JPH07201807A - 集積回路用エッチング終点検出装置及び方法 - Google Patents

集積回路用エッチング終点検出装置及び方法

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JPH07201807A
JPH07201807A JP6312902A JP31290294A JPH07201807A JP H07201807 A JPH07201807 A JP H07201807A JP 6312902 A JP6312902 A JP 6312902A JP 31290294 A JP31290294 A JP 31290294A JP H07201807 A JPH07201807 A JP H07201807A
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アルリッチ・ホファー
Leping Li
レピング・リー
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ビクター・ジョセフ・シルベストリ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上の膜のエッチング終点をその場で検出
する方法および装置を提供する。 【構成】 装置は所定の波長を有する第１励起ビームを
もたらす手段を含んでおり、第１ビームは実質的に１次
高調波のみを含んでいる。送出手段が第１ビームを所定
の入射角で膜と基板の間の界面に送り、第１ビームが界
面で反射され、これによって第２ビームをもたらし、第
２ビームは第１ビームの１次高調波成分と発生した２次
高調波成分を含んでいる。検出手段は発生した２次高調
波成分を検出し、これを表す第１の出力信号をもたら
す。第１ビームの発生した２次高調波成分の基準を発生
する手段は発生した２次高調波成分の基準を表す第２の
出力信号をもたらす。第１および第２の出力信号に応答
する正規化手段は、第１ビームの発生した２次高調波成
分をリアルタイムで正規化し、正規化された発生した２
次高調波成分における所定の変化の発生を表す第３の出
力信号をもたらし、所定の変化は基板表面上の膜のエッ
チング終点に対応している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は総括的に、光測定に関
し、詳細にいえば、集積回路の製造における終点を検出
するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の集積回路デバイスは材料の付着、
反応、変更（たとえば、アニーリング）、および除去と
いう多くの反復ステップによって形成された複雑な構造
のものである。これらのプロセスは集積回路デバイスの
製造で共通したものである。集積回路デバイスにおける
横方向の典型的な寸法は、しばしば数ミクロンの範囲で
あるが、製造層の厚さはこの寸法よりもはるかに小さい
ことがよくあり、１０ナノメートルの範囲になる。１０
ｎｍという厚さは原子層約５０層に対応している。処理
中に寸法を精密に測定することが、デバイスの性能およ
び製造工程プロセス中のデバイスの歩留まりに重要であ
ることが容易に理解できよう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】集積回路デバイスの製
造中の一般的で重要な問題の１つは、材料の除去中の境
界の検出である。材料の除去は化学的エッチングなどの
方法によって、あるいは反応性イオン・エッチングなど
のプラズマ・プロセスによって行われる。希望する材料
がすべて除去され、下地層が十分にはエッチングされて
いない時間を決定することが、一般に必要である。この
決定が一般に、終点の検出を構成する。
【０００４】材料の除去時に、エッチングされた材料と
下地層はシリコン層上の二酸化シリコンなどの異なる組
成製であることがしばしばある。これらはしかしなが
ら、主として結晶構造またはドーピング・レベルが異な
るものであって、全体的な化学組成が異なるものではな
い。このことはエッチング・プロセス中の終点の検出に
課題をもたらす。たとえば、バイポーラ・トランジスタ
の製造の際には、エミッタ開口の形成という製造ステッ
プは多結晶シリコンの付着層の領域をエピタキシャル
（単結晶）層までエッチングすることを含んでいる。こ
の操作は湿式化学エッチング浴によって行うことができ
るが、これにはリアルタイムのエッチング終点の検出の
ための明白な手段が備わっていない。
【０００５】不適切なエッチングの結果は重大なものと
なる。アンダーエッチングがトランジスタのゲインの劣
化を生じるのに対し、オーバーエッチングは固有ベース
領域および外因ベース領域の間の接触の劣化をもたら
す。エッチングの終点検出はしたがって、オーバーエッ
チングの防止、ならびにＶＬＳＩ処理で使用されるスタ
ック層のアンダーエッチングの制御のために重要かつ必
須のものである。さらに、終点検出は不必要なオーバー
エッチングによる側壁の腐食も防止できる。
【０００６】エッチング法の中には、頂部層の選択的除
去、ならびに下地層材料の低速での除去をもたらすもの
もあるが、これは実際の場においては必ずしも常に達成
できるものではない。実際の製造プロセスには高エッチ
ング速度の獲得や比較的安全な薬品の使用などのさまざ
まな制約がある。製造プロセスのステップもきわめて異
方性の高いエッチング速度を必要とすることがある。こ
れらの条件は全体として、きわめて選択的なエッチング
を利用できないことを意味している。後者の場合、集積
回路デバイスの製造中にエッチング・プロセスを監視で
きることが、きわめて重要なものとなっている。
【０００７】エッチングの終点を正確に予測ないし検出
して、エッチングを瞬時に停止しなければならない。エ
ッチング速度、エッチング時間、およびエッチング終点
を一貫して予測することは、膜厚と化学構造がロットご
とに変動すること、ならびにエッチング浴の温度、流
量、および濃度の変動のため困難である。すなわち、エ
ッチング速度はエッチャントの濃度、エッチャントの温
度、膜厚、および薄膜の特性を初めとする各種の要因に
よって決定される。これら後者の要因のいずれかの正確
な制御、たとえば、濃度の制御は、実施するのにきわめ
て費用がかかり、それ故、コストのかかるものとなる。
【０００８】現在、ほとんどのエッチング速度終点決定
技法は間接的な測定予測技法に依存するものである。エ
ッチング監視技法の中には、膜厚の外部測定後、エッチ
ング速度を予測し、外挿したエッチング終点予測を行う
ことに依存しているものもある。しかしながら、エッチ
ング速度は薄膜またはエッチャントの化学的物理的特性
のバッチごとの違いにより、また上述したような各種の
理由により変動することがある。これらの外挿法は不適
切なものにすぎない。
【０００９】終点をリアルタイムで、その場で監視する
ことが好ましい。現場技法の中には、基準薄膜のエッチ
ング速度を監視するものがある。これは基準薄膜を含ん
でいるモニタ・ウェハの付加的な調製を必要とするもの
であり、これを行わなければ、適切な基準が得られない
ことになる。さらに他の技法では、エッチング対象のウ
ェハとの電気リード線の物理的接触、ならびにこれらの
リード線と、ウェハの関連領域のエッチャントからの電
気的絶縁が必要である。これは汚染、接点の信頼性およ
び再現性、ならびに製造プロセスの使いやすさまたは製
造プロセスのオートメーションに影響する物理的制約に
関連した問題をもたらす。
【００１０】それ故、エッチング対象のウェハの表面上
の薄膜のエッチング終点のリアルタイムの現場監視をも
たらす方法および装置を提供することが望ましい。
【００１１】本発明の目的は、上述の従来の技術の問題
を解決する方法および装置を提供することである。
【００１２】本発明の他の目的は、エッチング・プロセ
スのリアルタイム現場終点検出を行うための方法および
装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
の薄膜のエッチングのリアルタイム現場終点検出のため
の方法および装置は、次のようになる。装置は所定の波
長を有しており、さらにその１次高調波成分だけしか実
質的に含んでいない第１励起ビームをもたらすための手
段を備えている。送出手段は第１ビームを所定の入射角
でフィルムと基板の間の界面へ送り、第１ビームは界面
で反射され、これによって第２ビームをもたらし、第２
ビームは第１ビームの１次高調波成分と発生した２次高
調波成分を含んでおり、その２次高調波成分は界面から
の第１ビームの反射の結果として発生する。検出手段は
発生した２次高調波成分を検出し、これを表す第１出力
信号をもたらす。第１ビームの発生した２次高調波成分
の基準を発生する手段は、発生した２次高調波成分の基
準を表す第２出力をもたらす。第１および第２出力信号
に応答する正規化手段は、第１ビームの送出された２次
高調波成分をリアルタイムで正規化し、正規化された送
出２次高調波成分の所定の変化の発生を表す第３の出力
信号をもたらし、所定の変化は基板上のフィルムのエッ
チング終点に対応している。
【００１４】本発明の前記およびその他の教示は、以下
に述べる本発明を遂行する最前のモードについての詳細
な説明から明らかとなろう。
【００１５】
【実施例】本発明による方法および装置を、半導体集積
回路デバイスの製造に関連させて説明する。半導体集積
回路デバイスの製造技法は、当分野で周知のものである
から、以下の説明は本発明による新規な方法および装置
の一部を形成する、あるいはこの新規な方法および装置
と協働する要素およびプロセスを特に対象とするもので
ある。本明細書で特に図示または説明しない要素および
プロセスは、当分野で周知のものから選択できるもので
ある。
【００１６】本発明の理解を容易とするため、本発明を
シリコン基板上の酸化物のエッチングに関連して説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。図１を
参照すると、界面１２を備えた基板２０の頂面上の膜１
０が、膜１０のエッチングのために湿式化学エッチング
浴３０内に入れられている。膜１０はたとえば、１２０
ｎｍ程度の厚さを有する酸化物（ＳｉＯ2）膜からなっ
ている。基板２０はたとえば、配向が＜１１１＞のシリ
コン（Ｓｉ）基板からなっている。湿式化学エッチング
浴３０すなわちエッチング液はたとえば、ＳｉＯ2膜を
エッチングするための緩衝フッ化水素（ＢＨＦ）と水
（Ｈ2Ｏ）の溶液であってもよい。エッチング浴３０は
ポンプ手段３４によってもたらされ、エッチング浴３０
がタンク３２へ導入循環される。
【００１７】図１をさらに参照すると、本発明による基
板２０上の膜１０のエッチングの現場リアルタイム終点
検出のための装置１００が示されている。ＹＡＧレーザ
からなっているのが好ましいレーザ装置５０すなわち励
起源は、当分野で周知のように、１．０６ミクロンとい
う所与の波長を有する第１赤外線ビーム５２をもたら
す。このようなＹＡＧレーザは他のタイプのレーザ、た
とえば、Ｈｅ−Ｎｅレーザを凌駕するものであることが
好ましい。ＹＡＧレーザはきわめて短く、高出力のパル
スをもたらすので有利である。レーザ装置５０を１．０
６ミクロンの波長を有するＹＡＧレーザからなるものと
して説明したが、異なる特性（基本周波数、パルス幅、
出力、偏光など）を備えた他の励起源を、特定のエッチ
ング用途（すなわち、エッチング溶液、膜挿および基板
材料など）にしたがって選択できることに留意すべきで
ある。たとえば干渉フィルタからなるフィルタ手段５４
が第１赤外線ビーム５２をフィルタリングし、ビーム５
６をもたらす。ビーム５６は第１赤外線ビーム５２（す
なわち、基本光）の１次高調波成分（ＷIR）だけしか実
質的に含んでいない光からなっている。
【００１８】導光手段５８はビーム５６を膜１０と基板
２０の間の界面１２へ導き、これによってビーム６０を
もたらす。ビーム６０は所定の入射角で界面１２に入射
する。導光手段５８はニューメキシコ州アルバカーキの
CVI Laser Corporationが市販している部品番号SWP-45-
RS1064-TP532-PW-2025-Cなどの特殊コーティングのダイ
クロイック・ミラーからなることが好ましい。詳細にい
えば、導光手段５８は基本光ビーム５６をもっとも効率
