JPH0834199B2 - エッチング終点検出方法及び装置 - Google Patents
エッチング終点検出方法及び装置Info
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- JPH0834199B2 JPH0834199B2 JP3042190A JP4219091A JPH0834199B2 JP H0834199 B2 JPH0834199 B2 JP H0834199B2 JP 3042190 A JP3042190 A JP 3042190A JP 4219091 A JP4219091 A JP 4219091A JP H0834199 B2 JPH0834199 B2 JP H0834199B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
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- G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
- G01B11/0683—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating measurement during deposition or removal of the layer
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S438/94—Laser ablative material removal
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多層構造を通してエッ
チングする場合の終点検出方法および装置、特に終点検
出領域を形成するためにレーザ切削を使用することに関
する。
チングする場合の終点検出方法および装置、特に終点検
出領域を形成するためにレーザ切削を使用することに関
する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ・エッチング及び関連プロセス
のリアクティブ・イオン・エッチング(ＲＩＥ)等は、特
定のパターンを下部膜に焼き付ける方法として半導体素
子のプロセスに用いられる。一般的にはこれらのパター
ンはフォトレジストの上部層に画定され、エッチング・
プロセスを利用して下部膜に焼き付ける。このような下
部膜は、例えば絶縁材料又は伝導材料から成り、半導体
素子形成の際、半導体材料の上部に一般に利用される。
のリアクティブ・イオン・エッチング(ＲＩＥ)等は、特
定のパターンを下部膜に焼き付ける方法として半導体素
子のプロセスに用いられる。一般的にはこれらのパター
ンはフォトレジストの上部層に画定され、エッチング・
プロセスを利用して下部膜に焼き付ける。このような下
部膜は、例えば絶縁材料又は伝導材料から成り、半導体
素子形成の際、半導体材料の上部に一般に利用される。
【０００３】パターンを下部膜に焼き付けるプロセスの
一つとしてエッチング・プロセスをある特定の深さで停
止する必要がある。この深さは一般的に、但し通常とは
限らないが、下部膜の全厚に等しい。この特定の深さに
達した点がエッチング・プロセスにおける終点と呼ばれ
る。この深さの精度及び膜を除去する完璧さが完成した
素子の性能に直接影響を与える。仮に、望ましくない膜
の残留物がトランジスタ中に残された場合、トランジス
タの特定領域が望ましくない高抵抗値になる結果とな
る。パターンの焼き付けプロセスをさらに複雑にしてい
るのは装置の構成による理由だけではなく、従来のプロ
セス工程においてはエッチングされる膜厚が実際には均
一ではないからである。
一つとしてエッチング・プロセスをある特定の深さで停
止する必要がある。この深さは一般的に、但し通常とは
限らないが、下部膜の全厚に等しい。この特定の深さに
達した点がエッチング・プロセスにおける終点と呼ばれ
る。この深さの精度及び膜を除去する完璧さが完成した
素子の性能に直接影響を与える。仮に、望ましくない膜
の残留物がトランジスタ中に残された場合、トランジス
タの特定領域が望ましくない高抵抗値になる結果とな
る。パターンの焼き付けプロセスをさらに複雑にしてい
るのは装置の構成による理由だけではなく、従来のプロ
セス工程においてはエッチングされる膜厚が実際には均
一ではないからである。
【０００４】エッチング中における終点検出法には現在
多様な方法が知られている。
多様な方法が知られている。
【０００５】光学発光分光器(OES)によるプロセスは、
ある特定の化学種によって発光する光の波長を検出する
ことにより実行される。一般的にこの化学種はエッチン
グ・プロセス時の副産物である。モノクロメータを使用
して、特定の波長を他のすべての波長からフイルタで分
離する。この分離したエネルギ、つまりフイルタを通っ
た光は特定のエネルギ単位に変換される。例えば検出器
を使用して電圧に変換する。この検出器はエネルギの大
きさを例えばチャート記録計或いはコンピュタでモニタ
してあらかじめ予測した光エネルギの変化で終点を検出
する。
ある特定の化学種によって発光する光の波長を検出する
ことにより実行される。一般的にこの化学種はエッチン
