JPH0817790A

JPH0817790A - 化学エッチング工程の非接触リアルタイム装置内監視の方法および装置

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Publication number: JPH0817790A
Application number: JP7141949A
Authority: JP
Inventors: Steven G Barbee; スティーヴン・ジョージ・バービー; Madhav Datta; マダブ・ダッタ; Tony F Heinz; トニー・フレデリック・ハインツ; Leping Li; レーピン・リー; Eugene H Ratzlaff; ユージン・ヘンリー・ラツラフ; Ravindra V Shenoy; ラヴィンドラ・ヴァーマン・シェノイ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JP3188822B2; US5456788A; US5445705A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】湿式化学エッチング浴中で工作物をエッチン
グする際に、化学エッチング工程を装置内で監視するた
めの、非接触の方法および装置を提供する。【構成】本方法は、基準面を有する基材１４を設ける
段階と、工作物２０を基材に取り外し可能に固定する段
階と、工作物２０の表面の外周と近接するが接触はしな
いように少なくとも２個のセンサ２４ａ，２４ｂを基材
上に設ける段階と、上記少なくとも２個のセンサ間の電
気特性を監視する段階とを含み、電気特性の規定の変化
がエッチング工程の規定の条件を示すものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学エッチング工程の
エッチング条件を監視するための方法および装置に関す
るものであり、詳細には、上記の無接点リアルタイム装
置内方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エッチング工程を所期の時間で終了する
ために、エッチング速度およびエッチング終点を注意深
く監視し、制御する必要がある。半導体の加工で、エッ
チング時間が不十分または過剰になると、望ましくない
皮膜のパターン化が起こる。たとえば、ミクロンおよび
サブミクロン範囲の皮膜層またはフィーチャを有する半
導体装置では、エッチング時間が不十分または過剰にな
ると、所期の層の不十分な除去または過度の除去が生じ
る。所期の層の除去が不十分であると、所期の層が絶縁
体である場合には望ましくない電気的な開路が、導体で
ある場合には電気的短絡が生じる。さらに、エッチング
が過剰になると、アンダーカットまたはつきぬけが生
じ、その結果、皮膜のパターン化の画定が不十分にな
り、全体のリフトオフが生じる。エッチング時間が不十
分または過剰になると、後に製造される半導体装置に望
ましくない信頼性の問題が生じる。半導体ウェーハは製
造に多数の加工工程を必要とするためきわめて高価とな
るので、エッチング工程におけるエッチング終点の確実
な制御が望ましい。

【０００３】湿式エッチングによる電子材料の処理に
は、浸漬法、スプレー法、または浸漬スプレー法があ
る。スプレー・エッチングの使用は、スプレーによる衝
突が工作物表面における大量移送を促進し、エッチング
速度を増大するため、特に注目されている。また、制御
された水力学的条件の衝突により、大きい表面積全体に
高度の均一性が得られる。マスクを介したエッチングに
より、衝突はエッチング工程の異方性の改善に役立つ。
この結果、電子産業の広範囲の分野にスプレー化学エッ
チングが使用されるようになった。

【０００４】衝突システムによりもたらされた高速エッ
チングには、所定のエッチング工程を所期の時間に終了
させるため、正確な終点の決定が必要である。不適切ま
たは過度のエッチングにより、アンダーカットまたは画
定が不適切なパターン形成が生じる。エッチング速度、
エッチング時間、およびエッチングの終点は、皮膜の厚
みおよび組成がロットごとに異なること、また、エッチ
ャントの温度、水力学および濃度の変化により、一定に
維持したり、予知することが困難である。

【０００５】したがって、リアルタイムの装置内システ
ムである衝突による化学エッチングのエッチ・モニタ
と、終点検出システムを提供することが望ましい。この
ようなシステムは、エッチングされている工作物上にエ
ッチャントが衝突するのを妨げてはならない。さらにこ
のようなシステムは、頑丈で多様性があり、皮膜の特性
が変化しても信頼性のある結果を与え、エッチング工程
中に通常生じるエッチング工程の変動に無関係でなけれ
ばならない。

【０００６】従来、スプレー・エッチング・システム
で、上述の必要条件を満たす監視方法または装置はな
い。エッチング工程を制御するのにもっとも広く用いら
れている技術は、終点の目視による観察と、予測された
エッチング速度および厳密に制御されたエッチング速度
に影響を与えるパラメータにより決定された単純なタイ
ミングによるものである。目視法では、終点はエッチン
グされている表面の色の変化を監視することにより検出
する。この方法は、終点で色が急激に変化する特定の試
料に限定され、透明なエッチャントにしか使用できな
い。このような条件であっても、浸漬スプレー・エッチ
ングにこの方法を適用することは、ガスの発生により視
覚が妨げることにより制限を受ける。さらに、観察面積
は、少しはあるにしても、非常に限定される。限定され
た観察面積から得られた結果は、皮膜またはエッチング
工程のいずれかが著しく不均一な場合、誤りを生じるこ
とがある。目視法はさらに、スプレーのはねや飛沫によ
るエッチャントの水滴が覗き窓に蓄積するために制限を
受ける。

