請求の範囲
１ 支持基体上の第２の材料の隣接領域の存在下
で該支持基体から第１の材料の薄膜部分を除去し
てパターン層を形成し、そして該材料に光ビーム
を照射して該光ビームの反射の変化を測定して該
第１の材料の除去を決定している微細デバイスの
製造方法において、
該光ビーム径はそれが照射する該第１の材料の
薄膜部分より大きく該第２の材料のかなりの部分
上にも照射しており、
パターン化された層としてパターン形成してい
る第２の材料の領域は微細デバイスの構造の１つ
に該当するものであり、そして
該第１と第２の材料の両方はそれぞれ除去速度
を有し両方の除去速度は該隣接領域から反射され
た光ビームの部分に振動を生じさせるに十分なも
のである微細デバイスの製造方法。
２ 請求の範囲第１項に記載の方法において、該
反射光ビームはアナログ電気信号に変換され、該
電気信号の２次と３次の導関数が電気的に生成さ
れ、そして該第２と第２導関数が実質的にゼロに
なる時に依存した時点で該除去は停止されている
微細デバイスの製造方法。
明細書
本発明は支持基体に重畳する第１の材料の薄膜
部分を徐々に除去し、材料上の波動エネルギーの
ビームを向けることにより、第１の材料の除去を
決め、反射ビーム中の変化を測定することを含む
微細デバイスの製造法に係る。
エツチングプロセスの停止点を検出するため
に、各種の光技術が提案されてきた。エツチング
中の薄膜の除去を検出することは、一般に“停止
点”検出と呼ばれている。これはエツチされてい
る層の下の層が最初に露出される時刻でもよい。
しかし、しばしばエツチングは除去すべき領域全
体がエツチングされるよう、最初に露出された点
を越えて続けられる。これらの場合、いわゆる
“停止点”は実際には、下の層が最初に露出され
た“除去点”後のエツチング操作のある点を示
す。この結果、より正確なエツチングプロセスが
可能になる。なぜならば、エツチングプロセスを
検出することにより、プロセスの完了を予測する
ことが可能になり、エツチングを続けることによ
る誤差がなくなり、プロセスの最終的な終点が検
出された時、プロセスは停止させることができる
からである。エツチングされている層の反射率の
変化を観察することについては、米国特許第
4198261号に述べられている。干渉効果を用いた
技術については、ノース・ホランド出版の微細線
リソグラフイ（Fine Line Lithography）（1980）
の２章、第213頁に述べられている。これらの方
法及び他の光学的方法では、測定に用いる光ビー
ムをプロセス中の層に向けることが共通の条件で
ある。最近の半導体プロセスにおいて、エツチン
グされている層の部分は、非常に小さな領域をも
つ。言いかえると、厚さが変化するパターンは、
非常に小さな形状を有する。そのため、分析用ビ
ームをパターンの大きさに焦点を合わせ、そのパ
ターンに位置合わせすることの困難さに出合う。
薄膜の除去が完了したことの検出技術の多く
は、視察と経験によるものであつた。しかし、半
導体集積回路製造に対する条件がより激しくなる
につれて、より精密なフオトレジストマスクの必
要性が増す。現像の停止点をより正確に検出する
ことは、過剰エツチング、従つて規定上の損失を
避けるために本質的である。
本発明に従うと、これらの問題は第１の材料の
薄膜から反射された分析用ビームを用いる方法に
より解決される。その方法は除去されないが第１
の材料よりはるかに遅い速度で徐々に除去される
第２の材料の薄膜上の入射すべき十分大きな領域
を照射することを特徴とする。Claim 1: forming a patterned layer by removing a thin film portion of a first material from a supporting substrate in the presence of an adjacent region of a second material on the supporting substrate; and irradiating the material with a light beam. In the method for manufacturing a microscopic device in which removal of the first material is determined by measuring changes in reflection of the light beam, the diameter of the light beam is larger than the thin film portion of the first material that it irradiates. irradiating also onto a substantial portion of the second material, the region of the second material being patterned as a patterned layer corresponds to one of the structures of the microscopic device; A method of manufacturing a microscopic device, wherein both the first and second materials have respective ablation rates, and both ablation rates are sufficient to cause vibrations in a portion of the light beam reflected from the adjacent region. 2. The method of claim 1, wherein the reflected light beam is converted to an analog electrical signal, second and third derivatives of the electrical signal are electrically generated, and the second and third derivatives of the electrical signal are electrically generated. A method for manufacturing a microscopic device, wherein the removal is stopped at a point depending on when the second derivative becomes substantially zero. Description The present invention determines the removal of the first material by gradually removing a thin film portion of the first material that overlaps the supporting substrate, directing a beam of wave energy onto the material, and detecting changes in the reflected beam. The present invention relates to a method for manufacturing a microscopic device that includes measuring. Various optical techniques have been proposed to detect the stopping point of the etching process. Detecting thin film removal during etching is commonly referred to as "stop point" detection. This may be the time at which the layer below the layer being etched is first exposed.