グ・プロセス時の副産物である。モノクロメータを使用
して、特定の波長を他のすべての波長からフイルタで分
離する。この分離したエネルギ、つまりフイルタを通っ
た光は特定のエネルギ単位に変換される。例えば検出器
を使用して電圧に変換する。この検出器はエネルギの大
きさを例えばチャート記録計或いはコンピュタでモニタ
してあらかじめ予測した光エネルギの変化で終点を検出
する。
【０００６】OESは終点検出専用の領域を必要としない
点で有用ではあるが、しかし幾つかの問題がある。即
ち、1)どのモニタ用化学種を選択するか、複雑なプラズ
マ化学の知識が必要である。2)終点の検出能力はパター
ンの密度(エッチング領域と非エッチング領域の比)で変
化し低密度のパターン(例、20％以下)ではモニタする化
学種の発生が非常に少ないため終点の検出が難しくな
る。3)終点の化学種と同種類の化学種の生成を防止する
ため、エッチング時に使用するガスの種類が限定され
る。4)エッチング・チャンバ内から発生する多数の区別
のつかない化学種が結果として、検出精度を低くする。
点で有用ではあるが、しかし幾つかの問題がある。即
ち、1)どのモニタ用化学種を選択するか、複雑なプラズ
マ化学の知識が必要である。2)終点の検出能力はパター
ンの密度(エッチング領域と非エッチング領域の比)で変
化し低密度のパターン(例、20％以下)ではモニタする化
学種の発生が非常に少ないため終点の検出が難しくな
る。3)終点の化学種と同種類の化学種の生成を防止する
ため、エッチング時に使用するガスの種類が限定され
る。4)エッチング・チャンバ内から発生する多数の区別
のつかない化学種が結果として、検出精度を低くする。
【０００７】Brooks Jr. et al. に付与された米国特許
第4611919号はエッチング・プロセス中のウェハからの
反射エネルギ全体の強さを電圧に比例変換してその電圧
変動をモニタする終点検出法を示す。この方法によれば
下部膜に対する上部膜のエッチングレートの比率を非常
に高くしなければならない問題がある(例、高い選択
率)。この方法は又、上記OESに関連して述べたようにパ
ターンの密度に影響されやすく問題である。
第4611919号はエッチング・プロセス中のウェハからの
反射エネルギ全体の強さを電圧に比例変換してその電圧
変動をモニタする終点検出法を示す。この方法によれば
下部膜に対する上部膜のエッチングレートの比率を非常
に高くしなければならない問題がある(例、高い選択
率)。この方法は又、上記OESに関連して述べたようにパ
ターンの密度に影響されやすく問題である。
【０００８】Busta et al.に付与された米国特許第4198
261号は終点の検出にインターフェロメトリを利用する
方法である。この方法は二つの膜の屈折率の相違による
多重反射から産み出される干渉じまのモニタ方法であ
る。各々の干渉じまはエッチングされた膜の既知の厚さ
に相当する。この方法はパターン密度又はエッチングに
使用したガスに無関係の点で有用である。
261号は終点の検出にインターフェロメトリを利用する
方法である。この方法は二つの膜の屈折率の相違による
多重反射から産み出される干渉じまのモニタ方法であ
る。各々の干渉じまはエッチングされた膜の既知の厚さ
に相当する。この方法はパターン密度又はエッチングに
使用したガスに無関係の点で有用である。
【０００９】しかし、Busta et al.の方法は、この技術
分野では一般に使用されているが、終点を検出するのに
専門用語で基準領域と呼ばれる終点検出領域を必要とす
る問題がある。このような基準領域は終点の検出に少な
くとも一箇所、専用のダイ領域を有する。このような基
準領域は、その上に配置される膜を必要とするが、この
膜は下部膜をエッチングする前に取り除かれねばならな
い。例えば上部膜がフォトレジストの場合、露出工程、
続いて行う現像工程により上部膜が取り除かれる。基準
領域の利用には素子組み立てプロセス工程に加えて余計
なマスキング工程、アライメント工程、及び露出工程の
既知の問題が生じる。
分野では一般に使用されているが、終点を検出するのに
専門用語で基準領域と呼ばれる終点検出領域を必要とす
る問題がある。このような基準領域は終点の検出に少な
くとも一箇所、専用のダイ領域を有する。このような基
準領域は、その上に配置される膜を必要とするが、この
膜は下部膜をエッチングする前に取り除かれねばならな
い。例えば上部膜がフォトレジストの場合、露出工程、
続いて行う現像工程により上部膜が取り除かれる。基準
領域の利用には素子組み立てプロセス工程に加えて余計
なマスキング工程、アライメント工程、及び露出工程の
既知の問題が生じる。
【００１０】Burns et al.に付与された米国特許第4687
539号はエキシマレーザを使用し、膜を焼失させてエッ
チングを行い、その時副産物として生じる蛍光蒸気の波
長解析により終点を検出する方法である。この方法によ
る終点の検出は上記で述べたＯＥＳのプロセスに類似し
ている。Burns et al.によるエッチングにレーザを用い
る方法は直接材料及びプロセスの限界を含め、既知の固
有の問題が多くある。
539号はエキシマレーザを使用し、膜を焼失させてエッ
チングを行い、その時副産物として生じる蛍光蒸気の波
長解析により終点を検出する方法である。この方法によ
