(57)【要約】【課題】  非破壊で配線穴工程のオーバーエッチ量を定量計測すること。【解決手段】  ストッパパターン上とこれに隣接したストッパパターン外にエッチングパターンを設け、探針でこれらのエッチパターンの深さを計測・比較することによって、オーバーエッチ量を計測し、エッチングの条件だし、条件のモニターに用いる。【選択図】  図１
2005150340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
半導体基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さの差がオーバーエッチ量と比例関係にあることを用いて、オーバーエッチ状態を検出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、穴の深さを探針式の微細立体形状計測装置で計測することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３において、下地導電体層に導通孔がつながっているかどうかの計測のため、探針式の微細立体形状計測装置を用いて、形状と同時に探針と試料の間に電圧を掛けたときの電流を計測することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３において、探針式の微細立体形状計測装置による穴深さ計測結果と膜厚計測装置による膜厚計測結果を用いて、これらの結果を比較対照することによって、下地層に穴が到達しているかどうかを判定し、あるいは、下地層に対して穴の削りすぎ量あるいは削り足りない量を計測することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより形成した所定穴の深さを、探針と試料を相対的に走査することにより計測する計測装置であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較する手段を備え、穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチング条件を出力するようにしたことを特徴とする穴の深さ計測装置。
【請求項８】
上記下地層上の穴の深さとその近傍の下地層がない穴の深さとを計測し、これらの差からオーバーエッチ量を計算し出力する手段を有していることを特徴とする請求項７記載の計測装置。 
【請求項９】
オーバーエッチ量・下地層上の穴深さ・下地層がない箇所の穴深さのうち少なくとも１種類の試料上分布を表示する手段を有していることを特徴とする請求項７記載の計測装置。 
【請求項１０】
探針と試料を相対的に走査することにより、試料上の指定された箇所の局所的な高さを計測することが可能な計測装置であって、高さ計測と同時に試料と探針の間に電圧をかけた結果流れる電流を同時に計測し、高さ分布データと比較することが可能なデータを出力する手段を有していることを特徴とする請求項７記載の計測装置。 
【請求項１１】
探針と試料を相対的に走査することにより、試料上の指定された箇所の局所的な高さを計測することが可能な計測装置の出力と、試料上の最上層の膜厚を計測することが可能な計測装置の出力を得て、これらのデータを比較表示することが可能な手段を備えていることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１２】
探針と試料を相対的に走査することにより、試料上の指定された箇所の局所的な高さを計測することが可能な計測装置と試料上の最上層の膜厚を計測することが可能な計測装置をともに搭載し、これらのデータを比較表示することが可能な手段を備えていることを特徴とする計測装置。
【請求項１３】
下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む半導体装置。
【請求項１４】
上記下地層は導電体層パターンであり、上記穴は導通孔パターンであることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１５】
下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計データを有することを特徴とする露光データ。
【請求項１６】
上記下地層は導電体層パターンであり、上記穴は導通孔パターンであることを特徴とする請求項１５に記載の露光データ。
【請求項１７】
下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンあるいはこのパターンを少なくとも含む露光マスク。
