(57)【要約】【課題】エッチング対象物を実際にエッチングする環境下でのエッチングマスクに対するエッチング対象物のエッチング選択比を求めることができるエッチング選択比測定方法およびエッチング選択比測定装置を提供する。【解決手段】エッチング対象物６および回折格子パターン７による回折光に基づいて、エッチング前の回折格子パターン７の高さＨ１と、エッチング後の回折格子パターン７の測定用長波長半導体レーザ側の表面から溝の底面までの距離と、溝の深さとを求める。これらに基づいて、エッチング前の回折格子パターン７の高さとエッチング後の回折格子パターン７の高さとの差を求める。この差と溝の深さとに基づいて、エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比を導き出すことができる。【選択図】図３Ａ
2006324384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング対象物の表面上に形成されたエッチングマスクの一部である回折格子パターンの表面に向けてレーザ光を出射して、上記エッチング対象物および上記回折格子パターンで反射されたレーザ光の光強度に基づいて、エッチング前の上記回折格子パターンの高さを求める工程と、
上記エッチング対象物にエッチングを行って、上記エッチング対象物の上記回折格子パターン近傍の部分に溝を形成した後、エッチング後の上記回折格子パターンの表面へ向けてレーザ光を出射して、エッチング後の上記エッチング対象物および上記回折格子パターンで反射されたレーザ光の光強度に基づいて、エッチング後の上記回折格子パターンの表面から上記溝の底面までの距離を求める工程と、
上記回折格子パターンを含む上記エッチングマスクを除去した後、上記エッチング対象物の表面へ向けてレーザ光を出射して、上記エッチング対象物で反射されたレーザ光の光強度に基づいて、上記溝の深さを求める工程と、
エッチング前の上記回折格子パターンの高さと、エッチング後の上記回折格子パターンの表面から上記溝の底面までの距離と、上記溝の深さとに基づいて、エッチング前の上記回折格子パターンの高さとエッチング後の上記回折格子パターンの高さとの差を求める工程と
を備えたことを特徴とするエッチング選択比測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエッチング選択比測定方法において、
上記レーザ光の波長は５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内であることを特徴とするエッチング選択比測定方法。
【請求項３】
請求項１に記載のエッチング選択比測定方法において、
上記反射されたレーザ光は１次回折光であることを特徴とするエッチング選択比測定方法。
【請求項４】
請求項１に記載のエッチング選択比測定方法において、
上記レーザ光の出射方向は上記エッチング対象物の表面に略垂直であることを特徴とするエッチング選択比測定方法。
【請求項５】
エッチング対象物の表面上に形成されたエッチングマスクの一部である回折格子パターンの表面に向けてレーザ光を出射する光源と、
上記エッチング対象物および上記回折格子パターンで反射されたレーザ光を受光すると共に、この受光したレーザ光の光強度に対応する信号を出力する受光部と、
上記信号に基づいて、エッチング前の上記回折格子パターンの高さとエッチング後の上記回折格子パターンの高さとの差を求める演算部と
を備えたことを特徴とするエッチング選択比測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエッチング選択比測定装置において、
上記エッチング選択比が所望値から外れないように管理することを特徴とするエッチング選択比測定装置。
【請求項７】
請求項５に記載のエッチングエッチング選択比測定装置において、
上記演算部は上記信号を微分回路を介して受けることを特徴とするエッチング選択比測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエッチング選択比測定方法およびエッチング選択比測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングにおいて、エッチング選択比の制御はエッチング後のパターンの形状に影響するため重要である。このため、通常、複数回の予備実験から所望のエッチング選択比を満たす条件を求め、この条件でドライエッチングを行うことによって、所定のアスペクト比を持ったパターンを形成する。
【０００３】
しかし、このような手法では、あるパターンと、このパターンの次に形成するパターンとに、予備実験から求めた同一の条件を用いることになる。つまり、複数のパターンを順次形成する場合、その複数のパターンの全てを同一条件で形成することになる。したがって、所定以外のアスペクト比を持つパターンが形成されても、そのパターンと同じ条件で次のパターンが形成されるので、所定以外のアスペクト比を持つパターンが再び形成されてしまうという問題がある。
【０００４】
すなわち、上記手法では、予備実験を行う環境と、パターンを実際に形成する環境とが必ずしも一致しないため、所望のアスペクト比を得ることができないことがあるという問題がある。
【０００５】
