JP2000219979A

JP2000219979A - 構造体をエッチングするための方法及び装置

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Publication number: JP2000219979A
Application number: JP2000019095A
Authority: JP
Inventors: Klaus Breitschwerdt; ブライトシュヴェルトクラウス; Reinenbach Patrick; ライネンバッハパトリック; Doris Schielein; シーラインドリス; Franz Laermer; レルマーフランツ; Andrea Schilp; シルプアンドレア
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2000-08-08
Also published as: DE19904305A1

Abstract

(57)【要約】【課題】構造体をエッチングするための方法及び装置【解決手段】構造体（１５）が少なくとも１つのベー
ス材料（３０、３１）を有し、かつエッチングプロセス
で、少なくとも１つのエッチングパラメーターの装置的
調整に依存し、かつそれによりエッチング時間の関数と
して変化させることができる材料依存性エッチング除去
レートでそれぞれベース材料（３０、３１）をエッチン
グする場合に、エッチングプロセスの時間経過で少なく
とも１つのエッチング除去レートを連続的に又は断続的
に測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は独立請求項の分野に
よる選択的エッチングで構造体を製造するための方法及
び装置に関する。

【０００２】このような方法及びそれを実施するための
好適なエッチング装置は十分に知られている。このため
に例えば、ＤＥ４２４１０４５から公知の方法及びそこ
に開示されている装置を挙げることができ、その際、こ
れらはマイクロ波プラズマ源又は誘導結合されたプラズ
マ源を、非常に高いエッチング除去レートでの選択シリ
コンディープエッチングのために使用する。

【０００３】更に、ポリマー構造体をシリコンウェハに
転写するために選択的プラズマエッチング法を使用する
ことも公知である。このために例えばシリコンウェハ上
にポリマー構造、例えば球面を有するフォトラッカー体
を施与する。エッチングプロセスの過程で次いで、シリ
コンウェハ及びポリマー構造をエッチングするが、その
際、それぞれの材料依存性エッチング除去レートは相互
に、予備調整されてはいるが、エッチングプロセスの間
は制御することができない固定の関係にある。エッチン
グ除去レートのこの比はいわゆる、エッチングされる該
当材料両方のそれぞれのエッチングプロセスの選択性で
ある。

【０００４】このような方法は殊にマイクロレンズの製
造で使用され、その際、先ず基板としてのシリコンウェ
ハ上にポリマー構造としての溶融フォトラッカーにより
少なくともほぼ球形の光学表面を製造し、これを次い
で、一定の選択性での選択的エッチング工程でエッチン
グすることにより、基板材料に転写する。

【０００５】公知の選択的エッチング法のもう１つの使
用例は、しばしば予備プロセスに基づき粗面（例えば層
蒸着の後）又はシリコン段（構造化プロセスの後）を特
徴とする微細構成を有するウェハ表面の平坦化である。
平坦化のために、このような表面上にポリマーを施与
し、粗面又は他の他の構造フィーチャをコンフォーマル
に被覆する。ポリマー表面はその後、平坦である、即ち
もともとのシリコン微細構成はポリマーで埋められる。
シリコンとポリマーとの選択性１：１でプラズマエッチ
ング法を用いてエッチバックすると、予め構造化された
シリコン表面の平坦化が生じ、その際、もともとのポリ
マー表面は新規のオーバーエッチングされたシリコン表
面の特性を画定する。

【０００６】公知の選択的エッチング法では、プラズマ
エッチングプロセスのエッチングパラメーターをプロセ
ス開始時に一回、所望の選択性に、即ち例えばポリマー
のエッチング除去レートに対するシリコンのエッチング
除去レートの所望の比に調節して、次いで、エッチング
プロセスをこのパラメーターセットで実施する。殊にポ
リマー材料のエッチング除去に関して、エッチング法の
間に変動可能な選択性の調整は従来、不可能である。し
かしポリマー材料のエッチング除去は例えば、主に使用
ポリマーの種類及び、その予備処理にも依存するポリマ
ーの架橋度に依存している。更に、ポリマーの架橋度は
エッチング法の間にもかなり変化する。それというのも
ポリマーはプラズマエッチングプロセスの間に例えば熱
的に負荷され、かつ／又はプラズマからのＵＶ−作用及
び／又はプラズマからの電子−又はイオンレーザーにさ
らされるためである。更に、除去されるべきポリマー量
もエッチング除去レートに影響を及ぼす。即ち基板もし
くはシリコンウェハ上のポリマーで被覆された表面積も
エッチング除去に影響を及ぼし、これは「マクロローデ
ィング効果」概念として公知である。

