JP2831882B2 - エッチングパターンの作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
製作に際して使用するフォトエッチングの終点を検出
し、エッチング後のパターン寸法を制御する方法及び、
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホトマスクの製作を例に従来技術を述べ
る。石英基板上にクロム（Ｃｒ）を付け、その上にレジ
ストを塗布し、必要な回路パターンを電子線描画装置又
は、紫外線投影装置により、焼き付ける。これを現像し
て回路として残す部分以外のＣｒを除去する。次いで、
エッチング液にこの基板を漬け、回路として残す部分以
外のＣｒをエッチング除去する。その後、レジストを剥
離してホトマスクが完成する。Ｃｒエッチングは通常固
定された時間エッチングを行う。この方法では、エッチ
ングの条件が変化した場合（エッチング液の濃度及び温
度の変化、被エッチング物であるＣｒの膜質の変化）、
仕上がったＣｒパターンの寸法が所望する寸法からずれ
て仕上がってしまう。これを防ぐために、Ｃｒエッチン
グの終点を検出する方法が発表されている（特開平４−
１７６８８０号『パターン形成方法及び装置』）。しか
し、この方法では、エッチング終点を検出できるが、Ｃ
ｒパターンを所望する寸法に制御する事は出来ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】６４Ｍ−ＤＲＡＭ（ダ
イナミックラム）では、実際の回路パターンは、最小寸
法で０．３５〜０．４０μｍである。５対１の縮小投影
露光法を考えた場合のマスク寸法は、１．７５〜２．０
μｍとなり、ウエハ上の焼き付けパターンを±１０％に
押さえるためには、マスク上のＣｒパターン寸法は、所
望寸法に対して±０．１７５〜０．２０μｍ以内に押さ
える必要がある。この様な高い寸法制御性を達成するた
めの、寸法制御方法及び装置を提供する。

【０００４】本発明者らは上記の課題を解決すべく研究
を行った結果、基板上にモニターパターンを設け、ａ）
エッチング中のモニターパターンに上部から光を投射
し、ｂ）モニターパターン部分からの反射光または透過
光の干渉光の強度変化を測定し、ｃ）干渉光の強度が一
定になった点をブレークスルーポイントとし、ｄ）エッ
チング開始からブレークスルーポイントまでの時間に、
あらかじめ求められたオーバーエッチング係数を乗じて
総エッチング時間を求め、ｅ）エッチング開始から総エ
ッチング時間が経過した時にエッチングを終了すること
により、エッチングパターンの寸法を良好に制御できる
ことを見いだし本発明を完成した。

【０００５】基板に照射された光はＣｒ膜表面とＣｒ／
基板界面で反射され干渉を起こす。ただし、Ｃｒ膜が
０．１μｍ以上の厚さではＣｒ膜の光吸収が大きく干渉
は現れない。Ｃｒ膜がエッチングされ、基板面が露出さ
れると信号強度は一定になる。本明細書においては、こ
の点をブレークスルーポイントと呼び、エッチング開始
からブレークスルーポイントまでの時間をブレークスル
ータイム（ＢＴＴ）と呼ぶ。

【０００６】材料に吸収がない場合には、相対透過率＝
１−相対反射率の関係が成り立つので、反射光が干渉す
れば透過光も干渉する。材料に吸収がある場合にも強度
は変化するが同様に干渉が起こる。

【０００７】反射光または透過光強度の測定は、たとえ
ば図１に示す装置を使用することにより行うことができ
る。

【０００８】図１において１はスピン装置のチャックで
あり、回転軸２によって回転させられる。１３はスピン
装置のモータを回転させるモータ駆動回路である。チャ
ック１には吸引機構が備えられ、下地基板３は吸引して
装着するようになっている。下地基板３の上方にはエッ
チング液供給機構４とリンス液供給機構５とが備えられ
ている。エッチング液供給機構４からは下地基板３の半
径方向に幅１ｃｍ程度、長さ１０ｃｍ程度の帯状にエッ
チング液が吹きつけられ、下地基板３がスピン装置によ
って回転させられることにより下地基板３上に均一にエ
ッチング液が液盛りされる。リンス液供給機構５も同様
にリンス液を下地基板３上に吹きつけることができる。

