラフィによりパターニングを施してｊカ
定間隔を有する複数列の短冊状の開口部（図示せず）を
形成する。次いで、各開口部にＮ型拡散を行９ことによ
り複数列の短冊状不純物領域＜　Ｎ＋ａ、短冊、ｕター
ン〕１２を形成する。その後、各短冊パターンとの接続
を図る為に両端近傍に第１のコンタクトホール１３、及
び第２のコンタクトホール１４を夫々形成する。

勿論、短冊パターン１２の第１及び第２のコンタクトホ
ール１３，１４以外の表面は絶縁層（図示せず）で覆わ
れている。

ここにおいて、第１のコンタクトホール１３は各短冊パ
ターン１２の一端近傍の基準位置に配置され、一方第２
のコンタクトホール１４は他端近傍にて第１のコンタク
トホール１２からの距離が０．５μｍずつ変化するよう
に配置されている。

以下、各短冊ツクターン１２に列記号を付し、マスク合
せ精度の測定について説明する。中央に位置する短冊ノ
々ターンを鳩、この短冊パターン霜から第１図の右の方
へ遠くなる短冊パターンをＭｌ。

盾、・・・Ｍｌ　、・・・とじ、左方向へ遠くなる短冊
パターンをＭ−１、Ｍ−２、・・・とする。中央の短冊
パターンＭ。

における第１及び第２のコンタクトホール１３゜１４間
の距離ＬｏｖＣ対し、短冊パターンｈからＭｎ方向へ行
くに従って第２のコンタクトホール１４は第１のコンタ
クトホール１３に対して０．５μｍずつ距離が離れ、逆
に短冊パターンＭ−ｉ　、　Ｍ−２・・・方向へ行くに
従って第２のコンタクトホール１４は第１のコンタクト
ホール１３（で対し０．５μｍずつ近づいて配置されて
いる。この場合、各第１のコンタクトホール１３は各短
冊パターン１２の長さ方向と直交する同一直線上に配置
され、位置ずれかないものとする。

各短冊パターン１２の第１のコンタクトホール１３は、
各短冊毎に接続されるようにＭ等の金属層から成る第１
の配線１５で覆われている。この第１の配線１５は、第
１のコンタクトホール１３に位置ずれがあってもこれを
十分カバーするように形成されている。また、第２のコ
ンタクトホール１４の少なくとも１つと接続されるＭ等
の金属層から成る第２の配線１６は、各短冊パターン１
２の長さ方向に対し直角方向に形成される。ここで配線
幅は短冊パターン１２の幅と＋ａｔ−程度で良い。

なおこの場合、配線パターンの合せずれが零のトキ短冊
パターン焉の第２のコンタクトホール１４とオンライン
となるようＩｃ第２の配線１６をパターニングして配置
する。

上記構成のパターンを用いて電気的測定を行う。

即ち、各短冊パターン１２毎に第１及び第２の配線１５
．１６を端子として抵抗値を測定すると、マスク合せの
ずれが零の時、短冊パターン−ての抵抗値は第１のコン
タクトホール１３と第１の配線１５とのコンタクト部の
端から第２のコンタクトホール１４と第２の配線１６と
のコンタクト部の端の距離り。で決定される値を示す。

また第１及び第２のコンタクトホール１３，１４間の距
離力０．５μｍずつ短くなっている短冊パター７　Ｍ−
１、Ｍ−２・・・にオイては、例えば短冊パターンＭ−
２でハコンタクトホール間の距離には依らず第２の配線
１６までの距離で抵抗値が決まり、結果として短冊パタ
ーンにの抵抗値と一致する。更に短冊パターンに、隔、
・・・＋　Ｍｎ　＋・・・においては、コンタクトホー
ル間の距離が０．５μｍずつ長くなる分だけ抵抗値が高
くなる。