よく反射するための特殊コーティングのダイクロイック
・ミラーからなっており、ビーム６０はビーム５６の反
射された部分からなっている。ビーム５８の残りの透過
部分はビーム・ストッパ５７によって捕捉吸収される。
ビーム・ストッパ５７はＩＲエネルギーを吸収するため
の当分野で周知の任意の適当なＩＲビーム・ストッパか
らなっている。特殊コーティングのミラーからなる導光
手段５８は、以下で詳細に説明するように、発生した２
次高調波成分のビーム６２をもっとも効率よく透過する
ものでもある。さらに、Ｓｉ＜１１１＞の配向の場合、
入射角はゼロ度（０゜）であって、ビーム６０が基板２
０の表面にほぼ垂直であることが好ましい。
【００１９】ビーム６０はその後、膜１０の最上層、な
らびに膜１０と基板２０の間の界面１２から反射され、
これによって第２のビーム６２をもたらす。ビーム６２
は第１ビーム５２の１次高調波成分（ＷIR）と発生した
２次高調波成分（ＷSHG）を含んでいる（ビーム６２は
ビーム５２の１次高調波だけからなっている）。界面１
２（すなわち、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面）からのビーム６０
の反射によって、ビーム６２の２次高調波（ＷSHG）が
発生する。
【００２０】図１に示すような構成を参照すると、ビー
ム５２は決勝は以降に関して鏡対称的な（すなわち、酸
化物層と水の界面に対称的な）所定の偏光を有する成形
偏光入射光を特徴とする。界面１２の鏡対称軸に関する
入射光の所定の偏光各派を調節し、光の２次高調波成分
の発生を最大限とすることができる。ビーム６０からの
２次高調波成分（ＷSHG）の最適な発生が次のいずれか
によって達成することができる。ｉ）入射ビームの基本
周波数（ＷIR）を中心とする半波長プレートからなる、
ビーム５６の光路内に配置された半波長プレート９９を
調節可能に回転させる。または、ｉｉ）最適な信号が得
られるまで、基板２０を調節可能に回転させる。基板２
０を調節可能に回転するのが実用的でない場合、半波長
プレート９９が光の２次高調波の発生を最適化するため
の偏光光を回転させる偏光回転手段をもたらし、これに
よって得られる信号対雑音比をさらに向上させるので有
利である。
【００２１】第２ビーム６２は特殊コーティング・ダイ
クロイック・ミラー５８を通過し、その後、フィルタ６
４によってフィルタリングされる。フィルタ６４は第２
ビーム６２からの１次高調波成分（ＷIR）をほぼ全部排
除し、これによって第３ビーム６６をもたらす干渉フィ
ルタからなっているのが有利である。第３ビーム６６は
ビーム６２の発生した２次高調波成分（ＷSHG）を実質
的に含んでいる光からなっている。すなわち、干渉フィ
ルタ６４は第２ビーム６２からの１次高調波成分の実質
的にほとんどを除去するとともに、ビーム６２の反射さ
れ、発生した２次高調波成分（ＷSHG）が通過できるよ
うにする。
【００２２】第３ビーム６６は次いで、ミラー６８で反
射され、モノクロメータ７２へ送られる。モノクロメー
タ７２は適当な市販のモノクロメータからなっていても
よい。モノクロメータ７２へ進入するビーム６６を光カ
ラー分散要素（すなわち、回折格子（図示せず））によ
ってさらに「純化」し、純粋な２次高調波光だけが希望
する細いスリットを通過し、モノクロメータ７２の光電
子増倍管（ＰＭＴ）７１に入射する（当たる）ようにす
ることもできる。モノクロメータ７２は光電子増倍管７
１が受け取る２次高調波光の量を表し、かつ界面１２で
発生し、反射されるビーム６０からのビーム６２の検出
された２次高調波成分（ＷSHG）に対応している第１出
力信号ＳＨGを信号線７４にもたらす。高負電圧（Ｈ
Ｖ）バイアスがＰＭＴ７１の作動のためにＰＭＴ７１に
印加される。たとえば、典型的なバイアス電圧は−１０
００Ｖ程度の負電圧である。ある範囲のＨＶバイアス電
圧を特定のＰＭＴに印加することができるが、出力信号
および出力信号の雑音は両方とも電圧とともに増加す
る。それ故、希望する波長の光の検出に適した適切なＰ
ＭＴ（低雑音、高量子収量のもの）を利用すべきであ
る。これは最適な高信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を得るのに
重要な事項である。
【００２３】第１ビーム５２の発生した２次高調波の基
準を発生し、かつその発生した２次高調波成分を表す第
２出力信号をもたらすための２次高調波成分基準手段８
０が、図１に示されている。２次高調波基準手段は次の
ものからなっている。ビーム・スプリッタ１１０が第１
干渉フィルタ５４と半波長プレート９９の間に配置さ
れ、ビーム５６の一部を反射し、一部を透過させるよう
になっており、ビーム５６の部分的に透過した部分は半
波長プレート９９を通って導光手段５８に当たる。ビー
ム５６の部分的に反射された部分は図１において１１２
で示す第４ビームからなっており、ミラー１１４に入射
している。ミラー１１４は第４ビーム１１２を第３干渉
フィルタ１１６へ送り、ビーム１１２の基本は調製分だ
けを除去する。フィルタ１１６はビーム１１８をもたら
すためにビーム１１２をフィルタリングする、フィルタ
５４と同様なフィルタからなっている。ビーム１１８は
実質的に第４ビーム１１２の１次高調波成分（ＷIR）
（第１ビーム５２の１次高調波成分（ＷIR））だけを含
んでいる光からなっている。ビーム１１８はその後、結
晶石英プレートからなっているのが好ましい基準媒体１
２０を通過する。基準媒体１２０はその第１側面でビー
ム１１８を受光し、その第２側面から出る第５ビーム１
２２をもたらす。透過した基準ビーム１２２は１次高調
波成分（ＷIR）および発生した基準２次高調波成分（Ｗ
SHGR）を含んでいる。特殊コーティング・ダイクロイッ
ク・ミラー１２４（ニューメキシコ州アルバカーキのCV
I Laser Corporationが市販している部品番号LWP-45-RS
532-TP1064-PW-2025-Cなど）をビーム１２２の光路に設
け、ビーム１２２の２次高調波光（ＷSHGR）を最適に反
射し、ビーム１２２の基本周波数光（ＷIR）を透過させ
る。特殊コーティング・ダイクロイック・ミラー１２４
は導光手段５８のものと逆の反射透過特性を備えた適切
なミラーからなっている。ビーム１２２の透過した赤外
線部分はビーム・ストッパ１２５によって捕捉吸収され
る。ビーム・ストッパ１２５はＩＲエネルギーを吸収す
るため当分野で周知の任意適当はＩＲビーム・ストッパ
からなっている。第５ビーム１２２のビーム１２６で表
されている反射された部分は、ビーム１２６をフィルタ
リングするための第４干渉フィルタ１２８へ送られる。
フィルタ１２８はビーム１２６をフィルタリングするた
めの、フィルタ６４と同様な干渉フィルタからなってお
り、これによってビーム１２６から１次高調波成分（Ｗ
IR）をさらに除去し、ビーム１３０をもたらす。ここ
で、ビーム１３０はビーム１２６の発生した２次高調波
成分（ＷSHGR）を実質的に含んでいる。ビーム１３０は
ミラー１３２によって、第２モノクロメータ１３４へ送
られる。モノクロメータ１３４は市販の任意適当なモノ
クロメータからなっており、ビーム１３の２次高調波成
分だけを受光するための光電倍増管１３６を備えてい
る。バイアス電圧（−１０００Ｖ程度の）、ＰＭＴ７１
に関して上述したのと同様にして、光電子増倍管１３６
に印加する。モノクロメータ１３４は光の２次高調波成
分（ＷSHGR）を検出するのに適したものであり、出力信
号線１３８に第２の出力信号ＳＨRをもたらす。出力信
号ＳＨRはビーム１３０の発生した２次高調波成分（Ｗ
SHGR）を表す。
【００２４】制御手段８２が第１および第２出力信号Ｓ
ＨGおよびＳＨRのそれぞれを受け取るため、信号線７４
および１３８に接続されている。制御手段８２は信号Ｓ
ＨGおよびＳＨRを受け取るためコンピュータなどからな
っており、コンピュータは以下で説明するような希望す
る機能を実行するため周知の技法によってプログラムさ
れている。制御手段８２は出力信号ＳＨGおよびＳＨRの
それぞれに応答して、前記検出手段７２がリアルタイム
に検出したビーム６６の発生した２次高調波成分を正規
化する。制御手段８２は信号ＳＨGの信号ＳＨRによる除
算（すなわち、ＳＨG／ＳＨR）を行って、リアルタイム
の正規化された出力信号ＳＨNをもたらすように適宜プ
ログラムされている。制御手段８２はリアルタイムの正
規化された出力信号ＳＨNを出力信号線７６にもたら
し、信号ＳＨNは基板２０上の膜１０のエッチング状態
を示す。
【００２５】制御手段８２は出力信号線７８に出力信号
ＳＨEももたらす。出力信号ＳＨEは正規化された検出し
た２次高調波光における所定の変化の発生を表す。所定
の変化が基板上の膜のエッチング終点に対応しているこ
とが好ましい。さらに詳細にいえば、制御装置８２は、
Ｉ）正規化した出力信号ＳＨNから取った連続した一連
の所定数のデータ・ポイントに対してリアルタイムで一
連の曲線のあてはめ式を生成し、ＩＩ）一連の式のリア
ルタイムな微分を行い、ｉｉｉ）エッチング終点の前駆
状態を表すピーク位置で生じる、リアルタイム微分の所
定のレベルよりも振幅が大きいマイナス・ピークの発生
を判定し、ｉｖ）ピーク位置の関数としてエッチング終
点を表す、正規化された検出した２次高調波成分の所定
の変化を判定する。これをさらに詳細に説明すると、正
規化された出力信号ＳＨNから取られる所定週のデータ
・ポイントは、たとえば、９個のデータ・ポイントから
なっていることができる。９個の連続したデータ・ポイ
ントがある場合、ｆ（ｔ，Ｎ）で表される曲線あてはめ
式が生成される（ただし、ｔは時間を表し、Ｎは９、１
０、１１、．．．に等しい）。任意周知の曲線あてはめ
アルゴリズムを利用することができる。ｆ（ｔ，Ｎ）で
表される連続した一連の曲線あてはめ式がリアルタイム
で生成するので、リアルタイムの微分ｆ’（ｔ，Ｎ−
４）も行われる。関数すなわち曲線あてはめ式の微分を
行うための任意適当な方法を、本発明で使用することが
できる。時間の関数としてのリアルタイム微分における
マイナス・ピークなどの所定の変化が、エッチング終点
への接近を示す。制御手段８２はリアルタイム微分デー
タを監視し、所定のマイナス・ピークの発生時点を決定
する。時間で表したピークの位置に基づいて、制御手段
８２はピーク位置の関数としてエッチング終点を表す正
規化された検出した２次高調波成分における所定の変化
を判定する。
【００２６】制御手段８２はさらに第３の出力信号ＳＨ
Eに応答して、基板上の膜のエッチングの終了を制御す
る。制御手段８２はｉ）エッチング液の有効エッチャン
ト濃度を調節することによる第１モードで、またはｉ
ｉ）エッチング液から基板を物理的に除去することによ
る第２モードで、あるいはこれら両方のモードで、膜の
エッチングを終了するよう作動することができる。すな
わち、第１モードにおいて、制御手段８２はポンプ３４
を制御するために該ポンプに作動可能に接続されてい
る。エッチング液の有効エッチャント濃度を調節する際
に、制御手段８２はポンプ３４を制御して、エッチング
液を希釈し、エッチング終点信号の関数としてエッチャ
ントによって濃度を増減させる。すなわち、エッチング
液３０を中和したり、あるいは浴中へのエッチャント薬
品の流れを除去するか、あるいはエッチング浴を中和す
るために薬品を添加するか、もしくはこれら両方を行う
ことによって緩衝液とする。第２のモードにおいて、制
御手段８２をロボット・アーム（図示せず）に接続する
ことができる。ロボット・アームは基板をエッチング浴
内外へ物理的に上下させる用の適宜配列されている。制
御手段８２はロボット・アームを制御して、エッチング
終点信号の関数として、基板をエッチング浴から除去す
ることができる。
【００２７】性能および精度を最適化するために、半波
長プレート９９に関して前述した偏光調節に加えて、ミ
ラーとビーム・スプリッタを適宜整合させ、ｉ）膜１０
と基板２０の間の界面１２から反射される光の発生した
２次高調波成分、ならびにｉｉ）基準媒体１２０を透過
した光の発生した２次高調波成分を最適化する。
【００２８】作動時に、基板２０上の膜１０のエッチン
グの現場リアルタイム終点検出のための装置１００は、
次のように作動する。配向が＜１１１＞の基板２０はエ
ッチャント・タンク３２内に配置され、エッチング浴３
