(57)【要約】【課題】半導体装置においてアンダーエッチングを測定する。【解決手段】構造４０ａ〜４０ｅ中に犠牲層４１ｃ〜４１ｅの存在を判断する方法で、該方法は、平面にてなる主面を有する基板に配置された少なくとも一つの構造４０ａ〜４０ｅを設け、ここで上記少なくとも一つの構造は、少なくとも一つの側部で固定され、所定の大きさの力、例えば機械的力が当該構造に作用し、基板に垂直な部品を有し、かつ、基板の上記平面に垂直な上記少なくとも一つの構造の歪みを判断し、かつ、上記少なくとも一つの構造の歪みを、上記基板と上記構造との間の犠牲層の存在に関連づけることを備える。【選択図】図４
2010155340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造（３２）の下の犠牲層（３１）の存在を決定するための方法であって、
平面にてなる主面を有する基板（３０）の上方に配置され少なくとも一つの構造（３２）を設け、ここで、少なくとも一つの構造（３２）は、少なくとも一つの側部で固定され、
少なくとも一つの構造（３２）に力を作用し、ここで、力は、所定の大きさを有し、基板（３０）に垂直な成分を有し、
基板（３０）の平面に垂直な方向における少なくとも一つの構造（３２）の偏位を決定し、及び
基板（３０）と少なくとも一つの構造（３２）との間の犠牲層（３１）の存在に少なくとも一つの構造（３２）の偏位を関連づけること、
を備えた方法。
【請求項２】
上記力を作用する前に、少なくとも一つの構造（３２）と基板（３０）との間に犠牲層（３１）を設け、犠牲層（３１）の少なくとも一部を除去するためのエッチングステップに犠牲層（３１）をさらし、ここで、エッチングステップは、規定のエッチング時間を有し、
上記関連づけるステップの後、犠牲層（３１）が上記規定のエッチング時間の間に除去されたか否かを決定することを、さらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記エッチングステップは、少なくとも一つの構造（３２）の下の犠牲層（３１）を少なくとも部分的に除去する能力により特徴付けられる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一つの構造及び犠牲層を設けることは、基板の上方に配置された少なくとも二つの構造（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ）を設けることを備え、上記基板は、平面にてなる主面、及び少なくとも二つの構造と基板との間の犠牲層を有し、上記少なくとも二つの構造は、異なる幾何学的形状を有し、
力を作用することは、少なくとも二つの構造の第１構造に力を作用することを備え、上記力は、規定の大きさを有し、かつ上記基板に垂直な成分を有し、
偏位の決定は、少なくとも二つの構造の第１構造の基板の平面に垂直な偏位を決定することを備え、
犠牲層の存在に偏位を関連づけることは、基板と第１構造との間の犠牲層の存在に第１構造の偏位を関連づけることを備え、
当該方法は、さらに、少なくとも二つの構造の少なくとも第２構造について、上記力を作用するステップ、上記決定するステップ、及び上記関連づけるステップを繰り返すこと、及び、
関連づけるステップの結果から、少なくとも二つの構造のどの犠牲層が規定のエッチング時間の間に除去されたかを決定することを備える、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
力を作用するステップ、決定するステップ、及び関連づけるステップの繰り返しは、少なくとも二つの構造における最大幅から最小幅への順で、あるいはその逆の順で実行される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
力を作用することは、プローブの先端により作用することを備え、プローブの先端のサイズは、少なくとも二つの構造の最小幅と、隣接する構造の距離との合計よりも小さい、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
基板に垂直な成分を有する力を作用することは、基板にほぼ垂直な力を作用することを備える、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも一つの構造を設けることは、決定するステップが、少なくとも一つの構造の少なくとも一つを自由にするのに必要なアンダーエッチング距離の決定を許容するような少なくとも一つの構造の幅を選択することを備える、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
偏位を決定することは、基板の平面に垂直な面において構造の位置を決定する装置により実行可能である、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
偏位を決定することは、表面形状測定装置、スタイラス・プロファイラー、接触面表面形状測定装置、及びナノインデンテーション実験を行なうための装置のいずれかにより実行可能である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
偏位を決定することは、基板の主面に平行な面において構造の位置を決定する装置により実行可能である、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
上記力は、機械的力である、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
ＭＥＭＳデバイスにおける犠牲層を除去するエッチング条件を決定するための、請求項１から１２のいずれかに記載の方法の使用。
【請求項１４】
上記エッチング条件を決定することは、時間依存のプロセスによる犠牲層の位置の決定を備える、請求項１３記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスの分野に関する。特に、本発明は、ＭＥＭＳデバイスを検査する方法、及び対応する検査構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング液内の分子がエッチングされる材料と反応する場合、上記分子が上記材料に生成される穴の側面よりも上記材料の底部とさらに反応する訳がない。これは、アンダーエッチングと呼ばれるものに帰着する。つまり、エッチングは、マスクの側面の下で起こる。アンダーエッチングは、しばしば半導体技術への限界となり、制御する必要がある。