【０００９】６は下地基板３上のＣｒ膜の膜厚を測定す
る光学系の長波長を有する光源であり、例えばタングス
テンランプや水銀灯などが用いられる。

【００１０】８はフィルタ７を通った光を下地基板３上
に導く光ファイバ束であり、下地基板３上での光の直径
が例えば１０ｍｍ程度になるように照射する。

【００１１】光ファイバ束８はまた、下地基板３からの
反射光を導く役目もしている。光ファイバ８で導かれた
反射光はフィルタ１１を経てフォトトランジスタ１０で
受光される。フィルタ１１は特定の波長範囲の光のみを
透過させる狭帯域バンドパスフィルタであり、下地基板
３の種類などによって最もＳ／Ｎ比の大きくなるような
波長を選択できるものを使用する。フォトトランジスタ
１０の検出信号はＡ／Ｄコンバータ１５を経てデジタル
信号に変換され、コンピュータ１２に取り込まれて茨形
の解析が行われ、その波形解析の結果からリンス液供給
機構５やモータ駆動回路１３を制御する。コンピュータ
１２としては市販のパーソナルコンピュータを使用する
ことができる。

【００１２】下地基板３を装着したスピン装置を回転さ
せ、エッチング液供給機構４からエッチング液を吹きつ
けてエッチング液を液盛りした後、コンピュータ１２は
時間の計測を開始し、スピン装置を停止し、フォトトラ
ンジスタ１０からＡ／Ｄコンバータ１５を経てデータを
取り込む。

【００１３】そしてブレークスルーポイントまでの時間
を検出するプログラムを実行する。

【００１４】コンピュータ１２は、ブレークスルーポイ
ントを検出すると、エッチング開始からブレークスルー
ポイントが検出されるまでの時間ＢＴＴを計測し、予め
実験的に定められて設定されたオーバーエッチング係数
Ａを乗じて総エッチング時間を算出する。エッチング開
始から算出された総エッチング時間が経過した時点でエ
ッチングを停止する。エッチングの停止は、リンス液供
給機構５からリンス液（たとえば純水）を吹き付けると
ともに、モーター駆動回路１３を経てスピン装置を回転
させて現像液を除去することにより行う。

【００１５】一定時間後、リンス液の供給を止め、下地
基板３の回転を続けて下地基板３を乾燥させる。

【００１６】ブレークスルーポイントの検出は例えばノ
ーフリンジアルゴリズムにより行うことができる。

【００１７】本アルゴリズムは、変曲点を持つ干渉波形
に適用される。

【００１８】変曲点を検出するために、データ（ｖｏｌ
ｔ）の時間による２次微分を求め、２次微分が極大とな
る点をＢＴＴとして算出する。

【００１９】本アルゴリズムのフローチャートを図３に
示す。

【００２０】又、変曲点を複数個有する場合には、最後
の極小点からノーフリンジアルゴリズムを適用し、ブレ
ークスルーポイントを検出する。

【００２１】第４図に反射光の強度変化の例、第５図に
透過光の強度変化の例を示す。

【００２２】第５図の例においては最後の極小点Ａから
ノーフリンジアルゴリズムが適用される。

【００２３】反射光と透過光のどちらの強度変化を測定
するかは任意であり、終点検出のしやすい方を選べばよ
い。又、両者を同時に測定し、その平均を求めてもよ
い。

【００２４】オーバーエッチング係数Ａは、検出された
ＢＴＴと実際のエッチングパターン寸法とを関係付ける
ために実験的に決定される。すなわち、いくつかの条件
下でエッチングを行い、ＢＴＴと得られたエッチングパ
ターン寸法とを測定し、両者の関係を求めることにより
決定される。Ａは定数またはＢＴＴの関数として決定さ
れる。

【００２５】ＡをＢＴＴの多項式として表現する場合の
近似およびその補間は、以下の方法のいずれか、または
これらの組み合わせにより行うことができる。

【００２６】多項式による補間

【数１】 上式のｎ次多項式を用い、Ｋ_０〜Ｋ_ｎの各係数を決定す
ることにより、ＡとＢＴＴとの関係を式化できる。次数
を上げると近似の精度がより向上することは当然である
が、精度よい近似を求められる場合でも高々１０次であ
ればよく、通常の場合は５ないし６次式で十分である。

【００２７】又、２次ないし３次式の場合でも充分に本
発明による効果は得られる。近似式の次数の決定はあく
までも製品管理上において許容される管理巾により決定
されるものであり、近似精度すなわち近似式の次数によ
り本発明の範囲が制限されるものではない。

