(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる第１線幅を持ち、かつ、前記第１線幅より広い第１間隔を持つように一対の第１探針を配置できるよう形成された第１パターン、
前記第１パターンと連結し前記第１線幅より広い第２線幅を持ち、かつ、前記第１パターンの第１線幅より広い第２間隔を持つように一対の第２探針を配置できるよう形成された第２パターン、及び
前記第２パターンと連結し前記第１線幅より狭く、かつ、これを通じ流れる電流が均一である程度に狭い第３線幅を持つ第３パターンからなり、第１乃至第３パターンが同じ物質からなる
配線の線幅測定パターン。
【請求項２】
前記第２線幅は、前記第１線幅の約１０倍以上である
請求項１記載の配線の線幅測定パターン。
【請求項３】
前記第１パターンと前記第２パターンの接合部と、前記第２パターンと前記第３パターンの接合部とは、電流の唸り現象を最小化できるように、所定の傾斜角を持つ
請求項１又は２記載の配線の線幅測定パターン。
【請求項４】
測定対象となる第１線幅を持ち、かつ、前記第１線幅より広い第１間隔を持つように一対の第１探針を配置できるよう形成された第１パターン、前記第１パターンと連結し前記第１線幅より広い第２線幅を持ち、かつ、前記第１パターンの第１線幅より広い第２間隔を持つように一対の第２探針を配置できるよう形成された第２パターン、及び前記第２パターンと連結し前記第１線幅より狭く、かつ、これを通じ流れる電流が均一である程度に狭い第３線幅を持つ第３パターンからなり、前記第１乃至第３パターンが同じ物質からなる配線の線幅測定パターンを準備する段階、
前記第１パターンを電流供給源を通じ前記第３パターンに連結させる段階、
前記第１パターンに前記第１線幅より広い第１間隔を持つように一対の第１探針を配置し、前記一対の第１探針を第１電圧計に連結する段階、
前記第２パターンに前記第１パターンの第１線幅より広い第２間隔を持つように一対の第２探針を配置し、前記一対の第２探針を第２電圧計に連結する段階、及び、
前記第１電圧計及び第２電圧計で測定された電圧を利用して前記第１線幅を測定する
配線の線幅測定方法。
【請求項５】
前記第１線幅は下記の式により決定される請求項４記載の配線の線幅測定方法。
w＝(Ｗ＊s／Ｓ)＊(Ｖ／v)
ｗ：第１線幅、Ｗ：第２線幅、ｓ：第１間隔、Ｓ：第２間隔
ｖ：第１電圧計で測定した値、Ｖ：第２電圧計で測定した値。
【請求項６】
前記第２線幅は、前記第１線幅の約１０倍以上である
請求項５記載の配線の線幅測定方法。
【請求項７】
前記第１パターンと前記第２パターンの接合部と、前記第２パターンと前記第３パターンの接合部とは、電流の唸り現象を最小化できるように、所定の傾斜角を持つ
請求項５又は６記載の配線の線幅測定方法。
【請求項８】
前記第１間隔は、前記第１線幅の約１０倍以上である
請求項５記載の配線の線幅測定方法。
【請求項９】
前記第２間隔は、前記第１線幅の約１０倍以上である
請求項５記載の配線の線幅測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の配線技術に関し、特に配線の線幅測定パターン及びこれを利用した線幅測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程は高い正確度が要求され、それぞれの製造工程段階後、製造物はテストと評価を受ける。半導体素子の構成要素中、配線の線幅は半導体素子の性能と安全性に影響を与える重要な要素中の一つであるので、製造された配線の線幅が設計された配線の線幅と一致しているかをテストすべきである。
【０００３】
配線の線幅測定方法は電子走査顕微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)を利用して直接測定する方法と、４−探針法(Four−Probe Test)により測定された配線の電気的抵抗と配線物質の比抵抗を利用する方法などがある。
【０００４】
SEMを利用する測定方法は、測定しようとするパターンに加速された電子を走査し、加速電子により２次的に発生する電子に含まれていた情報を利用し、金属パターンの模様を拡大形状化して配線の線幅を測定する。ところが、ＳＥＭを利用する方法は、測定しようとするパターンの断面が直角でない場合には線幅を正確に測定できない。また、ＳＥＭが嵩張って生産ラインで占める空間が多く要求され、装備価格が高い。
【０００５】
４−探針法を利用して厚さｔ１を持つ配線１０の線幅Ｗ１を測定する技術を、図１を参考しながら説明する。
