JP3261660B2 - Monitoring method of etching in dry etching - Google Patents

Monitoring method of etching in dry etching

Info

Publication number
JP3261660B2
JP3261660B2 JP10140592A JP10140592A JP3261660B2 JP 3261660 B2 JP3261660 B2 JP 3261660B2 JP 10140592 A JP10140592 A JP 10140592A JP 10140592 A JP10140592 A JP 10140592A JP 3261660 B2 JP3261660 B2 JP 3261660B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
etching
monitor
thin film
product substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP10140592A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH05299386A (en
Inventor
昭彦 悳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Coating Corp
Original Assignee
Ulvac Coating Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Coating Corp filed Critical Ulvac Coating Corp
Priority to JP10140592A priority Critical patent/JP3261660B2/en
Publication of JPH05299386A publication Critical patent/JPH05299386A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3261660B2 publication Critical patent/JP3261660B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチングの進
行状態を監視し特にそのエッチングの終点を検出するに
適した方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method suitable for monitoring the progress of dry etching and detecting the end point of the etching.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ドライエッチング装置に於ける光
学式終点検出モニターとして、図1に示すようなドライ
エッチング装置内のエッチング処理されるべき基板aに
形成されている遮光膜bに対するエッチングの終点を検
出するために、図2の監視領域cの反射率(又は透過
率)を監視する方式のものが知られている(特開昭61
−149955号公報)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical end point detection monitor in a dry etching apparatus, an etching end point for a light shielding film b formed on a substrate a to be etched in a dry etching apparatus as shown in FIG. There is known a method of monitoring the reflectance (or transmittance) of the monitoring area c shown in FIG.
149595).

【0003】このドライエッチング装置を更に詳述する
と、排気口dとガス導入口eを備えた真空室f内に高周
波電源gに接続した高周波電極hとこれに対向する対向
電極iを設け、該高周波電極hの上に、エッチング処理
されるべき製品基板aを載せ、監視領域cの反射率を測
定するために、外部の光源jからのレーザー光線kをビ
ームスプリッターuを介して該製品基板aに照射し、そ
の反射光をモノクロメーターm、光検出器n、増幅器
o、アナログ/デジタル変換器p、制御・演算部qを介
してレコーダーr又はメーターsで検出するように構成
されている。レーザー光線kは真空室f、対向電極iに
設けた光学窓lを介して該基板aに入射し、透過光を検
出する場合には高周波電極hにも光学窓lを設け、真空
室fの外部にもう1組のビームスプリッターu、モノク
ロメーターm、光検出器n、増幅器o、アナログ/デジ
タル変換器pが設けられる。
The dry etching apparatus will be described in more detail. A high-frequency electrode h connected to a high-frequency power source g and a counter electrode i opposed thereto are provided in a vacuum chamber f provided with an exhaust port d and a gas inlet port e. A product substrate a to be etched is placed on the high-frequency electrode h, and a laser beam k from an external light source j is applied to the product substrate a via a beam splitter u in order to measure the reflectance of the monitoring area c. Irradiation is performed, and the reflected light is detected by a recorder r or a meter s via a monochromator m, a photodetector n, an amplifier o, an analog / digital converter p, and a control / calculation unit q. The laser beam k is incident on the substrate a through the vacuum chamber f and the optical window l provided in the counter electrode i, and when detecting transmitted light, the optical window l is also provided in the high-frequency electrode h. Is provided with another set of a beam splitter u, a monochromator m, a photodetector n, an amplifier o, and an analog / digital converter p.

【0004】該製品基板aがフォトマスクブランクスの
遮光膜bの上にレジストパターンが形成されたものであ
り、この遮光膜bのエッチング過程の終点検出を行なう
場合は次の通りである。光源jから射出される光線k
は、まずビームスプリッターuで分けられ、光学窓lを
透過して製品基板a上の監視領域cに入射し、ここから
の反射光はビームスプリッターuまで逆行してモノクロ
メーターmにより単色化され、光検出器nに入る。検出
信号は増幅器oによって増幅され、アナログ/デジタル
変換器pによる信号処理がなされ、制御・演算部qに入
り、逐次、製品基板a上の遮光膜bの反射率に対応した
出力信号がレコーダーr及びメーターsに出力される。
製品基板a上の遮光膜bが全部エッチングされると図3
に示すように出力信号Aが変化しなくなることによっ
て、エッチング工程の終点が検出される。
[0004] The product substrate a has a resist pattern formed on a light-shielding film b of a photomask blank, and the end point of the etching process of the light-shielding film b is detected as follows. Light ray k emitted from light source j
Is first split by a beam splitter u, passes through an optical window l, enters a monitoring area c on a product substrate a, and the reflected light from there goes back to the beam splitter u to be monochromated by a monochromator m. It enters photodetector n. The detection signal is amplified by an amplifier o, subjected to signal processing by an analog / digital converter p, enters a control / arithmetic unit q, and sequentially outputs an output signal corresponding to the reflectance of the light shielding film b on the product substrate a. And output to the meter s.
When the light shielding film b on the product substrate a is completely etched, FIG.
When the output signal A does not change as shown in (1), the end point of the etching process is detected.

【0005】該製品基板aのエッチング処理は次の手順
で行なわれる。まず、真空室f内の気体を排気口dから
真空ポンプにより排気し、ガス導入口eからエッチング
用ガスを導入してガス流量と真空室f内の圧力を一定の
作動圧力に維持し、高周波電源gを作動させて高周波電
極hに13.5MHzの高周波をかけると、高周波電極hと対
向電極iの間の空間にプラズマが形成され、励起された
反応ガスが製品基板aの表面に入射反応して製品基板a
上の遮光膜bのエッチングが進行する。この間、終点検
出系によって製品基板aの反射率を監視してエッチング
の終点が検出されたら、高周波電源hを切り、ガスの供
給を停止し、真空室f内のガスを排出した後、真空室a
内に窒素ガスまたは空気を導入して大気圧とし、エッチ
ング処理済み製品基板aを取り出し、次の製品基板aを
セットする。
The etching process of the product substrate a is performed in the following procedure. First, the gas in the vacuum chamber f is exhausted from the exhaust port d by a vacuum pump, and an etching gas is introduced from the gas inlet port e to maintain the gas flow rate and the pressure in the vacuum chamber f at a constant operating pressure. When the power supply g is operated to apply a high frequency of 13.5 MHz to the high-frequency electrode h, plasma is formed in a space between the high-frequency electrode h and the counter electrode i, and the excited reaction gas is incident on the surface of the product substrate a to react. Product board a
The etching of the upper light shielding film b proceeds. During this time, when the end point of the etching is detected by monitoring the reflectance of the product substrate a by the end point detection system, the high frequency power supply h is turned off, the supply of gas is stopped, and the gas in the vacuum chamber f is discharged. a
Nitrogen gas or air is introduced into the inside of the furnace to set the atmospheric pressure, the etched product substrate a is taken out, and the next product substrate a is set.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】近年、紫外線露光法、
遠紫外線露光法などのフォトリソグラフィ技術で位相シ
フトマスクによる露光法によって微細なパターンを形成
する方法が各種試みられているが、その中でも特に高品
質で安定な性質を具備させるため、LSIなどの半導体の
品質・性能の向上に有力なものとして、シフター部の基
板をエッチングする次のような方法が提案されている
(特開平2−211450号公報、中川健二他 NIKKEI
MICRODEVICES 5月号 p.53〜58頁)。この提案の方法
は、図4、図5に示すように、シフター部tを透明の製
品基板aに設けた深さd=λ/{2(n−1)}の凹部
とした位相シフトマスクであって、図6の(a)〜
(b)の工程によって形成している。この位相シフトマ
スク形成方法でシフター部tの深さdをλ/{2(n−
1)}≒0.397μm(λはi線436nm、n=1.46 石
英)に精度良くエッチングするためには、例えば、まず
約90%エッチングした後、深さを確認してから残りを
エッチングするようにしている。仮に、従来の遮光膜の
反射率または透過率を測定してエッチングの終点を検出
する方法をこの位相シフトマスクのシフター部tのエッ
チングに適用するために、シフター部tにモニター用の
光を入射してエッチングに伴う反射率または透過率の変
化を検出しようとしても、反射率に対する光量は図7の
ように、エッチングの開始から終了まで一定の値しか示
さず、エッチング終点を検出できないために、この反射
率、透過率の方法はエッチング終点検出に適用されなか
った。これは、ガラス基板が厚いために、通常使用され
る光のモニター波長スペクトルは場Δλ1に対し反射率
(又は透過率)について波長分解能が悪く、実際上、干
渉効果を測定できないためである。前記特開昭61−1
49955号公報の実施例で使用された波長800nmの
レーザーダイオードを使用しても、まだスペクトル幅が
広すぎてうまくいかない。そこで、モニター用光源とし
て単色性の高いHe-Ne レーザーなどの気体レーザーを使
用すれば基板が厚くても干渉効果を測定できることが期
待されるが、エッチング深さΔd1に対する精度は、δ
Δd1/Δd1≒±ΔJ/J(ここに、Jは4nΔd2
λ1に近い整数、λ1はモニター波長ΔJ=1/3(エッ
チング終点が極値と一致しない場合)、ΔJ=1/12
(エッチング終点が極値と一致する場合))で与えられ
るが、表1に示すように、モニター波長を633nm(He-
Neレーザー)とした場合、フォト露光波長λ2=365nm
(Hg i線)では、δΔd1/Δd1=13%、また、フォ
ト露光波長λ2=248nm(KrF エキシマレーザー)で
は、δΔd1/Δd1=±20%となって、必要なシフタ
ー部深さの精度±(3〜6)%以内に及ばない。これ
は、波長精度の高い実用的なレーザー光源の種類は多く
はなく、反射率あるいは透過率の数値が、丁度エッチン
グ終点に対応するような測定波長のレーザー光源を見出
だすのは難しく、充分なエッチングの精度が得られない
ためである。しかも、エッチング処理中の基板は、例え
ば18℃〜55℃の温度上昇で板厚が64〜200μm
も熱膨脹し、露光波長248nm(Kr-Fレーザー)或いは
露光波長365nm(Hg i線)に対応するシフターエッチ
ング深さΔd1は、84.5nm或いは125nmと同程度であ
って、両者を分離して測定できない。
In recent years, ultraviolet exposure methods,
Various methods of forming fine patterns by exposure using a phase shift mask with photolithography techniques such as deep ultraviolet exposure have been tried, but among them, semiconductors such as LSI The following method for etching the substrate of the shifter portion has been proposed as a promising method for improving the quality and performance of the semiconductor device (Japanese Patent Laid-Open No. 2-211450, Kenji Nakagawa et al.).
MICRODEVICES May, p.53-58). As shown in FIGS. 4 and 5, this proposed method uses a phase shift mask in which a shifter portion t is provided on a transparent product substrate a and has a concave portion having a depth d = λ / {2 (n−1)}. Then, FIG.
It is formed by the step (b). In this phase shift mask forming method, the depth d of the shifter portion t is set to λ / {2 (n−
1) In order to accurately etch to 0.397 μm (λ is i-line 436 nm, n = 1.46 quartz), for example, first, after etching about 90%, confirm the depth, and then etch the rest. ing. In order to apply the conventional method of measuring the reflectance or transmittance of the light-shielding film to detect the end point of etching to the etching of the shifter portion t of this phase shift mask, light for monitoring is incident on the shifter portion t. Even if an attempt is made to detect a change in reflectance or transmittance due to etching, the amount of light with respect to the reflectance shows only a constant value from the start to the end of etching as shown in FIG. 7, and the end point of etching cannot be detected. This method of reflectance and transmittance was not applied to the detection of the etching end point. This is because the glass substrate is thick, the monitor wavelength spectrum of light normally used reflectance relative field [Delta] [lambda] 1 (or transmittance) poor wavelength resolution for, because the practice, can not be measured interference effects. JP-A-61-1
Even if the laser diode having a wavelength of 800 nm used in the example of JP-A-49955 is used, the spectrum width is still too wide to work. Therefore, if a gas laser such as a He-Ne laser having high monochromaticity is used as a light source for monitoring, it is expected that the interference effect can be measured even when the substrate is thick, but the accuracy for the etching depth Δd 1 is δ
Δd 1 / Δd 1 ≒ ± ΔJ / J (where J is 4nΔd 2 /
integer close to lambda 1, lambda 1 is monitored wavelength ΔJ = 1/3 (if etching end point does not coincide with the extreme value), ΔJ = 1/12
(When the etching end point coincides with the extreme value)), and as shown in Table 1, the monitor wavelength is 633 nm (He-
Ne laser), photo exposure wavelength λ 2 = 365 nm
(Hgi line), δΔd 1 / Δd 1 = 13%, and at the photo exposure wavelength λ 2 = 248 nm (KrF excimer laser), δΔd 1 / Δd 1 = ± 20%, and the necessary shifter depth is required. Accuracy does not fall within ± (3-6)%. This is because there are not many types of practical laser light sources with high wavelength accuracy, and it is difficult to find a laser light source with a measurement wavelength whose reflectance or transmittance just corresponds to the end point of etching. This is because accurate etching accuracy cannot be obtained. In addition, the substrate being etched has a thickness of 64-200 μm at a temperature rise of, for example, 18 ° C. to 55 ° C.
Is also thermally expanded, and the shifter etching depth Δd 1 corresponding to the exposure wavelength of 248 nm (Kr-F laser) or the exposure wavelength of 365 nm (Hg i line) is about the same as 84.5 nm or 125 nm. Can not.

