JPS61503039A - デバイス製作のための干渉法 - 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】 デバイス製作のための干渉法 本発明は一般的にはエツチング、より具体的には情報処理デバイスの製作におい て実施するエツチングに係る。

２　技術分野 集積回路デバイス、磁気バブルデバイス及び集積光デバイスのような情報処理デ バイスのごときデバイスの製作には、製作中のデバイスにとり入れられるか、製 作プロセス中除去される異なる組成の基板の層のような、領域中にパターンをエ ツチングすることが含まれる。除去される領域には、たとえば有機ポリマレジス トの層が含まれる。そのようなレジスト層は典型的な場合、マスクを通して化学 線作用の放射に露出され、次に露出された領域又は露出されない領域を選択的に エッチする湿式又は乾式エッチャントで処理することにより、パターン形成され る。デバイスに組入れられる領域には、たとえば半導体材料、金属及び二酸シリ コンのような誘電体の層が含まれる。典型的な場合、層上のパターン形成された レジストのようなエッチマスク又はミリングマスクを最初形成し、次に層の被覆 されていない部分を、湿式又は乾式エッチャント又はミリング剤でエツチング又 はミリングすることにより、パターンがこれらの層の一つの中にエッチ又は除去 される。これから後、簡潔にするために、レジスト以外の材料に対して用いる１ エツチング〃という用語は、ミリングを含むということを理解すべきである。

これらのエツチングプロセスで考えるべき重要なことは、エッチ深さの制御であ る。たとえば、レジスト材料層の過剰エツチング（その厚さを貫いてエッチする のに必要な時間以上に長く、エッチャントに層を露出させる）は、一般に望まし くない。なぜならば、このことによシバターン転写中、たとえばレジストをエッ チマスクとして用いている時、線幅の制御性が失われるからである。

他方、しばしばデバイスに組入れる材料の均一層内の所望の深さで、ちるいは材 料の二つの異なる眉間の界面で、エツチングを停止することが望ましい。

エッチ深さをモニターするだめに、各種の技術が考案された。最も広く用いられ ている（現在一般的な）エッチ深さモニター技術の一つは、多くの基板層の可視 光（約４００ｎｍないし約７００　ｎｍの範囲の波長をもつ光）に対する透明さ に依存している。（そのような層は、もし入射可視光の少くとも５パーセントを 透過するならば、入射可視光に対し透明である。）この技術に従うと、たとえば ヘリウム−ネオンレーザ（６３２，８ｎｍ　の波長をもつ光を放射する）のよう なレーザからの可視光を、エツチング中の（可視光に対し）透明な層の裸の領域 、すなわち被覆されていない領域に向け、層から反射された光の強度を検出し、 時間の関数として記録する。層が透明なため、第１図に示されるように、入射光 は透明層の上部表面から反射されかつ透過される。すなわち、層を貫いて屈折す る。もし層が反射性表面の上にあるならば、屈折した光も層を通して上に反射さ れ、層を出て層の上部表面から反射された光と干渉する。エツチングが進むにつ れ、エッチされている基板層の厚さと、従ってそれを貫く光路長が減少する。従 って、特定の厚さにおいて、記録された強度一時間曲線中のそれぞれ相対的な極 小及び相対的な極大に対応する破壊的又は建設的干渉が起る。

これら強度極値間の時間間隔を、エッチ深さの変化に関係づけることが可能であ る。上で述べた技術が広く用いられる基本的な理由は、それが通常の位置合せプ ロセスと両立するからである。すなわち、レジスト露出マスクの位置合せのため に、基板中の基準マークが用いられる。

レジスト層が基板上に形成され、従って基準マーク上にも共通して形成される。

露出マスクはレジスト層（入射可視光に対し透明であるため、基準マークが゛検 出できる）上に可視光（一般に、エッチモニターに用いられる可視光と全く同じ 波長）を照射することによシ、基準マークと位置合せさせる。可視光で基準マー クが検出できることが本質であるため、これらマーク上の基板領域の不透明さの 増加を含むエッチモニター技術の変化は避けられる。

従来のエッチモニター技術は従来の位置合せ技術と両立することを含む多くの利 点をもつが、基板が複数の透明領域を持つ時、問題が生じる。たとえば、もしエ ツチングをしている透明基板領域が、段差のある表面のような非平坦表面上にあ る第２の透明領域で支持されているとすると、入射可視光は透明な領域を通して 屈折し、非平坦面中の構造から反射され、二つの透明領域を貫いて上方に透過さ れる。そのような屈折した光と反射された光ビーム間の干渉により、しばしば好 ましくない干渉信号を生じ、それは多くの場合大きすぎ、エツチング中の基板領 域からの干渉信号が検出できない。

従来のエッチモニター技術は、他の問題をもつ。たとえば、もしくエッチしてい る領域の）エッチ速度が一定ならば、エッチ終了点すなわちエッチしている透明 基板領域と下の領域の間の界面に達した瞬間は、記録された強度一時間曲線中の 強度振動の周波数変化に対応する。

しかし、この周波数変化は（強度一時間曲線中の）強度振動に沿った任意の点で 起りうるし、起るからエッチ終了点を予測するのは困難である。更に、もしエッ チされている基板の厚さが、隣りあった強度極値の間隔に対応するいくつかのエ ッチの深さに比べ小さいか、比較的小さければ、基板領域の厚さに対応して１つ 以下の強度振動又は比較的少数の強度振動が存在するであろう。これらの二つの 効果は、しばしばエッチ終了点を正確に決るのを困難にし、エツチングしている 領域の好ましくないアンダーエツチング又はオーバーエツチングを起す。

（可視光に対し）不透明又は透明の基板領域に適用できる別のエッチモニター技 術において、可視光はパターン形成されたエッチマスクにより遮蔽された（エツ チングされつつある）基板領域上の部分に向けられる。入射可視光はエッチマス ク表面と基板領域中にエッチされているエッチビット（又は複数のピット）の両 方から、反射される。特定のエッチ深さにおいて、従来のプロセスについて述べ たのと同様の結果により、建設的又は破壊的干渉があるであろう。