【０００７】一方、単純タイミング法は、最初の皮膜の
厚みと、エッチング速度を事前に知っている必要があ
る。エッチング速度は、かなりの費用をかけて、エッチ
ング・モニタ・ウェーハのエッチング前およびエッチン
グ後の厚みを測定することにより推測することができ
る。タイミング法を使用するには、厚みの測定とエッチ
ング時間は正確に行わなければならず、エッチング条件
は正確に維持しなければならない。エッチング条件（た
とえば温度および試薬濃度）は、多大の費用をかけても
一定に保持することはできないことが多い。このような
変動に無関係なエッチング法を提供する信頼性のある装
置内終点検出技術が望まれる。

【０００８】上述のエッチング・システムについては、
エッチングの終点はエッチングを急激に終了するのを正
確に予測または検出あるいはその両方を行わなければな
らない。エッチング速度、エッチング時間、およびエッ
チングの終点は、皮膜の厚みおよび組成がロットごとに
異なること、また、エッチャントの温度、水力学および
濃度の変化により、一定に維持したり、予知することが
困難である。すなわち、エッチング速度は、エッチャン
ト濃度、エッチャント温度、皮膜の厚み、および皮膜の
特性など、多数の要素に依存する。これらの要素、たと
えば濃度を正確に制御することは、実施にきわめて高価
であることがある。

【０００９】現在使用されているエッチング速度決定法
には、間接測定および推定技術を利用するものがある。
エッチング監視技術のあるものは、皮膜の厚みの外部測
定後、エッチング速度の推定と、外挿したエッチング終
点の予測を利用する。しかし、皮膜またはエッチャント
の化学的、物理的性質のバッチごとの差により、エッチ
ング速度にばらつきがあることがある。したがって、こ
れらの外挿法は不十分である。

【００１０】間接測定および推定技術の代替方法として
は、リアルタイム装置内監視が好ましい。装置内技術に
は、基準薄膜のエッチング速度を監視するものがある。
これには、基準薄膜を含むモニタ・ウェーハを作成する
必要があったり、適当な基準が得られなかったりするこ
とがある。また、他の技術では、導線がエッチングされ
ているウェーハと物理的に接触すること、およびこれら
の導線および関連するウェーハの部分が、エッチャント
から電気的に分離していることが必要である。これによ
り、汚染、接点の信頼性および再現性、ならびに製造ま
たは自動化に容易に使用できることを妨げる物理的な制
限を伴う問題がある。

【００１１】したがって、エッチング中のウェーハのエ
ッチング条件を監視するための、非接触でリアルタイム
の装置内監視の改善された方法および装置を提供するこ
とが望ましい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題を解決することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、エッチング中のウェ
ーハの、エッチング条件を監視するための、非接触の多
様性のある方法を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、エッチング中の工作
物の、エッチング条件を監視するための、正確なリアル
タイム、および装置内監視の改善された方法および装置
を提供することにある。

【００１５】さらに本発明の他の目的は、工作物へのエ
ッチャントの衝突を妨害しない、エッチング中の工作物
のエッチング条件を監視するための、方法および装置を
提供することにある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、その
表面が外周に沿った側縁部を有することを特徴とする工
作物の、湿式化学エッチャントによるエッチング中に、
エッチング工程を装置内で監視する非接触方法におい
て、ａ）基準面を有する基材を形成する段階と、ｂ）工作物の表面が基準面と実質的に同一面になるよう
に、工作物を上記基材に取り外し可能に固定する段階
と、ｃ）工作物の外周に近接するが接触はしないように上記
基材上に少なくとも２個のセンサを設け、上記少なくと
も２個のセンサがさらに基準面と実質的に同一面にあ
り、工作物の表面の上記側縁上に位置するようにする段
階と、ｄ）電気特性の規定の変化がエッチング工程の規定の条
件を示すものである、上記少なくとも２個のセンサの間
の電気特性を監視する段階とを含むことを特徴とする方
法が提供される。

【００１７】さらに、本発明によれば、その表面が外周
に沿った側縁部を有することを特徴とする工作物を、湿
式化学エッチャントによりエッチングする間に、エッチ
ング工程の規定の条件を指示するための、非接触装置内
化学エッチング・モニタが提供される。上記のモニタ
は、基準面を有する基材と、工作物の表面が基準面と実
質的に同一面になるように、工作物を上記基材に取り外
し可能に固定する手段と、工作物の外周に近接するが接
触はしないように上記基材上に設けられ、さらに基準面
と実質的に同一面にあり、工作物の表面の対向する側縁
上に位置する少なくとも２個のセンサと、電気特性の規
定の変化がエッチング工程の規定の条件を指示するもの
である、上記少なくとも２個のセンサの間の電気特性を
監視する手段とを具備する。