However, often the etching is continued beyond the initially exposed point so that the entire area to be removed is etched. In these cases, the so-called "stop point" actually refers to a point in the etching operation after the "removal point" at which the underlying layer is first exposed. This results in a more accurate etching process. This is because by detecting the etching process, it is possible to predict the completion of the process, eliminating the error caused by continuing etching, and when the final end point of the process is detected, the process can be stopped. Because you can. For observing changes in the reflectance of a layer being etched, U.S. Pat.
It is stated in No. 4198261. For techniques using interference effects, see Fine Line Lithography (1980), published by North Holland.
Chapter 2, page 213. A common requirement of these and other optical methods is that the light beam used for measurement is directed onto the layer being processed. In modern semiconductor processes, the portion of the layer being etched has a very small area. In other words, a pattern with varying thickness is
It has a very small shape. Difficulties are therefore encountered in focusing and aligning the analytical beam to the size of the pattern. Much of the technology for detecting when film removal was complete was based on observation and experience. However, as the requirements for semiconductor integrated circuit manufacturing become more demanding, the need for more precise photoresist masks increases. Detecting the development stop point more accurately is essential to avoid overetching and thus loss of definition. According to the invention, these problems are solved by a method using an analytical beam reflected from a thin film of a first material. The method is not removed but the first
It is characterized by irradiating a sufficiently large area to be incident on a thin film of a second material which is gradually removed at a much slower rate than that of the second material.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図及び第２図は現像プロセスを表す反射光
強度対時間のグラフを示す図、
第３図及び第４図は時間に対する光信号の二次
及び三次微分のグラフを示す図、
第５図、第６図及び第７図は光信号を処理し、
論理出力により停止点を示すための回路構成を示
す図である。
エツチング操作の停止点又は除去点は、本発明
に従い、電磁放射のビーム、典型的な場合光を、
処理中の試料上の領域に向けることにより検出さ
れる。分析用放射が入射する領域は、プロセスの
条件下で少くとも二つの速度の変化を示す。加え
て、処理されている下の層の表面から放射を反射
させるため、材料は分析用放射に対し、十分透明
である。その表面は処理されつつある層の下部表
面にほぼ対応する。反射は層の最上表面でも起
る。これらの二つの反射は組合さり反射ビームと
なり、層のある種の特性に従い変化する干渉効果
を示す。関心のある主な効果は、層の物理的な厚
さである。屈折率又は極性の変化といつた他の効
果を、検出してもよい。
二重干渉効果のふらつきは、本発明に従い急速
