JPH0784666B2 - デバイス製作のための干渉法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1. 発明の分野 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ツチする湿式又は
乾式エツチヤ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
ジストのようなエツ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
式エツチヤ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
エツチ又は除去される。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“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、エツ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ツチするのに
必要ぱ時間以上に長く、エツチヤ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
よりパターン転写中、たとえばレジストをエツチマスク
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、あるいは材料の二つの異なる層間の界
面で、エツチングを停止することが望ましい。

エツチ深さをモニターするために、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）エツチ
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700nm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
ツチされている基板層の厚さと、従つてそれを貫く光路
長が減少する。従つて、特定の厚さにおいて、記録され
た強度−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、エツ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、従つ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、エツ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り、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
さの増加を含むエツチモニター技術の変化は避けられ
る。

従来のエツ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
領域を持ち時、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。

従来のエツチモニター技術は、他の問題をもつ。たとえ
ば、もし（エツチしている領域の）エツチ速度が一定な
らば、エツチ終了点すなわちエツ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−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−時間曲線中の）強度振
動に沿つた任意の点で起りうるし、起るからエツチ終了
点を予測するのは困難である。更に、もしエツチされて
いる基板の厚さが、隣りあつた強度極値の間隔に対応す
るいくつかのエツ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、しばしばエツ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
る別のエツチモニター技術において、可視光はパターン
形成されたエツチマスクにより遮断された（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
視光はエツチマスク表面と基板領域中にエツチされてい
るエツチピツト（又は複数ピツト）の両方から、反射さ
れる。特定のエツチ深さにおいて、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。

別のエツ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（エツ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（透明な）エツチマ
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、（エツ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
り好ましくないアンダーエツチング又はオーバーエツチ
ングを生じる。

基板領域のエツチ終了点（領域がその厚さを貫いてエツ
チされてしまつた時刻）は、もし基板領域の厚さ及びエ
ツチ速度が既知ならば、容易に決められる。（たとえ
ば、もしエツチ速度が一定ならば、エツチ終了点に達す
るのに必要なエツチ時間＝厚さ／エツチ速度である。）
従つて、基板領域の厚さを測るために、技術が考え出さ
れた。通常の位置合せ技術と両立するため、広く用いら
れているそ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。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/4n以下の厚さをもつことがわかつて
いるならば、厚さは反射光の強度から、容易に決められ
る。（たとえば、O.S.Heavens（オー・エス・ヘブン
ズ）、薄膜の光学特性（Optical Properties of Thin F
ilms）（ドーバー出版、ニユーヨーク、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
べた機構により、干渉の現像が起る。基板領域の厚さ
は、たとえばF.Reizmen（エフ・ライツメン）及びＷ・V
an Gelder（ダブリユ・フアン・ゲルダ）Solid State E
lectronics（ソリツド・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、多くの例で有用であることがわか
つているが、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かもたないとし
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。

従つて、より正確なエツチモニター及び厚さ測定技術が
求められ続けている。

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ツ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
不透明であるように、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、不透明領域を通つて透過することが除かれ、従
つて好ましくない干渉信号の形成が除かれる。従つて、
エツチ深さ又は厚さは、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。従つて、本発明の一実
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。あるいは、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
合せの目的に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。従つて、
位置合せプロセスとの両立性を保つたまま、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を示す図、 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
例を概略的に示す図、 第４−６図は本発明及び従来のエツチモニター技術の両
方を用いた基板のエツチング中得られる強度−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ある。

