JP2824318B2 - 重ね合わせ精度及び寸法精度の評価方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体集積回路装置の製造工程などにお
ける写真製版技術及びエッチング技術を適用した微細パ
ターン形成時において、その重ね合わせ精度及び寸法精
度を検査し評価する重ね合わせ精度及び寸法精度の評価
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、基板上の導電性の下地パターンと、その上の感
光性樹脂膜（以下レジストという）に形成する所望のマ
スクパターンとの重ね合わせ精度を評価する方法として
は、第７図に示すようなバーニア法と呼ばれる方法が用
いられ、ピッチの異なる評価用パターンを転写すること
により、目視検査で重ね合わせ誤差を読み取っていた。

一方、下地パターン上のレジストに形成した所望のマ
スクパターンの寸法精度を評価する方法としては、実際
の所望のマスクパターンと同じ工程で形成したモニタ用
パターンの寸法の測定により、寸法精度を評価してい
た。

ところで、重ね合わせ精度の評価方法であるバーニア
法について詳述すると、第７図に示すように、実際のデ
バイスパターンとは別に、誤差読み取り専用の基板１上
に、一定の幅Ｌの５個の第１パターン2a,2b,2c,2d,2eを
形成し、これら各第１パターン2a〜2e上に、各第１パタ
ーン2a〜2eに対し所定量ｐずつずらして一定幅ｌの第２
パターン3a,3b,3c,3d,3eを形成する。

このとき、第２パターン3a〜3eの各第１パターン2a〜
2eに対する位置ずれ量ｐは（Ｌ−ｌ）/5となり、実際に
要求される精度に応じた値に設定される。

そして、実際のデバイスにおける下地パターンと所望
のマスクパターンとの位置関係が第７図に示す基板１上
の各パターンのいずれかに一致しているかを目視により
見つけ、第７図の各パターンのうちで１カ所最も左右均
等なパターン2c,3cの位置関係を基準として、例えばこ
れからわずかにずれた位置関係にあるパターン2b,3b又
はパターン2d,3dに一致していれば、重ね合わせ誤差が
ｐ（＝Ｌ−ｌ）/5）であると判断し、パターン2a,3a又
はパターン2e,3eに一致していれば、重ね合せ誤差が２
・ｐであると判断し、実際のデバイスのパターンが第７
図の各パターンの位置関係のいずれに相当するかによっ
て重ね合わせ誤差を判断し、実際の下地パターンとマス
クパターンとの重ね合わせ誤差が許容範囲内か否かを評
価している。

つぎに、寸法精度の評価方法について詳述すると、実
際のデバイスの下地パターン上のレジストに転写される
マスクパターン、及びこれと同一寸法のモニタ用パター
ンをレジストに同時に転写し、転写したモニタ用パター
ンを第８図に示すようにモニタ用基板４上にパターニン
グし、レジストに転写したモニタ用パターン自体の寸
法、或いは基板４上にパターニングして得られたパター
ン５の寸法を、光学的測定手法や電子ビーム等を用いた
測定手法などの周知の手法により測定し、設計値との誤
差を求めてマスクパターンの寸法誤差を評価している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の場合、重ね合わせ精度の評価と、寸法精度の評
価を別個の工程で行っており、設計上はこれらの精度評
価が互いに従属し合う場合があり、両精度評価を一つの
工程で行うことが可能であるにも拘らず両評価工程を別
々に行っているため、これら精度の総合的な評価処理に
長時間を要するという問題点があった。

ここで、重ね合わせ精度と寸法精度の評価が従属する
とは、重ね合わせ精度は下地パターンとマスクパターン
との相対的な位置関係で定まり、マスクパターンの寸法
や下地パターンの寸法の精度によって影響される場合が
あることを言い、例えば規格寸法よりも線幅の大きい下
地パターンに対し、規格寸法より線幅の小さいマスクパ
ターンが形成されると、重ね合わせ誤差は結果的に許容
範囲内に入る場合がある等を示す。

この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、重ね合わせ精度及び寸法精度の評価を、
導電性パターンの導通，抵抗値測定の結果に基づいて短
時間で行えるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る重ね合わせ精度及び寸法精度の評価方
法は、基板上の導電性の下地パターン上に形成された感
光性樹脂膜に写真製版技術を用いて転写された所望のマ
スクパターンと、前記下地パターンとの重ね合わせ精
度、及び前記マスクパターンの寸法精度を評価する重ね
合わせ精度及び寸法精度の評価方法において、前記下地
パターンと同一工程により、前記基板上の検証パターン
形成領域に導電性の第１の検証パターンを形成すると共
に、前記マスクパターンと同一工程により形成したモニ
タ用マスクパターンを用いて前記基板上の前記検証パタ
ーン形成領域に、直交する二辺からなる導電性の第２の
検証パターンを形成し、前記第２の検証パターンの両辺
それぞれの両側に前記第１の検証パターンを位置せし
め、前記第1,第２の検証パターン間の導通・非導通，前
記第２の検証パターンの抵抗値を測定することにより、
前記下地パターンと前記マスクパターンとの重ね合わせ
精度及び前記マスクパターンの寸法精度を評価すること
を特徴としている。

