(57)【要約】 【課題】  マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきなどによって変動しても、エッチング深さを計測することができるエッチング方法を提供する。【解決手段】  光源ディテクタＡ部１０に含まれる光源から出射された２つの異なる波長の光は、被エッチング基板３０に照射され、被エッチング基板３０で反射される。被エッチング基板３０で反射された２つの反射光は、被エッチング層の表面および被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる干渉光を含む。光源ディテクタＡ部１０に含まれるディテクタは、受光した２つの干渉光の強度をそれぞれ電気信号に変換して、制御部に出力する。制御部は、２つの干渉光のうち振幅の大きいほうの干渉光の周波数から、エッチング速度を求め、求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とから、エッチング深さを算出する。【選択図】      図１
2007027478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング方法であって、
可干渉性を有する２つの異なる波長の光を、多層の被エッチング層に照射し、
照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる波長の光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を観測し、
観測された２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記エッチング深さの測定では、前記予め定める条件に合致した干渉光の周波数からエッチング速度を求め、求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とに基づいて、エッチング深さを測定することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
光が照射される側にある被エッチング層の屈折率が他方のエッチング層の屈折率より小さい隣接する被エッチング層であって、隣接する被エッチング層の境界面の反射率が最大である隣接する被エッチング層のうち、光が照射される側にある被エッチング層の層厚および屈折率を、それぞれＬおよびｎとし、ｍを自然数とし、Ｎ１を「１」または「３」として、前記可干渉性を有する２つの異なる波長の光のうちの片方の光の波長λは、次式
Ｌ÷（λ／ｎ）＝Ｎ１／４＋ｍ
を満足しない波長であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記可干渉性を有する２つの異なる波長は、エッチングが行われる被エッチング層のバンドギャップエネルギーに相当する波長またはその波長の近傍の波長であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエッチング方法。
【請求項５】
屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング方法であって、
可干渉性を有する１つの波長の光を２つの異なる方向から、多層の被エッチング層に照射し、
照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる方向からの光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を観測し、
観測された２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することを特徴とするエッチング方法。
【請求項６】
前記２つの異なる方向のうちの第１の方向は、前記多層の被エッチング層の表面に垂直な方向であり、
光が照射される側にある被エッチング層の屈折率が他方のエッチング層の屈折率より小さい隣接する被エッチング層であって、隣接する被エッチング層の境界面の反射率が最大である隣接する被エッチング層のうち、光が照射される側にある被エッチング層の層厚および屈折率を、それぞれＬおよびｎとし、前記可干渉性を有する光の波長をλとし、Ｎ２を奇数の自然数として、前記光が照射される側にある被エッチング層内において、前記多層の被エッチング層の表面に垂直な方向と、前記異なる２つの方向のうち他の第２の方向との角度θは、次式
ｃｏｓθ＝２ｎＬ／（２ｎＬ＋λＮ２）
を満足しない角度であることを特徴とする請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記予め定める条件は、観測された２つの干渉光のうち振幅の大きい方の干渉光という条件であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエッチング方法。
【請求項８】
屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング装置であって、
可干渉性を有する２つの異なる波長の光を出射する光出射手段と、
光出射手段から出射された２つの異なる波長の光を、多層の被エッチング層に照射するための光学手段と、
光学手段によって照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる波長の光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を受光する受光手段と、
受光手段が受光した２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを計測する計測手段とを含むことを特徴とするエッチング装置。
【請求項９】
屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング装置であって、
可干渉性を有する１つの波長の光を出射する光出射手段と、
光出射手段から出射された光を２つの異なる方向から、多層の被エッチング層に照射するための光学手段と、
光学手段によって照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる方向からの光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を受光する受光手段と、