【請求項１８】
上記下地層は導電体層パターンであり、上記穴は導通孔パターンであることを特徴とする請求項１７に記載のパターンあるいはこのパターンを含む露光マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体装置や薄膜磁気ヘッドの製造工程におけるエッチング工程の条件、特に導通穴を形成する工程、あるいは、コンタクトホール、ビアホール、スルーホールと呼ばれるエッチング工程で，導通が安定して取れるエッチングの条件出し、定期的な条件チェック（ＱＣ：クオリティー・コントロール）の方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パターンの微細化に伴い導通穴も小径化・高アスペクト比化が進んでいるため、穴のエッチング条件出しや定期的な条件チェック（ＱＣ：クオリティー・コントロール）を低工数で的確に行うための測定技術の必要性が高まっている。なお、エッチングとしては、プラズマエッチングに代表されるドライエッチングやエッチング液を用いるウエットエッチングが知られているが、微細加工にはドライエッチングが主として用いられている。
【０００３】
従来、エッチング工程の条件、特に導通穴形成工程、あるいは、コンタクトホール、ビアホール、スルーホールと呼ばれるエッチング工程で、導通が安定して取れるエッチングの条件出し、定期的な条件チェック（ＱＣ：クオリティー・コントロール）に関しては、直接非破壊で計測する方法がなく、次のような方法で行われていた。
【０００４】
その一つの方法では、最終的な導通の確認は導通穴をチェーン状に並べてプロービング用のパッドを形成した専用のＴＥＧ（テスト・エレメント・グループ）ウェーハで電気的に導通確認していた。このためには下地の配線、導通穴、上層の配線を形成した後で、抵抗の計測をする必要があり、導通穴を形成するエッチングの条件のチェックのために計測用のＴＥＧウェーハに対して多数の工程を施す必要があり、コストと時間がかかっていた。問題がある場合にはＦＩＢ（フォーカスト・イオン・ビーム）などで、導通穴の断面を切り出し、ＳＥＭ（スキャニング・エレクトロン・マイクロスコープ）などで、観察して解析する必要があり、これにも，時間とコストがかかっていた。
【０００５】
また、日常のエッチャー条件ずれの監視（ＱＣ：クオリティー・コントロール）には、前述のＴＥＧを用いるか、あるいは、ラインアンドスペース状のテストパターンをエッチングしてこの段差を触針式の段差計あるいはＡＦＭ（アトミック・フォース・マイクロスコープ：原子間力顕微鏡）で計測するか、ラインアンドスペース状のテストパターンによる光の散乱を計測してテストパターンの立体形状の形状パラメータを推定するＯＣＤ（オプティカルＣＤ：光学的測長）という方法で計測することが行われているが、テストバターンが穴パターンではないので、エッチング深さにオフセットがかかってしまい、これを補正する必要があり、直接的に穴のエッチング条件の確認ができなかった。
【０００６】
また、穴を形成するエッチング条件は、絶縁膜に形成した穴が下地の配線パターン層まで到達しているかどうかの確認が重要である。例えば特許文献１（特開２０００−９４３７号公報）には、配線パターンなどの上に形成されている絶縁膜の厚みを光学的に計測する方法が開示されているが、穴が下地まで到達しているかどうかを検査・計測する方法については提供されていなかった。
【０００７】
また、他の方法として、電子線を照射したときの電位コントラストの違いとして導通穴の導通・非導通を検出する方法があるが、高抵抗の検出ができるものの、導通時にエッチングが必要最小限のエッチング量に対してどの程度余分に行われているか（オーバーエッチング状態）を知る方法がなかった。本来、計測したいのは、図２の断面図に示すように、絶縁膜１００中の下地配線層１０１に対して導通穴１０２をあけるときに、適正量だけ配線層１０１に食い込んでオーバーエッチが適正な状態１０２ａか、配線層１０１に届かず非導通の状態１０２ｂか，オーバーエッチが過大な状態１０２ｃかを知ることである。穴深さｄだけを触針式の段差計で計測しても、絶縁膜１００の厚みが変動するため，下地層１０１に対するエッチング状態を知ることはできなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−９４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体デバイスには、ビアホール、コンタクトホール、スルーホールと呼ばれている下地の導電層と絶縁体膜を挟んで上層にある配線層との間の電気的な接続を取る穴パターンを大量に使用するが、この穴加工をするエッチングの条件出しが，電子線の電位コントラストによる良―不良判定か、断面ＳＥＭによる破壊検査ででしかできず、非破壊でエッチング状態を定量評価する方法が無い点が、解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
