JPH05508191A - エッチング工程を監視および制御するための方法およびそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 エツチング工程を監視および制御するための方法およびそのための装置本発明は 、エツチング工程を監視および制御するための方法およびこの方法に適した装置 に関する。この場合、基板に塗布され光を波長選択的に反射する一つまたは複数 の層が所定のエツチング時間によって選択的に除去される。

半導体技術では、一つの基板に、場合によっては異なる材料組成の複数の層を塗 布する装置が知られている。この層は製造プロセスの過程で、フォトレジストで 被覆してこのレジスト層を現像した後で、選択的に再びエツチング除去される。

このエツチング工程は、均一なエツチングを達成するために、はとんどが動かさ れるエツチング媒体または噴霧されるエツチング媒体内で行われる。この場合、 エツチング速度はエツチングすべき材料、エツチング媒体、温度並びに複数回の エツチング工程の後のエツチング媒体の汚染の関数である。その際、エツチング プロセスを何時終了させるかが重要である。すなわち、エツチングすべき材料が 丁度除去される時点を定めることが重要である。

定期刊行物“固体状態技術（Ｓｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） 　’　、１９７９年２月、第２号、第６１〜６４頁および１９８１年４月、第２ ４巻、第１１５−１２２頁に記載されているこのような方法の場合には、必要な エツチング時間がモノグラムに基づいて予め設定される。このモノグラムには、 実験でめられた等しいエツチング速度の曲線がエツチング媒体に依存して描かね 、エツチング深さが時間に依存して描かれ、そしてエツチング速度が除去すべき 個々の材料の温度に依存して描かれている。

この場合、エツチングプロセスの間発生する、エツチング速度を変更するエツチ ング媒体の変化は、検出不可能である。従って、エツチング媒体を常に新しくす るか洗浄する必要がある。これはエツチング媒体の消費を増やすことになる。更 に、従来は、エツチング工程が実際に何時終了するか判らなかった。除去すべき 層が予想外な程厚いときには、設定エツチング時間に達した後、この層が完全に 除去される前に、エツチング工程が中止される。これは、新たなエツチング工程 を必要とする。これに対して、除去すべき層が薄すぎると、その下にある層か場 合によっては腐食し、製品が使用不可能になる。

ヨーロッパ特許第００８４０７５号明細書には、単色光によって層除去の最終点 を決めるための他の方法が知られている。この場合、大きな面積の高価な光検出 器が必要である。

英国特許第２１３９１５１号明細書によって、検出すべき層に、蛍光材料を埋め 込むことが知られている。エツチング工程の終わりは、蛍光の変化によって比較 的に簡単に決めることができる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２７３６２６２号明細書により、プラズマエツ チングのときの放出ラインでの光学的な放出を監視し、エツチングの制御に用い ることが知られている。

本発明の課題は、上述の欠点を回避すると共に、エツチング工程の間、層材料が 異なる場合でもエツチング工程の終了を簡単かつ自動的に知ることができる方法 を提供することである。

この課題の解決のために、エツチング工程の間、白色光を含む光線が除去すべき 層の方へ向けられ、光線か場合によっては複数のスペクトル成分に分けられ、一 つまたは複数の成分の強度が検出および評価され、少なくとも一つの成分の強度 の時間的な経過曲線の特有の変化のときにエツチング工程を終了する（最終点検 出）。

この方法の場合には、異なる物質の層の表面は異なる反射係数を有するので、入 射する白色光が異なる強度でおよび波長で選択的に反射するという放射物理学的 （光技術的）な事実に基づいている。すなわち、表面が白色光で照射されると、 反射した光は、材料特有および表面特有の（絶対的な）反射係数に基づいて、お よび光波長に依存するスペクトルの統合された反射係数に基づいて、それぞれ決 まった、材料層を示す特性を有する。例えば、フィルターによってスペクトルで 分光された反射光のそれぞれの成分の強度は、材料に依存して決まる。これによ り、除去工程の間、一方の層から他方の層へ移行するときに、色成分の強度の時 間的な経過曲線に、特有の変化が生じる。この変化は層−基板−材料系の異なる 反射特性に依存するが、他のエツチングパラメータとは無関係である。