【０００７】従って材料依存性エッチング除去レート
は、静的なパラメーター選択では制御できないか、又は
不充分にしか制御できない動的サイズのエッチングプロ
セスとなる。例えば、基板上の球面ポリマーレンズから
出発するシリコン基板中でのレンズエッチングの場合に
はプロセス開始時にもともと半径Ｒを有するポリマーレ
ンズ全体が存在し、そのことから比較的大きいポリマー
供給物が基板表面上に続く。しかしエッチングプロセス
が進行するにつれて、残留ポリマーレンズ、即ちレンズ
半径ｒ（ｔ）は小さくなる。相応してポリマー被覆され
た表面も沈み、ポリマー供給物は、基板表面の全てのポ
リマーのエッチングプロセスの終了時までに消失する、
即ち完全に除去されている：ｒ（ｔ_終点）＝０。その結
果、マクロローディング効果の故に、プロセス終了時ま
でにポリマーのエッチング除去レートも高まる傾向があ
る。しかし同時に、ポリマー表面へのプラズマからのＵ
Ｖ−入射、イオン及び電子作用及びポリマーの熱負荷の
故に、エッチングプロセスの過程でポリマー材料中の架
橋度も高まる。このことは、更なるエッチング除去に逆
に作用する傾向がある。

【０００８】総じて従来技術では、選択エッチングの際
の複雑な関連により、例えば転写信頼性に重要なエッチ
ング選択性の十分な制御が不可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は前記の
従来技術の欠点を克服することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】連続して変化する構造化
要求に適合させるためにエッチングプロセスの間にエッ
チングパラメーターを変化させるための第１の手がかり
は、未公開の出願ＤＥ１９７３６３７０．９に既に提案
されている。このプロセスのために、その途中で「パラ
メーター−ランピング（Parameter-Ramping）」が行わ
れる。本発明は、特に構造体の製造に関して公知のエッ
チング法の前記の欠点を克服するために、このような時
間的に変化するエッチングプロセスを更に発展させたも
のである。

【００１１】本発明の利点独立請求項の特徴を有する本
発明の方法及び本発明の装置は従来技術に対して次のよ
うな利点を有する：本発明を用いると構造体のエッチン
グの間に、選択された被エッチング材料に関するエッチ
ング除去レートの時間的変化を測定し、かつ場合により
制御又は調整することができる。従って、エッチング除
去に関して進行エッチングプロセスの制御が非常に有利
に可能になり、これによりエッチングプロセスの際のミ
ス及び予測し得ない偏差が検出可能になる。更に、本発
明の方法により、異なる被エッチング材料のエッチング
除去レートを同時に測定して、エッチングプロセスの選
択性を時間の関数として測定することが非常に有利に可
能になる。この測定はその場合、エッチングプロセスを
それぞれ中断することなく、又はそれに影響を及ぼすこ
となく、連続的に又は断続的に行うことができる。

【００１２】本発明の更なる有利な実施は、従属請求項
に記載の特徴からもたらされる。

【００１３】例えば、付加的にエッチング時間の関数と
してエッチング除去レートを測定するために、これを処
理ユニットで、エッチング時間の関数として所定の該当
理論エッチング除去レートと比較し、かつ得られた偏差
を量的に決定する場合に、これは非常に有利である。こ
れにより、エッチングプロセスの経過の不所望な偏差を
常に検出及び定量化することができ、かつ処理ユニット
と結合している制御素子少なくとも１つを介して少なく
とも１つのエッチングパラメーターを変え、エッチング
プロセスを閉ループ回路の形で調節し、その結果、エッ
チング除去レートと該当する目標値関数との間に生じる
偏差を常に最小にすることが非常に有利に可能である。
その場合、エッチングされる構造体がエッチングプロセ
スの間にエッチングされる少なくとも２つの異なるベー
ス材料を有し、かつその際それぞれのベース材料に、使
用されるエッチングプロセス及びそれぞれの材料に典型
的なエッチング除去レートがあてられていると、これは
殊に有利である。

【００１４】更に、それぞれのエッチング除去レートを
決定するエッチングパラメーター、例えばポリマー除去
としての基板電極出力又は例えばシリコン除去としての
ＳＦ ₆−エッチングガス流を主に制御するプロセスパラ
メーターの調節により、該当する材料のエッチング除去
レートを材料特性の変化と無関係に処理の間に、エッチ
ング時間の関数として所定の理論値関数を介して規定す
ることが非常に有利に可能である。

【００１５】エッチングの間のエッチング時間の関数と
してエッチング除去レートを測定するために、光学発光
スペクトロメーターを使用するのが非常に有利であり、
この光学発光スペクトロメーターを有利には本来のプラ
ズマ室の外部に設置し、かつ例えばウィンドウ又は光導
波路を介して光学的にそれぞれ支配的なガス雰囲気を分
析するためにプラズマ室と接続させる。その場合、異な
る材料をエッチングすると特徴的な気体化合物が生じ、
その濃度はガス雰囲気中で、該当材料のそれぞれのエッ
チング率に比例するという作用が非常に有利に使用され
る。光学発光スペクトロメーターが自体公知の方法でそ
れぞれの材料依存性エッチング除去レートに、相応する
化合物の少なくとも１つの特徴的な輝線を対応させる
が、その際、その強度はそれぞれのエッチング除去レー
トに比例する。シリコン基板上のポリマーの場合には、
このために、ＣＯ−輝線、Ｈ−輝線又はＣＦ_ｘ−輝線が
ポリマー除去の分析のために、かつＳｉＦ_ｘもしくはフ
ルオロ線がシリコン除去の分析のために非常に有利に好
適である（ｘ＝１、２、３、又は４）。

