JP3698843B2

JP3698843B2 - フォトマスク

Info

Publication number: JP3698843B2
Application number: JP33218196A
Authority: JP
Inventors: 保孝石橋
Original assignee: 旭化成マイクロシステム株式会社
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: JPH10171097A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程で使用されるフォトマスクに関し、特に寸法測定が精度よく行われる寸法測定用パターンを備えたフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化、高密度化に伴い、半導体素子の微細化が急激に進み、高精度な微細加工技術が求められている。そして、より高精度な微細加工技術には、より高精度な寸法測定技術が不可欠である。
【０００３】
このような半導体装置においては、配線パターンの幅等が素子特性に大きな影響を及ぼすため、設定通りの寸法に形成されたかどうかを確認する必要がある。この寸法測定は、通常、フォトレジストによるマスクパターン形成工程後と被エッチング膜のエッチング工程後に行われるが、両工程後に素子部の配線パターンを同一箇所で測定することは、類似のパターンが多数存在することや特徴的なパターンが少ないことから難しい。そのため、一般には、各チップ内の素子部外または素子部内に寸法測定用のラインパターンを形成して、その寸法を測定している。
【０００４】
寸法測定用のラインパターンは、素子部の配線パターンとともにフォトマスクに形成され、フォトレジストを介して被エッチング膜に転写される。従来のフォトマスクに形成されている寸法測定用パターンとしては、例えば図８や９に示すものが挙げられる。
【０００５】
図８のフォトマスク１では、素子部２の間のウエハをチップに切断する部分（スクライブ部）３に、寸法測定用パターン４１として、チップ内素子部２の配線パターンと同じ幅のラインパターンが１本形成されている。また、図９のフォトマスク１では、寸法測定用パターン５１として、チップ内素子部２の配線パターンと同じ幅のラインパターンが、並列に２本以下となる配置でスクライブ部３に形成されている。
【０００６】
このラインパターンは、通常、素子部に形成された配線パターンとパターン形成密度が異なるため、フォトマスクには配線パターンと同一幅で形成されていても、被エッチング膜に転写された状態では配線パターンと同一幅にならない（この現象は「マイクロローディング効果」と称される。）という問題点がある。
【０００７】
この問題点を解決するために、寸法測定用パターンをなすラインパターンの近傍にダミーパターンを設けて、寸法測定用パターンのパターン形成密度（隣り合うラインパターン間のスペース幅）を、素子部に形成された配線パターンと同じにする方法が提案されている（特開平１−１８６６１７号、特開平３−２１８０１０号、特公平７−２７９５０号各公報参照）。
【０００８】
また、寸法測定用パターンとして、ラインパターンを３本以上並列に且つ隣り合うラインパターンが平行となる配置で形成することにより、中心部のラインパターンのパターン形成密度を、素子部に形成された配線パターンと同じにする方法が提案されている（特開平５−２９９４１０号公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、素子部の配線パターンのレイアウトは様々であり、それに伴ってパターン形成密度も様々となるため、前記従来技術のうちダミーパターンを設ける方法では、一定のダミーパターンでチップ内素子部のすべてのパターン形成密度に対応することは難しい。
【００１０】
また、特開平５−２９９４１０号公報に記載の方法では、隣り合うラインパターンが平行であるため、チップ内素子部のすべてのパターン形成密度に対応させるためには、隣り合うラインパターン間のスペース幅を変えて、多数のラインパターンを形成する必要がある。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、チップ内素子部のパターン形成密度が様々であっても、少ないラインパターンで簡便に、しかも正確な寸法が測定できる寸法測定用パターンを形成することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、寸法測定用パターンと素子部の配線パターンを備えた半導体素子形成用のフォトマスクにおいて、前記寸法測定用パターンは、３本以上の線幅が一定のラインパターンからなり、これらのラインパターンは、並列に、且つ隣り合うラインパターンが平行でない配置で、且つ隣り合うラインパターン間のスペース幅が素子部の配線パターンのスペース幅と同一である部分を有するように形成されていることを特徴とするフォトマスクを提供する。