この強度の変化は例えば、市販の色認識装置によって認識可能であり、適当にプ ログラミングされたデータ処理装置ＤＶＡによって評価可能である。

実際のエツチング工程の間、材料組み合わせに応じて、時間に対する色成分強度 の異なる経過曲線が生じるがしかし、除去すべき層を完全に除去したときの特有 の変化は層−基板系に依存して常に同じであるので、この特有の変化は予め実験 によって決められ、その都度の経過曲線の評価のための基準量として定めること が可能である。

これにより、エツチング工程は、実際のエツチング速度、除去すべき層の厚さお よびエツチング媒体とは無関係に、除去すべき層が完全に除去された後で初めて 終了する。

成分強度曲線中の特有の変化は、層−基板系に応じて、最高点または最低点でも よいし、変曲点でもよい。他の特有の変化は二つの成分強度曲線の交点であって もよい。特有の変化はいわゆるトリガー点と呼ばれる。

好ましくは最高点または最低点がエツチング工程時の成分強度曲線の特有の変化 として定められる。この場合、除去すべき層と基板層は、例えばセラミックー基 板一層から金属層を除去する際、シリコン−基板一層からクロムを除去する際、 またはアルミニウムー基板一層から銅を除去する際に、大きく異なる反射係数を 存する。

除去すべき層とその下の基板層が類似の反射係数を有する場合には、光成分強度 の一つの変曲点を用いると有利である。なぜなら、経過曲線ブにおいて明確な最 高点または最低点が期待できないからである。

二つの成分強度の交点を特有の変化として定めることも有利である。

方法の特に有利な他の実施形では更に、エツチング工程が、特有の変化（トリが 一点）に対応するトリが一時点ｔ０よりも遅い時点ｔ、で中止される。それによ って、特有の変化に属するトリが一時点ｔ０の変化時に現れる小さな強度変動が 補償される。

方法の他の有利な実施形では、エツチング工程の開始と終了の間の時間が検出さ れ、予め定めた設定値からの所定の偏差を上回ったときに、エラーの報告が行わ れる。実験的にめたエツチング時間が設定時間として定められると有利である。

このエツチング時間の場合に、所定の設定厚さのときの層材料の完全除去が、エ ツチング媒体濃度や温度のような最適な除去パラメータの下で経済的な観点で発 生し、エツチング時間はトリガー時点ｔ０としての最適なエツチングプロセスの 強度の経過曲線中の所定の特有の変化に対応可能である。しかし、前述の実験的 に定められた遅い時点ｔ、を設定値として用いてもよい。実際のエツチング時間 を設定エツチング時間と比較することにより、エツチングプロセス中に偏差を確 認することができる。特に製造エラーに基づく層厚さの偏差、あるいは特にエツ チング媒体の濃度変化を確認することができる。このエツチング媒体の濃度変化 は、複数のエツチングプロセスのときにエツチングされた物質による汚染に基づ いて生じる。これにより、新たなエツチング工程の前に、エツチング媒体を交換 して新しくすることができ、経済的なエツチング工程が確実に行われ、厚さを最 適にするために先行するプロセスにおいて層の塗布方法を修正することができる 。

方法を実施するための適切な装置は、白色光ランプを具備し、この白色光ランプ に、場合によってはレンズを有する光導体が接続されている。装置は更に、他の 光導体を具備し、この光導体に市販の光認識装置が接続されている。この光認識 装置では反射光が場合によりではフィルターによってスペクトル色成分に分光可 能であり、成分の強度が検出さ托かつ測定信号に変換可能である。装置は更に、 測定信号の実時間評価および場合によってはエツチング装置全体の制御を行うた めに、測定信号検出器を備えたデータ処理装置を具備している。

このような装置は例えば上記の方法にとって特に有利なスピンドル噴霧エツチン グ装置内に設けられる。このエツチング装置は、エツチング工程を監視および制 御する方法を実施するための装置のほかに、特にエツチングすべき基板を収容す るための一回転方向に駆動可能な装置と、エツチング媒体を一部の面に噴霧する ための噴射ノズルを備えている。