配線１０上に一定の間隔Ｓ１で４個の探針ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４が配置されている。このうち、２個の外側の探針ｐ１、ｐ４は電流供給源１１に連結し、内側の探針ｐ２、ｐ３は電圧計１２に連結する。電流供給源１１により電流Ｉが配線１０に流れれば、電圧計１２で探針ｐ２と探針ｐ３間の電圧差が測定される。オームの法則を利用して測定された電圧から配線の抵抗Ｒを決定し、配線の抵抗を下記の式に代入して配線の線幅Ｗ１を決定する。
Ｗ１＝(ρ＊Ｓ１)／(Ｒ＊ｔ１)、ρは配線形成用物質の比抵抗である。
即ち、配線１０の線幅Ｗ１を決定するには、配線１０用物質の比抵抗を必ず知っていなければならない。比抵抗を測定するために先ず配線の一部をＬ１×Ｌ２の四角形に限定して四角形の４個のコーナーそれぞれに探針を配置する。Ｌ２間隔を持つ一対の探針は電流供給源に連結し、Ｌ２間隔を持つ他の一対の探針は電圧計に連結する。電流供給源により限定された配線パターンに電流Ｉが流れ、電圧計で一対の探針間の電圧降下Ｖを測定する。次に、Van der Pauw方法により比抵抗を計算する。
【０００６】
具体的に、比抵抗は次の式により決定される。
ρ＝(Ｖ／Ｉ)ｆ(Ｌ１／Ｌ２)、ここで、ｆ(Ｌ１／Ｌ２)は訂正因子を表す関数で、測定対象となるサンプルの平均直径と探針間の間隔の平均に従って決定される近似値である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
比抵抗の計算時に近似値を使用するので、比抵抗の誤差が大きい虞がある。特に、Ｌ１、Ｌ２が測定対象の厚さや探針の大きさに比べあまり大きくない場合には比抵抗の測定誤差は非正常時に大きくなる。従って、こうした誤差を有する比抵抗を利用して配線の線幅を測定するため、配線の線幅測定の信頼性の低下は避けられない。
【０００８】
従って、本発明の目的は、比抵抗を測定せずに正確に配線の線幅を測定することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するための配線の線幅測定パターンは、測定対象となる第１線幅を持ち、かつ、前記第１線幅より広い第１間隔を持つように一対の第１探針を配置できるよう形成された第１パターン、前記第１パターンと連結し前記第１線幅より広い第２線幅を持ち、かつ、前記第１パターンの第１線幅より広い第２間隔を持つように一対の第２探針を配置できるよう形成された第２パターン、及び前記第２パターンと連結し前記第１線幅より狭く、かつ、これを通じ流れる電流が均一である程度に狭い第３線幅を持つ第３パターンからなる。第１乃至第３パターンが同じ物質からなる。第２線幅は前記第１線幅の約１０倍以上であることが望ましい。第１パターンと第２パターンの接合部と、第２パターンと第３パターンの接合部とは、電流の唸り現象を最小化できるように、所定の傾斜角を持つようにする。
【００１０】
一方、配線の線幅を測定するには、測定対象となる第１線幅を持ち、かつ、前記第１線幅より広い第１間隔を持つように一対の第１探針を配置できるよう形成された第１パターン、前記第１パターンと連結し前記第１線幅より広い第２線幅を持ち、かつ、前記第１パターンの第１線幅より広い第２間隔を持つように一対の第２探針を配置できるよう形成された第２パターン、及び前記第２パターンと連結し前記第１線幅より狭く、かつ、これを通じ流れる電流が均一である程度に狭い第３線幅を持つ第３パターンからなり、前記第１乃至第３パターンが同じ物質からなる配線の線幅測定パターンを準備する。第１パターンを電流供給源を通じ前記第３パターンに連結させ、第１パターンに前記第１線幅より広い第１間隔を持つように一対の第１探針を配置し、前記一対の第１探針を第１電圧計に連結する。第２パターンに前記第１パターンの第１線幅より広い第２間隔を持つように一対の第２探針を配置し、前記一対の第２探針を第２電圧計に連結する。第１電圧計及び第２電圧計で測定された電圧を利用して前記第１線幅を測定する。第１線幅は下記の式により決定される。w＝(Ｗ＊s／Ｓ)＊(Ｖ／v)、ｗ：第１線幅、Ｗ：第２線幅、ｓ：第１間隔、Ｓ：第２間隔、ｖ：第１電圧計で測定した値、Ｖ：第２電圧計で測定した値。第２線幅は第１線幅の約１０倍以上であることが望ましい。一方、第１パターンと前記第２パターンの接合部と、前記第２パターンと前記第３パターンの接合部とは、電流の唸り現象を最小化できるように、所定の傾斜角を持つ。
【００１１】
測定対象となる第１パターン及び第１パターンに連結した第２パターンに配置された探針間の間隔と探針間の測定電圧及び第２パターンの線幅により第１パターンの線幅が決定されるので、測定断面の直四角形の可否は配線の線幅測定に影響を与えない。また、４−探針法とは異なり本発明は配線用物質の比抵抗を計算しないので、比抵抗の測定に従う誤差による配線の線幅測定の誤差は根本的に発生しない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。