に変る信号の相対的測定により、関心のある信号
特性の変化を決めるために用いられる。
本発明の具体的な実施例において、現像中の半
導体基体上のフオトレジスト被膜の表面に、強い
単色光のビームを照射する。光は明らかに異る速
度で浸食されつつある露出されたフオトレジスト
及び露出されないフオトレジストの両方の部分を
照射する。この反射光の強度は、時間の関数とし
て振動する特性をもつ。より速く浸食される表面
は、よりゆつくり浸食される露出されないフオト
レジスト部分が示すものより速い振動を示す。露
出されたレジストのバルクが除去されたことに対
応する除去点に達すると、速い振動が止り、連続
した遅い振動が残ることにより示される。
この終了点の検出は、本発明に従い、反射され
た光信号の一次、二次及び三次導関数をアナログ
的に計算する論理回路により行うことができる。
回路は遅い信号の存在下で、速い振動が選択的に
検出されるように設計される。適当な周波数の振
動信号の第２及び第３のアナログ導関数は、相互
に位相がずれているため、速い振動が停止する時
にのみ、ある電圧範囲δ内でそれらは同時にゼロ
になる。除去点は回路により、論理“真”信号で
示される。従つて、制御計算機はデイジタル線を
モニターし、出力が“真”信号を示した時、現像
プロセスの除去点を認識するようプログラムされ
る。
従つて、本発明の特徴は完全に自動的で非経験
的である停止点検出プロセスである。
本発明を実施するための装置は、基本的に十分
な強度の単色光源からなり、それは明確な信号を
生成するよう半導体ウエハのフオトレジスト被覆
表面から、十分強く反射させるためである。図示
されていないが、そのような装置はレーザー光源
及び標準的な感光ダイオード又は複数のダイオー
ドから成る。平均効果を得るために、表面のより
大きな部分を走査する複数の光検出器を用いても
よい。
手続上、一度フオトレジスト被覆ウエハが露出
されると、それは現像液中に浸され、その中で単
色光ビームを照射し、光検出器が検出したものが
第１図に示されるような一般的な形をもつ電気信
号に変換される。第１図は反射された光強度を時
間に対して、プロツトしてある。現像中フオトレ
ジスト被覆表面から反射された光の強度は、時間
に対し振動することが知られている。フオトレジ
ストの表面からの反射光は、現像フオトレジスト
層の厚さに依存して、下の基板からの反射光と、
より強めあうかあるいは弱めあうように干渉す
る。フオトレジストの露光された部分及び露光さ
れない部分の両方が、異なる速度で現像液により
浸食されるため、第１図の曲線で示されるよう
に、二つの別々の振動が観察される。この曲線に
おいて、露光されたレジストが薄くなることから
生じる左側の速い振動には、露光されないレジス
トの浸食を示す一組のはるかに遅い振動が重畳さ
れている。除去点に達したということは、半導体
表面の十分な領域からフオトレジストがはがさ
れ、一組の反射による干渉が消え、それに対応し
て露光されたフオトレジストのバルクが除去され
たことを示す点に達したということであり、遅い
振動の存在下で速い振動の停止により示される。
この現像を検出するための回路手段は、第５，６
及び７図により示されている。
第５図の回路は、光検出器１１を含み、その上
にフオトレジスト表面から反射した光が入射す
る。要素１２はプリアンプ段で、それはAC雑音
フイルタとして働き、更に増幅をする要素１３に
接続されている。
第５図の回路の出力からの増幅された信号は、
第６図の回路の入力２０に供給される。この回路
は要素２１から成る第１の微分段及び要素２２か
ら成る第２の微分段から成る。要素２３及び２４
はそれぞれ第３の微分段、及び最終の低域通過フ
イルタである。要素２５及び２６は１対10の増幅
器及びこの具体的な実施例における低域通過フイ
ルタである。
第７図の回路は２個のウインドコンパレータか
ら成り、その出力はANDゲートに加えられてい
る。先に述べたように、第２及び第３のアナログ
導関数は相互に位相がずれているから、速い振動
が停止した時のみ、ある電圧範囲δ内でそれらは
ゼロになる。従つて、段６１及び６２から成る比
較器は、アナログ導関数からδの存在を決める働
きをし、δはANDゲート７２及びNORゲート７
３に加えられ、それらは出力が生じることによ
り、除去点を示す。
具体的な実施例において、第５，６及び７図に
従う回路は、以下の要素を含んだ。(1)ウエスタン
エレクトリク559Cオぺレーシヨナル増幅器 (2)
ウエスタンエレクトリク41FPANDゲート (3)ウ
エスタンエレクトリクNOR41EE
Figures 1 and 2 are graphs of reflected light intensity versus time representing the development process; Figures 3 and 4 are graphs of second and third derivatives of the optical signal versus time; Figure 5 , FIGS. 6 and 7 process optical signals,
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration for indicating a stopping point by a logic output. The stopping point or removal point of the etching operation is, in accordance with the invention, a beam of electromagnetic radiation, typically light.
