JPH0613446A - 半導体装置の製造方法，半導体装置の断面形状評価装置及び評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凸あるいは凹状の形状を再現性良く作成し、
特性にばらつきのない半導体装置の製造方法及び、逆メ
サ形状の底面部の線幅を測定することができる半導体装
置の断面形状評価装置及び方法を提供する。 【構成】 エッチングされるクラッド層５中にこれより
もバンドギャップの広いエッチングストッパ層６を設
け、ウエハ３３にレーザ光を照射しつつエッチングを行
い、エッチングストッパ層６の消失とともに急激にフォ
トルミネッセンス光の光強度が上昇するのを受光器３７
でモニタし、この点をもってエッチング終了とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、メサ状の断面形状を
有する半導体装置を製造する方法、及びメサ形状の寸法
を評価するための評価装置及び評価方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図２３は例えば、従来の半導体レーザ装
置の製造工程を示す断面図である。図において、１はｎ
型ＧａＡｓ基板であり、その上には、ｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層２，ｎ型ＡｌＧａＡｓ下側クラッド層３，ＡｌＧ
ａＡｓ活性層４，ｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層５
ａ，ｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層６が順次積
層されている。そしてエッチングストッパ層６上には、
エッチングされたｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層５
１，ｐ型ＧａＡｓキャップ層７１、及びこれら半導体層
の両側にｎ型ＧａＡｓブロック層９が設けられ、さらに
最上部がｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０により覆われて
いる。なお８は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層５
ａ，ｐ型ＧａＡｓキャップ層７のエッチングマスク及び
ｎ型ＧａＡｓブロック層９の選択成長マスクとなる保護
膜である。

【０００３】次に製造方法について説明する。まず、１
回目の成長で有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ
法）や分子線結晶成長法（以下、ＭＢＥ法）等を用いて
ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２，
ｎ型ＡｌＧａＡｓ下側クラッド層３，ＡｌＧａＡｓ活性
層４，ｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層５ａ，ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓエッチングストッパ層６，ｐ型ＡｌＧａＡｓ上
側クラッド層５ｂ，ｐ型ＧａＡｓキャップ層７を順次形
成し、最表面にＳｉＯ2 等の膜をＣＶＤ法等を用いて設
け、これを写真製版技術を用いてストライプ状の保護膜
８とする（図２３(a))。

【０００４】次に露呈した成長層をウェットエッチング
を用いてｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層６が露
呈するまで選択的にエッチングする。この際、エッチン
グストッパ層６で深さ方向のエッチングは停止するが、
横方向のエッチング、すなわちサイドエッチングは止ま
らずに進行するため、得られるリッジストライプ幅にば
らつきが生じる（図２３(b))。これは同一時間でエッチ
ング処理を行っても、エッチング時の表面酸化膜等の影
響により、エッチングレートにばらつきが生じることに
起因するものと考えられる。

【０００５】続いて、ｎ型ＧａＡｓブロック層９を成長
し、保護膜８を除去し、最後にｐ型ＧａＡｓコンタクト
層１０を成長して図２３(c) に示されるような半導体レ
ーザ装置を得る。

【０００６】また、例えばJapanese Journal of Applie
d Physics Vol.25，No.6, June, 1986 pp.L498−L500に
示されるように、上クラッド層５ｂ及びキャップ層７を
エッチングする際に、アルゴンイオン等を用いたエッチ
ングにより、上クラッド層５ｂを所定膜厚残して順メサ
形状とし、その後、熱塩酸等を用いて選択的にエッチン
グを行い逆メサ形状とする方法もある。

【０００７】次に上記製造方法を用いて、上クラッド層
５ｂ及びキャップ層７をエッチングして形成された逆メ
サ形状（逆台形型）のストライプの線幅を測定する方法
について説明する。

【０００８】図２４は上記製造方法により得られたウエ
ハ表面の一部分を示し、ここでは外観形状のみで、各層
は省略されている。図２４(a) に示すように、ウエハ１
上には複数の逆メサ形状のストライプ構造（以下、単に
ストライプと言う）１１が整然と配列されており、この
ように形成されたストライプ１１の上面の線幅Ｗ2 は基
板表面に露呈しているため上方から容易に顕微鏡等によ
り観察することで測定することができるが、ストライプ
１１下面の線幅Ｗ1 を観察するには、図２４(b) に示す
ように、例えば試料となるｎ型ＧａＡｓ基板１の第２オ
リエンテーションフラット１ｂと平行な劈開位置１２に
沿って基板１を劈開し、図２５に示すように、劈開した
試料１３を接着材１５を用いて台座１４に固定し、その
断面を走査電子顕微鏡等を用いて観察し、写真に納める
等して得られた情報から測定するという方法が用いられ
ている。

【０００９】さらに図２６は、例えば、吉村武晃・鈴木
範人編著「光計測技術と動向」（アイピーシー社・１９
９０年）に示された従来のレーザ走査法による線幅測定
器の概略構成図である。図において、１はサンプルとな
る半導体基板（以下、サンプルとも言う）、２０は半導
体基板１を搭載するステージ、２１はレーザ光源であ
り、該光源２１から発振されたレーザ光は走査用ミラー
部２２，対物レンズ２３により半導体基板１に導かれる
ようになっている。また２４は走査用ミラー部２２を移
動させる駆動部、２５は走査用ミラー部２２の移動距離
を測定する干渉計、２６は半導体基板１からの散乱光を
集光する散乱光集光ミラー、２７は散乱光集光ミラー２
６により集められた散乱光を受光し、その強度を検出す
るフォトディテクターである。

【００１０】次に動作について説明する。レーザ２１か
ら発したレーザ・ビームはステージ２０上の半導体基板
１上に垂直に入射する。そしてステージ２０を移動させ
て半導体基板１上の任意の位置に照射光を合わせ、この
状態で走査用ミラー部２２を移動させてレーザ・ビーム
をサンプル１上で走査させ、このときに生じる散乱光を
散乱光集光ミラー２６により集めてフォトディテクター
２７で検出する。

【００１１】図２７及び図２８は上記線幅測定器により
測定される半導体基板１表面近傍の外観を示す断面図で
ある。図２７及び図２８において、２９は基板１上の順
メサ状の凸部、２８はレーザ・ビーム、３０は基板１上
の逆メサ状の凸部である。図２７に示すように、基板１
上に順メサ形状の凸部２９があると、基板底面（Ｃ）及
び上面（Ａ）にはレーザ・ビーム２８ｃ，２８ａは垂直
に入射する。しかし凹凸のエッジ部（Ｂ）に入射するレ
ーザ・ビーム２８ｂは散乱される。この散乱された光の
強度変化から凹凸のエッジの位置を特定し、凹凸の幅を
測定する。