受光手段が受光した２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを計測する計測手段とを含むことを特徴とするエッチング装置。
【請求項１０】
前記光出射手段は、光を異なる波長の光に分光するための分光器を含むことを特徴とする請求項８に記載のエッチング装置。
【請求項１１】
前記光出射手段は、レーザ光を出射する光源を含むことを特徴とする請求項８または９に記載のエッチング装置。
【請求項１２】
前記計測手段が計測したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したか否かを判定する判定手段と、
判定手段が、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したと判定したとき、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したことを表示する表示手段とをさらに含むことを特徴とする請求項８または９に記載のエッチング装置。
【請求項１３】
前記計測手段が計測したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したか否かを判定する判定手段と、
判定手段が、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したと判定したとき、被エッチング層へのエッチングを停止する停止手段とをさらに含むことを特徴とする請求項８または９に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に結晶成長させた多層膜をエッチングするエッチング方法およびエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の特性に対する要求は年々高くなっており、これに伴いこれまで以上の加工精度が求められるようになってきている。たとえば被エッチング層をエッチングする場合にも、エッチング深さに対して高い加工精度が求められる。
【０００３】
エッチング深さの加工精度を改善するための第１の従来の技術として、エッチング終点検出層、いわゆるエッチングストップ層を用いたエッチング方法がある。このエッチング方法は、まず半導体基板上に、半導体基板よりも高屈折率で、所定の層厚のエッチング終点検出層、およびエッチング終点検出層よりも低屈折率の半導体層を積層してマスクを形成する。その後、所定の波長のレーザ光を入射して、その反射光をモニタし、エッチング終点検出層を検出したときエッチングを停止するものである（たとえば特許文献１参照）。ドライエッチングの場合には、マーカー層と呼ばれる組成比の異なる層を形成し、マーカー層を検出することによってエッチングを停止するエッチング方法がある。
【０００４】
第２の従来の技術として、最大エントロピー法を用いた周波数解析によって得られる周波数分布に基づいて、エッチング深さを計算するエッチング装置がある。このエッチング装置は、レーザ光などの可干渉性を有する光を被エッチング物に照射し、被エッチング物の表面で反射された反射光による干渉光から得た信号に対して、周波数解析を行う。さらに周波数解析からエッチング速度を求め、求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とに基づいて、エッチング深さを計算するものである。被エッチング物に基板などの下地が存在しない場合にも、エッチング深さをモニタすることができ、所望の深さまでエッチングしたときに、エッチングを停止することができる（たとえば特許文献２参照）。
【０００５】
第２の従来の技術は、干渉光が特定の位相で周期的に歪むので、エッチング深さを正確に計算することができない場合があるという問題がある。この問題を解決するための第３の従来技術として、波長を異にする複数の光を照射して、エッチング深さを求めるエッチング深さの検出方法がある。波長を異にする複数の光を照射することによって、複数の干渉光を検出することができるので、１つの干渉光に特定の位相で歪が発生しても、他の干渉光によって補完することができ、エッチング深さを正確に検出することができる（たとえば特許文献３参照）。
【０００６】
第２および第３の従来の技術は、被エッチング層に基板などの下地が存在しない場合に、エッチングされた被エッチング層のエッチング深さを、マスクで覆われている領域つまりエッチングされない領域で反射された反射光と、マスクで覆われていない領域つまりエッチングされる領域で反射された反射光との干渉光の周波数からエッチング速度を求めて、求めたエッチング速度と、エッチングを行った時間とに基づいて、エッチング深さを計算するものである。
【０００７】
屈折率の異なる多層膜すなわち多層の被エッチング層をエッチングする場合には、被エッチング層間の境界面で反射される反射光によって生じる干渉光を用いて、エッチング深さを測定してエッチングする方法もある。図７および図８は、被エッチング層間の境界面で反射される反射光によって生じる干渉光を用いて、エッチング深さを測定する例を説明するための図である。
【０００８】
図７は、従来の技術によるエッチング装置３の概略の構成を示す図である。エッチング装置３は、レーザ光などの光を出射する光源と、光源から出射された光がエッチング対象である被エッチング基板３０で反射された反射光５０を受光するディテクタとを含む光源ディテクタＢ部１４と、内部に載置された被エッチング基板３０をエッチングするためのドライエッチングチャンバ２０と、光源ディテクタＢ部１０に含まれるディテクタによって受光された反射光５０に含まれる干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定する図示しない制御部とを含む。ドライエッチングチャンバ２０は、光源ディテクタＢ部１４に含まれる光源から出射された入射光４０、および被エッチング基板３０で反射された反射光５０を透過させるための透過窓２１を含む。
【０００９】
光源ディテクタＢ部１４から出射された入射光４０は、透過窓２１を通過して、ドライエッチングチャンバ２０内に載置されている被エッチング基板３０に照射される。被エッチング基板３０に照射された入射光４０は、被エッチング基板３０で反射され、反射された反射光５０は、透過窓２１を通過して、光源ディテクタＢ部１４に到達し、光源ディテクタＢ部１４に含まれるディテクタによって受光される。
【００１０】
