JPH07122549A - 輻射エネルギビームの収束法と収束装置及びビーム収束用ターゲット - Google Patents

輻射エネルギビームの収束法と収束装置及びビーム収束用ターゲット

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JPH07122549A JP6196904A JP19690494A JPH07122549A JP H07122549 A JPH07122549 A JP H07122549A JP 6196904 A JP6196904 A JP 6196904A JP 19690494 A JP19690494 A JP 19690494A JP H07122549 A JPH07122549 A JP H07122549A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビームスポットを迅速に収束させ、その収束
状態を確実に検出する。 【構成】 収束させようとするビームを例えば幅一定の
反射領域と幅可変の非反射領域とが交互になっている試
験パターンを横切って掃引させ、反射領域からの反射強
度が最小となるようにビームの焦点を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、フロントエン
ドの集積回路処理方法及び装置に係り、より詳細には、
レーザ干渉計の終了点検出システムに係る。
【０００２】
【従来の技術】集積回路は半導体ウェハ上に大量に形成
される。典型的に、罫書き線がウェハの表面上に格子パ
ターンで設けられ、個々の集積回路、即ち「チップ」を
互いに容易に分離することができる。ウェハは、完全に
処理されると、罫書き線に沿って切断又はカットしてバ
ラバラのチップにし、パッケージすることができる。半
導体ウェハは、集積回路の製造工程中には、マスキング
やエッチングや積層やドーピングといった多数の処理を
繰り返し受ける。本発明は、主として、エッチングプロ
セス、即ち半導体ウェハの表面から材料層を除去するこ
とに関する。集積回路の密度及び複雑さが増すにつれ
て、集積回路内の種々の形状物のサイズを縮小しなけれ
ばならなくなる。このように形状物のサイズが小さくな
る傾向により、エッチングプロセスを高度に制御しなけ
ればならなくなる。例えば、エッチングプロセスは、大
きな縦横比を有するエッジプロファイルを与えるために
著しく非等方的でなければならない。又、エッチングプ
ロセスは、層が完全にエッチングされた後に予想した通
りに停止できるように著しく制御可能なものでなければ
ならない。
【０００３】層が完全にエッチングされたときを決定す
るのは、オープンループプロセスであり、即ちエッチン
グプロセスは、著しくエッチングし過ぎることなく層を
エッチングすることを期待して所定時間中進めることが
できる。然し乍ら、ウェハは常に同じ割合でエッチング
されるものではないから、最も遅いエッチングのウェハ
でエッチングするに足る時間中エッチングプロセスを実
行する傾向があり、従って、より速いエッチングのウェ
ハはエッチングし過ぎてしまう。それ故、形状部のサイ
ズが小さくなるにつれて、欠陥率が受け入れられないほ
ど大きなものとなり、現在のエッチング装置の状態では
このオープンループ方法が使用されない。最も近代的な
エッチング装置は、終了点検出のある構成体、即ち所望
層をエッチングし終えるときを検出する構成体を備えて
いる。二酸化シリコン（ＳｉＯ2）のような半透明層に
対して有用な１つの解決策は、レーザ干渉計の原理を用
いることである。レーザビーム干渉計では、レーザビー
ムがエッチングされるべき層に向けられ、ビームの反射
部分が適当な光検出器によって検出される。エッチング
層は、使用するレーザ光線の周波数に対して半透明であ
るから、入射ビームの若干は層の上面から反射され、そ
してビームの若干は層の底面から反射される。これら２
つの反射は、互いに構成的に又は破壊的に干渉し合い、
その層がエッチング除去されたときに特性正弦波エッチ
ング曲線が形成される。エッチング曲線が平坦になる
と、その層がエッチングされ尽くしたことになり、終了
点が検出される。
【０００４】本発明と共に米国カリフォルニア州サンタ
クララのアプライド・マテリアルズ・インクに譲渡され
たマイダン氏等の米国特許第4,６１8,２６２号には、こ
のような１つのレーザ干渉計システムが開示されてい
る。このマイダン氏等の特許においては、エッチングさ
れているウェハ上の罫書き線を横切ってレーザビームを
走査させそしてそれにより得られる干渉パターンを監視
することを含むプロセスが開示されている。それとは別
に、マイダン氏等は、ウェハを横切ってレーザビームを
走査させて罫書き線を見出し、レーザビームを罫書き線
に対してロックし、そしてそれにより得られる干渉パタ
ーンを監視することを含むプロセスを開示している。こ
の両方のプロセスにおいて、レーザビームスポットのサ
イズは罫書き線の巾と同程度である。多くのレーザ干渉
計の終了点検出システムにおいては、レーザスポットが