【００１２】また図６に示すように、基板１上に逆メサ
形状の凸部３０がある場合には、基板上面（Ａ，Ｂ），
及び基板底面（Ｃ）に入射するレーザ・ビーム１１ａ，
１１ｂ，及び１１ｃは垂直に入射することとなるが、エ
ッジ部が逆メサ形状となっているため散乱光が発生しに
くく、光強度変化が少なく、サンプル１のストライプ幅
Ｗ1 ，Ｗ2 はともに測定するのが難しい。しかるにこの
ような場合には、上述のように基板を劈開してその断面
を顕微鏡観察する等の方法がとられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の製
造方法は以上のように構成されており、逆メサ形状のス
トライプの底面の線幅は再現性に乏しいため製造バラツ
キが大きく、例えばこのような方法でレーザ装置を作製
した場合には横方向の広がり角などの動作特性がロット
間でばらつく等して製造精度の低下及び歩留りの低下を
招くという問題点があった。

【００１４】また、従来の半導体装置の断面形状の評価
装置及び評価方法は以上のように構成されており、逆メ
サ形状のストライプの底面の線幅を測定するには基板を
劈開して顕微鏡観察する必要があり、作業工程の増加
や、作業者間での測定誤差の問題や、また劈開により基
板が不定形となり、以降の自動処理に使用不可能となっ
たり、基板の割れや欠けの原因となる等、製造プロセス
におけるｉｎ−ｌｉｎｅ評価には極めて不向きであると
いう問題点があった。

【００１５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、逆メサ形状のストライプ底面の
線幅を目標値に精度よく、かつ再現性良く作成し、特性
ばらつきのない半導体レーザ等の装置を得ることができ
る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】また、ウエハを劈開することなく、容易に
逆メサ形状のストライプ底面の線幅を測定することがで
きる半導体装置の断面形状の評価装置及び評価方法を得
ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の製造方法は、エッチング対象となる半導体層中にこ
れよりもバンドギャップの広い半導体層を設け、エッチ
ング時にウエハ表面からのフォトルミネッセンス励起光
の光強度をモニタし、該光強度が最小となった後に急激
に増加する点をエッチング終了点として判定するもので
ある。

【００１８】また、エッチング対象となる半導体層表面
の一部に、該半導体層と同一構成のモニタ用半導体層を
設け、エッチング時に上記モニタ用半導体層の消失を検
出してエッチングを終了するようにしたものである。

【００１９】また、ウエハを透過する波長を有する観測
光をウエハ裏面に向けて出射する光源と、上記ウエハを
透過した光の光強度を検知する受光器とを設け、上記観
測光を上記ウエハに対して走査して得られる透過光の光
強度の変化から上記ウエハ表面の凹凸形状の幅を測定す
るようにしたものである。

【００２０】また、ウエハ上の試験領域において形成さ
れた断面逆台形のストライプ構造間の溝底面を、観察光
を透過不能とする材料を用いて被覆し、上記ウエハ裏面
から上記観察光を照射してウエハを透過した光の光強度
を検出することにより上記ストライプ構造の底面部の線
幅を測定するようにしたものである。

【００２１】また、ウエハ上の試験領域に形成された断
面逆台形のストライプ構造間の溝底面をマスクで覆う工
程と、該マスクを用いて上記試験領域のストライプ構造
を選択的に除去する工程とを有し、上記ストライプ構造
を選択的に除去して得られたマスクの開口部を観察する
ことにより上記ストライプ構造の底面部の線幅を測定す
るようにしたものである。

【００２２】また、ウエハ上の試験領域に形成されたス
トライプ構造の形状を、高分子材料を用いて型取りし、
上記高分子材料に型取りされたストライプ構造の形状を
観察することにより上記ストライプ構造の底面部の線幅
を測定するようにしたものである。

【００２３】また、ウエハ上の試験領域に形成された断
面逆台形のストライプ構造に応力を加えてその底面部分
を境にウエハから分離し、分離されたストライプ構造を
観察することにより上記ストライプ構造の底面部の線幅
を測定するようにしたものである。

【００２４】また、断面逆台形のストライプ構造の端部
に長手方向断面が台形となるようなテーパを形成し、該
テーパ面を上方から観察することにより、上記ストライ
プ構造の底面部の線幅を測定するようにしたものであ
る。

【００２５】また、ウエハ上のパターン形成領域に断面
逆台形のストライプ構造を形成するとともに、ウエハ上
の試験領域に、上記断面逆台形のストライプ構造の上面
部と同一の線幅をその底面部に有する断面台形のストラ
イプ構造を形成し、ウエハ表面から上記断面台形のスト
ライプ構造の底面の線幅を観察により求め、これより上
記断面逆台形のストライプ構造の底面部の線幅を計算に
より求めるようにしたものである。

【００２６】また、ウエハ上の試験領域において、スト
ライプ構造形成用のマスク幅相当の開口を有する断面台
形の浅い溝を形成する工程と、上記溝内をストライプ構
造形成用のマスクで覆った後エッチングを行い、断面逆
台形のストライプ構造を形成するとともに、上記浅い溝
の側壁形状を保ち、エッチング量に応じた開口幅を有す
る浅い溝を上記ストライプ構造の両側に形成する工程と
を有し、上記エッチング時に、上記ストライプ構造形成
用のマスク端面から上記ウエハ表面に形成される浅い溝
の幅の広がりを観察により求め、これにより上記逆台形
の水平方向へのサイドエッチング量を計算により求め、
その底面部の線幅を求めるようにしたものである。

【００２７】

【作用】この発明においては、被エッチング半導体層中
に設けられたバンドギャップの広い半導体層が露出する
と急激にフォトルミネッセンス励起光の光強度が増大す
るため、ストライプ構造の線幅が目標値に達するタイミ
ングを知ることができる。

【００２８】また、エッチング対象となる半導体層と同
一構成のエッチングモニタ層の消失をもってエッチング
を終了することで、エッチング時の表面形状の相違によ
るエッチング量のばらつきがなくなる。

【００２９】また、観察光をウエハ裏面側から照射，走
査すると、ストライプ構造の傾斜部では光は透過せずに
光強度が低下し、ストライプ構造の底面部の線幅を測定
することができる。

【００３０】また、ストライプ構造間の溝底面部を観察
光を透過不能とする遮光部材で覆うようにしたから、観
察光は遮光部材で覆われていないストライプ構造の底面
部のみ透過し、この光強度からストライプ構造の底面部
の線幅をオンウエハで調べることができる。

【００３１】また、ストライプ構造間の溝底面部を覆う
マスクを設けてエッチングを行い、上記ストライプ構造
を選択的に除去することで、マスクにストライプ底面の
線幅に相当する開口が残り、これからストライプ底面部
の線幅をオンウエハで調べることができる。

【００３２】また、ウエハ上の試験領域におけるストラ
イプを高分子材料を用いて型取りし、該高分子材料に型
取りされたストライプの形状を観察する、あるいはウエ
ハ上の試験領域に形成されたストライプを応力を加えて
取り除き、得られたストライプを観察することにより、
ストライプ底面部の線幅をオンウエハで調べることがで
きる。

【００３３】また、ストライプ先端にストライプ長手方
向断面が台形となるテーパを形成し、このテーパ面を観
察する、あるいは断面台形のストライプを別途設け、該
ストライプの底面部の線幅を観察することにより、断面
逆台形のストライプの底面部の線幅を計算により求める
ことができる。