０がポンプ３４によってタンクへ供給される。この時点
で、レーザ５０が活性化され、赤外線ビーム５２をもた
らす。ビーム５２はビーム５２の１次高調波成分
（ＷIR）以外のすべての高調波成分を除去するために干
渉フィルタ５４によってフィルタリングされ、これによ
ってビーム５６をもたらす。ビーム５６は特殊コーティ
ング・ダイクロイック・ミラー５８によって、基板２０
の表面へ送られる。符号６０で示す送られたビームは特
殊コーティング・ダイクロイック・ミラー５８によっ
て、基板２０の表面に関して所定の入射角、たとえばゼ
ロ度（０゜）で送られる。赤外線光５２の１次高調波成
分（ＷIR）だけしか含んでいない入射ビーム６０は、
ｉ）膜１０の最上面、ならびにｉｉ）膜１０のエッチン
グ時のＳｉ2／Ｓｉ＜１１１＞の界面１２から反射され
る。膜１０が完全に除去されると、計面１２はＳｉ2／
Ｓｉ＜１１１＞から、溶液／Ｓｉ＜１１１＞に変化す
る。２時高調波を急激に変化させるのは、この界面の変
化である。
【００２９】符号６２で示す反射ビームは以下で説明す
るように、１次高調波成分（ＷIR）および発生した２次
高調波成分（ＷSHG）を含んでいる。２次高調波成分
（ＷSHG）の発生は、界面１２での入射ビームの反射時
に入射ビームの周波数の２倍の周波数の光が発生するた
めである。このプロセスはエネルギーがＥの２個の光子
が組み合って、エネルギーが２Ｅの単一の光子を発生す
ること、すなわち、入射光の２倍の周波数（または、波
長が半分）の光を発生することであると考えることがで
きる。この２次高調波成分の発生効果は、異なる周波数
の組合せに対応する異なるエネルギーの光子の組合せに
一般化することもできる。本発明はこの２次高調波成分
の発生効果を有利に利用している。
【００３０】簡単にいえば、２次高調波成分発生（ＳＨ
Ｇ）効果の存在は、高光度レーザ放射の特性によるもの
である。高光度レーザ放射はコヒーレントであり、平行
なポンプ・ビームによって誘導された場合に、平行な放
射になる。適当な複屈折非線形結晶において、ＳＨＧプ
ロセスはきわめて効率がよいものとなる。それ故、これ
は高光度レーザに関連して新しい周波数の光を発生する
ために広く使用されている。ＳＨＧプロセスはしかしな
がら、多くの材料内では認められていない（きわめて近
いところまで）。これらは対称中心を示すすべての材料
である（反転材料または中心対称材料）。中心対称材料
は本質的にすべての液体および気体（視線方向に関わり
なく、ランダムな分子位置が同じように思えるからであ
る）、ならびに本質的にすべての元素の固体を含んでい
る。電子産業用の中心対称材料の重要な例は、シリコ
ン、ゲルマニウム、ほとんどの金属およびケイ化物、な
らびに（アモルファス）二酸化シリコンなどのほとんど
の絶縁体を含んでいる。これらの材料の場合、ＳＨＧプ
ロセスがはっきりしているのは、バルク材料の逆転対称
性が破壊される表面および界面においてだけである。こ
の場合、ＳＨＧは表面または界面における材料の原子層
約１層の寄与によって左右される。このことはＳＨＧプ
ロセスを、表面および界面の特性に影響されやすくす
る。すなわち、発生する２次高調波放射の量は第１の材
料の境界と第２の材料の表面が互いに接近ないし収束す
るりょうにしたがうものとなる。
【００３１】反射ビーム６２は特殊コーティング・ダイ
クロイック・ミラーを通過し、ビーム６２から１次高調
波成分（ＷIR）を除去するための干渉フィルタ６４によ
ってフィルタリングされて、ビーム６６をもたらす。ビ
ーム６６は本質的に、ビーム６２の発生した２次高調波
成分（ＷSHG）からなっている。その後、ビーム６６は
ミラー６８によってモノクロメータ７２へ送られ、ビー
ム６６はさらに光の分散を受け、発生した２次高調波光
だけがモノクロメータ７２の光電子増倍管７１に受光さ
れるようになる。モノクロメータ７２の出力信号ＳＨ
は、エッチング終点前方の膜１０と基板２０の間の界面
に対応しており、エッチング終点後（すなわち、膜１０
の除去時、およびそれ以降）に液／Ｓｉ＜１１１＞界面
になる界面１２からのビーム６０の反射によって発生す
る２次高調波放射の量を表す。
【００３２】出力信号ＳＨの発生と同時に、光の基準２
次高調波成分（ＷSHGR）を表す基準信号ＳＨRが発生す
る。すなわち、ビーム５６はビーム・スプリッタ１１０
によって部分的に反射されて、ビーム１１２をもたら
す。実質的にレーザ５０からの光の１次高調波成分だけ
からなっているビーム１１２はその後、ミラー１１４に
よって方向が変えられ、干渉フィルタ１１６によって２
回目のフィルタリングを行われる。干渉フィルタ１１６
はビーム１１２からビーム１１８をもたらし、ビーム１
１８が光の１次高調波成分（ＷIR）だけを含んでいるよ
うにする。フィルタ１１６はビームが石英の基準媒体１
２０へ当たる直前にビームをフィルタリングする。した
がって、ビーム１１８が媒体１２０を通過することによ
り、基準ビーム１２２がもたらされる。基準ビーム１２
２はそれ故、１次高調波成分（ＷIR）および発生した基
準２次高調波成分（ＷSHGR）を含んでいる。ビーム１２
６で示されているビーム１２２の一部はその後、特殊コ
ーティング・ダイクロイック・ミラー１２４によってフ
ィルタ１２８へ送られる。干渉フィルタ１２８はビーム
１２８から１次高調波成分（ＷIR）をさらに除去し、こ
れによってビーム１３０をもたらす。ビーム１３０はビ
ーム１２６の発生した基準２次高調波成分（ＷSHGR）を
実質的に含んでいる。ビーム１３０はミラー１３２によ
ってモノクロメータ１３４へ送られる。それ故、モノク
ロメータ１３４は基準媒体１２０を通過する光の発生し
た２次高調波成分（ＷSHGR）の量を表す出力信号ＳＨR
を選択し、提供する。
【００３３】モノクロメータ７２および１３４の出力信
号は次いで、上述したように制御手段８２へ入力され、
信号ＳＨRによる信号ＳＨGの除算を行う。信号線７２上
に得られる信号ＳＨNは生起された発生した２次高調波
成分信号であり、それ故、基板２０上の膜１０のエッチ
ング状態を示す。すなわち、得られる信号ＳＨNは、基
準石英プレート１２０を使用して発生した検出された基
準２次高調波成分信号ＳＨRの量に対して継続的に正規
化された検出された２次高調波成分信号ＳＨGの量を示
すものである。検出した２次高調波成分信号ＳＨGを継
続正規化の利点は、レーザの変動による悪影響がこれに
よって最小限となるからである。すなわち、レーザの変
動に起因する信号内の雑音は、それ故、得られる信号Ｓ
ＨNから実質的に排除される。入射レーザ・ビームから
の強さの変化が２次高調波発生の非線形依存性のため二
次曲線的に増幅されるものであるため、この正規化は良
好な信号対雑音比を達成するのにきわめて重要なもので
ある。さらに、レーザ光線に関して、レーザの１０ｎｓ
のパルスのなめらかさが約５ｍＪ／ｃｍ2に限定されて
おり、これは膜１０または基板２０に対する損傷閾値よ
りもかなり低いものである。
【００３４】ここで図２を参照すると、正規化された検
出された２次高調波成分信号ＳＨNのプロットが示され
ている（単位：秒）。このプロットはＢＨＦエッチング
液内のＳｉ基板上のＳｉＯ2膜のエッチングについての
上述の例に対する信号ＳＨNを表している。図２からわ
かるように、信号ＳＨNの明白な変化が約３１５秒と３
２５秒の間へ生じている。すなわち、数秒程度のＳＨN
の急激な変化が時間の関数として生じる。信号ＳＨNの
この明白な変化は基板２０に関連した界面１２に起こっ
た急激な変化、すなわち基板２０に関連した界面特性の
明白な変化に対応している。この例において、この急激
な変化はＳｉＯ2膜がエッチングされて、基板のシリコ
ン表面がＢＨＦエッチャント液に対して露出したときに
生じる。さらに、図２に示す信号ＳＨNの急激な変化に
対して観察された時間は、親水性ごとの表面挙動の変化
を観察することによって、ＳｉＯ2膜の除去と相関させ
られる。したがって、信号ＳＨNのシフトないし急激な
変化は基板２０上の膜１０のエッチングに対するエッチ
ング終点を表している。
【００３５】ここで図３を参照すると、時間の関数とし
て制御手段８２が生成した一連の曲線あてはめ式のリア
ルタイム微分のプロット（単位：秒）が示されている。
一連の曲線あてはめ式は、上述したように、正規化され
た出力信号ＳＨNから取られた連続した一連の所定数の
データ・ポイントに対してリアルタイムで生成される。
リアルタイム微分の基線値Ｖおよびマイナス・ピーク
（符号９０で示される）が、図３に示されている。マイ
ナス・ピーク９０の最小値は符号９２で示すエッチング
終点の前駆状態を表す。すなわち、制御手段８２はリア
ルタイム微分データを監視し、ピーク９０の最小値が生
じる時点を判定する。ピーク９０の最小値に基づいて、
制御手段８２はピーク９０の関数としてエッチング終点
９２を表す、正規化された検出した２次高調波成分の所
定の変化を判定する。エッチング終点の適切な制御また
はエッチング浴からの基板の除去は、図２または図３の
上述の変化を使用して自動的に行われ、正確なエッチン
グ制御を行うために基板のエッチングを調製するのに有
利である。
【００３６】上述した態様において、マイナス・ピーク
９０はエッチング終点９２の早期警告インジケータとし
て有利に機能する。符号９４で示されている早期警告期
間を利用して、エッチング終点９２に接近した際にウェ
ハのエッチングを終了させるために必要なステップを行
うのが有利である。したがって、制御手段８２はエッチ
ング終点を表す正規化された検出された２次高調波成分
信号の所定の変化を有利に判定する。
【００３７】上記をさらに検討すると、制御手段８２は
第３の出力信号ＳＨEに応答して、基板上の膜のエッチ
ングの終了を制御する。制御手段８２はｉ）エッチング
液の有効エッチャント濃度を調節することによって第１
モードで、またはｉｉ）基板をエッチング液から物理的
に除去することによって第２モードで、あるいはこれら
両方のモードで膜のエッチングの終了を制御するように
作動できる。第１モードにおいて、制御手段８２はポン
プ３４を制御して、エッチング液の有効エッチャント濃
度を調節する、すなわち、エッチング液を希釈して、エ
ッチング終点の関数としてエッチャントの濃度を増減さ
せる。たとえば、浴へのエッチャント薬品の流れを除去
し、これを脱イオン水などの中性溶液の流れと置き換え
ることによって、エッチング液３０を中和することがで
きる。第２モードにおいて、制御手段８２はロボット・
アーム（図示せず）などの手段を制御し、エッチング終
点の関数としてエッチャント浴から基板を物理的に取り
出すように作動可能である。制御手段８２はさらに、早
期警告期間９４の発生を示す出力信号、または可聴警報
などの適切な信号ももたらす。このような早期警告期間
信号は、エッチング液の流れ、あるいはエッチャント浴
からの基板の除去を手動で制御する場合に、基板のエッ
チングの終了を準備する際に、適切なステップを取る、
あるいは少なくとも開始できるようにする。
【００３８】本発明の方法および装置を湿式エッチング
浴内でのシリコン基板上のＳｉＯ2膜のエッチングの例
を参照して検討してきたが、本発明の方法および装置を
上記エッチおよびドライ・エッチ、さらには、プラズマ
・エッチ・チェンバ内での反応性イオン・エッチング
（ＲＩＥ）などの他のタイプのエッチング環境にも同様
に適用できることを理解すべきである。本方法および装
置はエッチングされる膜の表面／界面特性の急激な変化
を有利に利用している。エッチングされる膜に垂直な表
面に関してレーザ・ビームの入射角を適切に変更し、か
つ励起周波数、偏光、パルス幅、反復速度、および出力
レベル、ならびにＰＭＴおよび電子装置などの関連した
検出システムを適切に選択することによって、本発明を
他のシリコンの配向に適用することができる。
【００３９】上述のように、本発明はしたがって、膜／
基板界面または膜／膜界面における単層検出感度および
単層分解能を有利にもたらす。上述のように、この能力
は発生した２次高調波応答の測定値の表面固有の性質に
よるものである。２次高調波の表面固有の特性は、電気
双極近似内での中心対称媒体における２次非線形応答を
禁じる選択規則によって生じるものである。したがっ
て、これはオーバエッチングが側壁またはアンダカット
層を破壊し、以降のプロセスのステップに問題を生じる
状況に対するエッチング終点の正確な制御を有利に可能