【００１６】光学発光スペクトロメーターは輝線強度の
定量分析及び周波数選択的分析のために更に有利には少
なくとも１つのモノクロメータ及び光電子増倍管又は光
電池を備えていて、輝線の強度を時間の関数として周波
数選択的に検出することができる。更に、１種以上の特
徴的な輝線の測定強度を時間の関数としてそれぞれ１個
以上の処理ユニットに導入し、この処理ユニットが、そ
れぞれの輝線強度に、相応する参照値と結びつけること
によりエッチング除去レートを対応させる。

【００１７】それに比例する発光の原因であるガスプラ
ズマ中でエッチングプロセスにより行われる材料除去又
は材料流出は更に、それぞれのエッチングプロセス及び
エッチングされる構造体のそれぞれの形状大きさに関し
て有利には、所望のエッチング除去レートでの、かつ本
来のエッチング法前のエッチングモデルを用いて算出す
ることができ、それにより、プロセス時間にわたる個々
のエッチング除去レートに関する目標値関数を得る。こ
れらの目標値関数は有利には少なくとも１つの目標値発
生器に記憶されていて、この目標値発生器は処理ユニッ
トと接続しているか、又はその中に集積されていて、か
つ処理ユニットにそれぞれの目標値をエッチング時間の
関数として前与し、処理ユニットはそれらの目標値を、
光学発光スペクトロメーターからのエッチング除去レー
トの測定された実際値と比較する。実際値と目標値との
この比較の結果もしくは差を次いで有利には処理ユニッ
トにより、処理ユニットに集積されていてもよい少なく
とも１つの制御素子に導くと、制御素子が閉ループ回路
の形で、進行するエッチングプロセスの少なくともエッ
チングパラメーターの動的変化を行うことができ、かつ
それにより検出された差を最低にする。

【００１８】その場合、それぞれの光学発光スペクトロ
メーター、付属の処理ユニット及び付属の目標値発生器
が１つの構造ユニットに集積されていると、特に有利で
ある。

【００１９】このようなループ回路を用いると原則的に
任意のエッチング時間依存エッチングパラメータープロ
ファイルもしくはエッチング時間依存選択性プロファイ
ルを予め与え、かつ開始することができる。こうして非
常に有利に殊に、正確な選択性制御、即ち処理の間の材
料変化に関わらずエッチング除去レート及びエッチング
除去レート比の動的調整が可能である。

【００２０】相応するエッチングパラメーターを介して
エッチング除去レートを調節するための制御素子は有利
には、誘導結合されたガスプラズマを生じさせるコイル
のコイル電圧、基板電極電圧、基板電極出力、基板温
度、エッチング室中の処理圧もしくは少なくとも１種の
エッチングガスのフロー又は濃度を調整する。

【００２１】本発明の方法及び該当する装置は通常、殊
にはシリコンウェハ表面の平坦化のために、又はマイク
ロレンズの製造のために好適である。その場合、本発明
の方法を用いると、少なくとも１つのエッチング除去レ
ートを時間変動的に調節することにより、本来の形態か
ら逸脱して、エッチングプロセスの間にマイクロレンズ
の形態を所定に変更することが非常に有利に可能であ
る。

【００２２】本発明を図面に基づき次に詳述する。図１
はエッチングパラメーターを制御するための付加部材を
有するプラズマエッチング装置の概要図を示しており、
かつ図２は構造体の断面の概要図を示している。