【００１８】

【実施例】本出願人に譲渡され、本出願に参考書類とし
て添付した、１９９２年１２月４日出願の同時係属の米
国特許出願第０７／９８５４１３号明細書、"Contactle
ssReal-Time In-Situ Monitoring of a Chemical Etchi
ng Process"（整理番号ＦＩ９−９２−１５２）に、湿
式化学エッチャント浴中でウェーハをエッチングする際
に、化学エッチング工程の非接触リアルタイム装置内監
視を行うための、関連する方法および装置が記載されて
いる。この方法および装置では、２本の導電性電極が、
少なくとも１枚のウェーハに近接するが接触はしておら
ず、さらに、上記２本の電極はウェーハの反対側の上下
面に置かれている。本出願人に譲渡された、同日出願の
６件の同時係属の米国特許出願、"Minimizing Overetch
during a Chemical Etching Process"（整理番号ＦＩ
９−９３−０３５）、"Real Time Measurement of Etch
Rate during a Chemical Etching Process"（整理番号
ＦＩ９−９３−０３６）、"Measuring Film Etching Un
iformity during a Chemical Etching Process"（整理
番号ＦＩ９−９３−０３７）、"Contactless Real-Time
In-Situ Monitoring of a Chemical Etching Process"
（整理番号ＦＩ９−９４−０３８）、"Method and Appa
ratus for Contactless Realtime In-SituMonitoring o
f a Chemical Etching Process"（整理番号ＦＩ９−９
４−０５３）および"Fixture for In-Situ Non Contact
Monitoring of Wet Chemical Etching with Passive W
afer Restraint"（整理番号ＦＩ９−９４−０５４）に
は、第０７／９８５４１３号出願に開示された化学エッ
チング工程の非接触リアルタイム装置内監視の方法およ
び装置の改良が記載されている。上記６件の出願も、本
出願に参考書類として添付する。

【００１９】次に図１を参照すると、本発明によるエッ
チング工程中の既定の条件を指示すための非接触リアル
タイム装置内モニタ１０を内蔵したエッチ・ステーショ
ン１００が示されている。エッチ・ステーション１００
は、底部に貯槽１１２を有するエッチ・チェンバ１１０
を含む、非浸漬スプレー・エッチ・ステーションからな
る。エッチ・チェンバ１１０は、特定のエッチング工程
に適した寸法のものである。貯槽１１２は、本発明の操
作に関して以下に述べるように、エッチング工程の間、
適当なエッチャント１１１を貯蔵する。非浸漬スプレー
・エッチ・ステーションは、当業界では周知のものであ
るので、本明細書では本発明に直接関係がある部分のみ
について説明する。エッチ・ステーション１００は、当
業界で周知のように、浸漬スプレー・エッチ・ステーシ
ョンでも、浸漬エッチ・ステーションでもよい。

【００２０】エッチャント・ポンプ１１４は、戻りライ
ン１１３により、適当に貯槽１１２に接続されている。
ポンプ１１４はまた、供給ライン１１５により、適当に
エッチャント・スプレー・ヘッド１１６にも接続されて
いる。エッチャント・スプレー・ヘッド１１６は、１つ
以上のスプレー・ノズル１２０を有するヘッド部材１１
８を備える。ヘッド部材１１８へのスプレー・ライン１
１５を介してスプレー・ヘッド１１６が受けたエッチャ
ントは、スプレー・ノズル１２０の構造に応じて、さら
にポンプの動作に従って、図１に１２２で示すように噴
射または放出される。

【００２１】次に図１および図２を参照すると、モニタ
１０は、エッチ特性フィクスチャ１２を備える。エッチ
特性フィクスチャ１２は、上に基準面１６を有する、ポ
リ塩化ビニル（ＰＶＣ）やテフロンなどの非導電性材料
の基材１４を備える。基準面１６は、実質的に平坦であ
る。フィクスチャ１２はさらに、基材１４中および基準
面１６中に形成した凹部１８を有する。凹部１８は、工
作物２０を収納するのに適当な断面寸法を有する。凹部
１８はさらに、工作物２０を収納した時、工作物２０の
表面が基準面１６と実質的に同一面になるような深さを
有する。基材１４はさらに、後ろ側に、凹部１８を通っ
て延びる真空ポート１７を有する。エッチャント環境の
外部で、工作物２０を凹部１８に挿入するとき、本発明
の動作に関して下記にさらに述べるように、工作物２０
を凹部１８に取り外し可能に固定するために、真空源
（図示せず）から真空を加える。

