JPS6176690A

JPS6176690A - エツチング・プロセスの終点を検出する方法と装置

Info

Publication number: JPS6176690A
Application number: JP8735085A
Authority: JP
Inventors: ジヨン　デイー．シエベツツ; チヤールズ　ケイ．ハリス; トム　ジエイ．シヤフナー; シエイン　アール．パーマー
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1984-04-24
Filing date: 1985-04-23
Publication date: 1986-04-19

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】産業上の利用分野この発明は予め定めた制限に従ってエツチング作業が完
了した時をオンラインで判定する装置に関する。

従来の技術　びその間　、半導体装置、レティクル等を製造する際、半導体材料、
金属等の上に予定の幅を持つ線又は形状をエツチングす
ることは従来周知である。この方法は、フォトレジスト
の形をしたマスクを、エッチしようとするサンプルの上
に配置することを必要とするのが普通である。フォトレ
ジストを適当に露光して処理して、エツチングを行なう
べき又は行なうべきでない領域だけに、フォトレジスト
が残る様にする。この後、フォトレジストが除去された
領域又は除去されなかった領域で、標準的な方法のエツ
チングが行なわれる。従来のこういう方法は、エッチの
幅が予定の寸法に達した時を高い精度で決定すること、
特に処理作業自体の間に（オンラインで）決定すること
が困難であるという問題があった。多くのエツチング方
法では、アンダカットが起ることによって、この問題は
尚更複雑になり、エッチする線幅を正確に決定する問題
が難しくなる。

従来、この問題は、「勘によるＪ　　（Ｓｅａｔ　０ｆ
ｔｈｅ　ｐａｎｔｓ　）作業によって解決されていた。

即ち、予定の条件の下にエツチングを行ない、所望の寸
法が正確に得られるまで、定期的にサンプルを顕微鏡の
下で検査していた。この後の装置は、正確な寸法を得る
のに前に使われたのと同じ処理工程を使って作られる。

こういう種類の方法は誤差があることが理解されよう。

集積回路等の寸法がＬＳＩからＶＬＳＩに向って１ミク
ロン未満に進むにつれて、所要精度の要求が尚丈高まる
と共に、レティクル、スライス、半導体装置等を製造す
る各々の段階に尚更厳しい制御が要求される。特に、金
属のエツチングに精密な制御が出来ないと、線幅及びス
ペースの寸法が大きすぎたり小さすぎたりすることがあ
る。

従来、半導体装置を処理する場合の終点検出装置が用い
られている。然し、こういう方法は、エッチの幅ではな
く、エッチの深さを測定する為に用いられており、ここ
で述べた問題を解決するには実質的に価値がない。

４題点を解決する為の手段及びその作用この発明では、
線幅及び間隔がエッチング・プロセスの間に変化する時
に、それらをリアルタイムで監視することが出来る様に
する、光の回折に基づく終点検出装置を提供する。こう
いう技術により、処理作業の間、線幅自体を測定するこ
とによって、エッチ手順の終点がオンラインで決定され
る。線幅が普通は最も関心のある１個のパラメータであ
る。更に、オンラインでエッチング・プロセスを変更す
ることにより、線幅をリアルタイムで調節することが出
来る。従って、こういう種類の方法は、線幅の変化に対
する感度を高くすることが出来、約０．０２ミクロクン
の精度又はそれ以上の精度にすることが出来る。更に、
ここで説明する装置は本質的に簡単であって、正確な光
学系の整合や、或いは現存のエツチング装置に対する大
樹りな修正を必要としない。

簡単に云うと、この発明では、レーザから出る様な強力
な光の細いビームを「エッチ・モニタ」パターン上に入
射させる。この「エッチ・モニタ」パターンは、エッチ
しようとする基板上の、最終製品に使われない領域で、
露光してレジストを現像しである。このパターンは平行
線格子であることが好ましいが、フレネル帯又は１本の
線の様なこの他の図案も使うことが出来る。等方性のエ
ツチングでは、線は最初は細いスリットの様に見え、そ
の後、金属の様な材料がアンダカット作用によって除去
されるにつれて、−Ｓ広くなる。方向性エツチングでは
、イオン・ミルの入射角の様な鍬械のパラメータを調節
することによって、同じ制御が達成される。この装置は
透過又は反射の何れによる回折パターンを用いても作用
する。

実際には、製造される装置をエッチする時、好ましくは
レーザからの、予定の周波数を持つ光ビームを「エッチ
・モニタ」に透過させ又はそれから反射させる。「エッ
チ・モニタ」が同時にエッチされ、周知の形式の回折パ
ターンを発生する。