【００２８】 変数変換による直線回帰式へのあては
めによる補間 式の形によっては適当な変数変換を行うことにより直線
関係で表現できる場合がある。

【００２９】よく知られている例を以下に挙げる。

【００３０】

【表１】 例えばｙ＝ａｅ^bxの関係にある時、両辺の対数を取れば
ｌｎｙ＝ｌｎａ＋ｂｘとなり、これをＹ＝Ａ＋ＢＸと比
較すれば上表に記載されている関係となる。

【００３１】 Ｌａｇｒａｎｇｅ補間式による補間 Ｌａｇｒａｎｇｅ補間式とは以下の式をいう。

【００３２】

【数２】 この式はｘについてｎ次、（ｎ＋１）項から成る多項式
である。 Ｌａｇｒａｎｇｅ補間式を用いる場合には、
１組でも信頼性の低いデータが含まれていると補間式全
体の精度が低下するので注意が必要である。

【００３３】 Ｂスプライン補間式による補間 Ｂスプラインの理論は、最初Ｓｃｈｏｅｎｂｅｒｇ¹⁾に
よって示され、Ｃｏｘ²⁾とｄｅ Ｂｏｏｒ³⁾は、スプラ
インの数値計算に有効な反復計算式を求めた、曲線の定
義、Ｂスプライン基底関数を応用したのはＲｉｅｓｅｎ
ｆｅｌｄ⁴⁾である。

【００３４】パラメータｔの関数であらわされるＢスプ
ライン曲線Ｐ（ｔ）は次式であらわされる。

【００３５】

【数３】 ここに、Ｐｉは、曲線定義ポリゴンの位置ベクトルをあ
らわす。

【００３６】位数ｋ，ｉ番目の正規化されたＢスプライ
ン基底関数Ｎ_i，_k （ｔ）はつぎに示す反復公式により
与えられる。

【００３７】

【数４】 ｘ_i はノットベクトルの要素である。

【００３８】Ｂスプライン補間についての詳細な取り扱
いは「コンピュータグラフィックス」（山口富士夫訳昭
和５４年５月３０日、日刊工業新聞社発行）に記載され
ている。

【００３９】１）Ｓｃｈｏｅｎｂｅｒｇ，Ｉ．Ｊ．：
“Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｔｏｔｈｅ Ｐｒｏｂ
ｌｅｍ ｏｆ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅ
ｑｕｉｄｉｓｔａｎｔ Ｄａｔａ ｂｙ Ａｎａｌｙｔ
ｉｃ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ”Ｑ，Ａｐｐｌ．Ｍａｔ
ｈ．，Ｖｏ１．４（１９４６）ｐ．４５〜９９，１１２
〜１４１。

【００４０】２）Ｃｏｘ，Ｍ．Ｇ．：“Ｔｈｏ Ｎｕｍ
ｅｒｉｃａｌ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ Ｂ−Ｓｐｌ
ｉｎｅｓ”Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａ
ｂｏｒａｔｏｒｙ ＤＮＡＣ４，Ａｕｇｕｓｔ（１９７
１）。

【００４１】３）ｄｅ Ｂｏｏｒ，Ｃａｒｌ：“Ｏｎ
Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｗｉｔｈＢ−Ｓｐｌｉｎｅ
ｓ”Ｊ，Ａｐｐｒｏｘ，Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏ１．６（１
９７２）ｐ．５０〜６２。

【００４２】４）Ｒｉｅｓｅｎｆｅｌｄ，Ｒ．Ｆ，：
“Ｂｅｒｓｔｅｉｎ−Ｂｅｚｉｅｒ Ｍｅｔｈｏｄｓ
ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｄｅ
ｓｉｇｎｏｆ Ｆｒｅｅ：Ｆｏｒｍ Ｃｕｒｖｅｓ Ｓ
ｕｒｆａｃｅｓ”、Ｐｈ，Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，Ｓｙｒａ
ｃｕｓｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍａｒｃｈ（１９７
３）。

【００４３】上記の方法のいずれか又は組み合わせによ
り、任意のＢＴＴに対するＡを決定することができる。
ＢＴＴとＡ値データをＢＴＴについて最小単位０．０１
秒毎にテーブル化し、コンピューターにファイルしてお
くと瞬時のデータアクセスが可能となるので好ましい。

【００４４】さらに、発明者はパターンの粗密によりエ
ッチング終点が変化し、パターン密度が密になるとエッ
チング終点が早くなることを発見した。このような現象
はレジストの現像などの場合には見られず、エッチング
に特有のものである。

【００４５】パターンサイズとエッチング終点時間の関
係を測定したところ、以下の表のような結果が得られ
た。

【００４６】

【表２】 したがって、モニターするパターンの密度により、得ら
れるエッチング終点が変化することになる。このこと
は、モニターしたパターン部分については適切なエッチ
ング終点でエッチングを終了しても、パターン密度が異
なる他の部分については不十分なエッチングやオーバー
エッチングの状態になっていることを意味する。