る終点の検出は上記で述べたＯＥＳのプロセスに類似し
ている。Burns et al.によるエッチングにレーザを用い
る方法は直接材料及びプロセスの限界を含め、既知の固
有の問題が多くある。
【００１１】Otsubo et al. に付与された米国特許第44
79848号は、終点を求めるのにダイシング・ストライプ
・パターンのコントラストの変化を利用するエッチング
・プロセスを示す。Kuyel に付与された米国特許第4496
425号は終点を求めるのにフレネル帯プレートからの反
射光の強さを利用するプロセスを示す。Nagyに付与され
た米国特許第4717446号は独立したモニタ用ウェハを用
いエッチングレートを測定して終点を求める方法であ
る。
79848号は、終点を求めるのにダイシング・ストライプ
・パターンのコントラストの変化を利用するエッチング
・プロセスを示す。Kuyel に付与された米国特許第4496
425号は終点を求めるのにフレネル帯プレートからの反
射光の強さを利用するプロセスを示す。Nagyに付与され
た米国特許第4717446号は独立したモニタ用ウェハを用
いエッチングレートを測定して終点を求める方法であ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、予め
形成された大きな基準終点検出領域を必要としない新規
な改良方法と装置を提供することである。
形成された大きな基準終点検出領域を必要としない新規
な改良方法と装置を提供することである。
【００１３】本発明の別の目的は、エッチングされる領
域内の任意の位置に終点検出領域を設定することができ
る、終点検出方法と装置を提供することである。
域内の任意の位置に終点検出領域を設定することができ
る、終点検出方法と装置を提供することである。
【００１４】さらに本発明の別の目的は、終点の検出
に、非常に狭い領域、即ちレーザ・ビームの直径ほどの
領域しか必要としない終点検出方法と装置を提供するこ
とである。
に、非常に狭い領域、即ちレーザ・ビームの直径ほどの
領域しか必要としない終点検出方法と装置を提供するこ
とである。
【００１５】本発明の他の目的は単一のレーザを用いて
終点検出のための切削及びモニタ用のレーザ・ビームを
出力するようにした終点検出方法及び装置を提供するに
ある。
終点検出のための切削及びモニタ用のレーザ・ビームを
出力するようにした終点検出方法及び装置を提供するに
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの特徴によ
れば、新規な改良方法によるエッチングの終点検出方法
は、少なくとも第1材料層で覆われた第2材料層を有する
被エッチング構造体を提供する段階と、レーザの放射ビ
ームを切削用強度レベルに設定して該放射ビームを用い
て上記第1材料層に開口部を切削して上記第2材料層の一
部を露出させる段階と、上記構造体をエッチャントにさ
らして上記第2材料層をエッチングする段階と、上記レ
ーザの上記放射ビームをモニタ用強度レベルに設定して
該放射ビームを上記開口部に差し向けて上記開口部を用
いて上記第2材料層をモニタして上記エッチング段階の
終点を検出する段階とを含む。
れば、新規な改良方法によるエッチングの終点検出方法
は、少なくとも第1材料層で覆われた第2材料層を有する
被エッチング構造体を提供する段階と、レーザの放射ビ
ームを切削用強度レベルに設定して該放射ビームを用い
て上記第1材料層に開口部を切削して上記第2材料層の一
部を露出させる段階と、上記構造体をエッチャントにさ
らして上記第2材料層をエッチングする段階と、上記レ
ーザの上記放射ビームをモニタ用強度レベルに設定して
該放射ビームを上記開口部に差し向けて上記開口部を用
いて上記第2材料層をモニタして上記エッチング段階の
終点を検出する段階とを含む。
【００１７】本発明の別の特徴によれば、少なくとも第
1材料層が第2材料層上を覆う構造体をエッチングする際
の終点を検出する新規な改良装置は、可変強度レーザ
と、上記第1材料層に開口部を切削して上記第2材料層の
一部を露出させるために上記レーザの放射ビームを切削
用強度レベルに設定して該放射ビームを上記第1材料に
差し向ける手段と、上記構造体をエッチャントにさらし
て上記第2材料層をエッチングする手段と、上記レーザ
の上記放射ビームをモニタ用強度レベルに設定して該放
射ビームを上記開口部に差し向け、上記エッチング段階
の終点を検出するために上記開口部を用いて上記第2材
料層をモニタする手段とを含む。
1材料層が第2材料層上を覆う構造体をエッチングする際
の終点を検出する新規な改良装置は、可変強度レーザ
と、上記第1材料層に開口部を切削して上記第2材料層の
一部を露出させるために上記レーザの放射ビームを切削
用強度レベルに設定して該放射ビームを上記第1材料に
差し向ける手段と、上記構造体をエッチャントにさらし
て上記第2材料層をエッチングする手段と、上記レーザ
の上記放射ビームをモニタ用強度レベルに設定して該放
射ビームを上記開口部に差し向け、上記エッチング段階
の終点を検出するために上記開口部を用いて上記第2材
料層をモニタする手段とを含む。
【００１８】
【実施例】図3を参照して先行技術について先ず説明す
る。図3には半導体ウェハ10が図示され、半導体ウェハ1