【０００３】
アンダーエッチング実験は、エッチングされる材料を部分的に覆う膜、例えばマスクの真下で水平方向にエッチングされた距離の測定を必要とする。このカバー材は、アンダーエッチングされるとき、表面マイクロマシニングにおいて構造層と呼ばれ、一方、構造層の真下でエッチングされ取り去られる材料は犠牲層と呼ばれる。犠牲材料のアンダーエッチング速度が計算可能なように、アンダーエッチングの量を測定するために異なる技術が採用可能である。
【０００４】
断面走査電子顕微鏡法（ＸＳＥＭ）は、アンダーエッチングされた距離１０つまり表面のアンダーカット量（図１）の直接測定を可能にする、信頼できて正確な技術である。しかしながら、アンダーエッチングされた構造を破壊せずに、特定位置に試料の裂け目が必要であることから、試料の準備が厄介であるかもしれない。
【０００５】
表面が透明か、除去されるときには、平面画像化（top view imaging）によるアンダーカットの測定が可能になる。表面が透明である場合には、光学顕微鏡法を直接用いることができる。文献では、エッチチャンネル、エッチホール、エッチプレート、及び正方形の基材のような幾つかの検査構造がこの目的のために提案された。例えば、M.Van Oort及びM.Verwillegenによる、"Strain diagnostic- and etch technology mask set for surface micro-machined structures" Master’s thesis, Hogeschool van Utrecht, UMECC, Utrecht Micro engineering Competence Centre, 2000年、 D. J. Monk、D. S. Soane、及び R.T. Howeによる “Hydrofluoric acid etching of silicon dioxide sacrificial layers”, J. Electromech. Soc., 141(1):264-269頁, 1994年、及び、R. Hellin Rico、 B. Du Bois、 J-P. Celis、及び A. Witvrouwによる “Characterization of the etching of Ge sacrificial layers for surface micromachining of MEMS”、Proceedings 15th Micromechanics Europe Workshop, 115-118頁, 2004年  がある。
【０００６】
表面が透明でない場合、光学顕微鏡法（図２ａ）及び平面ＳＥＭ（図２ｂ）の両方を用いることができる。しかし、表面を除去する必要があるので、余分な試料調製が必要である。表面の除去は、調べている材料に影響を与えることなく表面のみを除去する選択的ドライ又はウエットエッチングプロセスを用いることにより、あるいは鋭い先端で表面を引っかくことにより、あるいは接着テープで表面をむしり取ることにより行うことができる。よって、これらの方法は、すべて破壊的である。図２ａは、接着テープで構造層（表面）２１をむしり取った後、可視化された犠牲層材料２０の狭い線の光学顕微鏡法の画像を示す。図２Ｂは、光学顕微鏡法の画像（図２ａ）よりも高い解像度を提供する平面ＳＥＭ像を示す。犠牲層２０材料の狭い線と構造層２１のいくらかの砕片とを区別することができる。
【０００７】
Tom Cheyneyの“More important, more complex: Mems metrology”, Solid State, March:56-58頁, 2008年 の中で述べられるように、非破壊の方法で、Ｓｉ及びポリＳｉの真下の犠牲層のエッチング後に、アンダーカットをモニターするために、赤外線検査を用いることができるかもしれない。この技術は、M. K. Shell 及び Golwalkar S.による “Applications of infrared microscopy for bond pad damage detection”, IEEE/RPS, 152-159頁, 1991年、並びに、 A. Trig による “Applications of infrared microscopy to IC and MEMS packaging”, IEEE Transaction on electronics package manufacturing,26(3):232-238頁, 2003年に述べられるように、パッケージングの諸工程で、例えば検査における検査ツールとして用いることができるけれども、アンダーカット測定用の計量機器のようなその応用例は、相変わらず漠然としたままである。
【０００８】
アンダーエッチングされた距離をモニターする他のものは、超音波顕微鏡法の使用である。この技術は、D. J. Monk、 D. S. Soane、 及び R.T. Howe による、 “Hydrofluoric acid etching of silicon dioxide sacrificial layers”, J. Electromech. Soc., 141(1):264-269頁, 1994年 に述べられるように、液体エッチャントと、エッチングされている固体材料との間の音速の大きな相違を利用する。この技術は、エッチングフロントムーブメント（etch front movement）の現場モニタリング（in-situ monitoring）を可能にする。
【０００９】
アンダーエッチング測定に関して記述された全ての方法は、破壊的あるいは時間を消費するもののいずれかである。更に、これらの方法は、短時間で大きなデータ量を生成することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】"Strain diagnostic- and etch technology mask set for surface micro-machined structures"  M.Van Oort及びM.Verwillegen著、Master's thesis, Hogeschool van Utrecht, UMECC, Utrecht Micro engineering Competence Centre, 2000年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の実施形態の目的は、半導体装置においてアンダーエッチングを測定することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、本発明の方法及び装置によって達成される。