【００４７】このような不都合を避けるために、基板中
で最も正確にエッチングしたい箇所と同じパターンまた
は同じ密度を有する所定のパターンをモニターパターン
として基板上に設け、これをモニターすることが好まし
い。モニターパターンは製品となるエッチングパターン
領域外に設けられる。一般的には基板の隅に設けられ、
その数は任意である。フォトカップラーのような、基板
を回転させるスピンモーターから同期信号を得る手段を
設け、この信号とデータサンプリングを同期させること
によりモニターパターンのみをモニターすることができ
る。回転同期サンプリング機構についての図を図２とし
て示す。

【００４８】実施例１ Ｃｒ膜厚０．０６２μｍ、レジスト膜厚０．５３μｍと
し、エッチング液として硝酸第二セリウムアンモニウム
水溶液を使用してエッチングを行った。

【００４９】２．０μｍＬ／Ｓモニターパターンを使用
してエッチング終点を決定し、オーバーエッチング係数
を２．３ＢＴＴ＋０．０２とした場合と、３．４ＢＴＴ
とした場合、さらに一定時間（９０秒）でエッチングを
終了した場合の結果を比較した。エッチング終点を変化
させるため、エッチング液温度を１０、２０、および３
０°Ｃと変化させた。それぞれの場合において、基板の
パターンのうち、２．０μｍにエッチングすべき部分の
仕上がり寸法（ボトム寸法）を評価した。その結果を図
６に示す。

【００５０】実施例２ オーバーエッチング係数を２．３ＢＴＴとし、２．０μ
ｍＬ／／Ｓモニターパターンを使用してエッチング終点
を決定した場合、５μｍＬ／Ｓモニターパターンを使用
してエッチング終点を決定した場合、および一定時間
（９０秒）でエッチングを終了した場合の結果を比較し
た。

【００５１】エッチング終点を変化させるため、エッチ
ング液温度を１０、２０、および３０°Ｃと変化させ
た。それぞれの場合において、基板のパターンのうち、
５．０μｍにエッチングすべき部分の仕上がり寸法を評
価した。その結果を図７に示す。

【００５２】上記の結果から、本願発明にかかる方法で
エッチング終点を決定することにより、エッチング条件
が変動しても一定の線幅にエッチングできることがわか
る。さらに、オーバーエッチング係数やモニターパター
ンのラインスペースを変化させることにより、得られる
線幅を調節できる。例えば、実施例１の結果からはＡを
３．４ＢＴＴとすることにより、線幅を２μｍより若干
狭い領域で調節できることがわかる。また、実施例２の
結果からはモニターパターンを２μｍＬ／Ｓとすること
により、線幅を５μｍより若干太い領域で調節できるこ
とがわかる。すなわち、オーバーエッチング係数などを
変化させることにより、得られる線幅の微調整ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる方法を実施するための好ましい
装置の例である。

【図２】基板上にモニターパターンを設けた場合の測定
方法の例を示す図である。

【図３】ノーフリンジアルゴリズムのフロー図である。

【図４】反射光の強度変化を測定した場合の例である。

【図５】透過光の強度変化を測定した場合の例である。

【図６】実施例１の結果を示す図である。

【図７】実施例２の結果を示す図である。

【符号の説明】

１ スピン装置のチャック ２ 回転軸 ３ 下地基板 ４ エッチング液供給機構 ５ リンス液供給機構 ６ 光源 ７ シャープカットフィルタ ８ 光ファイバー １０ フォトトランジスタ １１ バンドパスフィルタ １２ コンピュータ １３ モーター駆動回路 １５ Ａ／Ｄコンバーター

フロントページの続き (72)発明者 扇子 義久 埼玉県戸田市上戸田４丁目17番13号 ゼ ネラル シグナル ジャパン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−121339（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチングパターンの作成方法であっ
   て、 基板上にモニターパターンを設け、 ａ）エッチング中のモニターパターンに上部から光を投
   射し、 ｂ）モニターパターン部分からの反射光または透過光の
   干渉光の強度変化を測定し、 ｃ）干渉光の強度が一定になった点をブレークスルーポ
   イントとし、 ｄ）エッチング開始からブレークスルーポイントまでの
   時間に、あらかじめ求められたオーバーエッチング係数
   を乗じて総エッチング時間を求め、 ｅ）エッチング開始から総エッチング時間が経過した時
   にエッチングを終了する、 エッチングパターンの作成方法。