従来、実際にパターンを形成する環境下でパターンのエッチング深さを測定する方法は存在するが、実際にパターンを形成する環境下でエッチングマスクに対するパターンのエッチング選択比を測定する方法は存在しなかった。
【０００６】
なお、パターンのエッチング深さをエッチング中に測定する方法は、例えば特開平７−５８０８１号公報（特許文献１）や特開平８−２４８６１７号公報（特許文献２）に記載されている。
【特許文献１】特開平７−５８０８１号公報
【特許文献２】特開平８−２４８６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、エッチング対象物を実際にエッチングする環境下でのエッチングマスクに対するエッチング対象物のエッチング選択比を求めることができるエッチング選択比測定方法およびエッチング選択比測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のエッチング選択比測定方法は、
エッチング対象物の表面上に形成されたエッチングマスクの一部である回折格子パターンの表面に向けてレーザ光を出射して、上記エッチング対象物および上記回折格子パターンで反射されたレーザ光の光強度に基づいて、エッチング前の上記回折格子パターンの高さを求める工程と、
上記エッチング対象物にエッチングを行って、上記エッチング対象物の上記回折格子パターン近傍の部分に溝を形成した後、エッチング後の上記回折格子パターンの表面へ向けてレーザ光を出射して、エッチング後の上記エッチング対象物および上記回折格子パターンで反射されたレーザ光の光強度に基づいて、エッチング後の上記回折格子パターンの表面から上記溝の底面までの距離を求める工程と、
上記回折格子パターンを含む上記エッチングマスクを除去した後、上記エッチング対象物の表面へ向けてレーザ光を出射して、上記エッチング対象物で反射されたレーザ光の光強度に基づいて、上記溝の深さを求める工程と、
エッチング前の上記回折格子パターンの高さと、エッチング後の上記回折格子パターンの表面から上記溝の底面までの距離と、上記溝の深さとに基づいて、エッチング前の上記回折格子パターンの高さとエッチング後の上記回折格子パターンの高さとの差を求める工程と
を備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記構成のエッチング選択比測定方法によれば、上記エッチング前の回折格子パターンの高さと、エッチング後の回折格子パターンの表面から溝の底面までの距離と、溝の深さとに基づくことにより、エッチング前の回折格子パターンの高さとエッチング後の回折格子パターンの高さとの差を求める。したがって、上記差と溝の深さとを用いて、エッチング対象物を実際にエッチングする環境下でのエッチングマスクに対するエッチング対象物のエッチング選択比を導き出すことができる。
【００１０】
一実施形態のエッチング選択比測定方法では、上記レーザ光の波長は５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内である。
【００１１】
上記実施形態のエッチング選択比測定方法によれば、上記レーザ光の波長は５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内であるから、上記反射されたレーザの光強度の検出が容易になる。
【００１２】
また、上記レーザ光の波長を５００ｎｍ未満にすると、上記反射されたレーザ光が上記レーザ光の出射方向に対して成す角、つまり回折角が大きくなってしまう。例えば、上記反射されたレーザ光である１次回折光の回折角は略９０度になってしまう。したがって、上記反射されたレーザ光の光強度の検出が困難になる。
【００１３】
また、上記レーザ光の波長を８００ｎｍを越える値にすると、レーザ光の回折角がさらに大きくなってしまうので、上記反射されたレーザ光の光強度の検出がさらに困難になる。
【００１４】
一実施形態のエッチング選択比測定方法では、上記反射されたレーザ光は１次回折光である。
【００１５】
上記実施形態のエッチング選択比測定方法によれば、上記反射されたレーザ光は１次回折光であるから、レーザ光の光強度の検出精度を高めることができる。
【００１６】
一実施形態のエッチング選択比測定方法では、上記レーザ光の出射方向は上記エッチング対象物の表面に略垂直である。
【００１７】
上記実施形態のエッチング選択比測定方法によれば、上記レーザ光の出射方向はエッチング対象物の表面に略垂直であるから、エッチング対象物が例えばエッチング中に回転しても、上記反射されたレーザ光の強度がその回転によって変化するのを無くすことができる。
【００１８】
また、本発明のエッチング選択比測定装置は、
エッチング対象物の表面上に形成されたエッチングマスクの一部である回折格子パターンの表面に向けてレーザ光を出射する光源と、
上記エッチング対象物および上記回折格子パターンで反射されたレーザ光を受光すると共に、この受光したレーザ光の光強度に対応する信号を出力する受光部と、
上記信号に基づいて、エッチング前の上記回折格子パターンの高さとエッチング後の上記回折格子パターンの高さとの差を求める演算部と
を備えたことを特徴としている。
【００１９】