本発明による他の実施形は請求の範囲従属項から明らかである。この実施形を、 次に記載する、方法および該方法に適した装置の実施例に基づいて、および添付 の図に基づいて詳しく説明する。

図１は方法を実施するための装置の概略ブロック線図、図２は、エツチング除去 すべき層のエツチング工程の時の時間に対する色成分の反射光の強度の経過を曲 線で示す図、図３は、エツチング除去すべき層のエツチング工程の時の時間に対 する二すの成分強度の経過を曲線で示す図、 図４は、複数の同一の層をエツチングする間に記録される複数の曲線を有する強 度一時間−グラフである。

図１には、エツチング工程を監視および制御するための装置がブロック線図で略 示しである。この装置により、例えば印刷回路の製造方法において、あるいはシ リコンウェハ上またはセラミック基板上に金属の条導体を形成するための製造方 法において、ホトレジスト法に従って条導体を形成するためのエツチング工程を 監視および制御することができる。この場合、基板１０上には導電層９としての 金属が平面状に塗布され、その一部が形成すべきパターンに対応してホトレジス ト１１によって被覆される。パターンを形成するために、被覆されていない層９ の範囲が、動かされるエツチング媒体（クロム酸、塩化鋼、アルカリ性エツチン グ媒体）内でのエツチング工程で選択的に除去される。エツチング除去すべき層 が完全に除去される点を監視および決定するために、すなわちいわゆる最終点検 出のために、白色光ランプ４を備えた装置１が役立つ。この白色光ランプはレン ズ５と第１の光導体６を経てエツチングすべき層９の表面を照射する。反射光は 第２の光導体７を経て市販の色認識装置８に導かれる。この色認識装置において 、一部はフィルタを経て三つのスペクトル成分、すなわち赤、緑および青に分け られ、そして反射光全体の強度と個々の成分の強度が検出される。この強度は測 定信号、例えば電圧Ｕｇｅｓ　、　Ｕ−ｒｏｔ　、　Ｕ−ｂｌａｕに変換され、 測定信号検出器２を備えた、実時間−測定値処理および場合によっては静的なプ ロセス制御用の記録のためのデータ処理装置３に供給される。

基板１０やエツチング除去すべきｌ１ｔ９の材料および層の厚さに応じて、エツ チング除去の間、反射光の成分強度について異なる経過曲線が生じる。除去工程 の間、反射係数は層９の値から出発してその下にある基板ｌＯの値へ変化する。

それによって、吸収された反射光の強度の変化は、層の組成や基板の組成に依存 して行われる。この変化は材料組成に２じて時間に対する強度の経過曲線の異な る特有の変化への移行時に現れ、例えば図２において時間に対する色成分の強度 の経過においてまたは測定値電圧経過の経過において最低点（ａ）と変曲点（ｂ ）に基づいて示すような最高点、最低点または変曲点で現れる。従って、層９の 完全な除去は層−基板一系の材料組成に応じて点ａまたはｂで確認可能であるの で、この点の一つが材料除去時の″最終点”として、すなわちトリガー点として 実験で決定され、基準量としてデータ処理に役立つ。この基準量に達したときに 、エツチング工程が中止される。トリガー点にはそれぞれトリが一時点ｔ０が対 応している。

個々の色成分の強度の検出および処理の際に、時間に対する強度の曲線は、層や 基板について認識可能な異なる色によって図３において赤色光成分と青色光成分 の強度に基づいて示すように、挙動する。この場合、トリが一点は、曲線か交叉 する点Ｃによっても定めることができる。このような成分強度の経過曲線は、例 えばアルミニウム基板から銅層を除去する場合の特有のものである。反射した“ 赤色光”成分は、銅層が減るときに減少する。これに対して、アルミニウムの反 射した“青色光“成分は増大する。両回線の交点はほぼ“最終点”、すなわち銅 層の除去が完全に終了した点を示す。

図２と図３に示すように、除去工程は、トリが一点に相関するトリが一時点ｔ０ よりも幾分遅く終了する。この遅い時点ｔ、は、測定値の変化を補償するために 、実験的にｔ　、＝　ｔ　ｏ　（ｔ　＋ｘ）によって定められる。ここで、実験 に基づいて決められるように、Ｘ＝ｔ、ｔｏ−１は１以上でもよいし、また１以 下でもよい。