【００２２】工作物２０は、たとえば公称厚みが６００
ｎｍ程度の半導体ウェーハまたは基板である。工作物２
０はさらに、表面上に１層以上の皮膜層を有するもので
もよく、皮膜層はパターンを形成したものでもしないも
のでもよい。さらに、工作物２０上の１層以上の皮膜層
は、化学エッチャント１１１によって除去されるものが
望ましい。したがって、化学エッチャント１１１は、１
層または複数の層を除去するのに適したエッチャントと
する。工作物２０はさらに、外周２２に沿って側縁部２
２aおよび２２bを有することを特徴とする。

【００２３】基材１４はさらに、周囲の１カ所または複
数箇所に工作物２０を手動または自動で取り扱うための
凹部１９を有する。凹部１９は、工作物２０が凹部１８
に取り外し可能に固定されるのに影響を与えたり、妨げ
たりしないように構成される。同様に、基材１４は、工
作物２０を凹部１８に出し入れするための代替手段を含
むこともできる。さらに、基材１４は、フィクスチャ１
２をエッチ・ステーション１００のチェンバ１１０に出
し入れするのに適したアタッチメント開口部１３を有す
ることもできる。たとえば、適当なグリッパ（図示せ
ず）を有するロボット式アームで、フィクスチャ１２を
アタッチメント開口部１３で把持することができる。

【００２４】モニタ１０はさらに、エッチ特性フィクス
チャ１２の基材１４上に取り付けた少なくとも２個のセ
ンサ２４aおよび２４bを有する。詳細には、この少なく
とも２個のセンサ２４aおよび２４bは凹部１８の周囲に
近接し、さらに工作物の表面の外周に近接するが接触し
ないような規定の配置で、基材１４上に取り付けられ
る。この後の条件は、工作物を、基材１４の凹部１８に
取り外し可能に固定するとき満たされる。センサ２４a
および２４bの、加工物２０の外周からの最小間隔は、
１．０ｍｍ程度である。センサ２４aおよび２４bの規定
の間隔は、センサ２４aおよび２４bが工作物２０に近接
するが直接接触しないように設定し、これにより特殊な
物理的接触電極の必要がなくなり、しかもエッチャント
の適切なアクセスおよび流れが可能になる。さらに、セ
ンサ２４aおよび２４bが工作物２０に近接するが直接接
触しないことにより、エッチング工程中に工作物２０が
物理的に損傷したり、汚染したりすることがなくなる。
さらに、少なくとも２個のセンサが基準面１６と実質的
に同一面上にあり、工作物表面の対向する縁部２２aお
よび２２bに位置することにより、エッチャントの流れ
が水力学的に乱されることがほとんどない。

【００２５】好ましい実施例では、少なくとも２個のセ
ンサ２４aおよび２４bは、基材１４の基準面１６に埋め
込まれた、１対の化学的に不活性な導線を備える。少な
くとも２個のセンサ２４aおよび２４bはさらに、２個の
センサを有する。不活性な導線は、エッチャント１１１
の作用を受けず、工作物を汚染しない。不活性な導線は
さらに、それぞれ露出した表面を有し、露出した表面は
工作物の表面と実質的に同一表面にある。センサ２４a
および２４bは、たとえば白金線からなる。

【００２６】図１に戻ると、少なくとも２個のセンサ２
４aおよび２４bは、信号線２５を介して電気特性監視手
段３０に接続されている。監視手段３０は、適当な市販
のインピーダンス・アナライザを利用することができ
る。監視手段３０は、信号線３２を介して制御手段３４
に接続されている。制御手段３４は、エッチング操作を
開始し、制御し、終了させるためのフィードバック制御
を行う、コンピュータまたはプログラミング可能な制御
装置からなる。たとえば、制御手段３４は信号線３５を
介してポンプ１１４に接続され、エッチャント１１１を
スプレー・ヘッド１１６に流し、あるいはエッチャント
の流れを止めるようにポンプ１１４の動作を適当に制御
する。インピーダンス・アナライザ、コンピュータ、お
よびプログラミング可能な制御装置は、当業界で周知の
ものである。

【００２７】操作に際しては、本発明はエッチング工程
のエッチング速度やエッチングの終点など、規定のエッ
チング特性を監視するためのリアルタイムの方法および
装置を提供する。本明細書では、エッチングの終点と
は、所期の皮膜層またはその一部分が完全に除去された
時点をいう。規定のエッチング特性の監視は、２個のセ
ンサ２４aおよび２４bの間のインピーダンスまたはイン
ピーダンスの１つまたは複数の要素（たとえばリアクタ
ンスまたは抵抗あるいはその両方）などの電気特性の変
化を、装置内で電気的に検出することにより行う。