とするものである。
【００４０】したがって、基板上の膜のエッチング・プ
ロセスのリアルタイムで現場での監視および閉ルール制
御のための新規で、非自明の方法および装置が提供され
る。
【００４１】本発明をその好ましい実施例を参照して詳
細に図示説明したが、当分野の技術者には、形状および
細部の各種の偏光を本発明の精神および範囲を逸脱する
ことなく行えることが理解されよう。たとえば、ウェハ
上の各種の位置に対する本発明の監視装置を操作または
変換するための適切な手段を設け、これらの各種の位置
におけるエッチング・プロセスを検出または監視するこ
とができる。同様に、複数の基本はビームおよび対応す
る検出手段を使用して、ウェハ上の複数の位置を同時に
監視することもできる。
【００４２】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００４３】（１）膜のエッチング中に基板上の膜のエ
ッチング終点をリアルタイムに現場で検出するための装
置において、 ａ）所定の周波数を有し、かつその１次高調波のみを実
質的に含んでいる第１励起ビームをもたらすための手段
と、 ｂ）第１ビームを所定の入射角で基板の間の界面に送出
するための手段であって、第１ビームが界面で反射さ
れ、これによって第２ビームをもたらし、第２ビームが
第１ビームの１次高調波成分と第１ビームの反射の結果
として発生した２次高調波成分を含んでいる前記手段
と、 ｃ）第１ビームの発生した２次高調波成分を検出し、検
出した２次高調波成分を表す第１出力信号をもたらす手
段と、 ｄ）第１ビームの発生した２次高調波成分の基準を表す
第２出力信号をもたらす手段と、 ｅ）前記検出手段によって検出された第１ビームの発生
した２次高調波成分をリアルタイムで正規化する、第１
および第２出力信号に応答する手段であって、第１ビー
ムの正規化された発生した２次高調波成分における所定
の変化の発生を表す第３出力信号をもたらし、所定の変
化が基板上の膜のエッチング終点に対応している手段と
からなる前記装置。 （２）第１ビームをもたらす前記手段が１．６μｍとい
う波長を有する光を発生するＹＡＧレーザと、ＹＡＧレ
ーザ光の１次高調波成分だけを実質的に含んでいるよう
にＹＡＧレーザ光をフィルタリングするための第１の干
渉フィルタを含んでいる上記（１）に記載の装置。 （３）前記第１ビーム送出手段が第１ビームを効率よく
反射し、第２ビームを効率よく透過するための特殊コー
ティング・ダイクロイック・ミラーを含んでいる上記
（１）に記載の装置。 （４）前記２次高調波成分検出手段がｉ）第１ビームの
発生した２次高調波成分だけを実質的に含んでいる第３
ビームをもたらすために第２ビームをフィルタリングす
る第２干渉フィルタと、ｉｉ）第３ビームを受光するた
めの光電子増倍管を備えた第１モノクロメータとを含
み、第１モノクロメータが検出した２次高調波成分を表
す第１出力信号をもたらすことを特徴とする上記（１）
に記載の装置。 （５）前記２次高調波基準手段がｉ）第１ビームを部分
的に反射し、部分的に透過させるための第１ビームをも
たらす前記手段と前記検出手段の中間に配置されたビー
ム・スプリッタであって、第１ビームの部分反射部分が
第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過部分が前
記検出手段によって受光されるビーム・スプリッタと、
ｉｉ）第４ビームをフィルタリングし、実質的に第４ビ
ームの１次高調波成文以外のものをすべて除去する第３
の干渉フィルタと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビームを
受光し、１次高調波成分と発生した基準２次高調波成分
を含んでいる第５ビームを第２の側面から出す基準媒体
と、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効率よく反射
し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく透過するた
めの特殊コーティング・ダイクロイック・ミラーであっ
て、第５ビームの反射部分が第６ビームをもたらすダイ
クロイック・ミラーと、ｖ）第６ビームからあらゆる残
留１次高調波成分光を除去して、実質的に第５ビームの
発生した２次高調波成分を含んでいる第７ビームをもた
らす第４の干渉フィルタと、ｖｉ）第７ビームを受光す
る光電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基準を
表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメータと
からなっている上記（１）に記載の装置。 （６）前記リアルタイム正規化手段が第１および第２の
出力信号を受け取り、第１の出力信号を第２の出力信号
によって正規化して、正規化された出力信号をもたらす
手段を含んでおり、該正規化手段がさらに、ｉ）正規化
された出力信号から取った連続した一連の所定数のデー
タ・ポイントに対する一連の曲線あてはめ式を生成し、
ｉｉ）一連の式のリアルタイムの微分を取り、ｉｉｉ）
リアルタイムの微分において、終点の前駆状態を表す所
定のピークを決定し、ｉｖ）ピークの関数としてエッチ
ング終点を表す正規化された検出した２次高調波成分に
おける所定の変化を決定するものである上記（１）に記
載の装置。 （７）ｆ）第３の出力信号に応答して、基板上の膜のエ
ッチングの終了を制御するための手段をさらに含んでい
る上記（１）に記載の装置。 （８）第１ビームをもたらす前記手段が１．６μｍとい
う波長を有する光を発生するＹＡＧレーザを含んでお
り、第１ビームをもたらす該手段がさらにＹＡＧレーザ
光の１次高調波成分だけを実質的に含んでいるようにＹ
ＡＧレーザ光をフィルタリングするための第１の干渉フ
ィルタを含んでいる上記（１）に記載の装置。 （９）前記第１ビーム送出手段が第１ビームを効率よく
反射し、第２ビームを効率よく透過するための特殊コー
ティング・ダイクロイック・ミラーを含んでいる上記
（７）に記載の装置。 （１０）前記２次高調波成分検出手段がｉ）第１ビーム
の発生した２次高調波成分だけを実質的に含んでいる第
３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタリング
する第２干渉フィルタと、ｉｉ）第３ビームを受光する
ための光電子増倍管を備えており、検出した２次高調波
成分を表す第１出力信号をもたらす第１モノクロメータ
とからなっている上記（７）に記載の装置。 （１１）前記２次高調波基準手段がｉ）第１ビームを部
分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビームを
もたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置されたビ
ーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反射部分
が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過部分が
前記検出手段によって受光されるビーム・スプリッタ
と、ｉｉ）第４ビームをフィルタリングし、実質的に第
４ビームの１次高調波成文以外のものをすべて除去する
第３の干渉フィルタと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビー
ムを受光し、１次高調波成分と発生した基準２次高調波
成分を含んでいる第５ビームを第２の側面から出す基準
媒体と、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効率よく
反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく透過す
るための特殊コーティング・ダイクロイック・ミラーで
あって、第５ビームの反射部分が第６ビームをもたらす
ダイクロイック・ミラーと、ｖ）第６ビームからあらゆ
る残留１次高調波成分光を除去して、実質的に第５ビー
ムの発生した２次高調波成分を含んでいる第７ビームを
もたらす第４の干渉フィルタと、ｖｉ）第７ビームを受
光する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基
準を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメー
タとからなっている上記（７）に記載の装置。 （１２）前記リアルタイム正規化手段が第１および第２
の出力信号を受け取り、第１の出力信号を第２の出力信
号によって正規化して、正規化された出力信号をもたら
す手段を含んでおり、該正規化手段がさらに、ｉ）正規
化された出力信号から取った連続した一連の所定数のデ
ータ・ポイントに対する一連の曲線あてはめ式を生成
し、ｉｉ）一連の式のリアルタイムの微分を取り、ｉｉ
ｉ）リアルタイムの微分において、終点の前駆状態を表
す所定のピークを決定し、ｉｖ）ピークの関数としてエ
ッチング終点を表す正規化された検出した２次高調波成
分における所定の変化を決定するものである上記（７）
に記載の装置。 （１３）前記制御手段が基板をエッチング環境から物理
的に除去することによって膜のエッチングを終了するよ
うに作動可能である上記（７）に記載の装置。 （１４）前記制御手段がエッチング環境の有効エッチャ
ント濃度を調節することによって膜のエッチングを終了
するように作動可能である上記（７）に記載の装置。 （１５）ｆ）第１励起ビームをもたらす前記手段と前記
検出手段の間に配置されている、第１ビームの偏光を回
転するための手段をさらに含んでいる上記（１）に記載
の装置。 （１６）第１ビームをもたらす前記手段が１．６μｍと
いう波長を有する光を発生するＹＡＧレーザを含んでお
り、第１ビームをもたらす該手段がさらにＹＡＧレーザ
光の１次高調波成分だけを実質的に含んでいるようにＹ
ＡＧレーザ光をフィルタリングするための第１の干渉フ
ィルタを含んでいる上記（１５）に記載の装置。 （１７）前記第１ビーム送出手段が第１ビームを効率よ
く反射し、第２ビームを効率よく透過するための特殊コ
ーティング・ダイクロイック・ミラーを含んでいる上記
（１５）に記載の装置。 （１８）前記２次高調波成分検出手段がｉ）第１ビーム
の発生した２次高調波成分だけを実質的に含んでいる第
３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタリング
する第２干渉フィルタと、ｉｉ）第３ビームを受光する
ための光電子増倍管を備えており、検出した２次高調波
成分を表す第１出力信号をもたらす第１モノクロメータ
とからなっている上記（１５）に記載の装置。 （１９）前記２次高調波基準手段がｉ）第１ビームを部
分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビームを
もたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置されたビ
ーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反射部分
が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過部分が
前記検出手段によって受光されるビーム・スプリッタ
と、ｉｉ）第４ビームをフィルタリングし、実質的に第
４ビームの１次高調波成文以外のものをすべて除去する
第３の干渉フィルタと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビー
ムを受光し、１次高調波成分と発生した基準２次高調波
成分を含んでいる第５ビームを第２の側面から出す基準
媒体と、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効率よく
反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく透過す
るための特殊コーティング・ダイクロイック・ミラーで
あって、第５ビームの反射部分が第６ビームをもたらす
ダイクロイック・ミラーと、ｖ）第６ビームからあらゆ
る残留１次高調波成分光を除去して、実質的に第５ビー
