JPH02307003A - 材料の成長速度とエッチング速度の光学的監視 - Google Patents

材料の成長速度とエッチング速度の光学的監視

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JPH02307003A
JPH02307003A JP2117334A JP11733490A JPH02307003A JP H02307003 A JPH02307003 A JP H02307003A JP 2117334 A JP2117334 A JP 2117334A JP 11733490 A JP11733490 A JP 11733490A JP H02307003 A JPH02307003 A JP H02307003A
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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） 本発明は、多層半導体構造の製造工程中の光学的工程監
視に関し、更に詳しくは、多Ｍ集積回路構造の製造中の
層の成長速度と除去速度を光の干渉を利用して監視する
ことに関する。
（従来技術） 半導体集積回路の製造では、マスキング、エツチング、
堆積または成長による層の形成およびドーピングよりな
る４つの基本的な製造ステップをこれ以外のステップの
間に反復的に適用する。現在、半導体素材の層の一部ま
たは全部を除去するためのエツチングは、化学薬品を使
用するウェット・エツチングとイオン、プラズマまたは
反応的ドライ・ケミカルを使用するドライ・エツチング
によって行われている。ドライ・エツチングはごく最近
開発されたもので、特にシャープに形成した異方性形状
を必要とする場合に適している。しかし、高度の選択性
を有するドライ・エツチング材が所定の層を除去するた
めに使用された場合でも、その下層にある物質の幾つか
がその工程でエツチングによって取り去られ、このこと
は、しばしば望ましくない、集積回路形状に特有の大き
さは、１ミクロン以下にまで小さくなり、かかる回路の
薄く除去した構造の特性のあるものは、わずかな過剰エ
ツチングや過剰成長に対してさえも非常に敏感になる。
同様に、もししきい電圧やその他の回路パラメータがこ
れらのミクロン・サイズやサブ・ミクロン・サイズの回
路形状の中である程度の信頼性をもって規定されるべき
であれば、半導体物質の成長層の厚さは厳密に制御され
なければならない、従って、エツチングまたは成長中の
半導体物質の現在の層厚の正確な監視とかかる工程の終
了点の明確な識別は、半導体の製造にとって重要である
。
エツチング工程の終了点を検出するための１つのアプロ
ーチでは、エツチングされた層の近傍にあるガスの組成
を監視し、エツチングされた材料またはその既知の化合
物が無くなったことまたはその濃度が実質的に減少した
ことをレーザ誘起螢光または類似のプロセスを使用して
調べることが必要である。この工程の終了点は、層が完
全にエツチングされた場合に生じる。
エツチングの終了点を検出するもう１つのアプローチで
は、エツチングされた材料やその化合物に対する特性輝
線のような所定の波長を有するプラズマによって放射さ
れた可視光線を監視すことが必要である。特性輝線の強
度が減少し、エツチングされた材料が無くなったかその
濃度が減少したこと、反応物の存在度の増加、または監
視されている層の下にある層が源である新しい反応物の
存在を示した場合、エツチングは終了する。
第３の終了点検出法は、レーザ干渉計を使用してエツチ
ングまたは成長中の層の現在の深さを直ｔ″＊？Ｊｌｔ
−”’＋ｃＬｔ＆４４°２７６６・０（１０）９°１゛
１７′″ｅ＊ｔｔ″４１１１（１０）５０′１５′・　
　　　１その理由は、問題の材料の幾つか異なる深さが
同　　　　　　、。
じ干渉信号を出す可能性があるからであり、このことは
、Ｍ、ポーンおよびＥ、ウルツ著「光学原理Ｊ　　（Ｐ
ｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　Ｏｐ、ｔｉｃｓ）　、パー
ガモン・プ　　　　　　ルス刊、−第５版、１９７５年
の６２ページに述べられている。
メイダン（Ｍｅｙｄ（１１）　ｅｔ　ａｌ、）に対する
米国特許第４．６１８．２６２号は、レーザ干渉システ
ムを使用したエツチング工程の終了点の検出法とエツチ
ングまたは成長の進行している層の現在の深さの監視法
を開示している。この工程では、先ずレーザ・ビームを