回折パターンの少なくとも２つの相異なる次数のビーム
の強度を測定し、２つの相異なる次数の信号を比較して
その比を求める。（回折パターンの各部分の強度はスリ
ットの幅と共に増加するが、比例はしない。）この比信
号を予め作成した比信号の表にある値と比較する。エッ
チするスリットの同一の最終的な幅に対して、同じ次数
の比を比較する。比信号と表の間の比較が成立すると、
エッチング・プロセスを打切る。こうしてここで説明す
る光学系を用いて達成し得る程度の精度を持つエッチ作
業がオンラインで実施される。約０．０２ミクロン並び
に場合によってはそれよりも更によい精度が上に述べた
方法によって達成出来る。

実施例第１図には、硝子基板１の一部分が示されている。その
内、普通は使われない部分の上に、クロム又はアルミニ
ウムの様な金属の層３が設けられ、層３の上にフォトレ
ジスト・パターン５が形成される。フォトレジスト・パ
ターン５は、第２図に示す様に、予定の幅を持つ一連の
スペース又はスリットが出来る様になっている。適当な
エツチングの間、スリットの幅が５μｍから９μｍまで
開くにつれて、基板１上の金属３内には漸進的な段階で
第２図に示す様なパターンが得られる。この時間の間、
第２図に示す様な「エッチ・モニタ」のスリットを介し
てレーザ・ビームを投射し、第３図に示す透過形回折パ
ターンを発生する。

具体的に云うと、第２図に示すスリットは、第１図の金
属３を電子ビームによってパターンを定めることによっ
て形成された′。これは例えばクロム硝子のレティクル
又はスライスであってよい。

この例のスリット幅は、第１図に示す様なりロムのフォ
トマスク上の等方性エツチングの通行を模擬（シミュレ
ート）する為に、５乃至９ミクロンにわたる。ヘリウム
・ネオン・レーザ（６３２，８行ｍ＞を用いて、フォトセルにより透過様
式の回折強度を測定した。このフォトセルは０次（１次
ビーム）に対して６００ｍｖに較正してあり、有意の読
取値は３ｍｖよりもはっきりとよい。この構成により、
３１６００、″即ち０．００５よりもよい強度比を決定
することが出来た。第４図の測定曲線（１数対Ｏ次の比
）の勾配から、これは９ミクロンの線に対しては０．０
５ミクロンの感度に対応し、４ミクロンの線に対しては
０．０２ミクロン感度に対応する（第４図）。幅の広い
線に対してはレーザの波長を長くし、幅の狭い線に対し
てはレーザの波長を短くすることにより、高い感度が達
成される。回折パターンの他の次数の間の比を利用する
ことも可能である。

第４図には、０次回折パターン信号に対する１次回折パ
ターン信号の強度比と、０次回折パターン信号に対する
４次回折パターン信号の強度比を示すグラフが示されて
いる。こういう比関数が予め決定されていて、例えばエ
ツチング作業を打切るという様な制御機能を実施する為
に、オンラインで予定のスリット幅の寸法が達成された
時を判定する為に、後で装置の動作に関連して使われる
。

第５図には、この発明の典型的な形の装置が略図で示さ
れている。第５図に示す装置はエツチングの環境（図に
示してない）内に封入されている。

この環境とは、プラズマ、ＲＩＥ、イオンニル、ＲＩＢ
Ｅ、ウェットケミカル等のエツチング反応室である。こ
の環境は、スライス保持体１３上に配置されたマスク、
レティクル又はスライス１１の内、領域１ｏでマスク、
レティクル又はスライスの所期のエツチング作用を行な
うと共に、他の目的には使われていないレティクル又は
スライスの領域をエッチして、上に述べた様に「エッチ
・モニタ」パターン９を作る。透過モードでは、レーザ
・ビーム１５が鏡１７で反射され、第２図に示したパタ
ーンの１行の形をした「エッチ・モニタ」を通過し、第
３図に示す様な形式の回折パターンを作る。光検出器１
９．２１．２３が、第３図に示す様に回折パターンの予
定の次数を検出する様に位置ぎめされている。例えば、
光検出器２１は回折パターンの０次部分を検出する様に
位置きめすることが出来、これに対して光検出器１９．
２３は０次の両側にある回折パターンの１次部分を検出
する様に位置ぎめされている。光検出器を上に述べた様
に他の任意の次数を検出する様に位置きめすることが出
来ることは明らかである。