罫書き線の巾よりも相当に大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】マイダン氏等により教
示されたようなレーザ干渉計システムは満足に機能する
が、種々の形態のノイズに敏感であることが分かった。
例えば、ウェハの段部即ち遷移部をレーザビームが走査
するときには検出器に大きなノイズが発生し、このノイ
ズは均一なフィルム厚みを有する表面上で最小となる。
このような遷移部は、エッチングされるべき層の上面に
ホトレジストのパターン層を形成するホトマスクプロセ
スによって一般に生じる。その結果、レーザビームスポ
ットが罫書き線の巾と同等であるか又はそれよりも大き
いときには、ビームの一部分が常に遷移部分上に存在す
るので、ビームが罫書き線を進むときにある量のノイズ
が発生することは不可避である。遷移部を進む間に得ら
れるノイズ振幅は、平坦な平面のエッチング曲線の振幅
よりも著しく大きくなることがある。これまで、レーザ
ビームは、この大きなノイズレベルにより、このような
遷移部にロックし、従って、ホトレジスト又はホトレジ
ストと二酸化シリコンの組合体を監視することとなって
しまう。この問題を軽減するために充分な視界深さを有
する小さなビームサイズが有用であることがこれまで認
識されていない。
【０００６】レーザ干渉計システムにノイズを発生する
他のファクタは、空気の流れ、熱的な振動及び機械の振
動を含む。これらのファクタは、完全に取り除くことが
できないが、高精度のレーザ干渉計式終了点検出システ
ムにおいてこれらのファクタの各々を最小にすべく努力
が払われねばならない。又、レーザ干渉計式終了点検出
システムは、特性エッチング曲線の平坦化を迅速且つ正
確に認識することが重要である。マイダン氏等の特許に
おいては、特性エッチング曲線の傾斜を監視することに
よりその平坦化を確認するのにコンピュータが使用され
る。然し乍ら、終了点の状態をより迅速に且つ動作のた
びに繰り返し認識する改良された方法を開発することが
常に所望される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウェハ
のエッチング動作の終了点を自動的に且つ繰り返し検出
することに関する。本発明の方法は、単一の走査経路に
沿ってレーザビームでウェハを繰り返し走査しそしてウ
ェハから反射されたレーザビームの部分を検出すること
を含む。反射されたビームは、ウェハの好ましい平坦領
域内の好ましいパーキングスポットを決定するために分
析される。好ましいパーキングスポットが決定される
と、ビームがスポットまで移動され、検出器を用いて、
薄いフィルムの特性エッチング曲線が監視される。エッ
チング曲線が平坦になると、その好ましい平坦領域は完
全にエッチングされたとみなされ、終了点信号が発生さ
れる。本発明は、３つの主たるプロセスを含み、その第
１は好ましいパーキングスポットの選択に関するもので
ある。この第１のプロセスにおいて、走査の対が比較さ
れ、いずれか２つの走査において見い出された最も高い
エッチング率及び最も広い平坦領域の中心位置に対応す
るクオリティ・ファクタＱが発生される。多数の走査対
を比較した後、最大値Ｑmax を用いて好ましいパーキン
グスポットが選択される。第２のプロセスにおいては、
各最大値が検出された後に、実際のエッチング曲線が投
射されたエッチング曲線と比較される。実際のエッチン
グ曲線と投射されたエッチング曲線とが実質的にずれる
場合には、終了点がシステムによって指示される。第３
のプロセスにおいては、新規なテストウェハ及び収束方
法を用いることによりレーザビームが収束される。この
収束方法は、可変巾の線を有するテストパターンを横切
ってレーザビームで走査し、ビームの反射部分における
変化を検出し、そしてこの変化を最小にするようにビー
ムの焦点を調整することを含む。
【０００８】本発明の装置は、ビーム形成組立体と、走
査組立体と、検出組立体と、環境分離組立体と、制御器
とを備えている。環境分離組立体は、ビーム形成組立体
をエッチング装置の反応チャンバから分離し、空気の流
れ、熱的な振動、等による収差を減少する。ビーム形成
組立体は、レーザビームがレーザへ反射して戻るのを阻
止するための光学分離組立体と、ビーム伸長組立体と、
この伸長されたビームを半導体ウェハに収束するための
ビーム収束組立体とを備えている。制御器は、検出組立
体の出力に応答し、本発明の前記プロセスを実行するよ
うに作動する。本発明の装置の改良された光学系及び収
束方法により、レーザビームのスポットサイズは公知技
術に比して著しく減少される。これまで、充分な視界深
さを有する最小レーザスポットサイズは約１００μｍで
あり、一方、本発明のスポットサイズは４０μｍ未満に
することができる。この小さなスポットサイズにより、
巾７０μｍ以上の好ましい平坦領域内で好ましいパーキ
ングスポットを選択することができる。レーザビームス
ポットは好ましい平坦領域内に完全に入るので、平坦領
域の遷移境界からの反射に伴うノイズが除去される。終
了点を検出する本発明の方法は、迅速で、正確で且つ再