製造中のウェーハ上の罫書線を横切つて走査すること、
この罫書線の近傍または内部の適当な領域を位置決めす
ること、およびレーザがウェーハの表面上の当該領域に
照射され、そこから反射することが可能になった場合に
発生する干渉信号を監視することが必要である。メイダ
ン他の発明は、干渉パターン内で反復して発生する極大
値と極小値の干渉パターンを監視し、従ってレーザ・ビ
ームは、半導体ウェーハまたはチップの側部形状内にお
ける溝またはその他の急激な変化のような光学的に劣化
した構造上の特性が存在しない半導体表面の領域にピン
トを合わせることが必要である。
半導体本体のエツチング速度とエツチング深さ　　　　
　　□の両方を測定する干渉システムは、「自動測定半
　　　　　　“導体プ・セス・パラメータ」に対して付
与された　　　　　　″１米国特許３ｍ４．６６　’０
．９□９や７２．−３４７グ　　　　　　　ｉ・□； ３”°“”°“）′″′″°″″ｎ″″″ａ′″＋＄　
！＋　４！　＄　ｉ　＃　　　　　　　、□本体に光を
照射し、反射光の強度を検出する。この強度は、エツチ
ング工程の期間中周期的に変化　　　　　　１□する。
カウンタ回路が周期的に変化する反射光の　　　　　　
ｉ１強度に応答し、この強度の変化の周期数と現在の周
波数を求めて半導体本体内の現在のエツチング速度とエ
ツチング深さを計算する。
米国特許第４．６８０．０８４号でハイマン他（Ｈｅｉ
ｍａｎｎ　ｅｔ　ａｌ、）によって開示された（素子製
造のための干渉による方法と装置」では、エツチング中
の本体活性表面から反射した単色光の強度を監視するこ
とによってエツチング深さを監視している０反射用に使
用する光の波長は、半導体本　　　　　　ｉ□・□オＯ
ｍｌヤ、□ヵ。エエ。、。お　　　［□・ヤ、工ｙ　ｆ
　７１’あｉｔ’ｔアい半４体本体。、□ヵ、。　　　
　　　［１の波長を透過させないように選択される。
従来技術の１つ以上のアプローチで、幾つか問題点が明
らかになっている。第１に、ウェーハの表面を走査する
ことが必要であり、これには特別の装置と、罫書線のよ
うな適当な測定位置を利用可能であるか否かを決める基
準を使用することが必要である。このことは、表面の反
射信号の？ｊｌｔｉな分析を必要とし、全体の手順を完
了するにはかなりの時間を消費する。第２に、同一のプ
ロセスで厚い膜と薄い膜の両方を測定することは困難ま
たは不可能であるが、その理由は、厚さ分析においてし
ばしば仮定が行われるからである。第３に、成長または
除去を監視するべき表面の罫書線や露出部分のような適
当なうスポットへのアクセスが保証されていないことで
ある。もし適当なスポットが見つからなければ、その特
定の成長や除去の工程を監視するため、別のアプローチ
を求めて使用しなければならない、従って、製造工程の
別の段階を監視するために別の監視技能が必要となる。
必要なものは、エツチングまたは成長中の半導体または
その他の材料の層の厚さの変化をそれによって決定され
た光学的パラメータの曖昧さに影響されない時間の関数
として決定し、罫ｒ１０）線を横切って光線を扱作する
ことや材料表面のその他の特性を必要としない光学的監
視システムである。
（発明の概要） このニーズは、ある材料の贋をエツチングするか成長さ
せる前に、その材料の層の上部にあるマスキング材料内
のアパチャを介して動作する光学的計測方法によって満
たされる。この方法は、光学的信号内で反復する極大値
と極小値またはその他の基準を反射表面に対する下層材
料の厚さの変化とし゛て識別する。この方法では、当該
層のエツチングや成長の期間中、時間の順序で監視され
ている材料の厚さの変化を明確に決定することが可能に
なる。
（実施例） 第１図を参照して、第２７！！１１３上に重なり、これ
と連続するフォトレジストまたはその他のマスキング材
料の層１１によって構成される半導体構造を検討するが
、この第２層１３は、露出してマスキング材料によって
覆われていない場合には何時でもエツチングされるもの
である。第２層１３は、半導体基板のような第３層１５
の上に重なってこれと連続すると仮定するが、この半導
体基板は第２層１３とは異なり、エツチングされるべき
ものではない、第１図に示す半導体構造の特定の領域は
、半導体構造の一部である回路または他の動作素子の全
ての部分力Ｚら離れていることが望ましいが、これはま
た半導体ウェーへの活性素子の近くに設けてもよい。
所定の直径りであることが望ましいアパチャ１７は、第
２層１３の上部表面を露出させるためマスキング材料の