この代りとして、第５図に示す様に、反射モードを利用
することも出来る。この場合も、「エッチ・モニタ」パ
ターン２５が示されている。このパターンは「エッチ・
モニタ」パターン９と同じであるが、レーザ・ビーム２
７がレティクル又はスライス１１の上方に位置ぎめされ
ていて、そのビームが反射されて光検出器２９．３１に
行く点が異なる。光検出器２９．３１は回折パターンの
予定の次数を拾うか又は検出する様に位置ぎめされてい
る。例えば、光検出器２９は４次を検出する様に位置ぎ
めされ、これに対して光検出器３１は５次を検出する様
に位置ぎめされる。反射モードでは、し〜ザ自体からの
レーザ・ビームが０次の通路内に直接的にある為、回折
パターンの０次は光検出器によって直接的に検出するこ
とが出来ない。然し、レーザ・ビーム２７の一部分を検
出器に反射するプリズム、透過鏡等を使って、０次ビー
ムの強度を決定することにより、回折パターンの０次の
強度を決定することが出来る。第５図について上に述べ
た様な測定が行なわれる時、予定のパターン及び予定の
エツチング手順に従って、レティクル又はスライス１１
のエツチングが同時に行なわれていることを承知された
い。

第６図には、第５図に示す環境内で行なわれるエッチン
グ・プロセスを制御するという様な制御礪能を行なう為
に、第５図の光検出器によって検出された信号を利用す
る装置の概略図が示されている。第６図には、第５図と
同じ検出器１９゜２１．２３が示されており、光検出器
１９．２３から受取った信号を平均化回路４１で平均す
る。

検出器１９．２３の内の１つだけを利用することにより
、平均化回路４１を省略してもよいことを承知されたい
。平均化回路４１からの平均信号と光検出器２１からの
信号との比を比回路４３で作り、１次信号及びＯ次信号
の間の比を発生する。

次にこの比信号が例えば第４図に示した上側の曲線の様
な前以って較正した信号と比較される。比回路４３から
の信号の比が、閾値比較回路４５で測定した同値信号よ
り大きい限り、今の場合のエツチング作業の様な動作装
置が、オン・システムを表わすボックス４７によって「
オン」に保たれる。閾値回路が予定の閾値に達したか或
いはそれを越えたことを表示すると、打切り回路４９に
対して信号が発せられて、今の場合のエツチング作業の
様な動作を「オフ」に転する。この装置はエッチング・
プロセス又は他のどんなプロセスを考えているにしても
、それをオンラインで監視して制御することが理解され
よう。第７図を見れば判る様に、ミクロン数で表わした
スリット幅の関数としてのミクロン数で表わした検出可
能な線幅の変化をオンライン動作で厳密に制御すること
が出来る。