【００３４】また、ストライプ形成用マスクを配置する
領域に、断面台形の浅い溝を予め設けてエッチングを行
い、ストライプ形成用のマスク端面から、ウエハ表面に
形成される上記浅い溝の幅の広がりを観察することで、
逆台形のサイドエッチング量を計算により求め、その底
面部の線幅をオンウエハで調べることができる。

【００３５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１ 図１はこの発明の第１の実施例による半導体装置の製造
方法を説明するための図であり、エッチング制御装置の
構成を示しており、図において、３１は透明なエッチン
グ槽、３２はエッチング液、３３は半導体ウエハ、３４
はピンセット、３５はエッチング槽３１中の半導体ウエ
ハ３３にレーザ光を照射するためのレーザ光源、３６は
ウエハ３３からのフォトルミネッセンス光の中から所定
の波長のものを選択して取り出すための分光器、３７は
受光器である。また図２は上記装置を用いてエッチング
される半導体ウエハ３３の断面図であり、図２３と同一
符号は同一または相当部分を示し、ここではエッチング
ストッパ層６にｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層５ａ，
５ｂよりもバンドギャップの広いものが用いられてい
る。６１はエッチングされたエッチングストッパ層であ
る。さらに図３はエッチング時間とｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層５ｂのフォトルミネッセンスピーク波長光の強
度変化の関係を示すグラフ図である。

【００３６】次に作用について説明する。図１に示すよ
うにエッチング液３２中に図２(a) のように形成された
半導体ウエハ３３を入れる。この際、エッチング液３２
はＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓに対して選択性のないものを
用い、またｐ型ＡｌＧａＡｓエッチングストッパ層６は
ｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層５ａ，５ｂよりもバン
ドギャップが広いものとする。

【００３７】そして半導体ウエハ３３表面からエッチン
グが進むと、その断面形状は図２(a) から図２(b) に示
すように変化し、その時のｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッ
ド層５ｂから得られるフォトルミネッセンスピーク波長
光の強度は、図３中の点ａから点ｂのように低下してゆ
く。そして図２(c) に示すように、エッチングがｐ型Ａ
ｌＧａＡｓエッチングストッパ層６を貫き、上側クラッ
ド層５ｂが露出すると、バンドギャップの広いエッチン
グストッパ層６でのフォトルミネッセンス励起光の吸収
がなくなるため、図３中の点ｃのようにフォトルミネッ
センス光強度が大幅に増加する。ここで例えば、Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓの組成が、クラッド層５でｘ＝０．４８，
エッチングストッパ層６でｘ＝０．６５ならば、光強度
は約１ケタ増加する。

【００３８】以上のように、深さ方向と横方向のエッチ
ング量の関係の再現性が良いことを利用して、エッチン
グがエッチングストッパ層６に達して該層が消失した時
に逆メサ形状の底面での線幅が目標値になるように、予
めエッチングストッパ層６までの深さ（クラッド層５ｂ
の層厚）と、エッチング保護膜８のストライプ幅を決め
ておけば、フォトルミネッセンス光強度が減少した後、
急激に増加した所でエッチングを停止することで、リッ
ジストライプ幅を高い精度で歩留り良く目標値に形成す
ることができる。

【００３９】このように本実施例によれば、エッチング
対象となるｐ型ＡｌＧａＡｓ上側クラッド層５中に、該
層よりもバンドギャップの広いｐ型ＡｌＧａＡｓエッチ
ングストッパ層６を設け、ウエハ表面にレーザ光を照射
して得られるウエハ３３からのフォトルミネッセンス励
起光をモニタしつつエッチングを行い、エッチング領域
のエッチングストッパ層６が消失して励起光の吸収がな
くなり、受光器３７で検出される光強度が急激に増大す
る点をエッチング終点とするようにしたから、リッジス
トライプの線幅が目標値に達するタイミングを知ること
ができ、リッジストライプの線幅のばらつきを低減で
き、製造歩留りの向上を図ることができる。

【００４０】実施例２ 図４は本発明の第２の実施例による半導体装置の製造方
法を説明するための工程断面図であり、図において、１
はｎ型ＧａＡｓ基板、３は厚さ１．５μｍのｎ型Ａｌ0.
5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる下側クラッド層、３８はＡｌ0.
1 Ｇａ0.9 ＡｓとＡｌ0.5 Ｇａ0.7 ＡｓからなるＭＱＷ
構造を有する活性層、５ａは厚さ０．３μｍのｐ型Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる第１の上側クラッド層、６は
厚さ０．１μｍのｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.4 Ａｓからなるエ
ッチングストッパ層、５ｂは厚さ１．１μｍの第２の上
側クラッド層、７は厚さ０．３μｍのｐ型ＧａＡｓから
なるキャップ層である。また、３９は上記第２の上側ク
ラッド層５ｂと同一構成の厚さ１．１μｍのｐ型Ａｌ0.
5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるエッチングモニタ層、４０は上
記キャップ層７と同一構成の厚さ０．３μｍのｐ型Ｇａ
Ａｓからなる第２キャップ層である。さらに４１はリッ
ジが形成される領域４２のエッチングモニタ層３９，第
２キャップ層４０をエッチングして得られたエッチング
モニタ領域であり、さらに８はＳｉＯ2 からなる選択エ
ッチング用並びに選択成長用の保護マスクである。

【００４１】次に製造工程について説明する。ＭＯＣＶ
Ｄ法やＭＢＥ法等を用いてＧａＡｓ基板１上に図４(a)
に示す構造の結晶層を成長したウエハを得る。次いで上
記ウエハ上にリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト
膜のパターン（図示せず）を形成し、これを選択エッチ
ングマスクとして、第２キャップ層４０の一部をエッチ
ングし、続いてフッ酸等のＡｌＧａＡｓのみを選択的に
エッチングするエッチャントを用いて、エッチングモニ
タ層３９の一部をエッチングし、プラズマ処理並びに有
機処理によりフォトレジストパターン（図示せず）を取
り除いて図４(b) に示すエッチングモニタ領域４１を形
成する。なお３９ａ，４０ａはエッチングモニタ領域４
１に残存した第２キャップ層及びエッチングモニタ層で
ある。

【００４２】次にＣＶＤ法等を用いてＳｉＯ2 膜をウエ
ハ全面に成膜し、この上にリソグラフィ技術を用いてフ
ォトレジスト膜のパターン（図示せず）を形成し、これ
を選択エッチングマスクとして、プラズマ処理並びにウ
ェットエッチングにより、ストライプパターン状の選択
エッチング用並びに選択成長用の保護マスク８をリッ
ト、ストライプパターン８上のレジストを取り去る（図
４(c) ）。

【００４３】次にＧａＡｓをエッチングするエッチャン
トを用い、ＧａＡｓキャップ層７を除去する。このとき
エッチングモニタ領域４１の第２キャップ層４０ａもほ
ぼ同様に除去され消失する（図４(d) ）。