上記構成のエッチング選択比測定装置によれば、上記演算部がエッチング前の回折格子パターンの高さとエッチング後の回折格子パターンの高さとの差を求めるから、この差と溝の深さとを用いて、エッチング対象物を実際にエッチングする環境下でのエッチングマスクに対するエッチング対象物のエッチング選択比を導き出すことができる。
【００２０】
上記光源がパルス光源であると、エッチングに対するレーザ励起効果を十分低減することが可能となるので好ましい。
【００２１】
一実施形態のエッチング選択比測定装置では、上記エッチング選択比が所望値から外れないように管理する。
【００２２】
上記実施形態のエッチング選択比測定装置によれば、上記エッチング選択比が所望値から外れないように管理することにより、所望のアスペクト比を確実に得ることができる。つまり、上記エッチング対象物を確実に所望の形状にエッチングできる。
【００２３】
一実施形態のエッチング選択比測定装置では、上記演算部は上記信号を微分回路を介して受ける。
【００２４】
上記実施形態のエッチング選択比測定装置によれば、上記演算部は信号を微分回路を介して受けるから、レーザ光の光強度の変化が小さくても、エッチングマスクに対するエッチング対象物のエッチング選択比をエッチング工程で正確に導き出すことできる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のエッチング選択比測定方法によれば、エッチング前の回折格子パターンの高さと、エッチング後の回折格子パターンの表面から溝の底面までの距離と、溝の深さとに基づくことによって、エッチング前の回折格子パターンの高さとエッチング後の回折格子パターンの高さとの差が求まるので、この差と溝の深さとを用いて、エッチング対象物を実際にエッチングする環境下でのエッチングマスクに対するエッチング対象物のエッチング選択比を導き出すことができる。
【００２６】
本発明のエッチング選択比測定装置によれば、演算部がエッチング前の回折格子パターンの高さとエッチング後の回折格子パターンの高さとの差を求めるから、この差と溝の深さとを用いて、エッチング対象物を実際にエッチングする環境下でのエッチングマスクに対するエッチング対象物のエッチング選択比を導き出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明のエッチング選択比測定方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１に、本発明の一実施の形態のエッチング選択比測定装置の概略構成図を示す。
【００２９】
上記エッチング選択比測定装置は、基板１２へ向けて波長５００ｎｍ〜８００ｎｍのレーザ光を出射する測定用長波長半導体レーザ１と、基板１２からの１次回折光を受光すると共に、その受光した１次回折光の光強度に応じた信号を出力するフォトダイオード２と、そのフォトダイオード２が出力した信号を微分回路４を介して受ける演算部３とを備えている。上記測定用長波長半導体レーザ１は光源の一例である。また、上記フォトダイオード２は受光部の一例である。
【００３０】
上記測定用長波長半導体レーザ１は、レーザ光の出射方向が基板１２の測定用長波長半導体レーザ１側の表面に対して略垂直になるようにエッチング装置のチャンバ１０に固定されている。このチャンバ１０内には基板ホルダ１１が図中矢印方向に回転自在に配置されており、この基板ホルダ１１で基板１２を保持するようになっている。
【００３１】
上記演算部３は、フォトダイオード２からの信号に基づいて、フォトダイオード２で受光した１次回折光の光強度を検出する。また、上記演算部３は、各種のデータを記憶させるレコーダ８を有している。
【００３２】
上記基板１２は、図２に示すように、例えば半導体レーザ等の半導体装置を形成するための装置形成領域Ａと、エッチング選択比を測定するためのエッチング選択比測定領域Ｂとを有している。
【００３３】
上記エッチング選択比測定領域Ｂでは、図３Ａに示すように、基板１２上にエッチング対象物６が形成され、このエッチング対象物６上に回折格子パターン７が形成されている。この回折格子パターン７はエッチングマスク５の一部で構成されている。
【００３４】
なお、図１の１３は、チャンバ１０の側壁に設けられた石英窓である。
【００３５】
上記構成のエッチング選択比測定装置は次のようにしてエッチング選択比を測定する。
【００３６】
まず、上記エッチング対象物６に対するエッチングを開始する前に、測定用長波長半導体レーザ１をパルス発振または連続発振させて、測定用長波長半導体レーザ１から回折格子パターン７へ向けてレーザ光を出射して、図３Ａに示すエッチング対象物６および回折格子パターン７による１次回折光をフォトダイオード２で受光する。これにより、上記１次回折光の光強度に応じた信号がフォトダイオード２から微分回路４を介して演算部３に入力される。そうすると、上記演算部３が、フォトダイオード２からの信号に基づいて、エッチングが施されていない回折格子パターン７の高さＨ１を求めてレコーダ８に記憶する。
【００３７】
次に、上記エッチング対象物６に対するエッチングを開始し、チャンバ１０内にエッチングガスを供給して、エッチング対象物６の一部を基板１２の測定用長波長半導体レーザ１側の表面が露出するまでエッチングする。つまり、図３Ｂに示す溝９をエッチング対象物６の回折格子パターン７近傍の部分に形成する。なお、図２の二点鎖線は、エッチングが施されていない回折格子パターン７の形状を示している。