【００２３】

【実施例】図１は誘導結合ガスプラズマ１１が外部コイ
ル装置１７及び高周波発生器１８を介してその中で生じ
るプラズマ室１０を有するエッチング装置１を示してい
る。プラズマ室１０は殊にエッチングガスを連続的に供
給するためのガス供給管１２及びプラズマ室１０からの
ガスの連続的な排出を保証するための図示されていない
ポンプ装置と接続しているガス排出管１６を備えてい
る。プラズマ室１０内に、エッチングすべき構造体１５
が基板電極１４上に存在し、この基板電極１４は第２制
御素子１９としての、基板電極電圧又は基板電極出力を
発生させるための発生器と接続している。ガス供給管１
２は第１の制御素子１３としての調節可能なバルブと結
合していて、これは、プラズマ室１０中のそれぞれのエ
ッチングガス濃度又はエッチングガスフローを調整す
る。更にプラズマ室１０はこの実施例では、特徴的なＣ
Ｏ−、Ｈ−又はＣＦ_ｘ−輝線を分析するための第１光学
発光スペクトロメーター２１及び特徴的なＳｉＦ_ｘ−輝
線（ｘ＝１、２、３又は４）を分析するための第２光学
発光スペクトロメーター２０を備えている。光学発光ス
ペクトロメーター２０、２１はプラズマ室１０のガス雰
囲気を分析するために、図１に示された外部装置では、
ウィンドウ又は光導波路を介してプラズマ室１０と接続
している。しかしこれは場合により、プラズマ室１０の
内部に設置されていてもよい。光学発光スペクトロメー
ター２０及び２１は更に、それぞれモノクロメータ及び
光セル又はもしくは光電子増倍管を有し、スペクトロメ
ーター２０及び２１にそれぞれ対応する特徴的な輝線
を、その強度に関して周波数選択的及び量的に検出す
る。

【００２４】第１及び第２光学発光スペクトロメーター
２０、２１は更に、それぞれ対応する第１処理ユニット
２３及び第２処理ユニット２４と接続している。第１の
処理ユニット２３は更に第１目標値発生器２５及び第１
制御素子１３と接続している。これはエッチング時間の
関数として、実際値関数としての第１光学発光スペクト
ロメーター２１で検出された輝線強度と第１目標値発生
器２５により前与された目標値関数とを比較し、かつ目
標値と実際値とに差がある場合に第１閉ループ回路の形
で第１制御素子１３の調節を変化させて、検出される差
を最小にするか、もしくは０の値まで調節する。第１制
御素子１３はこのために例えば、エッチングガス、例え
ばＳＦ₆のフローを変える。第２処理ユニット２４、第
２目標値発生器２２及び第２制御素子１９も、同様に構
成された第２閉ループ回路を形成し、この第２閉ループ
回路は第２エッチングパラメータ、例えばこの例では基
板電極電圧又は基板電極出力を調整する。

【００２５】従って、２つの材料−及びエッチングパラ
メーター依存性エッチング除去レートを変えることによ
り、時間の関数としてプラズマエッチングプロセスの所
望の選択率を達成するために、２つの異なるエッチング
パラメーター、エッチングガスフロー及び基板電極出力
が相互に無関係に制御される。

【００２６】図２は、図１に図示した構造体１５を詳細
に示している。これは、領域的に少なくとも１個のポリ
マー構造体３１がその上にのっているシリコンウェハ３
０からの基板からなり、そのポリマー構造体３１は例え
ば溶融フォトラッカーからなり、かつエッチングプロセ
スの開始前には半径Ｒの球面を有する。エッチングプロ
セスの過程でシリコンウェハ３０を時間依存性第１エッ
チング除去レートａ₁（ｔ）でエッチングし、かつポリ
マー構造３１を時間依存性第２エッチング除去レートａ
₂（ｔ）でエッチングして、時間依存性選択性Ｓ（ｔ）
＝ａ₂（ｔ）／ａ ₁（ｔ）を調整するが、これにより、ポ
リマー構造体３１の形が少なくとも十分にエッチングプ
ロセスの過程で基板としてのシリコンウェハ３０に転写
され、その際、ポリマー構造３１の初めの半径Ｒは時間
の関数として（ｒ（ｔ））に小さくなる。これによりシ
リコンウェハ３０からマイクロレンズが構成される。

【００２７】エッチング法の開始前に先ず、この場合に
使用される選択的プラズマエッチングプロセスの第１、
即ちシリコンエッチング除去レートａ_１（ｔ）及び第
２、即ちポリマーエッチング除去レートａ₂（ｔ）に対
する支配的な作用度又はエッチングパラメータを同定す
る必要がある。高密度プラズマ源（誘導結合プラズマ）
を使用する場合には、前記の範囲での構造転写のために
不経済なプロセス時間が達成されることなく、２つの重
要な出力パラメータが存在する：プラズマ１１のプラズ
マ密度を主に規定する外部コイル装置１７のコイル出力
及び、主にイオン作用及びそれに伴う基板電極１４への
エネルギー負荷及びそれに伴う構造体１５へのイオン誘
導プロセスを制御する基板電極１４の基板電極出力又は
基板電極圧力。

【００２８】それと共にエッチングガスフロー、基板温
度及びプロセス圧も制御パラメーターとして使用するこ
とができ、その際、ポリマー構造３１としてのフォトラ
ッカーをエッチングするためのエッチングガスとして自
体公知の方法で例えば、六フッ化イオウＳＦ₆又は酸素
と組み合わせたＳＦ₆を使用する。