図２は、本発明による配線の線幅測定技術を示す。
本発明による配線の線幅測定パターンは、図２に示したように３部分から構成される。Ａ領域には測定の対象となる配線パターン(第１パターン)、Ｂ領域及び
Ｃ領域には補助配線パターン(それぞれ第２及び第３パターン)が配置される。
【００１３】
第１パターン乃至第３パターンは同じ物質からなり、同じ厚さｔを持つ。第１パターンの線幅Ｗ２(第１線幅)は測定対象となり、第２パターンの線幅Ｗ３(第２線幅)は第１線幅Ｗ２測定の正確度を高めるために第１線幅の約１０倍以上の広さを持つ。第３パターンの線幅Ｗ４(第３線幅)は第２パターンへ均一な電流を供給する程度に狭い幅を持つように設計される。第１パターンは第２パターンに連結し、第２パターンは第３パターンに連結し、各パターンの接合部は、電流の唸り現象(Turbulence Phenomena)を最小化するために一定の角度を持つように設計される。
【００１４】
このような配線の線幅測定パターンを利用して第１線幅Ｗ２を測定する方法を説明する。
第１パターンと第２パターンに各々第１探針ｐ６及び第２探針ｐ５が配置され、第１及び第２探針は電流供給源２１に連結する。第１パターン上に第３探針ｐ７及び第４探針ｐ８を配置し、前記第３及び第４探針に第１電圧計２２ｂを連結する。第３探針ｐ７と第４探針ｐ８の間隔はＳ２で、第１線幅より広いものとして、望ましくは第１線幅の約１０倍以上である。第２パターン上に第５探針ｐ９及び第６探針ｐ１０を配置し、第５及び第６探針に第２電圧計２２ａを連結する。第５探針ｐ９と第６探針ｐ１０の間隔はＳ３で、第１線幅より広いものとして、望ましくは第１線幅の約１０倍以上である。第３探針ｐ７と第６探針ｐ１０間の距離は電流の発熱損失を最小化するためにできるだけ短く形成する。電流供給源２１から供給された電流Ｉは第１乃至第３パターンに均一に流れ、第１電圧計２２ｂ及び第２電圧計２２ａで第３及び第４探針間及び第５及び第６探針間の電圧降下値Ｖ、ｖが測定される。第１乃至第３パターンの内部抵抗による発熱損失を無視すれば、第３ターンを通過する電流と、第２パターンの第５及び第６探針間を流れる電流、及び第１パターンの第３及び第４探針間を流れる電流は実質的に同じ大きさを有し、第３探針と第６探針間が十分に短ければ、第１パターン及び第２パターンの比抵抗値が実質的に同一である。従って、オームの法則を利用して第１パターンの比抵抗ρ１と第２パターンの比抵抗ρ２を求めると、下記の式(１)に表示される。
ρ１＝(Ｗ２＊ｔ＊ｖ)／(Ｓ２＊Ｉ)＝ρ２＝(Ｗ３＊ｔ＊Ｖ)／(Ｓ３＊Ｉ)…(１)
式(１)を整理して第１線幅Ｗ２を求めると、
Ｗ２＝(Ｗ３＊Ｓ２／Ｓ３)＊(Ｖ／ｖ)…(２)
となる。
配線の線幅測定パターンの設計時、第２パターンの線幅Ｗ３と第５探針及び第６探針間の間隔Ｓ３、及び第３探針及び第４探針間の間隔Ｓ２を十分に大きくすると、配線の線幅測定パターンの製造工程で発生される誤差は無視できるために、(Ｗ３＊Ｓ２／Ｓ３)を定数(ｃ)に取扱うことができる。従って、式(２)はＷ２＝ｃ＊(Ｖ／ｖ)となる。即ち、第１電圧計２２ｂ及び第２電圧計２２ａで測定された電圧だけを測定し所望の配線の第１線幅を測定できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上で説明したように、第３線幅及び第１、第２パターンに配置された探針間の間隔及び探針間の測定電圧のみにより第１線幅Ｗ２が決定されるので、測定対象の断面の形態は配線の線幅測定に影響を与えない。また、４−探針法とは異なり配線用物質の比抵抗を考慮しないので、比抵抗の測定に従う誤差による配線の線幅測定の誤差は根本的に発生しない。また、第１線幅Ｗ２の決定時に配線の厚さｔを考慮しないので、厚さｔの測定時に発生される誤差による線幅測定の信頼性の低下は起こらない。
【００１６】
以上で本発明を特定の実施例に限って説明したが、本発明は、これらに限らず、本発明の思想から逸脱しない範囲内で多様に変形できることは当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ４−探針法を利用した配線の線幅測定技術を示す。
【図２】  本発明による配線の線幅測定技術を示す。
【符号の説明】
２１…電極供給源
Ａ…領域(配線パターン、第１パターン)
Ｂ…領域(補助配線パターン、第２パターン)
Ｃ…領域(補助配線パターン、第３パターン)
【図１】
0003636600.tif 000002
【図２】
0003636600.tif 000003