これをプロットしたものを第２図に実線で示す。

また第１図において、コンタクトノミターンに対して配
線パターンの合せずれがＹ軸圧方向１ｃ１μｍずれると
、各短冊バｌ−ン１２位置に対する抵抗値変化は第２図
の点線で示す如くとなる。従って、第２図における変化
点■や■を知ることによりマスク合せのずれ址ヲ知るこ
とができる。

次に第３図を基に、第２の実施例を説明する。

同図において、・・・、　Ｍ−２、Ｍ−１、ＭＯ，Ｍｌ
、隅、・・・は短冊パターン１２の列記号を示す。また
、第１図との相当個所には同一符号ヲ付しである。そし
てこの実施例では、瀉２の配線１６が中央部の短冊パタ
ーン焉の第２のコンタクトホール１４の内方エッヂとオ
ンラインで接する構成とされている。更に第１及び第２
のコンタクトホール１３，１４ｒｔｌの距離は、短冊パ
ターンＭ−２、Ｍ−１＋　Ｍｏ　ｒ　Ｍｉ　＋　Ｍｓ　
・”方向へ行くに従って０．１μｍのピッチで長くなる
ように構成されている。

以下、マスク合せのずれ槍の測定方法について説明する
。本実施例では各短冊パターン１２において、第１及び
第２の配線１３．１４間の導通（信号Ｈ）、非導通（信
号Ｌ）１に検出することによシ、ノミターンのずれ址を
測定するものでらる。

例えば、同図（ａ）に示す様にパターンの会せずれが零
の時、短冊パターン・・・、　Ｍ−２、Ｍ−１では信号
”　Ｈ”が検出され、短冊パターンＭｏ　、　Ｍｌ、　
Ｍ２．・・・では信号“Ｌ＃が検出されるので、信号の
変化は短冊パターンＲＬ１と鳩との間となる。しかしな
がら、同図色）の実線で示すように配線パターンにずれ
が発生すると、短冊パターン・・・Ｍ−２，Ｍ−１で信
号は”Ｈ”、またＭｌ、　Ｍ２＋・・・では”Ｌ”と検
出され、信号の変化は短冊パターン鵬とＭ、となシ１吉
号の変化位置は短冊パターン１２１個分石へ移動する。

従ってパターンのずれは％Ｙ軸正正方向０．１μｍと測
定される。

このように本実施例では、マスク合せ、哨度を上述した
＠１の実施例のように抵抗値変化のアナログ信号に代っ
て、“Ｈ″、“Ｌ”のディジタル信号に基いて測定する
ものである。この為、信号処理が容易となると共に第１
及び第２の配線１５．１６にはＭ等の金属に比べ抵抗値
が大きいポリシリコン等の全ての配線材料の適用が可能
となるので、多層配線の半導体装置の全ての配線工程に
おけるマスクずれ全検出し測定することができる。

更に第４図に基き、第３の実施例を説明する。

本実施例では、複数列の短冊パターン１２を中心線１７
に対しミラー対称となるように上下２枚に配置する構成
としている。同図において、・・・Ｍ−２゜Ｍ−１、Ｍ
ｉ３　、　Ｍｌ、　Ｍ２　、−及び”’　Ｎ−２ｒ　Ｎ
−１＋　Ｎｏ　＋　Ｎｌ　ｒ　Ｎ２・・・は上段及び下
段の各短冊パターン１２の列記号であり、短冊パターン
Ｍｉには短冊パターンＮｉが対応している。また第１図
との相当個所には同一符号を付しである。

そして中心線７側の第２のコンタクトホール１４は、基
準位置に配される第１のコンタクトホール１３からの距
離が０．１μｍピッチで変化するように配置されている
。同図にてコンタクトホール間の距離は、短冊パターン
Ｍ”１　＋　ＭＯ＋　Ｍｔ　＋　Ｋ・・・方向へ行くに
従って０．１μｍピッチで短くなっている。また、上下
にて中心線１７側の第２の配線１６は、上下の中央部に
位置する短冊パターンＭｏ　、　Ｎｏの第２のコンタク
トホール１４の各外方ニップとオンラインで接するよう
配置されている。