【００２９】ポリマーエッチング除去レートａ₂（ｔ）
を決定する値は、外部コイル装置１７のコイル出力、プ
ラズマ室１０中の処理圧力及び、特に重要には、第２制
御素子を介して基板電極１４に印加している基板電極出
力又は基板電極圧力である。

【００３０】シリコンエッチング除去レートａ₁（ｔ）
を決定する値は外部コイル装置１７のコイル出力、エッ
チングガスフロー（殊に六フッ化イオウのフロー）及び
プラズマ室１０中の処理圧力である。

【００３１】従って、基板電極出力は主にポリマーエッ
チング除去レートａ₂（ｔ）のみに影響を及ぼすが、シ
リコンエッチング除去レートａ₁（ｔ）は殆どそれに反
応しない。他方で、エッチングガスフロー（殊に六フッ
化イオウのフロー）はシリコンのエッチング除去レート
ａ₁（ｔ）を主に決定するが、ポリマーエッチング除去
レートａ₂（ｔ）はそれによって大きな影響を及ぼされ
ないままである。従って、相互に別々に第１及び第２ル
ープ回路を介して調節することができる、対応するエッ
チング除去レートａ₂及びａ₁にのみそれぞれ影響を主に
及ぼす２つの少なくとも十分に無関係なエッチングパラ
メーターが見出された。

【００３２】光学発光スペクトロメーター２０、２１は
特徴的な輝度に基づき予め確定された波長でプラズマ１
１のガス雰囲気からの光学発光を示す。ポリマーエッチ
ング除去レートａ₂（ｔ）を測定するために、ポリマー
材料（フォトラッカー）に特徴的な自体公知の輝線、例
えば除去されたポリマーとフルオロラジカルの反応から
からのＣＦ_ｘ−線（ｘ＝１、２、３、４）又は除去され
たポリマーと酸素との反応からのＣＯ−輝線又は炭化水
素化合物からの水素原子の遊離からの水素輝線を選択す
る。有利にはＣＯ−線又はＨ−線を使用する。それとい
うのも、これらはフルオロ供給物質ＳＦ₆のガスフロー
にほとんど無関係であるためである。

【００３３】しかし、シリコンエッチング除去レートａ
₁（ｔ）の制御のためにＳＦ₆−フローを同時に制御する
場合にも、ＣＦ_ｘ−線の使用は原則的に可能である。そ
れというのも、プラズマ１１中には常にフルオロ過剰が
存在し、かつＣＦ_ｘ−発光は僅かしかフルオロ供給物質
ＳＦ₆のガスフローに関係がないためである。

【００３４】シリコンエッチング除去レートａ₁（ｔ）
を第１光学発光スペクトロメーター２１を用いて測定
し、かつ第１ループ回路を介して処理ユニット２３、制
御素子１３及び目標値発生器２５を用いて制御する。相
応して、ポリマーエッチング除去レートａ₂（ｔ）を第
２光学発光スペクトロメーター２０を用いて測定し、か
つ第２ループ回路を介して処理ユニット２４、制御素子
１９及び理論値発生器２２を用いて制御する。

【００３５】シリコンエッチング除去レートａ₂（ｔ）
をこの場合有利には、第１発光スペクトロメーター２０
中でＳｉＦ_ｘ（ｘ＝２、３、４）、有利にはＳｉＦ₄−
線の強度を介して測定する。しかし、シリコンエッチン
グ除去レートをフルオロ線から測定することも可能であ
る。それというのも、主なフルオロ消費物質としてのシ
リコンがガスプラズマ１１のフルオロ含有率１１を決定
するためである。時間単位当たりシリコンウェハ３０の
シリコンがより多く除去される程、ガスプラズマ１１の
ＳｉＦ_ｘの含有率及びそれに伴い相応する輝線強度が高
くなる。相応して、ガスプラズマ１１中のフルオロ割合
及び相応する輝線強度はより低くなる。シリコン除去レ
ートのための尺度としてのフルオロ発光の測定は勿論、
フッ素化性エッチングガス六フッ化イオンの供給が、ガ
スプラズマ１１のフルオロ含分に影響を及ぼす他の全て
のエッチングパラメーターと同様に一定に保持されるこ
とを前提とする。

【００３６】詳細には、シリコンエッチング除去レート
ａ₁（ｔ）に特徴的な輝線発光の強度が目標値を下回っ
ているか、もしくは上回っている場合には、所望のエッ
チング除去レートａ_１（ｔ）又は選択性Ｓ（ｔ）を調整
するために、フルオロ供給物質六フッ化イオウＳＦ₆の
エッチングガスフローを調節により高めるか、もしくは
低める。