【００１３】
このフォトマスクは、寸法測定用パターンの全ての「隣り合うラインパターン間のスペース」が、ラインパターンの長さ方向の同一位置で同じ幅に形成されていると好適である。
【００１４】
また、このフォトマスクの寸法測定用パターンは、隣り合うラインパターン間のスペース幅を示す文字パターンを有するものであることが好ましい。
本発明のフォトマスクは、半導体装置の製造の際に、ウエハの被エッチング膜上に形成されたレジスト膜上に配置して使用され、通常のフォトリソ工程およびエッチング工程を行う。これにより、被エッチング膜に、素子を構成する配線パターンとともに寸法測定用パターンが形成される。
【００１５】
図１は、エッチング工程により被エッチング膜がエッチングされた状態を示す断面図であり、寸法測定用パターンの形成部分を示している。この図において、符号１３ａ〜１３ｃは、フォトリソ工程でレジスト膜１４に形成された、寸法測定用パターンをなすラインパターンである。また、符号１５はウエハである。
【００１６】
ここでは、寸法測定用パターンとして、並列に３本のラインパターン１１ａ〜１１ｃが被エッチング膜１２に形成されており、両端のラインパターン１１ａ，１１ｃは素子部の配線パターンと比べてパターン形成密度が低いため、フォトマスク上で同じ幅のラインパターンであっても、素子部の配線パターンより幅が大きくなる。これに対して、中央のラインパターン１１ｂは、素子部の配線パターンと同じまたは近似のパターン形成密度となるため、フォトマスク上で同じ幅に形成されたラインパターンであれば、素子部の配線パターンと同じまたは近似の幅となる。
【００１７】
すなわち、本発明のフォトマスクは、寸法測定用パターンとして３本以上の線幅が一定のラインパターンが並列に形成され、且つ隣り合うラインパターン間のスペース幅が素子部の配線パターンのスペース幅と同一である部分を有するように形成されていることにより、被エッチング膜に転写された両端でない位置のラインパターンの幅を前記部分で測定すれば、寸法測定用パターンによる寸法測定が正確に行われる。
【００１８】
また、本発明のフォトマスクの寸法測定用パターンは、隣り合うラインパターンが平行でない配置で形成されているため、隣り合うラインパターン間のスペース幅は、ラインパターンの長さ方向で連続的に変化している。したがって、素子部の配線パターン間のスペース間隔が様々であっても、少ないラインパターンで対応することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明の第一実施形態に相当するフォトマスクを部分的に示す平面図である。
【００２０】
このフォトマスク１は、素子部２の間のスクライブ部３に、寸法測定用パターン４として、３本のラインパターン４ａ〜４ｃが並列に形成されている。各ラインパターン４ａ〜４ｃの線幅は１．０μｍであり、全ラインパターン４ａ〜４ｃの長さ方向一端を近づけ、ここを軸として、両端のラインパターン４ａ，４ｃを中央のラインパターン４ｂから３０°外側に回転させた配置となっている。
【００２１】
すなわち、隣り合うラインパターン４ａ〜４ｃ間のスペース幅Ｌ₄₁，Ｌ₄₂は、ラインパターン４ａ〜４ｃの長さ方向で連続的に変化しており、長さ方向の同じ位置で隣り合うラインパターン間のスペース幅Ｌ₄₁，Ｌ₄₂は同一である。そして、スペース幅Ｌ₄₁，Ｌ₄₂は最も狭いところで０．３μｍ、最も広いところで５．０μｍとなっている。
【００２２】
このフォトマスク１を用い、通常のフォトリソ工程およびエッチング工程を行うことにより、被エッチング膜に、寸法測定用パターン４と素子部２の配線パターンを転写した。そして、被エッチング膜に形成された寸法測定用パターンの中央のラインパターン４ｂについて、その長さ方向全体に渡って線幅を測定し、スペース幅と線幅との関係を調べた。その結果を図３にグラフで示す。
【００２３】
また、被エッチング膜に転写された素子部２の配線パターンのうち、フォトマスク１上で、線幅が１．０μｍ、両側のスペース幅が１．０μｍであった部分の線幅を測定したところ、１．０３μｍであった。
【００２４】
図３のグラフから分かるように、スペース幅が素子部の配線パターンと同じ１．０μｍとなる位置で測定されたラインパターン４ｂの線幅は１．０４μｍであり、配線パターンの線幅とほぼ等しい値として測定された。これに対して、図８に示す従来の寸法測定用パターン４１は、フォトマスク１上での線幅が１．０μｍであっても、被エッチング膜に転写されると線幅が１．２０μｍとなった。