例えばエツチングすべき層の厚さまたはエツチング浴濃度が変化するときに、特 有の変化すなわちトリガー点、ひいては除去工程が終了するまでの実際にかかる 時間、すなわち実際のトリガー時点ｔ１が後方へずれる。これは図４のグラフに 基づいて三つの異なる強度曲線に関して示しである。最適なエツチング条件の下 で、トリガー点およびこれに相関するトリガー時点ｔ、から出発して、それぞれ の経過曲線においてトリガー点は後方へずれる。なぜなら、層９の完全なエツチ ング除去が、遅い時点ｔ１またはｔ！で初めて生じるからである。それによって 、エツチングプロセスの実際の終了ｔ　ｆｆ１ＮＤ！が、トリガー時点ｔ。より も遅い時点で生じる。これはデータ処理装置３によって検出可能でる。トリが一 点の測定された時間ｔ１．ｔ２が、最適なプロセス条件の下で基準量として定め たトリガー時点ｔ０−　このトリガー時点は、エツチング媒体濃度と除去すべき 層の設定厚さが最適であるときに定められる　−に関する設定された誤差範囲ｔ の外にあると、次のエツチングプロセスの開始の前に、エラー報告が行われるの で、エツチング浴濃度およびエツチング浴組成が測定され、続いて更新が行われ るかまたは層厚さの検査が行われる。

従って、上記の最終点検出は、光技術的に異なる材料係数に基づいて除去すべき 層からその下にある基板層への移行時に反射光の強度の変化が生じる、基板から の層のいかなる除去工程にも適用可能である。

Ｆｉｇ、２ ＦＩ９．４ 要　約　書 異なる反射係数を有する、基板上に塗布された一つまたは複数の層が選択的に除 去される、エツチング工程を監視および制御するための方法および装置。エツチ ング工程の間、層のエツチング工程すなわち除去工程を自動的に終了させるため に、エツチング工程の間除去すべき層に光線が向けられ、反射した光線の強度が 場合によって複数の成分に分けられて検出および評価さ娠全体の強度または少な くとも一つの成分の強度の時間的な経過曲線が特有の変化を生じるときに、エツ チング工程が終了する（最終点検出）。装置は白色光ランプ（４）を具備し、こ の白色光ランプに、場合によってレンズを有する光導体（６）が接続されている 。装置は更に、他の光導体（７）を具備している。この光導体に市販の光認識装 置（８）が接続されている。この光認識装置では反射光が場合によってはフィル ターによってスペクトル色成分に分けることが可能であり、全体の強度および場 合によっては成分の強度が検出され、かつ測定信号に変換可能である。装置は更 に、信号の実時間評価および場合によってはエツチング装置全体の制御を行うた めの、測定信号検出器（２）を備えたデータ処理装置（３）を具備している。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　４年１１月１９日１− ２、発明の名称　エツチング工程を監視および制御するための方法およびそのた めの装置 ３、特許出願人 住所　ドイツ連邦共和国、ビールンシエイム　２　７１３５インダストリーゲビ ノト　ビナシュ　（番地なし）名　称　コンハック　ゲゼルシャフト　ミツト　 ベシュレンクテル　ハフラング　（ほか１名） 国　籍　ドイツ連邦共和国 ４、代理人 住　所　０１６０　東京都新宿区新宿四丁目３番１７号ＨＫ新宿ビル７Ｆ　１話 ３３５７−５１７１１９９２年　４月１６日 ６、添付書類の目録 （１）　補正書の翻訳文　１週 明　細　書 エツチング工程を監視および制御するための方法およびそのための装置本発明は 、エツチング工程を監視および制御するための方法およびこの方法に適した装置 に関する。この場合、基板に塗布され光を波長選択的に反射する一つまたは複数 の層が所定のエツチング時間で選択的に除去される。エツチング工程の間、白色 光を存する光線が除去すべき層の方へ向けられ、反射する光線が分析され、所定 の結果が生じるときにエツチング工程が終了する。