この発明を特定の好ましい見施例について・説明したが
、当業者にはいろいろな変更が直ぐに考えられよう。従
って、特許請求の範囲は、この様な全ての変更を包括す
る様に、従来技術から考えて可能な限り広く解釈された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板の使われていない領域にある「エッチ・モ
ニタ」パターンを形成することを示す略図、第２図は金
属のエツチングによって第１図の基板上に形成された一
連のスリット幅を示す線図、第３図は第２図の一連のス
リットの各々を通った透過光によって得られる透過形回
折パターンを示す写真、第４図は回折パターンのスリッ
ト幅の関数としての、０次に対する１次の強度比、及び
０次に対する４次の強度比を示すグラフ、第５図はこの
発明に従ってオンラインでスリット幅を決定する測定装
置の略図、第６図は第５図の光検出器から受取った信号
からオンラインでエツチングを制御する装置のブロック
図、第７図はスリット幅の関数として検出可能な線幅の
変化を示すグラフである。主な符号の説明９：「エッチ・モニタ」パターン１１ニスライス１９．２１．２３：光検出器４３：北回路４５：閾値回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エッチするサンプルを用意し、エッチ・モニタを
用意し、前記サンプル及び前記エッチ・モニタを同時に
エッチし、前記エッチ・モニタからオンラインで回折パ
ターンを作り、該パターンの少なくとも２つの予定の相
異なる次数の光の強度の比を表わす信号を発生し、該信
号を予定の基準と比較し、前記信号及び前記予定の基準
が予定の関係を持つ時に機能を働かせる工程から成るエ
ッチングプロセスの終点を検出するための方法。
（２）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て、前
記サンプル及び前記エッチ・モニタが一体構造の上に配
置されている方法。
（３）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て、前
記エッチ・モニタがエッチすべき層及びその上の予定の
レジスト・パターンを含んでいる方法。
（４）特許請求の範囲第２項に記載した方法に於て、前
記エッチ・モニタがエッチすべき層及びその上の予定の
レジスト・パターンを含んでいる方法。
（５）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て、略
単色光の光ビームを前記エッチ・モニタに通すことによ
り、前記回折パターンが発生される方法。
（６）特許請求の範囲第２項に記載した方法に於て、略
単色光の光ビームをエッチ・モニタに通すことにより、
前記回折パターンが発生される方法。
（７）特許請求の範囲第３項に記載した方法に於て、略
単色光の光ビームをエッチ・モニタに通すことにより、
前記回折パターンが発生される方法。
（８）特許請求の範囲第４項に記載した方法に於て、略
単色光の光ビームをエッチ・モニタに通すことにより、
前記回折パターンが発生される方法。
（９）特許請求の範囲第５項に記載した方法に於て、前
記回折パターンが連続的に発生される方法。
（１０）特許請求の範囲第６項に記載した方法に於て、
前記回折パターンが連続的に発生される方法。
（１１）特許請求の範囲第７項に記載した方法に於て、
前記回折パターンが連続的に発生される方法。
（１２）特許請求の範囲第８項に記載した方法に於て、
前記回折パターンが連続的に発生される方法。
（１３）特許請求の範囲第１項に記載した方法に於て、
略単色光の光ビームを前記エッチ・モニタから反射する
ことにより、前記回折パターンが発生される方法。
（１４）特許請求の範囲第２項に記載した方法に於て、
略単色光の光ビームを前記エッチ・モニタから反射する
ことにより、前記回折パターンが発生される方法。
（１５）特許請求の範囲第３項に記載した方法に於て、
略単色光の光ビームを前記エッチ・モニタから反射する
ことにより、前記回折パターンが発生される方法。
（１６）特許請求の範囲第４項に記載した方法に於て、
略単色光の光ビームを前記エッチ・モニタから反射する
ことにより、前記回折パターンが発生される方法。
（１７）特許請求の範囲第１３項に記載した方法に於て
、前記回折パターンが連続的に発生される方法。
（１８）特許請求の範囲第１４項に記載した方法に於て
、前記回折パターンが連続的に発生される方法。
（１９）特許請求の範囲第１５項に記載した方法に於て
、前記回折パターンが連続的に発生される方法。
（２０）特許請求の範囲第１６項に記載した方法に於て
、前記回折パターンが連続的に発生される方法。
（２１）エッチング・プロセスの終点を検出する装置に
於て、エッチしようとするサンプルと、回折パターンを
発生する為のエッチ・モニタと、前記サンプル及び前記
エッチ・モニタを同時にエッチングするエッチング手段
と、前記モニタに結合されていて、該エッチ・モニタに
関連した回折パターンをオンラインで発生する発生手段
と、前記発生された回折パターンに応答して、前記パタ
ーンの予定の相異なる２つの次数の光の強度の比を表わ
す信号を発生する手段と、前記信号及び予定の基準を比
較する比較手段と、前記信号及び前記基準の間の予定の
関係に応答して予定の機能を実施する機能手段とを有す
る装置。
（２２）特許請求の範囲第２１項に記載した装置に於て
、前記サンプル及び前記エッチ・モニタが一体構造の上
に配置されている装置。
（２３）特許請求の範囲第２１項に記載した装置に於て
、前記エッチ・モニタがエッチしようとする層及びその
上の予定のレジスト・パターンを含んでいる装置。
（２４）特許請求の範囲第２２項に記載した装置に於て
、前記エッチ・モニタがエッチしようとする層及びその
上の予定のレジスト・パターンを含んでいる装置。
（２５）特許請求の範囲第２１項に記載した装置に於て
、前記発生手段がレーザである装置。
（２６）特許請求の範囲第２２項に記載した装置に於て
、前記発生手段がレーザである装置。
（２７）特許請求の範囲第２３項に記載した装置に於て
、前記発生手段がレーザである装置。
（２８）特許請求の範囲第２４項に記載した装置に於て
、前記発生手段がレーザである装置。
（２９）エッチング・プロセスの終点を検出する装置に
於いて、エッチしようとするサンプルと、回折パターン
を発生するためのエッチ・モニタ手段と、前記サンプル
及び前記エッチ・モニタを同時にエッチするエッチング
手段と、前記回折パターンの予定の状態に応答して予定
の機能を実施する手段とを有する装置。
（３０）特許請求の範囲第２９項に記載した装置に於て
、前記サンプル及び前記エッチ・モニタが一体構造の上
に配置されている装置。
（３１）特許請求の範囲第２９項に記載した装置に於て
、前記エッチ・モニタがエッチしようとする層及びその
上の予定のレジスト・パターンを含んでいる装置。
（３２）特許請求の範囲第３０項に記載した装置に於て
、前記エッチ・モニタがエッチしようとする層及びその
上の予定のレジスト・パターンを含んでいる装置。