【００２５】
したがって、この実施形態では、フォトマスク１に前述のような寸法測定用パターン４が形成されているため、被エッチング膜に形成された３本のラインパターンのうち中央のラインパターンを用い、測定対象とする素子部の配線パターンとスペース幅が同じ位置で線幅を測定することにより、高い精度で寸法測定を行うことができる。
【００２６】
また、この実施形態では、被エッチング膜に転写されたラインパターンの線幅とスペース幅との関係が、３本のラインパターンの中央のラインパターンを測定することより、０．３〜５．０μｍの広い範囲で分かるため、マイクロローディング効果が簡単に定量化される。
【００２７】
図４は、本発明の第二実施形態に相当するフォトマスクを部分的に示す平面図である。
このフォトマスク１は、スクライブ部３ではなく素子部２の空白部に、寸法測定用パターン５として、５本のラインパターン５ａ〜５ｅが並列に形成されている。各ラインパターン５ａ〜５ｅの線幅は０．５μｍであり、全ラインパターン５ａ〜５ｅの長さ方向一端を接触させ、ここを軸として、中央のラインパターン５ｃを基準に、より外側となるラインパターンを１５°ずつ外側に回転させた配置となっている。
【００２８】
すなわち、隣り合うラインパターン５ａ〜５ｅ間のスペース幅Ｌ₅₁〜Ｌ₅₄は、ラインパターン５ａ〜５ｅの長さ方向で連続的に変化しており、長さ方向の同じ位置で隣り合うラインパターン間のスペース幅Ｌ₅₁〜Ｌ₅₄は同一である。スペース幅Ｌ₅₁〜Ｌ₅₄は最も狭いところで０、最も広いところで３．０μｍとなっている。そして、スペース幅を示す文字パターン６が、最も外側のラインパターン５ｅより外側の長さ方向各位置に形成されている
このフォトマスク１を用い、通常のフォトリソ工程およびエッチング工程を行うことにより、被エッチング膜に、文字パターン６を含む寸法測定用パターン５と素子部２の配線パターンを転写した。そして、被エッチング膜に形成された寸法測定用パターンの中央のラインパターン５ｃについて、長さ方向全体に渡って線幅を測定し、スペース幅と線幅との関係を調べた。その結果を図５にグラフで示す。
【００２９】
また、被エッチング膜に転写された素子部２の配線パターンのうち、フォトマスク１上で、線幅が０．５μｍ、両側のスペース幅が１．０μｍであった部分の線幅を測定したところ、０．５２μｍであった。
【００３０】
図５のグラフから分かるように、スペース幅が素子部の配線パターンと同じ１．０μｍとなる位置で測定されたラインパターン５ｃの線幅は０．５２μｍであり、配線パターンの線幅と等しい値として測定された。これに対して、図９に示す従来の寸法測定用パターン５１は、フォトマスク１上での線幅が０．５μｍであっても、被エッチング膜に転写されると線幅が０．６１μｍとなった。
【００３１】
したがって、この実施形態では、フォトマスク１に前述のような寸法測定用パターン５が形成されているため、被エッチング膜に形成された５本のラインパターンのうち中央のラインパターンを用い、測定対象とする素子部の配線パターンとスペース幅が同じ位置で線幅を測定することにより、高い精度で寸法測定を行うことができる。
【００３２】
なお、５本のラインパターンのうち両端でも中央でもないラインパターン５ｂ，５ｄについても、被エッチング膜に形成されたラインパターンの線幅を前記と同様にして測定することにより、中央のラインパターン５ｃの場合と同様の効果が得られる。
【００３３】
また、この実施形態では、被エッチング膜に転写されたラインパターンの線幅とスペース幅との関係が、５本のラインパターンのうち両端でない位置の１本のラインパターンを測定することより、０〜３．０μｍの広い範囲で分かるため、マイクロローディング効果が簡単に定量化される。
【００３４】
また、この実施形態では、スペース幅を示す文字パターン６が被エッチング膜に転写されるため、寸法測定時にラインパターンの測定位置（長さ方向）が特定しやすい。
【００３５】
なお、前記各実施形態では、寸法測定用パターンを３本または５本のラインパターンで構成しているが、寸法測定用パターンを構成するラインパターンの数はこれに限定されず、３本以上であればよい。ただし、本数が多いほど、中央部のラインパターンによる寸法測定精度が高くなる傾向があるため好ましい。
【００３６】
また、前記各実施形態での寸法測定用パターンは、全ラインパターンの一端を合わせ他端を同じ角度（３０°または１５°）で広げた形状となっているが、前記角度は０°より大きく９０°未満であればいずれの角度でも良く、特に１０°以上４５°以下の範囲が好ましい。スペース幅の変化範囲も、素子部の配線パターンのスペース幅と同一である部分を有する範囲であれば良い。
【００３７】