半導体基板、セラミック基板、ガラスセラミック基板および印刷回路の技術では 、一つの基板に、場合によっては異なる材料組成の複数の層を塗布する装置が知 られている。この層は製造プロセスの過程で、フォトレジストで被覆してこのレ ジスト層を現像した後で、選択的に再びエツチング除去される。このエツチング 工程は、均一なエツチングを達成するために、はとんどが動かされるエツチング 媒体または噴霧されるエツチング媒体内で行われる。この場合、エツチング速度 はエツチングすべき材料、エツチング媒体、温度並びに複数回のエツチング工程 の後のエツチング媒体の汚染の関数である。その際、エツチングプロセスを何時 終了させるかが重要である。すなわち、エツチングすべき材料が丁度除去される 時点を定めることが重要である。

冒頭に述べた方法は例えば１９８３年９月２１日の日本の特許要約書、第００７ 巻、Ｎ。

２１４（Ｅ−１９９）と、１９８３年６月２７日の日本の特開昭５８−１０７６ ３４号（ＴＯＵＨＯＫＵ　ＫＩＮＯＩＧＪＫＤＧＹＯＫＫ）によって知られてい る。これによれば、波長分析装置を介して光源の波長が反射光線の波長と比較さ れ、同じ波長のときに加工プロセスが終了する。

しかし、材料が異なる場合には、発生する光の波長が、反射光の波長と異なるの で、加工プロセスは終了せず、加工エラーが発生し得る。

１９８６年９月２日の日本の特許要約書、第１０巻、Ｎｏ２５６（Ｐ−４９３） と、１９８６年４月２８日の日本の特開昭６１−８３９０４号（ＤＡ［ＮＣＨＩ 　ＮｌＰＰ０Ｎ　ＣＡＢＬＥＳ　ＬＴＤ）により、送光導体、受光導体、色認識 装置等を備えた他の装置が知られている。この場合、波長の強度の時間的な経過 曲線が検出器によって測定され、エツチング工程の終了を開始するために使用さ れる。光反射が受ける特別な物理学的状懸を考慮するための詳細は、そこには記 載されていない。

１９８０年１月１９日の日本の特許要約書、第４巻、Ｎｏ　７　（Ｃ−７０）と 、１９７８年１１月６日の日本の特開昭５４−１４２１４４号（Ｎｉｅｈｉｄｅ ｎ　Ｖａｒｉａｎ　Ｋ）Ｏにより、二つの信号を比較し、装置の制御のために使 用することが知られている。

ヨーロッパ特許出願公開第１５１９４７号明細書により、“プラズマエツチング 法で制御するために、強度の曲線の変曲点を使用することが知られている。

本発明の根底をなす課題は、上述の欠点を回避すると共に、エツチング工程の間 、層材料が異なる場合でもエツチング工程の終了を簡単かつ自動的に知ることが できる方法を提供することである。

この課題の解決のために、反射光が複数のスペクトル成分に分けられ、一つまた は複数の成分の強度が検出および評価され、少なくとも一つのスペクトル成分の 強度の時間的な経過曲線の特有の変化のときにエツチング工程を終了する（最終 点検出）。

この方法の場合には、異なる物質の層の表面は異なる反射度を有するので、入射 する白色光が異なる強度でおよび波長で選択的に反射するという放射物理学的（ 光技術的）な事実に基づいている。

請求の範囲 １、基板（１０）に塗布され波長選択的に光を反射する一つまたは複数の層（１ １）が所定のエツチング時間（ｔ、）で除去され、エツチング工程の間、白色光 を含む光線（６）が除去すべき層（ｌ　ｌ）の方へ向けらね、反射した光線（７ ）が分析され、所定の結果が生じるときに、エツチング工程を終了する、エツチ ング工程を監視および制御するための方法において、反射した光線（７）が複数 のスペクトル成分に分けられ、一つまたは複数の成分の強度が検出および評価さ れ、少なくとも一つのスペクトル成分の強度の時間的な経過曲線の持方法。

２、特有の変化が一つの成分強度曲線の閾点、すなわち最高点または最低点であ ることを特徴とする請求の範囲第１項の方法。

３、特有の変化が一つの成分強度曲線の変曲点であることを特徴とする請求の範 囲第１項の方法。

４、特有の変化が二つの成分強度曲線の交点であることを特徴とする請求の範囲 第１項の方法。

５、エツチング工程が、特有の変化に対応するトリガー時点（ｔｏ）よりも遅い 時点（ｔ、）で中止されることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項までの いずれか一つの方法。