エッチングのストッパパターン上とこれに隣接したストッパパターン外にエッチングパターンを設け、探針でこれらのエッチパターンの深さを計測・比較することによって、オーバーエッチ量を計測し、エッチングの条件だし、条件のモニターに用いる。
【００１１】
さらに、探針と試料間に電圧をかける事で導通・非導通を直接計測することも可能。さらに、パターン上膜厚計と併用することでオーバーエッチを起し易いところと、アンダーエッチを起し易いところを狙って検査したり、膜厚測定結果と穴深さ測定結果をつき合わせることで、オーバーエッチ／アンダーエッチ量を計算したりする。
【発明の効果】
【００１２】
触針式の段差測定のみから層間絶縁膜の膜厚と、オーバーエッチ量が計測でき、ビアホールなどの迅速なエッチング条件だし・高頻度のＱＣが可能となる。また、触針による抵抗測定・膜厚計による層間絶縁膜の厚み計測を組み合わせることにより、ビアホールのエッチング状態をさらに詳細に知ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
エッチングのストッパパターン上とこれに隣接したストッパパターン外にエッチングパターンを設け、探針でこれらのエッチパターンの深さを計測・比較することによって、実パターン内に実パターンと同一の形状のダミーパターンを設けるだけで、オーバーエッチ量の計測を実現した。
【００１４】
本発明の代表的な実施の形態を以下に例示する。
（１）基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とするエッチング方法。
（２）半導体基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（３）基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより形成した所定穴の深さを、探針と試料を相対的に走査することにより計測する計測装置であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較する手段を備え、穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチング条件を出力するようにしたことを特徴とする穴の深さ計測装置。
【実施例】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を具体的に説明する。
＜実施例１＞
図1に本発明で用いるパターンと計測方法を説明する。配線層１０１に向かってエッチングする穴パターン１０２に隣接して、配線層のパターンが無いところにダミーの穴１０３を設ける。これは、実施例６で後述するように、このようなパターンの形成された露光マスクを用意してレジストに転写してもいいし、電子線などで直接レジストに転写してもよい。
【００１６】
このパターンを周知のドライエッチングでエッチングした後、図９で説明するような触針式の段差計あるいはＡＦＭ（アトミック・フォース・マイクロスコープ）でスキャンする。なお、ＡＦＭ以外のＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型プローブ顕微鏡）（例えば、ＮＦＯＭ：Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ｈｉｋａｒｉ：光近接場走査顕微鏡、ＳＴＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｏｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査トンネル顕微鏡  など）でも、段差の深さが計測できる装置であれば同様に本発明を構成できることは言うまでも無い。
【００１７】
各穴の底部の高さと、穴の周りの高さの差から、各穴の深さを正確に計測できる。ここで，図1（ａ）のようにオーバーエッチした状態では、ダミー穴１０３の深さＡと通常穴１０２の深さＢの間には次式の関係がある。
【００１８】
Ａ−Ｂ＝オーバーエッチ量（Δｄ）×(１−e2／e1)