別のエッチモニター技術も多くの利点を有し、通常の位置合せ技術（エッチマス クは典型的な場合、可視光に対し透明）と両立する。しかし、もしく透明な）エ ッチマスク自身が（しばしばあるように）エツチングプロセス中エツチングされ るならば、基板領域のエツチングとは無関係に、（エッチマスクの最上部及び底 面から反射された光ビーム間の変化する相互作用により生じた）干渉信号を生じ る。この無関係な信号はしばしば基板領域のエツチングに付随したものより、は るかに大きく、やはり好ましくない７ンダーエツチング又はオーバーエツチング を生じる。

基板領域のエッチ終了点（領域がその厚さを貫いてエッチされてしまった時刻） は、もし基板領域の厚さ及びエッチ速度が既知ならば、容易に決められる。（た とえば、もしエッチ速度が一定ならば、エッチ終了点に達するのに必要なエッチ 時間＝厚さ／エッチ速度でちる。）従って、基板領域の厚さを測るために、技術 が考え出された１３通常の位置合せ技術と両立するため、広く用いられている七 のような厚さ測定技術の一つには、厚さを測定すべき（透明な）基板領域上に、 可視光を照射することを含む１．λを入射光の波長、ｎを層の屈折率とする時、 もし領域がλ／　４　ｎ以下の厚さをもつことがわかっているならば、厚さは反 射光の強度から、容易に決められる。

（／ことえば、Ｏ，Ｓ、　Ｈｅａｖｅｎｓ　（オー−ニス・ヘブンズ）、ｉｗｉ の光学特性（０ｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｔｈ１ｎ　ＦＮｍ ａ　）（ドーパ−出版、ニューヨーク、１９６５　）、４．４節参照）あるいは 、厚さは異なる波長の可視光を、（厚さを測定している）領域上に照射し、各波 長の反射光強度を測定すれば決められる。特定の波長において、先に述べた機購 により、干渉の」、像が起る。基板領域の厚さは、たとえばＦ、　Ｒｅｔｚｍｅ ｎ　（エフ・ライッメン）及びＷｅ　Ｖａｎ　Ｇｅ１ｄｅｒ（ダヴリュ・ファン ・ゲルダ）　５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ゛（ソリッド・ ステート・エレクトロニクス）、第１０巻、６２５頁（１９６７）に示されてい るように、観測された強度極値から、容易に計算される。

上の厚さ測定技術は、多くの例で有用でおることがわかっているが、たとえば比 較的厚い透明領域上に形成された比較的薄く（入射可視光に対し）透明な領域を 測定する時には、問題が生じる。典型的な場合、比較的厚い領域の厚さが最初に 測定される。次に、比較的薄い領域が厚い領域上に形成され、二つの透明領域の 組合された厚さが測定される。最後に、比較的厚い領域の厚さが、組合された厚 さから差しひかれ、比較的薄い領域の厚さが決められる。しかし、もし比較的厚 い透明領域の測定された厚さが、比較的わずかの量の誤差しがもたないとしても 、比較的薄い領域の測定された厚さの本質的な誤差が、しばしば生じる。その結 果、比較的薄い領域は、しばしば好ましくないアンダーエツチングやオーバーエ ツチングを受ける。

従って、より正確なエッチモニター及び厚さ測定技術がめられ続けている。

発明の要約 本発明は従来用いられてきた技術で得られる結果より、より正確な結果を生じる エッチモニター及び厚さ測定技術を含む。本発明に従うと、光を領域上に向け、 反射光の強度を検出することにより、基板領域のエツチングがモニターされ、領 域の厚さが測定される。しかし、従来の技術と異り、入射光は下の基板領域（又 は複数の領域）又は対象となる基板領域上のパターン形成された領域（又は複数 の領域）の一方又は両方が、入射光に対し不透明でちるように、選択される。不 透明領域が存在することにより、下の表面又は領域から屈折した入射光の反射が 、不透明領域を通って透過することが除かれ、従って好ましくない干渉信号の形 成が除かれる。従って、エッチ深さ又は厚さは、より正確に決められる。

各種の基板領域は、非可視の電磁放射、たとえば紫外光に対し、本質的に不透明 である。従って、本発明の−実施例において、たとえばデバイス中に組込むべき 基板領域は、非可視入射光を用いることにより、入射光に対し、本質的に不透明 にされる。たとえば犠牲となる被膜である基板領域を含む本発明の他の実施例に おいて、基板領域はたとえば非可視入射光を用いることにより、入射光に対し、 本質的に不透明にされる。ちるいは、犠牲となる基板領域の所望の不透明さは、 基板領域中に位置合せの目的Ｖこ用いられる光を吸収しない光吸収材料を組込み 、入射光として、光吸収材料により吸収される非可視又は可視光（その波長又は 波長範囲は、位置合せ用のとは異る）を用いることにより、実現される。従って 、位置合せプロセスとの両立性を保ったまま、精度が改善される。

図面の簡単な説明 第１図はエツチングのモニター技術全示す図、第２図は断面で三層レジストを示 す図、第３図はエツチングモニター及び厚さ測定用装置の実施例全概略的に示す 図、 第４−６図は本発明及び従来のエッチモニター技術の両方金用いた基板のエツチ ング中得られる強度一時間曲線を示す図、 第７図は本発明及び従来の厚さ測定技術の両方を用いて得られる強度−波長曲線 を示す図でちる。

