JP2002129364A - エッチング工程の進行状況表示方法およびエッチング工程モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング工程全体の進行状況を観察しなが
らきめ細かく制御して、半導体装置の微細加工を容易に
行なえるようにする。 【解決手段】 エッチング対象の金属薄膜２の非エッチ
ング部２ａとエッチング部２ｂとに入射光４を照射し
て、その両部から互いに干渉する反射光５，６をレンズ
７によって集め、センサ８によってその強度をエッチン
グ工程の経過時間を変数として検出し、その反射光の強
度に基づいて、エッチング部２ｂがエッチングされた深
さを算出し、さらにその膜厚方向の剥離溶解速度を算出
し、それに基づいて、金属薄膜2のエッチング部２ｂが
時々刻々と溶解していく過程を連続的にディスプレイに
表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置（デ
バイス）製造用のフォトマスクを作成する際など、基板
上に形成した薄膜をパターニングするために行うエッチ
ング工程において、その進行状況を正確に計測して表示
するためのエッチング進行状況計測表示方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば半導体装置の製造工程
において、半導体基板上に各種の薄膜をパターン形成す
るためにエッチングが行なわれており、そのエッチング
工程に先立ってフォトレジスト（感光性樹脂）をパター
ニングするために使用するフォトマスクの作成過程にお
いても、エッチングが行なわれる。その半導体装置製造
用のフォトマスク作成過程でのエッチングは、ガラス基
板上に被覆した金属薄膜に透孔のパターンを形成して、
光が透過するようにすることを目的として行なわれる。

【０００３】そのため、例えば図１３に示すように、ガ
ラス基板１００の全面に金属（例えばクロム：Ｃｒ）薄
膜１０１を形成し、その上にフォトレジスト１０２を塗
布し、電子線リソグラフィやフォトリソグラフィを用い
て露光および現像を行なって、所要のパターン形状の透
孔１０２ａを形成する。これによって、金属薄膜１０１
の除去しようとする部分が露出し、それ以外の部分はフ
ォトレジスト１０２に覆われた状態になる。

【０００４】そこで、加工したい物質である金属薄膜１
０１と反応性のある酸に浸したり、同様に反応性のある
イオンを照射して、金属薄膜１０１の露出部分を剥離溶
解すると、金属薄膜１０１に所望のパターンの透孔が形
成される。図１３は、その金属薄膜１０１の露出部をエ
ッチングガス１０３によってエッチングする途中の状態
を示している。勿論フォトレジスト１０２には、上記酸
やイオンとの反応性が無いか、もしあっても加工される
金属薄膜１０１に比べれば僅かなものを用いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなエッチング
工程において、その進行状況を知るために、従来はエッ
チングによって剥離溶解される物質の種類を特定し、そ
の量や光の透過率などを計測していた。すなわち、殆ど
エッチングが終了して加工される物質が少なくなる状況
や、新しい物質が剥離溶解される瞬間、及び最初に僅か
な孔（ブレークスルーポイント）があいて光の透過率が
大きく変動する状況などを、分光測定や薬液濃度の測定
によって求めていた。

【０００６】例えば、図１３に示したエッチング工程の
場合、金属薄膜１０１がガラス基板１００の表面まで剥
離されると、その上面側から進入する光の透過率が急増
するため、その急増する瞬間を捉えることによって、終
了間際の状況を予測でき、その他の状況も推測すること
ができる。この方法は、一般に、光の透過率が急増する
エンドポイントを検出して行なわれることから、エンド
ポイントディテクションと呼ばれている。

【０００７】また、パターンの形状を制御しようとする
場合には、経験的に決められたエッチング処理時間に従
って行なわれる。このエッチング処理時間は、除去しよ
うとする物質の種類や量、エッチングガスなどから経験
的に割り出されるので、この割り出された時間をエンド
ポイントの計測時点で経験則に従って若干補正すること
でエッチング終了時点を割り出し、これによって形成さ
れるパターンの形状を制御しようというものである。

【０００８】例えば、フォトマスクによるエッチングの
際にプラズマによるイオン化ガスを用いる場合には、そ
のプラズマ発光による光の透過率の変動を計測して行な
う。すなわち、図１４の（Ａ）に示すように、エッチン
グガス１０３中におけるプラズマ発光１０４による光
は、被エッチング膜である金属薄膜１０１のみによって
遮断されるため、ガラス基板１００の下側に光センサ１
０６を配置して、金属薄膜１０１に形成されるホール１
０１ａを通して漏洩する光の強度を計測し、その変化か
らパターンの形状を制御しようというものである。