また、前記各実施形態では、隣り合うラインパターン間のスペース幅が、ラインパターンの長さ方向の同一位置で同じに形成されているが、図６に示すように異なるように形成されていているものも本発明に含まれる。
【００３８】
すなわち、図６の寸法測定用パターン７は、平行な両端のラインパターン７ａ，７ｃの間に斜めのラインパターン７ｂが配置してあり、隣り合うラインパターンは平行でない配置である。そのため、ラインパターンの長さ方向の同一位置で、ラインパターン７ａ，７ｂのスペース間隔Ｌ₇₁と、ラインパターン７ｂ，７ｃのスペース間隔Ｌ₇₂は異なる寸法となっている。このような寸法測定用パターン７は、測定対象となる素子内の配線パターンのスペース幅が、配線パターンの両側で異なる場合に使用される。
【００３９】
また、本発明のフォトマスクの寸法測定用パターンは、３本以上のラインパターンが並列に且つ平行でない配置で形成されているが、前記各実施形態のように、全てのラインパターンが長さ方向両端を合わせて配置されているものに限定されない。すなわち、図７に示すように、両端がずれたラインパターン８ａ〜８ｃからなり、必要なスペース幅に応じた長さの並列部分Ｌ₈を有する寸法測定用パターン８も本発明に含まれる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のフォトマスクによれば、被エッチング膜に転写された両端でない位置のラインパターンを用い、その幅を、素子部の配線パターンのスペース間隔と同じスペース間隔の位置で測定することにより、寸法測定用パターンによる寸法測定が正確に行われる。また、少ないラインパターンで、様々なスペース幅に対応できるため、チップ内素子部のパターン形成密度が様々であっても、簡便に正確な寸法が測定できる。
【００４１】
特に、請求項２によれば、測定対象となる素子内の配線パターンのスペース幅が両側で同じ場合に、寸法測定用パターンによる寸法測定が特に精度よく行われる。
【００４２】
特に、請求項３によれば、被エッチング膜での寸法測定時にラインパターンの測定位置（長さ方向）が特定しやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフォトマスクによる作用を説明するための断面図であり、エッチング工程により被エッチング膜がエッチングされた状態を示す。
【図２】本発明の第一実施形態に相当するフォトマスクの寸法測定用パターンを示す平面図である。
【図３】第一実施形態のフォトマスクにより被エッチング膜に形成された中央のラインパターン４ｂの、線幅とスペース幅との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第二実施形態に相当するフォトマスクの寸法測定用パターンを示す平面図である。
【図５】第二実施形態のフォトマスクにより被エッチング膜に形成された中央のラインパターン５ｃの、線幅とスペース幅との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の別の実施形態に相当するフォトマスクの寸法測定用パターンを示す平面図である。
【図７】本発明の別の実施形態に相当するフォトマスクの寸法測定用パターンを示す平面図である。
【図８】従来の寸法測定用パターンの一例を示す平面図である。
【図９】従来の寸法測定用パターンの別の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１フォトマスク
２素子部
３スクライブ部
４寸法測定用パターン
４ａ〜４ｃ
ラインパターン
５寸法測定用パターン
５ａ〜５ｅ
ラインパターン
６文字パターン
７寸法測定用パターン
７ａ〜７ｃ
ラインパターン
８寸法測定用パターン
８ａ〜８ｃ
ラインパターン
Ｌ₄₁，Ｌ₄₂
スペース幅
Ｌ₅₁〜Ｌ₅₄
スペース幅
Ｌ₇₁，Ｌ₇₂
スペース幅

Claims

寸法測定用パターンと素子部の配線パターンを備えた半導体素子形成用のフォトマスクにおいて、
前記寸法測定用パターンは、３本以上の線幅が一定のラインパターンからなり、これらのラインパターンは、並列に、且つ隣り合うラインパターンが平行でない配置で、且つ隣り合うラインパターン間のスペース幅が素子部の配線パターンのスペース幅と同一である部分を有するように形成されていることを特徴とするフォトマスク。
前記寸法測定用パターンの全ての「隣り合うラインパターン間のスペース」は、ラインパターンの長さ方向の同一位置で同じ幅に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
前記寸法測定用パターンは、隣り合うラインパターン間のスペース幅を示す文字パターンを有することを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。