層１１中に設けられている。アパチャ１７は、マスキン
グ材料１７ｃの領域上に適当な波長で一般的にオプティ
カル・フルエンス（ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｌｕｅｎｃｅ）
　＞　０．１ワツト／ｄのレーザ・ビームを照射するこ
とによって形成することができ、その結果、このマスキ
ング材料の円筒が、除去（即ち焼失）されるか、光化学
的にエツチングされるか、またはそうでなければ第１７
１１１から除去され、第２層１３の上部表面を露出する
。光光学エツチングの場合、レーザ・ビームのスポット
が、エッチング・ガスを活性化してアパチャ１７で層１
１の材料を除去し、一方これを取り囲む層１１は、実質
的にエッチング・ガスの影響を受けない、レーザ波長λ
３は、この波長の放射線が第２半導体材料層によって太
き（反射されるように選択され、その結果、このアパチ
ャの形成工程では、材料はこの第２層１３から全（また
は殆ど除去されない、レーザ波長λ８は高い化学的選択
性ををするように選択することができ、その結果、波長
λ８の放射線によって第１３１１１の材料−の除去、化
学的エツチング、またはその他の除去を誘発すなわち促
進するが、第２層１３の材料にはこれらを行わない、ア
パチャはこれら以外の手段によって設けることもできる
。
第２図に示すように、波長がλ、でオプティカル・フル
エンス＜０．２ワンド／−の質問（ｉｎｔｅｒｒｏ−ｇ
ａｔｉｎｇ）レーザ、（第１図に図示せず）または単色
性の強い光源が、アパチャ１７を介して所定の入射角θ
１で第２層１３の露出した上部表面に投射され、反射し
た干渉信号は反射角θ１で層１３の上部表面を離れた光
線を受光するように位置決めされた監視モジエール１９
によって監視される。
アパチャ１７はエツチング工程の開始以前に形成されな
ければならないが、反射した干渉信号の監視は、第２層
１３に対するエツチング工程の開始以前、これと同時、
またはその後に開始されてもよい０例えば、質問レーザ
はまた、アパチ＋１７を内部に形成するために除去され
る第１層１１のマスキング材料の残りの厚さを監視する
ために使用してもよい、アパチャ１７によって露出され
る第２層１３の部分は、露出された第２層１３のエツチ
ングが他の部分で行われるのと略同じ速度でエツチング
される。アパチャ１７の直径りは十分に大きいことが望
ましく、その結果、光線に対して選択された入射角がθ
、の場合、第２材料層１３に入射するこの光線の部分は
、第１層と第２層との間の界面および第２層と第３層と
の間の界面の各々において数回の反射を行い、これらの
反射した部分は反射角θ、でアパチャ１７内の第２Ｊｔ
ｉ１３の露出面から離脱する屈折光として現れる。
このことによって、第２図で示すように、干渉監視モジ
ュール１９がこれらの反射光及び屈折光の幾つかの成分
を受光し、高いＳＮ比を与えることを保証する。ここで
は、またアパチャ１７によって露出されたＮ１３の上部
表面が実質的に平坦であり、第２図に示す第２層１３と
第３層１５との間の界面が実質的に平坦であり、これら
２つの回は、相互に略平行であると仮定する。
質問レーザの波長λ１は、第２層１３を構成する材料が
波長λ、の光を少な（とも部分的に透過−させるように
選択することが望ましい、しかし、この考えは、第２層
１３がアルミのような金属またはその他の不透明材料で
構成される場合にも使用することができる。
第２図を参照して、波長λ、の光線２１が入射角θ１で
アパチャ１７内の第２層１３の露出表面１３Ｓ上に入射
する。この光線２１の一部は反射角θ、で第１成分２１
ｒで反射し、光線２１の第２成分２１ｔは周知の方法に
より屈折角θ：で第２材料層に伝達される。
伝達された成分２１ｔの一部は、第３材料層１５に伝達
され、図示のように成分２１ｔｔを発生し、他の部分は
、反射成分２１ｔｒとして反射され、この後者の反射成
分の一部は第１層と第２層との界面１３３に伝達されて
成分２１ｔｒＬを発生し、この成分２１ｔｒｔは最初に
反射した成分２１ｒと平行な方向でこの界面を離脱する
。同様の方法で、別の反射成分２１ｔｒｒｔ、２１ｔｒ
ｒｒｒｒｔ等が発生し、最初に反射した成分２１ｒと平
行に界面１３ｇを離脱する。これによって、合計干渉反
射強度信号Ｒが作られ、この信号は第２層１３の厚さり
、の変化にともなって略周期的に変化すると共に、これ
は光の波長λ１、第２層１３の屈折率および第２層１３
における光線の屈折角θ暑によって決まる。第２図に示
す角度θ１、θ８、およびθ３は、周知の方法でスネル