0は2つのダイ12Aと12Bの領域を占有する基準終点検出領
域12を有する。ウェハ10は、例として後に詳細に述べる
従来の5インチ径のシリコン・ベースのウェハ構造であ
る。ダイ12A、12Bは各々1つのチップ空間を占有する。5
インチのウェハ上にはこのようなチップを約100個並べ
ることができる。基準終点検出領域12はウェハ10の中央
に形成され後に述べるエッチング・プロセス中、モニタ
用レーザ(図示せず)によってアライメントされエッチン
グ・プロセスの終点検出に用いられる。
る。図3には半導体ウェハ10が図示され、半導体ウェハ1
0は2つのダイ12Aと12Bの領域を占有する基準終点検出領
域12を有する。ウェハ10は、例として後に詳細に述べる
従来の5インチ径のシリコン・ベースのウェハ構造であ
る。ダイ12A、12Bは各々1つのチップ空間を占有する。5
インチのウェハ上にはこのようなチップを約100個並べ
ることができる。基準終点検出領域12はウェハ10の中央
に形成され後に述べるエッチング・プロセス中、モニタ
用レーザ(図示せず)によってアライメントされエッチン
グ・プロセスの終点検出に用いられる。
【００１９】先行技術を例示する図4を参照すると、ウ
ェハ10は多重層構造から成り、例として5インチ径のシ
リコン基板11上にある。シリコン基板11は従来の結晶引
上げ法で造られ、トランジスタ、抵抗、及びコンデンサ
のような素子(図示せず)を含む半導体チップの形成をサ
ポートする。中間層15は、例えば酸化物、窒化物のよう
な絶縁材料、又は金属、半導体のような伝導材料、又は
そのような材料の積層物から成り、シリコン基板11の表
面上で形成される。フォトレジスト層16は中間層15上に
共形的に形成される。
ェハ10は多重層構造から成り、例として5インチ径のシ
リコン基板11上にある。シリコン基板11は従来の結晶引
上げ法で造られ、トランジスタ、抵抗、及びコンデンサ
のような素子(図示せず)を含む半導体チップの形成をサ
ポートする。中間層15は、例えば酸化物、窒化物のよう
な絶縁材料、又は金属、半導体のような伝導材料、又は
そのような材料の積層物から成り、シリコン基板11の表
面上で形成される。フォトレジスト層16は中間層15上に
共形的に形成される。
【００２０】図4についての説明を続けると、図3では図
示されていない基準終点検出領域12の詳細図が示され
る。基準終点検出領域12はフォトレジスト層16のパター
ン領域から成り、パターン領域は中間層15の表面をが露
出するようにフォトレジスト内に切削された開口部18を
含む。
示されていない基準終点検出領域12の詳細図が示され
る。基準終点検出領域12はフォトレジスト層16のパター
ン領域から成り、パターン領域は中間層15の表面をが露
出するようにフォトレジスト内に切削された開口部18を
含む。
【００２１】処理中、基準終点検出領域12は中間層15の
エッチング中、レーザによってモニタされエッチング・
プロセスの終点検出を行う。さらに詳細に述べると、こ
のエッチング・プロセス中、開口部18を通して露出した
中間層15の領域はエッチングされ除去される。一般には
基準終点検出領域12は前述のインターフェロメトリの反
射光又はOESによってモニタされ所望の終点を判定す
る。このような所望の終点は中間層15の底部でも、中間
位置即ち中間層15内の位置でもよい。
エッチング中、レーザによってモニタされエッチング・
プロセスの終点検出を行う。さらに詳細に述べると、こ
のエッチング・プロセス中、開口部18を通して露出した
中間層15の領域はエッチングされ除去される。一般には
基準終点検出領域12は前述のインターフェロメトリの反
射光又はOESによってモニタされ所望の終点を判定す
る。このような所望の終点は中間層15の底部でも、中間
位置即ち中間層15内の位置でもよい。
【００２２】図3及び図4を参照して上に述べた先行技術
における基準終点検出領域12のような基準領域の使用に
は多くの問題がある。明らかな大きな問題は、開口部18
をオープンするためフォトレジスト層16をパターン化す
る余計なプロセス工程が必要とされることである。これ
らの工程には最低限でも、1)マスキング工程、2)露出工
程、及び、3)開口部18を形成するためのフォトレジスト
層16の現像工程が含まれる。その他の問題は、モニタ用
レーザで基準終点検出領域12をアライメントするのが難
しいこと、及び基準領域を形成するのに二つのチップ領
域を使用することである。
における基準終点検出領域12のような基準領域の使用に
は多くの問題がある。明らかな大きな問題は、開口部18
をオープンするためフォトレジスト層16をパターン化す
る余計なプロセス工程が必要とされることである。これ
らの工程には最低限でも、1)マスキング工程、2)露出工
程、及び、3)開口部18を形成するためのフォトレジスト
層16の現像工程が含まれる。その他の問題は、モニタ用
レーザで基準終点検出領域12をアライメントするのが難
しいこと、及び基準領域を形成するのに二つのチップ領
域を使用することである。
【００２３】図1を参照すると、本発明によって造られ
た終点モニタ・システム22を含むエッチング・システム
20が図示されている。エッチング・システム20は従来の
プラズマ・エッチング・チャンバ24を有する。プラズマ