図８は、図７に示した被エッチング基板３０の断面を示す図である。被エッチング基板３０は、基板３１上に、被エッチング層３２が形成されている。入射光４０は、図７に示した光源ディテクタＢ部１４から出射された光であり、被エッチング層３２に照射される。被エッチング層３２に照射された入射光４０は、一部が被エッチング層への入射光４０ａとなり、残りの部分がエッチング面３３で反射される。被エッチング層への入射光４０ａは、一部が基板３１への入射光４０ｂとなり、残りの部分が基板３１との境界面３４での反射光５０ａとなる。図８では、被エッチング層は１つしか示していないが、基板３１との境界面３４を被エッチング層間の境界面として扱っている。
【００１１】
反射光５０は、エッチング面３３で反射された反射光に、干渉光、つまり被エッチング層への入射光４０ａと境界面３４での反射光５０ａとが干渉しあった干渉光が重畳した反射光である。光源ディテクタＢ部１４に含まれるディテクタは、反射光５０を受光し、受光した反射光５０を変換した電気信号を制御部に出力する。制御部は、ディテクタから出力された電気信号を観測つまりモニタし、反射光５０に含まれる干渉光の周波数からエッチング速度を求めることによって、エッチング深さを測定する。
【００１２】
【特許文献１】特開平８−１８１３８７号公報
【特許文献２】特許第２５４５９４８号公報
【特許文献３】特開２００１−２１０６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、第１の従来の技術は、エッチングストップ層を用いるエッチング方法であるが、エッチングストップ層を用いるので、使用する薬液またはエッチングガスおよびエッチング条件に制限があること、プロセスが複雑になること、ならびに深さ以外のエッチング量にバラツキが生じることなどの欠点がある。さらにエッチングストップ層の導入は、デバイスの設計に制約が加えられ、デバイスの特性に悪影響を与える場合がある。
【００１４】
第２および第３の従来の技術は、干渉光の周波数からエッチング速度を求めて、エッチング速度に基づいて、エッチング深さを計算するので、エッチング深さの計算の精度がよくなるという利点がある。ところが、これらの従来の技術は、マスクで覆われている領域つまりマスクパターンでの反射光を用いるので、マスクのパターン面積が小さいと、マスクパターンでの反射光の強度が小さくなり、干渉光も十分な強度が得られないという問題がある。
【００１５】
屈折率の異なる多層のエッチング層に対して、たとえば図７および図８に示したように、被エッチング層間の境界面で反射される反射光によって生じる干渉光を用いて、エッチング深さを計測してエッチングする方法は、マスクの有無には依存しない。ところが基板上に被エッチング層を多層に結晶成長させるとき、結晶成長のバラツキによって、被エッチング層の層厚が変動することがある。被エッチング層の層厚が、入射光の波長に対して特定の関係式で規定される層厚になると、被エッチング層に入射した入射光と、入射光が入射した面と反対側の面で反射された反射光とが打ち消し合って、干渉光が生成されない。この場合、干渉光をモニタすることができないので、エッチング速度を求めることができず、エッチング深さを計測することができないという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきなどによって変動しても、エッチング深さを計測することができるエッチング方法およびエッチング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング方法であって、
可干渉性を有する２つの異なる波長の光を、多層の被エッチング層に照射し、
照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる波長の光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を観測し、
観測された２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することを特徴とするエッチング方法である。
【００１８】
本発明に従えば、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするにあたって、可干渉性を有する２つの異なる波長の光を、多層の被エッチング層に照射し、照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる波長の光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を観測し、観測された２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定する。
【００１９】
このように、２つの異なる波長の光を被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。
【００２０】
また本発明は、前記エッチング深さの測定では、前記予め定める条件に合致した干渉光の周波数からエッチング速度を求め、求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とに基づいて、エッチング深さを測定することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、干渉光の周波数からエッチング速度を求め、求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とからエッチング深さを測定するので、エッチング深さを精度高く測定することができる。
【００２２】
また本発明は、光が照射される側にある被エッチング層の屈折率が他方のエッチング層の屈折率より小さい隣接する被エッチング層であって、隣接する被エッチング層の境界面の反射率が最大である隣接する被エッチング層のうち、光が照射される側にある被エッチング層の層厚および屈折率を、それぞれＬおよびｎとし、ｍを自然数とし、Ｎ１を「１」または「３」として、前記可干渉性を有する２つの異なる波長の光のうちの片方の光の波長λは、次式
Ｌ÷（λ／ｎ）＝Ｎ１／４＋ｍ
を満足しない波長であることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、２つの異なる波長の光のうちの片方の光の波長を、被エッチング層の層厚Ｌを被エッチング層内での光の波長λ／ｎで除算した値が、ｍに１／４または３／４を加えた値となる波長以外の波長とするので、層厚Ｌが変化しない間は入射光と反射光とが打ち消し合うことはない。
【００２４】