【００２８】エッチングされた工作物またはウェーハ２
０から導電皮膜または誘電皮膜を除去する間に、エッチ
ングされたウェーハ２０およびその環境のインピーダン
スが変化する。インピーダンスの経時変化は、エッチン
グ速度と関係がある。１つまたは複数のインピーダンス
要素の変化速度の変化、具体的には傾斜の反転および傾
向の不連続は、エッチャントとウェーハとの界面に変化
が生じる相転移の変化と関係がある。これらのインピー
ダンス遷移は、エッチングの終点など、明確なエッチン
グ特性を特徴付ける。エッチング速度およびエッチング
の終点は、リアルタイムで容易に決定することができ
る。

【００２９】本発明の非接触リアルタイム装置内化学エ
ッチング監視の方法および装置では、まずエッチングす
べき工作物またはウェーハ２０を、エッチ特性フィクス
チャ１２中に置く。すなわち、工作物２０を、図２の取
扱い用の凹部１９に対応する、外周上の２つの対向する
位置で把持する。その後、工作物２０を、凹部１８中に
置き、真空手段（図示せず）により真空にする。これに
より、工作物２０は、エッチ特性フィクスチャ１２に、
取り外し可能に固定される。次に、フィクスチャ１２を
エッチ・ステーション１００のエッチ・チェンバ１１０
内に適切に置く。適当なエッチャント供給装置（図示せ
ず）から貯槽１１２にエッチャント１１１を供給する。
制御手段３４が、適切な信号をポンプ１１４に与え、エ
ッチャント１１１を貯槽１１２から戻りライン１１３を
介して汲み上げる。その後、エッチャント１１１は供給
ライン１１５を通ってスプレー・ヘッド１１６に送られ
る。これにより、エッチャント１１１は工作物２０にス
プレーされる。このようなエッチャントの工作物２０へ
のスプレーの間、液体の薄いシートが、工作物２０の露
出面、センサ２４aおよび２４b、およびフィクスチャ１
２全体に形成され、これにより工作物の表面およびセン
サに、中断のない連続した薄い液体の皮膜が形成され
る。エッチング工程は、センサ間のインピーダンスを測
定することにより監視される。エッチングされている皮
膜層とその環境のインピーダンス特性は、センサに直
流、交流もしくはパルス電流または電圧を供給し、通過
した電流または発生した電位差を監視するなど、標準の
インピーダンス測定方法で測定される。電気特性監視手
段３０が、通過した電流または発生した電位差を適切な
方法で監視する手段を提供する。上述のように、電気特
性監視手段３０は、たとえば、エッチングの間にセンサ
間のインピーダンスを測定するための、市販のインピー
ダンス・アナライザを備えるものでよい。

【００３０】他の形で説明すれば、本発明は液体エッチ
ャント中のウェーハの寸法変化を装置内で監視すること
に関するものである。皮膜の厚みなどの寸法変化は、ウ
ェーハおよびエッチャント環境の電気特性の変化を検出
することにより監視する。２個のセンサ２４aおよび２
４bは、工作物２０に隣接または近接するが、物理的に
直接接触はしない。２個のセンサはまた、エッチングさ
れている工作物２０の表面と実質的に同一面上にある。
センサを工作物に対してこのように配置することによ
り、検出感度がきわめて高くなり、しかも非接触技術に
伴うその他の利点が保持される。さらに、センサはａ）
工作物へのエッチャントの流れも、ｂ）サンプルからの
エッチャントの流れも妨害することはない。２個のセン
サ２４aおよび２４bおよび工作物２０は、エッチャント
溶液１１１とオーム接触または容量接触している。電気
特性監視手段３０は、センサ間のインピーダンスの変化
またはインピーダンスの適切な要素の変化を監視する手
段を提供する。

【００３１】例本発明の動作を２種類の例を用いて説明する。本発明
を、２００ｎｍの銅（Ｃｕ）皮膜および４０ｎｍのクロ
ム（Ｃｒ）皮膜のエッチングの監視に応用した。本発明
の検出能力の有用性を、ｉ）非浸漬スプレー・エッチン
グ（強制対流）、ｉｉ）浸漬スプレー・エッチング（強
制対流）、およびｉｉｉ）浸漬エッチング（自然対流）
の３種類の化学エッチングにより実証した。