詳細な記述 本発明はデバイス製作法及び装置に係り、方法は基板領域のエツチングのモニタ ー又は厚さ測定の工程を含む。

本発明はまた本方法に従って製作されるデバイスを含む。

本発明のデバイス製作方法で用いられるエッチモニター及び厚さ測定技術は、対 象となる基板領域の一部又は全体に光を照射し、反射光の全体又は一部分の強度 を検出することを含む点で、一般的には従来用いてきた技術と同様である。しか し、下の基板領域（又は複数の領域）又ｉｔ対象とする基板領域上のパターン形 成された基板領域（又は複数の領域）が、入射光の少くとも一部に対し、本質的 に不透明である点において、前者の技術は後者の技術とは異る。（本発明の目的 に対し、−ヒのパターン形成された基板領域は、対象となる基板の一部又は複数 の部分上にのみあるものの一つであるが、全体ではない。

そのようなパターン形成された領域は、たとえば対象とする基板領域の全体の上 にある基板領域の選択された部分を除去するか、対象とする基板領域上に、基板 領域材料を選択的に堆積させるか、又は基板領域をはさむことにより、形成され る。）一般に、入射光は対象とする基板領域が入射光の少くとも一部に対し、本 質的に不透明であるように選択される。本発明の目的のため、基板領域は製作中 のデバイスに組込まれるか、デバイス製作プロセス中除去される基板の材料領域 である。加えて、基板領域は入射部分の約５パ・−セント以下が領域を透過する ならば、領域上の入射光の任意の部分に対し、本質的に不透明である。それに対 し、基板領域は入射部分の約５パーセント以上が領域を透過するならば、領域上 の入射光の任意の部分に対し、本質的に透明である。

たとえばエツチングをモニターしている基板領域又は厚さを測定（７ている基板 領域のような、対象とする基板領域の下にちる本質的に不透明な基板の目的は、 不透明領域の下にある表面及び構造から反射した光が（不透明領域を通して）透 過するのを防止することである。それに対し、エツチングをモニターしている基 板層上のパターン形成された本質的に不透明なレジストのような対象とする基板 領域上の、本質的に不透明なパターン形成された領域の目的は、不透明領域とた とえば対象とする領域のような下の領域との間の界面から反射された光が（不透 明領域を通して）透過するのを防止することである。従って、対象とする基板領 域のエツチング又は厚さに付随しない好ましくない信号は、大きく又は完全に除 去される。対象とする基板領域のエッチ深さ又は厚さの決定における精度は、著 しく改善される。

対象とする基板領域下の本質的に不透明な基板領域は、好ましくない干渉信号が 避けられるという以外の理由によっても有利である。たとえば、本質的に透明な 領域のエツチングをモニターする時、エツチングしている基板領域材料の本質的 に不透明な基板領域が存在することは、エッチ終了点（強度一時間曲線中の強度 振動の周波数変化に対応する）は、強度一時間曲線における相対的な極大又は相 対的な極小で常に起るという。予期せぬ利点をもつ。従って、エッチ終了点はよ り容易に予測でき、そのために従来可能であったよシ、エッチ終了点の決定の精 度が良くなる。

入射光の選択は対象とする基板領域」：又は下の基板領域により吸収され、必要 ならば対象とする基板領域が透過する光の波長（又は複数の波長）により決る。

たとえば、もし上又は下の領域が特定の波長（又は複数の波長）の光の本質的に 約５パーセント（本質的に不透明にするために）以上吸収するならば、（もし必 要ならば対象とする基板領域がこの入射光に対し本質的に透明である限り）本質 的に吸収される光が入射光として用いられる。

一般に、光の有用な波長（下又は上の基板領域で本質的に吸収され、もし必要な らば対象とする基板領域を透過する）は、対象とする基板領域と下又は上の基板 領域を光の特定の波長に対し、透過率が既知である別の基板上に、たとえば堆積 によシ、形成することによって見出せる。二つの領域にこの特定の波長の光を入 射させ、基板を透過した光の量を測定する。この点に関し、各種の基板材料はた とえば紫外（Ｕ”／）光（約１５０ｎｍないし約４００　ｎｍの範囲の波長をも つ光）のような非可視光に対し、本質的に透明又は本質的に不透明である。たと えば、二酸化シリコンはＵＶ光に対し本質的に透明であるが、（パリサブスパー ク、ニューシャーシーのフントケミカル社（Ｈｕｎｔ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ ｍｐａｎｙ　、　Ｐａ１ｉｓａｄｅｓ　Ｐａｒｋ　、　ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ　） により　ＨＰＲ−２０４の商品名で市販されているしシストのような）有機ポリ マレジストは、約２１０℃以上の温度で熱処理分受けると、ＵＶ光に対し本質的 に不透明である。

基板領域のエツチングモニター用に可視光ではなくＵＶ光を用いることは、（好 ましくない干渉信号を避けることではなく）エッチ終Ｔ点を決定するための直接 の結果でもある。すなわち、エツチング中の基板領域のエッチ深さをモニターし ている時、記録された強度一時間曲線中の二つの隣接した極小又は二つの隣接し た極大間の間隔は、入射光の波長に比例したエッチ深さの変化に対応する。可視 入射光ではな（ＵＶ入射光を用いることにより、あるエッチ深さに対応した強度 一時間曲線中の極大の数は、（ＵＶ光の波長が可視光のそれより小さいため）増 加する。その結果、エッチ深さは工り精密にモニターされる。

もし、上又は下の基板領域が任意の波長の光の約５パーセント以上を本質的に吸 収しないか、本質的に吸収される光以外の入射光の使用が必要ならば、デバイス 動作（・こ著しく悪影響を及ぼさない限り、（位置合せに用いる波長は吸収しな い）光吸収材料を、領域に加える。その場合、入射光は（対象とする基板領域が この光に対し本質的に透明である限り、もしこのことが必要ならば）光吸収材料 により光が吸収されるように選択される。光吸収材料は、たとえばモルトン・オ ートメート・ブルー８（Ｍｏｒｔｏｎ　Ａｕｔｏｍｅｔｅ　Ｂｌｕｅ　８　）と いう商品名でガーデン市、ニューヨークのビラン拳パッカー社（Ｐｙｌａｎ　Ｐ ａｃｋｅｒＣｏｍｐａｎｙ　、　Ｇａｒｄｅｎ　Ｃ１ｔｙ　、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒ ｋ　）　から市販されている色素のような色素で、これは６３２．８ｎｍ　に等 しい波長の光を吸収する。