〔作用〕

この発明においては、第1,第２の検証パターン間の導
通・非導通，第２の検証パターンの抵抗値を測定し、両
検証パターンが導通或いは非導通であれば、実際の下地
パターンとマスクパターンとの重ね合わせ誤差がそれぞ
れ許容範囲内或いは許容範囲外であると評価され、第２
の検証パターンの測定抵抗値と設計値との誤差がどれく
らいであるかにより、実際のマスクパターンの寸法精度
が評価される。

このように、両検証パターンの導通・非導通及び第２
の検証パターンの抵抗値は一連の工程で測定できるた
め、従来のように重ね合わせ精度の評価と寸法精度の評
価とを別工程で行う必要がなく、評価処理が従来より短
時間で行える。

〔実施例〕

第１図はこの発明の重ね合わせ精度及び寸法精度の評
価方法の一実施例の概略を示す平面図、第２図は第１図
中のＡ−Ａ′線における断面図である。

第１図及び第２図に示すように、実際のデバイスパタ
ーンにおける基板上に形成される導電性の下地パターン
と同一工程により、同一の基板６上の検証パターン形成
領域に薄い絶縁膜７を介して導電性の第１の検証パター
ン8a,8b,8c,8dを形成すると共に、導電性の下地パター
ン上のレジストに転写された所望のマスクパターンと同
一工程により形成したモニタ用マスクパターンを用い
て、基板６上の検証パターン形成領域に直交する二辺9
a,9bからなる十字状の導電性の第２の検証パターン９を
形成する。

このとき、第２の検証パターン９の一方の辺9aの両側
に第１の検証パターン8a,8bが位置し、第２の検証パタ
ーン９の他方の辺9bの両側に第１の検証パターン8c,8d
が位置するように、各検証パターン8a〜8d,9を形成す
る。

そして、一連のデバイス形成プロセスの完了後に、検
証パターン形成領域が切断分離されて精度評価に供され
る。

また、第１図において、10は各第１の検証パターン8a
〜8dの一端に設けられた測定用パッドであり、11は第２
の検証パターン９の両辺9a,9bそれぞれの両端に設けら
れた測定用パッドである。

ところで、第１の検証パターン8a,8bの間隔は、例え
ば重ね合わせマージンを見込んだ値に設定されており、
他の第１の検証パターン8c,8dの間隔も同様であり、一
方第２の検証パターン９の両辺9a,9bは、例えば第１の
検証パターン8a〜8dの一連の形成工程において予め設け
たアライメントマークを基準にして位置合わせされてい
る。

つぎに、このような検証パターン8a〜8d,9を使った重
ね合わせ精度，寸法精度の評価方法について、第３図な
いし第６図に示すような種々のケースを例にとって説明
する。ここで、第３図ないし第６図の（ａ）図は一部の
平面図、（ｂ）図はそれぞれ（ａ）図の一点鎖線におけ
る断面図を示す。

まず、実際の下地パターンと所望のマスクパターンと
の重ね合わせ誤差が許容範囲内である場合、第３図に示
すように、第１の検証パターン8a,8bの間に第２の検証
パターン９の一方の辺9aが位置するため、辺9aと第１の
検証パターン8a,8bそれぞれとの間は非導通となり、辺9
aの両端間の抵抗値は所定値となる。

一方、重ね合わせ誤差が許容範囲内であれば、図示は
されていないが、第１の検証パターン8c,8dと第２の検
証パターン９の他方の辺9bとの位置関係は第３図と同様
になり、辺9bと第１の検証パターン8c,8dそれぞれとの
間は非導通となり、辺9bの両端間の抵抗値は所定値とな
る。

つぎに、実際の下地パターンと所望のマスクパターン
との重ね合わせ誤差が許容範囲を超える場合、第４図に
示すように、例えば第２の検証パターン９の辺9aが第１
の検証パターン8b方向にずれると、辺9aが第１の検証パ
ターン8bに重なるため、辺9aと第１の検証パターン8bと
が導通し、辺9aが第１の検証パターン8a方向にずれてい
る場合には、辺9aと第１の検証パターン8aとが導通し、
他方の辺9bが第１の検証パターン8c又は8d方向にずれて
いる場合には、辺9bと第１の検証パターン8c又は8dとが
導通する。

従って、第１の検証パターン8a,8bそれぞれと第２の
検証パターン９の辺9aとの導通・非導通、及び第１の検
証パターン8c,8dそれぞれと第２の検証パターン９の辺9
bとの導通・非導通を測定し、これらの測定の結果、す
べて非導通であれば、実際の下地パターンと所望のマス
クパターンの重ね合わせ誤差は許容範囲内にあると評価
でき、いずれかが導通であれば、実際の下地パターンと
所望のマスクパターンの重ね合わせ誤差は許容範囲を超
えていると評価でき、しかもどの検証パターンが導通し
ているかによって重ね合わせのずれ方向を特定できる。