【００３２】Ｃｒ皮膜のエッチングに関しては、ブラン
ケット・シリコン（Ｓｉ）ウェーハの上面に付着させた
４０ｎｍのＣｒ皮膜を、０．２５モルのＫＭｎＯ₄と
０．５モルのＫＯＨからなるアルカリ性過マンガン酸カ
リ・エッチャント中でエッチングした。アルカリ性過マ
ンガン酸カリによるＣｒのエッチングを選択したのは、
アルカリ性過マンガン酸カリがＣｒ接着層のエッチング
や、Ｃｒフォトマスクの製造に広く使用されているた
め、本発明の有用性を示すためである。このエッチャン
トは不透明であるため、目視による終点検出法は不可能
である。図４ないし図６に各種の化学エッチング（すな
わち、図４はスプレー、図５は浸漬スプレー、図６は浸
漬エッチング）によるエッチング工程の、インピーダン
スの変化を示す。各曲線の変曲点"ＥＰ"は、エッチング
の終点を示し、これはＣｒ皮膜の完全除去に相当する。
インピーダンス曲線は、衝突によりエッチング速度が増
大することを示している。公称厚み４００オングストロ
ームのＣｒ皮膜に基づいて計算したエッチング速度は、
浸漬エッチングでは７５オングストローム／分、浸漬ス
プレー・エッチングでは１００オングストローム／分、
非浸漬スプレー・エッチングでは１０７オングストロー
ム／分である。

【００３３】Ｃｕ皮膜のエッチングに関しては、ブラン
ケットＳｉウェーハの上面に付着させた２００ｎｍのＣ
ｕ皮膜を、１２．５ｇ／ｌの（ＮＨ₄）₂Ｓ₂Ｏ₈、５ｍｌ
／ｌのＨ₂ＳＯ₄および１ｇ／ｌのＣｕＳＯ₄からなる過
硫酸アンモニウム溶液でエッチングした。図７ないし図
９に各種の化学エッチング（すなわち、図７はスプレ
ー、図８は浸漬スプレー、図９は浸漬エッチング）によ
るエッチング工程の、インピーダンスの変化を示す。各
曲線の変曲点“ＥＰ”は、エッチングの終点を示し、こ
れはＣｕ皮膜の完全除去に相当する。インピーダンス曲
線は、衝突によりエッチング速度が増大することを示し
ている。公称厚み２０００オングストロームのＣｕ皮膜
に基づいて計算したエッチング速度は、浸漬エッチング
では７．７オングストローム／分、浸漬スプレー・エッ
チングでは１０．２オングストローム／分、非浸漬スプ
レー・エッチングでは９．４オングストローム／分であ
る。

【００３４】上記の例から分かるように、本発明の方法
によれば、Ｓ／Ｎ比の良好な、信頼性のある終点検出が
できる。導体上の半導体もしくは絶縁体、または絶縁体
上の導体など、他の材料の組み合わせも、本発明によれ
ば同様に機能する。Ｃｒ（４０ｎｍ）／Ｓｉの上面の２
００ｎｍのＣｕ被膜のスプレー・エッチングでも、イン
ピーダンス曲線に区別のできる変化が観察された。

【００３５】このように、本発明によれば、エッチング
の終点、すなわち、エッチャントが所期の層を除去した
時点を正確に識別するのに十分な情報が得られる。

【００３６】再び図１を参照すると、本発明はさらに、
非接触リアルタイム装置内モニタ１０を内蔵したエッチ
・ステーション１００を企図している。制御手段３４
は、電気特性監視手段３０に応答する。制御手段３４
は、たとえば、上述のコンピュータまたはプログラミン
グ可能な制御装置に、エッチ特性フィクスチャ１２を上
げ下げしてエッチ・チェンバ１１０に出し入れする適当
な機構（図示せず）と組み合わせたものとすることがで
きる。手段３４は、フィクスチャ１２のエッチ・チェン
バ１１０への出し入れを制御し、さらに、電気特性監視
手段３０による規定のエッチング条件の検出に応答し
て、ポンプ１１４を通過するエッチャント１１１の流れ
を制御する。このように、エッチ・ステーション１００
は、正確で効率の非常によいエッチング制御を行う。

【００３７】以上本発明の特定の実施例について説明を
行ったが、形態および詳細に様々な変更を加えることが
でき、本明細書に記載した以外の実施例も、本発明の原
理から逸脱することなく実施することができることは、
当業者には自明であろう。たとえば、インピーダンス・
アナライザの周波数など、システム条件のパラメータ
を、最適な検出感度が得られるように調整することがで
きる。