【００４４】次にエッチングモニタ領域４１にフォトル
ミネッセンス励起用レーザ光を照射し、フォトルミネッ
センス光の強度を図示しない光検知器によりモニタしな
がら第２上クラッド層５ｂをエッチングする。この際、
図５に示すように、最初はＡｌＧａＡｓエッチングモニ
タ層３９の大きな光強度ＩA と、微弱なＧａＡｓキャッ
プ層７からの光強度ＩG とが得られ、エッチングモニタ
層３９のエッチングが進行して薄くなるにつれて光強度
ＩA が低下する一方、ＧａＡｓキャップ層７からの光強
度ＩG が徐々に増大する。

【００４５】そしてエッチングモニタ層３９が消失する
と光強度ＩA は０となり、ＧａＡｓキャップ層７からの
光強度ＩG はエッチングモニタ層３９消失前に窓層効果
により極大値を示した後、一定となる。そしてこのフォ
トルミネッセンス光強度の変化が確認された時点を以て
エッチング終了とする（図４(e) ）。そして上記マスク
８を用いてリッジ部分両側にＧａＡｓブロック層（図示
せず）を形成した後、上記マスク８を除去する。

【００４６】このように、ＧａＡｓキャップ層７上の一
部にエッチング対象となるＡｌ0.5Ｇａ0.5 Ａｓ第２上
クラッド層５ｂと同一構成のＡｌＧａＡｓエッチングモ
ニタ層３９ａを設け、エッチングモニタ領域４１にレー
ザ光を照射してモニタ層３９ａからの励起光をモニタし
つつエッチングを行い、励起光の光強度からモニタ層３
９ａの消失を検知し、この時をエッチング終点とするよ
うにしたので、エッチング時の表面酸化膜等の表面形状
の相違によるロット間のリッジ幅のばらつきを低減する
ことができる。

【００４７】なお、上記実施例では第１上クラッド層５
ａと第２上クラット層５ｂとの間にエッチングストッパ
層６を設けたが、この場合、必ずしも設ける必要はな
く、上記実施例と同様の効果を奏する。

【００４８】実施例３ 図６は本発明の第３の実施例による半導体装置の製造方
法を説明するためのウエハ断面図であり、この実施例で
はエッチングモニタ層に量子井戸層を含む層を設けたも
のである。図６に示すように、ＧａＡｓキャップ層７と
エッチングモニタ層３９との間にＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ
層１６，ＧａＡｓ量子井戸層１７が順次積層されてお
り、ＧａＡｓ量子井戸層１７をＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓエ
ッチングモニタ層３９とＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層１６と
で挟み込み、エッチング時に量子井戸層４３の第１量子
準位からの発光をＧａＡｓ量子井戸層４３内に閉じ込め
てこれをモニタすることにより、エッチングモニタ層３
９の消失をより明確に判定できる効果を奏する。

【００４９】実施例４ 図７は本発明の第４の実施例による半導体装置の製造方
法を説明するためのウエハ断面図であり、この実施例で
はエッチングモニタ層３９とＧａＡｓキャップ層７との
間にＧａＡｓ歪量子井戸層４５を設けたものであり、こ
のようにすることでエッチングモニタ層３９の消失をフ
ォトルミネッセンスだけではなくＸ線を用いて判定する
ことができる。すなわち下方に歪量子井戸層４５を有す
るエッチングモニタ層３９にＸ線を照射してエッチング
を行うと、最初は格子定数に応じた回折ピークが得られ
るが、エッチングモニタ層３９が消失すると、格子の歪
みの大きな歪量子井戸層４５にＸ線が照射されて大きな
回折ピークが見られ、この点をもってエッチング終了と
することで、上記実施例と同様の効果を奏することがで
きる。

【００５０】なお、上記第４の実施例では歪量子井戸層
にＧａＡｓＰを用いているがこれはせん亜鉛鉱結晶構造
を持つものであれば他のものでも良く、上記実施例と同
様の効果を奏する。

【００５１】実施例５ 図８はこの発明の第５の実施例による半導体装置の断面
形状評価装置を示す構成図であり、図において、図２６
と同一符号は同一または相当部分を示し、４８はレーザ
２１から出射されたビームを透過ビーム４９と参照ビー
ム５１とに分割するビーム・スプリッタ、５１はダイク
ロイックミラー５２にて半導体ウエハ１を透過した透過
ビーム４９と参照ビーム５１とを干渉させて得られる干
渉ビームである。４６はサンプル１を搭載し、透過ビー
ム４９の通過する開口部を有するステージであり、また
４７はビームの光路を作成するためのミラーである。

【００５２】次に動作について説明する。レーザ２１か
らウエハ１を透過する波長のレーザ光が発振され、ビー
ム・スプリッタ４８で分割され、一方は透過ビーム４９
となってウエハ１裏面に垂直に入射し、他方は参照ビー
ム５０となってダイクロイックミラー５２に入射する。
ウエハ１を透過した後の透過ビーム４９はダイクロイッ
クミラー５２にて参照ビーム５０と重ねられて、両者の
干渉ビーム５１がフォトディテクター２７で検出され
る。そしてステージ４６を移動させ、ウエハ１の任意の
位置に透過ビーム４９を合わせ、走査用ミラー部２２を
移動させて透過ビーム４９でウエハ１を走査する。

【００５３】図９及び図１０はこのときのウエハ表面の
断面図である。図９に示すように、サンプル１上に順メ
サ状の凸部２９があると凹凸の上面部（Ａ）及び底面部
（Ｃ）では透過光４９ａ，４９ｃはそのまま透過する
が、凹凸のエッジ部（Ｂ）では透過ビーム４９ｂは散乱
され、エッジ部での散乱光はウエハ１内部に閉じ込めら
れる。従って、フォトディテクター２７で検出される透
過ビーム４９の強度変化から凹凸のエッジの位置を特定
し、凹凸の幅を算出することができる。

【００５４】また、図１０に示すように、逆メサ状の凸
部３０のエッジ部でも、オーバーハングのくびれの部分
（Ｂ）で散乱が起きる。従って、フォトディテクター２
７で検出される透過ビーム４９の強度変化から凹凸のエ
ッジの位置を特定し、凹凸のくびれの幅Ｗ1 とオーバー
ハングの上端の幅Ｗ2 とを算出することができる。

【００５５】ここで例えば、ＧａＡｓの吸収帯が０．９
μｍ程度であるため、上記レーザ光として波長１μｍ以
上のものを用いると、ウエハ上でのスポット径は数μｍ
となり、例えば上面幅Ｗ2 が４〜５μｍ，底面幅Ｗ1 が
２〜３μｍの逆メサ形状の凸部を観測すると、約±５％
の精度で測定を行うことができる。

【００５６】さらに、透過ビーム４９に参照ビーム５０
を干渉させると、両者の位相差に応じた強度変化を有す
る干渉ビーム５１が生じる。すなわちメサ部を通過した
ビームとメサのない部分を通過したビームとでは光路長
が異なるため、それぞれ光路長に応じた位相差を有す
る。従ってフォトディテクター２７で検出される干渉ビ
ーム５１の強度変化から透過ビーム４９のサンプル１の
凹凸による位相の変化を算出することができる。サンプ
ル１の異なる位置での透過ビーム４９の位相差が分かれ
ば、サンプル１の凹凸の段差を計算することは容易であ
る。