本発明の特別な好ましい態様は、添付の独立及び従属請求項に述べられる。従属請求項の特徴は、請求項において単に述べられるのではなく適切にかつ明確に述べられるように、独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と組み合わせることができる。
【００１３】
本発明の第１態様では、構造下の犠牲層の存在を決定する方法を開示している。該方法は以下のことを備える。
即ち、平面にてなる主面を有する基板の上方に配置された少なくとも一つの構造を設け、ここで該構造は、少なくとも一つの側部で固定され、
上記少なくとも一つの構造に力、例えば機械的力を作用させ、ここで上記力は、規定の大きさ、及び上記構造に垂直な成分を有し、
上記基板の平面に垂直な上記構造の偏位を決定し、
上記基板と上記構造との間の犠牲層の存在に構造の偏位を関連付ける、ことを備える。
【００１４】
具体的な実施形態において、作用する力、例えば機械的力は、基板にほぼ垂直、好ましくは垂直である。力、例えば機械的力の垂直成分と表面の平面との間の角度によって、より高い大きさの力、例えば機械的力が必要であるかもしれない。力、例えば機械的力の大きさは、構造を完全に基板に押圧可能な程度に十分に高くなければならない。ほぼ垂直とは、機械的力は、垂直方向から基板へ４５度を超えて外れないことを意味する。好ましくは、ほぼ垂直とは、垂直方向から基板へ１０から２０度を超えて外れないことを意味する。
【００１５】
ある創造性のある態様の実施形態は、少なくとも一つの構造に作用する機械的力の使用に関するが、力が構造の偏位を可能にする限り、他のいずれの垂直な力も、少なくとも一つの構造に及ぼされてもよい。例えば、静電気力、あるいは磁力を用いることも可能かもしれない。少なくとも一つの構造に静電気力を適用した場合、（半）導体底部電極（基板）及び（半）導体上部電極（構造層）のような電気的プロービングを可能にするため、追加の構成が必要である。さらに、この種の形態は、構造の大きさに依存して、ＭＥＭＳ処理フローにおける一体化のための多くの挑戦や、静電気動作が高電圧を要することや、測定に長時間を要すること、・・・  のように、いくつかの欠点がある。
【００１６】
発明の態様の実施形態では、犠牲層は、基板と構造との間に存在可能、あるいは存在しないかもしれない。犠牲層の存在は、犠牲層を除去するための前の工程に依存する。
【００１７】
本発明の第２態様では、構造層の下の犠牲層の存在を究明する方法が開示されている。該方法は以下のことを備える。即ち、
平面にてなる主面、及び構造と基板との間に犠牲層を有する基板の上方に配置された少なくとも一つの構造を設け、
犠牲層の少なくとも一部を除去するためのエッチングステップ下に犠牲層をおき、ここでエッチングステップは、規定のエッチング時間を有し、
力、例えば機械的力を少なくとも一つの構造に作用させ、ここで力、例えば機械的力は、規定の大きさ、及び基板に垂直な成分を有し、
基板の平面に垂直な構造の偏位を決定し、
基板と構造との間の犠牲層の存在に構造の偏位を関連付け、及び
与えられた規定のエッチング時間で犠牲層が除去されたか否かを決定すること、を備える。
【００１８】
実施態様によれば、与えられた規定のエッチング時間で犠牲層が除去されたか否かを決定するステップは、さらに、与えられた規定のエッチング時間で犠牲層が除去された位置を決定することを含む。位置を決定することは、例えば、犠牲層が除去される構造のＸ座標を決定することを含む。ある実施態様の利点は、位置の決定によって、解除されていない、動けない（non-released）梁を手動で数える代わりに自動測定が可能であるということである。
【００１９】
この発明の第３態様では、構造層の下の犠牲層の存在を決定する方法が開示されているる。該方法は、以下のことを備える。即ち、
基板の上方に配置された少なくとも二つの構造を設け、基板は、平面にてなる主面、及び少なくとも二つの構造と基板との間に犠牲層を有し、ここで、少なくとも二つの構造は、異なる幾何学的形状を有し、
犠牲層の少なくとも一部を除去するためのエッチングステップ下に犠牲層をおき、ここでエッチングステップは、所定のエッチング時間を有し、
力、例えば機械的力を少なくとも二つの構造の第１構造に作用させ、ここで力、例えば機械的力は、所定の大きさ、及び基板に垂直な成分を有し、
基板の平面に垂直な少なくとも二つの構造の第１構造の偏位を決定し、
基板と第１構造との間の犠牲層の存在に第１構造の偏位を関連付け、
少なくとも二つの構造の少なくとも第２構造に関して、力作用ステップ、測定ステップ、及び関連付けるステップを繰り返し、
上記関連付けるステップの結果から、少なくとも二つの構造のどの犠牲層が与えられた所定のエッチング時間の間で除去されたかを決定すること、を備える。
【００２０】
この発明の第３態様の実施形態の中で述べられるような方法では、少なくとも二つの構造は、アレイ構成で配列される。実施形態において、アレイにおける少なくとも２本の梁は、異なった幅を持っている。別の実施形態では、少なくとも２本の梁は、例えば、最小幅から最大幅へ、あるいは最大幅から最小幅へ配列されるように、それらは連続的に上昇又は降下する幅を有するように、配列されている。
【００２１】
本発明の第３態様の実施形態の中で述べられるような方法では、小から最大幅まで、あるいは最大から最小幅への順で、繰り返し工程が実行される。
【００２２】
本発明の実施形態において、少なくとも二つの構造は、検査構造を形成する。検査構造は、ＭＥＭＳデバイスが加工可能な基板の一部である。本発明の方法は、ＭＥＭＳデバイスにおける犠牲層を除去するためのエッチング条件を決定するために使用可能である。
【００２３】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、構造は除去されない。本発明の実施形態にて述べられるような方法では、構造は損傷を受けない。本発明の実施形態にて述べられるような方法では、本発明の方法を実行する間、構造は保護される。したがって、本発明の実施形態による方法は、破壊的ではない。