It is detected by directing it to the area on the sample being processed. The area into which the analytical radiation is incident exhibits at least two velocity changes under the conditions of the process. In addition, the material is sufficiently transparent to analytical radiation to reflect the radiation from the surface of the underlying layer being treated. Its surface approximately corresponds to the lower surface of the layer being treated. Reflection also occurs at the top surface of the layer. These two reflections combine into a reflected beam that exhibits interference effects that vary according to certain properties of the layers. The main effect of interest is the physical thickness of the layer. Other effects such as changes in refractive index or polarity may also be detected. The double interference effect wobble is used in accordance with the invention to determine changes in signal characteristics of interest by relative measurements of rapidly changing signals. In a specific embodiment of the invention, the surface of a photoresist coating on a semiconductor substrate being developed is irradiated with a beam of intense monochromatic light. The light illuminates both the exposed and unexposed photoresist portions which are being eroded at distinctly different rates. The intensity of this reflected light has a characteristic of oscillating as a function of time. Surfaces that erode more rapidly exhibit faster oscillations than those exhibited by unexposed photoresist portions that erode more slowly. Once the removal point is reached, corresponding to the bulk of the exposed resist being removed, this is indicated by the fast oscillations ceasing and a continuous slow oscillation remaining. Detection of this endpoint can be performed according to the invention by a logic circuit that calculates analogically the first, second and third derivatives of the reflected optical signal.
The circuit is designed such that fast oscillations are selectively detected in the presence of slow signals. The second and third analogue derivatives of the vibration signal of the appropriate frequency are out of phase with each other, so that within a certain voltage range δ they simultaneously go to zero only when the fast vibrations stop. The removal point is indicated by the circuit with a logic "true" signal. Accordingly, the control computer is programmed to monitor the digital lines and recognize the removal point of the development process when the output indicates a "true" signal. Therefore, a feature of the present invention is a completely automatic and non-empirical stopping point detection process. The apparatus for carrying out the invention essentially consists of a monochromatic light source of sufficient intensity to reflect sufficiently strongly from the photoresist coated surface of the semiconductor wafer to produce a distinct signal. Although not shown, such a device consists of a laser light source and a standard photosensitive diode or diodes. Multiple photodetectors may be used to scan a larger portion of the surface to obtain an averaging effect. Procedurally, once a photoresist-coated wafer is exposed, it is immersed in a developer solution in which it is exposed to a monochromatic light beam, and what the photodetector detects is a typical photoresist as shown in Figure 1. is converted into an electrical signal with a specific form. FIG. 1 plots the reflected light intensity versus time. It is known that the intensity of light reflected from a photoresist coated surface during development oscillates with respect to time. Depending on the thickness of the developed photoresist layer, the light reflected from the surface of the photoresist may be mixed with the light reflected from the underlying substrate.
Interfering in a way that either strengthens or weakens each other. Because both the exposed and unexposed portions of the photoresist are attacked by the developer at different rates, two separate oscillations are observed, as shown by the curves in FIG. In this curve, the fast oscillations on the left resulting from thinning of the exposed resist are superimposed by a set of much slower oscillations representing erosion of the unexposed resist. Reaching the removal point indicates that sufficient area of the semiconductor surface has been stripped of the photoresist to eliminate interference from a set of reflections and correspondingly remove the bulk of the exposed photoresist. A point has been reached, indicated by the cessation of fast oscillations in the presence of slow oscillations.
The circuit means for detecting this development includes fifth and sixth circuit means.
and 7. The circuit of FIG. 5 includes a photodetector 11 onto which light reflected from the photoresist surface is incident. Element 12 is a preamplifier stage, which acts as an AC noise filter and is connected to element 13 for further amplification. The amplified signal from the output of the circuit of FIG.
It is applied to input 20 of the circuit of FIG. The circuit consists of a first differentiation stage consisting of element 21 and a second differentiation stage consisting of element 22. Elements 23 and 24
are the third differentiation stage and the final low-pass filter, respectively. Elements 25 and 26 are 1:10 amplifiers and low pass filters in this specific embodiment. The circuit of FIG. 7 consists of two window comparators, the outputs of which are applied to an AND gate. As mentioned above, since the second and third analogue derivatives are out of phase with each other, they become zero within a certain voltage range δ only when the fast oscillations stop. Therefore, the comparator consisting of stages 61 and 62 serves to determine from the analog derivative the existence of δ, which is determined by AND gate 72 and NOR gate 7.