【００５７】このように本実施例によれば、透過ビーム
４９を、凹凸形状が形成された面とは反対側の面から垂
直に入射させるようにしたので、透過光に対して平行で
ない面では屈折，反射が起こり光強度が急激に減少する
ため、サンプルを非破壊にて逆メサ形状の平坦部と斜面
部分の幅とをともに測定することができる。また、サン
プルを透過したビーム４９と参照ビーム５０とを干渉さ
せて得られた干渉ビーム５１から透過ビーム４９の位相
変化量を検出することで、サンプル１の凹凸段差を算出
することもできる。

【００５８】実施例６ 図１１は本発明の第６の実施例による半導体装置の断面
形状評価装置及び該装置を用いた断面形状評価を説明す
るための図であり、この実施例ではフォトディテクター
で検出される干渉ビームの光強度が一定になるように位
相シフタを用いて参照ビームの位相を補正し、そのとき
の位相シフタの位相量からサンプルの凹凸段差を算出す
るようにしたものである。

【００５９】図１１において、５３はビーム・スプリッ
タ４８とダイクロイックミラー５２との間の光路に設け
られた位相シフタである。

【００６０】次に動作について説明する。ビーム・スプ
リッタ４８により分割された参照ビーム５０は、位相シ
フタ５３により位相を変えられた後、ダイクロイックミ
ラー５２において透過ビーム４９と干渉させられる。こ
のとき透過ビーム４９の位相は透過したウエハ１上の凹
凸により変化しているので、干渉ビーム５１の強度もそ
れに応じて変化することになる。そこでフォトディテク
ター２７で検出される干渉ビーム５１の強度が一定にな
るように、位相シフタ５３により参照ビーム５０の位相
を変化させる。このときサンプル１上の異なる位置での
移相シフタ５３による参照ビーム５０の移相シフト量の
差は、異なる位置での透過ビーム４９の位相差に等し
い。従って、位相シフタ５３による位相シフト量から、
サンプル１の凹凸の段差を計算することができる。

【００６１】なお上記第５及び第６の実施例では、透過
ビームと参照ビームとを同一のレーザから発するように
したが、参照ビームを他のレーザから発するようにして
もよい。

【００６２】実施例７ 図１２及び図１３は本発明の第７の実施例による半導体
装置の断面形状評価方法を説明するための図であり、図
において、５４は金属膜、５５は入射赤外光、５６は透
過赤外光、５７は半導体基板１の一部に設けられ、設計
に必要なデバイスパラメータや加工寸法のばらつきを調
べるためのＴＥＧ部（Test Element Group）と呼ばれる
試験領域である。

【００６３】次に評価方法について説明する。まず、半
導体基板１のＴＥＧ部５７に、リッジ形成用レジストパ
ターン８を設け（図１２(a) ）、エッチング等でストラ
イプ状のリッジ（ストライプ構造）１１を形成した後
（図１２(b) ）、蒸着，スパッタ等で金属膜５４を全面
に形成し（図１２(c) ）、次いでレジストパターン８を
除去すると、リッジ１１間の分離溝内にのみ金属膜５４
が残る（図１２(d) ）。

【００６４】図１３に示すように、このようにして形成
されたリッジパターン１１を赤外透過型顕微鏡で観察す
ると、例えば基板裏面側から赤外光５５を照射すると、
金属膜５４により赤外光６が遮光され、リッジ底部の幅
Ｗ1 に相当する赤外光５６のみが半導体基板１を透過
し、リッジ底部の幅として図示しない赤外検知器により
検出される。

【００６５】このように本実施例によれば、半導体基板
１のＴＥＧ部５７において、リッジパターン１１間の溝
部内にのみ金属膜５４を設け、基板１に赤外光５５を照
射して基板１を透過する赤外光５６を検知するようにし
たので、金属膜５４の形成されていない部分、すなわち
リッジ１１の底面部の線幅Ｗ1 を非破壊にて検出するこ
とができる。

【００６６】実施例８ 図１４は本発明の第８の実施例による半導体装置の断面
形状評価方法を説明するための図であり、この実施例で
は上記実施例と同様にして図１２(b) のプロセスを経て
リッジ１１を形成した後、ストライプ構造形成用のレジ
ストパターン８が形成されていない部分に無電解メッキ
を用いて金属被膜５４ａを形成した後、レジストパター
ン８を除去するようにしたものである。このようにする
ことで上記第７の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００６７】実施例９ 図１５は本発明の第９の実施例による半導体装置の断面
形状評価方法を説明するための図であり、図に示すよう
に、この実施例ではリッジパターン１１の溝部内を、赤
外光を吸収する吸収剤入りのレジスト５８で埋め込むよ
うにしたものであり、このようにすることでリッジパタ
ーン１１の底面部以外の領域に入射する赤外光５５は吸
収され、赤外透過型顕微鏡を用いて観察することで、リ
ッジパターン１１の底面部の線幅Ｗ1 を知ることができ
る。

【００６８】なお上記第７ないし第９の実施例では基板
１の裏面側から赤外光５６を入射するようにしたが、基
板１表面から入射するようにしてもよい。

【００６９】実施例１０ 図１６は本発明の第１０の実施例による半導体装置の断
面形状評価方法を説明するための図である。上記第７な
いし第９の実施例では赤外光を用いてリッジ形状を調べ
る方法について説明したが、この実施例ではＴＥＧ部５
７に形成されたリッジパターン間の溝部内にレジストを
設けてエッチングを行いリッジパターンを選択的に除去
し、残存したマスクの開口の大きさを観察することでリ
ッジパターン底面の線幅を測定するようにしたものであ
る。

【００７０】すなわち図１６(a) に示すように、基板１
上にレジストパターン８を用いてリッジパターン１１を
形成した後、ＴＥＧ部５７において、別のレジスト５９
を全面に堆積して分離溝を覆い（図１６(b) ）、上記レ
ジストパターン８を除去して分離溝のみにレジスト５９
を残存させ（図１６(c) ）、この残存したレジスト５９
をマスクとしてＴＥＧ部５７のリッジパターン１１が完
全になくなるまでエッチングする（図１６(d) ）。この
ようにして得られたレジストパターン５９の開口部６０
の開口幅Ｗ3 を顕微鏡等で調べ、リッジパターン１１底
部の線幅等の情報を得る。

【００７１】このようにＴＥＧ部５７に形成されたリッ
ジパターン１１に加工を施すことで、ウエハを劈開する
ことなく非破壊にてリッジパターン底部の線幅を調べる
ことができる。

【００７２】実施例１１ 図１７は本発明の第１１の実施例による半導体装置の断
面形状評価方法を説明するための図であり、図に示すよ
うに、この実施例では基板１上に形成りされたリッジパ
ターン上に、例えばＳＯＧ等の流動性を有する高分子材
料を塗布，熱処理して硬化させた後、これを基板から分
離し、高分子材料に型取された形状からリッジパターン
の線幅を調べるようにしたものである。