現性がある。典型的に、終了点は、エッチングサイクル
の僅かな部分内に検出することができ、終了点検出後の
所定時間内にエッチングシステムを迅速に停止させたり
運転させたりすることができる。
【０００９】本発明のこれら及び他の効果は、添付図面
を参照した以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１０】
【実施例】基本的な方法 図１の上面図を参照すれば、半導体ウェハ１０には多数
の罫書き線１２が設けられており、これらの罫書き線は
ウェハの上面１４に格子パターンで設けられている。個
々の集積回路は、典型的に、ウェハ１０においてチップ
位置１６内にバッチ処理される。ウェハが完全に処理さ
れた後に、ウェハは罫書き線１２に沿ってカット即ち切
断され、個々の集積回路がパッケージングのために分離
される。本発明では、レーザビームスポット１８が経路
２０に沿って位置１８’まで走査される。この走査は、
コンピュータ制御のもとで自動的に行われ、実質的に同
じ走査経路２０に沿って何回もの走査を行えるように非
常に再現性の高いものである。経路２０は数センチメー
タの長さであるのが好ましいので、レーザビームスポッ
ト１８は少なくとも数本の罫書き線１２及びチップ位置
１６に交差する。ある理由で、経路２０が罫書き線に交
差しない場合には、装置を軸２２に沿って手動で調整し
て、ビーム経路２０が罫書き線１２に交差するようにさ
せることができる。しかしながら、この調整された経路
は図１に示す経路２０に平行である。
【００１１】図２を参照すれば、レーザビームスポット
１８は、軸２６を有する入射レーザビーム２４によって
発生され、軸２６はウェハ１０の上面１４の平面２８に
対して若干非垂直である。例えば、入射ビーム２４の軸
２６は平面２８かあ約９１度である。これにより、反射
ビーム２８は、平面２８から約８９度の軸３０を持つこ
とになる。従って、この例では、入射ビーム２４の軸と
反射ビーム２８の軸との間に約２度の分離が得られる。
これにより、反射光線がレーザビームソースの所望の一
定出力に悪影響を及ぼすおそれが最少とされる。図２及
び図３の断面図は、部分的に処理された半導体ウェハ１
０の典型的な層を示している。これらの層は、半導体基
体と、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）層３４と、ホトレジ
スト層３６とを含んでいる。図２に示すように、入射ビ
ーム２４がウェハ１０の上面１４を横切って走査される
と、ホトレジスト層３６上に、次いで二酸化シリコン層
３４上にそして再びホトレジスト層３６上にビームスポ
ットが交互に形成される。これが入射ビーム位置２４、
２４’及び２４”によって示されている。プロセスのこ
の部分を“走査モード”と称する。ビームスポット１８
の巾ｗは、ホトレジスト層３６における罫書き線Ｓのよ
うな開口の巾Ｗよりも著しく小さいことに注意された
い。本発明のこの実施例では、ビームスポットが約３５
μｍであり、一方、罫書き線Ｓの典型的な巾は約８０μ
ｍである。以下で詳細に示すように、ビームスポット１
８は表面１４に沿って一歩が約５μｍ程度で歩進させら
れるので、開口Ｓ内において平面３８から多数のデータ
サンプルを得ることができる。これは、ビームスポット
がホトレジスト層３６と二酸化シリコン層３４との間の
遷移部４０のような遷移部即ち段に入射するときに多量
のノイズが発生するという点で重要である。
【００１２】前記したように、ビームスポット１８は、
経路２０に沿って多数回、例えば３回又は４回走査され
るのが好ましい。次いで、以下に詳細に述べるプロセス
を用いて、ウェハ１０上の好ましい平坦領域内の好まし
いパーキング（駐留）スポットが決定される。例えば、
図３を参照すれば、好ましいパーキングスポットＰが平
坦領域３８内にあるものとここで仮定する。次いで、こ
のビームスポットは、パーキングスポットＰへ移動され
そしてエッチングプロセスの残りの時間中そこに保たれ
る。この動作モードは“パーキングモード”として知ら
れている。図４及び図５を参照して本発明の理論の一端
を説明する。図４においては、特性ホトレジストエッチ
ング曲線が４２で示されており、特性二酸化シリコンエ
ッチング曲線が４４で示されている。これらの曲線は、
エッチングプロセスの進行に伴う反射ビーム２８の強度
を表しており、実質的に正弦波である。曲線４２は、入
射ビームがホトレジスト３６にパーキングする場合の反
射ビームの強度の典型であり、曲線４４は、入射ビーム
が二酸化シリコン３４にパーキングする場合の反射ビー
ムの強度の典型である。薄膜レーザビーム干渉測定の基
本的な理論は当業者に良く知られている。例えば、これ
ら理論は、参考としてここに取り上げる前記のメイダン
氏等の特許に開示されている。簡単に説明すると、光線
ビームが二酸化シリコンのような半透明フィルム上に入
射したときに、その入射光線の一部分がフィルムの上面
から反射され、そして入射光線の一部分がフィルムの下
面から反射される。フィルムの厚みは一定であるから、