以下、このパターンを用いたフォトリソグラフィの精度
測定方法について述べる。同図〔ａ）は、マスク合せず
れ量及びサイドエッチ量が零の時のパターン配置を示し
ている。このパターンにおいて、上段の第１及び第２の
配線１５．１６間の導通をＮ−ｏｏ側の短冊パターンか
らチェックして行くと、Ｍ−１までは導通が得られ検出
信号′″Ｈ＃が出力され、論からは非導通となり信号″
″Ｌ’が出力されるので、検出信号の変化は鳩で生ずる
。下段の場合もＩｎ２様にして、Ｎｏから非導通となり
この点で検出信号が変化する。以上が理想的な状態であ
る。

次にＹ軸止方向に０．２μｍの合せずれがあシ、仮にサ
イドエッチ量が零とすると第１及び第２の配線１５．１
６は同図（ｂ）の破線で示す位置に形成される。この場
合、検出信号が′Ｈ″から”Ｌ”に変わる点は上段では
論から鳩へと右方向に２つ移動し、下段ではＮｏからＮ
−、へと２つ移動する。更に０．１μｍのサイドエッチ
量が生ずると、配線パターンは同図色）の実線で示す如
くとなり、検出信号が“ＨＩＩから”Ｌ＃に変わる点は
上段及び下段の両短冊パターン列とも今度は左方向へ１
つずつずれる。即ち、＆１ｌ−ｊ：ぬへ、Ｎ−２はＮ−
８へとずれる。

このように、合せずれは検出信号の変化点の動きが上段
と下段の短冊パターン列では逆方向に、またサイドエッ
チ量は同方向にずれることから、（上段の位置−下段の
位置）÷２、第４図では（（＋１　）−（−３’）　ｌ
÷２＝２がマスク合せのずれ量を、また中心点−（上段
の位置＋下段の位置）÷２、第４図ではＯ−（（＋１　
）＋（−３）　）÷２＝１がサイドエッチ量を表わす。

これらの各位に第２のコンタクトホール１４のピッチｉ
ｔ　（＝　０．１μｍ）を乗することにより、実際の各
量を把握できる。

以上のように、第３の実施例は前述した第２の実施例の
場合と同様、フォトリソグラフィの積度Ｕ１１１定をデ
ィジタル検知で行う為、信号処理が容易となると共に全
ての配線材料のパターンを測定対象にできる。またマス
ク合せのずれ址及び配線パターンのサイドエッチｆｔ−
分離して検出できる為、フォトリソグラフィの精度を正
確に測定できると共に、マスク合せ装置の性能に加えエ
ツチング装置の性能をも検知することが可能となる。な
お、本笑施例では上述した第２の実施例に準じたパター
ンの２つを組とし友・クターン対を例にとったが、抵抗
値変化に基くアナログ検知で測定を行う第１の実施例の
パターン対でも良い、 また、上述した各実施例で述べた各パターンを半導体基
板上のＸ、Ｙ両軸方向に沿って配置することも勿論可能
であシ、この場合ずれ址あるいはサイドエッチ量を各軸
方向に対しても知ることができる。

そして、上述したパターンをマスク合せ装置あるいはエ
ツチング装置の性能測定に用いる場合、上記第２のコン
タクトホール１４はフォトリソプロセスにおける分解能
の限界に近いピッチを以って形成する。この場合、短冊
パターン１２は数十〜数百本形成することが望ましい。

第２のコンタクトホール１４のピッチは装置の性能測定
の分解能を決定するものであり、ピッチ幅が細かい程測
定精匠が向上する。

更にロット毎の測定を行う為に、上述したパターンをス
キップＴＥＧに挿入する場合は、面積が限定されること
もあシ、半導体集積回路の製造プロセスにおける評価基
準に従う。即ち、マスクずれの許容範囲が０．５μｍ以
内であれば、０．５μｍ程度のピッチで第２のコンタク
トホール１４を設け、短冊パターン１２の配列数は３〜
５本程度に設定するのが好ましい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、第１及び
第２のコンタクトホールのパターンに対する第１及び第
２の配線のノぐターンのマスク合せのずれ量、及びサイ
ドエッチｉｔアナログ検知やディジタル検知で電気的に
測定できる為、マスク合せ精度及びサイドエッチ量を短
時間にしかも高精度で検知することができるという効果
がある。