【００３８】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。

【００３９】（１）その表面が外周に沿った側縁部を有
することを特徴とする工作物の、湿式化学エッチャント
によるエッチング中に、エッチング工程を装置内で監視
する非接触方法において、ａ）基準面を有する基材を形成する段階と、ｂ）工作物の表面が基準面と実質的に同一面になるよう
に、工作物を上記基材に取り外し可能に固定する段階
と、ｃ）工作物の外周に近接しているが接触はしないよう
に、上記基材上に少なくとも２個のセンサを設け、上記
少なくとも２個のセンサがさらに基準面と実質的に同一
面にあり、工作物の表面の対向する側縁上に位置するよ
うにする段階と、ｄ）電気特性の規定の変化がエッチング工程の規定の条
件を示すものである、上記少なくとも２個のセンサの間
の電気特性を監視する段階とを含むことを特徴とする方
法。（２）上記基材を形成する段階がさらに、基準面に工作
物を受ける規定の寸法の凹部を形成する段階を含み、工
作物を上記基材に取り外し可能に固定する段階がさら
に、凹部中に工作物を取り外し可能に固定するための真
空源を設ける段階を含むことを特徴とする、上記（１）
に記載の方法。（３）上記少なくとも２個のセンサを設ける段階が、上
記基材の基準面に、それぞれ露出した表面を有し、露出
した表面が工作物の表面と実質的に同一面にある、化学
的に不活性な導線を埋め込む段階を含むことを特徴とす
る、上記（１）に記載の方法。（４）上記少なくとも２個のセンサを設ける段階が、２
個のセンサを設ける段階であることを特徴とする、上記
（１）に記載の方法。（５）上記電気特性を監視する段階が、インピーダンス
を監視する段階であり、さらに規定の変化がインピーダ
ンスの規定の変化であることを特徴とする、上記（１）
に記載の方法。（６）その表面が外周に沿った側縁部を有することを特
徴とする工作物を、湿式化学エッチャントによりエッチ
ングする間に、エッチング工程の規定の条件を指示する
ための、非接触、装置内化学エッチング・モニタにおい
て、ａ）基準面を有する基材と、ｂ）工作物の表面が基準面と実質的に同一面になるよう
に、工作物を上記基材に取り外し可能に固定する手段
と、ｃ）工作物の外周に近接するが接触はしないように上記
基材上に設けられ、さらに基準面と実質的に同一面にあ
り、工作物の表面の対向する側縁部上に位置する少なく
とも２個のセンサと、ｄ）電気特性の規定の変化が、エッチング工程の規定の
条件を指示するものである、上記少なくとも２個のセン
サの間の電気特性を監視する手段とを具備することを特
徴とするモニタ。（７）上記基材がさらに、基準面に形成された工作物を
受ける規定の寸法の凹部を有し、工作物を上記基材に取
り外し可能に固定する上記手段がさらに、凹部中に工作
物を取り外し可能に固定するための真空源を含むことを
特徴とする、上記（６）に記載のモニタ。（８）上記少なくとも２個のセンサが、それぞれ露出し
た表面を有し、露出した表面が工作物の表面と実質的に
同一面にある、上記基材の基準面に埋め込まれた化学的
に不活性な導線を有することを特徴とする、上記（６）
に記載のモニタ。（９）上記少なくとも２個のセンサが、２個のセンサで
あることを特徴とする、上記（６）に記載のモニタ。（１０）上記監視手段がインピーダンス・モニタであ
り、さらに規定の変化がインピーダンスの規定の変化で
あることを特徴とする、上記（６）に記載のモニタ。（１１）さらに、電気特性の規定の変化に応答して、エ
ッチング工程を制御する段階を含む上記（１）に記載の
方法。（１２）さらに、電気特性の規定の変化に応答して、エ
ッチング工程を制御する手段を具備する上記（６）に記
載のモニタ。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エッチング工程の電気特性を、正確に非接触で監視する
改良されたリアルタイムの装置内監視方法および装置が
提供される。これらの方法および装置は、実施するのに
安価であり、エッチングされた１枚または複数のウェー
ハの完全性が確実に得られる。ウェーハのエッチング
は、精密に制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非接触リアルタイム装置内エッチ
ング条件モニタを内蔵するエッチ・ステーションを示す
図である。