これら２つの反射は互いに構成的又は破壊的に干渉しあ
う。層がエッチングされるにつれて、その厚みが変化
し、これにより、構成的及び破壊的干渉パターンを貫通
する反射ビームの強度が繰返し変化して、図示された正
弦波パターンが形成される。
【００１３】ホトレジストエッチング曲線４２は、二酸
化シリコンエッチング曲線４４よりも大きく且つ周波数
が低いことに注意されたい。この大きな振幅は、ホトレ
ジストの反射度が高いことによるものであり、そして低
い周波数は、ホトレジストの方が二酸化シリコンよりも
非常にゆっくりとエッチングされることによるものであ
る。ホトレジスト及び二酸化シリコンの特性エッチング
曲線がこのように異なるので、ウェハの表面を横切って
レーザビームを走査させるときにシステムがそれらを区
別するのは困難ではない。図５においては、ビームが図
１及び図２に示すように先ずウェハ表面１４にわたって
走査されそして図３に示すように好ましいスポットＰで
パーキングされるときに反射ビーム２８の強度が時間に
対してプロットされている。より詳細には、このプロセ
スは、時間０＜＝ｔ＜＝ｔ1 は走査モードにあり、そし
てｔ1 ＜ｔ＜＝ｔ2 はパーキングモードにある。時間ｔ
2 においては、実際のエッチング曲線４６の平坦化によ
って終了点が検出され、この平坦化部分は、好ましいス
ポットＰにおける全ての二酸化シリコンが除去されたこ
とを示している。図５の実際のエッチング曲線４６は走
査モード中にスパイクのような見かけをしている。とい
うのは、入射ビームがウェハ１０の種々の面及び層を横
切って走査されるときに反射ビームの強度が著しく変化
するからである。パーキングモード中に、レーザビーム
は、監視されている層、この場合は二酸化シリコン層に
パーキングされ、このように、曲線は二酸化シリコン層
の特性エッチング曲線の形状をとる。前記したように実
際のエッチング曲線４６は二酸化シリコン層がエッチン
グ除去されて終了点検出を指示した後に平坦化される。
【００１４】実際のエッチング曲線から好ましいパーキ
ングスポットを取り上げて終了点を検出するための好ま
しい方法について以下に説明する。しかしながら、これ
らの方法は本発明を限定するものではなく、本発明を実
施するために現在知られている最良の方法であることを
理解されたい。 好ましいパーキングスポット検出方法 干渉計プロセスの最適な精度を確保するためには、走査
経路２０に沿って検出できるＳｉＯ2 の最も巾の広い平
坦面上にレーザビームをパーキングさせなければならな
い。罫書き線１２は集積回路形状部よりも巾が大きくな
る傾向があるので、最適な表面は罫書き線２０の境界内
に入ることが最も多くなる。説明上、ビームスポット１
８は、走査経路２０に沿って１走査当たりＮ回歩進的に
動かされ、反射ビーム２８の強度値がデジタルデータベ
ースにデータ値として記憶されるものとする。これらの
データ値は各走査に関連したベクトルとして記憶され、
すなわち第１の走査はＮ個のデータ値のベクトルＳ１を
形成し、第２の走査はＮ個のデータ値のベクトルＳ２を
形成し、等々となる。以下で詳細に述べるように、これ
らのベクトルは数学的に処理されて、レーザビームスポ
ット１８に対する好ましいパーキング位置を決定するこ
とができる。
【００１５】図６を参照すれば、ｎ−ａからｎ＋ａまで
（この例ではａ＝３）の範囲の１組の２ａ＋１個のデー
タ点の中心として任意のデータ値ｎが選択される。次い
で、ｎを中心とするベクトルＳ１の７個のデータ値が、
ｎを中心とするベクトルＳ２の対応する７個のデータ値
と比較され、これら２つの間の最少絶対差４８が決定さ
れる。この最小差４８はＳ１Ｓ２min と示されており、
これは常に正の値である。次いで、これもまたｎを中心
とするベクトルＳ１の２ｂ＋１個のデータ値が比較され
て、その走査内の２つの間の最大絶対差５０が求められ
る。この例では、ｂが２に選択される。この最大差はＳ
１max と示されており、これも常に正の値である。同様
に、ｎを中心とするベクトルＳ２の５個のデータ値が比
較され、正の値Ｓ２max に到達する最大絶対差５２が求
められる。相対値Ｒは次のように計算される。 Ｒ＝Ｓ１Ｓ２min −〔Ｓ１max ＋Ｓ２max 〕 Ｒ＜０の場合にはＲ＝０。次いでｎの値が１だけ増加さ
れ、次の相対値Ｒが上記したように計算される。Ｒに対
して順次に導出された値がベクトルＲ1:2 に記憶され
る。
【００１６】Ｎ個のデータ点に対し、ｎの第１の値は典
型的にａ＋１で、一方ｎの最後の値はＮ−（ａ＋１）で
ある。それ故、Ｎ個のデータ値のベクトルに対し、Ｎ−
（ａ＋２）値がベクトルＲ1:2 に入れられることにな
る。次いでこれらの値が比較され、ベクトルＲ1:2 内の
最大データ値として定義されるクオリティ・ファクタＱ
1:2 が決定される。次いで、走査２ベクトルＳ２を走査
３ベクトルＳ３と比較してクオリティ・ファクタＱ2:3
を決定し、走査３ベクトルＳ３を走査４ベクトルＳ４と
比較してクオリティ・ファクタＱ3:4 を決定し、等々を
行うことによって上記のプロセスが繰り返される。最終
的な段階として、全てのクオリティ・ファクタが比較さ