デバイス中に最終的に組込まれる本質的に不透明な基板領域を、デバイス製作中 除去される犠牲被覆として働く本質的に不透明な基板領域からは区別するのが便 利である。本質的に不透明で、デバイス中に組込まれる下の基板領域の場合、所 望の不透明さは、一般的には光吸収拐料を組込むことによっては達成されない。

なぜならば、このことは通常困難で、しばしばデバイス動作に悪影響を及ぼすか らである。むしろ、不透明さは一般に下の基板領域が（固有に）本質的に不透明 で、もし必要な゛らば対象となる基板領域が本質的に不透明な特定の波長又は波 長範囲の光を選択することにより、達成される。一般に、有用な波長は、たとえ ばＵＶのような非可視波長範囲がある。

デバイス製作中除去される犠牲被覆として働く光吸収材料を下の基板領域中に組 込むことは、一般にデバイス動作には悪影響を及ぼさない。従って、そのような 領域の所望の不透明さは、上のプロセスを用いるか光吸収材を下の基板領域中に 組込み、この材料に吸収される入射光を選択することによって、得られる。たと えば、もし下の基板領域が、通常のスピン堆積技術によシ形成される有機ポリマ レジストのような犠牲被膜であるならば、光吸収材料は材料をレジスト′ｔＬ（ 市販の有機レジストは、典型的な場合、溶液の形で供給される）中に、溶解させ ることによシ、有機レジスト中に、容易に組込まれる。

スピン堆積をしている間、レジスト溶媒は蒸発し、光吸収材料を含む有機レジス ト材料が残る。次に、入射光は光吸収材料により吸収される可視又は非可視光に 選択される。

一般に、下の基板領域が犠牲となる被膜である時、対象となる基板領域、すなわ ち上の基板領域もまた、犠牲となる被膜である。なぜならば、下の領域を除去す るには、通常上の領域を除去することが必要だからである。

典型的な場合、下及び上の基板領域は金属部又はエッチマスク又は異なる組成の レジスト材料の領域として働く材料領域である。

デバイス中に組込まれる上のパターン形成された基板の場合、光吸収材料は上で 述べた理由により、一般に除かれる。所望の不透明さはたとえばＵＶのような非 可視の入射元金用いて、達成される。

犠牲となる被膜として働く上のパターン形成された基板領域の場合、光（吸収材 料を組込むことは、一般にデバイスには悪影響を及ぼさない。従って、不透明さ は材料により吸収される可視又は非可視入射光を用いることにより、達成される 。あるいは、光吸収材料は組込まず、入射光は上で述べた理由により、通常Ｕ　 Ｖのような非可視光である。儀礼となる」“のバク・−ン形成された基板領域は 、たとえばパターン形成されたエッチマスクで、それはたとえばパターン形成さ れた有機ポリマレジストのようなゼロ酸化状態において、金属原子が全くないも のである。本発明の目的のため、ゼロ酸化状態において約２５パーセント以下の 原子濃度金属原子を含まない限シ、材料はそれらのゼロ酸化状態において、本質 的に金属原子は含まない。

本発明をよシ完全に理解するだめの教育的目的として本発明のエツチングモニタ ー技術を、三層レジスト（三層レジストに関しては、たとえばＪ、Ｍ、Ｍａｒａ ｎ　（ジュイ・エム・モーラン）及びり、Ｍａｙｄａｎ　（ディ・メイダン）。

Ｂｅ１ｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　（ベル・シス テム・テクニカル・ジャーナル）、第５８巻、１０２７−１０３８頁（１９７９ ）　を参照のこと）に適用する場合について、以下で述べる。

三層レジストはたとえば段差のあるような非平坦表面をもつ基板層中に、非常に 微細な形状（典型的な場合、約２μｍ以下の寸法をもつ形状）をエッチするため に、一般に、（例外もある）用いられる。第２図に示されるように、三層レジス トはパターン形成すべき基板層の非平坦面（１０）を被覆し、平坦化する比較的 厚い層（２ｏ）を含む。（層（２０）はそれが表面（１０）中の段差を被覆し、 本質的に平坦な上部表面を作るという意味で、非平坦面（２０）を平坦化する。

）典型的な場合、層（２０）は通常のスピン堆積技術により、非平坦面（１ｏ） に堆積された（続いてベークされた）　ＨＰＲ−２０４レジストのような有機ポ リマーから成る。平坦化石（２０）の厚さは、約０．５　ｔｔｍないし約３μｍ の範囲である。約０．５μｍ以下の厚さは、そのように薄い層がしばしば奸才し くないほど多数のピンホールを有するため奸才しくない。約３μｍ以上の厚さは 、好ましくないほど長いエッチ時間を必要と１７、シばしば＠幅の制御性が失わ れるため、望ましくない。

三層レジストは典型的な場合、平坦化層（２０）を覆う二酸化シリコン層（３０ ）を含む。層（３０）はたとえば通常のプラズマ堆積技術Ｏてより、堆積させる 。層（３０）の厚さは、約０．０８μｍないし約０．４μｍの範囲である。約０ ．０８μｍ以下又は約０．４μｍ以上の厚さは、上で述べた理由により、好まし くない。

（露出エネルギーの性質に依存して）たとえばフォトレジスト、電子ビームレジ スト又はＸ線レジストのようなレジストの比較的薄い層（４０）は、二酸化シリ コンＭ（３０）を被覆する。たとえば層（４０）はアメリカン・ホエチスト社、 ツマ−ビル、ニューシャーシー（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｈｏｅｃｈｓｔ　Ｃｏｒｐ ｏｒａｔｉｏｎ　、　Ｓｏｍｅｒｖｉｌｌｅ　、　Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ）から ＡＺ−２４１，５の商品名で市販されているフォトレジスト又はミードテクノロ ジー社、ローラ、ミズリー（ＭｅａｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　、　Ｉｎｃｏ ｒｐｏｒａｔｅｄ、Ｒｏｌｌａ、　Ｍｉｓｓｏｕｒｉ　）からＰＢＳの商品名で 市販されているｅ−ビームレジスト又はブレイトレークケミカル社、ウェスドラ ファイト、インジアナ（Ｇｒｅａｔ　Ｌａｋｅｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐ ａｎｙ　、　Ｗｅｓｔ　Ｌａｆａｙｅｔｔｅ　。