６、エツチング工程の開始と終了の間の時間が検出さね、予め定めた設定値から の所定の偏差を上回ったときに、エラーの報告が行われることを特徴とする請求 の範囲第１項から第５項までのいずれか一つの方法。

７、除去すべき層が金属層であることを特徴とする請求の範囲第１項から第６項 までのいずれか一つの方法。

８、白色光ランプ（４）、それに接続された光導体（６）、他の光導体（７）を 具備し、この光導体に市販の光認識装置が接続され、この光認識装置によって反 射光の波長が白色光ランプ（４）の波長と比較され、エツチング工程の測定結果 に依存して制御可能である、請求の範囲第１項から第６項までのいずれか一つの 方法を実施するための装置において、波長分析装置！（光認識装置８）によって 、反射光がスペクトル色成分に分けられ、成分の強度が検出され、かつ測定信号 に変換可能であり、更に、測定信号の実時間評価およびエツチング装置全体の制 御を行うための、測定信号検出器（２）を備えたデータ処理装置（３）が設けら れていることを特徴とする装置。

国際調査報告 ｌｌｌｍｍ１−Ｉ　Ａ＃ｌ−１１−−ＣＴ／ＥＰ　９１１００８７０国際調査報 告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．基板に塗布され波長選択的に光を反射する一つまたは複数の層が所定のエッ チング時間で除去される、エッチング工程を監視および制御するための方法にお いて、エッチング工程の間、白色光を含む光線が除去すべき層の方へ向けられ、 反射した光線が複数のスペクトル成分に分けられ、一つまたは複数の成分の強度 が検出および評価され、少なくとも一つのスペクトル成分の強度の時間的な経過 曲線の特有の変化のときにエッチング工程を終了する（最終点検出）ことを特徴 とする方法。
2. ２．特有の変化が一つの成分強度曲線の閾点、すなわち最高点または最低点であ ることを特徴とする、請求の範囲第１項の方法。
3. ３．特有の変化が一つの成分強度曲線の変曲点であることを特徴とする、請求の 範囲第１項の方法。
4. ４．特有の変化が二つの成分強度曲線の交点であることを特徴とする請求の範囲 第１項の方法。
5. ５．エッチング工程が、特有の変化に対応するトリガー時点（ｔｏ）よりも遅い 時点（ｔ■）で中止されることを特徴とする、請求の範囲第１項から第４項まで のいずれか一つの方法。
6. ６．エッチング工程の開始と終了の間の時間が検出され、予め定めた設定値から の所定の偏差を上回ったときに、エラーの報告が行われることを特徴とする、請 求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つの方法。
7. ７．基板が印刷回路、半導体基板、セラミック基板またはガラスセラミック基板 であることを特徴とする、請求の範囲第１項から第６項までのいずれか一つの方 法。
8. ８．除去すべき層が金属層であることを特徴とする、請求の範囲第１項から第７ 項までのいずれか一つの方法。
9. ９．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか一つの方法を実施するための装 置において、白色光ランプ（４）を具備し、この白色光ランプに、場合によって はレンズを有する光導体（６）が接続され、更に他の光導体（７）を具備し、こ の光導体に市販の光認識装置（８）が接続され、この光認識装置で反射光が場合 によってはフィルターによってスペクトル色成分に分けられ、成分の強度が検出 され、かつ測定信号に変換可能であり、更に測定信号検出器（２）を備えたデー タ処理装置（３）を具備し、このデータ処理装置が信号の実時間評価および場合 によってはエッチング装置全体の制御を行うことを特徴とする装置。
10. １０．エッチングすべき基板を収容するための回転駆動可能な装置と、エッチン グ媒体を一部の面に噴霧するための噴射ノズルと、エッチング行程の現場でエッ チング工程を監視および制御する方法を実施するための請求の範囲第９項の装置 と を具備する、基板上に塗布された一つまたは複数の層を選択的にエッチングする ためのスピンドル噴霧エッチング装置。