れて、最大のクオリティ・ファクタＱmax が求められ
る。ビームがパーキングされるのは、このＱmax に対応
するデータ点である。このプロセスを以下の表１に要約
する。
【００１７】
【表１】
【００１８】このプロセスの背後にある理論について図
７及び図８を参照して説明する。まず第１に、走査対間
のデータポイント間の距離が異なることによる影響を無
視するものとする。図７において、走査１及び走査２の
両方のデータ値はまっすぐな水平線を形成する。従っ
て、データ値ｎを中心とする７つの隣接する点について
は、Ｓ１Ｓ２min の値が一定である。また、データ値が
水平方向に整列されているので、Ｓ１max と、Ｓ２max
は０に等しい。図８においては、データ値ｎを中心とす
る７つの隣接する点が走査１と走査２との間で全て同じ
距離であり、従って値Ｓ１Ｓ２min も一定である。しか
しながら、図８においては、値Ｓ１max 及びＳ２max の
両方共０より大きい。それゆえ、図７のグラフについて
のＲの値は、図８グラフの量〔Ｓ１max ＋Ｓ２max 〕だ
け図８のグラフについてのＲの値よりも大きくなる。Ｓ
１max 及びＳ２max の値はデータポイントｎを中心とす
る領域において平坦さに欠けることを表している。図７
のＲの値は図８よりも大きいので、図８により表わされ
るスポットより図７により表わされるスポット、すなわ
ち平らなスポットにパークする。Ｓ１Ｓ２min の作用は
好ましい平坦領域内の中心に好ましいスポットを置くこ
とである。このようになる理由は、データポイントが遷
移部に近付くにつれてＳ１Ｓ２min が減少するからであ
る。従って、平坦領域の中心でＳ１Ｓ２min は最大とな
る。式Ｒ＝Ｓ１Ｓ２min −〔Ｓ１max ＋Ｓ２max 〕が与
えるＲの値が、最も大きくて、最も平らな領域であると
いうことと、その領域の中心にあるということとの両方
の点でそのスポットの相対的所望度を表わしていること
は明らかである。
【００１９】２つの走査が一致しないようにするために
は、隣接する走査間に位相差がなければならないことに
注意されたい。これは、走査周波数を二酸化シリコンの
特性エッチング曲線の周波数よりも高くする（例えば３
ないし４倍高くする）ことによって行うことができる。 終了点検出方法 図５を参照して前記したように、エッチングされている
酸化物の点にレーザビームがパーキングされると、反射
される干渉パターンは、典型的に、正弦波の形状をと
る。酸化物が完全にエッチングされると、正弦波は平坦
化され、終了点の検出を指示する。この時点で、エッチ
ングプロセスが通常終了される。過剰エッチング、即ち
酸化物が完全にエッチングされた後にエッチングを続け
ることは必ずしも有害ではなくまた不所望なことでもな
い。実際に、多くのプロセスでは、監視されていないウ
ェハの領域においてエッチングされているフィルムを完
全に除去するために過剰エッチングが意図的に行われて
いる。重要なことは、エッチングプロセスの再現性であ
り、即ち反覆する毎に同じ量のエッチングを予想可能に
行わなければならない。それ故、所望量の過剰エッチン
グ（もしあれば）を行えるように正確に終了点を検出す
ることが重要である。
【００２０】図９及び図１０を参照すれば、実際のエッ
チング曲線４６がシステムによって常時監視され、その
ピーク／ピーク（ＰＴＰ）値が決定される。このＰＴＰ
の値は、実際のエッチング曲線の１／２サイクルごとに
更新することができる。次いで、この例ではＰＴＰの値
の２０％であるｈが計算される。図１０から明らかなよ
うに、この値ｈは、実際のエッチング曲線においてその
曲線の上部２０％を包囲する点Ａ、Ａ’にコーナを有す
るボックス５４を定める。このボックスの中心線は線Ｃ
Ｌで示されており、そしてこのボックスの巾は２Ｗで示
されている。図１１を参照すれば、実際のエッチング曲
線４６の干渉パターンが点Ａに到達し、すなわちこの曲
線がボックス５４の領域に入ったということをシステム
が検出したときに、Ａの強度値がメモリ内に記憶され
る。酸化物がエッチングされ続けるにつれて、強度パタ
ーンの最大値Ｉmax までの一連の強度値（点Ｂ，Ｃ，…
…Ｇによって表された）もメモリ内に記憶される。これ
らの値は中心線ＣＬの周りで表され、投影曲線区分５６
を定める擬似値Ａ’，Ｂ’，……，Ｇ’を形成する。ス
レッシュホールド線５８はＩmax の値と投影曲線５６と
の中間として定められる。換言すれば、このスレッシュ
ホールド線は（Ｉmax −Ｇ’）／２；（Ｉmax −Ｆ’）
／２；（Ｉmax −Ｅ’）／２；等に点を有する。中心線
ＣＬの後の実際のエッチング曲線４６は、検出され、記
憶されそしてスレッシュホールド線５８に対して比較さ
れる。実際のエッチング曲線４６の全てのデータ値がス
レッシュホールド線５８より大きい場合には、終了点が
検出されたことになる。さもなければ、表面がまだエッ
チングされており、終了点が検出されるまで上記のプロ
セスが繰り返される。この方法は、特性エッチング曲線
のＰＴＰ値のｈ％内に終了点を見い出し、これは、所望
の終了点検出感度に任意に僅かに依存するに過ぎないこ