【００３８】
次に、上記測定用長波長半導体レーザ１をパルス発振または連続発振させて、測定用長波長半導体レーザ１からエッチングが施された回折格子パターン７へ向けてレーザ光を出射して、エッチングが施されたエッチング対象物６および回折格子パターン７による１次回折光をフォトダイオード２で受光する。これにより、上記１次回折光の光強度に応じた信号がフォトダイオード２から微分回路４を介して演算部３に入力される。そうすると、上記演算部３が、フォトダイオード２からの信号に基づいて、エッチングが施された回折格子パターン７の測定用長波長半導体レーザ１側の表面から溝９の底面までの距離Ｈ２を求めてレコーダ８に記憶する。
【００３９】
次に、図３Ｃに示すように、上記エッチングマスク５と共に回折格子パターン７を除去した後、測定用長波長半導体レーザ１をパルス発振または連続発振させて、測定用長波長半導体レーザ１からエッチングが施されたエッチング対象物６へ向けてレーザ光を出射して、エッチングが施されたエッチング対象物６および基板１２による１次回折光をフォトダイオード２で受光する。これにより、上記１次回折光の光強度に応じた信号がフォトダイオード２から微分回路４を介して演算部３に入力される。そうすると、上記演算部３が、フォトダイオード２からの信号に基づいて、溝９の深さＨ３を求めてレコーダ８に記憶する。
【００４０】
次に、上記演算部３が、エッチング前の回折格子パターン７の高さＨ１と、エッチング後の回折格子パターン７の測定用長波長半導体レーザ１側の表面から溝９の底面までの距離Ｈ２と、溝９の深さＨ３とに基づいて、エッチング前の回折格子パターン７の高さとエッチング後の回折格子パターン７の高さとの差（＝（Ｈ１＋Ｈ３）−Ｈ２）を求める。
【００４１】
最後に、上記演算部３が、エッチング前の回折格子パターン７の高さとエッチング後の回折格子パターン７の高さとの差と、溝９の深さＨ３とに基づいて、エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比を導き出す。具体的には、上記エッチング選択比は、
2006324384.tif 000003
で導き出す。
【００４２】
このように、上記エッチング前の回折格子パターン７の高さＨ１と、エッチング後の回折格子パターン７の測定用長波長半導体レーザ１側の表面から溝９の底面までの距離Ｈ２と、溝９の深さＨ３とに基づくことにより、エッチング対象物６を実際にエッチングする環境下でのエッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比を導き出すことができる。
【００４３】
また、上記測定用長波長半導体レーザ１は、レーザ光の出射方向が基板１２の測定用長波長半導体レーザ１側の表面に対して略垂直になるようにエッチング装置のチャンバ１０に固定されているから、エッチング対象物６および回折格子パターン７に対するレーザ光の入射角を調整する必要はない。
【００４４】
また、上記エッチングの均一性を良くするためにエッチング中に基板回転を行っても、測定用長波長半導体レーザ１のレーザ光の出射方向が基板１２の測定用長波長半導体レーザ１側の表面に対して略垂直であるから、エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比の測定に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。
【００４５】
また、上記エッチング前の回折格子パターン７の高さＨ１と、エッチング後の回折格子パターン７の測定用長波長半導体レーザ１側の表面から溝９の底面までの距離Ｈ２と、溝９の深さＨ３とに基づくことにより求めたエッチング選択比が所望値と異なっていた場合、チャンバ１０内へのエッチングガスの供給量を変更する等することにより、次のエッチング時に所望のアスペクト比を確実に得ることができる。
【００４６】
上記実施の形態では、フォトダイオード２で１次回折光を受光していたが、フォトダイオード２で２次以上の回折光を受光するようにしてもよい。
【００４７】
上記エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比を１次以上の回折光を用いて測定する場合、入射光（測定用長波長半導体レーザ１が出射するレーザ光）の波長は可視光の範囲内に設定するのが好ましい。
【００４８】
上記測定用長波長半導体レーザ１が出射するレーザ光をパルスレーザ光とすることにより、エッチングに対してレーザ励起効果が十分に低減可能となるので好ましい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、装置形成領域Ａ外にエッチング選択比測定領域Ｂを設けていたが、装置形成領域Ａ内にエッチング選択比測定領域Ｂを設けてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態では、エッチング選択比測定領域Ｂを装置形成領域Ａと同一の基板１２に設けていたが、エッチング選択比測定領域Ｂを装置形成領域Ａと異なる基板１２に設けてもよい。つまり、上記エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比を求めるためだけのエッチング選択比モニタ用基板を用意し、このエッチング選択比モニタ用基板にエッチング選択比測定領域Ｂのみを形成してもよい。上記エッチング選択比モニタ用基板を用いる場合、装置形成領域Ａが形成され、かつ、エッチング選択比測定Ｂが形成されていない基板と、エッチング選択比モニタ用基板とに同時にエッチングを行うのが好ましい。