【００２４】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法は、時間依存のプロセスによって犠牲層の位置の決定を使用可能である。
【００２５】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、基板は、下部のいずれの物質、又は使用可能なあるいは含むことのできる物質、あるいはＭＥＭＳデバイスのようなデバイス、機械的な、電子的な、電気的な、気体の、流体の、半導体の部品、これに類似のもの、回路、あるいはエピタキシャル層が形成可能な物質を含むことができる。実施形態において、この「基板」は、例えば、ドープしたあるいはドープしていないシリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、あるいはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基板のような半導体基板を含むことができる。「基板」は、例えば、半導体基板部分に加えてＳｉＯ２あるいはＳｉ３Ｎ４層のような絶縁層を含むことができる。
【００２６】
したがって、基板の用語は、シリコン・オン・ガラス、シリコン・オン・サファイヤ基板、フレキシブル基板のような基板をも含んでいる。よって、用語「基板」は、関心のある層あるいは部分の基礎となる層のための要素を一般的に定義するのに使用される。また、「基板」は、例えば、ガラス基板、又はガラスあるいは金属層のように、層が形成される、他のいずれのベースであってもよい。以下では、加工は、主に、シリコン基板への加工を参照して述べるが、当業者は、本発明が他の半導体材料システムに基づいて実行可能であることを認識するであろうし、当業者が等価物として例えばガラス基板のような適当な材料を選択可能であることを認識するであろう。
【００２７】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、構造は、ＭＥＭＳの応用分野で使用される構造を含むことができる。実施形態において、構造は、犠牲層に少なくとも一つの構造層を堆積し、次に、構造層をパターン化することにより形成される。本発明の実施形態において、構造は、支柱なしで立っていることもでき、あるいは支柱なしに立っていないかもしれない。支柱なしに立っていない構造は、構造の下に犠牲層を含んでいるかもしれない。
【００２８】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、構造は、構造の少なくとも一点で固定可能である。具体的な実施態様において、構造は、三次元で定義可能である。二つの次元は、下の基板の平面に実質的に存在し、また、第３の次元は、構造の深さである。具体的な実施態様において、二つの次元は、基板の平面には存在せず、基板の方へあるいは基板から離れて傾いている。実施例は、曲がった片持梁である。具体的な実施態様において、構造は、梁、円形の構造、長方形の構造、フィンガー形状の構造、あるいは犠牲層が除去されるときに、支柱なしに立つことのできる以外のいずれの構造であってもよい。
【００２９】
本発明の実施形態の中で述べられるような方法において、構造は、一つで固定された梁、あるいは二重に固定された梁であり、この梁は、幅と長さを有する。
【００３０】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、決定するステップがアンダーエッチング距離の決定を可能にさせるように、構造の幅は選択される。具体的な実施形態において、少なくとも一つの構造を設けることは、決定するステップが少なくとも一つの構造の少なくとも一つを可動にするために必要とされるアンダーエッチング距離の決定を可能にするように、少なくとも一つの構造の幅を選択することを含むことができる。このことは、例えば最小のアンダーエッチング距離が必要である例えばＭＥＭＳ生産プロセス中の不変の品質管理に有用であるかもしれない。アンダーエッチング距離は、犠牲層が構造の下から除去される距離として定義することができる。アンダーエッチング距離は、構造の側壁から出発して犠牲層が存在する位置まで、計算可能である。
【００３１】
本発明の実施形態の中で述べられるような方法において、エッチングプロセスは、少なくとも部分的に構造の下の犠牲層を除去する能力により特徴付けられる。これもまた、アンダーエッチングと呼ばれる。別の実施形態において、エッチングプロセスは、アンダーエッチング速度にて特徴付けられる。別の実施形態において、エッチングプロセスは、所定時間で所定の温度及び圧力で犠牲層を化合物にさらすことを含む。
【００３２】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の実施形態では、本発明の方法は、異なったエッチング速度で繰り返される。
【００３３】
本発明の実施形態にて述べられるような方法において、決定するステップは、所定のエッチングプロセス用の犠牲層の存在の有無を決定することを備える。
【００３４】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、力、例えば機械的力を作用することによる偏位は、犠牲層の少なくとも厚み分であるかもしれない。関連付けるステップは、構造の厚みと犠牲層の厚みとの少なくとも和である偏位を犠牲層の不在と関連付けることを備えることができ、一方、構造の厚みと犠牲層の厚みとの和未満である偏位を犠牲層の存在と関連付けることを備えることができる。
【００３５】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、機械的力を作用させることは、基板の平面に垂直な方向において規定の力を作用させるのに適した装置により実行可能である。具体的な実施形態において、上記装置は、プローブの先端であってもよい。プローブ先端のサイズは、構造に接触可能となるように選択可能である。第３態様の具体的な実施形態において、プローブ先端のサイズは、最小の梁の幅と、隣接する梁に関するその距離との和よりも小さい。実施形態において、上記装置は、アレイの各構造に上記作用するステップを行うように配置される。別の具体的な実施形態では、装置は、基板に平行な平面にて実質的に移動するように配置される。