Ｉｎｄｉａｎａ　）から市販されているＤＣＯＰＡ　Ｘ線レジストを含む。一般 に、層（４０）は通常のスピン堆積技術により、層（３０）上に堆積させ′、約 ０．３μｍ　ないし約１．５μｍの範囲の厚さを有する。約０．３μｍ以下の厚 さは、そのような薄い層がしばしば好ましくないほど多くのピンホールを有する ため望ましくなく、一方約１．５μｍ以上の厚さは、そのような厚い層では比較 的小さな形状（約２μｍ以下）の分解能を得ることが困難であるため好ましくな い。

非平坦基板層中にパターンをエツチングする過程において、パターンは最初層（ ４０）を化学線作用の放射（たとえば電磁放射又は電子線又はＸ線）に選択的に 露出し、次に層（４０）を現像することにより、規定される。次に、パターン形 成された層（４０）をエッチマスクとして用い、たとえばＣＨＦ３　プラズマ中 で層（３０）をエツチングすることにより、層（３０）中にパターンが転写され る。その後、層（３０）中に規定されたパターンは、層（３０）をエッチマスク として用いて、０２プラズマ中で層（２０）’ｔエツチングすることにより、層 （２０）中に転写される。最後に、パターン形成された層（２０）をマスクとし て用いて、この層をエツチングすることにより、非平坦基板層中に所望のパター ンが転写される。

上述のエツチングプロセスにおける重要な考えは、二酸化シリコン層（３０）の オーバーエツチングを避ける必要があることである。そのようなオーバーエツチ ングはしばしばパターン形成された層（４０）の劣化を起し、それにより層（３ ０）のエツチング中、線幅の制御性が失われ、ピンホールのような欠陥の可能性 が増し、最終的には非平坦基板層のエツチング中、同様の結果が生じる１０通常 の技術Ｃ層（３０）の裸の部分又はパターン形成されたレジスト層（４０）によ り被覆された部分上に可視光を照射する）を用いて、層（３０）のエツチングを モニターする試みは、層（２０）の可視光に対する透明性のため、失敗している 。すなわち、層（３０）のエツチングに付随した干渉信号より、非平坦表面（１ ０）中の構造から反射された屈折入射光と層（２０）を通って（第２図に示され るように上方に）透過した光により生じた信号の方が、一般的に強い。しかし、 層（３０）のエツチングモニターは本発明に従い、二酸化シリコン層（３０）が 本質的に透明で、ＨＰＲ−２０４層（２０）が本質的に不透明であるＴ、Ｊ　Ｖ 入射光を用いることによシ、容易にかつ正確に行うことができる。あるいは、６ ３２．８ｎｍに等しい波長の可視光を吸収するモルトン・オートメート・ブルー ８色素が（上で述べたように）層（２０）中に組込まれ、６３２．８ｎｍ　の波 長の光が、エツチングモニター中入射光として用いられる。レジスト溶液中の色 素（体積）濃度は、約４パーセントないし約１０パーセントの範囲にある。不透 明さが望ましくない程低い不透明層を生じるため、約４パーセント以下の濃度は 好ましくない。約１０パーセント以上の濃度は好ましくない。

なぜならば、それらはしばしば二酸化シリコン層（３０）及び下の基板に対する 固着性が好１しくない程低く、比較的低品質のマスク、すなわち下の基板のエツ チング中容易に劣化するマスクであるため好ましくない。

二酸化シリコン（３０）のエツチングに続き、たとえば次に可視入射光を用いて 、ＨＰＲ−２０４層（２０）のエツチングが容易てモニターされる。なぜならば 、層（２０）は（層（２０）中に組込まれる任意の光吸収材料が可視光を吸収し ない限り）、そのような入射光に対し、本質的に透明だからである。更に、下の 基板は、たとえばシリコンのようなものであると、入射可視光に対し、本質的に 透明となるであろう。

本発明の一視点、すなわち本発明のエッチモニター技術は、一般にプラズマ及び 湿式化学エツチング、反応性スパッタエツチング（反応性イオンエツチングとも よばれる）及びイオンミリングを含むすべてのエツチング技術に適用されるが、 これらに限定はされない。加えて、本発明の方法はまたエネルギーの方向性ビー ム又は荷電粒子の方向性ビームを、エッチマスクを用いず基板領域に直接パター ン形成するのに用いる技術にも、適用できる。

本発明は本エツチングモニター及び厚さ測定技術を、デバイス製作に応用するこ とも包含する。すなわち、本発明に従うと、電子情報処理デバイスのようなデバ イスが、当業者には周知の工程、たとえば基板領域の厚さを貫いてパターンをエ ツチングする工程を含む技術により、製作される。あるいは、エッチしない基板 領域及び所望の厚さをもつ基板領域が形成される。前者の場合、所望のエッチ深 さを得るために、本発明のエツチングモニター技術又は夕発明のＨｇさ測定技術 を柑いて、基板領域のエツチングがモニターされ、（もしエッチ速度が既知なら ば）、？］るいＱまその厚さが測定される。後者の場合、基板領域の厚さは、本 発明の厚さ測定技術を用い、所望の厚さに到達するまで調節され、測定される。

一度所望のエッチ深さＲｉは所望の厚さに達すると、デバイスは一連の通常の工 程に、ｌ：す、完成さぜられる。

本究明はまたエツチングモニター及び厚さ測定法を実施するための装置も含む。

一般に、そのような装置は、基板領域を照射するだめの、だとえばＵ　Ｖのよう な非可視光源と、領域から反射した非可視光の強度を検出し、記録するだめの検 出器及び記録計を含む。

