JP2006148099A - エッチング終点の検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 正確性(検出精度)が向上されたエッチング終点の検出方法を提供する。
【解決手段】 本発明によるエッチング終点の検出方法は、(a)エッチング対象物120のパターン領域上にマスク132を形成する過程と、(b)マスク132によりカバーされなかった前記エッチング対象物120のエッチング領域上に少なくとも一つのエッチング表示子134,136を供給する過程と、(c)マスク132を使用して前記エッチング対象物120をエッチングする過程と、(d) 前記エッチング表示子134,136の存在の有無によって、マスク132によりカバーされた残留対象物のサイズを判定する過程と、を含む。
【選択図】 図3
【解決手段】 本発明によるエッチング終点の検出方法は、(a)エッチング対象物120のパターン領域上にマスク132を形成する過程と、(b)マスク132によりカバーされなかった前記エッチング対象物120のエッチング領域上に少なくとも一つのエッチング表示子134,136を供給する過程と、(c)マスク132を使用して前記エッチング対象物120をエッチングする過程と、(d) 前記エッチング表示子134,136の存在の有無によって、マスク132によりカバーされた残留対象物のサイズを判定する過程と、を含む。
【選択図】 図3
Description
本発明は、半導体素子を製造するための一連の工程の中の一の工程であるエッチング工程(etching process)に関し、特に、エッチング終点(end−point of etching)を検出するための方法に関する。より詳しくは、本発明は、マスク(mask)を使用して所望のパターン(pattern)を作るように対象物をエッチングする工程において、マスクによりカバーされた残留対象物(remaining object)のサイズが目標サイズ(target size)に到逹する時点であるエッチング終点を検出(ないし検知)するための方法に関する。
半導体素子の一種であるレーザーダイオード(laser diode)は、レーザーが発振する狭い幅の活性層(active layer)を有している。このような活性層は、有機金属化学蒸着法(MOCVD:metall−organic chemical vapor deposition)または分子ビーム蒸着法(MBE:molecular beam epitaxy)を用いて、ウェハー(wafer)上に多量子井戸(MQW:multi−quantum well)を成長させることによって形成される。
以下に、レーザーダイオードの活性層を製作する方法について説明する。
まず、第1段階では、n+タイプの半導体基板上に有機金属化学蒸着法あるいは分子ビーム蒸着法を用いて活性層を成長させ、その活性層上に、電流供給のためのp+タイプの半導体クラッド(clad)を積層する。
次の第2段階では、マスクを形成するために、クラッド上にSiO2やSiNxのような誘電体材質のマスク層(mask layer)を積層する。
続く第3段階では、写真エッチング工程(photolithography)を使用して、予め設定された矩形のパターンを示すようにマスク層をエッチングすることにより、マスク(すなわちパターニング(patterning)されたマスク層)を形成する。
さらに、次の第4段階では、そのマスクを使用して予め設定された矩形パターンを示すように、活性層及びクラッドを乾式エッチングまたは湿式エッチングする。一般的に、マスクによりカバーされた活性層の残留幅(以下、残留している活性層を「残留活性層」ともいう。)は、単一モード(single mode)を維持することができるように1〜1.6μmの範囲とされ、また、光ファイバーとの整列を容易にするために、残留活性層の端部にスポットサイズ変換領域(spot size converting region)を形成する場合には、スポットサイズ変換領域の幅は、0.4〜0.6μmの範囲とされる。
一方、他の方法としては、マスクを活性層上に形成し、活性層のエッチング過程が完了した後にクラッドを積層することもできる。