【0007】[0007]

【表1】 [Table 1]

【0008】本発明は、ドライエッチングされるべき基
板のエッチング深さを精度良く任意の深さにエッチング
することの可能なエッチングモニター方法を提供するこ
とを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an etching monitoring method capable of accurately etching a substrate to be dry-etched to an arbitrary depth.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は、ドライエッチング装置の真空室内のエッチング
処理すべき製品基板上或いはその近傍にモニター板を設
け、該モニター板に照射したモニター光の反射率或いは
透過率を測定して該製品基板に形成された薄膜のエッチ
ング量を監視する方法に於いて、該モニター板として、
そのモニター板用基板の上に該製品基板の基板材質と略
同材質の薄膜を少なくとも1層形成したものを使用し、
該製品基板のエッチング深さΔd1とエッチング速度分
布によるエッチング速度比C=d2/d1(d1は製品基
板のエッチング速度代表値、d2は製品基板の基板材質
と同材質の基板をモニター板の位置に設置したときのエ
ッチング速度)及び該製品基板の基板材質と略同材質の
薄膜との材質の違いによるエッチング速度比D=d4
3(d3は製品基板のエッチング速度、d4は製品基板
の基板材質と同材質の薄膜のエッチング速度)とからモ
ニター板用基板上の該薄膜のエッチング量Δd2をΔd2
=CDΔd1によって決定し、モニター光の波長λ1をλ
1=4n1Δd2/J( 1 はモニター板用基板上の薄膜の
屈折率、Jは正の整数)によって選定し、予めエッチン
グ処理前に上記モニター板用基板上の薄膜の膜厚d 5
5 =j 0 λ 1 /4n 1 (j 0 はJ以上の正の整数)にして
おき、該薄膜の膜厚減少による反射率或いは透過率変化
でJ番目の極値をエッチングの終点とすることで、エッ
チングの終点の検出が確実に行なえる。
According to the present invention, a monitor plate is provided on or near a product substrate to be etched in a vacuum chamber of a dry etching apparatus, and a monitor illuminated on the monitor plate is provided. In a method of monitoring the etching amount of a thin film formed on the product substrate by measuring the reflectance or transmittance of light,
Using at least one layer of a thin film of substantially the same material as the substrate material of the product substrate on the monitor plate substrate,
Etching depth [Delta] d 1 and the etching speed ratio by the etching rate distribution C = d 2 / d 1 ( d 1 is the etch rate representative value of the product substrate of the product substrate, d 2 is the substrate of the substrate material and the material of the product substrate Etching rate when installed at the position of the monitor plate) and the etching rate ratio D = d 4 / due to the difference in material between the substrate material of the product substrate and a thin film of substantially the same material.
From d 3 (d 3 is the etching rate of the product substrate, d 4 is the etching rate of a thin film of the same material as the substrate material of the product substrate), the etching amount Δd 2 of the thin film on the monitor plate substrate is Δd 2
= CDΔd 1 , and the wavelength λ 1 of the monitor light is λ
1 = 4n 1 Δd 2 / J ( n 1 is the thin film on the monitor plate substrate
Refractive index, J is selected by a positive integer), pre-etching
Before grayed process the thickness d 5 of the thin film on the substrate for a monitor plate
d 5 = j 0 λ 1 / 4n 1 (j 0 is a positive integer equal to or greater than J)
By setting the J-th extreme value as the end point of the etching based on the change in reflectance or transmittance due to the decrease in the thickness of the thin film, the end point of the etching can be reliably detected.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【作用】ドライエッチング装置の真空室内に光学窓を介
してモニター光が導入され、該モニター光は、高周波電
極上、又はエッチング処理される製品基板の近傍に設置
され、或いは該製品基板上に形成されたモニター板に入
射し、その反射率あるいは透過率が測定される。該製品
基板のエッチング深さΔd1と、高周波電極上のエッチ
ング速度分布によるエッチング速度比C=d2/d1(こ
こに、d1は製品基板のエッチング速度代表値、d2はモ
ニター板の設置場所に於けるエッチング速度である)及
びエッチングされている製品基板の薄膜とモニター板に
形成されている製品基板の基板と略同材質の薄膜の違い
によるエッチング速度比D=d4/d 3 とから、モニター
板上の該薄膜のエッチング量Δd2=CDΔd1によって
決定し、モニター波長λ1を次の(4)式によって選定す
る。即ち、 C=d2/d1 …(1) D=d4/d3 …(2) Δd2=CDΔd1 …(3) λ1=4n1Δd2/J (Jは正の整数) …(4) そして、モニター波長λ1を一定にしてエッチングの進
行に伴って測定されるモニター板の反射率或いは透過率
のJ番目の極値を検出し、これをエッチングの終点とす
る。ここに、n1は該モニター板の薄膜の屈折率であ
る。
A monitor light is introduced into a vacuum chamber of a dry etching apparatus through an optical window, and the monitor light is set on a high-frequency electrode or near a product substrate to be etched or formed on the product substrate. Then, the light enters the monitor plate, and its reflectance or transmittance is measured. The etching depth Δd 1 of the product substrate and the etching rate ratio C = d 2 / d 1 based on the etching rate distribution on the high-frequency electrode (where d 1 is the typical etching rate of the product substrate, and d 2 is the value of the monitor plate. And the etching rate ratio D = d 4 / d 3 due to the difference between the thin film of the product substrate being etched and the thin film of substantially the same material as the substrate of the product substrate formed on the monitor plate. Thus, the etching amount Δd 2 of the thin film on the monitor plate is determined by Δd 2 = CDΔd 1 , and the monitor wavelength λ 1 is selected by the following equation (4). That is, C = d 2 / d 1 (1) D = d 4 / d 3 (2) Δd 2 = CDΔd 1 (3) λ 1 = 4n 1 Δd 2 / J (J is a positive integer) (4) Then, the monitor wavelength λ 1 is kept constant, and the J-th extreme value of the reflectance or transmittance of the monitor plate, which is measured as the etching proceeds, is detected, and this is set as the etching end point. Here, n 1 is the refractive index of the thin film of the monitor plate.

【0012】モニター波長λ1を一定にして、反射率あ
るいは透過率の時間的変化を監視する代りに、エッチン
グ処理中の時間経過に伴って時々刻々モニター波長λ1
を掃引して、モニター板の分光反射率あるいは分光透過
率を測定し、反射率あるいは透過率の極値波長とその数
に基づいてリアルタイムで演算処理を行なって算出され
るモニター板上の薄膜の膜厚によってエッチング処理の
終点を検出することもできる。
Instead of keeping the monitor wavelength λ 1 constant and monitoring the temporal change in reflectance or transmittance, the monitor wavelength λ 1 is constantly changed with the passage of time during the etching process.
Is measured, and the spectral reflectance or spectral transmittance of the monitor plate is measured, and the thin film on the monitor plate is calculated by performing an arithmetic processing in real time based on the extreme wavelength and the number of the reflectance or transmittance. The end point of the etching process can be detected based on the film thickness.

【0013】エッチング処理されるべき製品基板の反射
率あるいは透過率を直接測定する代りに、製品基板の板
厚より著しく薄い製品基板の基板材質と略同材質の薄膜
が形成されているモニター板の反射率あるいは透過率を
測定するようにしたので、白色光源とモノクロメーター
を用いた光学モニターでも精度良く薄膜の膜厚が測定で
き、エッチング処理に伴う該薄膜の膜厚の減少量と製品
基板の板厚の減少量との比例関係から、精度良く製品基
板のエッチングの終点を検出できるようになる。
Instead of directly measuring the reflectance or transmittance of a product substrate to be etched, a monitor plate having a thin film of substantially the same material as that of the product substrate, which is significantly thinner than the thickness of the product substrate, is formed. Since the reflectance or transmittance is measured, the thickness of the thin film can be accurately measured even by an optical monitor using a white light source and a monochromator. The end point of the etching of the product substrate can be detected with high accuracy from the proportional relationship with the decrease in the plate thickness.

【0014】モニター板の光学的作用は次の通りであ
る。製品基板の基板材質が透明なガラスで、その屈折率
をnとする。モニター板の基板は屈折率n2の透明なガ
ラスあるいは結晶とする。この場合、製品基板のガラス
基板の分光反射率R1(λ)と分光透過率T1(λ)は次
式で関係している。λは波長である。 R1(λ)=1−T1(λ) …(5) 以下、記述を簡略化するため、都合によって反射率か分
光反射率かどちらか一方についてだけ説明する。比較説
明のため、まず、従来例を考える。製品基板のガラス基
板に光が入射し、屈折角がiでフレネル係数がr,r1
であったとすると、「波動光学」(久保田広著:pp.62-
65、及びpp.199-214、(1984)岩波書店発行)によ
って透過率は次式で与えられる。 T1(λ)=(1−r22/(1−2r2cosδ1+r1 4) …(6) ここに、δ1は位相で次式で与えられる。 δ1=4πndcosi/λ …(7) 以下、簡単のためモニター光は製品基板あるいはモニタ
ー板に垂直に入射するものとする。i=0とおいて(7)
式は次のようになる。 δ1=4πnd/λ …(8) また、r2={(1−n)/(1+n)}2 …(9) T1(λ)はδ1の周期関数で、位相は δ11=πj …(10) で極値を持つ、あるいは板厚を一定とし、波長を掃引し
て得られる透過率分光カーブは下記の波長に極値をも
つ。 λj=4nd/j …(11) 分光カーブの山と山の間隔Δλjは次式で与えられる。
The optical action of the monitor plate is as follows. The substrate material of the product substrate is transparent glass, and its refractive index is n. The substrate of the monitor plate is a transparent glass or a crystal having a refractive index of n 2 . In this case, the spectral reflectance R 1 (λ) of the glass substrate of the product substrate and the spectral transmittance T 1 (λ) are related by the following equation. λ is the wavelength. R 1 (λ) = 1−T 1 (λ) (5) For simplification of description, only one of the reflectance and the spectral reflectance will be described for convenience. First, a conventional example will be considered for comparative explanation. Light is incident on the glass substrate of the product substrate, the refraction angle is i, and the Fresnel coefficient is r, r 1.
Then, "wave optics" (Hiroshi Kubota: pp.62-
65, and pp.199-214, (1984) issued by Iwanami Shoten), the transmittance is given by the following equation. T 1 (λ) = (1 -r 2) 2 / (1-2r 2 cosδ 1 + r 1 4) ... (6) Here, [delta] 1 is given by the phase. δ 1 = 4πndcosi / λ (7) Hereinafter, for simplicity, it is assumed that the monitor light is perpendicularly incident on the product substrate or the monitor plate. With i = 0 (7)
The formula is as follows: δ 1 = 4πnd / λ (8) r 2 = {(1-n) / (1 + n)} 2 (9) T 1 (λ) is a periodic function of δ 1 and the phase is δ 11 = πj .. (10) has an extreme value, or the transmittance spectral curve obtained by sweeping the wavelength while keeping the plate thickness constant has an extreme value at the following wavelengths. λj = 4nd / j (11) The interval Δλj between peaks of the spectral curve is given by the following equation.