【００３７】光学発光スペクトロメーター２０及び２１
を介してのポリマー及び／又はシリコンのエッチング除
去レートの前記の監視のために、かつポリマー及びシリ
コンエッチング除去レートのための直接的尺度としての
検出された輝線強度の使用のために更に、この実施例で
は、通常の制御されないエッチングパラメータ、例えば
処理圧力及び外部コイル装置１７のコイル出力を一定に
保持することが重要である。それというのも、より高い
処理圧力及び／又はより高いコイル出力は、概して同じ
エッチング除去レートでは、ガスプラズマ１１の総じて
より高い輝度及びそれに伴い全ての特徴的な輝線のより
強い発光を示すはずであろうためである。

【００３８】これに対してもう１つの実施態様では、制
御されないエッチングパラメーターを一定に保持する代
わりに、少なくとも１つの特徴的な輝線の輝線強度を、
平均プラズマ強度、平均コイル出力又は平均プロセス圧
力に基づき基準化する。例えば、前に接続されたモノク
ロメータを含まない広帯域感光性フォトダイオード又は
光電子増倍管を用いて統合プラズマ輝度を測定し、かつ
それを用いて、広幅周波数スペクトルにわたる積分時間
依存性プラズマ輝度Ｉ（ｔ）（プラズマベース輝度）を
測定すると、輝線強度Ｉ_ｘ（ｔ、ν）を有する周波数ν
の発光輝線Ｘに関して、対応する処理ユニットでの算出
処理：

【００３９】

【数１】

【００４０】により常に、一次ではプラズマベース輝度
とは独立した基準化された輝線強度が得らる。この基準
化により、直接プラズマ強度に影響を及ぼすエッチング
パラメーターも制御することができ、かつそれに伴い、
あり得るプロセス変動に対する制御安定性が改善され
る。

【００４１】外部コイル装置１７に供給するための高周
波発生器１８と、制御装置１９での基板電極圧力又は−
出力を発生させるための発生器との周波数の差による障
害である発光強度変動を回避するために、両方の高周波
発生器を有利には同時に同じ周波数で、例えば共通のマ
スター−発振器から供給して運転する。もしくは、これ
らは相互に明らかに異なる周波数で運転することもで
き、その際、ガスプラズマ１１の低周波輝度変調は、変
動効果により生じない。

【００４２】両方の光学発光スペクトロメーター２０、
２１中の特徴的な輝線の発光強度を測定するために、こ
れらに更にそれぞれ１個のモノクロメーター及びその後
に接続された検出器が備えられている。もしくは、これ
らの検出器は波長スペクトルを同時に記録するための検
出器装置として実施されていてもよい。この場合、個々
の輝線強度を基準化するための平均されたプラズマ輝度
もしくはプラズマベース輝度の測定はいずれにしろ簡単
に、検出器装置の異なるダイオードの個々の強度の和又
は積分により可能である。

【００４３】更に詳述した実施例の変法では、両方の光
学発光スペクトロメーター２０、２１は、ただ１個の光
学発光スペクトロメーター中に集積されていてもよく、
その光学発光スペクトロメーターは、２つの検出器を有
するモノクロメータ又は後に接続された検出器装置を有
するチューナブルモノクロメータを有し、その際、後に
接続された検出器装置は、予め与えられた周波数スペク
トルを常にスキャンして、少なくとも２つの特徴的な輝
線を測定する。このような発光スペクトロメーターは多
層構造法で孤立波長検出器としても、多波長検出器装置
としても公知であり、かつ様々な実施態様で使用可能で
ある。

【００４４】それぞれのエッチングプロセスでポリマー
エッチング除去レートａ₂（ｔ）のみを変えるべき場合
には、ポリマーエッチング除去に特徴的な相応する輝線
強度と、目標値発生器２２から予め与えられた理論値と
の比較から、基板電極出力を制御素子１９を介して高め
るか、もしくは低めることで十分である。ＳＦ₆−エッ
チングガスフロー及びそれと共にシリコンエッチング除
去レートａ₁（ｔ）は、方法の主として遊離の第２パラ
メーターである。

【００４５】最終的には、マイクロレンズをエッチング
する場合には、ポリマー構造３１のポリマー材料（フォ
トラッカー）のための時間の関数として理論エッチング
除去レートが決定されるように説明される。簡単である
ので、シリコンウェハ３０上、半径Ｒを有するレンズと
してのポリマー構造３１の球形形態から出発し、その形
をエッチングプロセスの間、本質的に保持したまま、そ
の半径を時間の関数として変化させて（ｒ（ｔ））、ポ
リマー構造３１の形をエッチングプロセスで、シリコン
ウェハ３０の表面に転写する。