このような活性層のエッチング過程においては、エッチング速度が一定ではなく、また、クラッド(または活性層)とマスクとの界面(interface)状態が均一(uniform)ではないので、仮に同一のマスクを使用した場合であっても、一定時間エッチングした後に得られる残留活性層の幅は、均一ではない。したがって、従来の一般的な方法としては、エッチングの時間を(本来必要な時間よりも)短くし、残留活性層の幅とマスクの幅を顕微鏡で観察して、所望の目標サイズまでエッチングされたか否かを確認する必要があり、ここで、残留活性層の幅が目標サイズよりも広く形成されている場合には、追加的にエッチングする必要がある。
レーザー発振と遠視野像(FFP:far field pattern)の特性を予測するために、残留活性層に対してコンピュータ・シミュレーション実験を実施した結果では、所望の特性を得ることができる残留活性層の幅についての公差は、±0.1μm程度である。しかしながら、可視光線を使用する光学顕微鏡を用いて残留活性層の幅を観察する場合には、実質的に0.2μm以下の差を識別するのは難しいため、残留活性層の幅を正確に把握することは困難である。このような理由により、レーザーダイオード素子を製作した場合には、レーザー発振特性及び遠視野像が希望のものとは異なった結果になってしまう場合が多かった。
このように、従来の光学顕微鏡を用いたエッチング終点の検出方法は、正確性に乏しい(すなわち精度が低い)という問題点があった。したがって、正確性(検出の精度)が一層向上された新たなエッチング終点の検出方法が要求されている。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、従来よりも精度が向上されたエッチング終点の検出方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明によるエッチング終点の検出方法は、(a) エッチング対象物のパターン領域上にマスクを形成する過程と、(b) 前記マスクによりカバーされなかった前記エッチング対象物のエッチング領域上に、少なくとも一つのエッチング表示子(etching indicator)を供給する過程と、(c) 前記マスクを使用して前記エッチング対象物をエッチングする過程と、(d) 前記エッチング表示子の存在の有無によって、前記マスクによりカバーされた残留対象物のサイズを判定する過程と、を含む。
本発明によれば、エッチング終点の検出方法において、顕微鏡または肉眼で観察可能なエッチング表示子を使用して、従来よりも正確性(検出精度)を向上させることが可能となる。
また、本発明によるエッチング終点の検出方法をレーザーダイオードのような光半導体チップに適用する場合には、チップにエッチング表示子を集積してチップを完成した後に、チップをカットすることなく光学顕微鏡を使用して、チップ表面のエッチング表示子によって発光点の幅を正確に把握でき、必要あれば、発光点の幅によってチップを区別することができる利点が得られる。
以下、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、同一の構成要素については出来るだけ同一の参照番号及び参照符号を使用する。また、明瞭性と簡潔性の観点より、本発明に関連した公知機能や構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
図1乃至図5は、本発明の好ましい第1の実施形態によるチップ(chip)単位のエッチング終点の検出方法について説明するための図である。エッチング終点の検出方法は、エッチング表示子(etching indicator)を形成する過程と、エッチング表示子を使用してエッチング終点を検出する過程と、を含む。
図1乃至図3は、エッチング表示子を形成する過程について説明するための図である。
図1を参照すると、チップ単位(chip-by-chip)の半導体基板110上に、エッチング対象物である多量子井戸構造の活性層120を、有機金属化学蒸着法(MOCVD)または分子ビーム蒸着法(MBE)を用いて成長させる。また、この活性層120上に、SiO2またはSiNxのような誘電体材質のマスク層130を積層する。マスク層130としては、誘電体に加えて、金属、高分子性物質、或いは活性層120の物性とは相異なる物性を有する半導体、などの材質を使用することができる。
以後、マスク層130上にフォトレジスト(photoresist)を用いた写真エッチングを実行する。
図2及び図2に示された構成を平面図で示した図3を参照すると、マスク層130を写真エッチングすることにより、活性層120のパターン領域122上にはマスク132(すなわちマスク層130の一つのパターン)を形成し、マスク132によりカバーされなかった活性層120のエッチング領域124,126上には、第1及び第2のエッチング表示子134,136(すなわちマスク層130の他のパターン)を形成する。