3, they indicate the point of removal by producing an output. In a specific embodiment, the circuit according to Figures 5, 6 and 7 included the following elements. (1)Western Electric 559C operational amplifier (2)
Western Electric 41FPAND Gate (3) Western Electric NOR41EE
【表】
容 量 マイクロフアラツド単位の値
17−0.01
28−４
30−0.022
32−４
34−0.022
36−４
38−0.04
41−１
42−１
47−１
48−１
第２図は曲成中の典型的な未処理の反射光信
号を示す。この場合速い振動が不規則なベースラ
イン上に重畳されている。直線のグラフはすぐ
上で述べた回路手段により生じる論理信号で、
11.44秒経過後、レベルの変化により表される
TRUEが生じたことが示された。
一般に、露光されないフオトレジストが浸食さ
れることから生じ、未処理信号中の著しく大きな
ベースラインを構成する低周波振動は、除去点を
決定する妨げにはならない。
第３図は二次導関数信号及び第４図は三次導関
数信号を示し、同じウエハ上の異なる位置から反
射された光のそれぞれは、両方の信号が除去点に
到達するのに本質的に同じ時間を要することを示
している。
除去点が検出された後、停止点はレジストパタ
ーンの特性及び形状に関連した要因により大きく
決る要因で決る。典型的な場合、停止点までの全
現像時間は、除去点までの時間の１乃至２倍であ
ろう。
従つて、フオトレジスト現像プロセスの停止点
を、正確かつ自動的に検出する装置が実現され、
それによりフオトレジストマスクの規定を劣化さ
せる傾向にある過剰エツチングが特に避けられ
る。
ここで述べたプロセスは、デバイス技術の重要
な部分として用いられることがわかり、製造操作
に著しい経済性をつけ加えることが期待される。
従つて、ここで述べた本発明は、試験プロセスそ
れ自体とは見なされず、エツチング、注入、化学
堆積及び他のプロセスが、微細デバイス製造の重
要な工程であるのと同様に、製造プロセス中の重
要な工程と見なされる。
ここで異なる材料というのは、化学的又は物理
的に異なる材料を述べることを意味する。そのよ
うな材料は、上で述べた例の場合のように、最初
同じ材料であつた層の中に、選択的に導入された
変化の結果とは異なる。[Table] Capacity Value in microfarad unit 17-0.01 28-4 30-0.022 32-4 34-0.022 36-4 38-0.04 41-1 42-1 47-1 48-1 Figure 2 shows curved A typical unprocessed reflected light signal is shown in the figure. In this case, fast vibrations are superimposed on an irregular baseline. The straight line graph is a logic signal produced by the circuit means just mentioned,
Represented by change in level after 11.44 seconds
Indicates that TRUE has occurred. In general, low frequency oscillations that result from erosion of the unexposed photoresist and constitute a significantly larger baseline in the raw signal do not interfere with determining the ablation point. FIG. 3 shows the second derivative signal and FIG. 4 shows the third derivative signal, each of which reflects light from different positions on the same wafer, essentially It shows that it takes the same amount of time. After the removal point is detected, the stopping point is determined by factors that largely depend on factors related to the characteristics and geometry of the resist pattern. Typically, the total development time to the stop point will be 1 to 2 times the time to the removal point. Therefore, an apparatus for accurately and automatically detecting the stopping point of a photoresist development process has been realized.
Over-etching, which tends to degrade the definition of the photoresist mask, is thereby particularly avoided. It is expected that the process described herein will find use as an important part of device technology and add significant economics to manufacturing operations.
Therefore, the invention described herein is not considered a testing process per se, but rather a test process during the manufacturing process, just as etching, implantation, chemical deposition, and other processes are important steps in microdevice fabrication. Considered an important process. Different materials here are meant to refer to chemically or physically different materials. Such materials are different as a result of changes selectively introduced into layers that were initially the same material, as in the example described above.