【００７３】すなわち、基板１上にリッジパターン１１
を形成した後、ＴＥＧ部５７において該パターン形成用
のレジスト（図示せず）を除去し、その上からＳＯＧ６
１を塗布，硬化させた後、これを基板１から分離し、Ｓ
ＯＧ６１に型取りされた開口６２の幅Ｗ4 を調べること
でリッジパターン１１の底面部の線幅Ｗ1 を知ることが
できる。

【００７４】実施例１２ 図１８は本発明の第１２の実施例による半導体装置の断
面形状評価方法を説明するための図であり、図に示すよ
うに、この実施例では、ＳＯＧ等の高分子材料を用いて
ＴＥＧ部のリッジパターンの型取りを行う際に、ウエハ
外周部等に通常よりも短いリッジパターン１１ａを形成
し、上記同様にしてＳＯＧ等の高分子材料６１で埋め込
み、硬化させた後、その型６１を基板１と水平方向に引
き抜くことで基板１と分離するようにしたものである。
このようにすることで、型取りした高分子材料を容易に
基板から分離することができる。

【００７５】実施例１３ 図１９は本発明の第１３の実施例による半導体装置の断
面形状評価方法を説明するための図であり、図に示すよ
うに、この実施例では、ＴＥＧ部において、両端部が切
れた微小なリッジ（折り取り用リッジ）１１ｂを形成
し、リッジ１１ｂの側面方向から矢印６３のように力を
加えて、リッジ底部からリッジ１１ｂを折り、その形状
を調べることによりリッジの上面及び底面の線幅を調べ
るようにしたものである。このようにすることで、ウエ
ハを劈開することなくリッジ形状を知ることができる。

【００７６】実施例１４ 図２０は本発明の第１４の実施例による半導体装置の断
面形状評価方法を説明するための図であり、図２０(a)
はエッチング保護膜８を形成した後に露呈した成長層に
ウェットエッチングを施してリッジストライプを形成し
た後のウエハ１の表面を示す図であり、図２０(b) ，
(c) はそれぞれ図(a) の○で囲んだ部分の拡大斜視図及
び上面図である。

【００７７】次に断面形状評価方法について説明する。
図２０(a) に示したように、エッチング保護膜８を形成
する際に、一部をリッジストライプと直交する方向の辺
が露呈するように除いて形成してあるために、ウェット
エッチングを行うと、図２０(b) に示すように、結晶方
位の違いによるエッチングレートの差から、保護膜８の
側面下方には４５°の角度を有する逆メサ形状のリッジ
構造が形成され、また保護膜８の端部には（１１１）面
の露呈した４５°の角度を有する順メサ形状の側面が現
れる。この状態で表面から顕微鏡等を用いて観察を行う
と、図２０(c) のように見える。すなわちリッジ下部幅
Ｗ1 はそのまま読み取ることができる。またリッジ上部
幅Ｗ2 は、（１１１）面の露呈した順メサ形状側面の陵
線を延長し、該稜線上のエッチング保護膜８の各側端辺
からの距離が等しくなる点（α＝βとなる点）を外挿で
求めることにより読み取ることができる。さらにリッジ
高さは図２０(c) 中、リッジのテーパ部を上面から見た
ときの長さγ（底辺に相当）を読み取ることにより、式
(1) で求めることができる。

【００７８】リッジ高さ＝√２・γ …(1)

【００７９】このように本実施例によれば、保護マスク
８を用いてウエハ１上にリッジパターンを形成する際
に、マスク８の一部に隙間を設けてエッチングして、ス
トライプと直交する方向に（１１１）面が露出してでき
た順メサ形状のテーパ部を形成したので、このテーパ部
先端（（１１１）面が露出したｐ型ＡｌＧａＡｓ上側ク
ラッド層５１）の幅を上方から観察してリッジ底面の幅
Ｗ1 を知ることができる。またリッジの高さ及び上面の
線幅Ｗ2 も幾何学的な関係からそれぞれ簡単に算出する
ことができる。

【００８０】実施例１５ 図２１は本発明の第１５の実施例による半導体装置の断
面形状評価方法を説明するための図である。この実施例
では、ウエハ上のＴＥＧ部に、リッジパターンを形成す
るための保護膜と同一の保護膜を用いて順メサ形状のリ
ッジパターンを形成し、その形状を測定することで逆メ
サ形状のリッジの底面の幅を見積もるようにしたもので
ある。図において、８１はウエハ１上のＴＥＧ部に設け
られた順メサ状の凸部２９形成用の保護膜である。

【００８１】次に断面形状評価方法について説明する。
図２１(a) に示すように、逆メサ形状のリッジストライ
プ形成用のエッチング保護膜８と、さらにこれとは別に
順メサ形状のリッジストライプ形成用のエッチング保護
膜８１とをウエハ１に形成した後、露呈した成長層にウ
ェットエッチングを施してリッジストライプを形成す
る。

【００８２】図２１(b) は図２１(a) のｂ−ｂ線におけ
る拡大断面図であり、等方性エッチングにより保護膜８
１下方のウエハ１上には、｛１１１｝Ａ面が露呈した順
メサ形状の凸部２９が形成されている。また図２１(c)
は図２１(b) の平面図である。図２１(a) に示したウエ
ハを表面から顕微鏡観察すると、図２１(c) のように見
える。逆メサ形状のリッジストライプに関するリッジ高
さは図２１(c) 中の幅δを読み取ることにより、式(2)
で求めることができる。

【００８３】リッジ高さ＝２√２・δ …(2)

【００８４】同リッジ下部幅は図２１(c) 中の幅εを読
み取ることにより、式(3) で求めることができる。 リッジ下部幅＝ε−２√２・（リッジ高さ） ＝ε−８δ …(3)

【００８５】さらに 同リッジ上部幅は式(4) で求める
ことができる。

【００８６】リッジ上部幅＝ε−√２・（リッジ高さ） ＝ε−４δ …(4)

【００８７】実施例１６ 図２２は本発明の第１６の実施例による半導体装置の断
面形状評価方法を説明するための図である。この実施例
では、サイドエッチング量からリッジの幅及び高さを算
出するようにしたものである。

【００８８】次に断面形状評価方法について説明する。
図２２(a) に示すように、キャップ層７上に、後にリッ
ジパターンを形成する際に用いる保護膜の幅に相当する
開口を有するレジスト８２を設け、続いて図２２(b) に
示すように、深さ１００オングストローム程度のメサス
トライプ８３が形成されるようにエッチングを施す。こ
のメサストライプ８３の深さは１００オングストローム
以下であってもエッチング時に消失することはないが、
後の観察を容易にするため以上のような設定としてい
る。

【００８９】さらに上記メサストライプ８３をＳｉ3 Ｎ
4 等の保護膜８４で埋め込み（図２２(c) ）、続いてウ
ェットエッチングによりリッジストライプを形成する
（図２２(d) ）。