の法則によって関係づけられている。
第３図は、第２層１３の厚さｈ８による反射強度信号Ｒ
の変化を示す。もし厚さ２が成長や堆積によって時間の
経過と共に増加し、またはエツチングやこれ以外の除去
によって時間の経過と共に減少すれば、信号Ｒは、時間
によって決まるｈ２によって時間の経過と共に変化する
。厚さり、がある値、）１＊＝１１ｓｔ、、（ｉ冨１．
２・・・Ｎｌ）を過ぎると、信号Ｒは点２４で局所極大
値Ｒ１１，に達し、次に減少する。厚さｈ２がある値ｆ
ｉ２＝）１２Ｊ、ａ（ｊ＝１．２・・・Ｎ２）を過ぎる
と、第３図に示すように、信号Ｒは点２６で局所極小値
Ｒａ１ａに達し、次に増加する。層厚の局所極大値の集
合（ｈａｊ、Ｍ）は局所極値の集合を形成し、層厚の局
斯種小値の集合（ｈ２Ｊ、ｓ）は局所極値の別の集合を
形成する。厚さｈ□６．０２つの連続する値の間間隔は
、路次式に示す距離だけ間隔を置いている。
λ。
ここで５ｅｃ（ｘ）は、角度Ｘの正割を示し、ｎｌとｎ
、は、それぞれ空気や非常に低圧のガスのような周辺媒
体と第２材料層１３との波長λ１における屈折率である
。厚さｈ２Ｊ、ａの２つの連続した値の間隔は、路次式
に示す等しい距離だけ間隔を置いている。
λ。
もし厚さが（ｈｌｍ、ヨ）　の「極大の」集合の連皺 続する２つの項、または厚さが（ｈａＪ、、）の「極小
」の集合の連続する２つの項が時刻１＝１にとｔｍｔｓ
、、＋（＞　ｔ　ｋ）で発生すれば、この時間間隔ｔ　
ｋ　＜　ｔ　＜　ｔ　ｋや、のエツチングまたは成長の
平均°速度は下記の式で与えられる。
ここでΔｈ８は上で求めた量Δｈ１．　ＮまたはΔｈ２
．いである。したがって、厚さの極大値の集合や極小値
の集合におけるｎ番目の連続した厚さに移動した場合の
成長またはエツチングされた材料の厚さの合計Ｈは下記
の式で与えられる。
Ｈ＝Δｈ、　＋　ΣＶｍ　（Ｌｍ−ｔ−ｔｍ）　　　（
４）賦１１１ ここでΔｈ・は、厚さの極大値や極小値の集合の中でそ
れぞれ大ｌの厚さｈ□１Ｍまたはｈ！１ｏｌｌに達する
ために除去または成長される第２層１３の厚さである。
エツチング工程の終了点は、ｈ８−０に相当し、ここで
は第２層１３が全部エツチング剤によって消費されてし
まう、成長工程の終了点は、成長されるべき層の所望の
厚さｈ！によって決定される。
エツチング工程は、希望に応じて、いずれの所望エツチ
ングの長さＨでも、または終了点で終了または変更する
ことができる０例えば、平均エツチング速度Ｖ、は、層
１５が露出された場合に層１５内の材料に対するより高
い選択性を与えるため、層１３の所定の深さで変更して
もよい。
反射性のパラメータＲは、時間の関数としてディスプレ
イ・モジエールのスクリーン上にグラフによって表示す
ることが可能であり、その結果、Ｒが極大または極小の
局所極値を達成した場合の時間のシーケンスは、この表
示から容易に識別することができる。ディスプレイ・モ
ジニーＪしは、また第２層の厚さの平均変化速度Ｖを計
算し、等式（３）と（４）によって求めた数値ＶとＨを
表示することもできる。
エツチング速度、エツチング剤によってこれまでに消費
された合計の厚さまたは成長速度を測定するｌ実施例の
場合、第１図に示すように、アパチャ１７が先ずマスキ
ング材料内に設けられる。
所定の波長のレーザ・ビームまたはその他の単色光ｉ％
１２１が、次にアパチャ１７によって露出された第１材
料１１１３の上面の小部分に照射され、この光線の一連
の反射像が、第２図に示すように発生される。干渉監視
モジュール１９が、次にこれらの反射像を受光し、時間
の関数として反射率パラメータＲの現在値を示すグラフ
または数字による出力を与えるように位置決めされる。
極大または極小の、厚さの集合の連続する２つの項に関
連する第１層１３の厚さの増分Δｎ！は、第３図に示す
ように、等式（１）または（２）によって求められる。
ｔ！＜Ｌ＜ｉｔ、＋によって決まる１つの時間間隔内の
平均エツチング速度は、等式（３）によって与えられ、
今までに消費された第２Ｎ１３の厚さの合計は、等式（
４）によって与えられる。
反射率パラメータＲの値は、モジェー°ル１９でグラフ
または数値によって表示されてもよい。
もしレーザ・ビーム２１が第２図に７パチヤ１７を形成
するために使用されるならば、上層のマスキング材料の
除去を容易に行うため、レザー・フルエンスは十分に高
（なければならず、−ａ的な除去を行うためには、少な
くとも０．１ワンド／−のフルエンスが通常使用される
。このレーザ・ビームは、Ａｒ’ＰＸｅまたはＫｒのよ