ここで、e1は層間絶縁膜１００のエッチングレート、e2は配線層１０１のエッチングレートである。これを用いて、オーバーエッチ量Δｄの定量計測が可能となる。図1（ｂ）のようなアンダーエッチの状態では、Ａ＝Ｂとなり、アンダーエッチ量は計測することができないが、安定な導通穴のエッチングのためには若干のオーバーエッチ状態にエッチャーの条件を設定して、バラツキがあっても導通が確保できるようにするため、オーバーエッチ量の計測ができれば問題ない。
【００１９】
なお、以上の説明は１０１が配線層、１００が絶縁膜として説明したが、配線層１０１が絶縁膜１００のエッチングレートより大きい材質のストッパレイヤと呼ばれる層であれば配線層１０１と絶縁膜１００の材質にかかわらず成立することに注意されたい。
【００２０】
ここで，本発明に用いられる触針式の段差計あるいはＡＦＭ（アトミック・フォース・マイクロスコープ）について図９のＡＦＭの一構成例を用いて説明する。
先端のとがった探針２００が一端に形成されたカンチレバー２０７が微動Ｚ軸２０９、微動ＸＹ軸２０８に取り付けられている。２０８、２０９は通常、印加電圧によって変形量が制御できる圧電素子を用いて構成されるが、ボイスコイルモータなど他の駆動素子を用いることもある。変位量は変位センサ（不図示）によって計測される場合もある。
【００２１】
試料１５０は、ＸＹＺ粗動ステージ２０４に搭載され、カンチレバー２０７の動作範囲に保持される。探針２００と試料１５０の接触状態が全体制御器・コンソール２０１でモニターされ、これに基づいてＺ軸制御系２０２でカンチレバー２０７の高さが制御される。接触状態はカンチレバー２０７の撓み量や撓み振動の状態で計測するが、このためにカンチレバーに取り付けた歪ゲージをもちいたり、レーザ干渉計を用いたり、図９で図示したようにレーザ２０６をカンチレバーの先端に照射して反射した光をスポット位置センサ２０５で計測したりする。
【００２２】
上記動作をＸＹ軸制御系でＸＹ軸２０８あるいはＸＹＺ粗動ステージ２０４を用いてＸＹ方向に試料１５０と探針２００の相対位置を走査させながら行い、そのときのＺ軸２０９を記録することで試料１５０の高さプロファイルデータが全体制御器・コンソール２０１に蓄えられ表示される。
【００２３】
触針式の段差計の場合は通常Ｚ軸２０９を持たず、一定の高さでカンチレバー207を保持したときの探針２００の撓みを差動トランスなどで検出して、ＸＹ走査時の撓みの変化を高さプロファイルとして得る。
【００２４】
次に、図７を用いて全体制御器・コンソール２０１の表示例について説明する。このように、下地層パターン（配線層パターン１０１）上の穴深さのウェーハ内分布と下地層パターンが無いところの穴深さのウェーハ内分布を濃淡によって対照表示する。さらに、これらの差からオーバーエッチ量Δｄを計算してウェーハ内分布を表示する。
【００２５】
これによって絶縁層１００の膜厚とオーバーエッチ量の分布が視覚的に判り、絶縁層の膜厚分布は絶縁層膜を形成するときのデポジット工程、メッキ工程、研磨（ＣＭＰ）工程の条件に対して有効なフィードバックが可能となる。また、オーバーエッチ量の分布はエッチングの条件を変えてエッチ量の分布偏りを補正したり、オーバーエッチ不足領域が生じないようにエッチ時間を調整したりするために有効に利用できる。
【００２６】
なお、この表示はＡＦＭあるいは段差計のコンソールで表示する以外に、図１２を用いて後述するように別のデータ解析装置４３０で計測データを通信などによって取り込んで表示を行ってもよい。図６、図８を用いて後述する別の表示例についても同様である。
【００２７】
＜実施例２＞
さらに、図３を用いて、膜厚計と併用した場合の実施例を示す。この図に示すように、領域ごとの絶縁膜１００の厚みと穴１０２の深さｄが分かれば穴が、配線層１０１に到達しているか、あるいは、どのくらい届いていないか、または、削りすぎているかが計測できる。
【００２８】
穴深さｄは、図９で説明したＡＦＭあるいは段差計で穴の底部の高さとその周辺の高さを計測してその差を取れば計測することができる。絶縁膜１００の膜厚は図１０を用いて説明する光学式の膜厚計で計測することができる。光学式の膜厚計は例えば特開２０００−９４３７号公報に説明されているが、光源２３４からの光を照明レンズ２３５、ハーフミラー２３６を介して対物レンズ２３３に入射させ、試料２３３を照射する。
【００２９】
反射した光を対物レンズ２３３、ハーフミラー２３６、視野絞り２３７を通して分光系２３０に導き、波長毎の光量分布を計測し、これから膜厚計算手段２３１で分光反射率をもとめ、薄膜干渉による分光反射率の数理モデルから膜厚を推定する。