Ｊん仮領域のエツチングをモニターあるいは厚さを測定するための装置の一実施 例が、第３図に概略的に描かれている。（これはまた本発明に含１れない装置も 描いでいる。）この装置はたとえばＵ　Ｖのような非可視光源（５０）、たとえ ば水銀アークランプと、源（５０）から放射される光のたとえば約５０パーセン トを透過し、約５０パーセントを反射する部分的に透明で、部分的に反射性のビ ームスプリッタ（６０）を含む。装置はまた、光検出器（８０）とともに、レン ズ（７０）も含む。動作中、源（８０）から放出された光は、一部がビームスプ リッタ（６０）を透過し、レンズに行き、レンズは透過光を基板領域とに焦点を 合わせる。（あるいは、もし領域がプラズマ又は反応容器内にちるならば、反応 容器の丸字窓上に焦点を合わせ、それを通して光は領域に入射する。）基板領域 から反射されプれ光は、次にレンズ（７０）を透過し、ビームスプリッタ（６０ ）　Ｋ行キ、そこでこの光の一部が検出器（８０）上に反射される。

本発明は更に湿式化学エツチング機械及びプラズマエツチングのＪ゛うな乾式エ ツチング機械、反応性イオンエツチング機械及びイオンミリング機械を含み、そ れは上で述べた本発明のエツチングモニター及び厚さ測定装置と組合さった湿式 又は乾式エツチング反応容器を含む。

そのようなエツチング機械によシ、従来可能であったより、より正確なエッチ深 さに、基板をエッチすることが可能になる。

第１例 反応性イオンエツチング中の基板のエッチ深さをモニターするため、本発明によ るエツチングモニター技術（この例ではＵＶ光を用いた）及び通常のエツチング モニター技術（可視光を用いた）を用いた。基板は７．６α（３インチ）シリコ ンウェハを含み、その平坦な表面はＨＰＲ−２０４レジストと二酸化シリコンの 層により、被覆されていた。レジストは通常のスピン堆積技術により堆積させ、 ２１０℃で約２時間ベークした。レジストの厚さｔナノスペック・スペクトロフ ォトメータで測定したところ、約１．８μｍでちった。二酸化シリコンの層は、 通常のプラズマ補助化学気相堆積技術を用いて堆積させ、（エツチングモニター のデータから決だ）厚さは、約０、】４μｍであった。

基板を反応性イオンエッチするために用いた装置は、ステラし・ススチール、円 筒状反応容器で、それは高さ６１　ｃｍ　（２４インチ）、直径４９．３ｃｒｎ （１９インチ）であった。反応室内の中央に円筒状電極が配置され、それは高さ ３５．６ｃｒｎ（１４インチ）で、六角形の断面を有した。

六角状電砥の相対する平行な側面は、約１５　ｃｍ　（６インチ）離れていた。

基板は六角状電極の一側面上にマウントされ、ＣＨＦ。

雰囲気中で約１０分間反応性イオンエッチした。エツチングプロセス中、反応容 器の壁は接地され、１３．５６　ＭＩ（ｚＶｆ　信号が六角状電極に印加され、 ３５−７分でＣＨＦ。

が反応容器中に流され、反応容器内の圧力は１．３３Ｐａ（１０ミリトール）に 保たれた。反応容器の壁と六角状電極壁の間のｄｃバイアス電圧は、４１０ボル トで、パワー密度は０．０７ワツト／ｄであった。

エツチングプロセス中、エッチ深さはＵＶ光（２５３，７ｏｍ　に等しい波長の 光）と可視光（６３２，８ｎｍ　に等しい波長の光）の両方を反応容器の光学窓 を通して基板上に垂直に入射させ、反射光を検出及び記録することにより、モニ ターした。第３図に概略的に描かれたエツチングモニターに含まれる装置は、Ｕ Ｖ光学（５０）すなわちスペクトロニクス社ウェストブリ、ニューヨーク（５ｐ ｅｃｔｒ。

ｎ１ｃｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　、　Ｗｅｓｔｂｕｒｙ、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒ ｋ　）　から市販されている低圧水銀アークランプ、モデルｌｌ５Ｃ−２を含み 、２５３．７ｏｍ　にこれは強く狭い放射を有した。装置はまた溶融シリカ基板 上に形成された透電体薄膜から成るビームスプリッタ（６０）を含んだ。源（５ ０）から放出される光線に対し、４５度に向けたビームスプリッタ（６ｏ）は、 ４５度の角度で入射する任意の２５３．７ｏｍ　の光の、５０パーセントを反射 し、５０パーセントを透過するよう設計された。ビームスプリンタ（６０）を透 過するＵＶ光は、溶融シリカレンズ（７０）に入射し、それはビームスプリッタ （１００）（これは２５３．７ｏｍ　の光に対し高い透過率をもつよう設計され た）を通し、反応容器中の光学窓を経て、基板にこの光の焦点を合わせた。基板 から反射されたＵＶ光は、ビームスプリッタ（１００）及びレンズ（７０）を通 して、ビームスプリッタ（６ｏ）に行き、そこでこの光の一部は、ハママッ社、 ミドルセックス、ニュージャーシイ（Ｉ（ａｍａｍａｔｓｕ　Ｃｏｒｐｏｒａｔ ｉｏｎ　。

Ｍｉｄｄｌｅｓｅｘ　、　Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ　）から市販されているフォト マルチプライヤ管モデルＲ−１６６を含む光検出器（８ｏ）上に反射された。こ の検出器は約３００　ｎｍより短い波長にのみ感度を有した。

エツチングモニター装置はまた、ユニフェイズ社、マウンテンビュー、カリフォ ルニア（Ｕｎｉｐｈａｓｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。

Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｖｉｅｗ　、　Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ）　から購入したＨｃ −Ｎｅレーザ（１１０）、モデルＮα１１０３ｒ”’、（含み、それは６３２． ８ｎｍに等しい波長の光を放出しだ。この光はビームスプリッタ（９０）・及び （１００）にノ偵次入射し、ビームスプリッタのそれぞれはビームスプリッタ（ ６０）に対し垂直、し・−ザ（１１０）から放出される光に対し、４５度の角度 をなした。ビームスプリッタ（９０）及び（１００）はレーザ（１００）から放 出された光の一部を、反応容器中の光学窓を通して基板まで、（反射により）透 過させる働きをした。ビームスプリッタ（９０）及び（１００）はまた、基板に より反射されたレーザ光の一部を、光検出器（１２０）に（反射を通して）透過 させた。ビームスプリンタ（９０）はオリエール社、スタットフォード、コネチ カット（０ｒｔｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　、　５ｔｒａｔｆｏｒｄ　、　 Ｃｏｎｎｅｔｉｃｕｔ）から購入した薄膜ビームスプリッタ、モデルｍ　３７４ ３で、それは４５度の角度で入射する６３２．８ｎｍ　の光の５０パーセントを 透過し、５０パーセントを反射するように設計されていた。一方、ビームスプリ ッタ（１００）は溶融シリカ基板上に形成された誘電体薄膜で、２５３．７ｎｍ の光を全て本質的に透過し、４５度の角度で入射する６３２．８ｎｍ　の光の９ ０パーセントを反射するよう設計された。光検出器（１２０）はユナイテッド、 ディテクタ・テクノロジー社、カルバシティ、カリフォルニア（Ｕｎｉｔｅｄ　 Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　、　Ｃｕ １ｖｒ　Ｃ４ｔｙ　。

Ｃａ目ｆｏｒｎｉａ　）から市販されているＰｉＮ−５ＤＰ検出器であった。

ＵＶ検出器（８０）により検出されるように、反応ＵＶ光の強度は、ストリップ チャート記録計により、時間の関数として記録され、第４図に示されている。検 出器（１２０）で検出されるように、反射された可視光の強度が、同図に示され ている。二酸化シリコン層のエツチング及びレジスト層のエツチングに対応した 二つの強度一時間曲線の一部に、印がつけられている。明らかなように、二酸化 シリコンに対応するＵＶ強度一時間曲線は、約１３／４強度の強度振動を含み、 （第４図中の矢印で示されるように）エッチ終了点は強度極値で起った。（反射 ＵＶ光の強度の全体の低下は、エツチング中、反応性イオンエツチング室の光学 窓上に、Ｕｖ光吸収ポリマが蓄積したことによると信じられる。）一方、二酸化 シリコンエツチングに対応する可視強度一時間曲線は、約３１５の強度振動のみ を含み、（やはシ第４図の矢印で示された）エッチ終了点の位置は、強度極大値 ではない。

第２例 上部表面が第１のパターン形成された二酸化シリコンの層、ＨＰＲ−２０４レジ ストの層及び第２の二酸化シリコンの層を有する７、　６　ｃｍ　（３−インチ ）シリコンウェハを含む基板をエッチし、エッチ深さをモニターするためにも、 第１例で示した装置を用いた。通常の熱酸化技術により成長させた第１の二酸化 シリコン層は、ナノスペックスペクトルフォトメータにより測定したところ、約 ０．３５μｍの厚さを有した。この第１の二酸化シリコン層中のパターンは、５ μｍの線と間隔から成り、通常のりソグラフイ及びエツチング技術により、形成 された。

ＨＰＲ−２０４レジストの厚さ及び二酸化シリコン層の厚さは、第１例のものと 同じであった。

試料上に入射したＵＶ及び可視光により生じた強度一時間曲線が、第５図に描か れている。明らかなように、ＵＶ強度一時間曲線は、第４図中のものと本質的に 同一である。このことは、ＵＶ反射技術が、下の構造又は表面、たどえばパター ン形成された二酸化シリコン層に付随した非平坦面の存在には、本質的に感度を もたないこパターン形成されたＨＰＲ−２０４レジストの層で被覆された二酸化 シリコンの層をエッチし、エツチングをモニターするために、再び第１例で述べ た装置を用いた。レジスト及び二酸化シリコン層’ｄ、７．６　ｃｍ　（３−イ ンチ）シリコンウェハヒにあった。通常の熱酸化技術を用いて成長させた二酸化 シリコン層（・弓２、ナノスペック・スペクトルフォト・メータにより測定した ところ、約１．８μ、ｎの厚さを有した１、スピン堆積させ、−１−て述べたよ うにベークしプこＨＰＲ−２０４レジス！゛も、ナノスペック・スペクトルフォ トメ・−タで４１１１定したところ、約１６μｍの厚さを有した。三層レジスト プロセスを用いて形成したレジスト中のパターンは、円形窓のアレイから成り、 円のそれぞれ約３／４の直径と、隣接した円形窓間の中心間距離は、約１３／４ μｍであった。