うなエフシマ・レーザによって発生されてもよく、また
はこのレーザ・ビームは、＾ｒｃｌ　ｓ　ＸｅＣ１、Ａ
ｒＦ　ｓ　ＫｒＦまたはその他の類似の化合物のような
ガスを用いた稀ガス・ハロゲン・レーザによって発生さ
れてもよい、これらのレーザの各々は、紫外＆ｉｌ　６
Ｎ域または低可視領域（波長λ＜４０００オングストロ
ーム）内でレーザ放射線を発生する。　１０）ｅＮｅま
たはダイオーバ・レーザのような可視または近赤外波長
を発生するレーザもまたここで使用することができる。
アパチャ１７を形成するために使用するレーザ・ビーム
２１は、第４図に示すように、光ファイバー・ケーブル
またはその他の手段によってマスキング材料上の目標点
に照射される。波長λ２のエキシマ・レーザ・ビームが
エキシマ・レーザ放射光源２３によって発生され、この
ビームは第１材料層１３の意図したアパチャ１７に隣接
する領域に対して１本以上の光ファイバー・ケーブルで
搬送され、ピント用光学系２７がピントを合わせると共
にこのレーザ・ビームを照射して第１層１３内にアパチ
ャ１７を形成する。ファイバー２５に対してレーザ放射
線を制御した状態で放射するため、リチウム・ニオブ酸
塩のような材料を含むＱスイッチをエキシマ・レーザ光
源内またはこれに隣接して接地してもよい、レーザ放射
光源２９は１．波長λ１の質問放射ビーム２１を発生し
、このビームは監視中のウェーハを内蔵するチャンバー
３３内のウィンド３１を通ってエキシマ・レーザ・ビー
ムによって形成されたアパチャ１７内に照射される。こ
のチャンバー３３には、ガスを除去して選択したレベル
の真空を発生させるためのガス出口３５と、チャンバー
３３の中に選択したガスを導入するためのガス入口３７
とを設けてもよい、別の光ファイバー２６ａ、２６ｂ、
および２６ｃを使用して光源２３で発生するエキシマ・
レーザ放射線を他のチャンバーに搬送してもよい。
または、従来の鏡とその他の光学的成分によって波長λ
茸のレーザ・ビームをマスキング材料上の目標点に照射
し、これにピントを合わせてもよい、第１図に示すアパ
チャ１７を形成するため、このレーザ・ビームまたはそ
の他の光＆５Ｉ２１には、１０Ｇないし１０，０００　
Ｈｚの適当な速度のパルスとしてもよい、アパチャ１７
を内部に形成するマスキング材料は、ポジティブまたは
ネガティブ・フォトレジスト、酸化シリコン、ポリシリ
コンおよび＾ｌＡｇｘ＾ｕｓ　ＷおよびＴｉののような
金属またはケイ化物の層を含む。
この干渉技術は、また半導体材料の露出層上における成
長速度または堆積速度の測定に使用することもできる。
更に、この技術は、半導体材料に限らず、ある波長の光
を実質的に透過させることができれば、いずれの材料の
厚さの変化の測定に使用することもできる。
レーザ・ビーム２１の波長は、除去や他の７バチ中の形
成工程が化学的に選択可能であり、マスキング材料内だ
けで発生し、下層の半尋体材料内では発生しないように
しばしば選択することができる。多（のマスキング材料
は、紫外線の波長で電磁放射線に対して高い吸収性を有
する。もし、下層材料が「ウィンド」すなわち材料によ
る光の吸収が比較的小さい紫外線波長の限定された範囲
を有していれば、その限定領域で１つの波長を有するレ
ーザ・ビーム２１を使用することによって、選択性が高
まる。このような状態で、厚さ検出装置は、アパチャの
形成期間中停止される。
１つの光源を第１材料層１１内の７パチヤ１７の形成と
、第２層１３の厚さの変化を干渉によって測定するため
の監視用ビームに使用することができる。このことは、
アパチャの形成と厚さの監視の両方に機能することので
きる１つの波長λ。
を選択することによって達成することができる。
これは、また放射線出力を２つの異なった波長λ。
とλ８との間で切り替えることのできる１つの光、源を
設けることによって達成することができる。
２つの異なった。波長の光を交互に発生することのでき
る光源の一例は、米国特許第４．５１０．６０５号でジ
翳−ジ他（（ｉｅｒｏｒｇｅ　ｅｔ　ａｌ、）の開示す
る２元周波敗光学キ中ビティであり、これは参考として
ここに含まれている。２つ以上の波長の放射線を交互に
発生する装置の他の例は、スギャマ他に付与された米国
、特許第４．５７３．４６５号、シラサキ他に付与され
た米国特許第４．６３７．０２７号、バーター（Ｈａｒ
ｔｅｒ　ｅｔ　ａｌ、）に付与された米国特許第４，６
６０．２０５号、タカハシ他に付与された米国特許第４
．７４７．１１０号、およびロード（Ｒｏｈｄ。
ｅｔ　ａｌ、）に付与された米国特許第４，７５１．７