・エッチング・チャンバ24はエッチング用ガス及びエッ
チング副産物の入出口として機能するアパーチャ26と28
を有する。プラズマ・エッチング・チャンバ24はチャン
バ内でエッチングされるウェハ32を支えるプラットホー
ム30と、光学的に透明な窓34を有する。窓34はプラズマ
・エッチング・チャンバ24の壁にありウェハ32の主表面
に対向して平行に位置する。
た終点モニタ・システム22を含むエッチング・システム
20が図示されている。エッチング・システム20は従来の
プラズマ・エッチング・チャンバ24を有する。プラズマ
・エッチング・チャンバ24はエッチング用ガス及びエッ
チング副産物の入出口として機能するアパーチャ26と28
を有する。プラズマ・エッチング・チャンバ24はチャン
バ内でエッチングされるウェハ32を支えるプラットホー
ム30と、光学的に透明な窓34を有する。窓34はプラズマ
・エッチング・チャンバ24の壁にありウェハ32の主表面
に対向して平行に位置する。
【００２４】終点モニタ・システム22はエキシマレーザ
36を有する。エキシマレーザ36は光エネルギのビーム38
が直接、窓34を貫通する位置に、及びウェハ32に対し一
般に垂直に位置する。ここで用いる用語“光エネルギ”
はコヒーレント電磁放射の全スペクトルを含み、下記に
述べる方法で本発明で利用される。図2に詳細に示され
ているようにウェハ32は基板32Aを有し、基板32Aは半導
体材料又はセラミック材料から成り、絶縁材料、伝導材
料、又はそのような材料の積層からなる層32Bで覆われ
ている。フォトレジスト・コーティング層32Cは層32Bを
覆っている。
36を有する。エキシマレーザ36は光エネルギのビーム38
が直接、窓34を貫通する位置に、及びウェハ32に対し一
般に垂直に位置する。ここで用いる用語“光エネルギ”
はコヒーレント電磁放射の全スペクトルを含み、下記に
述べる方法で本発明で利用される。図2に詳細に示され
ているようにウェハ32は基板32Aを有し、基板32Aは半導
体材料又はセラミック材料から成り、絶縁材料、伝導材
料、又はそのような材料の積層からなる層32Bで覆われ
ている。フォトレジスト・コーティング層32Cは層32Bを
覆っている。
【００２５】検出器40は窓34の近傍に位置し、ウェハ32
から反射する光エネルギ・ビーム42を集光し、その強さ
を測定する。検出器40はビデオディスプレイ又はチャー
ト記録計を含むコンピュータ・システムのごときモニタ
装置43に電気的に接続されている。
から反射する光エネルギ・ビーム42を集光し、その強さ
を測定する。検出器40はビデオディスプレイ又はチャー
ト記録計を含むコンピュータ・システムのごときモニタ
装置43に電気的に接続されている。
【００２６】本発明の一実施例においてエキシマレーザ
36は約193nmの波長を持つパルスAr−Flエキシマレーザ
である。検出器40は反射した光エネルギ・ビーム42の強
さを測定する通常の検出器であり、モニタ43はグラフィ
ック装置を備えた通常の制御用コンピュータで、例とし
てはIBMモデル3270コンピュータがある。
36は約193nmの波長を持つパルスAr−Flエキシマレーザ
である。検出器40は反射した光エネルギ・ビーム42の強
さを測定する通常の検出器であり、モニタ43はグラフィ
ック装置を備えた通常の制御用コンピュータで、例とし
てはIBMモデル3270コンピュータがある。
【００２７】動作においてはフォトレジスト・コーティ
ング層32Cの開口部を切削するのに十分なエネルギ・ビ
ーム38を供給するため、エキシマレーザ36の調整を行
う。ここで使用する用語“切削”は、下部層(例、層32
B)をほとんど損傷することなく上部層(例、フォトレジ
スト・コーティング層32C)を切削除去することを意味す
る。本発明者は例として上に述べた種類のエキシマレー
ザ36の使用方法を次のように確認した。電力が約2.0ワ
ット、パルス周波数が約1パルス/マイクロ秒、照射時間
が約1秒の場合、厚さ約1ミクロンの従来のフォトレジス
ト材料32Cは完全に切削され、層32Bの表面の一部を損傷
することなく露出させた。図2の44にこのように切削さ
れた開口部を示す。
ング層32Cの開口部を切削するのに十分なエネルギ・ビ
ーム38を供給するため、エキシマレーザ36の調整を行
う。ここで使用する用語“切削”は、下部層(例、層32
B)をほとんど損傷することなく上部層(例、フォトレジ
スト・コーティング層32C)を切削除去することを意味す
る。本発明者は例として上に述べた種類のエキシマレー
ザ36の使用方法を次のように確認した。電力が約2.0ワ
ット、パルス周波数が約1パルス/マイクロ秒、照射時間
が約1秒の場合、厚さ約1ミクロンの従来のフォトレジス
ト材料32Cは完全に切削され、層32Bの表面の一部を損傷
することなく露出させた。図2の44にこのように切削さ
れた開口部を示す。
【００２８】ビーム38の強さを弱めるため、次にエキシ
マレーザ36を25ミリミクロン・ワット程度の電力に調整
した。エキシマレーザ36の波長は層32Bの組成に応じて
層32Bから反射する波長を与えるために調整される。エ
キシマレーザ36の低出力ビーム38はモニタ用開口部44内
でエッチングの終点を検出するため、エッチング・プロ