【0015】 Δλj=λj-1−λj+1 …(12) 或いは Δλj=8nd/(j2−1) …(13) 極値次数jは次式で与えられる。 j=4nd/λj …(14) λ1をモニター波長とし、j番目の極値付近を測定して
いるとすると、 λj≒λ1 …(15) (13)(14)式より Δλj≒λ1 2/{2nd(1−1/j2)} …(16) となる。
Δλj = λj−1−λj + 1 (12) or Δλj = 8nd / (j 2 −1) (13) The extreme value order j is given by the following equation. j = 4nd / λj ... (14 ) the lambda 1 and the monitor wavelength, when to be measured near the j-th extremum, λj ≒ λ 1 ... (15 ) (13) (14) Δλj from the equation ≒ lambda 1 2 / {2nd (1-1 / j 2 )} (16)

【0016】分光カーブの山が、山として測定できる条
件は、モニター光のスペクトル幅をΔλ1として次式で
与えられる。 Δλ1≦Δλj …(17) 通常フォトマスクに使用される製品基板の板厚は、d6
=1.5〜6.35mmであり、石英基板ではn=1.46、モニ
ター波長λ1=718nmとすると、 j≒12200〜51650 …(18) Δλj≒0.1〜0.03 nm …(19) 白色光源とモノクロメータを組み合わせた市販の光学モ
ニターでは、 Δλ1=2〜10nm …(20) が一般的である。従って、(17)の条件式は満足されず、
それ故、製品基板を直接監視することによっては、板内
の多重反射による反射率や透過率の干渉効果を検出する
ことが不可能である。製品基板の反射率や透過率を測定
する代りに、モニター板上に形成した製品基板の基板材
質と略同材質の薄膜の多重反射による干渉による該モニ
ター板の反射率あるいは透過率の波長あるいは膜厚依存
性を監視する場合を考えると次の通りである。尚、この
場合も簡単のために光が基板に垂直に入射する場合を考
える。
The mountain spectral curve, conditions that can be measured as a mountain is given by the following equation spectral width of the monitor light as [Delta] [lambda] 1. Δλ 1 ≦ Δλj (17) The thickness of the product substrate usually used for the photomask is d 6
= 1.5 to 6.35 mm, n = 1.46 for a quartz substrate, and monitor wavelength λ 1 = 718 nm, j ≒ 12200 to 51650 (18) Δλj ≒ 0.1 to 0.03 nm (19) Combining a white light source and a monochromator In a commercially available optical monitor, Δλ 1 = 2 to 10 nm (20) is general. Therefore, the conditional expression (17) is not satisfied, and
Therefore, by directly monitoring the product substrate, it is impossible to detect the interference effect of the reflectance and the transmittance due to multiple reflection in the plate. Instead of measuring the reflectance or transmittance of the product board, the wavelength or film of the reflectance or transmittance of the monitor board due to the interference of multiple reflections of a thin film of the same material as the board material of the product board formed on the monitor board Considering the case of monitoring the thickness dependence, it is as follows. In this case, for the sake of simplicity, it is assumed that light is incident on the substrate vertically.

【0017】前記「波動光学」によれば、製品基板の基
板材質と略同材質の薄膜がモニター板の基板に1層だけ
形成されているとき、該モニター板の反射率R2は次式
で与えられる。 R2=1−[4n1 22/{n1 2(1+n22−(n2 2−n12 (n1 2−1)sin2(δ2/2)] …(21) δ2=4πn15/λ1 …(22) ここに、n1は製品基板の基板材質と略同材質の薄膜の
屈折率 n2はモニター板の基板の屈折率 d5は該薄膜の膜厚 λ1はモニター波長 (21)式はモニター板の基板の裏面での反射を無視した式
であるが、裏面反射も考慮した反射率R3は次式で与え
られる。 R3=R2+(1−R224/(1−R24) …(23) ここに R4=(1−n22/(1+n22 …(24) 反射率の位相δ2あるいは波長λ1あるいは膜厚d5に対
する依存性は、R3とR2とで本質的に同じなので、簡単
のため以下に裏面反射を無視した値R2について説明す
る。(21)式より、反射率R2は位相δ2の周期関数であ
り、 δ2=πj …(25) 又は、4n15/λ1=j …(26) で極大値R2maxまたは極小値R2minを取る。 R21=(1−n22/(1+n22 (j=偶数のとき) …(27) R22=(n1 2−n22/(n1 2+n22 (j=奇数のとき) …(28) そして、 R2min=R22、R2max=R21 (n1<n2のとき) …(29) R2max=R22、R2min=R21 (n1>n2のとき) …(30) である。
According to the "wave optics", when only one layer of a thin film having substantially the same material as the substrate material of the product substrate is formed on the substrate of the monitor plate, the reflectance R 2 of the monitor plate is expressed by the following equation. Given. R 2 = 1- [4n 1 2 n 2 / {n 1 2 (1 + n 2) 2 - (n 2 2 -n 1) 2 (n 1 2 -1) sin 2 (δ 2/2)] ... (21 ) δ 2 = 4πn 1 d 5 / λ 1 (22) where n 1 is the refractive index of a thin film of substantially the same material as the substrate material of the product substrate, n 2 is the refractive index of the substrate of the monitor plate, and d 5 is the thin film. the film thickness lambda 1 the monitor wavelength (21) is an expression that ignores reflections at the back surface of the substrate of the monitor plate, the reflectance R 3 also in consideration of back reflection is given by the following equation. R 3 = R 2 + (1-R 2 ) 2 R 4 / (1-R 2 R 4 ) (23) where R 4 = (1-n 2 ) 2 / (1 + n 2 ) 2 (24) dependence on the phase [delta] 2 or wavelength lambda 1 or the thickness d 5 of the reflectance, so essentially the same in the R 3 and R 2, the value R 2 will be described ignoring back reflection in the following for simplicity. From the equation (21), the reflectance R 2 is a periodic function of the phase δ 2 , and the maximum value R 2 max or δ 2 = πj (25) or 4n 1 d 5 / λ 1 = j (26) Take the minimum value R 2 min. R 21 = (1-n 2 ) 2 / (1 + n 2) 2 (j = when an even number) ... (27) R 22 = (n 1 2 -n 2) 2 / (n 1 2 + n 2) 2 (j = When it is odd) (28) And R 2 min = R 22 , R 2 max = R 21 (when n 1 <n 2 ) (29) R 2 max = R 22 , R 2 min = R 21 (When n 1 > n 2 ) (30)

【0018】モニター板の薄膜の膜厚d5を一定とし
て、波長λ1を掃引して分光反射率を測定すると、(26)
に対応して λj=4n15/j …(31) に極値を持ち、山と山の間隔Δλjは次式で与えられ
る。 Δλj=λj-1−λj+1 …(32) または Δλj=8n15/(j2−1) …(33) ここにjは干渉の次数であって次式で与えられる。 j≒4n15/λ1 …(34) ここで λ1≒λj …(35) と考えた。モニター板の薄膜の膜厚d5を d5=0.4〜10μm …(36) とし、モニター波長をλ1=718nm、n1=1.46とすると j≒3〜80 …(37) Δλj≒500〜18nm …(38) 白色光源とモノクロメータを組み合わせた市販の光学モ
ニターでは、(20)よりΔλ1=2〜10nmが一般的であ
り、分光カーブの山が山として測定できる条件式(17)Δ
λ1≦Δλjは 2〜10nm<18〜500nm …(39) となって、充分満足され、分光カーブの極値波長が精度
良く測定できる。
When the wavelength λ 1 is swept and the spectral reflectance is measured while keeping the thickness d 5 of the thin film of the monitor plate constant,
Λ j = 4n 1 d 5 / j (31), and the peak-to-peak interval Δλ j is given by the following equation. Δλj = λj-1-λj + 1 ... (32) or Δλj = 8n 1 d 5 / ( j 2 -1) ... (33) Here j is an order of interference is given by the following equation. j ≒ 4n 1 d 5 / λ 1 (34) Here, λ 1 ≒ λ j (35) was considered. The thickness d 5 of the thin film of the monitor plate and d 5 = 0.4~10μm ... (36) , the monitor wavelength λ 1 = 718nm, When n 1 = 1.46 j ≒ 3~80 ... (37) Δλj ≒ 500~18nm … (38) In a commercially available optical monitor combining a white light source and a monochromator, Δλ 1 = 2 to 10 nm is general from (20), and the conditional expression (17) Δ in which the peak of the spectral curve can be measured as a peak
λ 1 ≦ Δλ j satisfies 2 to 10 nm <18 to 500 nm (39), which is sufficiently satisfied, and the extreme wavelength of the spectral curve can be accurately measured.

【0019】モニター波長λ1を一定としてエッチング
処理中にモニター板の反射率を測定すると、(26)式に対
応してモニター板の膜厚が d5=jλ1/(4n1) …(40) のとき反射率が極値を示し、反射光量のエッチング時間
に対するレコーダートレースははっきりとした山と谷を
交互に示し、精度の高いエッチングの終点検出が可能と
なる。モニター波長λ1は、製品基板のエッチング深さ
Δd1に対して(3)(4)式を満足するように選択してある
ので、モニター板にあらかじめ d5=j0λ1/(4n1) (j0:整数) …(41) の値に薄膜を形成しておくか、あるいはこの形にあらか
じめこの薄膜の膜厚をモニター波長λ1に対して反射率
あるいは透過率が極値を示すようにエッチングしておけ
ば、j0から数えてJ番目の極値をエッチングの終点と
することにより、モニター板上の薄膜の膜厚減少分は Δd2=Jλ1/(4n1) …(42) 製品基板の膜厚減少分は(3) 式あるいは Δd1=Δd2/(CD) …(43) により、目的のエッチング深さΔd1に精度良くエッチ
ング処理することが可能になる。
When the reflectance of the monitor plate is measured during the etching process while keeping the monitor wavelength λ 1 constant, the thickness of the monitor plate becomes d 5 = jλ 1 / (4n 1 ) (40) according to the equation (26). ), The reflectivity shows an extreme value, and the recorder trace with respect to the etching time of the amount of reflected light shows clear peaks and valleys alternately, so that the end point of etching with high accuracy can be detected. Monitoring wavelength lambda 1 is (3) with respect to the etching depth [Delta] d 1 of the product substrate (4) so are selected to satisfy the formula, advance d 5 = j 0 λ 1 / (4n 1 to monitor plate (J 0 : an integer) A thin film is formed to the value of (41), or the film thickness of this thin film is formed in advance in this form, and the reflectance or transmittance shows an extreme value with respect to the monitor wavelength λ 1 . If the etching is performed as described above, the J-th extreme value counted from j 0 is set as the end point of the etching, so that the decrease in the thickness of the thin film on the monitor plate is Δd 2 = Jλ 1 / (4n 1 ). 42) The amount of decrease in the thickness of the product substrate can be accurately etched to the target etching depth Δd 1 by the formula (3) or Δd 1 = Δd 2 / (CD) (43).