０６号に開示され、これらはまた参考としてここに含ま
れている。１つの光源によって２つの間隔を有する波長
で光を発生するには、多（の技術を使用することが可能
である。従って、ここで論じたアパチャの形成と厚さの
監視の工程を駆動するため、ｉつの光源を２つの波長の
間で多重化することができる。
不透明であるか、または波長λ、の放射線を略１００パ
ーセント反射する第２層１３をまたここで使用すること
ができる。干渉信号Ｒの実質的な変化は検出されないが
、その理由は、全ての入射する放射線が第１層と第２層
との界面１３５で完全に反射されるか、第２層１３に完
全に吸収されるかのいずれかであるためである。しかし
、界面１３５からの反射性信号Ｒは、第２層１３が完全
に消費され、第３層１５が露出されるので、エンチング
工程の最後で大きく変化する。この反射信号の変化は、
第２Ｍのエツチング工程の終了点を決定するのに使用す
ることができる。
波長λ２の放射線は、工′ツチングまたは成長の工程を
動作させるかまたは保持するのに十分な照射された放射
光子の形態の別の熱エネルギーを加えることによって、
第２層１３の露出界面１３３におけるエツチング作用や
成長作用を促進するのにまた使用することができる０例
えば、もしエツチングされるべき酸化物が、例えば、４
．９ｅＶの解離エネルギーを持つと、λ−２４９０オン
グストローム（光子エネルギー”４．９８ｅＶ）の波長
の放射線を発生するＫｒＦレーザは、エツチング動作を
促進するのに適している。エキシマ・レーザと稀ガス・
ハロゲン・レザーは、少なくとも最高７．２ｅＶの光子
エネルギーを発生させて照射するのに役立ち、その結果
、大部分の半導体と半纏体酸化物のエツチングは、かか
るレザーを使用して促進させることができる。
もし、マスキング材料と下層半導体材料の組合わせが化
学的に選択可能なアパチャ形成のための波長の選択を許
さなければ、厚さ検出装置を使用してマスキング材料の
厚さを監視してもよいが、これは上で開示した技術によ
りて除去するマスキング材料の残りのＦｉｌｌの厚さの
変化を検出するために可視または赤外波長を育する他の
レーザまたは光源を使用し、上記材料がレーザ・ビーム
２１によって除去されたり等するからである。または、
除去される材料の化学的組成は、除去工程が進行するに
したがって、分光その他の手法でリアル・タイムに分析
することができ、マスキング材料を特徴的に示す除去生
成物の量が急激に減少すると、除去工程が終了し、半導
体層のエフチン・グまたは新しい層の成長を開始するこ
とができる。
第１表は、下層の厚さの変化を監視するために本発明を
使用することのできる種々のマスキング材料と下層材料
のリストである。第１表に示す特定の材料のリストは、
他の材料の使用を排除することを意図するものではない
。
第１表 適当なマスキング材料と エツチング層材料との組合わせ マスキン０　・　　　　　ニー　ン°　　・フォトレジ
スト　　　　　　シリコン、ポリシリコン、 ケイ化物、窒化物、 酸窒化物、酸化物、 Ａ　Ｉ！　ｓ　Ｔ１％　Ｃｕｓ　Ｗｓ Ｃｒ％ＴｉＮ５　ＴｉＷ。
ＧａＡｓ％　Ｉｎ　Ｐ　％　　Ｐ　Ｓ　Ｇ　ｓＰＳＧ 酸　　化　　物　　　　　　　ポリシリコン、ケイ化酸
、窒化物、 Ａ　ｌ　ｓ　Ｔｉｘ　Ｃｕｓ　Ｗ％ Ｃｒ５ＴｉＮｓＴｉＷｓ ａＡｓｓ フォトレジスト、 ポリシリコン　　　　　　　酸化物、ｐｓｃ。
ＢＰＳＧ Ａｌ　　　　　　　　　　　酸化物、ｐｓｃ。
ＢＰＳＧ。
フォトレジスト、
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による監視するべき半導体材料層の上
層であるマスク材料内のアパチャの形成を示す概略図で
ある 第２図は、本発明による干渉法の使用を示す概略図であ
る。 第３図は、本発明で受信し処理される時間の関数として
表される干渉信号を示すグラフである。 これは、干渉信号の数対の対応する値を示す。 第４図は、本発明によろアパチャを形成するため目標点
に光線を照射する１つの手段を示す概略図である。 １１・・・フォトレジスト層 １３・・・第２層 １５・・・第３層 １７・・・アパチャ １９・・・監視モジュール ２３・・・エキシマ・レーザ放射光源 ２５・・・光ファイバー ２６ａ、２６ｂ、２６Ｃ・・・光ファイバー２７・・・
ピント用光学系 ２９・・・レーザ放射光源 ３１・・・ウィンド ３３・・・チャンバ ３５・・・ガス出口 ３７・・・ガス入口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）第１材料と異なる材料の第２層上に形成され、波