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つ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ツチモニター
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）
又は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、上のパター
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パー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
さを測定している基板領域のような、対象とする基板領
域の下にあ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。
従つて、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ツ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
よつても有利である。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
領域直下の本質的に不透明な基板領域が存在すること
は、エツチ終了点（強度−時間曲線中の強度振動の周波
数変化に対応する）は、強度−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。従つて、エツ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つたより、エツチ終了点の
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上又は下の基板領域
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、たとえば堆積により、形成することによつて見
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（UV）光（約150nmないし約4
00nm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
リサデスパーク、ニユージヤージーのフントケミカル社
（Hunt Chemical Company,Palisades Park,New Jerse
y）によりHPR−204の商品名で市販されているレジスト
のような）有機ポリマレジストは、約210℃以上の温度
で熱処理を受けると、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の可視光ではなく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）エツチ終了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ツチン
グ深さをモニターしている時、記録された強度−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ツチ深さの変化に対
応する。可視入射光ではなくUV入射光を用いることによ
り、あるエツチ深さに対応した強度−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、エツチ深さはより精密にモニター
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、デバイス動作に
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 Blue8）という商品名でガーデン
市、ニユーヨークのピラン・パツカー社（Pylan Packer
Company,Garden City,New York）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、一般的には光吸収材
料を組込むことによつては達成されない。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。従つて、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つて、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り形成される
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液（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
ることにより、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ツチ
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
射光を用いて、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UVのような非可視光
である。犠牲となる上のパター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ツチマスクで、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り、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。

本発明のより完全に理解するた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.Moran（ジユイ・エ
ム・モーラン）及びD.Maydan（デイ・メイダン）,Bell
図System Technical Journal（ベル・システム・テクニ
カル・ジヤーナル），第58巻,1027−1038頁（1979）を
参照のこと）を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）をエツチするために、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（20）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（10）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。平坦化層（20）の厚さは、約0.
5μｍ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好ましくないほど多
数のピンホールを有するため好ましくない。約３μｍ以
上の厚さは、好ましくないほど長いエツチ時間を必要と
し、しばしば線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により、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0.0
8μｍ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）たとえばフオトレ
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、二酸化シリコン層
（30）を被覆する。たとえば層（40）はアメリカン・ホ
エチスト社、ソマービル、ニユージヤージー（American
Hoechst Corporation,Somerville,New Jersey）からAZ
−2415の商品名で市販されているフオトレジスト又はミ
ードテクノロジー社、ローラ、ミズリー（Mead Technol
ogies,Incorporated,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グレイトレー
クケミカル社、ウエストラフアイト、イソジアナ（Grea
t Lakes Chemical Company,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
ため望ましくない、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）をエツチマスクとして
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）
をエツチマスクとして用いて、O₂プラズマ中で層（20）
を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（30）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。
通常の技術（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（10）中の構造から反射
された屈折入射光と層（20）を通つて（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UV入射
光を用いることにより、容易にかつ正確に行うことがで
きる。あるいは、632.8nm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ましく
ない程低く、比較的低品質のシリコン、すわち下の基板
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
が容易にモニターされる。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ツチモニター技術
は、一般にプラズマ及び湿式化学エツチング、反応性ス
パツタエツチング（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、エツ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、エツ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、
所望のエツチ深さを得るために、本発明のエツチングモ
ニター技術又は本発明の厚さ測定技術を用いて、基板領
域のエツチングがモニターされ、（もしエツチ速度が既
知ならば）あるいは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
所望のエツチ深さ又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より、完成させられる。

本発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
板領域を照射するための、たとえばUV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
するための検出器及び記録計を含む。

基板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まれない装置も描いてい
る。）この装置はたとえばUVのような非可視光源（5
0）、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
ームスプリツタ（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（8
0）から放出された光は、一部がビームスプリツタ（6
0）を透過し、レンズに行き、レンズは透過光を基板領
域上に焦点を合わせる。（あるいは、もし領域がプラズ
マ又は反応容器内にあるならば、反応容器の光学窓上に
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た光は、次にレンズ（70）を透過
し、ビームスプリツタ（60）に行き、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
チングのよ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
組合さつ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り、従来可能であつたよ
り、より正確なエツチ深さに、基板をエツチすることが
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ツチ深さをモニタ
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7.6cm（３イ
ンチ）シリコンウエハを含み、その平坦な表面はHPR−2
04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。レジストの厚さはナノス
ペツク・スペクトロフオトメータで測定したところ、約
1.8μｍであつた。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た）厚さは、約0.14μｍで
あつた。