【０００９】なお、このとき、最初に小さなホールが形
成された時間が図１４の（Ｂ）に示されるブレークスル
ーポイントtpであり、フォトレジスト１０２と殆ど同じ
大きさのホールが形成された時間がエンドポイントteで
ある。したがって、エッチング工程の進行状況を観察し
ようとする場合、従来は、ブレークスルーポイントやエ
ンドポイントを捉え、それを経験則により補正するとい
う方法に頼らざるをえなかった。

【００１０】そのため、従来の方法では最初と最後の状
況が把握できるだけで、途中の状況を正確に把握するの
は困難であり、エッチング工程を定量的に制御するのが
困難であった。このように、エッチング工程の進行状況
を観察することは容易ではなく、微細加工に用いられる
プラズマエッチングでは、その進行状況を的確に把握す
るのが特に難しいという問題があった。

【００１１】そして、半導体装置は、次第に線幅が微細
化する傾向にあり、微細化が進行すればするほど、許容
される誤差も小さくなる。そのため、エッチング工程の
進行状況を的確に把握してパターンの寸法をきめ細かく
制御したいという要求は切実なものであり、エッチング
工程全体を観察（モニタ）しながら、エッチング工程を
きめ細かく制御できるような装置や方法が望まれてい
る。

【００１２】この発明は、このような要求に応えるため
になされたものであり、エッチング工程全体の進行状況
を観察しながらその進行をきめ細かく制御して、半導体
装置の微細加工を容易に行なえるようにすることを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、次のようなエッチング工程の進行状況表
示方法およびエッチング工程モニタ装置を提供する。こ
の発明によるエッチング工程の進行状況表示方法は、基
板上に形成した金属薄膜にパターンを形成するためのエ
ッチング工程の進行状況を表示する方法であって、エッ
チング工程の経過時間を変数として、上記金属薄膜の非
エッチング部とエッチング部とに光を照射して、その両
部からの互いに干渉する反射光の強度を検出する。

【００１４】そして、その検出した反射光の強度に基づ
いて、エッチング工程の経過時間を変数として、上記エ
ッチング部がエッチングされた深さを算出し、その算出
したエッチングされた深さに基づいて、エッチング工程
の経過時間を変数として上記金属薄膜のエッチング部の
膜厚方向の剥離溶解速度を算出する。このようにして、
エッチング工程の経過時間を変数として算出したエッチ
ング部がエッチングされた深さと膜厚方向の剥離溶解速
度とに基づいて、上記金属薄膜のエッチング部が時々刻
々と溶解していく過程を連続的にディスプレイに表示す
る。

【００１５】上記エッチング工程の経過時間を変数とし
て検出した反射光の強度の変動値と、同じくエッチング
工程の経過時間を変数として算出した上記エッチング部
がエッチングされた深さおよび膜厚方向の剥離溶解速度
を、所定のフォーマットに編集してデータベースとして
記憶するとともに、そのエッチングされた深さおよび剥
離溶解速度に基づいて、上記金属薄膜のエッチング部が
時々刻々と溶解していく過程を連続的にディスプレイに
表示するようにしてもよい。

【００１６】この発明によるエッチング工程モニタ装置
は、基板上に形成した金属薄膜にパターンを形成するた
めのエッチング工程の進行状況をモニタする装置であっ
て、エッチング工程の経過時間を変数として、上記金属
薄膜の非エッチング部とエッチング部とに光を照射し
て、その両部からの互いに干渉する反射光の強度を検出
する反射光強度検出手段を有する。

【００１７】そして、その反射光強度検出手段によって
検出した反射光の強度に基づいて、エッチング工程の経
過時間を変数として、上記エッチング部がエッチングさ
れた深さを算出するエッチング深さ算出手段と、その手
段によって算出されたエッチングされた深さに基づい
て、エッチング工程の経過時間を変数として上記金属薄
膜のエッチング部の膜厚方向の剥離溶解速度を算出する
剥離溶解速度算出手段とを有する。

【００１８】さらに、上記エッチング深さ算出手段と剥
離溶解速度算出手段によって、それぞれエッチング工程
の経過時間を変数として算出される上記エッチング部の
エッチング深さと上記膜厚方向の剥離溶解速度とに基づ
いて、上記金属薄膜のエッチング部が時々刻々と溶解し
ていく過程を連続的にディスプレイに表示するエッチン
グ過程表示手段を有する。

【００１９】また、このエッチング工程モニタ装置に、
上記反射光強度検出手段によってエッチング工程の経過
時間を変数として検出した反射光の強度の変動値と、上
記エッチング深さ算出手段と剥離溶解速度算出手段によ
って、それぞれエッチング工程の時間を変数として算出
された上記エッチング部がエッチングされた深さおよび
膜厚方向の剥離溶解速度を、所定のフォーマットに編集
してデータベースとして記憶するデータベース作成手段
を設けるとよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。この発明によるエッチング
工程の進行状況表示方法およびその装置は、加工される
物質がエッチングにより除去されていく状況を光の干渉
を利用して計測し、それを表示する方法とその装置であ
り、エッチングする物質から反射される光の強度がエッ
チング工程の進行状況に応じて変化するという現象を利
用する。

【００２１】ここで、図１に示すように、ガラス基板１
の上面に形成した金属薄膜２に対して、その上面にフォ
トレジスト３を被覆して所望のパターンを形成した後、
そのフォトレジスト３をマスクにしてエッチング処理を
行なうことにより、金属薄膜２をエッチングして、フォ
トレジスト３と同じパターンを形成する場合について考
える。

【００２２】このガラス基板１の上面側から、エッチン
グガス１０３およびフォトレジスト３を通して単色光が
入射したときの反射光に着目する。この場合、入射光４
はもとより、金属薄膜２のエッチングによって除去され
ない部分（非エッチング部）２ａからの反射光５も、エ
ッチングの全工程を通じて位相がほぼ一定である。しか
し、金属薄膜２のエッチングによって除去されて膜厚が
時々刻々変化する部分（エッチング部）２ｂからの反射
光６は、そのエッチング深さｄがエッチングの進行状況
に応じて変化するため、位相が変化する。

【００２３】従って、反射光５と反射光６とを図２に示
すようにレンズ７で集めてセンサ８でその強度を計測す
ると、反射光５と反射光６とは位相のずれを有するため
に互いに干渉し合い、金属薄膜２のエッチング部２ｂの
エッチング深さｄの変化と共に弱め合ったり、強め合っ
たりしてレンズ７から出力される光の強度が変化するこ
とになる。その光の強度変化をフォトダイオード等の光
電変換素子によるセンサ８で電気信号に変換して検出す
る。

【００２４】そして、この光強度に応じた電気信号に基
づいて、時々刻々変化する金属薄膜２のエッチング部２
ｂの厚さや、エッチング速度（単位時間当りに剥離溶解
される金属薄膜２の厚さ；以下「剥離溶解速度」とい
う）を算出することができ、さらに、この剥離溶解速度
をもとにして、エッチング工程をシミュレートしたり、
その結果を視覚化して表示したりすることができる。

【００２５】ところで、金属薄膜２のエッチング深さを
ｄ、フォトレジスト３の厚さをΔ、屈折率をｎ_１とし、
エッチングガス（またはエッチング液）の屈折率をｎ_２
として、入射光の波長をλとした場合、反射光５と反射
光６の位相差θは、多重反射を無視して近似すると、 θ＝４π{(Δ＋ｄ)ｎ_２−ｎ_１Δ}／λ で与えられる。この位相差θにおいて、ｄ以外の項目は
エッチング工程中は一定値であるので、位相差θは、エ
ッチング深さｄの関数であり、位相差θの変化は、エッ
チング深さｄの変化を示すことになる。

【００２６】また、反射光の強度は、ｃｏｓ^２θ に比
例して変化をすることが経験的に知られている。したが
って、位相差θが変化すれば、反射光の強度も変化する
が、その反射光の強度（以下「反射強度」という）は、
エッチング深さｄにしたがって図３に示すように変化す
る。したがって、この反射強度を計測することによっ
て、エッチング深さｄを求めることができる。

【００２７】このエッチング深さｄは、エッチングの全
工程において一定の割合で変化（減少）しているわけで
はない。エッチング深さｄが一定の割合で変化していれ
ば、エッチング開始からの処理時間だけによってエッチ
ング深さｄを求めることができるので、エッチング工程
の制御は容易である。

【００２８】しかし、実際のエッチング工程では、その
環境、例えば、ドライエッチングを例に取ると、高周波
出力、温度およびエッチングガスの濃度、等の種々の要
因によって、剥離溶解速度が時々刻々と変動しているた
め、エッチング深さｄの変化速度も時々刻々と変動して
いる。したがって、実際の反射強度の計測値は、ある時
間に対する反射強度の変動値（変動の割合）として与え
られる。

【００２９】そこで、図４に実際に得られる反射強度の
計測データの例を示す。図３に示した反射強度とエッチ
ング深さｄとの関係、および図４に示したエッチング工
程の経過時間と反射強度との関係から、ある時刻におけ
るエッチング深さｄを把握することができる。

【００３０】例えば、図４の時刻ｔ（図では約４５秒）
における反射強度をみると、約０．８である。そして、
図３において、２回目に反射強度が０．８の値になる膜
厚を求めると、約０．１８８（ミクロン）である。こう
して、エッチング工程中の時々刻々のエッチング深さｄ
が把握され、このエッチング深さｄを繰り返し求めるこ
とによって、その変化を知ることができる。

【００３１】このようにして求めた、エッチング深さｄ
の変化の様子を図５に示す。この図に示すように、エッ
チング深さｄは、時間に対して直線となる変化を示さな
い。また、エッチング深さｄは、時点ｔｐ以降は変化の
ない一定値を示すものとなる。そして、この図５および
図４におけるｔｐは、前述したようにブレークスルーポ
イントとよばれ、図２に示した被エッチング膜である金
属薄膜２が最初にガラス基板１の表面までエッチングさ
れた時点を表わしている。

【００３２】金属薄膜２がガラス基板１の表面までエッ
チングされれば、エッチング深さｄが元の金属薄膜２の
膜厚以上の深さになることはないため、干渉による光強
度の変動が停止する。このｔｐは、エッチング工程を制
御する重要なパラメータとして用いることができる。

【００３３】次に、以上のようにして時々刻々のエッチ
ング深さｄが求められることから、エッチング工程にお
けるある時刻での金属薄膜２の剥離溶解速度（単位時間
当りにエッチングにより除去される金属薄膜２の膜厚）
Ｖｔを求めることができる。すなわち、Ｖｔは、 Ｖｔ＝（Ｚ_２−Ｚ_１）／（ｔ_２−ｔ_１） として求めることができる。なお、ここで、ｔ_１，ｔ_２
は、時刻ｔを間に挟むごく近傍の異なる時間であり、Ｚ
_１，Ｚ_２は、それぞれ時刻ｔ_１，ｔ_２における測定エッ
チング深さである。

【００３４】さらに、ある時刻でのエッチング深さｄが
図５から求められるため、あるエッチング深さｄにおけ
る剥離溶解速度Ｖｚも求められる。但し、この場合、図
６に示すように、ガラス基板１に対し、その深さ方向を
Ｚ方向、それに垂直な幅方向をＸ方向とし、エッチング
開始時点における金属薄膜２の位置をＺ方向の原点（始
点）としており、Ｚ方向の剥離溶解速度Ｖｚは、金属薄
膜２のエッチング深さ（金属薄膜２の表面からガラス基
板１の表面に向けて測った深さ）方向の剥離溶解速度で
ある。

【００３５】さて、このようにして剥離溶解速度Ｖｚが
測定されると、エッチング工程の進行状況が把握される
ので、その進行状況を表示してエッチング工程をシミュ
レーションすることができる。そこで、以下、エッチン
グ工程のシミュレーション方法について説明する。この
シミュレーション方法によれば、実際にエッチングを行
ないながら、その様子をリアルタイムで表示することが
可能になる。

【００３６】図７は、この発明によるエッチング工程の
進行状況表示方法によってシミュレーションの一時点の
状況を表示したものである。なお、この図７の表示は、
見やすくするため縦横の寸法比率を変更して示してお
り、特に前述した金属薄膜２であるクロム（Ｃｒ）膜の
厚さを拡大している。

【００３７】このようなシミュレーションを行なえるよ
うにするには、予め深さ方向のエッチング速度Ｖｚが全
てのエッチング深さについて与えられていなければなら
ない。そこで、以下の説明では、上述した方法にしたが
って、金属薄膜２の全てのエッチング深さｄについてそ
のエッチング速度Ｖｚを求めてあるものとする。

【００３８】先ず、図８に示すようにエッチング膜であ
る金属薄膜２の全体を格子状の微小領域（以下「セル」
と称す）に分割して各領域の座標を定め、その各セルご
とに深さｚに応じて剥離溶解速度（エッチング速度）Ｖ
ｚを与える。次に、その各セルごとにエッチングガスの
イオン分布密度Ｄ（ｘ）を与える。このイオン分布密度
Ｄ（ｘ）は、図８の上側に示すように、０から１までの
値を取る関数であって、フォトレジスト３の開口部では
ほぼ「１」であり、フォトレジスト３により被覆されて
いる部分ではほぼ「０」となる関数である。

【００３９】なお、理想的には、開口部では「１」であ
り、被覆部で「０」であるような矩形関数であるが、実
際には開口部でもフォトレジスト３の壁面付近では１よ
り小さくなっている。従って、実際のイオン分布密度Ｄ
（ｘ）は、この理想的な矩形関数をローパスフィルタを
通して得られるものであるとし、そのローパスフィルタ
のパラメータは、実験から決定するものとする。

【００４０】その結果、位置(ｘ，ｚ)での実効的なエッ
チング速度Ｖ(ｘ，ｚ)は、 Ｖ(ｘ，ｚ)＝Ｄ(ｘ)・Ｖz として求められる。ただし、このエッチング速度Ｖ
(ｘ，ｚ)は、Ｚ方向の剥離溶解速度である。

【００４１】さて、エッチングが開始されると、金属薄
膜２の表面、すなわち、ｚ＝１で幅方向（Ｘ軸方向）の
座標ｘ_１ にあるセルは、エッチング速度（単位時間あ
たりにエッチングで除去される金属薄膜２の厚さ）がＶ
(ｘ_１，１)なので、次式によって求まる微小時間Δｔで
溶解することになる。 Δｔ＝Δｚ／Ｖ(ｘ_１，１) ここで、Δｚは金属薄膜２の各セルにおけるＺ方向の厚
さ（長さ）である。そして、金属薄膜２の厚さをＬと
し、Ｚ方向に分割したセルの数をＮとすれば、Δｚは次
式で表されることになる。 Δｚ＝Ｌ／Ｎ

【００４２】金属薄膜２の各セルの位置座標は、一般に
Ｐ（ｘ，ｚ）と表すことができるが、座標位置Ｐ（ｘ，
ｚ）のセルについてエッチングガスとの接触面を考える
と、エッチングの進行状況によって図９に(Ａ)，(Ｂ)，
(Ｃ)で示すような３つの形態が考えられる。このうち、
（Ａ）は座標位置Ｐのセルの一面のみがエッチングガス
Ｇに接触する場合、（Ｂ）はセルの上面と一側面の二面
がエッチングガスＧに接触する場合、（Ｃ）はセルの上
面と両側面の三面がエッチングガスＧに接触する場合で
ある。（Ｃ）の状態からさらにエッチングが進行する
と、このセルの四面がエッチングガスＧに接触するよう
になり、このセルが遊離することになる。なお、図にお
けるセルの前面および背面もエッチングの進行に伴って
エッチングガスに接触するようになるが、ここでは図示
を省略している。

【００４３】一方、縦（深さ）方向のエッチング速度
は、前述のようにＶ(ｘ，ｚ)で与えられるが、横（幅）
方向のエッチング速度は、各セルの全てについて等し
く、Ｕｘで与えられるものとする。このＵｘは、エッチ
ング装置やその配置、さらには被エッチング物質やエッ
チングガス等によって決まるもので、実験的に決定され
る。 一般的にみて、このＵｘの値はＶｚに比べて小さ
く、特に、異方性エッチングの場合にはゼロに近い値と
なる。また、エッチング速度の実効的な値をみると、図
９のうち、（Ａ）の場合はＶｚであるが、（Ｂ）の場合
にはＶｚとＵｘの合成速度になり、（Ｃ）の場合はＶｚ
と２Ｕｘの合成速度になる。

【００４４】このようにして、微小時間毎に剥離溶解し
ていく金属薄膜２のセルを計算によって求め、それを除
去しながらエッチングの進行過程を表示していくことが
できる。この計算技法は「セルリムーバル法」と呼ばれ
るものであるが、その他の方法を用いることもできる。
例えば、「レイトレース法」がある。

【００４５】このようにして、金属薄膜２が時々刻々と
剥離溶解していく過程を連続的に表示させて、エッチン
グの進行過程を動画的に表示し、あたかもエッチングの
進行過程を実際に目で見ているように表示することがで
きる。また同時に、このシミュレーション結果をエッチ
ング装置にフィードバックして、エッチングプロセス自
体を制御することも可能である。

【００４６】また、エッチングの進行過程において、フ
ォトレジスト３やガラス基板１も僅かながら溶解剥離さ
れることがあり得る。その過程のシミュレーションを行
なうには、フォトレジスト３やガラス基板１も、金属薄
膜２と同様に縦（深さ）方向及び横（幅）方向の剥離溶
解速度（エッチング速度）を持っているものとして計算
すればよい。

【００４７】このようなエッチングの進行過程における
計測データやエッチング条件、シミュレーション結果な
どは、すべて所定のフォーマットに編集して記録するこ
とによってデータベースとして保存することができる。
したがって、その保存されたデータベースを用いれば、
その内容と同じ条件のエッチング工程については、シミ
ュレーションを何度でも繰り返すことができる反復性
と、再び行なえる再現可能性を備えることになる。ま
た、それまでの条件と異なる新しいエッチング条件の場
合には、過去に行なったエッチング工程の中から条件の
近いものを選択して利用すればよい。そうすれば、内挿
演算や補間演算を行って、新たなシミュレーションを行
なうことができる。

【００４８】このデータベースには、実際のエッチング
の進行過程による計測データ等を逐次加えることがで
き、そうすることによって、データベースの内容を一層
精密なものとすることができる。このように、この発明
によるエッチング進行過程表示方法によれば、エッチン
グ工程の最初から最後に至るまでの一部始終を擬似的に
観察することができ、エッチングプロセスを精密に制御
することも可能になる。

【００４９】次に、以上説明したこの発明によるエッチ
ング進行過程表示方法を実施するためのエッチングシス
テムについて説明する。図１０は、この発明によるエッ
チングモニタ装置を設けたエッチングシステムの一例を
示す構成図である。このシステムは、プラズマエッチン
グ装置２０とエッチング工程モニタ装置３０とＰＣ制御
装置とを備えている。プラズマエッチング装置２０のプ
ロセスチャンバ２１の下部にプローブ２２が取り付けら
れ、光ファイバ２３によってエッチング工程モニタ装置
３０と接続している。

【００５０】また、そのプロセスチャンバ２１には、真
空ポンプ２４から圧力制御バルブ２５を備えた配管が接
続されている。さらに、ガスボックス２６からの配管も
接続されている。そして、その真空ポンプ２４、圧力制
御バルブ２５、およびガスボックス２６は、ＰＣ制御装
置４０と信号線５１で接続され、エッチング工程モニタ
装置３０とＰＣ制御装置４０とも、インタフェースケー
ブル５２で接続されている。

【００５１】エッチング工程モニタ装置３０には、ラン
プ電源部３１と、光検出部３２と、演算制御部３３と、
モニタ用ディスプレイ３４と、データベース作成部３５
等が設けられている。ＰＣ制御装置４０には、プロセス
レシピモニタ、シミュレーションＩ／Ｏ、シーケンスＩ
／Ｏ、ガスの供給を自動的に行なう流量制御装置である
ＭＦＣ、プロセスチャンバ２１内の圧力制御を行なう制
御装置であるＡＰＣ、プラズマ発生用高周波制御装置と
その電源装置てあるＲＦ、真空ポンプリモートコントロ
ーラ等が設けられている。

【００５２】プロセスチャンバ２１内には、エッチング
ガスをイオン化するためのＲＦ電極２７を設けてあり、
このＲＦ電極２７には、ＲＦマッチング用のコンデンサ
２８を介してＲＦ電源２９が接続され、ＲＦ電源２９か
らＲＦ電極２７に高周波電力が印加される。このプロセ
スチャンバ２１内には、エッチング加工される金属薄板
であるフォトマスク１０が、ＲＦ電極２７に近接してそ
れに略平行に配置される。そして、図１１に示すよう
に、ガラス基板１に形成されたフォトマスク１０の加工
面１０ａに対向するように、位相差測定用のプローブ２
２が配置されている。

【００５３】このプローブ２２は、フォトマスク１０の
加工面１０ａに光を照射し、その反射光を検出してその
強度により加工深さを計測するために設けられている。
図１２に、そのプローブ２２と図１０に示したエッチン
グ工程モニタ装置３０内の関連部分の構成を示してい
る。

【００５４】プローブ２２内には投影対物レンズ２２０
が設けられており、このプローブ２２と光ファイバ２３
を介して接続するエッチング工程モニタ装置３０内に
は、光源であるランプ２２１と、コリメートレンズ２２
２と、ビームスプリッタ２２４と、光ファイバ２３３
ａ，２３３ｂと、干渉フィルター２２６と、光センサ２
２７とが設けられている。そのランプ２２１はランプ電
源部３１によって点灯制御され、光センサ２２７は光検
出部３２によって動作されると共にその検出信号が処理
される。

【００５５】そして、ランプ２２１によって発光された
光が、コリメートレンズ２２２によって平行光束にさ
れ、光ファイバ２２３ａを通してビームスプリッタ２２
４から光ファイバ２３に入射し、その光ファイバ２３に
よってプローブ２２に導かれ、投影対物レンズ２２０に
よって、加工中のフォトマスク１０の加工面に照射され
る。

【００５６】その加工面１０ａからの反射光は、プロー
ブ２２の同じ投影対物レンズ２２０から光ファイバ２３
に入射し、その光ファイバ２３によってエッチング工程
モニタ装置３０に導かれ、ビームスプリッタ２２４から
光ファイバ２２３ｂによって干渉フィルター２２６に導
かれ、それによって単色化されて光センサ２２７を照射
する。光センサ２２７はその照射された光の強度に応じ
た電気信号を出力する。

【００５７】図２を参照して前述したように、フォトマ
スク１０の加工面１０ａのフォトレジスト３に被覆され
てエッチングされない部分からの反射光と、被覆されず
エッチングされた部分からの反射光との干渉によって反
射光の強度が変化し、それは加工深さに依存する。した
がって、光センサ２２７から加工面１０ａの加工深さに
応じた信号が出力されることになる。

【００５８】この光センサ２２７の出力信号を、光検出
部３２で増幅した後Ａ／Ｄ変換してデジタルデータに変
換し、そのデータを演算制御部３３に取り込んで、デー
タ収集，解析，シミュレーション等を行ない、時々刻々
のエッチング工程の進行状況をモニタ用デイスプレイ３
４に動画表示する。さらに、そのデータをＰＣ制御部装
置４０へ送って、エッチング工程を自動制御させること
もできる。また、エッチング条件の入力データとその実
際のエッチング工程のシミュレーションのデータを、デ
ータベース作成部３５によって全てデータベース化して
登録しておくことができる。

【００５９】すなわち、データベース作成部３５は、エ
ッチング工程中に反射光強度検出手段であるプローブ２
２と光検出部３２等によって検出される反射光の強度の
変動値と、エッチング深さ算出手段と剥離溶解速度算出
手段を兼ねる演算制御部３３によって、それぞれエッチ
ング工程の経過時間名を変数として算出されるエッチン
グ深さおよび膜厚方向の剥離溶解速度等のデータを所定
のフォーマットに編集して、データベースとして記憶す
る。そのメモリとしては記憶容量の大きいハードディス
クや光磁気ディスク等を使用する。

【００６０】それによって、以前に登録されているエッ
チング条件と同じ条件のエッチング工程であれば、その
登録データを用いてシミュレーションを行なうことも可
能である。なお、この発明は、ほとんど全てのエッチン
グ工程に対して有効に機能するもので、半導体製造工程
や他の微細エッチング工程で使用され、さらに、ドライ
エッチングや、ウエットエッチングといったエッチング
の種類を問わず有効なものである。

【００６１】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、時々刻々と変化するエッチング工程の進行状況を
動画的に表示することができ、あたかもエッチングの進
行過程を実際に目で見ているように表示するシミュレー
ションを実現することができる。さらに、そのデータを
利用してエッチング工程を自動的に制御することも可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の対象とするエッチング工程を説明す
るための断面図である。

【図２】この発明によりエッチング深さを検出する方法
の説明図である。

【図３】金属薄膜のエッチング深さと反射光強度との関
係を示す線図である。

【図４】エッチング工程の経過時間と反射光強度との関
係の実測値を示す線図である。

【図５】エッチング工程の経過時間と金属薄膜エッチン
グ深さとの関係を示す線図ある。

【図６】金属薄膜が剥離溶解される方向を説明するため
の断面図である。

【図７】この発明によるエッチング工程の進行状況の表
示方法による一時点の表示例を示す断面図である。

【図８】エッチングされる金属薄膜に対するイオン分布
密度と、その金属薄膜を格子状の微小領域（セル）に分
割してその各領域毎のエッチング速度とを示す図であ
る。

【図９】金属薄膜の各領域におけるエッチングガスとの
接触面の様子を模式的に示す図である。

【図１０】この発明によるエッチング工程モニタ装置を
設けたエッチングシステムの一例を示す構成図である。

【図１１】図１０に示したフォトマスクとプローブの関
係を示す図である。

【図１２】図１０に示したフォトマスクとプローブの関
係の詳細と反射強度検出手段の構成例を示す図である。

【図１３】フォトマスクを作成するためのエッチング工
程の途中の状態を示す断面図である。

【図１４】従来のエッチング状況を検知する方法の一例
を説明するための図である。

【符号の説明】

１：ガラス基板 ２：金属薄膜 ２ａ：非エッチング部 ２ｂ：エッチング部 ３：フォトレジスト ４：入射光 ５，６：反射光 ７：レンズ ８：センサ １０：フォトマスク ２０：プラズマエッチング装置 ２１：プロセスチャンバ ２２：プローブ ２３：光ファイバ ２４：真空ポンプ ２５：圧力制御バルブ ２６：ガスボックス ２７：ＲＦ電極 ２８：ＲＦマッチング用のコンデンサ ２９：ＲＦ電源 ３０：エッチング工程モニタ装置 ３１：ランプ電源部 ３２：光検出部 ３３：演算制御部 ３４：モニタ用ディスプレイ ３５：データベース作成部 ４０：ＰＣ制御装置 ５１：信号線 ５２：インタフェースケーブル １１３，Ｇ：エッチングガス ２２０：投影対物レンズ ２２１：ランプ ２２２：コリメートレンズ ２２３ａ，２２３ｂ：光ファイバ ２２４：ビームスプリッタ ２２６：干渉フィルタ ２２７：光センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清原 正光 埼玉県大宮市高鼻町１−80 株式会社エル イーシー内 Ｆターム(参考） 2F065 AA25 CC17 FF52 GG02 GG24 JJ01 LL02 LL04 LL22 LL46 QQ03 SS13 2H096 AA25 CA05 HA17 LA30 4K057 DA14 DA20 DB01 DD01 DJ07 DN01 4M106 AA09 CA48 DH03 DH38 DH55 DJ14 DJ18 5F004 BA19 BB11 BB17 BB18 CB09 DB08 DB12 EB07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成した金属薄膜にパターンを
   形成するためのエッチング工程の進行状況を表示する方
   法であって、 エッチング工程の経過時間を変数として、前記金属薄膜
   の非エッチング部とエッチング部とに光を照射して、そ
   の両部からの互いに干渉する反射光の強度を検出し、 その検出した反射光の強度に基づいて、エッチング工程
   の経過時間を変数として、前記エッチング部がエッチン
   グされた深さを算出し、 その算出したエッチングされた深さに基づいて、エッチ
   ング工程の経過時間を変数として前記金属薄膜のエッチ
   ング部の膜厚方向の剥離溶解速度を算出し、 前記エッチング工程の経過時間を変数として算出した前
   記エッチング部がエッチングされた深さと前記膜厚方向
   の剥離溶解速度とに基づいて、前記金属薄膜のエッチン
   グ部が時々刻々と溶解していく過程を連続的にディスプ
   レイに表示することを特徴とするエッチング工程の進行
   状況表示方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエッチング工程の進行状
   況表示方法であって、 前記エッチング工程の経過時間
   を変数として検出した前記反射光の強度の変動値と、前
   記エッチング工程の経過時間を変数として算出した前記
   エッチング部がエッチングされた深さおよび膜厚方向の
   剥離溶解速度を、所定のフォーマットに編集してデータ
   ベースとして記憶するとともに、そのエッチングされた
   深さおよび剥離溶解速度に基づいて、前記金属薄膜のエ
   ッチング部が時々刻々と溶解していく過程を連続的にデ
   ィスプレイに表示することを特徴とするエッチング工程
   の進行状況表示方法。
3. 【請求項３】 基板上に形成した金属薄膜にパターンを
   形成するためのエッチング工程の進行状況をモニタする
   装置であって、 エッチング工程の経過時間を変数として、前記金属薄膜
   の非エッチング部とエッチング部とに光を照射して、そ
   の両部からの互いに干渉する反射光の強度を検出する反
   射光強度検出手段と、 該手段によって検出した反射光の強度に基づいて、エッ
   チング工程の経過時間を変数として、前記エッチング部
   がエッチングされた深さを算出するエッチング深さ算出
   手段と、 該手段によって算出されたエッチングされた深さに基づ
   いて、エッチング工程の経過時間を変数として前記金属
   薄膜のエッチング部の膜厚方向の剥離溶解速度を算出す
   る剥離溶解速度算出手段と、 前記エッチング深さ算出手段と剥離溶解速度算出手段に
   よって、それぞれエッチング工程の経過時間を変数とし
   て算出される前記エッチング部のエッチング深さと前記
   膜厚方向の剥離溶解速度とに基づいて、前記金属薄膜の
   エッチング部が時々刻々と溶解していく過程を連続的に
   ディスプレイに表示するエッチング過程表示手段とを有
   することを特徴とするエッチング工程モニタ装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載のエッチング工程モニタ装
   置であって、 反射光強度検出手段によって前記エッチング工程の経過
   時間を変数として検出した前記反射光の強度の変動値
   と、前記エッチング深さ算出手段と剥離溶解速度算出手
   段によって、それぞれ前記エッチング工程の時間を変数
   として算出された前記エッチング部がエッチングされた
   深さおよび膜厚方向の剥離溶解速度を、所定のフォーマ
   ットに編集してデータベースとして記憶するデータベー
   ス作成手段を設けたことを特徴とするエッチング工程モ
   ニタ装置。