【００９０】図２２(d) に示した構造を表面から顕微鏡
観察すると、図２２(e) のように見える。リッジ高さ
は、予め形成されたメサストライプ８３の段差によるエ
ッチングは下方向と横方向のレートが等しいため、図２
２(e) 中の幅ζに等しい。同リッジ下部幅Ｗ1 及び同リ
ッジ上部幅Ｗ2 は、さらに図２２(e) 中のηを読み取り
ことにより、式(5),(6) から求めることができる。

【００９１】 リッジ下部幅（Ｗ1 ）＝η−（２＋√３）ζ …(5) リッジ上部幅（Ｗ2 ）＝η−（２＋√３／３）ζ …(6)

【００９２】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る半導体装
置の製造方法によれば、被エッチング半導体層のエッチ
ング終点を、エッチング時間ではなく、フォトルミネッ
センス光の強度変化または、モニタ層の消失を検出して
判定するようにしたから、ストライプの線幅の再現性が
高まり、ロット間の特性ばらつきを低減できる効果があ
る。

【００９３】また、ウエハ裏面から観察光を照射して得
られた透過光を検出する、あるいはウエハの試験領域に
形成されたストライプ間の溝底面を観察光を遮光する材
料を用いて被覆して観察光を照射するようにしたから、
逆台形のストライプ底面部の線幅をウエハを非破壊にて
測定できる効果がある。

【００９４】また、ウエハの試験領域に形成されたスト
ライプに様々な加工を施し、顕微鏡を用いた表面的な観
察で得られた情報から、ストライプ底面部の線幅を測定
するようにしたので、オンウエハでストライプの加工形
状を調べることができ、評価時間が短縮され、スループ
ットの向上を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による半導体装置の製
造方法を示す図。