ムの発生した２次高調波成分を含んでいる第７ビームを
もたらす第４の干渉フィルタと、ｖｉ）第７ビームを受
光する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基
準を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメー
タとからなっている上記（１５）に記載の装置。 （２０）前記リアルタイム正規化手段が第１および第２
の出力信号を受け取り、第１の出力信号を第２の出力信
号によって正規化して、正規化された出力信号をもたら
す手段を含んでおり、該正規化手段がさらに、ｉ）正規
化された出力信号から取った連続した一連の所定数のデ
ータ・ポイントに対する一連の曲線あてはめ式を生成
し、ｉｉ）一連の式のリアルタイムの微分を取り、ｉｉ
ｉ）リアルタイムの微分において、終点の前駆状態を表
す所定のピークを決定し、ｉｖ）ピークの関数としてエ
ッチング終点を表す正規化された検出した２次高調波成
分における所定の変化を決定するものである上記（１
５）に記載の装置。 （２１）ｇ）第３の出力信号に応答して、基板上の膜の
エッチングの終了を制御するための手段をさらに含んで
いる上記（１５）に記載の装置。 （２２）前記制御手段が基板をエッチング環境から物理
的に除去することによって膜のエッチングを終了するよ
うに作動可能である上記（２１）に記載の装置。 （２３）前記制御手段がエッチング環境の有効エッチャ
ント濃度を調節することによって膜のエッチングを終了
するように作動可能である上記（１５）に記載の装置。 （２４）膜のエッチング中に基板上の膜のエッチング終
点をリアルタイムに現場で検出するための方法におい
て、 ａ）所定の周波数を有し、かつその１次高調波のみを実
質的に含んでいる第１励起ビームをもたらすためのステ
ップと、 ｂ）第１ビームを所定の入射角で巻くと基板の間の界面
に送出するためのステップであって、第１ビームが界面
で反射され、これによって第２ビームをもたらし、第２
ビームが第１ビームの１次高調波成分と発生した２次高
調波成分を含んでおり、２次高調波成分が界面からの第
１ビームの反射の結果として発生したものである、前記
ステップと、 ｃ）第１ビームの発生した２次高調波成分を検出するた
めのステップであって、検出した２次高調波成分を表す
第１出力信号をもたらすステップと、 ｄ）第１ビームの発生した２次高調波成分の基準を発生
するステップであって、発生した２次高調波成分の基準
を表す第２出力信号をもたらすステップと、 ｅ）前記検出ステップによって検出された第１ビームの
発生した２次高調波成分を第１および第２の出力信号の
関数としてリアルタイムで正規化するステップであっ
て、第１ビームの正規化された発生した２次高調波成分
における所定の変化の発生を表す第３出力信号をもたら
し、所定の変化が基板上の膜のエッチング終点に対応し
ているステップとからなる前記方法。 （２５）第１ビームをもたらすステップが１．６μｍと
いう波長を有する光を発生するＹＡＧレーザをもたらす
ステップを含んでおり、第１ビームをもたらす該ステッ
プがさらにＹＡＧレーザ光の１次高調波成分だけを実質
的に含んでいるようにＹＡＧレーザ光をフィルタリング
するための第１の干渉フィルタをもたらすステップをさ
らに含んでいる上記（２４）に記載の方法。 （２６）第１ビーム送出ステップが第１ビームを効率よ
く反射し、第２ビームを効率よく透過するための特殊コ
ーティング・ダイクロイック・ミラーをもたらすステッ
プを含んでいる上記（２４）に記載の方法。 （２７）２次高調波成分検出ステップがｉ）第１ビーム
の発生した２次高調波成分だけを実質的に含んでいる第
３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタリング
する第２干渉フィルタをもたらすステップと、ｉｉ）第
３ビームを受光するための光電子増倍管を備えており、
検出した２次高調波成分を表す第１出力信号をもたらす
第１モノクロメータをもたらすステップとからなってい
る上記（２４）に記載の方法。 （２８）２次高調波基準発生ステップがｉ）第１ビーム
を部分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビー
ムをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置され
たビーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反射
部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過部
分が前記検出手段によって受光されるビーム・スプリッ
タをもたらすステップと、ｉｉ）第４ビームをフィルタ
リングし、実質的に第４ビームの１次高調波成文以外の
ものをすべて除去する第３の干渉フィルタをもたらすス
テップと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビームを受光し、
１次高調波成分と発生した基準２次高調波成分を含んで
いる第５ビームを第２の側面から出す基準媒体をもたら
すステップと、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効
率よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく
透過するための特殊コーティング・ダイクロイック・ミ
ラーであって、第５ビームの反射部分が第６ビームをも
たらすダイクロイック・ミラーをもたらすステップと、
ｖ）第６ビームからあらゆる残留１次高調波成分光を除
去して、実質的に第５ビームの発生した２次高調波成分
を含んでいる第７ビームをもたらす第４の干渉フィルタ
をもたらすステップと、ｖｉ）第７ビームを受光する光
電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基準を表す
第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメータをもた
らすステップとからなっている上記（２４）に記載の方
法。 （２９）発生した２次高調波を正規化するステップが第
１および第２の出力信号を受け取り、第１の出力信号を
第２の出力信号によって正規化して、正規化された出力
信号をもたらす手段をもたらす手段を含んでおり、該正
規化ステップがさらに、ｉ）正規化された出力信号から
取った連続した一連の所定数のデータ・ポイントに対す
る一連の曲線あてはめ式を生成し、ｉｉ）一連の式のリ
アルタイムの微分を取り、ｉｉｉ）リアルタイムの微分
において、終点の前駆状態を表す所定のピークを決定
し、ｉｖ）ピークの関数としてエッチング終点を表す正
規化された検出した２次高調波成分における所定の変化
を決定するものである上記（２４）に記載の方法。 （３０）ｆ）第３の出力信号に応答して、基板上の膜の
エッチングの終了を制御するステップをさらに含んでい
る上記（２４）に記載の方法。 （３１）第１ビームをもたらすステップが１．６μｍと
いう波長を有する光を発生するＹＡＧレーザをもたらす
ステップを含んでおり、第１ビームをもたらす該ステッ
プがさらにＹＡＧレーザ光の１次高調波成分だけを実質
的に含んでいるようにＹＡＧレーザ光をフィルタリング
するための第１の干渉フィルタをもたらすステップをさ
らに含んでいる上記（３０）に記載の方法。 （３２）第１ビーム送出ステップが第１ビームを効率よ
く反射し、第２ビームを効率よく透過するための特殊コ
ーティング・ダイクロイック・ミラーをもたらすステッ
プを含んでいる上記（３０）に記載の方法。 （３３）２次高調波成分検出ステップがｉ）第１ビーム
の発生した２次高調波成分だけを実質的に含んでいる第
３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタリング
する第２干渉フィルタをもたらすステップと、ｉｉ）第
３ビームを受光するための光電子増倍管を備えており、
検出した２次高調波成分を表す第１出力信号をもたらす
第１モノクロメータをもたらすステップとからなってい
る上記（３０）に記載の方法。 （３４）２次高調波基準発生ステップがｉ）第１ビーム
を部分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビー
ムをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置され
たビーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反射
部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過部
分が前記検出手段によって受光されるビーム・スプリッ
タをもたらすステップと、ｉｉ）第４ビームをフィルタ
リングし、実質的に第４ビームの１次高調波成文以外の
ものをすべて除去する第３の干渉フィルタをもたらすス
テップと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビームを受光し、
１次高調波成分と発生した基準２次高調波成分を含んで
いる第５ビームを第２の側面から出す基準媒体をもたら
すステップと、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効
率よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく
透過するための特殊コーティング・ダイクロイック・ミ
ラーであって、第５ビームの反射部分が第６ビームをも
たらすダイクロイック・ミラーをもたらすステップと、
ｖ）第６ビームからあらゆる残留１次高調波成分光を除
去して、実質的に第５ビームの発生した２次高調波成分
を含んでいる第７ビームをもたらす第４の干渉フィルタ
をもたらすステップと、ｖｉ）第７ビームを受光する光
電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基準を表す
第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメータをもた
らすステップとからなっている上記（３０）に記載の方
法。 （３５）発生した２次高調波を正規化するステップが第
１および第２の出力信号を受け取り、第１の出力信号を
第２の出力信号によって正規化して、正規化された出力
信号をもたらす手段をもたらす手段を含んでおり、該正
規化ステップがさらに、ｉ）正規化された出力信号から
取った連続した一連の所定数のデータ・ポイントに対す
る一連の曲線あてはめ式を生成し、ｉｉ）一連の式のリ
アルタイムの微分を取り、ｉｉｉ）リアルタイムの微分
において、終点の前駆状態を表す所定のピークを決定
し、ｉｖ）ピークの関数としてエッチング終点を表す正
規化された検出した２次高調波成分における所定の変化
を決定するものである上記（３０）に記載の方法。 （３６）膜のエッチングの終了を制御するステップが基
板をエッチング環境から除去するステップをさらに含ん
でいる上記（３０）に記載の方法。 （３７）膜のエッチングの終了を制御するステップがエ
ッチング環境の有効エッチャント濃度を調節するステッ
プをさらに含んでいる上記（３０）に記載の方法。 （３８）ｆ）第１ビームの偏光を回転するステップをさ
らに含んでいる上記（２４）に記載の方法。 （３９）第１ビームをもたらすステップが１．６μｍと
いう波長を有する光を発生するＹＡＧレーザをもたらす
ステップを含んでおり、第１ビームをもたらす該ステッ
プがさらにＹＡＧレーザ光の１次高調波成分だけを実質
的に含んでいるようにＹＡＧレーザ光をフィルタリング
するための第１の干渉フィルタをもたらすステップをさ
らに含んでいる上記（３８）に記載の方法。 （４０）第１ビーム送出ステップが第１ビームを効率よ
く反射し、第２ビームを効率よく透過するための特殊コ
ーティング・ダイクロイック・ミラーをもたらすステッ
プを含んでいる上記（３８）に記載の方法。 （４１）２次高調波成分検出ステップがｉ）第１ビーム
の発生した２次高調波成分だけを実質的に含んでいる第
３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタリング
する第２干渉フィルタをもたらすステップと、ｉｉ）第
３ビームを受光するための光電子増倍管を備えており、
検出した２次高調波成分を表す第１出力信号をもたらす
第１モノクロメータをもたらすステップとからなってい
る上記（３８）に記載の方法。 （４２）２次高調波基準発生ステップがｉ）第１ビーム
を部分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビー
ムをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置され
たビーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反射
部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過部
分が前記検出手段によって受光されるビーム・スプリッ
タをもたらすステップと、ｉｉ）第４ビームをフィルタ
リングし、実質的に第４ビームの１次高調波成文以外の
ものをすべて除去する第３の干渉フィルタをもたらすス
テップと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビームを受光し、
１次高調波成分と発生した基準２次高調波成分を含んで
いる第５ビームを第２の側面から出す基準媒体をもたら
すステップと、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効
率よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく
透過するための特殊コーティング・ダイクロイック・ミ
ラーであって、第５ビームの反射部分が第６ビームをも
たらすダイクロイック・ミラーをもたらすステップと、
ｖ）第６ビームからあらゆる残留１次高調波成分光を除
去して、実質的に第５ビームの発生した２次高調波成分
を含んでいる第７ビームをもたらす第４の干渉フィルタ
をもたらすステップと、ｖｉ）第７ビームを受光する光
電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基準を表す
第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメータをもた
らすステップとからなっている上記（３８）に記載の方
法。 （４３）発生した２次高調波を正規化するステップが第
１および第２の出力信号を受け取り、第１の出力信号を
第２の出力信号によって正規化して、正規化された出力
信号をもたらす手段をもたらす手段を含んでおり、該正
規化ステップがさらに、ｉ）正規化された出力信号から
取った連続した一連の所定数のデータ・ポイントに対す
る一連の曲線あてはめ式を生成し、ｉｉ）一連の式のリ
アルタイムの微分を取り、ｉｉｉ）リアルタイムの微分
において、終点の前駆状態を表す所定のピークを決定
し、ｉｖ）ピークの関数としてエッチング終点を表す正
規化された検出した２次高調波成分における所定の変化
を決定するものである上記（３８）に記載の方法。 （４４）ｇ）第３の出力信号に応答して、基板上の膜の
エッチングの終了を制御するステップをさらに含んでい
る上記（３８）に記載の方法。 （４５）膜のエッチングの終了を制御するステップが基
板をエッチング環境から除去するステップをさらに含ん
でいる上記（４４）に記載の方法。 （４６）膜のエッチングの終了を制御するステップがエ
ッチング環境の有効エッチャント濃度を調節するステッ
プをさらに含んでいる上記（４４）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】湿式エッチング浴内で基板の頂面上の膜をエッ
チングすることに関連した、本発明による装置の図であ
る。
【図２】正規化したエッチング特性信号と時間の代表的
なグラフである。
【図３】リアルタイムに取った図２の正規化したエッチ
ング特性信号の導関数の代表的なグラフである。
【符号の説明】
１０ 膜 １２ 界面 ２０ 基板 ３０ 湿式化学エッチング浴 ３２ エッチャント・タンク ３４ ポンプ手段 ５０ レーザ装置 ５２ 第１赤外線ビーム ５４ フィルタリング手段 ５６、６０、１１８、１３０ ビーム ５７、１２５ ビーム・ストッパ ５８ 導光手段 ６２ ２次高調波成分ビーム ６４ 干渉フィルタ ６６ 第３ビーム ７１、１３６ 光電子増倍管 ７２ モノクロメータ ７４、７６、７８、１３８ 信号線 ８０ ２次高調波基準手段 ８２ 制御手段 ９９ 半波長プレート １００ 終点検出装置 １１０ ビーム・スプリッタ １１２ 第４ビーム １１４、１３２ ミラー １１６ 第３干渉フィルタ １２０ 基準媒体 １２２ 第５ビーム １２４ ダイクロイック・ミラー １２６ ビーム １２８ 第４干渉フィルタ １３４ 第２モノクロメータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トニー・フレデリック・ハインツ アメリカ合衆国10514 ニューヨーク州チ ャパック ブルック・レーン ７ (72)発明者 アルリッチ・ホファー ドイツ国ミュンヘン ベルリーナー・スト ラッセ 18 (72)発明者 レピング・リー アメリカ合衆国12601 ニューヨーク州ポ ーキープシー アパートメント・イー６ サウス・ロード422 (72)発明者 ビクター・ジョセフ・シルベストリ アメリカ合衆国12533 ニューヨーク州ホ ープウェル・ジャンクション ビバリー・ コート ３

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】膜のエッチング中に基板上の膜のエッチン
    グ終点をリアルタイムに現場で検出するための装置にお
    いて、 ａ）所定の周波数を有し、かつその１次高調波のみを実
    質的に含んでいる第１励起ビームをもたらすための手段
    と、 ｂ）第１ビームを所定の入射角で基板の間の界面に送出
    するための手段であって、第１ビームが界面で反射さ
    れ、これによって第２ビームをもたらし、第２ビームが
    第１ビームの１次高調波成分と第１ビームの反射の結果
    として発生した２次高調波成分を含んでいる前記手段
    と、 ｃ）第１ビームの発生した２次高調波成分を検出し、検
    出した２次高調波成分を表す第１出力信号をもたらす手
    段と、 ｄ）第１ビームの発生した２次高調波成分の基準を表す
    第２出力信号をもたらす手段と、 ｅ）前記検出手段によって検出された第１ビームの発生
    した２次高調波成分をリアルタイムで正規化する、第１
    および第２出力信号に応答する手段であって、第１ビー
    ムの正規化された発生した２次高調波成分における所定
    の変化の発生を表す第３出力信号をもたらし、所定の変
    化が基板上の膜のエッチング終点に対応している手段と
    からなる前記装置。
  2. 【請求項２】第１ビームをもたらす前記手段が１．６μ
    ｍという波長を有する光を発生するＹＡＧレーザと、Ｙ
    ＡＧレーザ光の１次高調波成分だけを実質的に含んでい
    るようにＹＡＧレーザ光をフィルタリングするための第
    １の干渉フィルタを含んでいる請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記第１ビーム送出手段が第１ビームを効
    率よく反射し、第２ビームを効率よく透過するための特
    殊コーティング・ダイクロイック・ミラーを含んでいる
    請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記２次高調波成分検出手段がｉ）第１ビ
    ームの発生した２次高調波成分だけを実質的に含んでい
    る第３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタリ
    ングする第２干渉フィルタと、ｉｉ）第３ビームを受光
    するための光電子増倍管を備えた第１モノクロメータと
    を含み、第１モノクロメータが検出した２次高調波成分
    を表す第１出力信号をもたらすことを特徴とする請求項
    １に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記２次高調波基準手段がｉ）第１ビーム
    を部分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビー
    ムをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置され
    たビーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反射
    部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過部
    分が前記検出手段によって受光されるビーム・スプリッ
    タと、ｉｉ）第４ビームをフィルタリングし、実質的に
    第４ビームの１次高調波成文以外のものをすべて除去す
    る第３の干渉フィルタと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビ
    ームを受光し、１次高調波成分と発生した基準２次高調
    波成分を含んでいる第５ビームを第２の側面から出す基
    準媒体と、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効率よ
    く反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく透過
    するための特殊コーティング・ダイクロイック・ミラー
    であって、第５ビームの反射部分が第６ビームをもたら
    すダイクロイック・ミラーと、ｖ）第６ビームからあら
    ゆる残留１次高調波成分光を除去して、実質的に第５ビ
    ームの発生した２次高調波成分を含んでいる第７ビーム
    をもたらす第４の干渉フィルタと、ｖｉ）第７ビームを
    受光する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分の
    基準を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメ
    ータとからなっている請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記リアルタイム正規化手段が第１および
    第２の出力信号を受け取り、第１の出力信号を第２の出
    力信号によって正規化して、正規化された出力信号をも
    たらす手段を含んでおり、該正規化手段がさらに、ｉ）
    正規化された出力信号から取った連続した一連の所定数
    のデータ・ポイントに対する一連の曲線あてはめ式を生
    成し、ｉｉ）一連の式のリアルタイムの微分を取り、ｉ
    ｉｉ）リアルタイムの微分において、終点の前駆状態を
    表す所定のピークを決定し、ｉｖ）ピークの関数として
    エッチング終点を表す正規化された検出した２次高調波
    成分における所定の変化を決定するものである請求項１
    に記載の装置。
  7. 【請求項７】ｆ）第３の出力信号に応答して、基板上の
    膜のエッチングの終了を制御するための手段をさらに含
    んでいる請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】第１ビームをもたらす前記手段が１．６μ
    ｍという波長を有する光を発生するＹＡＧレーザを含ん
    でおり、第１ビームをもたらす該手段がさらにＹＡＧレ
    ーザ光の１次高調波成分だけを実質的に含んでいるよう
    にＹＡＧレーザ光をフィルタリングするための第１の干
    渉フィルタを含んでいる請求項１に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記第１ビーム送出手段が第１ビームを効
    率よく反射し、第２ビームを効率よく透過するための特
    殊コーティング・ダイクロイック・ミラーを含んでいる