【0020】エッチング処理中の時間経過に伴って、時
々刻々モニター波長λ1を掃引してモニター板の分光反
射率あるいは分光透過率を測定し、反射率あるいは透過
率の極値波長λj、λj+2m及び極値波長の数2mにもと
づいて(47)式を用い、リアルタイムで演算処理を行なっ
て薄膜の膜厚d5を算出することが可能である。 1/λj=j/(4n15) …(44) 1/λj+2m=(j+2m)/(4n15) …(45) をjとd5を未知数として解いて(46)(47)式が得られ
る。 j=(2mλj+2m)/(λj−λj+2m) …(46) d5=(mλjλj+2m)/2n1(λj−λj+2m) …(47) モニター板の基板が屈折率n21=n2で、その上に屈折
率n11、膜厚d51=J1λ1/(4n11)(J1は正の整
数)の中間層が形成されており、最上層に屈折率n12
1、膜厚d52=d5の薄膜が形成されているモニター板
では、前記「波動光学」によれば、モニター板の反射率
2は次式で与えられる。 R2=1+(r0 2−1)(r1 2−1)(r2 2−1)/D2 …(48) ただし D2=1+(r012+(r122+(r20)+2[r12(1+r0 2) cosδ2+r01(1+r22cosδ1+r20{cos(δ1+δ2)+r1 2cos (δ1−δ2)}] …(49) 垂直入射を考えて i=i2=0 …(50) 従って δ1=2π(2n1151cosi1)/λ1=4πn1151/λ1 …(51) δ2=2π(2n1252cosi2)/λ1=4πn1252/λ1 …(52) d51=J1λ1/(4n11) (J1=1,2,…) …(53) (50)(53)より δ1=πJ1 …(54) n21=n2、n12=n1、n13=1 …(55) とおくと、(48)(49)は次式のようになる。 R22=1−(1−r0 2)(1−r1 2)(1−r2 2)/D2 …(56) ただし D2=D2(1)+D2(2)cosδ2 …(57)
As the time elapses during the etching process, the monitor wavelength λ 1 is swept from time to time to measure the spectral reflectance or spectral transmittance of the monitor plate, and the extreme wavelengths λj, λj + of the reflectance or transmittance are measured. based on the number 2m of 2m and extremum wavelength using expression (47), it is possible to calculate the thickness d 5 of the thin film by performing arithmetic processing in real time. 1 / λ j = j / (4n 1 d 5 ) (44) 1 / λ j +2 m = (j + 2 m) / (4n 1 d 5 ) (45) is solved with j and d 5 as unknowns (46) ( 47) is obtained. j = (2mλj + 2m) / (λj−λj + 2m) (46) d 5 = (mλjλj + 2m) / 2n 1 (λj−λj + 2m) (47) The substrate of the monitor plate has a refractive index n 21. = N 2 , an intermediate layer having a refractive index n 11 and a film thickness d 51 = J 1 λ 1 / (4n 11 ) (J 1 is a positive integer) is formed thereon, and the refractive index n 12 =
In a monitor plate on which a thin film having n 1 and a film thickness d 52 = d 5 is formed, the reflectance R 2 of the monitor plate is given by the following equation according to the “wave optics”. R 2 = 1 + (r 0 2 −1) (r 1 2 −1) (r 2 2 −1) / D 2 (48) where D 2 = 1 + (r 0 r 1 ) 2 + (r 1 r 2 ) 2 + (r 2 r 0 ) +2 [r 1 r 2 (1 + r 0 2) cosδ 2 + r 0 r 1 (1 + r 2) 2 cosδ 1 + r 2 r 0 {cos (δ 1 + δ 2) + r 1 2 cos ( δ 1 −δ 2 )}] (49) Considering normal incidence, i 1 = i 2 = 0 (50) Therefore, δ 1 = 2π (2n 11 d 51 cosii 1 ) / λ 1 = 4πn 11 d 51 / λ 1 ... (51) δ 2 = 2π (2n 12 d 52 cos 2 ) / λ 1 = 4πn 12 d 52 / λ 1 ... (52) d 51 = J 1 λ 1 / (4n 11 ) (J 1 = 1) , 2,...) (53) From (50) (53), δ 1 = πJ 1 (54) n 21 = n 2 , n 12 = n 1 , n 13 = 1 (55) 48) and (49) are as follows. R 22 = 1- (1-r 0 2) (1-r 1 2) (1-r 2 2) / D 2 ... (56) However D 2 = D 2 (1) + D 2 (2) cosδ 2 ... (57)

【0021】[0021]

【数1】 (Equation 1)

【0022】[0022]

【数2】 (Equation 2)

【0023】 δ2=4πn15/λ1 …(60) r0=(n21−n11)/(n21+n11)=(n2−n11)/(n2+n11) …(61) r1=(n11−n12)/(n11+n12)=(n11−n1)/(n11+n1) …(62) r2=(n12−n13)/(n12+n13)=(n1−1)/(n1+1) …(63) (56)式で与えられる反射率は、(21)式で与えられる反射
率と同じように位相δ2の周期関数で、(60)式で与えら
れる位相δ2は(22)式で与えられる位相と同じ形をして
いるので、モニター板に複層の薄膜を形成した場合でも
これに単層の薄膜を形成した場合と同じ作用の説明が適
用できる。モニター板の薄膜が該モニター板の基板と略
同材質であるとき、簡単のためn12=n1≒n2であると
考えると、(62)式は r1=(n11−n2)/(n11+n2)=−r0 …(64) となり、(56)〜(59)式は次のようになる。J1=偶数の
とき R22=1−(1−r0 22(1−r2 2)/{1+r0 2(2+r0 2+4r2 2) −4r02(1+r0 2)cosδ2 …(65) J1=奇数のとき R22=r2 2=(n2−1)2/(n2+1)2 …(66) 即ち、n1=n2のとき、J1が偶数であるとδ2が変化し
ても反射率が一定で膜厚の監視はできない。 n1=n2+Δn |Δn|=0.06 であっても、反射率変化の目安となるD2(2)の値の比は D2(2)(J1=偶数)/D2(2)(J1=奇数)≒0.03 …(67) であって、J1=奇数の方が反射率の変化が大きく監視
し易い。一般に J1=奇数のとき R22=R22max (δ=0,2π,4π,…) …(68) R22=R22min (δ=π,3π,5π,…) …(68) J1=偶数のとき R22=R22min (δ=0,2π,4π,…) …(69) R22=R22max (δ=π,3π,5π,…) …(69) モニター板の最上層に製品基板と略同材質のモニター用
の薄膜が形成され、そのすぐ下に中間層として金属の薄
膜が形成されている場合の反射率は、「American Insti
tute of Physics Handbook」(D.E.Gray 編、第3版
1982、McGraw-Hill Book Company、pp.6-118〜6-123)
によって次式で表される。 R22={r1 2+r2 2−2r12cos(δ2−δ0)}/1+r1 22 2−2r12 cos(δ2−δ0) …(70) 但し r1=(n1−1)/(n1+1) …(71) r2=√{(n12−n12+k2 2}/{(n12+n12+k2 2} …(72) δ2=4πn151/λ1 …(73) δ0=tan- 1{2n12/(n1 2−n2 2−k2 2)} …(74) 反射率極値は δ2−δ0=πj (j=0,1,2,…) …(75) で起り、極値は次式で与えられる。 Rmin=(r1−r22/(1−r122 (j=0,2,4,…) …(76) Rmax=(r1+r22/(1+r122 (j=1,3,5,…) …(77) 波長λ1=一定でモニター板の薄膜の膜厚d5が減少する
とき、膜厚が d5=(j+δ0/π)λ1/(4n1) …(78) で極値を示すので、モニター板に単層の薄膜を形成した
場合と同様にしてモニター板のモニター用薄膜の膜厚が
j=j0の極値に対応する所から製品基板のエッチング
を開始して、モニター板のモニター用薄膜の反射率のJ
の極値を検出して終点とすれば、モニター用薄膜の膜厚
減少分はやはり(42)式で与えられ、製品基板のエッチン
グ深さは(43)式で与えられ、目的のエッチング深さに精
度良くエッチングすることが可能になる。
Δ 2 = 4πn 1 d 5 / λ 1 (60) r 0 = (n 21 −n 11 ) / (n 21 + n 11 ) = (n 2 −n 11 ) / (n 2 + n 11 ) (61) r 1 = (n 11 −n 12 ) / (n 11 + n 12 ) = (n 11 −n 1 ) / (n 11 + n 1 ) (62) r 2 = (n 12 −n 13 ) / (N 12 + n 13 ) = (n 1 −1) / (n 1 +1) (63) The reflectance given by the equation (56) has the phase δ 2 similarly to the reflectance given by the equation (21). of a periodic function, (60) since the same form as given phase [delta] 2 is the phase given by (22) by the formula, the single layer thereto even when a thin film is formed of a multilayer on the monitor plate The description of the same operation as in the case of forming a thin film can be applied. When the thin film of the monitor plate is substantially the same material as the substrate of the monitor plate, when it is considered that n 12 = n 1 ≒ n 2 for simplicity, the equation (62) gives r 1 = (n 11 −n 2 ). / (N 11 + n 2 ) = − r 0 (64), and the equations (56) to (59) are as follows. When J 1 = even number R 22 = 1− (1−r 0 2 ) 2 (1−r 2 2 ) / {1 + r 0 2 (2 + r 0 2 + 4r 2 2 ) −4r 0 r 2 (1 + r 0 2 ) cos δ 2 ... (65) J 1 = time of odd R 22 = r 2 2 = ( n 2 -1) 2 / (n 2 +1) 2 ... (66) i.e., when n 1 = n 2, J 1 is an even number , Even if δ 2 changes, the reflectance is constant and the film thickness cannot be monitored. n 1 = n 2 + Δn | Δn | even = 0.06, the ratio of the value of a measure of reflectance change D 2 (2) is D 2 (2) (J 1 = even number) / D 2 (2) (J 1 = odd number) ≒ 0.03 (67) where J 1 = odd number has a larger change in reflectance and is easier to monitor. Generally, when J 1 = odd, R 22 = R 22 max (δ = 0, 2π, 4π,...) (68) R 22 = R 22 min (δ = π, 3π, 5π,...) (68) J When 1 = even R 22 = R 22 min (δ = 0, 2π, 4π,...) (69) R 22 = R 22 max (δ = π, 3π, 5π,...) (69) When a monitor thin film of almost the same material as the product substrate is formed on the top layer and a metal thin film is formed immediately below the monitor, the reflectance is `` American Insti
tute of Physics Handbook "(DEGray, 3rd edition)
1982, McGraw-Hill Book Company, pp.6-118-6-123)
Is represented by the following equation. R 22 = {r 1 2 + r 2 2 -2r 1 r 2 cos (δ 2 -δ 0)} / 1 + r 1 2 r 2 2 -2r 1 r 2 cos (δ 2 -δ 0) ... (70) where r 1 = (n 1 −1) / (n 1 +1) (71) r 2 = {(n 12 −n 1 ) 2 + k 2 2 } / {(n 12 + n 1 ) 2 + k 2 2 } ( 72) δ 2 = 4πn 1 d 51 / λ 1 ... (73) δ 0 = tan - 1 {2n 1 k 2 / (n 1 2 -n 2 2 -k 2 2)} ... (74) reflectivity extremum Occurs at δ 2 −δ 0 = πj (j = 0, 1, 2,...) (75), and the extreme value is given by the following equation. Rmin = (r 1 -r 2) 2 / (1-r 1 r 2) 2 (j = 0,2,4, ...) ... (76) Rmax = (r 1 + r 2) 2 / (1 + r 1 r 2 ) 2 (j = 1, 3, 5,...) (77) When the wavelength λ 1 is constant and the film thickness d 5 of the thin film of the monitor plate decreases, the film thickness becomes d 5 = (j + δ 0 / π) λ. 1 / (4n 1 )... (78) indicates an extreme value, so that the thickness of the monitor thin film of the monitor plate becomes an extreme value of j = j 0 in the same manner as when a single-layer thin film is formed on the monitor plate. Start the etching of the product substrate from the corresponding place, J of the reflectance of the monitor thin film of the monitor plate
If the end point is detected and the end point is detected, the decrease in the thickness of the monitoring thin film is also given by equation (42), and the etching depth of the product substrate is given by equation (43). Etching can be performed with high accuracy.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の方法の実施に使用したドライエッチ
ング装置を図8に基づき説明すると、同図に於いて符号
1は真空ポンプに連なる排気口2とガス導入口3を備え
た真空室を示し、該真空室1内に、外部の高周波電源4
に接続された高周波電極5とこれに対向する対向電極6
とを設け、該高周波電極5の上に、エッチング処理され
るべき製品基板7が載せられる。8は高周波電極5を支
持する絶縁材、9はカップリングコンデンサーで、対向
電極5はアースするものとした。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A dry etching apparatus used for carrying out the method of the present invention will be described with reference to FIG. 8. In FIG. 8, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber having an exhaust port 2 and a gas inlet 3 connected to a vacuum pump. As shown in FIG.
High-frequency electrode 5 and counter electrode 6 facing the high-frequency electrode 5
And a product substrate 7 to be etched is placed on the high-frequency electrode 5. Reference numeral 8 denotes an insulating material for supporting the high-frequency electrode 5, reference numeral 9 denotes a coupling capacitor, and the counter electrode 5 is grounded.