    長λ＿１で光を少なくとも部分的に透過させる第１材料
    の第１平坦薄層の厚さの変化率を測定する方法であって
    、第１層は第２層と上部第３材料層との間に位置すると
    共に第２層と上部第３材料層の各々と界面を有し、第１
    層の厚さを時間の経過とともに増加しあるいは減少させ
    ようとする上記の方法に於いて、上記の方法は： 第１層の一部を露出するように第３材料層を介してアパ
    チャを設けるステップ； アパチャを介して波長λ＿１の成分を有する光線を所定
    の入射角で照射し、上記の光を第１層と第３層との界面
    で反射させ透過させるステップ；および 時間列の各々で光線の反射率の測定を実行して最初の時
    間と上記の時間系列の少なくとも１つとの間における第
    １層の厚さの変化を測定するステップ；によって構成さ
    れることを特徴とする方法。 （２）上記の光線の反射率が局所極大値または局所極小
    に達する時間として、上記の時間系列の内から複数の時
    間を選択するステップによって更に構成されることを特
    徴とする請求項（１）記載の方法。 （３）処理層と処理層上に位置するマスク層を有する多
    層半導体ウェーハであって、マスク層に開口領域を設け
    、処理層が該開口領域を介して処理層を処理すことので
    きるところの上記の多層半導体ウェーハに関し処理層の
    処理を監視する方法に於いて、 マスク層の非開口領域を介して監視用アパチャを形成す
    るステップ；および 上記の監視用アパチャを介して処理層を監視するステッ
    プ；によって構成されることを特徴とする方法。 （４）上記の処理層の下部に底部層を設けるステップ；
    および 光線で上記の監視用アパチャを照射し反射干渉を使用す
    ることによって上記の処理層の上記の処理を監視するス
    テップ；を更に包含することを特徴とする請求項（３）
    記載の方法。 （５）上記の光線としてレーザ・ビームを選択するステ
    ップによって更に構成されることを特徴とする請求項（
    ４）記載の方法。 （６）上記のレーザ・ビームの使用による除去により上
    記の監視用アパチャを上記のマスク内に形成するステッ
    プによって更に構成されることを特徴とする請求項（５
    ）記載の方法。 （７）上記のマスク層の近傍に光化学的エッチング・ガ
    スを供給し、上記のマスク層の露出表面の選択した部分
    を強力な光源から放射線によって照明することによって
    上記の監視用アパチャを形成するステップによって更に
    構成されることを特徴とする請求項（５）記載の方法。 （８）上記の強力な光源として上記の光化学的エッチン
    グ剤によるエッチングを促進するように選択した波長を
    有するレーザーを選択するステップによって更に構成さ
    れることを特徴とする請求項（７）記載の方法。 （９）処理層と該処理層上に位置するマスク層を有する
    多層半導体ウェーハであって、マスク層に開口領域を設
    けこれを介して上記処理層を処理することのできる上記
    の多層半導体ウェーハの処理層の監視装置において： マスク層の非開口領域を介して監視用アパチャを形成し
    、処理層を露出する手段：および 上記の監視用アパチャを介して処理層を監視する光反射
    手段； によって構成されることを特徴とする処理層の監視装置
    。 （１０）上記の光反射手段が干渉計を有することを特徴
    とする請求項（９）記載の装置。 （１１）上記の干渉計が上記の監視用アパチャを介して
    照射することのできる光線を発生するように位置決めさ
    れたレーザを有することを特徴とする請求項（１０）記
    載の装置。 （１２）上記の光反射手段が、上記のマスク層に照射す
    ることのできる光線を発生するように位置決めされたレ
    ーザを有することを特徴とする請求項（９）記載の装置
    。 （１３）上記の光線が、上記のマスク層の材料を除去す
    ることによって上記のマスク層に上記の監視用アパチャ
    を形成することを特徴とする請求項（２）記載の装置。 （１４）上記の監視用アパチャを形成する手段が、上記
    の監視用アパチャを上記のマスク層内に形成するべき位
    置の近傍の上記のマスク層を被うように光化学エッチン
    グ剤を放出する放出手段を更に有することを特徴とする