【００３０】
上記動作をＸＹ軸制御系２０３でＸＹＺ粗動ステージ２０４を用いてＸＹ方向に試料１５０と対物レンズ２３３の相対位置を走査させながら行い、その時の膜厚を記録することで試料１５０の膜厚分布データが全体制御器・コンソール２０１に蓄えられ表示される。
【００３１】
なお、以上の説明は１０１が配線層、１００が絶縁膜として説明したが、配線層１０１の深さが膜厚計によって計測できる材質であれば、配線層１０１と絶縁膜１００の材質にかかわらず成立することに注意されたい。
【００３２】
次に、図６を用いて全体制御器・コンソール２０１の表示例について説明する。図示のように、膜厚のウェーハ内分布と穴深さのウェーハ内分布を濃淡によって対照表示する。さらに、これらの差からオーバエッチ量、アンダーエッチ量を計算してウェーハ内分布を表示する。
【００３３】
これによって絶縁層の膜厚とオーバーエッチ量の分布が視覚的に判り、絶縁層の膜厚分布は絶縁層膜を形成するときのデポジット工程、メッキ工程、研磨（ＣＭＰ）工程の条件に対して有効なフィードバックが可能となる。また、オーバーエッチ量の分布はエッチングの条件を変えてエッチ量の分布偏りを補正したり、オーバーエッチ不足領域が生じないようにエッチ時間を調整したりするために有効に利用できる。
【００３４】
さらに、図５に示すように、上記計算されたオーバーエッチ量の分布から予想される非導通箇所の分布をＴＥＧ（テスト・エレメント・グループ）パターンを用いたプローバによる抵抗計測と比較検証し、膜厚・穴深さの計測オフセットについて補正データを得ておくと、より確実なプロセス条件へのフィードバックが可能となる。あるいは、図４を用いて後述するように探針を用いたプロファイル計測時に直接穴底の抵抗値を計測してもよい。
【００３５】
＜実施例３＞
つぎに、図４及び図９を用いて、直接穴底の抵抗値を計測と併用した場合の実施例を示す。図９の装置で試料１５０の高さプロファイルを計測するときに図４（ａ）のように直流電圧２５１を探針２００に印加して流れる電流を電流計２５０によって計測する。直接配線層１０１からグランドを取れない場合には、図４（ｂ）に示すように、交流電圧２５２を印加して、そのときの電流を２５０によって検知してもよい。
【００３６】
図９では抵抗測定手段２１０として図示されているが、この抵抗結果をＺ軸制御系２０２による高さプロファイルの記憶時に同時に記憶して抵抗分布データとして全体制御器・コンソール２０１に蓄えられ表示される。なお、抵抗値は試料１５０をスキャンするときにすべての点で計測して抵抗プロファイル画像として記録してもいいし、抵抗値の特に必要な穴底のみで計測データを得てもいい。
【００３７】
次に、図８を用いて全体制御器・コンソール２０１の表示の実施例について説明する。図示のように、穴深さのウェーハ内分布をと穴底の抵抗値の分布濃淡によって対照表示する。これによって穴深さと穴が配線層に到達しているかどうかの分布が視覚的に判り、エッチングの条件を変えてエッチ量の分布偏りを補正したり、オーバーエッチ不足領域が生じないようにエッチ時間を調整したりするために有効に利用できる。
【００３８】
なお、実施例１、２、３で説明した方法はさらに組み合わせることによって、さらに確実な情報としてプロセス条件出し、条件確認のために用いることが可能となる。
【００３９】
＜実施例４＞
次に、本発明を半導体装置の製造工程用いる方法について説明する。
図１１は、導通穴エッチング状態の計測結果のプロセスフィードバックの説明図である。ウェーハは成膜、研磨、ホトリソグラフィー（レジスト塗布・露光・現像）、エッチといった工程を繰り返すことで半導体デバイスとして加工されていく。
【００４０】
この、各工程の間で、本発明による膜厚分布や試料高さ分布を計測する。これらの情報は前の工程のプロセス条件にフィードバックしたり、後の工程のプロセス条件にフィードフォワードしたりする。特に、エッチング工程の後で実施例１−３で説明した、穴のエッチ状態の計測を行い、成膜・研磨・エッチ工程にフィードバックすることが可能となる。
次に、図１２を用いて膜厚測定・触針式の段差計あるいはＡＦＭ測定とエッチャー、ＣＭＰ（研磨）装置の構成の別の実施例を示す。ウェーハカセット４２０からウェーハをロボットアーム４２１がロードしエッチャー４１０で処理をして、ウェーハカセット４２０に戻す。この前後で膜厚測定器４１３や、触針式の段差計あるいはＡＦＭ４００で計測を行う。
【００４１】