【図２】本発明による非接触リアルタイム装置内エッチ
ング条件モニタの一部を詳細に示す正面図である。

【図３】図２の非接触リアルタイム装置内エッチング条
件モニタの一部を示す側面図である。

【図４】本発明による方法および装置を使用した、基板
上の第１の種類の皮膜をエッチングする際に監視される
電気特性を示すグラフである。

【図５】本発明による方法および装置を使用した、基板
上の第１の種類の皮膜をエッチングする際に監視される
電気特性を示すグラフである。

【図６】本発明による方法および装置を使用した、基板
上の第１の種類の皮膜をエッチングする際に監視される
電気特性を示すグラフである。

【図７】本発明による方法および装置を使用した、基板
上の第２の種類の皮膜をエッチングする際に監視される
電気特性を示すグラフである。

【図８】本発明による方法および装置を使用した、基板
上の第２の種類の皮膜をエッチングする際に監視される
電気特性を示すグラフである。

【図９】本発明による方法および装置を使用した、基板
上の第２の種類の皮膜をエッチングする際に監視される
電気特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０非接触リアルタイム装置内エッチング条件モニタ２０工作物（ウェーハ）３０インピーダンス・アナライザ１００エッチ・ステーション１１０エッチ・チェンバ１１１エッチャント１１２貯槽１１４エッチャント・ポンプ１１６スプレー・ヘッド１２０スプレー・ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マダブ・ダッタアメリカ合衆国10598 ニューヨーク州ヨークタウン・ハイツワイルドウッド・コート 816 (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クァブルック・レーン７ (72)発明者レーピン・リーアメリカ合衆国12601 ニューヨーク州ポーキープシービーチウッド・アベニュー 250 ナンバー18 (72)発明者ユージン・ヘンリー・ラツラフアメリカ合衆国12533 ニューヨーク州ホープウェル・ジャンクションセバスチャン・コート 20 (72)発明者ラヴィンドラ・ヴァーマン・シェノイアメリカ合衆国10566 ニューヨーク州ピークスキルオールド・クロムポンド・ロード 3848

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その表面が外周に沿った側縁部を有するこ
とを特徴とする工作物の、湿式化学エッチャントによる
エッチング中に、エッチング工程を装置内で監視する非
接触方法において、ａ）基準面を有する基材を形成する段階と、ｂ）工作物の表面が基準面と実質的に同一面になるよう
に、工作物を上記基材に取り外し可能に固定する段階
と、ｃ）工作物の外周に近接しているが接触はしないよう
に、上記基材上に少なくとも２個のセンサを設け、上記
少なくとも２個のセンサがさらに基準面と実質的に同一
面にあり、工作物の表面の対向する側縁上に位置するよ
うにする段階と、ｄ）電気特性の規定の変化がエッチング工程の規定の条
件を示すものである、上記少なくとも２個のセンサの間
の電気特性を監視する段階とを含むことを特徴とする方
法。
【請求項２】上記基材を形成する段階がさらに、基準面
に工作物を受ける規定の寸法の凹部を形成する段階を含
み、工作物を上記基材に取り外し可能に固定する段階がさら
に、凹部中に工作物を取り外し可能に固定するための真
空源を設ける段階を含むことを特徴とする、請求項１に
記載の方法。
【請求項３】上記少なくとも２個のセンサを設ける段階
が、上記基材の基準面に、それぞれ露出した表面を有
し、露出した表面が工作物の表面と実質的に同一面にあ
る、化学的に不活性な導線を埋め込む段階を含むことを
特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】上記少なくとも２個のセンサを設ける段階
が、２個のセンサを設ける段階であることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。
【請求項５】上記電気特性を監視する段階が、インピー
ダンスを監視する段階であり、さらに規定の変化がイン
ピーダンスの規定の変化であることを特徴とする、請求
項１に記載の方法。
【請求項６】その表面が外周に沿った側縁部を有するこ
とを特徴とする工作物を、湿式化学エッチャントにより
エッチングする間に、エッチング工程の規定の条件を指
示するための、非接触、装置内化学エッチング・モニタ
において、ａ）基準面を有する基材と、ｂ）工作物の表面が基準面と実質的に同一面になるよう
に、工作物を上記基材に取り外し可能に固定する手段
と、ｃ）工作物の外周に近接するが接触はしないように上記
基材上に設けられ、さらに基準面と実質的に同一面にあ
り、工作物の表面の対向する側縁部上に位置する少なく
とも２個のセンサと、ｄ）電気特性の規定の変化が、エッチング工程の規定の
条件を指示するものである、上記少なくとも２個のセン
サの間の電気特性を監視する手段とを具備することを特
徴とするモニタ。
【請求項７】上記基材がさらに、基準面に形成された工
作物を受ける規定の寸法の凹部を有し、工作物を上記基材に取り外し可能に固定する上記手段が
さらに、凹部中に工作物を取り外し可能に固定するため
の真空源を含むことを特徴とする、請求項６に記載のモ
ニタ。
【請求項８】上記少なくとも２個のセンサが、それぞれ
露出した表面を有し、露出した表面が工作物の表面と実
質的に同一面にある、上記基材の基準面に埋め込まれた
化学的に不活性な導線を有することを特徴とする、請求
項６に記載のモニタ。
【請求項９】上記少なくとも２個のセンサが、２個のセ
ンサであることを特徴とする、請求項６に記載のモニ
タ。
【請求項１０】上記監視手段がインピーダンス・モニタ
であり、さらに規定の変化がインピーダンスの規定の変
化であることを特徴とする、請求項６に記載のモニタ。
【請求項１１】さらに、電気特性の規定の変化に応答し
て、エッチング工程を制御する段階を含む請求項１に記
載の方法。
【請求項１２】さらに、電気特性の規定の変化に応答し
て、エッチング工程を制御する手段を具備する請求項６
に記載のモニタ。