【００３６】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、偏位の決定は、基板の平面に垂直な平面において構造の位置を決定する装置によって行うことができる。上記装置は、例えば表面形状測定装置のような、表面の特性を明らかにするための装置であってもよい。実施形態において、装置は、スタイラス・プロファイラーであってもよい。実施形態において、装置は、低力スタイラスがアレイを横切って移動する接触面表面形状測定装置である。別の実施形態において、装置は、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）であるナノインデンテーション実験を行なうための装置であってもよい。
【００３７】
本発明の実施形態において、偏位の決定は、基板の主面と平行な平面で構造の位置を決定するための装置によって行なうことができる。そのような構造の位置座標の決定は、自動化された測定において有益かもしれない。
【００３８】
本発明の第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態の中で述べられたような方法では、力、例えば機械的力を作用させること、及び偏位を決定することは、同じ装置によって行なわれる。該装置は、例えば表面形状測定システムのような、表面の特性を明らかにする装置であってもよい。実施形態において、上記装置は、スタイラス・プロファイラーであってもよい。実施形態において、上記装置は、低力スタイラスがアレイを横切って移動される接触面表面形状測定装置である。
【００３９】
偏位を決定することは、構造の偏位の決定に帰着するかもしれない。関連づけるステップは、少なくとも一つの構造の各々に関して、その下の犠牲層の存在の有無を明らかにする。本発明の実施形態による方法が少なくとも二つの構造に適用される場合、犠牲層が存在しない最大幅構造が最小量のアンダーエッチングを明らかにする。最小のアンダーエッチング距離は、完全にアンダーカットされた構造の幅の半分として計算されるかもしれない。測定分解能は、梁のアレイにおいて連続する梁間の幅の差の半分、具体的に、例えば、犠牲層が存在しない最大構造と、犠牲層がまだ存在する最小構造との幅の差の半分により決定されるかもしれない。
【００４０】
本発明の第４態様では、装置が開示されている。該装置は以下のものを備える。即ち、
基板又は支持層と、
少なくとも２つの梁のアレイと、ここで、少なくとも２つの梁は異なる幅を有し、
基板又は支持層と少なくとも２つの梁の各々との間に存在可能な、あるいは存在不可能な犠牲層と、を備える。
【００４１】
別の態様では、本発明は、半導体構造の下の犠牲層の存在の有無を決定する検査構造を提供する。検査構造は、少なくとも１つの梁と、基板の平面に垂直な方向において所定の力を作用させる機械的装置とを備える。本発明の実施形態において、機械的装置は、少なくとも１つの梁の各々に関して力の作用ステップを実行するように配置される。本発明の実施形態において、機械的装置は、機械的力の提供に適してもよい。機械的装置は、例えばプローブ先端を備えることができる。別の実施形態において、機械的装置は、例えば静電気力又は磁力を提供するのに適してもよい。具体的な実施形態では、機械的装置は、基板に平行な平面で実質的に移動するように配置されてもよい。検査構造は、各梁が異なる幅を有する梁のアレイをさらに備えてもよい。
【００４２】
第５態様において、本発明は、第１態様、第２態様、及び第３態様の実施形態による方法の使用を提供する。
【００４３】
実施形態において、検査構造は、片持ち梁を含むＭＥＭＳデバイスをさらに備えた基板の一部である。
【００４４】
創造性のある態様において、本発明は、半導体構造の下の犠牲層の存在を決定する検査構造を提供する。該検査構造は、少なくとも一つの梁と、基板の平面に垂直な方向において所定の力を作用させる装置、例えば機械的装置とを備える。
【００４５】
実施形態において、装置、例えば機械的装置は、少なくとも１つの梁の各々に関して力の作用ステップを行うように配置される。実施形態において、機械的装置は、プローブ先端を備える。実施形態において、装置、例えば機械的装置は、基板と平行な平面で実質的に移動するように配置される。
【００４６】
先行技術を超えて達成された発明及び利点を要約するため、発明のある目的及び利点が上述のようにここに記述された。もちろん、そのような全ての目的あるいは利点が、必ずしも発明のいずれかの特定の実施形態に従って達成されるわけではないことは理解される。したがって、例えば、当業者は、ここで教示され又は示唆されるかもしれない他の目的あるいは利点を必ずしも達成することなく、ここで教示されたような一つの利点若しくは利点群を達成又は最適化する方法において発明が具体化できあるいは実行できることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、全体的なエッチング（垂直）及びアンダーエッチング（水平）のＸＳＥＭを用いた測定結果を図示する。
【図２ａ】図２ａは、表面を除去した後、不透明な膜の下のアンダーエッチングを視覚化した図であり、光学顕微鏡の画像である。
【図２ｂ】図２ｂは、表面を除去した後、不透明な膜の下のアンダーエッチングを視覚化した図であり、ＳＥＭの画像である。
【図３】図３は、アンダーエッチング距離の定義を図示する。
【図４】図４は、接触面形状測定装置を用いて、本発明の実施形態によるアンダーエッチング検査構造に基づく片持ち梁の原理を図示する。ここで、（ａ）梁の幅が徐々に変化する片持ち梁アレイである。（ｂ）エッチング後の残りの犠牲材料である。（ｃ）右から左へ（広い片持ち梁から狭い片持ち梁まで）走査し、構造層が完全にアンダーカットされたとき、基板の方へ支持なしに立っている構造を押す、表面プロファイラーの先端である。
【図５】図５は、１００μｍの長さ、１μｍの幅変動、及び５０μｍの最大幅の、５０本の片持ち梁のアレイで作られた本発明の実施形態によるアンダーエッチング検査構造の一部の写真である。
【図６】図６は、本発明の実施形態による接触面形状測定装置を用いて、４μｍ厚のアンダーエッチング検査構造の走査分析結果である。走査は左から右へ行なわれる。最大の梁幅は５０μｍであり、梁幅は、１μｍ刻みで徐々に変化する。梁は、３４μｍで完全に動けるようになったことが観測され、よって、アンダーエッチング距離は、１７μｍに等しい。差し込み図は、走査分析結果の一部を示す。即ち、横に走査された梁の垂直の変形と、１７μｍのアンダーエッチングを有する機械式アクチュエータ（４８μｍ幅）の先端の回旋（tip convolution）との組み合わせである。