【００５１】
また、上記実施の形態では、基板１２上のエッチング対象物６をエッチングしたが、基板１２の測定用長波長半導体レーザ１側の表面上に回折格子パターン７を形成して、基板１２をエッチングしてもよい。この場合、上記基板１２がエッチング対象物の一例となる。
【００５２】
また、本発明は、例えば半導体レーザの作成に限らず、基板や半導体層等を所定のアスペクト比をもった形状で制御性良くエッチングする各種の製造プロセスに適用することができる。
【００５３】
ところで、図５に示すように、上記回折格子パターン６の回折角は、格子間隔ｄにより定まり、格子の溝深さ、形状により回折効率が定まる。そして、回折光の光強度は次の式で与えられる。
【００５４】
幅α
光の入射している範囲でのスリット数Ｍ
入射光強度Ｉ０
θｎ：Ｎ次回折光の角度
θ０：入射光角度
2006324384.tif 000004
とすると、出射光強度は
2006324384.tif 000005
で示される。
【００５５】
実際のエッチングにおいて、エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比が低い場合、図４Ｂに示すように、格子間隔ｄは一定で幅αが小さくなるため、回折光の光強度は相対的に小さくなる。逆に、上記エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比が高い場合、図４Ａに示すように、回折光の光強度は相対的に大きくなる。
【００５６】
本発明の他の実施の形態によれば、本エッチングにはレーザ等で使用されるＧａＡｓ半導体基板上にＳｉＯ２膜をＰ−ＣＶＤ（プラズマ化学蒸気堆積）法等で成膜する。上記基板にレジストを塗布し、ステッパー等の露光機によりパターンを転写させ、現像して基板上にレジストパターンを形成する。
【００５７】
次に、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）装置でのエッチングの際に本発明により、エッチング前に受光部の光軸合せを行いの１次回折パターンの強度をモニタする。
【００５８】
そこで、エッチングを開始すると上記記載のように反射光のパターン強度が変化する。その変化量を記録し、実際のパターンの角度との対応をつけておけば、間接的ではあるがその場エッチング選択比を測定することができるのである。回折パターンとしてｄ=１．６０×１０−６ｍ程度の周期をもつ回折パターンを基板の一部に形成したとして、測定用光源に波長６７０ｎｍの赤色半導体レーザを用いた場合、１次回折パターンは
2006324384.tif 000006
θ＝２４．７°
の位置に回折パターンが出現することになる（図５参照）。
【００５９】
また、本発明は、層構造の無い基板、吸収の大きい基板または屈折率の低い基板などを用いても、エッチングマスク５に対するエッチング対象物６のエッチング選択比を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は本発明の一実施の形態のエッチング選択比測定装置の概略構成図である。
【図２】図２は本発明の一実施の形態のエッチング選択比測定方法で用いる基板の概略斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは上記実施の形態のエッチング選択比測定方法を説明するための概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは上記実施の形態のエッチング選択比測定方法を説明するための概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは上記実施の形態のエッチング選択比測定方法を説明するための概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは上記実施の形態のエッチング選択比測定方法を説明するための概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは上記実施の形態のエッチング選択比測定方法を説明するための概略図である。
【図５】図５は本発明の他の実施の形態のエッチング選択比測定方法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  測定用長波長半導体レーザ
２  フォトダイオード
３  演算部
４  微分回路
５  エッチングマスク
６  エッチング対象物
７  回折格子パターン
【図１】
2006324384.tif 000007
【図２】
2006324384.tif 000008
【図３Ａ】
2006324384.tif 000009
【図３Ｂ】
2006324384.tif 000010
【図３Ｃ】
2006324384.tif 000011
【図４Ａ】
2006324384.tif 000012
【図４Ｂ】
2006324384.tif 000013
【図５】
2006324384.tif 000014