    請求項７に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記２次高調波成分検出手段がｉ）第１
    ビームの発生した２次高調波成分だけを実質的に含んで
    いる第３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタ
    リングする第２干渉フィルタと、ｉｉ）第３ビームを受
    光するための光電子増倍管を備えており、検出した２次
    高調波成分を表す第１出力信号をもたらす第１モノクロ
    メータとからなっている請求項７に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記２次高調波基準手段がｉ）第１ビー
    ムを部分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビ
    ームをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置さ
    れたビーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反
    射部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過
    部分が前記検出手段によって受光されるビーム・スプリ
    ッタと、ｉｉ）第４ビームをフィルタリングし、実質的
    に第４ビームの１次高調波成文以外のものをすべて除去
    する第３の干渉フィルタと、ｉｉｉ）第１の側面で第４
    ビームを受光し、１次高調波成分と発生した基準２次高
    調波成分を含んでいる第５ビームを第２の側面から出す
    基準媒体と、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効率
    よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく透
    過するための特殊コーティング・ダイクロイック・ミラ
    ーであって、第５ビームの反射部分が第６ビームをもた
    らすダイクロイック・ミラーと、ｖ）第６ビームからあ
    らゆる残留１次高調波成分光を除去して、実質的に第５
    ビームの発生した２次高調波成分を含んでいる第７ビー
    ムをもたらす第４の干渉フィルタと、ｖｉ）第７ビーム
    を受光する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分
    の基準を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロ
    メータとからなっている請求項７に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記リアルタイム正規化手段が第１およ
    び第２の出力信号を受け取り、第１の出力信号を第２の
    出力信号によって正規化して、正規化された出力信号を
    もたらす手段を含んでおり、該正規化手段がさらに、
    ｉ）正規化された出力信号から取った連続した一連の所
    定数のデータ・ポイントに対する一連の曲線あてはめ式
    を生成し、ｉｉ）一連の式のリアルタイムの微分を取
    り、ｉｉｉ）リアルタイムの微分において、終点の前駆
    状態を表す所定のピークを決定し、ｉｖ）ピークの関数
    としてエッチング終点を表す正規化された検出した２次
    高調波成分における所定の変化を決定するものである請
    求項７に記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記制御手段が基板をエッチング環境か
    ら物理的に除去することによって膜のエッチングを終了
    するように作動可能である請求項７に記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記制御手段がエッチング環境の有効エ
    ッチャント濃度を調節することによって膜のエッチング
    を終了するように作動可能である請求項７に記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】ｆ）第１励起ビームをもたらす前記手段
    と前記検出手段の間に配置されている、第１ビームの偏
    光を回転するための手段をさらに含んでいる請求項１に
    記載の装置。
  16. 【請求項１６】第１ビームをもたらす前記手段が１．６
    μｍという波長を有する光を発生するＹＡＧレーザを含
    んでおり、第１ビームをもたらす該手段がさらにＹＡＧ
    レーザ光の１次高調波成分だけを実質的に含んでいるよ
    うにＹＡＧレーザ光をフィルタリングするための第１の
    干渉フィルタを含んでいる請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記第１ビーム送出手段が第１ビームを
    効率よく反射し、第２ビームを効率よく透過するための
    特殊コーティング・ダイクロイック・ミラーを含んでい
    る請求項１５に記載の装置。
  18. 【請求項１８】前記２次高調波成分検出手段がｉ）第１
    ビームの発生した２次高調波成分だけを実質的に含んで
    いる第３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタ
    リングする第２干渉フィルタと、ｉｉ）第３ビームを受
    光するための光電子増倍管を備えており、検出した２次
    高調波成分を表す第１出力信号をもたらす第１モノクロ
    メータとからなっている請求項１５に記載の装置。
  19. 【請求項１９】前記２次高調波基準手段がｉ）第１ビー
    ムを部分的に反射し、部分的に透過させるための第１ビ
    ームをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配置さ
    れたビーム・スプリッタであって、第１ビームの部分反
    射部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分透過
    部分が前記検出手段によって受光されるビーム・スプリ
    ッタと、ｉｉ）第４ビームをフィルタリングし、実質的
    に第４ビームの１次高調波成文以外のものをすべて除去
    する第３の干渉フィルタと、ｉｉｉ）第１の側面で第４
    ビームを受光し、１次高調波成分と発生した基準２次高
    調波成分を含んでいる第５ビームを第２の側面から出す
    基準媒体と、ｉｖ）発生した基準２次高調波成分を効率
    よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効率よく透
    過するための特殊コーティング・ダイクロイック・ミラ
    ーであって、第５ビームの反射部分が第６ビームをもた
    らすダイクロイック・ミラーと、ｖ）第６ビームからあ
    らゆる残留１次高調波成分光を除去して、実質的に第５
    ビームの発生した２次高調波成分を含んでいる第７ビー
    ムをもたらす第４の干渉フィルタと、ｖｉ）第７ビーム
    を受光する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分
    の基準を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロ
    メータとからなっている請求項１５に記載の装置。
  20. 【請求項２０】前記リアルタイム正規化手段が第１およ
    び第２の出力信号を受け取り、第１の出力信号を第２の
    出力信号によって正規化して、正規化された出力信号を
    もたらす手段を含んでおり、該正規化手段がさらに、
    ｉ）正規化された出力信号から取った連続した一連の所
    定数のデータ・ポイントに対する一連の曲線あてはめ式
    を生成し、ｉｉ）一連の式のリアルタイムの微分を取
    り、ｉｉｉ）リアルタイムの微分において、終点の前駆
    状態を表す所定のピークを決定し、ｉｖ）ピークの関数
    としてエッチング終点を表す正規化された検出した２次
    高調波成分における所定の変化を決定するものである請
    求項１５に記載の装置。
  21. 【請求項２１】ｇ）第３の出力信号に応答して、基板上
    の膜のエッチングの終了を制御するための手段をさらに
    含んでいる請求項１５に記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記制御手段が基板をエッチング環境か
    ら物理的に除去することによって膜のエッチングを終了
    するように作動可能である請求項２１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】前記制御手段がエッチング環境の有効エ
    ッチャント濃度を調節することによって膜のエッチング
    を終了するように作動可能である請求項１５に記載の装
    置。
  24. 【請求項２４】膜のエッチング中に基板上の膜のエッチ
    ング終点をリアルタイムに現場で検出するための方法に
    おいて、 ａ）所定の周波数を有し、かつその１次高調波のみを実
    質的に含んでいる第１励起ビームをもたらすためのステ
    ップと、 ｂ）第１ビームを所定の入射角で巻くと基板の間の界面
    に送出するためのステップであって、第１ビームが界面
    で反射され、これによって第２ビームをもたらし、第２
    ビームが第１ビームの１次高調波成分と発生した２次高
    調波成分を含んでおり、２次高調波成分が界面からの第
    １ビームの反射の結果として発生したものである、前記
    ステップと、 ｃ）第１ビームの発生した２次高調波成分を検出するた
    めのステップであって、検出した２次高調波成分を表す
    第１出力信号をもたらすステップと、 ｄ）第１ビームの発生した２次高調波成分の基準を発生
    するステップであって、発生した２次高調波成分の基準
    を表す第２出力信号をもたらすステップと、 ｅ）前記検出ステップによって検出された第１ビームの
    発生した２次高調波成分を第１および第２の出力信号の
    関数としてリアルタイムで正規化するステップであっ
    て、第１ビームの正規化された発生した２次高調波成分
    における所定の変化の発生を表す第３出力信号をもたら
    し、所定の変化が基板上の膜のエッチング終点に対応し
    ているステップとからなる前記方法。
  25. 【請求項２５】第１ビームをもたらすステップが１．６
    μｍという波長を有する光を発生するＹＡＧレーザをも
    たらすステップを含んでおり、第１ビームをもたらす該
    ステップがさらにＹＡＧレーザ光の１次高調波成分だけ
    を実質的に含んでいるようにＹＡＧレーザ光をフィルタ
    リングするための第１の干渉フィルタをもたらすステッ
    プをさらに含んでいる請求項２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】第１ビーム送出ステップが第１ビームを
    効率よく反射し、第２ビームを効率よく透過するための
    特殊コーティング・ダイクロイック・ミラーをもたらす
    ステップを含んでいる請求項２４に記載の方法。
  27. 【請求項２７】２次高調波成分検出ステップがｉ）第１
    ビームの発生した２次高調波成分だけを実質的に含んで
    いる第３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタ
    リングする第２干渉フィルタをもたらすステップと、ｉ
    ｉ）第３ビームを受光するための光電子増倍管を備えて
    おり、検出した２次高調波成分を表す第１出力信号をも
    たらす第１モノクロメータをもたらすステップとからな
    っている請求項２４に記載の方法。
  28. 【請求項２８】２次高調波基準発生ステップがｉ）第１
    ビームを部分的に反射し、部分的に透過させるための第