【0025】該製品基板7の表面には、図4に示すよう
な遮光膜が設けられており、この遮光膜をドライエッチ
ングにより除去し、その際、エッチングの終点を監視す
るために、該エッチング処理されるべき製品基板7の近
傍の高周波電極5の上、或いは該製品基板7の表面に、
図9に示すように、モニター板10を設け、監視領域1
1に於いて該モニター板10の反射率(又は透過率)を
監視した。この監視は、光源12からのモニター光13
の反射光或いは透過光を測定する光学系により行なわれ
る。該真空室1、高周波電源5及び対向電極6にはモニ
ター光13を透過させる光学窓14が1箇所或いは数箇
所に軸線を合致させて設けられる。
A light-shielding film as shown in FIG. 4 is provided on the surface of the product substrate 7, and this light-shielding film is removed by dry etching. At this time, in order to monitor the end point of the etching, On the high-frequency electrode 5 near the product substrate 7 to be processed or on the surface of the product substrate 7
As shown in FIG. 9, a monitor plate 10 is provided,
At 1, the reflectance (or transmittance) of the monitor plate 10 was monitored. This monitoring is performed by the monitor light 13 from the light source 12.
Is performed by an optical system that measures reflected light or transmitted light. In the vacuum chamber 1, the high-frequency power supply 5 and the counter electrode 6, an optical window 14 for transmitting the monitor light 13 is provided at one or several places so that their axes are aligned.

【0026】該光学系の構成自体は図1の従来のものと
同様で、光源12からのモニター光13はビームスプリ
ッター15を介してモニター板10に照射され、その反
射光をモノクロメーター16、光検出器17、増幅器1
8、アナログ/デジタル変換器19、制御・演算部20
を介してレコーダー21又はメーター22で検出するよ
うに構成される。また、該制御・演算部20には、該モ
ニター板10からの透過光を検出するための、ビームス
プリッター23、モノクロメーター24、光検出器2
5、増幅器26、アナログ/デジタル変換器27から成
る光学系が必要に応じて設けられる。これらの光学系
は、特定の監視領域11に対して設けられる。28は表
示部である。
The configuration of the optical system itself is the same as that of the conventional optical system shown in FIG. 1. A monitor light 13 from a light source 12 is applied to a monitor plate 10 via a beam splitter 15, and the reflected light is transmitted to a monochromator 16 by a monochromator 16. Detector 17, amplifier 1
8, analog / digital converter 19, control / arithmetic unit 20
Through the recorder 21 or the meter 22. The control / arithmetic unit 20 includes a beam splitter 23, a monochromator 24, and a photodetector 2 for detecting transmitted light from the monitor plate 10.
5, an optical system including an amplifier 26 and an analog / digital converter 27 is provided as necessary. These optical systems are provided for a specific monitoring area 11. 28 is a display unit.

【0027】この装置の作動は、図1のものと製品基板
7のエッチングの監視をモニター板10にて行なう点が
異なり、製品基板7のエッチング中にモニター板10の
反射光(又は透過光)はビームスプリッター15に逆行
してモノクロメーター16により単色化され、光検出器
17等を介してレコーダー21又はメーター22で反射
率に対応した出力信号が検出される。エッチングの終点
は、該出力信号の周期的な変化から知り得る。
The operation of this apparatus is different from that of FIG. 1 in that the monitoring of the etching of the product substrate 7 is performed by the monitor plate 10, and the reflected light (or transmitted light) of the monitor plate 10 during the etching of the product substrate 7 is different. Goes back to the beam splitter 15 and is made monochromatic by the monochromator 16, and an output signal corresponding to the reflectance is detected by the recorder 21 or the meter 22 via the photodetector 17 or the like. The end point of the etching can be known from the periodic change of the output signal.

【0028】この図8の装置を使用して本発明の方法を
実施した例を以下に詳述する。以下の実施例に於いて、
モニター板10としては、図10に示すように、モニタ
ー板10の基板10aの上に製品基板7の基板の材質と
略同材質の薄膜10b(以下、モニター用薄膜ともい
う)が形成されたもの、図11のように、モニター板1
0の基板10aとモニター用薄膜10bとの間に中間層
10cを有するもの、及び図12のように、モニター用
薄膜10bと中間層10cとを交互に多層にモニター板
10の基板10aの上に形成したものを使用した。図1
0のモニター板10の基板10aは、透明なガラスある
いは結晶が好ましく、図11のモニター板10の基板1
0aは透明なガラスあるいは結晶、中間層10cはモニ
ター用薄膜10bとは屈折率を異にする透明な薄膜で、
その膜厚d7が d7=J1λ5/4n37 …(79) に形成されたものであり、また、図12の構成では中間
層10cは金属薄膜などの遮光膜であることが好まし
い。
An example of implementing the method of the present invention using the apparatus shown in FIG. 8 will be described in detail below. In the following examples,
As shown in FIG. 10, the monitor plate 10 is formed by forming a thin film 10b (hereinafter, also referred to as a monitor thin film) having substantially the same material as that of the substrate of the product substrate 7 on the substrate 10a of the monitor plate 10. As shown in FIG.
And the monitor thin film 10b having an intermediate layer 10c between the monitor substrate 10a and the monitor thin film 10b, and as shown in FIG. The formed one was used. FIG.
The substrate 10a of the monitor plate 10 is preferably a transparent glass or a crystal.
0a is a transparent glass or crystal, the intermediate layer 10c is a transparent thin film having a different refractive index from the monitoring thin film 10b,
The film thickness d 7 is formed as follows: d 7 = J 1 λ 5 / 4n 3 d 7 (79). In the configuration of FIG. 12, the intermediate layer 10c is a light shielding film such as a metal thin film. Is preferred.

【0029】第1実施例 図8に示す装置に図10の構成のモニター板10を使用
した。このモニター板10の基板10aは、屈折率n2
=1.61、板厚2mmで30mm角の高屈折率ガラス(SK-1
ガラス)で、この基板10aの表面に製品基板7の基板
材質と略同材質で屈折率n=1.48のSiO2の真空蒸着
膜を光学モニターで膜厚を監視しながら1476nmに形成
した。
First Embodiment A monitor plate 10 having the structure shown in FIG. 10 was used in the apparatus shown in FIG. The substrate 10a of the monitor plate 10 has a refractive index n 2
= 1.61, high refractive index glass with a thickness of 2 mm and 30 mm square (SK-1
On a surface of the substrate 10a, a vacuum deposited film of SiO 2 having substantially the same material as the product substrate 7 and a refractive index of n = 1.48 was formed to a thickness of 1476 nm while monitoring the film thickness with an optical monitor.

【0030】製品基板7のエッチング速度とモニター板
10の設置位置に於ける製品基板7の基板と同材質の基
板のエッチング速度比の測定値は、C=d2/d1=0.9
3、モニター板10上の製品基板7の基板と略同材質の
SiO2薄膜のエッチング速度と製品基板の基板のエッ
チング速度とは略同じであって、D=d4/d3=1であ
った。
The measured value of the etching rate of the product substrate 7 and the etching rate ratio of the substrate made of the same material as that of the product substrate 7 at the position where the monitor plate 10 is installed is C = d 2 / d 1 = 0.9.
3. The etching rate of the SiO 2 thin film of substantially the same material as the substrate of the product substrate 7 on the monitor plate 10 and the etching rate of the substrate of the product substrate are substantially the same, and D = d 4 / d 3 = 1. Was.

【0031】これらC,Dの値をもとにして、表2のよ
うにモニター波長その他を設定した。製品基板7は、厚
さ6.35mm、152mm角の合成石英基板の上に図5の
(g)のような薄膜であって、図4のような位相シフト
パターンにエッチング深さΔd1=397nmでエッチング
処理するために、製品基板7のエッチング処理過程でモ
ニター板10の反射率を監視し、エッチング開始から5
番目の極値をエッチング終点としてエッチングを停止し
た。第1回目のエッチング処理に続いて、同一モニター
板10を用いて第2回目のエッチング処理を行なった。
モニター板10上の反射光量対時間のレコーダーチャー
トの例を図13に示す。反射測定と同時に透過測定も行
ない、図13と同様のトレースを得た。
Based on the values of C and D, the monitor wavelength and the like were set as shown in Table 2. The product substrate 7 is a thin film as shown in FIG. 5 (g) on a synthetic quartz substrate having a thickness of 6.35 mm and a square of 152 mm, and has a phase shift pattern as shown in FIG. 4 and an etching depth Δd 1 = 397 nm. In order to perform the etching process, the reflectivity of the monitor plate 10 is monitored during the etching process of the product substrate 7, and the reflectance is 5 minutes from the start of the etching.
The etching was stopped at the end point of the second extreme value. Subsequent to the first etching process, a second etching process was performed using the same monitor plate 10.
FIG. 13 shows an example of a recorder chart of the amount of reflected light versus time on the monitor plate 10. A transmission measurement was performed simultaneously with the reflection measurement, and a trace similar to that of FIG. 13 was obtained.