また本発明のパターンを半導体基板内へ数個所電気的特
性を測定する為に入れるスキップＴＥＧに挿入すること
により、半導体集積回路の製造プロセスにおけるロット
毎の合せ４Ｗ度あるいはサイドエッチ量の測定を行う判
定用パターンとして適用できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明する要部平面図、
第２図は同第１の実施例における短冊パターン位置によ
る抵抗値変化の説明図、第３図は本発明の第２の実施例
を説明する要部平面図、第４図は本発明の第３の実施例
を説明する要部平面図、また第５図は従来例を説明する
要部平面図である。 １１・・・半導体基板（Ｐ型）、１２・・・短冊状不純
物領域（Ｎ゛１型、短冊パターン）、１３・・・第１の
コンタクトホール、１４・・・第２のコンタクトホール
、１５・・・第１の配線、１６・・・第２の配線、１７
・・・中心線。 第　１　図 Ｍ−２Ｍ−Ｉ　ＭＯＭＩ　　Ｍ２　ＭＢ曇豆冊八へター
ンのイ狂工 千Δ、用）ハ・ターンａ言」１は引色キ氾イ虐、愛イ乙
／）汐り叩口第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体集積回路の製造工程での配線パターンの精
   度を測定するフォトリソグラフィの精度測定パターンに
   おいて、半導体基板に所定間隔を以つて形成された複数
   列の短冊状不純物領域と、この短冊状不純物領域を覆う
   絶縁層を肩し、各短冊状不純物領域の一端の基準位置の
   上記絶縁層に開口された第１のコンタクトホール及びこ
   の短冊状不純物領域の他端の、上記基準位置と短冊状不
   純物領域毎に距離が変わる位置の同絶縁層に開口された
   第２のコンタクトホールと、上記短冊状不純物領域毎に
   上記第１のコンタクトホールを覆って接続するように形
   成された第１の配線と、上記第２のコンタクトホールの
   少なくとも１つと接続されると共に上記短冊状不純物領
   域の長さ方向と直交して形成された所定幅を有する第２
   の配線とを１組以上具備させた事を特徴とするフォトリ
   ソグラフィの精度測定パターン。
2. （２）上記複数列の短冊状不純物領域、第１のコンタク
   トホール、第２のコンタクトホール、第１の配線及び第
   ２の配線とを１組具備させると共に、上記第２の配線は
   上記複数列の短冊状不純物領域のうち中央部の短冊状不
   純物領域の第２のコンタクトホールの内方エッヂに接し
   てこれと接続されるように形成した事を特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載のフォトリソグラフィの精度
   測定パターン。
3. （３）上記複数列の短冊状不純物領域、第１のコンタク
   トホール、第２のコンタクトホール、第１の配線及び第
   ２の配線とを１組具備させると共に、上記第２の配線は
   上記複数列の短冊状不純物領域のうち中央部の短冊状不
   純物領域の第２のコンタクトホールと内方または外方エ
   ッヂで接するように形成した事を特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載のフォトリソグラフィの精度測定パ
   ターン。
4. （４）上記複数列の短冊状不純物領域、第１のコンタク
   トホール、第２のコンタクトホール、第１の配線及び第
   ２の配線とを２組具備させると共に、各組のパターンが
   ミラー対称となるよう２枚に形成した事を特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載のフォトリソグラフィの精
   度測定パターン。
5. （５）上記複数列の短冊状不純物領域、第１のコンタク
   トホール、第２のコンタクトホール、第１の配線及び第
   ２の配線とを２組具備させると共に、各組のパターンを
   Ｘ軸及びＹ軸方向に沿つて直角に配置するように形成し
   た事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のフォ
   トリソグラフィの精度測定パターン。