とに注意されたい。
【００２１】終了点検出システムの装置 本発明の装置は、図１２、図１３及び図１４を参照して
説明する。図１２において、終了点検出システム６０
は、レーザ６２と、光学分離組立体６４と、伸長組立体
６６と、ミラー６８と、収束組立体７０と、ウインドウ
組立体７２と、収集組立体７４と、検出器７６と、制御
器７８とを備えている。システム６０は繊細な光学系を
保護すると共に空気の流れ等のファクタにより発生する
ノイズを最少にするために、包囲体７９内に入れられ
る。レーザ６２は、市販の偏光ヘリウム・ネオン（Ｈｅ
Ｎｅ）ガスレーザであるのが好ましい。レーザ６２のビ
ーム８０は光学分離組立体６４に向けられ、これはレー
ザ６２へ反射して戻る光の量を最少にする。このような
反射光は、レーザビーム８０の強度のばらつきを生じる
という点で問題である。より詳細には、光学分離組立体
は、偏光ビームスプリッタ８２と、１／４波長プレート
８４を備えている。ビームスプリッタ８２の偏光軸は偏
光レーザ６２の偏光軸と整列され、１／４波長プレート
８４はビーム８０を円形変更する。これらの素子を組み
合わせることによってレーザ６２へ光線が反射して戻る
のが著しく減少される。というのは、１）反射されて戻
される光線は、１／４波長プレートの偏光と同位相で円
形偏光されねばならず、そして２）その同相の円形変更
された反射光線のうちの、ビームスプリッタ８２の偏光
軸と整列する部分しかレーザ６２に戻らないからであ
る。これは一般に著しい量ではない。光学検出器８６は
レーザ６２の出力を監視するのに使用できる。
【００２２】伸長組立体６６は、同じ焦点９２を有する
１対のレンズ８８及び９０を備えている。このレンズ構
成により、コリメートされたビーム９１が発生される。
このビームは、ミラー６８から実質的に直角に反射さ
れ、そして収束組立体９０及びウインドウ組立体７２を
経てウェハ１０へ送られ（図１３参照）、入射ビーム２
４を形成する。反射ビーム２８は、ウェハ１０の表面か
ら反射されて、ウインドウ組立体７２、収束組立体７０
そしてミラー６８のエッジを経て収集組立体７４へ至
り、そして検出器７６へ送られる。ミラー６８は、前面
に銀が塗布されて反射ロスが最少とされたミラーである
のが好ましい。ウインドウ組立体は、１対の離間された
水晶のウインドウパネル９６よりなる。ウインドウパネ
ル９６間のスペース９８は、ウインドウ組立体の光学系
側１００とウェハ側１０２との間に熱的な分離を与え
る。ウェハ側１０２がエッチング装置の反応チャンバに
面していて高い温度に曝されるので、これが重要な機能
を果たす。収集組立体７４は、収集レンズ１０４とフィ
ルタ１０６とを備えている。このレンズは、反射ビーム
２８を検出器７６に収束する上で役立ち、一方、フィル
タは、プラズマ放電、周囲の光線等によって発生された
光の不所望な周波数を除去する。検出器７６は、レーザ
６２の周波数範囲内の光を感知する光検出器であればい
ずれのものでもよい。
【００２３】検出器７６の出力は制御器７８へ入力さ
れ、この制御器は基本的には専用マイクロコンピュータ
システムである。制御器７８は、歩進移動、レーザの動
作等を制御するための出力を発生し、終了点の検出を指
示する出力も有している。制御器７８によって発生され
る終了点検出信号は、エッチングプロセスを自動的に停
止したり又はオペレータに終了点状態を報告したりする
ように用いることができる。図１４を参照すれば、終了
点検出システム６０の上面図は、レーザヘッド１０８
と、アダプタ１１０と、光学系のハウジング１１２と、
スライド式プレート１１４と、ステージ１１５と、検出
器ハウジング１１６と、ベース１１８とを示している。
検出器ハウジング１１６は光学系ハウジング１１２及び
ステージ１１５にしっかりと取り付けられる。アダプタ
１１０のフランジ１２０はアダプタを光学系ハウジング
１１２のフランジ１２２へ接続する。光学系ハウジング
１１２及びプレート１１４の下には水晶のウインドウ９
６が仮想線で示されている。プレート１１４に取り付け
られたステップモータ１２４はリードスクリュー１２５
を有し、このリードスクリューは、ステージ１１５、ひ
いては光学系ハウジング１１２及び検出器ハウジング１
１６を両方向の矢印１２６で示すように前後に駆動する
ことができる。光学系ハウジング１１２のこの移動によ
り、経路２０に沿ってレーザビームスポット１８が走査
される。プレート１１４及びこのプレートに支持された
全てのものは、プレート１１４のエッジに沿ってクラン
プされるサムスクリュー１３０を緩めた後に、両方向矢
印１２８によって指示されたように前後に移動すること
ができる。この手動の調整は図１の軸２２に沿ったビー
ム経路の調整に対応する。
【００２４】ビームスポットは、ベース１１８の３つの
コーナーに設けられた３つのスクリュー１３２を調整す
ることによって収束及び整列されることができる。これ
らのスクリューはプレート１１４に押しつけられて、通
常の３点調整構成体を形成する。これら３つのスクリュ
ー１３２により、当業者に明らかなように、ビームの縦