【図７】図７は、本発明の実施形態による走査の実行前後での片持ち梁の想定される全体の変形と連動した、観測される走査分析結果である。走査分析結果の下部における点線は、表面形状測定装置先端の先端回旋を表わす。（ａ）非解除の構造、（ｂ）梁の真下の壊れた犠牲層支柱を有する、ほぼ解除された構造、（ｃ）いくつかの鋭い犠牲層残留物を有する、ほぼ解除された構造、（ｄ）わき及び底部へ両方に押され、表面形状測定装置の先端のより深くより広い回旋である、完全に解除された狭い梁。
【図８】図８は、創造性のある態様の実施形態によるものを用いて、及び断面ＳＥＭを用いて測定されるような、エッチング時間の関数における測定されたアンダーエッチング距離である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
請求項におけるいかなる参照符号も、権利範囲を限定するように解釈されるべきではない。
異なる図面において、同じ参照符号は、同じ又は類似の構成部分を指す。
【００４９】
本発明は、特定の実施形態に関して、及びある図面に関して記述されるだろう。しかし、発明はそれらに限定されるものではなく、請求項によってのみ限定される。記述された図は、単に模式的であり、限定するものではない。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明の目的のため、誇張され、実寸通りには描かれていない場合もある。大きさ及び相対的な大きさは、発明の実際の実施に対応していない。
【００５０】
更に、明細書及び請求範囲における第１、第２、第３、等の用語は、類似の構成部分を区別するために使用され、必ずしも、時間的に、空間的に、序列的に、あるいは他のいずれの方法での連続することを述べるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、ここに既述される発明の実施形態は、ここに既述され図示される以外の他の順序において操作可能であるということが理解される。
【００５１】
さらに、明細書及び請求範囲における最上部、底部、超える、下の、等の用語は、記述的な目的のために使用され、必ずしも相対的な位置を記述するものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、ここに既述される発明の実施形態は、ここに既述され図示される以外の他の位置づけにおいて操作可能であるということが理解される。
【００５２】
用語「備える」は、その後に列挙された手段に限定されるように解釈されるべきではなく、他の構成部分あるいは工程を排除するものではないことに注意すべきである。よって、それは、述べられた特徴、整数、工程、あるいは参照した成分（components）の存在を明記するように解釈され、一若しくは複数の他の特徴、整数、工程、あるいは成分、又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。したがって、「手段Ａ及びＢを備えたデバイス」の表現の権利範囲は、構成部分Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。
【００５３】
本発明の実施形態による方法及び装置は、アンダーエッチング距離の決定を可能にする。アンダーエッチング距離は、犠牲層が構造の下から除去される距離として定義可能である。アンダーエッチング距離は、構造の側壁からスタートし犠牲層が依然として存在する位置までにて計算可能である。説明の目的のため、これは図３に示される。
【００５４】
平面にて延在する主面３５を有し、犠牲層３１及び最上部に構造層を有する少なくとも基板３０が設けられねばならず、犠牲層３１及び構造層の両方は、基板３０の主面３５の平面と平行である。これは、異なる層が形成されたウエハの表面と例えば平行かもしれない。これは、基板の最上部面と例えば平行かもしれない。基板３０は、犠牲層のエッチングプロセスで起こらない別のスタック層を備えることができる。基板３０には、構造層が設けられる犠牲層３１が設けられる。構造層は、構造３２を形成するようにパターン化可能であり、犠牲層３１は、構造３２の下からエッチング可能である。エッチングステップが長く続くほど、構造３２は、より深くアンダーエッチングされる。アンダーエッチング距離Ｕは、犠牲層３１が構造３２の下から除去される距離である。アンダーエッチング距離Ｕは、構造３２の側壁３３と犠牲層３１の残存部との間の距離である。
【００５５】
本発明の実施形態は、構造３２の下の犠牲層の存在の有無を決定する方法を備える。この方法は、以下のことを備える。即ち、
平面にてなる基板３０の上方に少なくとも一つの構造３２を設け、ここで、構造３２は、少なくとも一つの側部で固定され、
力、例えば機械的力を少なくとも一つの構造３２に作用させ、ここで、力、例えば機械的力は、規定の大きさを有し、基板３０に垂直な成分を有し、
基板３０の平面に垂直な方向における構造３２の偏位を決定し、及び
基板３０と構造３２との間の犠牲層３１の存在（あるいは非存在）に構造３２の偏位を関連づけること、を備える。
【００５６】
本発明による方法の特定の実施形態において、力、例えば機械的力が作用する前に、犠牲層３１は、少なくとも一つの構造３２と基板３０との間に設けられる。犠牲層３１は、犠牲層３１の少なくとも一部で除去されるように、所定のエッチング時間、エッチングステップにさらされ、少なくとも一つの構造３２の下に空きスペース３４を生成する。空きスペース３４は、少なくとも一つの構造３２の側壁３３から始まり、少なくとも一つの構造３２の少なくとも一部で下に横たわる。空きスペース３４は、少なくとも一つの構造３２の下でアンダーエッチング距離Ｕにわたり延在する。エッチングステップが所定のエッチング時間にて続いた後、力、例えば機械的力は、少なくとも一つの構造３２に作用する。力、例えば機械的力は、所定の大きさを有し、基板３０に垂直な成分を有する。作用した力、例えば機械的力は、少なくとも一つの構造３２の偏位を引き起こす。偏位は、力、例えば機械的力の大きさ、及び少なくとも一つの構造３２の下に存在する残りの犠牲層３１の量に依存する。次のステップでは、少なくとも一つの構造３２の決定された偏位が、構造３２の真下の犠牲層３１の存在の有無に関連づけられる。これは、犠牲層３１が所定のエッチング時間で完全に除去されたか否かを決定することを可能にする。