セスをモニタするのに用いられる。これは層32Bとフォ
トレジスト・コーティング層32Cの構成材料は異なる屈
折率を持つため反射ビーム42に干渉じまが生ずるからで
ある。この干渉じまのモニタには検出器40を使用して反
射したレーザ・ビームの強さを測定するのが望ましい。
マレーザ36を25ミリミクロン・ワット程度の電力に調整
した。エキシマレーザ36の波長は層32Bの組成に応じて
層32Bから反射する波長を与えるために調整される。エ
キシマレーザ36の低出力ビーム38はモニタ用開口部44内
でエッチングの終点を検出するため、エッチング・プロ
セスをモニタするのに用いられる。これは層32Bとフォ
トレジスト・コーティング層32Cの構成材料は異なる屈
折率を持つため反射ビーム42に干渉じまが生ずるからで
ある。この干渉じまのモニタには検出器40を使用して反
射したレーザ・ビームの強さを測定するのが望ましい。
【００２９】検出器40によって検出された干渉じまはコ
ンピュータ43でカウント又は計算されて終了時点を模索
する。それからコンピュータ43はオペレータにエッチン
グ・プロセスを終了させる合図を送るか、或いはエッチ
ング・チャンバ24の制御装置(図示されていない)への接
続によりコンピュータ43はエッチング・プロセス及びレ
ーザの動作の両方を自動的に終結する。
ンピュータ43でカウント又は計算されて終了時点を模索
する。それからコンピュータ43はオペレータにエッチン
グ・プロセスを終了させる合図を送るか、或いはエッチ
ング・チャンバ24の制御装置(図示されていない)への接
続によりコンピュータ43はエッチング・プロセス及びレ
ーザの動作の両方を自動的に終結する。
【００３０】上で説明した方法をそのまま拡大して応用
することにより異なるタイプのレーザを使用すれば厚さ
や材料が違う上部材料の切削ができることが解る。例え
ば、この限りではないが、本発明者は248nmの波長を持
つAr−Flエキシマレーザを使用してパルス68ワット、照
射時間2秒でシリコン上の10ミクロンのポリイミド材料
をきれいに切削することをさらに確認した。この分野の
技術者は切削レーザと上部材料による多くの組合せが容
易に可能であることが明白である。
することにより異なるタイプのレーザを使用すれば厚さ
や材料が違う上部材料の切削ができることが解る。例え
ば、この限りではないが、本発明者は248nmの波長を持
つAr−Flエキシマレーザを使用してパルス68ワット、照
射時間2秒でシリコン上の10ミクロンのポリイミド材料
をきれいに切削することをさらに確認した。この分野の
技術者は切削レーザと上部材料による多くの組合せが容
易に可能であることが明白である。
【００３１】前述の本発明の実施例において終点の検出
手段は上部層内の切削した単一の開口部によって動作可
能である。例として、反射ビーム42の干渉じまは単一の
モニタ用開口部44を通して測定することができる。しか
し本発明はこれだけには留まらず例えば、フォトレジス
ト・コーティング層32Cにおいて多くの小さな開口部の
ようなものを切削することができ、OESのようなパター
ン密度に大きく左右されるモニタ・プロセスの使用を可
能にする。本発明の利点は前述の種類において予め決め
られた位置に、事前に形成する大きな基準マークを必要
としないことが一層明白である。
手段は上部層内の切削した単一の開口部によって動作可
能である。例として、反射ビーム42の干渉じまは単一の
モニタ用開口部44を通して測定することができる。しか
し本発明はこれだけには留まらず例えば、フォトレジス
ト・コーティング層32Cにおいて多くの小さな開口部の
ようなものを切削することができ、OESのようなパター
ン密度に大きく左右されるモニタ・プロセスの使用を可
能にする。本発明の利点は前述の種類において予め決め
られた位置に、事前に形成する大きな基準マークを必要
としないことが一層明白である。
【００３２】本発明の別の実施例では切削工程をウェハ
32がプラズマ・エッチング・チャンバ24内に置かれる前
に実施することができる。この場合、モニタ用レーザで
アライメントする必要がある。しかし、本発明による切
削工程を用いると従来技術では基準領域を形成しなけれ
ばならない複雑なプロセス工程を必要としない利点があ
る。
32がプラズマ・エッチング・チャンバ24内に置かれる前
に実施することができる。この場合、モニタ用レーザで
アライメントする必要がある。しかし、本発明による切
削工程を用いると従来技術では基準領域を形成しなけれ
ばならない複雑なプロセス工程を必要としない利点があ
る。
【００３３】本発明は従来技術に対し著しい利点をもた
らす。それはモニタ用開口部44は切削によって形成さ
れ、基準領域を形成するのに不可欠な従来の複雑、且つ
高コストのプロセス工程が不要となるからである。そし
て単一のレーザをその出力レベルを調節して切削用及び
モニタ用に共用することができる。モニタ用レーザ・ビ
ームは切削した開口部によってセルフ・アライメントさ
れるので複雑なアライメント工程を必要としない。モニ
タ用領域は切削用レーザ・ビームの面積に等しい領域だ
けを必要とし、従来技術の基準領域に必要な複数のチッ
プ領域の領域は不要である。さらにモニタ用領域は、実
際のチップ領域を含めてエッチングされるウェハ上のど