    １ビームをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配
    置されたビーム・スプリッタであって、第１ビームの部
    分反射部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分
    透過部分が前記検出手段によって受光されるビーム・ス
    プリッタをもたらすステップと、ｉｉ）第４ビームをフ
    ィルタリングし、実質的に第４ビームの１次高調波成文
    以外のものをすべて除去する第３の干渉フィルタをもた
    らすステップと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビームを受
    光し、１次高調波成分と発生した基準２次高調波成分を
    含んでいる第５ビームを第２の側面から出す基準媒体を
    もたらすステップと、ｉｖ）発生した基準２次高調波成
    分を効率よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効
    率よく透過するための特殊コーティング・ダイクロイッ
    ク・ミラーであって、第５ビームの反射部分が第６ビー
    ムをもたらすダイクロイック・ミラーをもたらすステッ
    プと、ｖ）第６ビームからあらゆる残留１次高調波成分
    光を除去して、実質的に第５ビームの発生した２次高調
    波成分を含んでいる第７ビームをもたらす第４の干渉フ
    ィルタをもたらすステップと、ｖｉ）第７ビームを受光
    する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基準
    を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメータ
    をもたらすステップとからなっている請求項２４に記載
    の方法。
  29. 【請求項２９】発生した２次高調波を正規化するステッ
    プが第１および第２の出力信号を受け取り、第１の出力
    信号を第２の出力信号によって正規化して、正規化され
    た出力信号をもたらす手段をもたらす手段を含んでお
    り、該正規化ステップがさらに、ｉ）正規化された出力
    信号から取った連続した一連の所定数のデータ・ポイン
    トに対する一連の曲線あてはめ式を生成し、ｉｉ）一連
    の式のリアルタイムの微分を取り、ｉｉｉ）リアルタイ
    ムの微分において、終点の前駆状態を表す所定のピーク
    を決定し、ｉｖ）ピークの関数としてエッチング終点を
    表す正規化された検出した２次高調波成分における所定
    の変化を決定するものである請求項２４に記載の方法。
  30. 【請求項３０】ｆ）第３の出力信号に応答して、基板上
    の膜のエッチングの終了を制御するステップをさらに含
    んでいる請求項２４に記載の方法。
  31. 【請求項３１】第１ビームをもたらすステップが１．６
    μｍという波長を有する光を発生するＹＡＧレーザをも
    たらすステップを含んでおり、第１ビームをもたらす該
    ステップがさらにＹＡＧレーザ光の１次高調波成分だけ
    を実質的に含んでいるようにＹＡＧレーザ光をフィルタ
    リングするための第１の干渉フィルタをもたらすステッ
    プをさらに含んでいる請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】第１ビーム送出ステップが第１ビームを
    効率よく反射し、第２ビームを効率よく透過するための
    特殊コーティング・ダイクロイック・ミラーをもたらす
    ステップを含んでいる請求項３０に記載の方法。
  33. 【請求項３３】２次高調波成分検出ステップがｉ）第１
    ビームの発生した２次高調波成分だけを実質的に含んで
    いる第３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタ
    リングする第２干渉フィルタをもたらすステップと、ｉ
    ｉ）第３ビームを受光するための光電子増倍管を備えて
    おり、検出した２次高調波成分を表す第１出力信号をも
    たらす第１モノクロメータをもたらすステップとからな
    っている請求項３０に記載の方法。
  34. 【請求項３４】２次高調波基準発生ステップがｉ）第１
    ビームを部分的に反射し、部分的に透過させるための第
    １ビームをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配
    置されたビーム・スプリッタであって、第１ビームの部
    分反射部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分
    透過部分が前記検出手段によって受光されるビーム・ス
    プリッタをもたらすステップと、ｉｉ）第４ビームをフ
    ィルタリングし、実質的に第４ビームの１次高調波成文
    以外のものをすべて除去する第３の干渉フィルタをもた
    らすステップと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビームを受
    光し、１次高調波成分と発生した基準２次高調波成分を
    含んでいる第５ビームを第２の側面から出す基準媒体を
    もたらすステップと、ｉｖ）発生した基準２次高調波成
    分を効率よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効
    率よく透過するための特殊コーティング・ダイクロイッ
    ク・ミラーであって、第５ビームの反射部分が第６ビー
    ムをもたらすダイクロイック・ミラーをもたらすステッ
    プと、ｖ）第６ビームからあらゆる残留１次高調波成分
    光を除去して、実質的に第５ビームの発生した２次高調
    波成分を含んでいる第７ビームをもたらす第４の干渉フ
    ィルタをもたらすステップと、ｖｉ）第７ビームを受光
    する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基準
    を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメータ
    をもたらすステップとからなっている請求項３０に記載
    の方法。
  35. 【請求項３５】発生した２次高調波を正規化するステッ
    プが第１および第２の出力信号を受け取り、第１の出力
    信号を第２の出力信号によって正規化して、正規化され
    た出力信号をもたらす手段をもたらす手段を含んでお
    り、該正規化ステップがさらに、ｉ）正規化された出力
    信号から取った連続した一連の所定数のデータ・ポイン
    トに対する一連の曲線あてはめ式を生成し、ｉｉ）一連
    の式のリアルタイムの微分を取り、ｉｉｉ）リアルタイ
    ムの微分において、終点の前駆状態を表す所定のピーク
    を決定し、ｉｖ）ピークの関数としてエッチング終点を
    表す正規化された検出した２次高調波成分における所定
    の変化を決定するものである請求項３０に記載の方法。
  36. 【請求項３６】膜のエッチングの終了を制御するステッ
    プが基板をエッチング環境から除去するステップをさら
    に含んでいる請求項３０に記載の方法。
  37. 【請求項３７】膜のエッチングの終了を制御するステッ
    プがエッチング環境の有効エッチャント濃度を調節する
    ステップをさらに含んでいる請求項３０に記載の方法。
  38. 【請求項３８】ｆ）第１ビームの偏光を回転するステッ
    プをさらに含んでいる請求項２４に記載の方法。
  39. 【請求項３９】第１ビームをもたらすステップが１．６
    μｍという波長を有する光を発生するＹＡＧレーザをも
    たらすステップを含んでおり、第１ビームをもたらす該
    ステップがさらにＹＡＧレーザ光の１次高調波成分だけ
    を実質的に含んでいるようにＹＡＧレーザ光をフィルタ
    リングするための第１の干渉フィルタをもたらすステッ
    プをさらに含んでいる請求項３８に記載の方法。
  40. 【請求項４０】第１ビーム送出ステップが第１ビームを
    効率よく反射し、第２ビームを効率よく透過するための
    特殊コーティング・ダイクロイック・ミラーをもたらす
    ステップを含んでいる請求項３８に記載の方法。
  41. 【請求項４１】２次高調波成分検出ステップがｉ）第１
    ビームの発生した２次高調波成分だけを実質的に含んで
    いる第３ビームをもたらすために第２ビームをフィルタ
    リングする第２干渉フィルタをもたらすステップと、ｉ
    ｉ）第３ビームを受光するための光電子増倍管を備えて
    おり、検出した２次高調波成分を表す第１出力信号をも
    たらす第１モノクロメータをもたらすステップとからな
    っている請求項３８に記載の方法。
  42. 【請求項４２】２次高調波基準発生ステップがｉ）第１
    ビームを部分的に反射し、部分的に透過させるための第
    １ビームをもたらす前記手段と前記検出手段の中間に配
    置されたビーム・スプリッタであって、第１ビームの部
    分反射部分が第４ビームをもたらし、第１ビームの部分
    透過部分が前記検出手段によって受光されるビーム・ス
    プリッタをもたらすステップと、ｉｉ）第４ビームをフ
    ィルタリングし、実質的に第４ビームの１次高調波成文
    以外のものをすべて除去する第３の干渉フィルタをもた
    らすステップと、ｉｉｉ）第１の側面で第４ビームを受
    光し、１次高調波成分と発生した基準２次高調波成分を
    含んでいる第５ビームを第２の側面から出す基準媒体を
    もたらすステップと、ｉｖ）発生した基準２次高調波成
    分を効率よく反射し、第５ビームの１次高調波成分を効
    率よく透過するための特殊コーティング・ダイクロイッ
    ク・ミラーであって、第５ビームの反射部分が第６ビー
    ムをもたらすダイクロイック・ミラーをもたらすステッ
    プと、ｖ）第６ビームからあらゆる残留１次高調波成分
    光を除去して、実質的に第５ビームの発生した２次高調
    波成分を含んでいる第７ビームをもたらす第４の干渉フ
    ィルタをもたらすステップと、ｖｉ）第７ビームを受光
    する光電子増倍管を備えており、２次高調波成分の基準
    を表す第２の出力信号をもたらす第２のモノクロメータ
    をもたらすステップとからなっている請求項３８に記載
    の方法。
  43. 【請求項４３】発生した２次高調波を正規化するステッ
    プが第１および第２の出力信号を受け取り、第１の出力
    信号を第２の出力信号によって正規化して、正規化され
    た出力信号をもたらす手段をもたらす手段を含んでお
    り、該正規化ステップがさらに、ｉ）正規化された出力
    信号から取った連続した一連の所定数のデータ・ポイン
    トに対する一連の曲線あてはめ式を生成し、ｉｉ）一連
    の式のリアルタイムの微分を取り、ｉｉｉ）リアルタイ
    ムの微分において、終点の前駆状態を表す所定のピーク
    を決定し、ｉｖ）ピークの関数としてエッチング終点を
    表す正規化された検出した２次高調波成分における所定
    の変化を決定するものである請求項３８に記載の方法。
  44. 【請求項４４】ｇ）第３の出力信号に応答して、基板上
    の膜のエッチングの終了を制御するステップをさらに含
    んでいる請求項３８に記載の方法。
  45. 【請求項４５】膜のエッチングの終了を制御するステッ
    プが基板をエッチング環境から除去するステップをさら
    に含んでいる請求項４４に記載の方法。
  46. 【請求項４６】膜のエッチングの終了を制御するステッ
    プがエッチング環境の有効エッチャント濃度を調節する
    ステップをさらに含んでいる請求項４４に記載の方法。
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