【0032】エッチングに使用したガスはCF4で、流
量100sccm、圧力0.1Torr、高周波電極5への供給周波
数、電力密度は夫々13.56MHzおよび0.25Watt/cm2であ
る。電極間距離は60mmである。エッチング時間は21分
であり、製品基板7上のエッチング速度平均値d1は、1
8.7nm/min、監視領域11におけるモニター板10上の
薄膜のエッチング速度d2は17.4nm/minであった。製品
基板7のシフター部のエッチング深さの精度は、予定の
深さΔd1=397nmに対しδ(Δd1)/Δd1=±3%
の範囲に入っていた。
The gas used for etching is CF 4 , the flow rate is 100 sccm, the pressure is 0.1 Torr, the supply frequency to the high frequency electrode 5 and the power density are 13.56 MHz and 0.25 Watt / cm 2 , respectively. The distance between the electrodes is 60 mm. The etching time is 21 minutes, and the average etching rate d 1 on the product substrate 7 is 1
The etching rate d 2 of the thin film on the monitor plate 10 in the monitoring area 11 was 8.7 nm / min and 17.4 nm / min. The accuracy of the etching depth of the shifter portion of the product substrate 7 is as follows: δ (Δd 1 ) / Δd 1 = ± 3% for a predetermined depth Δd 1 = 397 nm.
Was in the range.

【0033】第2実施例 第1実施例と同じ製品基板7及び第1実施例で2回使用
したモニター板10を用い、同じ配置、同じエッチング
条件でエッチング処理を行なった。モニター光13がモ
ニター板10の中央に当たるようにしてエッチング処理
中、6秒毎にモニター波長を掃引して300〜700nmのは
波長範囲の分光反射率(相対値)を測定し、制御・演算
部20によりリアルタイムで反射率極値波長と極値波長
の数を読取り、演算処理を行なってモニター板10の薄
膜の膜厚を表示部28及びレコーダー21に出力させ、
設定された所定の板厚で終点の信号が出るようにした。
Second Embodiment Using the same product substrate 7 as in the first embodiment and the monitor plate 10 used twice in the first embodiment, etching was performed under the same arrangement and the same etching conditions. During the etching process so that the monitor light 13 hits the center of the monitor plate 10, the monitor wavelength is swept every 6 seconds, and the spectral reflectance (relative value) in the wavelength range of 300 to 700 nm is measured. 20 to read the extreme wavelength of the reflectance and the number of the extreme wavelength in real time by 20 and perform an arithmetic processing to output the thickness of the thin film of the monitor plate 10 to the display unit 28 and the recorder 21;
An end point signal was output at a set predetermined thickness.

【0034】各サンプリング時刻に測定される反射率曲
線は、図14に示すようなもので、10分経過後、山と
山の各間隔Δλjはλj=547nm近くで、Δλj=188n
mである。使用した分光器は、測定範囲220〜800nm、
検出素子はフォトダイエードアレイで、測定波長スペク
トル幅Δλ1=2nm、波長正確さδλ=±0.5nmであ
る。測定時間は解析結果の表示まで約4秒であった。
The reflectance curve measured at each sampling time is as shown in FIG. 14. After elapse of 10 minutes, each interval Δλj between peaks is close to λj = 547 nm and Δλj = 188 n
m. The used spectrometer has a measurement range of 220 to 800 nm,
The detection element is a photodiode array, and has a measurement wavelength spectrum width Δλ 1 = 2 nm and a wavelength accuracy δλ = ± 0.5 nm. The measurement time was about 4 seconds until the display of the analysis result.

【0035】実際のエッチング深さは、δ(Δd1)/
Δd1=±5%の範囲内に入っていた。第1回目のエッ
チング処理に続いて同様に第2回目のエッチング処理を
行なった。モニター板の薄膜の膜厚d5の算出には、(4
6)(47)式を使用した。
The actual etching depth is δ (Δd 1 ) /
Δd 1 = ± 5%. Subsequent to the first etching process, a second etching process was similarly performed. The calculation of the thickness d 5 of the thin film of the monitor plate, (4
6) Equation (47) was used.

【0036】第3実施例 第1実施例と略同一の製品基板7とエッチング条件で、
第11図に示す構成のモニター板10のエッチング処理
とエッチング量の監視を行なった。モニター板10は図
13に示すように製品基板7の一部に設けた。製品基板
7についてのフォト露光波長λ2は248nmで、目的のシ
フター部エッチング深さΔd1は270nmである。モニタ
ー板10の基板10aは、製品基板7の基板そのものを
用い、製品基板7の一部の10mm角の領域をモニター板
10とした。中間層10cとしてZnS蒸着膜をモニター
波長λ1=532nmに対し、その光学的膜厚n37がλ1
/4波長厚即ちd7=58nmに形成した。最上層のモニ
ター用薄膜10bは製品基板7の基板材質と略同材質の
SiO2蒸着膜であって、その膜厚は光学的膜厚n15=18
λ1/4即ちd5=540nmに形成した。これら薄膜の屈
折率その他の詳細を、表2に示した。
Third Embodiment Under substantially the same product substrate 7 and etching conditions as in the first embodiment,
The etching process and the etching amount of the monitor plate 10 having the structure shown in FIG. 11 were monitored. The monitor plate 10 was provided on a part of the product substrate 7 as shown in FIG. The photo exposure wavelength λ 2 of the product substrate 7 is 248 nm, and the target shifter portion etching depth Δd 1 is 270 nm. As the substrate 10a of the monitor plate 10, the substrate itself of the product substrate 7 was used, and a 10 mm square region of a part of the product substrate 7 was used as the monitor plate 10. The ZnS vapor deposited film as the intermediate layer 10c has an optical thickness n 3 d 7 of λ 1 for a monitor wavelength λ 1 = 532 nm.
/ 4 wavelength thickness, that is, d 7 = 58 nm. The uppermost thin film 10b for monitoring is made of substantially the same material as the substrate material of the product substrate 7.
An SiO 2 deposited film having an optical thickness of n 1 d 5 = 18.
It formed in the lambda 1/4 i.e. d 5 = 540 nm. Table 2 shows the refractive index and other details of these thin films.

【0037】第1実施例と同様に製品基板7のエッチン
グ過程において、製品基板7上に設けたモニター板10
の反射率の時間的変化を監視し、エッチング開始から3
番目の極値をエッチング終点としてエッチングを停止し
た。第1回目の製品基板エッチングに続いて、同一モニ
ター板10を用いて第2〜第6回目のエッチング処理を
行なった。モニター板10上の反射光量対時間のレコー
ダーチャートは図13と同様であり、反射光量の山と谷
の差は、第1実施例のほぼ8倍であった。製品基板7の
シフター部のエッチング深さの精度は予定の深さΔd1
=270nmに対し、δ(Δd1)/Δd1=±4%の範囲
に入っていた。 第4実施例 第1実施例とほぼ同一の製品基板7で図12に示す構成
のモニター板10を図9のように製品基板7の近傍で高
周波電極5上に載せ、エッチングプロセスの監視を行な
った。製品基板7についてのフォト露光波長λ2=365n
mで、目的のシフター部エッチング深さはΔd1=397n
mである。モニター波長λ1=546nmである。モニター
板10は、その上層にモニター用薄膜10bとして製品
基板7の基板と略同材質のSiO2蒸着膜が光学的膜厚でn
15=λ1/4波長厚、即ちd5=92nmの膜厚に形成さ
れており、そのすぐ下に、遮光用の中間層10cとして
Cr蒸着膜をd7≒102nmの膜厚に形成した2層膜を3重
に重ねて計6層を青板製で2mm厚、30mm角のモニタ
ー板10の基板10aの上に形成した構成のものであ
る。該中間層10cの光学定数その他の詳細を表2に示
した。
In the etching process of the product substrate 7 as in the first embodiment, the monitor plate 10 provided on the product substrate 7
The change over time in the reflectivity of the sample was monitored and 3
The etching was stopped at the end point of the second extreme value. Subsequent to the first product substrate etching, second to sixth etching processes were performed using the same monitor plate 10. The recorder chart of the amount of reflected light versus time on the monitor plate 10 is the same as that of FIG. 13, and the difference between the peak and the valley of the amount of reflected light is almost eight times that of the first embodiment. The accuracy of the etching depth of the shifter portion of the product substrate 7 is the predetermined depth Δd 1
= 270 nm, it was in the range of δ (Δd 1 ) / Δd 1 = ± 4%. Fourth Embodiment A monitor plate 10 having the same configuration as that of the first embodiment and having the structure shown in FIG. 12 is mounted on the high-frequency electrode 5 near the product substrate 7 as shown in FIG. 9 to monitor the etching process. Was. Photo exposure wavelength λ 2 = 365n for product substrate 7
m, the desired shifter etching depth is Δd 1 = 397 n
m. The monitor wavelength λ 1 = 546 nm. The monitor plate 10 has an optical thickness of an SiO 2 vapor deposited film of substantially the same material as the substrate of the product substrate 7 as a monitor thin film 10 b on the monitor plate 10.
1 d 5 = λ 1/4 HachoAtsu, i.e. d 5 = is formed to a thickness of 92 nm, to immediately below, as an intermediate layer 10c for shielding
A two-layer film in which a Cr vapor-deposited film is formed to a thickness of d 7 ≒ 102 nm is superposed three times, and a total of six layers are formed on a substrate 10a of a monitor plate 10 having a thickness of 2 mm and a 30 mm square made of a blue plate. Things. Table 2 shows the optical constants and other details of the intermediate layer 10c.

【0038】[0038]

【表2】 [Table 2]