の面にでも選択することができる。モニタ用として独立
した基準領域に対して、実際のチップ領域が選択された
場合、モニタ・プロセスはさらに極めて正確になる。
らす。それはモニタ用開口部44は切削によって形成さ
れ、基準領域を形成するのに不可欠な従来の複雑、且つ
高コストのプロセス工程が不要となるからである。そし
て単一のレーザをその出力レベルを調節して切削用及び
モニタ用に共用することができる。モニタ用レーザ・ビ
ームは切削した開口部によってセルフ・アライメントさ
れるので複雑なアライメント工程を必要としない。モニ
タ用領域は切削用レーザ・ビームの面積に等しい領域だ
けを必要とし、従来技術の基準領域に必要な複数のチッ
プ領域の領域は不要である。さらにモニタ用領域は、実
際のチップ領域を含めてエッチングされるウェハ上のど
の面にでも選択することができる。モニタ用として独立
した基準領域に対して、実際のチップ領域が選択された
場合、モニタ・プロセスはさらに極めて正確になる。
【００３４】特定の数例の実施例を示し、述べたが、同
時に本発明はパターン化した上部層を下部層のエッチン
グ用のマスクとして使用するどの応用例にも有益に利用
することができる。上部層の切削は下部層を損傷するこ
となしに上部層を取り除くのに十分なパワーであるコヒ
ーレント電磁放射のどの源によってでも実施することが
できる。エッチング・プロセス中の下部層のモニタは、
切削した終点検出領域を用いて操作し得るどの手段でも
実施できる。
時に本発明はパターン化した上部層を下部層のエッチン
グ用のマスクとして使用するどの応用例にも有益に利用
することができる。上部層の切削は下部層を損傷するこ
となしに上部層を取り除くのに十分なパワーであるコヒ
ーレント電磁放射のどの源によってでも実施することが
できる。エッチング・プロセス中の下部層のモニタは、
切削した終点検出領域を用いて操作し得るどの手段でも
実施できる。
【００３５】このように本発明はエッチング・プロセス
における終点の検出に新規及び改良方法と装置を提供す
る。本発明はモニタ用開口部を切削するのにレーザを利
用し、従来技術に対し優れた利点を提供する。本発明は
特に半導体素子の製造とプロセスの分野に利用できる。
における終点の検出に新規及び改良方法と装置を提供す
る。本発明はモニタ用開口部を切削するのにレーザを利
用し、従来技術に対し優れた利点を提供する。本発明は
特に半導体素子の製造とプロセスの分野に利用できる。
【００３６】本発明の特殊な実施例の説明に終始した
が、その応用例は広く、本発明の趣旨及び範囲内で多く
の修正、変更及び改良がこの分野の技術者によって行わ
れるであろう。
が、その応用例は広く、本発明の趣旨及び範囲内で多く
の修正、変更及び改良がこの分野の技術者によって行わ
れるであろう。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、事前に大きな終点検出
領域を形成する必要がなく、エッチング領域内であれば
任意に終点検出領域を選択することができる。また、単
一のレーザを切削用及びモニタ用に共用することがで
き、高価なレーザの必要数を減らすことができる。
領域を形成する必要がなく、エッチング領域内であれば
任意に終点検出領域を選択することができる。また、単
一のレーザを切削用及びモニタ用に共用することがで
き、高価なレーザの必要数を減らすことができる。
【図１】本発明によって造られた終点検出システムの概
略図である。
略図である。
【図２】図1のウェハ32の構造拡大図である。
【図３】従来技術による基準終点検出領域を含む半導体
ウェハの平面図である。
ウェハの平面図である。
【図４】図3のウェハ及び基準終点検出領域の詳細を示
す図3の部分拡大透視図である。
す図3の部分拡大透視図である。
12 基準終点検出領域 15 中間層 16 フォトレジスト層 18 開口部 20 エッチング・システム 22 終点モニタ・システム 24 プラズマ・エッチング・チャンバ 32 ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ・ピーター・ノーガイ アメリカ合衆国ニューヨーク州ニューバー ク、オリバー・ドライブ ３番地 (56)参考文献 特開 昭62−203335（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−18175（ＪＰ，Ａ)
Claims (15)
- 【請求項１】少なくとも第1材料層で覆われた第2材料層
を有する被エッチング構造体を提供する段階と、 レーザの放射ビームを切削用強度レベルに設定して該放
射ビームを用いて上記第1材料層に開口部を切削して上
記第2材料層の一部を露出させる段階と、 上記構造体をエッチャントにさらして上記第2材料層を
エッチングする段階と、 上記レーザの上記放射ビームをモニタ用強度レベルに設
定して該放射ビームを上記開口部に差し向けて上記開口
部を用いて上記第2材料層をモニタして上記エッチング
段階の終点を検出する段階と、 よりなるエッチング終点検出方法。 - 【請求項２】上記レーザはエキシマレーザである請求項
1の方法。 - 【請求項３】上記モニタは上記第2電磁放射ビームの反
射ビームに含まれる干渉じまをモニタすることを特徴と
する請求項2の方法。 - 【請求項４】エッチャントをエッチング・チャンバ内に