【００４６】時間ｔに対してガスプラズマ１１中に示さ
れたポリマー量ｄｍ_poly／ｄｔには、ポリマーの密度ρ
_polyで、

【００４７】

【数２】

【００４８】［この際、ａ₂（ｔ）＝ｄｒ／ｄｔ＝ポリ
マー構造のエッチング除去レート並びに

【００４９】

【数３】

【００５０】（ここで、一定エッチング除去レートａ₂
（ｔ）＝ａ₂）］が該当する。

【００５１】従って、

【００５２】

【数４】

【００５３】となる。

【００５４】ｄｍ_poly／ｄｔは従って直接、球形レンズ
をエッチングする際に示されるポリマー量に関する所望
の時間関数である。この関数は、例えばポリマー構造３
１に関して一定のエッチング除去レートａ₂でのエッチ
ングプロセスの動的制御のために、目標値発生器１９の
目標値前与として好適である。しかし勿論、エッチング
時間の関数としてより複雑なエッチング除去レートａ₂
（ｔ）を目標値関数として前与することもできる。この
場合単に、積ａ₂ｔを式（３）で、式（２）からの相応
する積分により使用する。

【００５５】同様の考察を、シリコンにも当てはめるこ
とができる：シリコンウェハ表面を初めに部分的にレン
ズ表面としてのポリマー構造３１によりマスキングする
ので、その場合、シリコンは初めはエッチングされな
い。全表面積Ａ_waferを有するシリコンウェハ３０上の
効果的にエッチングされるシリコン表面積Ａ_effには従
って、近似的に出発半径Ｒを有するＮ個のレンズ又はポ
リマー構造３１で：Ａ_eff＝Ａ_wafer−ＮＲ²π （４）が当てはまる。

【００５６】これに、ガスプラズマ１１中のシリコンの
出発材料供給ｄｍ_Sili及びそれに比例する輝線強度はシ
リコン密度ρ_Siliで、

【００５７】

【数５】

【００５８】［この際、ａ₁（ｔ）＝ａ₁＝シリコンウェ
ハ３０の一定のエッチング除去レート］に相応する。

【００５９】ポリマー構造３１としてのレンズをエッチ
ングする際に、シリコンウェハ３０のこれらの、エッチ
ングプロセスしうる表面積Ａ_effは、ポリマー構造３１
の大きさが（残留）レンズの形で低減するように拡が
る。

【００６０】これは、Ａ_eff（ｔ）＝Ａ_Wafer−Ｎｒ（ｔ）²π＝Ａ_Wafer−Ｎ（Ｒ−ａ₂ｔ）²π （６）［ａ₂（ｔ）＝ａ₂＝ポリマー構造３１の一定のエッチン
グ除去レート］に相応する。

【００６１】プラズマ中への相応する材料供給及びそれ
に比例する輝線強度は従って：

【００６２】

【数６】

【００６３】となる。

【００６４】勿論この場合にも、シリコンエッチング除
去レートａ₁（ｔ）に関して、エッチング時間の関数と
しての複雑なエッチング除去レートを目標値関数として
予め与えることができる。

【００６５】総じて詳述された実施例での本発明の方法
により、エッチングプロセスの間の材料変化に関係な
く、異なる材料のエッチングの際にエッチング除去レー
トもしくは選択性を動的かつ連続的に調整及び制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、エッチングパラメーターを制御する
ための構成素子を有するプラズマエッチング装置の１実
施様態の概要図を示す図。