なお、本実施形態では、エッチング領域126とエッチング領域124の双方がエッチング対象となるが、マスク132を基準として左右対称の形状にエッチングするため、エッチング領域124にはエッチング表示子を形成する必要はなく、この場合であっても正確なエッチングをすることが可能である。なお、これとは逆の形成とすること、すなわち、エッチング領域126の代わりにエッチング領域124のみに第1のエッチング表示子134及び第2のエッチング表示子136を形成してエッチングしても良いことは勿論である。
以下は、エッチング領域126にのみエッチング表示子を形成して、エッチング領域126とエッチング領域124の双方を同時にエッチングする場合について説明する。
マスク132と第1及び第2のエッチング表示子134,136は、各々予め定義(設定)された幅と、その幅よりも大きい長さを有する直方形またはストライプ(stripe)形状を有する。マスク132の幅WMは、以後のエッチング過程でパターン領域122内の活性層120の部分がその端部から中心方向に(幅方向に)エッチングされるので、活性層120の目標幅WTよりも大きい値を有する。したがって、マスク132の幅は、活性層120に対する幅方向のエッチング速度を考慮して設定される。また、目標幅を得るためには、一つのエッチング表示子(ここでは第1のエッチング表示子134)だけでも十分であるが、本発明の第1の実施形態では、エッチング過程を詳細に説明するために、二つのエッチング表示子134,136を形成した場合を例示する。なお、他の実施形態としては、必要に応じて、活性層120上に1〜20個のエッチング表示子を生成することができ、このとき、エッチング表示子ら間の幅の差は、0.01〜2μmの範囲で設定することができる。
マスク132の幅WMが5.2μmである場合に、目標幅WTが0.4μmであれば、第1のエッチング表示子134の幅WI1は、4.8μm(=5.2μm−0.4μm)に設定され、目標幅WTが0.5μmであれば、第1のエッチング表示子134の幅WI1は、4.7μm(=5.2μm−0.5μm)に設定される。本発明の第1の実施形態において、マスク132の幅WMは5.2μmであり、第1のエッチング表示子134の幅WI1は4.8μmであり、第2のエッチング表示子136の幅WI2は4.7μmである。
図4及び図5は、第1のエッチング表示子134を使用してエッチング終点を検出する過程について説明するための図である。ここでは、エッチング方式は、乾式エッチング及びエッチング溶液を使用した湿式エッチングを含み、活性層120の幅方向のエッチング速度は、同一ウェハー上のマスク132の幅に関係なく一定であると仮定する。
図2及び図4を参照すると、本実施形態では、エッチング過程を進行してパターン領域122内の活性層120の残留幅(すなわち残留活性層(120)の幅)が0.5μmになると、エッチング領域内の残留活性層120の幅は0.1μm以下になり、第2のエッチング表示子136によりカバーされた残留活性層120の幅は0μmになる。一方、エッチング領域124にはエッチング表示子が形成されていないので、エッチング領域124内の残留活性層120の幅は0μmである。したがって、図4に示すように、第2のエッチング表示子136は、通常のリフト−オフ(lift−off)工程と同様に、消滅される。
ここで、作業者は、光学顕微鏡を使用して第2のエッチング表示子136が消滅されたことを確認することによって、パターン領域122内の残留活性層120の幅が0.5μmであることを把握(認識)し、その後、追加エッチング過程を進行させる。
図5を参照すると、以後の追加エッチング過程を進行してパターン領域122内の残留活性層120の幅が0.4μmになると、エッチング領域126内の残留活性層120の幅も0μmになる。したがって、第1のエッチング表示子134も消滅される。
ここで、作業者は、光学顕微鏡を使用して第1のエッチング表示子134が消滅されたことを確認することによって、パターン領域122内の残留活性層120の幅が目標幅に該当する0.4μmであることを把握(認識)して、エッチング過程を終了する。