揺れ、横揺れ及び焦点を調整することができる。プレー
ト１１４の第４のコーナーはプレートに対するピポット
点を形成する。 ビーム収束方法 図１５ないし図１８を参照し、ビームスポットを収束す
る好ましい方法について説明する。図１５において、パ
ターン１３４が表面１３６に形成される。或いは又、パ
ターン１３４に対応するグループを表面１３６にカット
してもよい。いずれの場合にも、比較的反射性の領域１
３８と比較的非反射性の領域１４０との交互のパターン
が平らな表面上に設けられる。この例では、非反射領域
１４０は巾の変化するものであり、一方反射性領域１３
８は実質的に巾が一定のものである。例えば、中央領域
１４０は巾が３４μｍであり、中央領域の両側の２つの
領域１４０は巾が３６μｍであり、次の２つの両側の領
域１４０はその巾が３８μｍであり、等々となってい
る。
【００２５】図１６を参照すれば、広い非反射領域１４
０’ａに入射する未収束のビーム１４２は実質的に完全
に吸収される。しかしながら、未収束のビーム１４２が
細い非反射領域１４０”ａに当たるときには入射ビーム
の一部分が１４２’において反射される。テストパター
ン１３４を横切って走査される未収束の入射ビームに対
する反射ビームの強度が監視されるときには、１１ａで
示すような波形が形成される。図１７において、収束さ
れたビーム１４２は広い領域１４０’ｂに入射するか狭
い領域１４０”ｂに入射するかに関わりなく吸収され
る。それ故、収束された入射ビームに対して反射される
ビームは殆ど或いは全く生じない。従って、収束された
ビームは、図１９に示すような波形パターンを形成す
る。ビームスポットを収束する方法は、パターン１３４
に垂直な方向にウェハを走査しそして反射ビームの強度
を監視することを含む。次いで、反射ビームの変化（ひ
いては平均強度）を最少にするようにビーム調整スクリ
ュー１３２（図１４参照）が調整される。ビームスポッ
トは、検出変化の最も小さい点に収束される。
【００２６】もちろん、図示されたもの以外の多数の他
のテストパターンを使用することもできる。更に、パタ
ーンは種々の巾の反射性領域を有することができ、平均
強度を最大にすることによって変化を最少にすることが
目的である。多数の好ましい実施例について本発明を説
明したが、添付図面を参照とした上記の説明から本発明
の種々の変更や修正が当業者に明らかであろう。例え
ば、本発明はホトレジストマスクの下の酸化物のエッチ
ングについて主として説明したが、種々の他のエッチン
グ及びマスキング材料を用いることができる。例えば、
終了点検出について監視されるべき他の適当な材料はポ
リシリコン、窒化シリコン、及びＢＰＳＧを含む。それ
故、本発明の範囲は特許請求の範囲によって限定される
ものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】罫書かれた半導体ウェハの上面図で、本発明の
方法によって使用される典型的なレーザビーム走査路を
示す図。
【図２】部分的に処理された半導体ウェハの断面図で、
ウェハの表面に沿った種々の点に位置されたレーザビー
ムを示す図。
【図３】ウェハの表面上の点にレーザビームがパーキン
グした状態で部分的に処理された半導体ウェハを示す断
面図。
【図４】図２の半導体ウェハ上の２つの異なった点から
反射される干渉パターン波形を示すグラフ。
【図５】レーザビームが図２に示すようにウェハに沿っ
て走査されそして図３に示すようにスポット上にパーキ
ングされるときに反射される干渉パターン波形を示すグ
ラフ。
【図６】半導体ウェハの２つの次々の走査において得ら
れた多数のデータ点を示すグラフ。
【図７】レーザビームをパーキングする最適な点を求め
るための好ましい方法を説明するのに用いるグラフ。
【図８】レーザビームをパーキングする最適な点を求め
るための好ましい方法を説明するのに用いるグラフ。
【図９】終了点を検出する好ましい方法を説明するのに
用いる波形の一部分。
【図１０】終了点を検出する好ましい方法を説明するの
に用いる波形の一部分。
【図１１】終了点を検出する好ましい方法を説明するの
に用いる波形の一部分。
【図１２】本発明による終了点検出装置を通るレーザビ
ームの光学経路を示す図。
【図１３】本発明による終了点検出装置を通るレーザビ
ームの光学経路を示す図。
【図１４】図１２に示された終了点検出装置の上面図。
【図１５】レーザビームを収束するのに用いるために半
導体ウェハ上に形成されたテストパターンを示す上面
図。
【図１６】図１５のテストパターンの異なった部分に各
々入射する未収束のレーザビーム及び収束されたレーザ
ビームを示す図。
【図１７】図１５のテストパターンの異なった部分に各
々入射する未収束のレーザビーム及び収束されたレーザ
ビームを示す図。
【図１８】未収束のレーザビーム及び収束されたレーザ
ビームからの反射レーザビームの相対的な強度を各々示
すグラフである。
【図１９】未収束のレーザビーム及び収束されたレーザ
ビームからの反射レーザビームの相対的な強度を各々示
すグラフである。