基板を反応性イオンエツチするために用いた装置は、ス
テンレススチール、円筒状反応容器で、それは高さ61cm
（24インチ）、直径49.3cm（19インチ）であつた。反応
室内の中央に円筒状電極が配置され、それは高さ35.6cm
（14インチ）で、六角形の断面を有した。六角状電極の
相対する平行な側面は、約15cm（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、CHF₃雰囲
気中で約10分間反応性イオンエツチした。エツチングプ
ロセス中、反応容器の壁は接地され、13.56MHz Vf信号
が六角状電極に印加され、35ml/分でCHF₃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/cm
²であつた。

エツチングプロセス中、エツチ深さはUV光（253.7nm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、UV光学（50）すなわちスペクトロ
ニクス社ウエストブリ、ニユーヨーク（Spectronics Co
rporation,Westbury,New York）から市販されている低
圧水銀アークランプ、モデル11SC−２を含み、253.7nm
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誘電体薄膜から成るビームスプリツ
タ（60）を含んだ。源（50）から放出される光線に対
し、45度に向けビームスプリツタ（60）は、45度の角度
で入射する任意の253.7nm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
プリツタ（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ツタ（100）（こ
れは253.7nm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
スプリツタ（100）及びレンズ（70）を通して、ビーム
スプリツタ（60）に行き、そこでこの光の一部は、ハマ
マツ社、ミドルセツクス、ニユージヤージイ（Hamamats
u Corporation,Middlesex,New Jersey）から市販されて
いるフオトマルチプライヤ管モデルＲ−166を含む光検
出器（80）上に反射された。この検出器は約300nm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、ユニフエイズ社、マウ
ンテンビユー、カリフオルニア（Uniphase Corporatio
n,Mountain View,California）から購入したHe−Neレー
ザ（110）、モデルNo.1103Pを含み、それは632.8nmに等
しい波長の光を放出した。この光はビームスプリツタ
（90）及び（100）に順次入射し、ビームスプリツタの
それぞれはビームスプリツタ（60）に対し垂直、レーザ
（110）から放出される光に対し、45度の角度をなし
た。ビームスプリツタ（90）及び（100）はレーザ（10
0）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。ビームスプリツタ（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。ビームスプリツタ（9
0）はオリエール社、スタツトフオード、コネチカツト
（Oriel Corporation,Stratford,Conneticut）から購入
した薄膜ビームスプリツタ、モデルNo.3743で、それは4
5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、ビームスプリツタ（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90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
イテツド、デイテクタ・テクノロジー社、カルバシテ
イ、カリフオルニア（United Detector Technology Cor
poration,Culvr City,California）から市販されている
PIN−5DP検出器であつた。

UV検出器（80）により検出されるように、反応UV光の強
度は、ストリツプチヤート記録計により、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−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−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）エツチ終了点は強度極値で起つた。（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−時間曲線は、約3/5の強度振動の
みを含み、（やはり第４図の矢印で示された）エツチ終
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
層を形成する7.6cm（３−インチ）シリコンウエハを含
む基板をエツチし、エツ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、ナノスペツ
クスペクトルフオ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、５μｍの線と間隔から成り、通常のリソ
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つた。

試料上に入射したUV及び可視光により生じた強度−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−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
と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とを示
している。

第３例 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ツチし、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は、7.6cm（３−インチ）シリ
コンウエハ上にあつた。通常の熱酸化技術を用いて成長
させた二酸化シリコンは、ナイスペツク・スペストリフ
オトメータにより測定したところ、約1.8μｍの厚さを
有した。スピン堆積させ、上で述べたようベークしたHP
R−204レジストも、ナイスペツク・スペクトルフオトデ
ータで測定したところ、約1.6μｍ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13/4μ
ｍであつた。