図6及び図7は、本発明によるエッチング表示子についての様々な形態の例を示す図である。各図に示すように、エッチング表示子は、エッチング対象物がエッチングされる様態(例えば、対象物の材質が有するエッチング特性、エッチング方法、対象物の目標パターン(target pattern)など)に応じて、様々な形状とすることができる。また、エッチング表示子は、2〜10μm×2〜200μmの範囲のサイズとすることが好ましい。ここで、図6Aは、三角形のエッチング表示子を示し、図6Bは四角形のエッチング表示子を示し、図6Cは、菱形のエッチング表示子を示し、図6Dは、六角形のエッチング表示子を示し、図6Eは、円形のエッチング表示子を示し、図6Fは、楕円形のエッチング表示子を示す。
エッチングを終了する時点(即ち、エッチング終点)を正確に把握(認識)するためには、希望する対象物の目標パターンと相似ないし近似する形状のエッチング表示子を使用することが好ましい。例えば、エッチング対象物をエッチングして直方形のパターンを作る場合には、直方形のエッチング表示子を使用すること、或いはエッチング表示子がエッチング対象物(例えば、チップなど)内に位置する空間的余裕を考慮して、正方形の形状のエッチング表示子を使用することが適切である。
また、エッチング対象物をエッチングして円形パターンを作る場合には、楕円形のエッチング表示子を使用すること、或いはエッチング表示子がエッチング対象物(例えば、チップなど)内に位置する空間的な余裕を考慮して、円形のエッチング表示子を使用することが適切である。ここで、楕円形のエッチング表示子を使用する場合には、該楕円の短軸がマスクの幅方向に沿うように形成する。また、このような楕円形のエッチング表示子を円形のエッチング表示子に置き換える場合には、空間的な余裕を考慮して、当該楕円の短軸の長さを直径とする円形のエッチング表示子を形成すればよい。
以下に、エッチング対象物の目標パターンと同一にエッチング表示子の形状が決定される場合の、エッチング表示子のサイズを設定する方法について例示して説明する。すなわち、以下の例は、活性層120上に、図3で説明した長方形のマスク132に代えて、正方形のマスク、或いは円形、多角形、などの他の種々の形状のマスクが形成された場合を想定している。
活性層120上に正方形のマスクが形成され、これに対応して図6Bに示すような四角形のエッチング表示子をエッチング領域に形成する場合には、該エッチング表示子のサイズ(幅で定義される値)は、正方形の形状のマスクの幅から目標サイズ(対象物の目標パターンが有する幅として定義される値)を減算して得られた値に決定される。
また、活性層120上に円形のマスクが形成され、これに対応して図6Eに示すような円形のエッチング表示子をエッチング領域に形成する場合には、該エッチング表示子のサイズ(直径で定義される値)は、円形マスクの直径から目標サイズ(対象物の目標パターンが有する直径として定義される値)を減算して得られた値に決定される。
さらに、活性層120上に、三角形、菱形、六角形などの多角形のマスクが形成され、これに対応して図6A、図6C及び図6Dに示すような三角形、菱形、六角形などの多角形のエッチング表示子をエッチング領域に形成する場合には、該エッチング表示子のサイズ(それぞれ、図形の各辺から図形の中心までの距離の中で最も短い距離の二倍に定義される値)は、多角形マスクのサイズから目標サイズ(対象物の目標パターンの各辺からその中心までの距離の中で最も短い距離の二倍に定義される)を減算して得られた値に決定される。本発明によるエッチング表示子は、上述の形態以外にも、その他の多角形、数字、文字などの種々の形状とすることができる。
一般図形の形態のエッチング表示子を使用する場合には、エッチング表示子の幅についての情報を作業者等が予め知っておかなければならないという不便な面もある。これに鑑みて、エッチング表示子のサイズをエッチング表示子自らが示すようにするために、エッチング表示子の他の例としては、図7A乃至図7Cに示すように、数字や文字の形態として使用する。このうち、図7Aは‘1'の形のエッチング表示子を示し、図7Bは‘2'の形のエッチング表示子を示し、図7Cは‘A'の形のエッチング表示子を示す。
このとき、角をなす部分の幅が直線部分や曲線部分の幅と比較して大きくなることにより、正確なエッチング地点を検出することを妨害し得るので、エッチング表示子を数字や文字の形状とする場合には、図示のように、それぞれ分離された直方形のユニット(unit)の形態で構成されるようにして、数字や文字の角をなす部分(すなわち屈曲、屈折等する箇所)が表れない(ないし接続されない)ようにすることが好ましい。また、各直方形ユニット(unit)の幅は、対象物のマスクサイズ(マスクの幅あるいは対角線や直径で定義される値)から目標サイズ(対象物の目標パターンが有する幅あるいは対角線や直径で定義される値)を減算して得られた値に定義される。