導入する前に、上記エッチング・チャンバ内に上記構造
体を配置して上記切削を実行することを特徴とする請求
項1の方法。 - 【請求項５】上記エッチャントは化学エッチャントであ
ることを特徴とする請求項4の方法。 - 【請求項６】上記エッチャントはプラズマ・エッチャン
トであることを特徴とする請求項5の方法。 - 【請求項７】上記第1材料層はフォトレジストであり、
上記第2材料層は絶縁材料又は伝導材料であることを特
徴とする請求項1の方法。 - 【請求項８】少なくとも第1材料層で覆われた第2材料層
を有する被エッチング構造体をエッチングする際の終点
を検出する装置であって、 可変強度レーザと、 上記第1材料層に開口部を切削して上記第2材料層の一部
を露出させるために上記レーザの放射ビームを切削用強
度レベルに設定して該放射ビームを上記第1材料に差し
向ける手段と、 上記構造体をエッチャントにさらして上記第2材料層を
エッチングする手段と、 上記レーザの上記放射ビームをモニタ用強度レベルに設
定して該放射ビームを上記開口部に差し向け、上記エッ
チング段階の終点を検出するために上記開口部を用いて
上記第2材料層をモニタする手段と、 よりなるエッチング終点検出装置。 - 【請求項９】上記レーザはエキシマレーザであることを
特徴とする請求項8の装置。 - 【請求項１０】上記モニタ手段は上記放射ビームの反射
ビームに含まれる干渉じまをモニタする手段を含むこと
を特徴とする請求項8の装置。 - 【請求項１１】上記モニタ手段は上記電磁放射ビームの
反射ビームを電気信号に変換する検出器および上記終点
を検出するための上記電気信号の所定の特性をモニタす
る手段を含むことを特徴とする請求項8の装置。 - 【請求項１２】上記構造体を囲むエッチング・チャンバ
と、上記チャンバに配置された上記放射に対して透過性
の窓を更に含み、上記切削手段及び上記モニタ手段が上
記窓を通して動作可能であることを特徴とする請求項8
の装置。 - 【請求項１３】上記エッチャント液が化学エッチャント
であることを特徴とする請求項12の装置。 - 【請求項１４】上記エッチャントがプラズマ・エッチャ
ントであることを特徴とする請求項13の装置。 - 【請求項１５】上記第1材料層がフォトレジストであ
り、上記第2材料層が絶縁材料又は伝導材料であること
を特徴とする請求項8記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US501572 | 1983-06-06 | ||
| US07/501,572 US4975141A (en) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | Laser ablation for plasma etching endpoint detection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225232A JPH04225232A (ja) | 1992-08-14 |
| JPH0834199B2 true JPH0834199B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=23994117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3042190A Expired - Lifetime JPH0834199B2 (ja) | 1990-03-30 | 1991-02-15 | エッチング終点検出方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4975141A (ja) |
| EP (1) | EP0454604A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0834199B2 (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0396010A3 (en) * | 1989-05-05 | 1991-03-27 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for monitoring growth and etch rates of materials |
| JPH0645327A (ja) * | 1991-01-09 | 1994-02-18 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0817166B2 (ja) * | 1991-04-27 | 1996-02-21 | 信越半導体株式会社 | 超薄膜ｓｏｉ基板の製造方法及び製造装置 |
| US5195163A (en) * | 1991-09-27 | 1993-03-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fabrication and phase tuning of an optical waveguide device |
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