【0039】製品基板7のエッチング過程において、高
周波電極5上に置かれたモニター板10の反射率の時間
変化を監視し、エッチング開始から4番目の極値でしか
もCrの中間層10cの反射率に対応して反射光量が一定
になる点を終点としてエッチングを終了した。製品基板
7の石英基板のエッチング条件は、第1実施例の場合と
ほぼ同じである。第2回目のエッチング処理に先立っ
て、モニター用薄膜10bを露出させるために、中間層
10cであるCr膜をエッチングして除去した。Cr膜のエ
ッチングに使用したガスは、CH2Cl2(ジクロルメタン)
と酸素O2の混合ガスで、流量は夫々25sccm及び75sccm
である。圧力は0.3Torrである。高周波電極5への供給
周波数、電力密度は夫々13.56MHz及び0.25Watt/cm2であ
る。電極間距離は100mm、エッチング時間は約5分
で、Cr膜のエッチング速度は260nm/minである。C
r膜をエッチングで除去してSiO2蒸着膜を露出させたモ
ニター板10を用い、エッチング処理すべき製品基板7
を真空室1に設置して、第2回目の製品エッチング処理
を行なった。エッチング過程とエッチング深さの監視は
第1回目と全く同様である。第2回目の製品エッチング
に続いてCr膜をエッチングによって除去し、同様に第3
回目の製品エッチング処理を行なった。製品基板7のシ
フター部のエッチング深さの精度は、予定の深さΔd1
=397nmに対しδ(Δd1)/Δd1=±3%の範囲に
入っていた。反射光量に比例する出力を時間に対して記
録したレコーダートレースは図13と同様であり、反射
光量の山と谷の間の差は、第1実施例の約10倍であっ
た。以上の実施例に於いては、製品基板7に直接に単色
光を照射して、製品基板7そのものについての干渉効果
を測定する代りに、モニター板10の薄膜10bの干渉
効果を測定するので、分光反射率或いは分光透過率の波
長依存性を示す曲線(分光カーブと称する)の山と山の
間隔Δλjは(16)式からも明らかなように大きくなり、
モニター光のスペクトル幅Δλ1より充分大きくなり、
干渉効果が測定できる条件Δλ1<Δλj…(17)式を満足
するようになり、モニター波長λ1を一定にして反射率
の時間的変化を測定すると、エッチング過程で図13の
ように山と山がはっきりと分離したレコーダートレース
が得られ、反射率あるいは透過率極値に対応する膜厚d
5は、第1、第3、第4実施例について夫々(40)式と同
じ形で与えられ、膜厚減少分Δd2は夫々(42)と同じ形
で与えられる。製品基板7の板厚減少分Δd1は、モニ
ター用薄膜10bの膜厚減少分Δd2と(3)式とから計算
される。反射光量の時間的変化を示すレコーダートレー
スの反射光量極値は、第1、第3、第4実施例で夫々(2
7)〜(29)式、(65)及び(68)式、(76)及び(77)式の値から
計算され、反射率極値の値は表3のようになり、実施例
の測定結果と一致する。第2実施例では、透過率分光カ
ーブの山と谷の波長から(47)式を用いて膜厚を計算し
た。
During the etching process of the product substrate 7, the change over time in the reflectance of the monitor plate 10 placed on the high-frequency electrode 5 is monitored, and the reflectance of the fourth extreme value from the start of etching and the reflectance of the Cr intermediate layer 10c is monitored. The etching was terminated with the point where the amount of reflected light became constant corresponding to the end point as the end point. The etching conditions for the quartz substrate of the product substrate 7 are almost the same as those in the first embodiment. Prior to the second etching process, the Cr film as the intermediate layer 10c was removed by etching to expose the monitoring thin film 10b. The gas used for etching the Cr film was CH 2 Cl 2 (dichloromethane)
And a mixture of oxygen O 2 at flow rates of 25 sccm and 75 sccm, respectively.
It is. The pressure is 0.3 Torr. The supply frequency and the power density to the high frequency electrode 5 are 13.56 MHz and 0.25 Watt / cm 2 , respectively. The distance between the electrodes is 100 mm, the etching time is about 5 minutes, and the etching rate of the Cr film is 260 nm / min. C
r Using the monitor plate 10 from which the film is removed by etching to expose the SiO 2 deposited film, the product substrate 7 to be etched
Was placed in the vacuum chamber 1 to perform a second product etching process. The monitoring of the etching process and the etching depth is exactly the same as the first time. Following the second product etching, the Cr film was removed by etching, and
A second product etching process was performed. The accuracy of the etching depth of the shifter portion of the product substrate 7 is the predetermined depth Δd 1
= 397 nm, it was within the range of δ (Δd 1 ) / Δd 1 = ± 3%. The recorder trace in which the output proportional to the amount of reflected light was recorded with respect to time was the same as in FIG. 13, and the difference between the peaks and valleys in the amount of reflected light was about 10 times that of the first embodiment. In the above embodiment, instead of directly irradiating the product substrate 7 with monochromatic light and measuring the interference effect on the product substrate 7 itself, the interference effect of the thin film 10b of the monitor plate 10 is measured. The peak-to-peak interval Δλj of the curve (referred to as a spectral curve) indicating the wavelength dependence of the spectral reflectance or the spectral transmittance increases as is clear from equation (16),
Becomes sufficiently larger than the spectral width Δλ 1 of the monitor light,
Conditions Δλ1 interference effect can be measured <Δλj ... (17) comes to satisfy the equation, when measuring the temporal change in reflectivity by the monitoring wavelength lambda 1 constant crests as shown in Figure 13 in an etching process Is obtained, and a film thickness d corresponding to the reflectance or the transmittance extreme value is obtained.
5 is given in the same form as in equation (40) for the first, third and fourth embodiments, and the thickness reduction Δd 2 is given in the same form as in (42). The thickness decrease Δd 1 of the product substrate 7 is calculated from the thickness decrease Δd 2 of the monitor thin film 10b and the equation (3). The extreme values of the reflected light quantity of the recorder trace indicating the temporal change of the reflected light quantity are (2) in the first, third, and fourth embodiments, respectively.
7) to (29), calculated from the values of (65) and (68), (76) and (77), the extreme values of the reflectance are as shown in Table 3, and the measurement results of the examples. Matches. In the second embodiment, the film thickness was calculated from the peak and valley wavelengths of the transmittance spectral curve using Equation (47).

【0040】[0040]

【表3】 [Table 3]

【0041】要求されるシフター部エッチング深さ精
度、例えば δΔd1/Δd1<0.05 …(80) に対し、従来例では期待される精度は(11)(12)式から δΔd1/Δd1≒(4d8δλ/Δd1λj)(1+2nd8/mλj) …(81) であり、第2実施例では δΔd1/Δd1≒(4d5δλ/Δd1λj)(1+2nd5/mλj) …(82) である。ここに、δλは測定波長精度である。従来で
は、製品基板の板厚そのものを監視するので、波長を掃
引してその極値波長から板厚を求めると、要求されるエ
ッチング深さ精度(80)式に対して δΔd1/Δd1≒12000 …(83) となり、(80)式を満足しない。第2実施例では、 δΔd1/Δd1≒0.02 …(84) となって、(80)式の要求精度を充分満足する。尚、(83)
及び(84)式を算出するに当たり、 Δd1=397nm,λj≒500nm,n=1.46 …(85) は共通で、従来例(81)式については d8=6.35mm,δλ=0.1nm,m=40 …(86) を用い、第2実施例では(82)式については d 5 =738nm,δλ=0.5nm,m=3 …(87) を用いた。
In contrast to the required shifter etching depth accuracy, for example, δΔd 1 / Δd 1 <0.05 (80), the expected accuracy in the conventional example is δΔd 1 / Δd 1か ら from equations (11) and (12). (4d 8 δλ / Δd 1 λj ) is (1 + 2nd 8 / mλj) ... (81), in the second embodiment δΔd 1 / Δd 1 ≒ (4d 5 δλ / Δd 1 λj) (1 + 2nd 5 / mλj) ... ( 82). Here, δλ is the measurement wavelength accuracy. Conventionally, since the thickness of the product substrate itself is monitored, when the wavelength is swept and the thickness is determined from the extreme value wavelength, δΔd 1 / Δd 1に 対 し て12000… (83), which does not satisfy the expression (80). In the second embodiment, δΔd 1 / Δd 1 ≒ 0.02 (84), which sufficiently satisfies the required accuracy of Expression (80). (83)
And in calculating the (84) equation, Δd 1 = 397nm, λj ≒ 500nm, n = 1.46 ... (85) in common, d 8 = 6.35 mm for the prior art example (8 1), [delta] [lambda] = 0.1 nm, m = 40 ... with (86), in the second embodiment was used (8 2) d 5 = 738 nm for expression, δλ = 0.5nm, m = 3 ... (87).

【0042】次に、熱膨張がエッチング深さ測定に及ぼ
す効果を調べてみると、製品基板7の熱膨張係数(線膨
脹係数)をα1、製品基板の基板材質と略同材質のモニ
ター用薄膜10bの熱膨張係数をα2、製品基板7及び
モニター用薄膜10bのエッチング中の温度上昇を夫々
ΔT1及びΔT2とすると、熱膨張による板厚変化Δdth
1及び膜厚変化Δdth2は次式で与えられる。従来例に対
し Δdth1=α18ΔT1 …(88) 実施例に対し Δdth2=α25ΔT2 …(89) 数値例として α1≒α2≒5.5×19- 7/℃ …(90) ΔT1≒ΔT2≒10〜100℃ …(90) Δd1=397nm …(90) d8=6.35mm …(90) d5=738nm …(90) を用いると、従来例では Δdth1≒35〜350nm、或いはΔdth1/Δd8=0.09〜
0.9 実施例では Δdth2≒0.004〜0.4nm、或いはΔdth2/Δd8=1
×10- 5〜1×10- 4 となって、従来例ではエッチング深さの誤差が熱膨張に
よって実用にならない位大きくなるが、実施例では熱膨
張の影響を実用上受けない。
Next, the effect of the thermal expansion on the measurement of the etching depth is examined. The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the product substrate 7 is α 1 , and the monitor is made of the same material as that of the product substrate. Assuming that the thermal expansion coefficient of the thin film 10b is α 2 , and the temperature rises during the etching of the product substrate 7 and the monitoring thin film 10b are ΔT 1 and ΔT 2 , respectively, the thickness change Δdth due to thermal expansion.
1 and the film thickness change Δdth 2 are given by the following equations. ? Dth with respect to the conventional example 1 = α 1 d 8 ΔT 1 ... (88) Example respect Δdth 2 = α 2 d 5 ΔT 2 ... (89) as a numerical example α 1 ≒ α 2 ≒ 5.5 × 19 - 7 / ℃ .. (90) ΔT 1 ≒ ΔT 2 ≒ 10-100 ° C. (90) Δd 1 = 397 nm (90) d 8 = 6.35 mm (90) d 5 = 738 nm (90) Δdth 1 ≒ 35~350nm, or Δdth 1 / Δd 8 = 0.09~
0.9 In the embodiment, Δdth 2 ≒ 0.004 to 0.4 nm, or Δdth 2 / Δd 8 = 1
× 10 - 5 ~1 × 10 - becomes 4, in the conventional example and the error of the etching depth increases place which is not practical due to thermal expansion, free from practically the influence of thermal expansion in the embodiment.

【0043】第2実施例では、モニター用薄膜の膜厚を
求めるのに分光カーブの極値波長から計算したが、測定
される分光カーブを予め仮定した膜厚に対する理論的分
光カーブと比較して最も良く合う膜厚を測定値とするよ
うなデータ処理を行なってもよい。また、第3実施例で
は、モニター波長を一定として反射光量の変化を測定し
たが、透過光量の変化を測定するようにしてもよい。こ
の例のモニター板のZnSの中間層の代りに他の透明な誘
電体を使用してもよい。モニター板の構成が図11及び
図12に示すものであっても、第2実施例と同様に、波
長を掃引して分光カーブから膜厚を算出するようにして
もよい。第4実施例では、単色光によって反射率を測定
したが、スペクトル幅が最も広く、或いは、波長も任意
の例えば発光ダイオードなどの安価な光源を使用しても
よく、或いはモノクロメーターを省略してもよい。ま
た、この例では、モニター用薄膜の各膜は、光学的膜厚
15をモニター波長λ1の4/4波長厚に形成したも
のを用いたが、λ1の整数倍の波長厚例えば2〜10λ1
に形成したものを用いてもよい。
In the second embodiment, the thickness of the monitor thin film is calculated from the extreme wavelength of the spectral curve. However, the measured spectral curve is compared with a theoretical spectral curve for a previously assumed film thickness. Data processing may be performed so that the film thickness that best fits the measured value. In the third embodiment, the change in the amount of reflected light is measured while keeping the monitor wavelength constant. However, the change in the amount of transmitted light may be measured. Other transparent dielectrics may be used in place of the ZnS interlayer of the monitor plate in this example. Even if the configuration of the monitor plate is as shown in FIGS. 11 and 12, the wavelength may be swept and the film thickness may be calculated from the spectral curve as in the second embodiment. In the fourth embodiment, the reflectance is measured by monochromatic light. However, the spectral width is the widest, or the wavelength may be any cheap light source such as a light emitting diode, or the monochromator may be omitted. Is also good. Further, in this example, each film of the monitoring thin film is formed by forming the optical film thickness n 1 d 5 to be 4/4 wavelength thick of the monitor wavelength λ 1 , but the wavelength thickness is an integral multiple of λ 1. For example, 2 to 10λ 1
May be used.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上のように本発明によると、製品基板
の反射率あるいは透過率を直接測定する代りに、製品基
板の基板材質と同材質でその基板の板厚に比し著しく薄
いモニター用薄膜を形成したモニター板の反射率あるい
は透過率を測定するようにしたので、モニター波長スペ
クトル幅が比較的広い安価な光源あるいはモノクロメー
ターを用いても、分光カーブの山と山がはっきりと分離
して測定でき、製品基板の熱膨張による板厚変化の影響
を受けないエッチングの終点検出が可能になり、従っ
て、精度の高い位相シフトマスクの製作が可能になる等
の効果がある。
As described above, according to the present invention, instead of directly measuring the reflectance or transmittance of a product substrate, it is used for a monitor which is made of the same material as that of the product substrate and which is extremely thin compared to the thickness of the substrate. Since the reflectance or transmittance of the monitor plate on which the thin film is formed is measured, even if an inexpensive light source or a monochromator with a relatively wide monitor wavelength spectrum width is used, the peaks of the spectral curve are clearly separated. The end point of the etching can be detected without being affected by the change in the thickness of the product substrate due to the thermal expansion of the product substrate. Therefore, it is possible to produce a phase shift mask with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来のドライエッチング装置のエッチング監
視装置の説明図
FIG. 1 is an explanatory diagram of an etching monitoring device of a conventional dry etching device.