【図２】本発明によりエッチングされる構造体の断面図
を示す図。

【符号の説明】

１０プラズマ室、１１ガスプラズマ、１２ガ
ス供給管、１３制御素子、１４基板電極、１
５構造体、１６ガス排出管、１９制御素子、
２０及び２１光学発光スペクトロメーター、２２
目標値発生器、２３及び２４処理ユニット、２
５目標値発生器、３０ポリマー構造、３１シ
リコンウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クラウスブライトシュヴェルトドイツ連邦共和国フィルダーシュタットヴィルヘルム−ハウフ−シュトラーセ 15 (72)発明者パトリックライネンバッハドイツ連邦共和国ロイトリンゲンガルテンシュトラーセ 43／１ (72)発明者ドリスシーラインドイツ連邦共和国ゴマリンゲンバーンホーフシュトラーセ 19 (72)発明者フランツレルマードイツ連邦共和国シユツツトガルトヴィティコヴェーク９ (72)発明者アンドレアシルプドイツ連邦共和国シュヴェービッシュグミュントゼーレンバッハヴェーク 15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングプロセスによる構造体（１
５）の製法において、構造体（１５）が少なくとも１つ
のベース材料（３０、３１）を有し、かつエッチングプ
ロセスで、少なくとも１つのエッチングパラメーターの
装置的調整に依存し、かつそれによりエッチング時間の
関数として変化させることができる材料依存性エッチン
グ除去レートでそれぞれベース材料（３０、３１）をエ
ッチングする場合に、エッチングプロセスの時間経過で
少なくとも１つのエッチング除去レートを連続的に又は
断続的に測定することを特徴とする、エッチングプロセ
スによる構造体（１５）の製法。
【請求項２】エッチング時間の関数として測定される
エッチング除去レートを、エッチング時間の関数として
所定の該当する理論エッチング除去レートと比較し、か
つ生じた差を測定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】エッチング時間の関数として測定された
エッチング除去レートとそれぞれ該当する理論エッチン
グ除去レートとの差を、少なくとも１つのエッチングパ
ラメーターを変化させることにより調節し、かつ殊に閉
ループ回路の形で補正する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】構造体（１５）が少なくとも２つの異な
るベース材料（３０、３１）を有し、その際、使用され
るエッチングプロセスのために、ベース材料（３０、３
１）にそれぞれ材料特異的エッチング除去レートを対応
させる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方
法。
【請求項５】構造体（１５）が、部分的にポリマー構
造（３１）、殊にフォトラッカーがその上に施与されて
いるシリコンウェハ（３０）である、請求項４に記載の
方法。
【請求項６】エッチングパラメーターが、１種以上の
使用エッチングガスのガス流、プロセス圧力、構造体
（１５）に印加される基板電極電圧、構造体（１５）に
印加される基板電極出力、基板温度又はＩＣＰ−プラズ
マ源のコイル電圧である、請求項１又は３に記載の方
法。
【請求項７】エッチング除去レートの測定を少なくと
も１つの光学発光スペクトロメーター（２０、２１）に
より行い、その際、それぞれの材料依存性エッチング除
去レートに、その強度がそれぞれのエッチング除去レー
トに比例する少なくとも１つの特徴的な輝線を対応させ
る、請求項１に記載の方法。
【請求項８】ＣＯ−輝線、ＳｉＦ_ｘ−輝線、フルオロ
輝線、ＣＦ_ｘ−輝線（ｘ＝１、２、３又は４）又はＨ−
輝線からなる群から選択される少なくとも１つの輝線を
使用する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】付加的にスペクトル積分プラズマ発光強
度を測定して、少なくとも特徴的な輝線の測定強度を規
格化する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】構造体（１５）をエッチングするため
の装置において、誘導結合されたガスプラズマ（１１）
がその中に存在するプラズマ室（１０）中に構造体（１
５）が位置し、その際更に、エッチングの間にガス供給
管（１２）を介して少なくとも１種のエッチングガスを
供給し、同時にガス排出管（１６）を介してプラズマ室
（１１）からガスを排出させる場合に、プラズマ室（１
０）中のガス雰囲気を連続的に又は断続的に分析する手
段が少なくとも１つ備えられている、構造体（１５）を
エッチングするための装置。
【請求項１１】手段が、ガス雰囲気と接続していて、
かつこれを少なくとも１つの特徴的な輝線により分析す
る光学発光スペクトロメーター（２０、２１）である、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】高周波交流電圧が印加される基板電極
（１４）に構造体（１５）が接触していて、かつ誘導ガ
スプラズマ（１１）がプラズマ室（１０）中で外部コイ
ル装置（１７）を介して生じる、請求項１０に記載の装
置。
【請求項１３】光学発光スペクトロメーター（２０、
２１）が少なくとも１つのモノクロメーター及び少なく
とも１つの光電子増倍管、光電池又は検出器装置を有
し、かつプラズマ室（１０）のガス雰囲気中の少なくと
も１つの特徴的な輝線強度を時間の関数として測定す
る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】付加的に、スペクトル積分プラズマ発
光強度を測定する光学広帯域検出器を備えている、請求
項１３に記載の装置。
【請求項１５】光学発光スペクトロメーター（２０、
２１）がそれぞれ時間の関数として測定される輝線の強
度を少なくとも１つの処理ユニット（２３、２４）に供
給し、その処理ユニットがそれらを、時間の関数として
所定の目標値と比較する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】光学発光スペクトロメーター（２０、
２１）又は処理ユニット（２３、２４）が時間の関数と
して変化する輝線の強度を、時間の関数として変化する
エッチング除去レートと対応させる、請求項１１又は１
３に記載の装置。
【請求項１７】処理ユニット（２３、２４）の目標値
が目標値発生器（２２、２５）により予め与えられてい
る、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】少なくとも１つの輝線の強度の目標値
と実際値との間の検出差違が少なくとも１つの制御素子
（１３、１９）の調節を変え、該制御素子が閉ループ回
路の形でエッチングプロセスのエッチングパラメーター
少なくとも１つの調節の変化を行うように、処理ユニッ
ト（２３、２４）が少なくとも１つの制御素子（１３、
１９）と接続している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】コイル電圧及び／又は基板電極電圧及
び／又は基板電極出力及び／又は基板温度及び／又は処
理圧力及び／又は少なくとも１つのエッチングガス流又
はエッチングガス濃度を調節するための制御素子（１
３、１９）少なくとも１つが備えられている、請求項１
８に記載の装置。
【請求項２０】シリコンウェハ表面を平坦化するた
め、又はマイクロレンズを製造するための、請求項１か
ら９までのいずれか１項に記載の方法。