ＵＶ入射光と可視入射光の両方を用いて得られた強度一時間曲線が、第６図に示 されている。可視の強度一時間曲線は、わずかに１以上の強度振動を有し、それ はほとんど（比較的遅い）　ＨＰＲ−２０４レジストの腐食によるものであると 信じられる。一方、０７強度一時間曲線は、はとんど二酸化シリコン層のエツチ ングによる、多くの強度振動全含む。前と同様、二酸化シリコン層の（第６図中 の矢印で示された）エッチ終了点は、強度最大値で（７，６ｃｍ　（３−インチ ）シリコンウェハで支持された）ＨＰＲ−２０４レジストの層の上にあるプラズ マ堆積二酸化シリコン層の厚さを、約１９０　ｎｍ　ないし約９００ｎｍ　の範 囲の光を二酸化シリコン層上に入射させ、波長の関数とＩ７て反射光の強度を測 定することにより、測定した。光源及び光検出器が、バーキンーエルマ社、ノル ウオーク、コネヂカット（Ｐｅｒｋｉｎ　−Ｅｌｍｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ ｎ　、　Ｎｏｒｗａｌｋ　＊Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ、　）　から購入した二重 ビームスベクトルフォトメータＭｏｄｅｌ　５７５中に含まれた。動作中、スペ クトルフォトメ・−夕により放射された光は、試験用試料と基準試別（この場Ｑ 、ＨＰＲ〜２０４レジストの層で被覆された７、６　ｃｍ　（３インチ）シリコ ンウェハ）の両方に入射し、スペクトルフォトメータが両方の試料から反射され た光の強度比を測定する。得られた波長の関数としての規格化された強度が、第 ７図に描かれている。ここで用いた波長のＵＶ部分、すなわち約１９０ｎｍ　な いし約４００　ｎｍの範囲の波長の場合、強度−波長曲線の構造は比較的簡単で ある。すなわち曲線は比較的少い強度極大値と極小値を含む。こねはＵＶ波長に おいて、ＨＰＲ〜２０４　レジストが本質的に不透明で、検出された極太及び極 小は、これらの波長において本質的に透明な二酸化シリコン層の厚さによりほと んど決るという事実に基いている。一方、ＵＶ範囲以上の波長、すなわち４００ 　ｎｒｎより長い波長の場合、強度−波長曲線は、比較的複雑である。これはＨ ＰＲ−２０４レジストはもはや不透明ではなく、波長とともに急激に変化する強 度音生じるという事実によると確信される。

１．５６という二酸化シリコンの屈折率と、ＵＶ波長範囲内の第１の強度極小と 第１及び第２の強度極大を用いることにより、二酸化シリコン層の厚さを計算し たところ、（Ｆ、　Ｒｅ１ｙ、ｍａｎ　（エフ拳うイツマン及びＷ、　Ｖａｎ　 Ｇｅ１ｄｓｒクス・６２５頁にＫｊＳべられている方法を用いた）　、０．１１ ９３μｍｎであった。既知のプラズマ堆積の速度と堆積時間に基くと、二酸化シ リコン層は約０，１２μｍの厚さであることがわかった。

Ｆ／σ１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ；、　、ｆ 国際調査報告 Ｕ ａＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　Ｓｌ：ＡＲＣＨＲＥ］？ ＯＲＴ　０ＮＵＳ−Ａ−４４３０１５１０７１０２／Ｂ４　ＪＰ−Ａ−５８２１ ８１２１１９／１２／８３υ５−Ａ−４４０５９８９２０１０９／８３　ＪＰ− Ａ−５６１３３４６６１９／１０／８１ｓｅｅ　０ｆｆｉｃｉａｌ　Ｊｏｕｒｎ ａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｐａｔｅｎｔ　０ｆｆｉｃａ、Ｎｏ、 １２７８２竹表昭６１−５０３０３９　（１１） ニュージャーシイ、ウオーレン、アバ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．材料の第２の領域上にある材料の第１の領域を測定するか、材料の第２の領 域の上又は下にある材料の第１の領域の少くとも一部をエツチングし、前記第２ の領域はパターン形成され、もし前記第１の領域が前記第２の領域下にあるなら ば、前記エツチング中エツチマスクとして働く工程、 前記第１領域の一部に光を照射し、前記第１の領域から反射された光の少くとも 一部の強度を検出することにより、前記厚さを測定するか又は前記エツチングを モニターする工程、 エツチングをする時、前記エツチングを検出された強度に基いて停止させる工程 、及び 前記デバイスの製作を完了する工程、 から成るデバイスの製作方法において、的記照射光は前記第１及び第２の領域に 対し、もし前記第１の領域が前記第２の領域の上にあるならば、前記第１の領域 は前記光に対し、本質的に透明で、前記第２の領域は前記光に対し本質的に不透 明であり、もし前記第１の領域が前記第２の領域の下にあるならば、前記パター ン形成された第２の領域は、前記光に対し本質的に不透明であるように選択され た光を含むことを特徴とする方法 ２．請求の範囲第１項に記載された方法において、前記測定又はモニター工程中 用いられる光は、非可視光を含むことを特徴とする方法 ３．請求の範囲第２項に記載された方法において、前記非可視光はＵＶ光である ことを特徴とする方法４．請求の範囲第１，２又は３項に記載された方法におい て、 もしエツチングであり、もし前記第１の領域が前記第２の領域上にあるならば、 前記停止工程に続き、前記第１の領域を除去することを特徴とする方法５．請求 の範囲第４項に記載された方法において、もしエツチングで、もし前記第１の領 域が前記第２の領域の上にあるならば、前記停止工程に続いて、前記第２の領域 を除去することを特徴とする方法６．請求の範囲第１項に記載された方法におい て、もしエツチングて、もし前記第１の領域が前記第２の領域上にあるならば、 前記エツチング工程に先だち、基板上に犠牲となる被膜を形成し、前記被膜は前 記第１及び第２の領域を含み、 前記完了工程は前記犠牲となる被膜を除去する工程を含むことを特徴とする方法 ７．請求の範囲第２項に記載された方法において、もし測定ならば、前記完了工 程は前記第１の領域の少くとも一部をエツチングする工程を含み、エツチング時 間は一部分前記第１の領域の測定された厚さにより、決められることを特徴とす る方法 ８．請求の範囲第２項に記載された方法において、もし測定ならば、前記完了工 程は測定された厚さに応答して、前記第１の領域の厚さを変える工程を含むこと を特徴とする方法 ９．請求の範囲第１項に記載された方法において、もしエツチングであり、もし 前記第１の領域が前記第２の領域の下にあるならば、前記第２領域はパターン形 成された犠牲となる被膜であり、前記第１の領域は基板で、前記被膜はそれらの ゼロ酸化状態において、本質的に金属原子を本質的に含まない材料を含み、前記 完了工程は前記パターン形成された犠牲となる被膜を除去する工程を含むことを 特徴とする方法