また、予め第２の検証パターン９の両辺9a,9bそれぞ
れの抵抗値とその線幅との関係を予め求めておき、第３
図に示すように、重ね合わせ誤差が許容範囲内であると
きの両辺9a,9bそれぞれの抵抗値から、両辺9a,9bの線幅
を導出し、実際のマスクパターンの線幅を定量的に評価
することができる。

ところで、実際の下地パターン及びマスクパターンの
線幅が規格寸法よりも大きい場合、下地パターンの線幅
が大きくなると、第１の検証パターン8a〜8dそれぞれの
線幅が大きくなってそれらの間隔は逆に小さくなり、第
５図に示すように、例えば第２の検証パターン９の辺9a
が第１の検証パターン8aと8bに重なり、これらが導通す
るため、辺9a（又は9b）と第１の検証パターン8a,8b
（又は8c,8d）とが導通していれば、実際の下地パター
ン又はマスクパターンのいずれかの線幅が規格寸法より
も大きいことがわかる。

さらに、実際のマスクパターンの線幅が規格寸法を下
回っているか否かを調べるために、例えば実際のマスク
パターンの寸法誤差の許容範囲を±0.1μｍとして、実
際の寸法が許容範囲の下限値を下回っているか否かを調
べるために、第２の検証パターン９の両辺9a,9bの線幅
が0.1μｍになるように形成すれば、この両辺9a,9bそれ
ぞれの両端間の導通を調べた結果、例えば第６図に示す
ように、辺9aが途中で断線して辺9aの両端間が非導通で
あり、或いは辺9bの両端間が非導通であれば、実際のマ
スクパターンの線幅が規格寸法を下回っていることも評
価できる。

このように、両検証パターン8a〜8d,9の導通・非導通
及び第２の検証パターン９の両辺9a,9bの抵抗値は一連
の工程で測定できるため、従来のように重ね合わせ精度
の評価と寸法精度の評価とを別々の工程で行う必要がな
く、評価処理を従来よりも短時間で行うことができ、評
価処理の能率の向上を図ることができる。

なお、上記実施例では、第２の検証パターン９を十字
状に形成したが、直交する二辺からなるＬ字状であって
もよい。

また、上記実施例では、実際のデバイスの下地パター
ンと、その上のレジストに転写したマスクパターンとの
２層のパターンの重ね合わせ精度，寸法精度の評価をす
る場合について説明したが、３層以上のパターンの評価
を行う場合であっても、この発明を同様に実施すること
ができ、このとき例えば第２図に示す断面においてパタ
ーン8a,8bの外側に他の検証パターンを形成するなどの
方法が考えられる。

さらに、第１の検証パターン8a,8b（又は8c,8d）の間
隔を所定ピッチで変えたものをいくつか準備し、このパ
ターンに対して第２の検証パターン９を形成し、前述し
た評価を行うことによって、重ね合わせ精度をどこまで
保証できるかという評価も行うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の重ね合わせ精度及び寸法精
度の評価方法によれば、両検証パターンの導通・非導通
及び第２の検証パターンの抵抗値は一連の工程で測定す
ることができるため、重ね合わせ精度及び寸法精度の評
価に要する時間を従来よりも短縮することができ、半導
体装置の製造において極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の重ね合わせ精度及び寸法精度の評価
方法の一実施例の平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線
における断面図、第３図ないし第６図の（ａ）は第１図
の評価手順の説明用の一部の平面図、各図の（ｂ）は断
面図、第７図（ａ），（ｂ）は従来の重ね合わせ精度の
評価方法の説明用の平面図及び断面図、第８図（ａ），
（ｂ）は従来の寸法精度の評価方法の説明用の平面図及
び断面図である。 図において、8a〜8dは第１の検証パターン、９は第２の
検証パターン、9a,9bは辺である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上の導電性の下地パターン上に形成さ
   れた感光性樹脂膜に写真製版技術を用いて転写された所
   望のマスクパターンと、前記下地パターンとの重ね合わ
   せ精度、及び前記マスクパターンの寸法精度を評価する
   重ね合わせ精度及び寸法精度の評価方法において、 前記下地パターンと同一工程により、前記基板上の検証
   パターン形成領域に導電性の第１の検証パターンを形成
   すると共に、 前記マスクパターンと同一工程により形成したモニタ用
   マスクパターンを用いて前記基板上の前記検証パターン
   形成領域に、直交する二辺からなる導電性の第２の検証
   パターンを形成し、 前記第２の検証パターンの両辺それぞれの両側に前記第
   １の検証パターンを位置せしめ、 前記第1,第２の検証パターン間の導通・非導通，前記第
   ２の検証パターンの抵抗値を測定することにより、前記
   下地パターンと前記マスクパターンとの重ね合わせ精度
   及び前記マスクパターンの寸法精度を評価することを特
   徴とする重ね合わせ精度及び寸法精度の評価方法。