【００５７】
本発明の具体的な実施形態において、少なくとも一つの構造は、少なくとも二つの構造、例えば一連の構造のような構造アレイを備える。具体的な実施形態では、一連の構造は、例えば図４に図示するように、一連の平行なフィンガー４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅであってもよい。少なくとも二つの構造は、異なる幾何学的形状を有する。図４で示された例では、一連の平行なフィンガー４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅは、異なる幅を持っている。図４で示された例では、一連の連続するフィンガー４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅは、左から右へ行くとき、大きな幅を有する。フィンガー４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅは、フィンガー４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅの一つの先端で固定され、図４で示された例では、離れた先端である。
【００５８】
所定の大きさ及び基板に垂直な成分を有する力は、一連のフィンガーの第１フィンガー４０ａに作用する。力は、例えば機械的力であり、例えば表面スタイラス形状測定装置によって作用可能である。第１フィンガー４０ａの真下の犠牲層の存在によって、この第１フィンガー４０ａは、基板に垂直な方向に多かれ少なかれ偏位する。したがって、第１フィンガー４０ａの偏位は、基板と第１フィンガー４０ａとの間の犠牲層の存在又は非存在に関連づけることができる。図４に示された実施形態において、基板と第１フィンガー４０ａとの間に犠牲層は存在しない。よって、第１フィンガー４０ａは、作用された力、例えば機械的力によって基板まで押し下げられる。
【００５９】
その後、所定の大きさ、好ましくは第１フィンガー４０ａに作用したのと同じ大きさで、基板に垂直な成分を有する力、例えば機械的力が、第２フィンガー４０ｂに作用される。第２フィンガー４０ｂの真下の犠牲層の存在によって、この第２フィンガー４０ｂは、基板に垂直な方向に多かれ少なかれ偏位する。したがって、第２フィンガー４０ｂの偏位は、基板と第２フィンガー４０ｂとの間の犠牲層の存在又は非存在に関連づけることができる。図４に示された実施形態において、犠牲層は、基板と第２フィンガー４０ｂとの間に存在せず、よって、第２フィンガー４０ｂは、作用した力、例えば機械的力によって、基板まで押し下げられる。
【００６０】
その後、所定の大きさ、好ましくは第１フィンガー４０ａ及び第２フィンガー４０ｂに作用したのと同じ大きさで、基板に垂直な成分を有する力、例えば機械的力が、第３フィンガー４０ｃに作用される。第３フィンガー４０ｃの真下の犠牲層の存在によって、この第３フィンガー４０ｃは、基板に垂直な方向に多かれ少なかれ偏位する。したがって、第３フィンガー４０ｃの偏位は、基板と第３フィンガー４０ｃとの間の犠牲層の存在又は非存在に関連づけることができる。図４に示された実施形態において、犠牲層の一部４１ｃが基板と第３フィンガー４０ｃとの間に存在する。よって、第３フィンガー４０ｃは、作用した力、例えば機械的力によって、基板の方へ実質的に押し下げられない。
【００６１】
作用させるステップ、決定するステップ、及び関連づけるステップは、さらに、残りのフィンガー４０ｄ、４０ｅの各々に関して繰り返される。
【００６２】
フィンガー４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅの各々に関して実行された関連づけるステップの結果から、所定時間でのエッチングステップの間にどのフィンガーの犠牲層が除去されたかに関して決定可能である。図４に示された例では、犠牲層は、フィンガー４０ａ、４０ｂの下から除去され、フィンガー４０ｃ、４０ｄ、４０ｅの下からは除去されていない。この結果から、所定の各エッチングパラメータを有するエッチングステップに対応するアンダーエッチング距離は、決定可能である。
【００６３】
本発明の実施形態による方法は、先行技術を越える利点を有する。即ち、
図４の図示におけるフィンガー４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅのように、幅が徐々に変化する例えば片持ち梁の構造のアレイは、アンダーエッチング量の光学検査にも用いることができる。そのような光学タイプの測定は、膜における変形の傾度が、解除された構造に関する測定可能な先端の偏位を生成することを必要とする。光学タイプの測定の間、面を外れた変形を検査するように、基準に対して構造が焦点から外れるか否かのチェックがなされる。そのような面を外れた変形は、構造が支持なしに立っているという結論を導くが、しかし、犠牲層残留物の存在について、いかなる情報をも提供しない。したがって、光学タイプの測定は、十分な長さ、例えば長い梁を有する構造を必要とするかもしれない。対照的に、本発明の実施形態によるような接触面形状測定装置を用いた場合には、片持ち梁（一先端で固定された）、又は固定−固定梁（２つの先端で固定された）の必要な梁長さは、それらの垂直剛性及び適用可能な最大スタイラス力によって決定することができる。このような光学技術を越えた別の利点は、接触面形状測定装置が、非解除構造から解除構造への推移の検出を可能にするということである。接触面形状測定装置と組み合わせた構造アレイを用いた理論的な不確実さは、構造アレイにおける幅変動の半分に等しい。従来技術の光学技術を用いた測定は、隣接する解除構造（図７のケースｃ）が十分に解除されたように見得ることから、大きな不確実さに帰着する可能性がある。犠牲エッチング速度は、この場合、過大評価されるだろう。
【００６４】
実施例：
当該分野で既知ではない、非破壊的でより少ない時間の消費方法においてアンダーエッチング速度を決定するため、新しい特別の検査構造が開発された。この検査構造、固定の梁長さで徐々に変化する幅を有する支持なしに立っている梁のアレイ（片持ち梁、あるいは固定−固定ばり）、は、所定の力（図４に模式的に図示した）で梁アレイにわたり走査する接触面表面形状測定装置と共に用いられる。
【００６５】