ＣＭＰ装置４１１も同様にウェーハカセット４２０からウェーハをロボットアーム４２１がロードしＣＭＰ装置４１１で処理をして、ウェーハカセット４２０に戻す。この前後で膜厚測定器４１３や、触針式の段差計あるいはＡＦＭ４００で計測を行う。これらのデータはデータ解析装置４３０に集められて比較対照されプロセス装置の処理条件に反映される。このように、複数のプロセス装置で蜜に集められたデータを集めて解析を行うことによって、より、高頻度・高精度のプロセス条件フィードバックが可能となる。
【００４２】
＜実施例５＞
つぎに、図１３を用いて触針式の段差計あるいはＡＦＭによる穴深さ計測の走査方法の一実施例を示す。この図は、実施例１の図１に示した断面図に対する平面透視図であり、試料１５０には絶縁体層１００下に配線層１０１がある。
【００４３】
配線層のパターン１０１上に穴パターン１０２が設けられ、隣接した配線層のパターン１０１が無いところにダミーの穴１０３を設けられている。この中で、エッチング条件のモニターのために穴深さを計測したいのはダミー穴１０３と隣接した穴１０２のうち1個あるいは数個、通常は２個が望ましい。この領域を抽出するために、別途光学式顕微鏡あるいはＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察する方法もあるが、別の方法として、図１３ａの５００のように触針式の段差計あるいはＡＦＭで広視野を粗くスキャンして、この中から、目的のパターンの位置を抽出し、図１３ｂの５０１のように細かくスキャンし直す。
【００４４】
図１３ａのように、粗くスキャンするときは、穴の位置が分かればよく、深さは知る必要が無いので高速にスキャンしても問題はない。また、図１３ｂのように、細かくスキャンするときは、少なくとも穴の位置では穴底まで探針が届くようにゆっくりとスキャンすることが必要である。位置の抽出は目視で指定しても良いし、画像処理技術を用いて自動的に抽出しても良い。
【００４５】
図１４を用いて別の詳細スキャンの方法を示す。図１４（ａ）のように穴１０２（１０３）の左右と穴内の３点の高さを探針２００で計測すれば、それらの差から穴の深さを計測することが可能である。計測点数は３点とは限らず、最低穴外の１点と穴内の１点測定すればよいが、より正確を期すために、穴外、穴内それぞれ数点ずつ高さを計測してもよい。また、図１４（ｂ）のように、穴外の周囲を破線で示したように円形状にスキャンしてその平均高さを計算してもよい。穴内も、同様円形状にスキャンしてその平均高さを計算しても良い。以上説明した実施例により、計測パターンを特定して、その深さを正確に計測することが可能となる。
【００４６】
＜実施例６＞
ここで、実施例１で言及した本発明の露光マスクおよび露光プログラム（露光データ）について詳述する。本発明の露光マスクおよび露光データは図１５（ａ）に示した配線パターンを含む露光マスクあるいは露光データと、図１５（ｂ）に示した導通パターンを含む露光マスクあるいは露光データの組からなる。
【００４７】
前述したように１０１は配線パターン、１０２は導通パターンである。図１５（ｂ）の中の一点鎖線で示したパターン１０１は位置を対照するために示したもので、実際に存在するパターンではない。これらの露光マスクあるいは露光データは図１６の投影露光装置あるいは図１７の直接描画装置でウェハ１５０上に転写され、周知のエッチングにより形成される。
【００４８】
図１５（ａ）に示したような配線パターンを含む露光マスクあるいは露光データによりウェハ上にパターンを形成した後、図１５（ｂ）に示したような導通パターンを含む露光マスクあるいは露光データによりウェハ上にパターンを形成し、これを実施例１〜５で説明したような方法で計測することで、エッチング状態の良否が確認できる。
【００４９】
図１６の投影露光装置６００は、可視光源、紫外光源、電子線源、Ｘ線源のいずれかからなる光源６０１によって露光マスク６０２を照明し、これを投影光学系６０３によって、ステージ１５０上に搭載された試料ウェハ１５０上に投影する。試料１５０には感光剤（レジスト）が塗布されていて、これを現像することで、レジストのパターンが形成される。あるいは、投影光学系が存在せず、露光マスク６０２と試料１５０を近接させて直接パターンを転写する場合にも、本発明は同様に成り立つことはいうまでも無い。
【００５０】
図１７の直接描画装置７００は、レーザ光源あるいは電子線源からなる光源７０１から出射したビーム７０４をブランキング手段７０４、偏向手段７０５を含む光学系７０３によってステージ２０４に搭載された試料１５０上に投影し、パターンを形成する。制御手段７１０は設計データ記憶手段７１１に記憶された露光プログラム（露光データ）からブランキング手段７０４、偏向手段７０５、試料ステージ２０４に与える制御信号を生成し、これによって、電子線あるいはレーザのビームよって試料１５０上に、設計データ記憶手段７１１に記憶された露光プログラム（露光データ）に従ったパターンを形成することができる。