    請求項（１２）記載の装置。 （１５）上記の光反射手段が可変レーザ・ビームを発生
    することのできるレーザ手段を有することを特徴とする
    請求項（９）記載の装置。 （１６）上記のレーザ手段が可変強度ビームを発生する
    ことができることを特徴とする請求項（１５）記載の装
    置。 （１７）上記のレーザ手段が可変波長ビームを発生する
    ことができることを特徴とする請求項（１５）記載の装
    置。 （１８）体１材料と異なる材料の第２層上に形成され、
    所定の波長λ＿１で屈折率ｎ＿２を有すると共に波長λ
    、で光を少なくとも部分的に透過させる第１材料の第１
    平坦薄層の厚さの変化率を測定する方法であって、第１
    層は第２層と上部第３材料層との間に位置すると共に第
    ２層と上部第３材料層の各々と界面を有し、第１層の厚
    さを時間の経過と共に減少または増加させることを意図
    する上記の方法に於いて、上記の方法は： 上記の第２平坦層、第１平坦層、および第３平坦層を上
    部に有する平坦な基板を設けるステップ；第１層の一部
    が露出するように第３材料層を介してアパチャを形成す
    るステップ； 波長λ＿１の成分を有する光線をアパチャに照射して所
    定の入射角λ＿１で露出した第１層を照明し、その結果
    、光線の一部が露出した第１層の表面および第１層と第
    ２層との界面で反射するステップ；ｔ＿１＜ｔ＿２＜・
    ・・＜ｔ＿Ｎで反射性が局所極値を達成する連続した時
    間系列｛ｔ＿１｝＾ｎ＿ｉ＿＝＿１の各々で光線の反射
    率Ｒの干渉強度測定を実行するステップ；および 干渉強度測定を使用して時間間隔ｔ＿ｉ＜ｔ＜ｔ＿ｉ＿
    ＋＿１（ｉ＝１、２、・・・Ｎ−１）に於ける第１層の
    厚さの平均変化速度Ｖ＿ｉを求めると共にこの時間間隔
    の長さｔ＿ｉ＿＋＿１−ｔ＿ｉを求めるステップ；によ
    って構成されることを特徴とする方法。 （１９）上記の時間間隔ｔ＿ｉ＜ｔ＜ｔ＿ｉ＿＋＿１に
    対する上記の厚さの平均変化速度Ｖ＿ｉを求めるステッ
    プが次式の関係を使用することによって構成され、ここ
    でｎ＿１が上記の波長λ＿１に於ける周辺雰囲気の屈折
    率であることを特徴とする請求項（１８）記載の方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ （２０）上記の時間間隔ｔ＿ｉ＜ｔ＜ｔ＿ｉ＿＋＿１に
    対する上記の厚さの平均変化速度Ｖ＿ｉを求めるステッ
    プが次式の関係を使用することによって構成され、ここ
    でｎ＿１が上記の波長λ＿１に於ける周辺雰囲気の屈折
    率であることを特徴とする請求項（１８）記載の方法。 Ｖ＿１＝λ＿１ｓｅｃ〔ｓｉｎ＾−＾１（ｎ＿１ｓｉｎ
    θ＿１＿／＿ｎ＿２）〕／２ｎ＿２（ｔ＿ｉ＿＋＿１−
    ｔ＿ｉ）（２１）Ｒの２つの極大値として上記のＲの２
    つの局所極値を選択するステップによって更に構成され
    ることを特徴とする請求項（１８）記載の方法。 （２２）Ｒの２つの極小値として上記のＲの２つの局所
    極値を選択するステップによって更に構成されることを
    特徴とする請求項（１８）記載の方法。 （２３）上記のアパチャを形成するステップが：上記の
    第３材料層の選択した領域に所定の波長λ＿２の成分を
    有する第２光線を照射し、これによって選択した領域内
    の上記の第３材料層を除去するステップ； よって構成されることを特徴とする請求項（１８）記載
    の方法。 （２４）上記の第２光線を照射するステップが、ケーブ
    ルの第１端部で上記の第２光線を受光する光ファイバー
    ・ケーブルを設け、前記第２光線が該第２端部から発光
    して上記の第３材料層の選択した領域に照射されるよう
    に上記のケーブルの第２端部を位置決めするステップに
    よって更に構成されることを特徴とする請求項（２３）
    記載の方法。 （２５）上記の第３材料層と反応するエッチング・ガス
    を導入するステップ；および 第２光線・エッチング・ガス、および第３材料層の間で
    光化学反応によってアパチャを形成するステップ；よっ
    て更に構成されることを特徴とする請求項（１８）記載
    の方法。
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