本発明の実施形態に従い、走査は、大きな幅の梁から細い幅の梁へ行なわれるので、走査分析結果は、構造がどの梁幅で押し下げられるかを明らかにする。構造が底部（基板）まで完全にあるいはほぼ完全に押し下げられるところの梁幅は、エッチング後、アンダーカットの量を明らかにする。アンダーエッチングは、完全にアンダーカットされた梁幅の半分として計算される。測定の分解能は、梁アレイにおいて連続する梁間の幅の差の半分によって決定される。図５は、表面微細加工アンダーエッチング検査構造の一部を示し、該検査構造は、５０本の片持ち梁５１のアレイで、それぞれ１０本の梁のサブアレイに分割され、１００μｍの長さで、始まりの幅が５０μｍで１μｍの幅変化を有して作製される。したがって、５００ｎｍの分解能で、２４．５μｍまでのアンダーエッチングを測定することが可能である。
【００６６】
図６は、本発明の実施形態による、そのような表面形状測定装置に帰着する典型的な走査分析結果を示す。走査は、大きな幅の梁から細い幅の梁へ（５０μｍから１μｍへ）（図６のグラフにおいて左から右）へ行なわれた。スタイラスの絶対変位は、走査長さの関数としてプロットされる。各時間で、表面プロファイラーは、単一の梁にわたりその幅に沿って走査し、走査分析結果において、段差が観察される。４８μｍ幅の梁に関して、それらの段差の詳細が図６の差し込み図に示される。この典型的な偏位曲線は、構造層（図７ａ）のアンダーカット部の垂直コンプライアンスにより発生する。また、先端回旋は、偏位曲線を分析するときに考慮されるべきである。比較的小さなアンダーエッチングと関連する厚い構造層は、そのような段差形状を示さないであろう。
【００６７】
図６に示されるように、非解除（動けない）の片持ち梁から解除（動ける）の片持ち梁へ、測定された高さにおいて、実質的に形状の推移はない。この緩やかな推移は、非常に狭い残りの犠牲層ラインに起因するかもしれない。
【００６８】
図７は、梁の解除の異なった可能性を図示する。図７の（ａ）は、エッチングステップの後に、相当な量の犠牲材料７０により依然として支持される梁７５ａの場合を図示する。力、例えば機械的力が梁７５ａに作用したとき、それは僅かな変形を示すかもしれないが、基板３０に垂直な方向においてほぼ同じレベルで維持される。走査の移行部分において（図７の（ｂ）、（ｃ））、犠牲層７１、７２は、２つの形状を有する可能性がある。第１形状は、犠牲層厚に等しい高さを有する支柱７１である。この支柱７１は、非常に狭くなりえるので、スタイラス力の適用（図７の（ｂ））の下で壊れ、その結果、梁７６ａは、力、例えば機械的力の適用で偏位し、基板３０の方へ押される。――７６ｂにて図示される状況を見よ。第２形状は、元の犠牲層厚未満の高さを有する、耐久力のある鋭い先端７２であるが、しかし、片持ち梁７７ａがその最低位置へ行くのを禁止する障害物を依然として形成している（図７の（ｃ））。よって、７７ｂにて図示されるような状態になる。結果として、構造７８ａは、完全に解除されたものであり、梁がその最低位置７８ｂに存在するとき、作動すると唯一見なすことができる。――図７の（ｄ）を見よ。
【００６９】
図６に示されるような走査分析結果は、表面形状測定装置の先端回旋、及び可動構造の変形（図７における走査分析結果の破線）の組み合わせである。図６及び図７の（ｄ）から分かるように、解除された梁７８ａが既に基板３０に接触したときでさえ、走査分析結果は、さらに下がっていく。これは、スタイラスが左から右へ走査を行っているとき、片持ち梁７５ａ、７６ａ、７７ａ、７８ａがますます狭くなるという事実に起因する。片持ち梁構造が徐々に狭くなるため、それらの横方向の剛性は、非常に減少する。したがって、片持ち梁構造は、横方向及び垂直方向の両方に移動される。このことは、スタイラスが隣接する２つの細いビーム間に非常に深く偏位するのを可能にする。結果として、徐々に減少する偏位分析結果が見られる。
【００７０】
別の実施例では、固定−固定梁（二重固定梁）が、それらのより高い横方向の剛性のため、片持ち梁の代わりに使用される。これは、アンダーエッチング量を決定するために走査分析結果の解釈に基づいたソフトウェアを簡単にするであろう。これは、自動測定にとって特に重要な意義を持つかもしれない。
【００７１】
図８は、断面ＳＥＭ８１（円）を用いることにより、及び創造性のある態様８０（表面形状測定装置、正方形）の実施形態による方法を用いることにより得られたアンダーエッチング距離の測定結果を示す。アンダーエッチング距離は、異なるエッチング時間に関して決定される。犠牲の酸化被膜は、ポリ−ＳｉＧｅ構造層とＳｉＣ下層（基板の最上部）との間にはさまれる。エッチングは、緩衝フッ化水素エッチング（７：１  ＮＨ４ＦのＨＦに対する体積比）である。断面ＳＥＭでは、１０ｎｍである測定不確実さが予想されるが、しかし、表面形状測定装置では、それは５００ｎｍであると予想される。
【００７２】
発明は、図面及び先の説明に詳細に図示され記載されているが、そのような図示及び説明は、実例的で例示的なもので、限定的ではないと考えられるべきである。発明は、開示された実施形態に制限されない。
【００７３】
開示された実施形態への他の変更は、図面、開示したもの、及び添付した請求項に関する研究から、請求項に記載された発明を実施するにおいて、当業者によって理解され達成可能である。請求項において、用語「備える」は、他の構成部分あるいはステップを排除するものではなく、不定冠詞「一つ（a or an）」は、複数を除外しない。ある手段について異なる従属請求項で相互に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせは有利に使用することができないということを示すものではない。請求項におけるいかなる参照符号も権利範囲の制限として解釈されるべきでない。
【００７４】
先の説明は、発明のある実施形態を詳細に述べたものである。しかしながら、当然のことながら、どんなに詳細に先の説明を明細書にて行っても、発明は多くの方法で実施可能であろう。発明のある特徴あるいは態様を述べるときにおける特定の用語の使用は、その用語が関係する発明の特徴あるいは態様のいかなる特定の特徴も含むように限定するように、その用語が本明細書で再定義されるということを暗示するように取られるべきではないことに注目すべきである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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