【００５１】
以上説明したように図１５に示したようなパターンを含む露光マスクあるいは露光データにより、投影露光装置あるいは直接描画装置によってウェハ上にパターンを形成し、これを実施例１〜５で説明したような方法で計測することで、エッチング状態の良否が確認できる。
【００５２】
なお、本発明は、半導体装置の製造に限らず、その他、微細パターン形成工程を要する例えば薄膜磁気ヘッド、液晶表示装置などの電子部品の製造に有効に供せられることは言うまでもない。
【００５３】
半導体装置等の電子部品の製造において、パターンの微細化に伴ってますます難しくなる導通穴のエッチング工程において、非破壊でエッチング状態を定量的に評価することが可能となり、エッチングの条件だし、ＱＣにチェックに役立ち、電子部品製造の歩留り向上に寄与する、有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１となる導通穴エッチング状態の計測に用いるパターンの説明用断面図である。
【図２】従来の計測の対象となる導通穴エッチング状態の説明用断面図である。
【図３】本発明の実施例２となる穴深さと膜厚測定の併用による導通穴エッチング状態の計測方法の説明用断面図である。
【図４】本発明の実施例３となる穴深さと抵抗測定の併用による導通穴エッチング状態の計測方法の説明用断面図である。
【図５】本発明の実施例２となる穴深さと膜厚測定の併用による導通穴エッチング状態の計測結果のプロセスフィードバックの説明図である。
【図６】本発明の実施例２となる穴深さと膜厚測定の併用による導通穴エッチング状態の計測に関するＧＵＩ例図である。
【図７】本発明の実施例１となる今回提案したダミーパターンによる，オーバーエッチ量の計測に関するＧＵＩ例図である。
【図８】本発明の実施例３となる穴深さと抵抗測定の併用による導通穴エッチング状態の計測方法に関するＧＵＩ例図である。
【図９】本発明に用いられる原子間力顕微鏡装置の一構成図である。
【図１０】本発明に用いられる光学式膜厚測定装置の一構成図である。
【図１１】本発明の実施例４となる導通穴エッチング状態の計測結果のプロセスフィードバックの説明図である。
【図１２】本発明の実施例４となる導通穴エッチング状態の計測とそのプロセスフィードバックに必要な装置構成の説明図である。
【図１３】本発明の実施例５となる穴深さ計測用の走査パターンの説明図である。
【図１４】本発明の実施例５となる穴深さ計測用の詳細走査パターンの説明図である。
【図１５】本発明の実施例６となる、露光パターンの説明図である。
【図１６】本発明で用いられる、投影露光装置の説明図である。
【図１７】本発明で用いられる、直接描画装置の説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００…絶縁膜
１０１…下地配線層
１０２…導通穴
１０３…ダミー穴
１５０…試料
２００…探針(触針)
２０１…全体制御器・コンソール
２０２…Ｚ軸制御系
２０３…ＸＹ軸制御系
２０４…ＸＹＺ軸ステージ
２０５…位置センサ
２０６…レーザダイオード
２０８…ＸＹ軸圧電素子
２０９…Ｚ軸圧電素子
２１０…抵抗測定手段
２３０…分光計
２３１…膜厚計算手段
２３２…観察用カメラ
２３４…光源
２３５…照明レンズ
２３６…ハーフミラー
２３７…絞り
２３８…ズームレンズ
２５０…電流計
２５１…直流電圧
２５２…交流電圧
４００…原子間力顕微鏡あるいは触針式段差計
４１０…エッチャー
４１１…ＣＭＰ装置
４１３…膜厚測定装置
４２０…ウェーハカセット
４２１…ロボットアーム
６００…投影露光装置
６０１…光源（可視光源、紫外光源、電子線源、Ｘ線源）
６０２…露光マスク
６０３…投影光学系
７００…直接描画装置
７０１…光源（レーザ光源、電子線源）
７０４…ブランキング手段
７０５…偏向手段
７０３…光学系
７１０…制御手段
７１１…設計データ記憶手段。
【図１】
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【図２】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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