【図2】 図1の製品基板の平面図FIG. 2 is a plan view of the product substrate of FIG. 1;

【図3】 ドライエッチング工程の反射光量の変化を示
す線図
FIG. 3 is a diagram showing a change in the amount of reflected light in a dry etching process.

【図4】 位相シフトマスクの拡大断面図FIG. 4 is an enlarged sectional view of a phase shift mask.

【図5】 位相シフトマスクの適用パターンの拡大平面
FIG. 5 is an enlarged plan view of an application pattern of a phase shift mask.

【図6】 位相シフトマスクの形成工程の説明図FIG. 6 is an explanatory view of a step of forming a phase shift mask.

【図7】 従来のドライエッチング工程に於ける製品基
板の反射量の時間的変化の線図
FIG. 7 is a diagram showing a change over time of a reflection amount of a product substrate in a conventional dry etching process.

【図8】 本発明の実施に使用したドライエッチング装
置のエッチング監視装置の説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram of an etching monitoring device of a dry etching device used for carrying out the present invention.

【図9】 図8の製品基板の平面図FIG. 9 is a plan view of the product substrate of FIG. 8;

【図10】 本発明の実施に使用したモニター板の拡大
断面図
FIG. 10 is an enlarged sectional view of a monitor plate used for carrying out the present invention.

【図11】 本発明の実施に使用した他のモニター板の
拡大断面図
FIG. 11 is an enlarged sectional view of another monitor plate used for implementing the present invention.

【図12】 本発明の実施に使用した他のモニター板の
拡大断面図
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of another monitor plate used for implementing the present invention.

【図13】 本発明の実施による反射光量の測定図FIG. 13 is a measurement diagram of the amount of reflected light according to an embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施例における透過光量の測定図FIG. 14 is a diagram illustrating the measurement of the amount of transmitted light in the example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空室 5 高周波電極 6 対向
電極 7 製品基板 10 モニター板 10a
モニター板の基板 10b 製品基板の基板材質と略同材質の薄膜
Reference Signs List 1 vacuum chamber 5 high-frequency electrode 6 counter electrode 7 product substrate 10 monitor plate 10a
Monitor board substrate 10b Thin film of the same material as the substrate material of the product substrate

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ドライエッチング装置の真空室内のエッ
チング処理すべき製品基板上或いはその近傍にモニター
板を設け、該モニター板に照射したモニター光の反射率
或いは透過率を測定して該製品基板に形成された薄膜の
エッチング量を監視する方法に於いて、該モニター板と
して、そのモニター板用基板の上に該製品基板の基板材
質と略同材質の薄膜を少なくとも1層形成したものを使
用し、該製品基板のエッチング深さΔd1とエッチング
速度分布によるエッチング速度比C=d2/d1(d1
製品基板のエッチング速度代表値、d2は製品基板の基
板材質と同材質の基板をモニター板の位置に設置したと
きのエッチング速度)及び該製品基板の基板材質と略同
材質の薄膜との材質の違いによるエッチング速度比D=
4/d3(d3は製品基板のエッチング速度、d4は製品
基板の基板材質と同材質の薄膜のエッチング速度)とか
らモニター板用基板上の該薄膜のエッチング量Δd2
Δd2=CDΔd1によって決定し、モニター光の波長λ
1をλ1=4n1 Δ 2 /J( 1 はモニター板用基板上の
薄膜の屈折率、Jは正の整数)によって選定し、予めエ
ッチング処理前に上記モニター板用基板上の薄膜の膜厚
5 をd 5 =j 0 λ 1 /4n 1 (j 0 はJ以上の正の整数)に
しておき、該薄膜の膜厚減少による反射率或いは透過率
変化でJ番目の極値をエッチングの終点とすることを特
徴とするドライエッチングに於けるエッチングモニター
方法。
1. A monitor plate is provided on or near a product substrate to be etched in a vacuum chamber of a dry etching apparatus, and the reflectance or transmittance of monitor light applied to the monitor plate is measured to measure the reflectance of the product substrate. In the method of monitoring the etching amount of the formed thin film, a monitor plate obtained by forming at least one thin film having substantially the same material as the substrate material of the product substrate on the monitor plate substrate is used as the monitor plate. And an etching rate ratio C = d 2 / d 1 based on the etching depth Δd 1 and the etching rate distribution of the product substrate (d 1 is a typical etching rate of the product substrate, and d 2 is a substrate having the same material as the substrate material of the product substrate). Rate at the position of the monitor board) and an etching rate ratio D = difference between the material of the product substrate and the thin film having substantially the same material.
From d 4 / d 3 (d 3 is the etching rate of the product substrate, d 4 is the etching rate of the thin film of the same material as the substrate material of the product substrate), the etching amount Δd 2 of the thin film on the monitor plate substrate is Δd 2 = CDΔd 1 , the wavelength λ of the monitor light
1 is λ 1 = 4n 1 Δd 2 / J ( n 1 is on the monitor plate substrate
Refractive index of the thin film, J is selected by a positive integer), advance d
Before the etching process, the thickness of the thin film on the monitor plate substrate
The d 5 to d 5 = j 0 λ 1 / 4n 1 (j 0 is J or more positive integer)
In addition, an etching monitoring method in dry etching, wherein a J-th extreme value is set as an end point of etching based on a change in reflectance or transmittance due to a decrease in the thickness of the thin film.
【請求項2】 上記製品基板の一部をモニター板用基板
として利用し、該モニター板用基板の上に該製品基板の
基板材質と略同材質の薄膜を形成して上記モニター板と
したことを特徴とする請求項1に記載のドライエッチン
グに於けるエッチングモニター方法。
2. A monitor plate, wherein a part of the product substrate is used as a monitor plate substrate, and a thin film having substantially the same material as the substrate material of the product substrate is formed on the monitor plate substrate. 2. The method for monitoring etching in dry etching according to claim 1, wherein:
【請求項3】 上記モニター板として、製品基板と異な
る光学定数をもつモニター用基板の上に該製品基板の基
板材質と略同材質の薄膜を1層形成したものを使用する
ことを特徴とする請求項1に記載のドライエッチングに
於けるエッチング方法。
3. The monitor plate according to claim 1, wherein a monitor substrate having an optical constant different from that of the product substrate and one thin film of substantially the same material as the substrate material of the product substrate are formed on the monitor substrate. An etching method in the dry etching according to claim 1.
【請求項4】 上記モニター板として、モニター板用基
板の上に製品基板の薄膜と屈折率を異にする薄膜を上記
モニター光の波長のJ1/4波長(J1は奇数)の厚さに
形成し、その上に製品基板の基板材質と略同材質の薄膜
を形成したものを使用することを特徴とする請求項1に
記載のドライエッチングに於けるエッチング方法。
As claimed in claim 4 wherein said monitor plate, the thickness of the J 1/4 wavelength of the of the monitor light film having different film the refractive index of the product substrate on a substrate for a monitor board (J 1 is an odd number) 2. The dry etching method according to claim 1, wherein a thin film having substantially the same material as that of the product substrate is formed thereon.
JP10140592A 1992-04-21 1992-04-21 Monitoring method of etching in dry etching Expired - Fee Related JP3261660B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10140592A JP3261660B2 (en) 1992-04-21 1992-04-21 Monitoring method of etching in dry etching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10140592A JP3261660B2 (en) 1992-04-21 1992-04-21 Monitoring method of etching in dry etching

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05299386A JPH05299386A (en) 1993-11-12
JP3261660B2 true JP3261660B2 (en) 2002-03-04

Family

ID=14299818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10140592A Expired - Fee Related JP3261660B2 (en) 1992-04-21 1992-04-21 Monitoring method of etching in dry etching

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3261660B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1112769A (en) * 1997-06-27 1999-01-19 Canon Inc Etching method and apparatus therefor as well as production of diffraction optical element and apparatus therefor
US6052176A (en) * 1999-03-31 2000-04-18 Lam Research Corporation Processing chamber with optical window cleaned using process gas

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05299386A (en) 1993-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4454001A (en) Interferometric method and apparatus for measuring etch rate and fabricating devices
USRE39145E1 (en) Method and apparatus for in-situ monitoring of plasma etch and deposition processes using a pulsed broadband light source
CA1238987A (en) Interferometric methods for device fabrication
JP3292029B2 (en) Dry etching end point monitoring method and apparatus therefor
US5555472A (en) Method and apparatus for measuring film thickness in multilayer thin film stack by comparison to a reference library of theoretical signatures
JPH0252205A (en) Film thickness measuring method
US5956142A (en) Method of end point detection using a sinusoidal interference signal for a wet etch process
JPH09283585A (en) Device manufacturing method
TW200405011A (en) Process endpoint detection method using broadband reflectometry
JP3854810B2 (en) Method and apparatus for measuring film thickness of material to be processed by emission spectroscopy, and method and apparatus for processing material using the same
Henck et al. In situ spectral ellipsometry for real‐time thickness measurement: Etching multilayer stacks
US6585908B2 (en) Shallow angle interference process and apparatus for determining real-time etching rate
JP2003065724A (en) Method for measuring thickness of film using ftir method, and method for manufacturing semiconductor wafer
JP3261660B2 (en) Monitoring method of etching in dry etching
US5717490A (en) Method for identifying order skipping in spectroreflective film measurement equipment
KR20030000274A (en) Multichannel spectrum analyzer for real time plasma monitoring and thin film analysis in semiconductor manufacturing process
JP3261659B2 (en) Method and apparatus for monitoring etching in dry etching apparatus
JP3866933B2 (en) Film thickness measuring device
JPH11162954A (en) Method and equipment for measuring thin film by optical means and film formation equipment
JP2001165628A (en) Film thickness measuring device
JPH1112769A (en) Etching method and apparatus therefor as well as production of diffraction optical element and apparatus therefor
EP0652304A1 (en) Film forming method and apparatus for carrying out the same
JPH07208937A (en) Equipment and method for measuring film thickness and permittivity
JP2001244311A (en) Method for measuring surface shape of semiconductor thin film
KR100733120B1 (en) Method and apparatus for detecting processing of semiconductor waper

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees