JPH06180210A - スペーサの寸法を測定するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 スペーサの寸法を測定するための方法を提供
する。 【構成】 基板１上に長方形の断面を有する平行ストラ
イプ２のアレイを形成することと、スペーサ７を平行ス
トライプ２の横の端縁６上に形成することと、回折パタ
ーンを与えるために、その包絡線が主要なローブおよび
２次のローブを示す単色光線を通してアレイを照らすこ
とと、第１の２次のローブに関係する予め定められた数
のスポットの光強度の和を測定することと、そこから次
の公式 ｌ＝ｋ１×ＩＬ１＋ｋ２ θ＝ｋ３×ＩＬ１＋ｋ４ に従って、スペーサ７の幅ｌおよび角度θを演繹するこ
ととを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】この発明は、いくつかの集積回路の製造
の間に特に用いられるスペーサまたは類似物の特性寸法
を測定するための方法に関するものである。

【０００２】この発明は、発明が製造の間での品質管理
動作において役立つ集積回路の分野に特に適用される。

【０００３】集積回路の製造の間に、“スペーサ”と呼
ばれる特定の構造を構成することが必要であろう。

【０００４】スペーサは、現在スペーサ製造のステップ
にある構造の垂直の横の端縁にもっぱら接触して位置さ
れる、所与の材料の残余により形成される。

【０００５】スペーサを形成するために、均一の厚さを
有する所与の材料の層が、製造されているウェーハの上
に析出され、その後この層は異方性にエッチングされ
る。この層のエッチング動作は、下にある構造の水平な
または斜めの部分の上に位置された領域が完全に除去さ
れるとすぐに中断される。これらの条件の下で、この層
の、下にある構造の垂直の横の端縁に接触して位置され
る部分はただ部分的にだけエッチングされ、それゆえ
に、スペーサを構成するかなり小さい幅を有するフラン
ジを局部的に決まった場所に残す。この技術は本質的
に、マスキング動作およびホトエッチング動作のない、
自己整合したマイクロ構造を提供する利点を有する。ス
ペーサは、マイクロエレクトロニクスにおいていくつか
の応用を有し、それは特に、いわゆるＬＤＤ技術に対応
する、軽くドープされたドレインの実現の間でか、ドレ
イン、ソースおよびゲート部分の間で短絡することのな
いドレイン、ソースおよびゲート上のシリサイド析出の
間でか、または上に横たわる層のより良い通過を許容す
るためのステップを弱めるために、応用を有する。

【０００６】スペーサが形成されるべきすべての場合に
おいて、製造の間にスペーサの幾何学的形状を制御し、
かついくつかの特定の寸法を測定できることが必要であ
る。スペーサの形成に至る技術的動作は、特に、エッチ
ング動作が不意に中断されなければならないという事実
によって、制御するのが難しく、かつドリフトを甘受す
るので、これらの制御はなおさら必要である。エッチン
グがあまりに速くかもしくはあまりに遅く中断されて
も、またはエッチング速度が与えられる速度より高いか
もしくは低くても、結果として生じるスペーサはもはや
適切な形状または寸法を示さない。

【０００７】スペーサの形状および寸法を制御するため
の公知の方法は、ウェーハをスペーサに対して直角に壊
すことと、その断面を電子顕微鏡を通して検査すること
とを含む。この方法は、費用がかかり、時間がかかり、
かつ臨界的である。さらに、それは破壊的である。現在
まで、スペーサを制御するための、信頼ができ、非破壊
的でかつ即時の方法は知られていない。

【０００８】このように、この発明の目的は、スペーサ
の特性寸法を測定することを許容する方法を提供するこ
とである。

【０００９】

【発明の概要】これらの目的を達成するために、この発
明は、スペーサの寸法を測定するための方法を提供し、
その方法は、基板の上に平行ストライプのアレイを形成
することを含み、各ストライプは長方形の断面を有し、
横方向のストライプの横の端縁上にスペーサを形成する
ことを含み、これらのスペーサは、断面に従って、基板
においてストライプの端縁とスペーサの外部端縁とを隔
てる間隔に対応する幅ｌと、基板上のスペーサの外部端
縁における接線により基板平面と形成される角度θとを
示し、スペーサの製造ステップの間かまたはこのステッ
プの後で、アレイを単色光線で照らすことを含み、その
回折された光は正反射に対応する主要な光スポットおよ
び多数の整列されかつ隣接した回折スポットからなる回
折パターンを生じ、その包絡線は、主要なスポットを含
む主要なローブとその間で第１のローブが主要なローブ
に隣接する２次のローブとを示し、第１のローブに関係
する予め定められた数のスポットの光強度の和を測定す
ることを含み、かつそこから次の公式 ｌ＝ｋ１×ＩＬ１＋ｋ２ θ＝ｋ３×ＩＬ１＋ｋ４ に従って、スペーサの幅ｌおよび角度θを演繹すること
を含み、ここで、ｋ１、ｋ２、ｋ３およびｋ４は既知の
寸法を有するスペーサに対して前もって決定される係数
である。

【００１０】スペーサは、断面に従って、平行ストライ
プの横の端縁と接触しているスペーサの上部端縁と基板
表面とを隔てる間隔に対応する高さｈと、高さｈと平行
ストライプの厚さｅとの間の差に対応する代数値ｄとを
示し、代数値ｄは次の公式 ｄ＝ｋ５×ＩＬ１＋ｋ６ により演繹され、ここで、ｋ５およびｋ６は公知の寸法
を有するスペーサに対して前もって決定される係数であ
る。

【００１１】この発明の、前述のおよび他の目的、特徴
および利点は、添付の図面に示されたような好ましい実
施例の次の詳細な説明から明らかになるであろう。

【００１２】

【好ましい実施例の説明】図１は、スペーサを形成する
ことを意図されたエッチング動作の前に成し遂げられる
べき構造を概略的に示す。一般的に半導体材料のウェー
ハにより構成される基板１において、第１の材料の層が
厚さｅで析出される。それから、本来公知の異方性エッ
チング動作が、先行して析出された層から長方形の断面
を示すパターンを実現するために行なわれる。このよう
に、ウェーハの全表面上に、第２の材料の層３が厚さｆ
を有して析出される。層３は、スパッタリングまたは化
学気相成長（ＣＶＤ）工程を介して析出され得る。層３
の上部表面４は、水平な下にある領域の上に位置される
領域においては水平であり、かつ段通路に対応する遷移
の領域においては傾斜している。

【００１３】それから、異方性エッチングがいずれかの
公知の工程を介して行なわれる。このエッチングの第１
のステップにおいて、図１（Ｂ）に示されるように、層
３の上部表面４のプロファイルは、実質的に変化せずに
残る。このエッチング位相において、プロファイルは移
されると言える。それから、層３の厚さが水平な領域に
おいて実質的に減少され、かつ段領域５、すなわち層３
の上部表面４が非常に傾斜した領域に、層３の材料の比
較的重要な存在がある。

【００１４】エッチングが続けば、層３は水平な領域す
べての中から完全に除去され、層３の材料により構成さ
れ、パターン２の垂直の横の端縁に沿って延びる狭くか
つ独立したストライプだけが残る。これらの狭いストラ
イプ７はスペーサと呼ばれる。図１（Ｃ）は、その間に
スペーサ７が形成されるこのエッチングステップを示
す。

【００１５】エッチング動作を図１（Ｄ）に示されるス
テップまで続けることにより非均一析出およびエッチン
グを補償することが可能である。エッチングがさらに続
けば、図１（Ｅ）に示されるように、スペーサ７の厚さ
は減少され、その高さｈは実質的に低くされ、かつその
幅ｌもまた減少される。エッチングがさらにまた続け
ば、スペーサ７は完全に除去され得る（図示せず）。も
しエッチングがさらに続けば基板１のエッチングを引き
起こすであろうことに注目されるべきである。

【００１６】集積回路の製造の間で、スペーサを形成す
るために遭遇される主な困難は、所望の形状（図１
（Ｄ）に示されるような）を有するスペーサを形成する
ために、正確な時間にエッチング動作をやめることが必
要だということである。さらに、多数のほかの要因がス
ペーサ７の形成における差を発生しがちである。層３の
最初の厚さｆがわずかに高すぎるかまたは低すぎれば、
エッチングの結果として生じるスペーサ７は必要条件に
合わないであろう。他方、層３を構成する材料が、正常
と考えられるものとわずかに異なる特徴を示せば、この
材料は、また不適当なスペーサ７を形成する高すぎるか
または低すぎるエッチング速度を引き起こすかもしれな
い。エッチング工程そのものもまた機械または機器の誤
った調整により生ずる所望されない変動を甘受するかも
しれない。スペーサ寸法の正確でかつ信頼できる制御が
一番重要であることは明らかである。スペーサ７のこの
寸法制御が、製造と検査結果との間に経過する時間の間
であまりに多くの不適切な部分を製造することを避ける
ために、かなり迅速に行なわれることが要望されること
もまた明らかである。エッチング動作そのものの間にス
ペーサ７の寸法を制御できること、すなわちその場的に
部分を制御できることがかなり有利であることもまた見
られる。この発明は、次の説明に見られるように、これ
らの要件に応じることを可能にする。

【００１７】この発明に従う方法をより詳細に説明する
前に、スペーサ７の断面形状を表わす様々な物理的値が
図１（Ｄ）を参照してより正確に説明されるであろう。
スペーサ７の断面は概略的に長方形の形状を有し、その
直角に向かい合う辺はわずかに凸状である。この特徴は
この発明の目的を理解するために必須ではない。また、
いくつかのスペーサ製造工程において、これはわずかに
異なる形状を有してもよい。しかしながら、現今、製造
されるすべてのスペーサにおいて、この概略的に長方形
の形状が見られ、かつ３つの特性値ｈ、ｌおよびθを次
のように規定することが通常可能である。

【００１８】スペーサ７の高さｈは、基板１の上部平面
９からパターン２の垂直の横の端縁６につながるスペー
サの上部端縁８を隔てる間隔に対応し、幅ｌは、基板１
との接触点におけるスペーサ７の外部端縁１０から基板
１との接触点におけるパターン２の横の端縁６を隔てる
間隔に等しく、かつ角度θは、基板１との接点におい
て、スペーサの外部端縁１０における接線１１により形
成される角度である。

【００１９】さらに、高さの差ｄは、次の代数学上の公
式 ｄ＝ｈ−ｅ に従って計算される。

【００２０】今、図２、図３および図４を参照して、こ
の発明に従う測定方法がより詳細に説明されるであろ
う。

【００２１】後で集積回路を構成することが意図された
ウェーハ上にスペーサが製造されるとき、これらのウェ
ーハのいくらかの領域上には、様々な検査および制御動
作のために本質的に役立つ集積回路から自由な領域が通
常ある。

【００２２】これらの自由領域の１つにおいて、集積回
路を製造するために設計された対応する動作で同時に形
成されるいくつかの特定の構造を提供することが通常可
能である。これらの自由領域の少なくとも１つにおい
て、回路の中にマイクロ構造を形成することを意図され
た技術ステップと同じ技術ステップの間に平行ストライ
プのアレイが形成され、その端縁６上にスペーサが形成
されるべきである。このように、平行ストライプ２のア
レイは、これらのマイクロ構造の材料に対応する第１の
材料において形成される。各平行ストライプは概略的な
長方形の断面を示す。図１（Ａ）から図１（Ｅ）は、そ
の上にスペーサ７を関連させることが所望される集積回
路のマイクロ構造かまたはそこに寸法を制御するように
設計されたスペーサ７を与えることがまた所望されるア
レイを形成する平行ストライプかのどちらでも示すとい
うことが考えられ得る。それから、この発明に従って、
スペーサが平行ストライプ２の横の端縁６の上に形成さ
れる。この目的のために、図１と関連して述べられるス
テップが行なわれる。異方性エッチング動作の間かまた
は一度このエッチング動作が完了すると、アレイ２が単
色光線により照らされる。図２に示されるように、回折
された光は、正反射に対応する主要な光スポット１５お
よび多数の整列されかつ隣接した回折スポットにより構
成される回折パターンを生じ、その包絡線は、主要なス
ポット１５を含む主要なローブＬ０と、その間で第１の
ローブＬ１が主要なローブＬ０に隣接する２次のローブ
とを示す。この発明に従って、第１のローブＬ１を構成
するスポットの光強度が測定される。第１のローブＬ１
の一番明るいスポット１６の光強度を測定するか、また
は、第１のローブＬ１に関係する予め定められた数の光
強度の測定を総計するかのどちらかが可能であるが、考
慮されるスポットはこの第１のローブＬ１の一番明るい
スポットに必ずしも対応しない。第１のローブＬ１に含
まれるすべてのスポットを考慮にいれること、すなわち
第１のローブＬ１の全体にわたる光強度を測定すること
もまた可能であるが、考慮されるスポットはこの第１の
ローブＬ１の一番明るいスポットに必ずしも対応しな
い。実際、その光強度がスペーサのエッチング程度とと
もに実質的に変化するローブＬ１のスポットのグループ
は、好ましくは選択されるであろう。

【００２３】この発明は出願人により行なわれる観察に
基づいており、その観察に従えば、校正曲線との比較に
より、第１のローブＬ１の１つまたはいくつかのスポッ
ト、幅ｌ、角度θおよび高さの差ｄから光強度ＩＬ１の
この測定を演繹することが可能である。

【００２４】高さの差ｄが負であるとき、すなわちスペ
ーサ７の高さｈが平行ストライプ２の厚さｅより低いと
きに、第１のローブＬ１の光強度ＩＬ１がスペーサ７の
幅ｌ、スペーサ７の角度θおよび高さの差ｄと線形関係
にあることが評価されてきた。

【００２５】図３は、光強度ＩＬ１の測定とスペーサの
幅ｌとの間の線形関係を示す。スペーサ７の幅ｌが減少
するときにローブＬ１の光強度が増加することが見られ
る。それゆえに、予備的な実験に基づく測定または模擬
実験を通して、 ｌ＝ｋ１×ＩＬ１＋ｋ２ のような公式によりｌとＩＬ１との相互関係を示す線形
関数を決定することは簡単であり、ここで、ｋ１および
ｋ２は２つの定数である。

【００２６】図４は、パラメータＩＬ１とθとの間の線
形関係を示す。同様に、次の公式 θ＝ｋ３×ＩＬ１＋ｋ４ が確立され、ここでｋ３およびｋ４は２つの定数であ
る。

【００２７】図５は、エッチング動作の間の代数値ｄの
展開を第１のローブＬ１に関係するスポットの定められ
たグループの光強度の関数として示す。マークＡに対応
するエッチング動作のはじめは、図１（Ａ）に対応す
る。図５のマークＢは図１（Ｂ）のエッチングレベルに
対応し、マークＣ、ＤおよびＥに対しても同様である。
同様に、図３および図４において、マークＣ、Ｄおよび
Ｅはそれぞれ図１（Ｃ）、図１（Ｄ）および図１（Ｅ）
に示されるエッチングレベルに対応する。

【００２８】図５を再び参照して、この特定の例におい
て選択されるスポットのグループに対して、マークＡ、
ＢおよびＣに対応するエッチングの始まりでは、光強度
ＩＬ１はエッチングが図１（Ｃ）に示される状態に達す
るまで、すなわち層３の水平領域が完全に除去される時
間まで増加されるということに注目され得る。図１
（Ｄ）および図１（Ｅ）に示される状態を連続的に通過
することによりエッチングが続けば、光強度ＩＬ１が代
数値ｄの関数として線形に進行することが見られる。ゆ
えに、Ｃ、ＤおよびＥの範囲において、光強度ＩＬ１と
値Ｄとの間の線形関数を次の公式 ｄ＝ｋ５×ＩＬ１＋ｋ６ に従って同様に決定することは可能であり、ここでｋ５
およびｋ６は定数である。

【００２９】定数ｋ１からｋ６を決定するために、たと
えば電子顕微鏡使用を通して決定された既知の形状およ
び寸法を有するスペーサに校正が前もって行なわれるで
あろう。

【００３０】他方、層３の水平な領域が完全にエッチン
グされる時間に、すなわち図１（Ｃ）に示される回路に
関して、光強度ＩＬ１が最大値に達し、それが従来の測
定手段を通して簡単に検出できるということに注目され
るであろう。それゆえに、点Ｃに対応するこの正確な時
間を決定し、かつエッチングの終りを検出するための手
段を実現することは容易である。

【００３１】エッチングの終りを検出するための満足な
手段を得るために、強度ＩＬ１が点Ｃに対応するエッチ
ングレベルに対して最適の値に達するように第１のロー
ブＬ１のスポットのグループを選択することが必要であ
ることに注目されるであろう。

【００３２】この発明は、適切な装置（図示せず）で容
易に実現され得る。この装置は本質的に、単色光源と、
一般的には定められた入射角に従い平行ストライプのア
レイに達するレーザ源とを含む。装置はまた、回折スポ
ットに接近して配列され、かつたとえばＣＣＤアレイに
より校正され得る検出器を含む。それから、装置は、本
来公知の方法で、様々な光源スポットを局部化すること
と、正反射に対応するスポット１５を局部化すること
と、様々なスポットを計算することと、第１のローブＬ
１およびローブＬ１における一番明るいスポット１６を
局部化することとを可能にする１組の電子装置を含む。
装置はそれから上で説明された方法に対応する強度ＩＬ
１を測定することができ、かつパラメータｌ、θおよび
ｄの値を直接にプリントにするためのかなり簡単な計算
を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、スペーサを形成するために設計され
たエッチング動作の前にある層の概略断面図である。
（Ｂ）は、（Ａ）と同じ構造の概略断面図であるが、ス
ペーサを形成するために設計されたエッチング動作の中
間の状態におけるものである。（Ｃ）は、より進歩した
エッチングステップにおける同じ構造の概略断面図であ
る。（Ｄ）は、スペーサの適切な形成に対応するまたさ
らに進歩したエッチング段における同じ構造の概略断面
図である。（Ｅ）は、スペーサのエッチングの終りから
生じる同じ構造の概略断面図である。

【図２】この発明を実現するときに得られる回折パター
ンを示す。

【図３】この発明に従うスペーサ幅と光強度測定との間
の線形関係を確立する曲線を示す。

【図４】この発明に従う角度θと光強度測定との間の線
形関係を確立する曲線を示す。

【図５】この発明に従う間隔ｄと光強度測定との間の関
係を確立する曲線を示す。

【符号の説明】

１は基板、２は平行ストライプ、６は平行ストライプの
横の端縁、７はスペーサ、８はスペーサの上部端縁、９
は基板の表面、１０はスペーサの外部端縁、１１はタン
ジェント、１５は主要な光源スポットである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スペーサの寸法を測定するための方法で
   あって、 基板（１）の上に平行ストライプ（２）のアレイを形成
   することを含み、各ストライプ（２）は長方形の断面を
   有し、 前記平行ストライプ（２）の横の端縁（６）上にスペー
   サ（７）を形成することを含み、前記スペーサは断面に
   従って、基板との接触点においてスペーサ（７）の外部
   端縁（１０）からストライプ（２）の端縁（６）を隔て
   る間隔に対応する幅ｌと、基板におけるスペーサの外部
   端縁（１０）への接線（１１）により基板平面と形成さ
   れる角度θとを示し、 スペーサの製造ステップの間またはこのステップに続い
   て、単色光線を通してアレイを照らすことをさらに含
   み、単色光線の回折された光は、正反射に対応する主要
   な光スポット（１５）と、多数の整列されかつ隣接する
   回折スポットとからなる回折パターンを与え、単色光線
   の包絡線は、主要なスポット（１５）を含む主要なロー
   ブ（Ｌ０）と、その間で第１のローブ（Ｌ１）が主要な
   ローブ（Ｌ０）に隣接する複数の２次のローブとを示
   し、 前記第１のローブ（Ｌ１）に関係する予め定められた数
   のスポットの光強度（ＩＬ１）の和を測定することをさ
   らに含み、 そこから次の公式 ｌ＝ｋ１×ＩＬ１＋ｋ２ θ＝ｋ３×ＩＬ１＋ｋ４ に従って、スペーサ（７）の幅ｌおよび角度θを演繹す
   ることをさらに含み、ここで、ｋ１、ｋ２、Ｋ３および
   ｋ４は既知の寸法を有するスペーサに対して前もって定
   められた係数である、方法。
2. 【請求項２】 スペーサは、断面に従って、平行ストラ
   イプ（２）の横の端縁（６）と接触するスペーサの上部
   端縁（８）と基板（１）の表面（９）とを隔てる間隔に
   対応する高さｈをさらに示し、代数値ｄは高さｈと平行
   ストライプ（２）の厚さｅとの間の差に対応し、代数値
   ｄは次の公式 ｄ＝ｋ５×ＩＬ１＋ｋ６ により演繹され、ここでｋ５およびｋ６は既知の寸法を
   有するスペーサと比較することにより前もって決定され
   る係数である、請求項１に記載のスペーサの寸法を測定
   するための方法。