【図２】上記実施例により処理されるウエハの様子を示
す図。

【図３】上記実施例によるエッチング時間と光強度の関
係を示す図。

【図４】この発明の第２の実施例による半導体装置の製
造方法を示す図。

【図５】上記実施例によるエッチングの光強度の変化を
示す図。

【図６】この発明の第３の実施例による半導体装置の製
造方法を示す図。

【図７】この発明の第４の実施例による半導体装置の製
造方法を示す図。

【図８】この発明の第５の実施例による半導体装置の断
面形状評価装置の構成を示す図。

【図９】順メサ状の凹凸を有するウエハを上記断面形状
評価装置を用いて測定する際の様子を示す図。

【図１０】逆メサ状の凹凸を有するウエハを上記断面形
状評価装置を用いて測定する際の様子を示す図。

【図１１】この発明の第６の実施例による半導体装置の
断面形状評価装置の構成を示す図。

【図１２】この発明の第７の実施例による半導体装置の
断面形状評価方法を説明するためのウエハ処理工程図。

【図１３】上記実施例によりリッジの底面部の線幅を測
定する際の様子を示す図。

【図１４】この発明の第８の実施例による半導体装置の
断面形状評価方法を説明するための図。

【図１５】この発明の第９の実施例による半導体装置の
断面形状評価方法を説明するための図。

【図１６】この発明の第１０の実施例による半導体装置
の断面形状評価方法を説明するためのウエハ処理工程
図。

【図１７】この発明の第１１の実施例による半導体装置
の断面形状評価方法を説明するための図。

【図１８】この発明の第１２の実施例による半導体装置
の断面形状評価方法を説明するための図。

【図１９】この発明の第１３の実施例による半導体装置
の断面形状評価方法を説明するための図。

【図２０】この発明の第１４の実施例による半導体装置
の断面形状評価方法を説明するための図。

【図２１】この発明の第１５の実施例による半導体装置
の断面形状評価方法を説明するための図。

【図２２】この発明の第１６の実施例による半導体装置
の断面形状評価方法を説明するための図。

【図２３】従来の半導体装置の製造方法を示す図。

【図２４】従来の半導体装置の製造方法により製造され
たウエハ表面の様子を示す図。

【図２５】従来の半導体装置の製造方法により製造され
たウエハ表面のリッジの形状を測定する際の様子を示す
図。

【図２６】従来の半導体装置の断面形状評価装置の構成
図。

【図２７】上記の断面形状評価装置を用いて順メサ状の
凹凸を有するウエハを測定する際の様子を示す図。

【図２８】上記の断面形状評価装置を用いて逆メサ状の
凹凸を有するウエハを測定する際の様子を示す図。

【符号の説明】

１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ型ＡｌＧａＡｓ下側クラッド層 ４ ＡｌＧａＡｓ活性層 ５ａ ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１の上側クラッド層 ５ｂ ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２の上側クラッド層 ６ エッチング阻止層 ７ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層 ８ ストライプ形成及び選択成長用マスク １１ａ 短いリッジパターン １１ｂ 折り取り用リッジ １６ ＡｌＧａＡｓ層 １７ ＧａＡｓ量子井戸層 ２１ レーザ ２７ フォトディテクター ２９ 順メサ形状の凸部 ３０ 逆メサ形状の凸部 ３１ エッチング槽 ３２ エッチング液 ３３ 半導体ウエハ ３４ ピンセット ３５ レーザ光源 ３６ 分光器 ３７ 受光器 ３８ 多量子井戸活性層 ３９ エッチングモニタ層 ４０ 第２キャップ層 ４１ エッチングモニタ層 ４２ リッジが形成される領域 ４５ ＧａＡｓＰ歪量子井戸層 ４６ ステージ ４７ ミラー ４８ ビーム・スプリッタ ４９ 透過ビーム ５０ 参照ビーム ５１ 干渉ビーム ５３ 位相シフタ ５４ 赤外光遮光用金属膜 ５４ａ 無電界メッキによる金属膜 ５５ 入射赤外光 ５６ 透過赤外光 ５７ ＴＥＧ部 ５８ 吸収剤入りレジスト ５９ リッジ部エッチング用レジストパターン ６０ レジストパターン開口部 ６１ ＳＯＧ ６２ ＳＯＧの開口 ８１ 順メサ形成用保護膜 ８２ レジスト ８３ メサストライプ ８４ 保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小笠原 伸好 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内 (72)発明者 影山 茂己 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ上に複数の半導体層を積層し、ウ
   エットエッチングにより所望の半導体層を断面逆台形の
   ストライプ状に形成する工程を含む半導体装置の製造方
   法において、 エッチング対象となる半導体層中にこれよりもバンドギ
   ャップの広い半導体層を設け、 ウエハにレーザ光を照射して励起されるフォトルミネッ
   センス光の光強度をモニタしつつウエットエッチングを
   行い、 上記光強度が最小となった後に急激に増加する点をエッ
   チング終了点として判断することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
2. 【請求項２】 ウエハ上に複数の半導体層を積層し、ウ
   エットエッチングにより所望の半導体層を断面逆台形の
   ストライプ状に形成する工程を含む半導体装置の製造方
   法において、 エッチング対象となる半導体層表面の一部に、該半導体
   層と同一構成のモニタ用半導体層を設け、 エッチング時に上記モニタ用半導体層の消失を検出して
   エッチングを終了することを特徴とする半導体装置の製
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 上記モニタ用半導体層にレーザ光を照射して得られるフ
   ォトルミネッセンス光の光強度の変化から上記モニタ用
   半導体層の消失を検出することを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
4. 【請求項４】 ウエハに光を照射して光学的にウエハ表
   面の凹凸形状の幅を測定する半導体装置の断面形状評価
   装置において、 ウエハを透過する波長を有する観測光をウエハ裏面に向
   けて出射する光源と、 上記ウエハを透過した観測光をの光強度を検知する受光
   器とを有し、 上記観測光を上記ウエハに対して走査して得られる上記
   透過光の光強度の変化から上記ウエハ表面の凹凸形状の
   幅を測定することを特徴とする半導体装置の断面形状評
   価装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体装置の断面形状評
   価装置において、 上記観測光と同一波長の参照光を出射する参照光発生手
   段を設け、 上記ウエハを透過した観測光に上記参照光を干渉させて
   得られる干渉光の光強度の変化から、上記ウエハ表面の
   凹凸形状の段差を測定するようにしたことを特徴とする
   半導体装置の断面形状評価装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の半導体装置の断面形状評
   価装置において、 上記観測光と同一波長の参照光を出射する参照光発生手
   段と、 上記ウエハを透過した観測光に上記参照光を干渉させた
   ときに、上記受光器で検出される干渉光の光強度の変化
   が一定となるように上記参照光の位相を制御する位相制
   御手段を設け、 該位相制御手段による位相制御量に基づいて、上記ウエ
   ハ表面の凹凸形状の段差を測定することを特徴とする半
   導体装置の断面形状評価装置。
7. 【請求項７】 ウエハに光を照射して光学的にウエハ表
   面の凹凸形状の幅を測定する半導体装置の断面形状評価
   方法において、 ウエハ裏面に、ウエハを透過する波長を有する観測光を
   出射するとともに、これを走査して得られる上記ウエハ
   を透過した光の光強度の変化から上記ウエハ表面の凹凸
   形状の幅を測定することを特徴とする半導体装置の断面
   形状評価方法。
8. 【請求項８】 ウエハ上に形成された断面逆台形のスト
   ライプ構造の底面部の線幅を非破壊にて測定する半導体
   装置の断面形状評価方法であって、 上記ウエハを透過可能な観察光を用い、 ウエハ上の試験領域における上記ストライプ構造間の溝
   底面を、上記観察光を透過不能とする材料を用いて被覆
   し、 上記ウエハに観察光を照射してウエハを透過する光の光
   強度を検出することにより上記ストライプ構造の底面部
   の線幅を測定することを特徴とする半導体装置の断面形
   状評価方法。
9. 【請求項９】 ウエハ上に形成された断面逆台形のスト
   ライプ構造の底面部の線幅を非破壊にて測定する半導体
   装置の断面形状評価方法であって、 ウエハ上の試験領域に形成された断面逆台形のストライ
   プ構造間の溝底面をマスクで覆う工程と、 上記マスクを用いて上記試験領域のストライプ構造を選
   択的に除去する工程とを有し、 上記ストライプ構造を選択的に除去して得られたマスク
   の開口部を観察することにより上記ストライプ構造の底
   面部の線幅を測定することを特徴とする半導体装置の断
   面形状評価方法。
10. 【請求項１０】 ウエハ上に形成された断面逆台形のス
    トライプ構造の底面部の線幅を非破壊にて測定する半導
    体装置の断面形状評価方法であって、 ウエハ上の試験領域における上記ストライプ構造による
    段差を流動性を有する高分子材料で埋め込む工程と、 上記高分子材料を硬化させた後、上記ウエハから分離し
    て上記ストライプ構造の形状を型取りする工程とを有
    し、 上記高分子材料に型取りされたストライプ構造の形状を
    観察することにより上記ストライプ構造の底面部の線幅
    を測定することを特徴とする半導体装置の断面形状評価
    方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の半導体装置の断面形
    状評価方法において、 上記試験領域におけるストライプ構造の終端部が上記ウ
    エハの周縁部近傍に位置するように上記ストライプ構造
    を形成し、上記硬化させた高分子材料を上記ウエハに対
    して平行方向に移動させてウエハから分離することを特
    徴とする半導体装置の断面形状評価方法。
12. 【請求項１２】 ウエハ上に形成された断面逆台形のス
    トライプ構造の底面部の線幅を非破壊にて測定する半導
    体装置の断面形状評価方法であって、 ウエハ上の試験領域に形成された逆台形のストライプ構
    造に応力を加えてその底面部分を境にウエハから分離
    し、分離されたストライプ構造を観察することにより上
    記ストライプ構造の底面部の線幅を測定することを特徴
    とする半導体装置の断面形状評価方法。
13. 【請求項１３】 ウエハ上に形成された断面逆台形のス
    トライプ構造の底面部の線幅を非破壊にて測定する半導
    体装置の断面形状評価方法であって、 その途中に切り欠き部を有するストライプ構造形成用の
    マスクを設ける工程と、 上記マスクを用いてエッチングを行い上記マスク下方に
    断面逆台形のストライプ構造を形成するとともに、上記
    マスクの切り欠き部において、ストライプ構造の長手方
    向に対して断面が台形状となるようなテーパを形成する
    工程とを有し、 上記切り欠き部に露呈するストライプ構造のテーパ面を
    上方から観察することにより、上記ストライプ構造の底
    面部の線幅を測定することを特徴とする半導体装置の断
    面形状評価方法。
14. 【請求項１４】 ウエハ上に形成された断面逆台形のス
    トライプ構造の底面部の線幅を非破壊にて測定する半導
    体装置の断面形状評価方法であって、 ウエハ上のパターン形成領域に断面逆台形のストライプ
    構造を形成するとともに、ウエハ上の試験領域に上記断
    面逆台形のストライプ構造の上面部と同一の線幅をその
    上面部に有する断面台形のストライプ構造を形成し、 ウエハ表面から上記断面台形のストライプ構造の底面の
    線幅を観察により求め、これより上記断面逆台形のスト
    ライプ構造の底面部の線幅を計算により求めることを特
    徴とする半導体装置の断面形状評価方法。
15. 【請求項１５】 ウエハ上に形成された断面逆台形のス
    トライプ構造の底面部の線幅を非破壊にて測定する半導
    体装置の断面形状評価方法であって、 ウエハ上の試験領域において、ストライプ構造形成用の
    マスク幅相当の開口を有する断面台形の浅い溝を形成す
    る工程と、 上記溝内をストライプ構造形成用のマスクで覆った後エ
    ッチングを行い、断面逆台形のストライプ構造を形成す
    るとともに、上記浅い溝の側壁形状を保ち、エッチング
    量に応じた開口幅を有する浅い溝を上記ストライプ構造
    の両側に形成する工程とを有し、 上記エッチング時に、上記ストライプ構造形成用のマス
    ク端面から上記ウエハ表面に形成される浅い溝の幅の広
    がりを観察により求め、これにより上記断面逆台形の水
    平方向へのサイドエッチング量を計算により求め、その
    底面部の線幅を求めることを特徴とする半導体装置の断
    面形状評価方法。