上述のように、本発明によるエッチング終点の検出方法はチップ単位に適用できるが、このような場合にはチップのサイズが非常に小さいので、作業者が顕微鏡を用いてエッチング終点を検出(検知)する必要がある。
これに対して、後述のように、本発明の第2の実施形態によるエッチング終点の検出方法は、ウェハー単位に適用でき、このような場合に作業者は、上述のように顕微鏡を使うことなく肉眼でエッチング終点を検出(検知)することができる。
図8乃至図10は、本発明の好ましい第2の実施形態によるエッチング終点の検出方法について説明するための図である。エッチング終点の検出方法は、エッチング表示子を形成する過程と、エッチング表示子を使用してエッチング終点を検出する過程と、を含む。
図8は、第1乃至第7のエッチング表示子220乃至280を有するウェハーを示す図である。図8に示すように、第1乃至第7のエッチング表示子220乃至280は、各々1×1mmの矩形(正方形)の領域を有し、該領域は100×70マトリクス(matrix)構造のユニット225乃至285からなる。第1乃至第7のエッチング表示子220乃至280は、相互に異なるユニット幅(図8の横(左右)方向の幅)を有しており、この実施形態では、順に、4.3μm,4.4μm,4.5μm,4.6μm,4.7μm,4.8μm,及び4.9μmの幅を有したユニットを有する。ユニット幅の差は、必要に応じて、0.01〜2μmに設定できる。ウェハー210上にはエッチング対象物である活性層214が形成され、ウェハー210は、複数のチップ212に区分(分割)される。各チップ212が占める活性層214部分のパターン領域には、直方形のマスク216が形成されている。ここで、マスク216の幅(図8の左右方向の長さ)は5.2μmであり、各チップ212が占める活性層214部分の目標幅(すなわち、エッチング工程を通じて得ようとする、マスク216により覆われた残留活性層(214)の幅で、図8の左右方向の長さ)は、0.4μmである。
第1乃至第7のエッチング表示子220乃至280は、活性層214上に形成される。必要に応じて、第1乃至第7のエッチング表示子220乃至280は、各々200〜5000μm×300〜5000μmのサイズを有することができ、また、各々三角形、矩形(正方形ないし長方形)、円形、楕円形、菱形、その他の多角形、数字、文字などの形状を有することができる。
各ユニット225乃至285は、必要に応じて、2〜10μm×2〜200μmのサイズを有することができ、三角形、矩形(正方形ないし長方形)、円形、楕円形、菱形、その他の多角形、数字、文字などの形状を有することができる。また、各ユニット225乃至285は、誘電体、金属、高分子性物質、或いは活性層120の物性とは相異なる物性を有する半導体、などの材質を使用することができる。
図9及び図10は、第1乃至第7のエッチング表示子220乃至280を使用してエッチング終点を検出する過程について説明するための図である。このとき、エッチング方法は、乾式エッチング及びエッチング溶液を用いた湿式エッチングを含み、活性層214の幅方向のエッチング速度はマスク216の幅に関係なく一定である。
図9を参照すると、エッチング過程を進行して各パターン領域上の残留活性層214の幅が0.5μmになると、第1乃至第5のエッチング表示子220〜260が消滅される。
作業者は、肉眼で第5のエッチング表示子260まで消滅されたことを確認することによって、残留活性層214の幅が0.5μmであることを把握し、続いて追加エッチング過程を進行する。
図10を参照すると、以後の追加エッチング過程を進行して残留活性層214の幅が0.4μmになると、第6のエッチング表示子270も消滅される。
作業者は、肉眼で第6のエッチング表示子270が消滅されたことを確認することにより残留活性層214の幅が0.4μmであることを把握して、エッチング過程を終了する。
上述のように、本発明の実施形態によれば、顕微鏡または肉眼で観察可能なエッチング表示子を使用し、マスクによりカバーされた残留対象物のサイズを、エッチング表示子の存在の有無(すなわち消滅したか否か)によって判定することとにより、従来よりも正確性(検出精度)が向上されたエッチング終点の検出を行うことが可能となる。