【符号の説明】 １０ 半導体ウェハ １２ 罫書き線 １４ 表面 １６ チップ位置 １８ ビームスポット ２０ 走査経路 ２２ 軸 ２４ レーザビーム ２６ 軸 ２８ 平面 ３０ 軸 ３４ 二酸化シリコン ３６ ホトレジスト ３８ 表面 ４０ 遷移部 ４２ ホトレジストエッチング曲線 ４４ 曲線 ４６ 実際のエッチング曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マノーチャー ビラング アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95120サン ホセ カルカッテラ コート 1125

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の反射率の第１の複数の可変幅の領域
    と交互になっている第２の反射率の第２の複数の領域を
    含む、反射率の異なる領域を形成している試験パターン
    を横切って輻射エネルギビームを走査し、 前記の第１の複数の領域を横切って走査するときの前記
    のビームの反射部分の強度の変化を検出し、そして前記
    の第１の複数の領域の順次の領域間の前記の反射部分の
    強度の変化を最小とするよう前記のビームの焦点を調節
    することを特徴とする輻射エネルギビームの収束法。
  2. 【請求項２】前記の第１の複数の領域と前記の第２の複
    数の領域とが別個の面を形成している請求項１に記載の
    輻射エネルギビームの収束法。
  3. 【請求項３】前記の第２の複数の領域が可変幅となって
    いる請求項１に記載の輻射エネルギビームの収束法。
  4. 【請求項４】ａ）輻射エネルギのビームの焦点を変え、 ｂ）反射率の異なる領域を形成している試験パターンを
    横切って前記の輻射エネルギのビームを走査し、 ｃ）この走査ビームの反射部分を既存の基準に対して分
    析してビームの相対的焦点を決定し、そして ｄ）段階ａ，ｂ，ｃを反復して前記のビームの焦点を改
    善していく 請求項１に記載の輻射エネルギビームの収束法。
  5. 【請求項５】前記の既存の基準は前記の試験パターンを
    横切るビームの以前の走査から取り出した基準を含む請
    求項４に記載の輻射エネルギビームの収束法。
  6. 【請求項６】前記の試験パターンは第１の反射率の第１
    の複数の領域と交互になっている第２の反射率の第２の
    複数の領域とを含む請求項４に記載の輻射エネルギビー
    ムの収束法。
  7. 【請求項７】前記の第１の複数の領域は可変幅である請
    求項６に記載の輻射エネルギビームの収束法。
  8. 【請求項８】前記の第２の複数の領域は可変幅である請
    求項７に記載の輻射エネルギビームの収束法。
  9. 【請求項９】反射率の異なる領域を形成している試験パ
    ターン、 輻射エネルギビームを発生する源、 前記のビームの焦点を変える手段、 前記の試験パターンの表面を横切って前記のビームを走
    査する手段、 前記の試験パターンから反射した前記のビームの一部分
    を検出する検出手段、そしてビームの反射部分を既存の
    基準に対して分析してビームの相対的焦点を決定する分
    析手段を備えたことを特徴とする輻射エネルギビームの
    収束装置。
  10. 【請求項１０】前記の既存の基準は前記の試験パターン
    を横切る試験ビームの以前の走査から取り出した基準を
    含む請求項９に記載の輻射エネルギビームの収束装置。
  11. 【請求項１１】前記の試験パターンは第１の反射率の第
    １の複数の領域と交互になっている第２の反射率の第２
    の複数の領域を含む請求項９に記載の輻射エネルギビー
    ムの収束装置。
  12. 【請求項１２】前記の第１の複数の領域は可変幅である
    請求項１１に記載の輻射エネルギビームの収束装置。
  13. 【請求項１３】前記の第２の複数の領域は可変幅である
    請求項７に記載の輻射エネルギビームの収束装置。
  14. 【請求項１４】第１の反射率の第１の複数の領域と交互
    になっている第２の反射率の第２の複数の領域を含む試
    験表面を有する本体を備え、前記の第１の複数の領域の
    幅は、収束ビームスポットの幅よりも大きい幅から収束
    ビームスポットの幅より小さい幅まで変化しており、前
    記の第１の複数の領域は幅が変化している規則的なパタ
    ーンとなっていることを特徴とした輻射エネルギビーム
    の収束に使用するターゲット。
  15. 【請求項１５】前記の第２の複数の領域は実質的に一定
    の幅である請求項１４に記載のターゲット。
  16. 【請求項１６】前記の第２の複数の領域は可変幅である
    請求項１４に記載のターゲット。
  17. 【請求項１７】前記の第１の複数の領域は前記の第２の
    複数の領域とは異なる面内にある請求項１４に記載のタ
    ーゲット。
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