UV入射光と可視入射光の両方を用いて得られた強度−時
間曲線が、第６図に示されている。可視の強度−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
ある信じられる。一方、UV強度−時間曲線は、ほとんど
二酸化シリコン層のエツチングによる、多くの強度振動
を含む。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）エツチ終了点は、強度最大値で起る。

第４例 （7.6cm（３−インチ）シリコンウエハで支持された）H
PR−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190nm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、波長の関数として反射
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、パーキン−エルマ社、ノルウオーク、コネチ
カツト（Perkin−Elmer Corporation,Norwalk,Connecti
cut）から購入した二重ビームスペクトルフオトメータM
odel575中に含まれた。動作中、スペクトルフオトメー
タにより放射された光は、試験用試料と基準試料（この
場合、HPR−204レジストの層で被覆された7.6cm（３イ
ンチ）シリコンウエハ）の両方に入射し、スペクトルフ
オ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400nm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。これは
UV波長において、HPR−204レジストが本質的に不透明
で、検出された極大及び極小は、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
決ま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400nm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HPR−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
を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産したところ、（F.
Reizman（エフ・ライツマン及びW.Van Gelder（ダヴリ
ユ・フアン・ゲルダ）の上で引用したSolid State Elec
tronics（ソリツド・ステート エレクトロニクス・625
頁に述べられている方法を用いた）、0.1193μｍであつ
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つ
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 (72)発明者 シユツツ，ロナルド ジヨセフ アメリカ合衆国 07060 ニユージヤーシ イ．ウオーレン，アパー ウオーレン ウ エイ 14 (56)参考文献 特開 昭52−153665（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−117251（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−12337（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の領域の一部に光を照射し、該第１の
   領域から反射した光の少なくとも一部分の強度を検出す
   ることによって、基板の第２の領域の上の該第１の領域
   の厚さを測定し、そして デバイスの製造を完了する段階からなるデバイスの製造
   方法において、 該照射する光は該第１及び第２の領域に関連して選択さ
   れた非可視紫外線であり、該第１の領域は該非可視紫外
   線に対して実質的に透明であり、該第２の領域は該非可
   視紫外線に対して実質的に不透明であることを特徴とす
   るデバイスの製造方法。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載のデバイスの製造
   方法において、該製造を完了する段階は該第１の領域の
   少なくとも一部をエッチングする段階からなることを特
   徴とするデバイスの製造方法。
3. 【請求項３】請求の範囲第２項に記載の製造方法におい
   て、該製造を完了する段階は更に、該エッチングする段
   階に引き続き、該第１の領域を取り除く段階からなるこ
   とを特徴とするデバイスの製造方法。
4. 【請求項４】請求の範囲第３項に記載の製造方法におい
   て、該製造を完了する段階は更に、該第２の領域を取り
   除く段階を含むことを特徴とする方法。
5. 【請求項５】請求の範囲第１項に記載の製造方法におい
   て、該製造を完了する段階は該測定された厚さに応動し
   て該第１の領域の厚さを変える工程を含むことを特徴と
   するデバイスの製造方法。
6. 【請求項６】請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４
   項又は第５項に記載の製造方法において、非可視紫外線
   は約150nm乃至約400nmの範囲の波長を含むことを特徴と
   するデバイスの製造方法。
7. 【請求項７】請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４
   項又は第５項に記載の製造方法において、該第２の領域
   は有機ポリマ層からなることを特徴とするデバイスの製
   造方法。
8. 【請求項８】請求の範囲第７項に記載の製造方法におい
   て、非可視紫外線の部分は約150nm乃至約400nmの範囲の
   波長を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
9. 【請求項９】請求の範囲第８項に記載の製造方法におい
   て、第１の領域は二酸化シリコン層からなることを特徴
   とするデバイスの製造方法。