また、本発明によるエッチング終点の検出方法をレーザーダイオードのような光半導体チップに適用する場合には、チップにエッチング表示子を集積してチップを完成した後に、チップをカットすることなく光学顕微鏡を使用して、チップ表面のエッチング表示子によって発光点の幅を正確に把握でき、必要あれば、発光点の幅によってチップを区別することができる利点が得られる。
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の変更が、特許請求の範囲の記載に基づいた本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
120 活性層(エッチング対象物)
122 パターン領域
124,126 エッチング領域
132,216 マスク
134,136 エッチング表示子
214 活性層(エッチング対象物)
220〜280 エッチング表示子
122 パターン領域
124,126 エッチング領域
132,216 マスク
134,136 エッチング表示子
214 活性層(エッチング対象物)
220〜280 エッチング表示子
Claims (10)
- (a) エッチング対象物のパターン領域上にマスクを形成する過程と、
(b) 前記マスクによりカバーされなかった前記エッチング対象物のエッチング領域上に、少なくとも一つのエッチング表示子(etching indicator)を供給する過程と、
(c) 前記マスクを使用して前記エッチング対象物をエッチングする過程と、
(d) 前記エッチング表示子の存在の有無によって、前記マスクによりカバーされた残留対象物のサイズを判定する過程と、を含むこと
を特徴とするエッチング終点の検出方法。 - 前記エッチング表示子は、2〜10μm×2〜200μmのサイズであること
を特徴とする請求項1に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記エッチング表示子は、三角形,矩形,円形,楕円形,菱形,多角形,数字,または文字の形状を有すること
を特徴とする請求項1に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記エッチング表示子は、誘電体,金属,高分子,または半導体の材質からなること
を特徴とする請求項1に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記(b)過程において、前記マスクによりカバーされなかった前記エッチング対象物のエッチング領域上に、相異なるサイズを有する複数のエッチング表示子を形成すること
を特徴とする請求項1に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記エッチング表示子は、全て矩形の形状を有し、前記エッチング表示子間の幅の差は、0.01〜2μmに設定されること
を特徴とする請求項5に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記マスク及び前記エッチング表示子は、全て矩形の形状を有し、前記エッチング表示子の幅は、前記マスクの幅から前記エッチング対象物の目標幅を減算した値により決定されること
を特徴とする請求項1に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記(b)過程において、前記マスクによりカバーされなかった前記エッチング対象物のエッチング領域上に複数のエッチング表示子を形成し、
前記各エッチング表示子は、複数のユニットからなること
を特徴とする請求項1に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記複数のエッチング表示子は、相異なるユニット幅を有し、ユニット幅の差は、0.01〜2μmに設定されること
を特徴とする請求項8に記載のエッチング終点の検出方法。 - 前記エッチング対象物は、光半導体チップを含み、
前記エッチング表示子を前記光半導体チップに集積することにより、前記光半導体チップの完成後に、前記エッチング表示子を使用して前記光半導体チップの発光点の幅を検出すること
を特徴とする請求項1に記載のエッチング終点の検出方法。
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