また本発明は、前記可干渉性を有する２つの異なる波長は、エッチングが行われる被エッチング層のバンドギャップエネルギーに相当する波長またはその波長の近傍の波長であることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、可干渉性を有する２つの異なる波長を、エッチングが行われる被エッチング層のバンドギャップエネルギーに相当する波長またはその波長の近傍の波長にするので、反射光の光強度の低下および光の吸収がない。
【００２６】
また本発明は、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング方法であって、
可干渉性を有する１つの波長の光を２つの異なる方向から、多層の被エッチング層に照射し、
照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる方向からの光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を観測し、
観測された２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することを特徴とするエッチング方法である。
【００２７】
本発明に従えば、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするにあたって、可干渉性を有する１つの波長の光を２つの異なる方向から、多層の被エッチング層に照射し、照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる方向からの光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を観測し、観測された２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定する。
【００２８】
このように、１つの波長の光を２つの異なる方向から被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。
【００２９】
また本発明は、前記２つの異なる方向のうちの第１の方向は、前記多層の被エッチング層の表面に垂直な方向であり、
光が照射される側にある被エッチング層の屈折率が他方のエッチング層の屈折率より小さい隣接する被エッチング層であって、隣接する被エッチング層の境界面の反射率が最大である隣接する被エッチング層のうち、光が照射される側にある被エッチング層の層厚および屈折率を、それぞれＬおよびｎとし、前記可干渉性を有する光の波長をλとし、Ｎ２を奇数の自然数として、前記光が照射される側にある被エッチング層内において、前記多層の被エッチング層の表面に垂直な方向と、前記異なる２つの方向のうち他の第２の方向との角度θは、次式
ｃｏｓθ＝２ｎＬ／（２ｎＬ＋λＮ２）
を満足しない角度であることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、２つの異なる方向のうち片方の方向を多層の被エッチング層の表面に垂直な方向とし、他方の方向を多層の被エッチング層の表面に垂直な方向に対して、次式
ｃｏｓθ＝２ｎＬ／（２ｎＬ＋λＮ２）
を満足しない角度θとするので、２つの反射光によってそれぞれ生成される２つの干渉光が同時に、打ち消された状態になることがない。
【００３１】
また本発明は、前記予め定める条件は、観測された２つの干渉光のうち振幅の大きい方の干渉光という条件であることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、予め定める条件、たとえば２つの干渉光のうち振幅の大きい方の干渉光という条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、入射光と反射光とが打ち消し合った干渉光を用いることがない。
【００３３】
また本発明は、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング装置であって、
可干渉性を有する２つの異なる波長の光を出射する光出射手段と、
光出射手段から出射された２つの異なる波長の光を、多層の被エッチング層に照射するための光学手段と、
光学手段によって照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる波長の光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を受光する受光手段と、
受光手段が受光した２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを計測する計測手段とを含むことを特徴とするエッチング装置である。
【００３４】
本発明に従えば、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするにあたって、光出射手段によって、可干渉性を有する２つの異なる波長の光が出射され、光学手段によって、光出射手段から出射された２つの異なる波長の光が、多層の被エッチング層に照射され、受光手段によって、光学手段によって照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる波長の光によって、それぞれ生成される２つの干渉光が受光され、計測手段によって、受光手段が受光した２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さが計測される。
【００３５】
このように、２つの異なる波長の光を被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。
【００３６】
また本発明は、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするエッチング装置であって、
可干渉性を有する１つの波長の光を出射する光出射手段と、
光出射手段から出射された光を２つの異なる方向から、多層の被エッチング層に照射するための光学手段と、
光学手段によって照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる方向からの光によって、それぞれ生成される２つの干渉光を受光する受光手段と、
受光手段が受光した２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを計測する計測手段とを含むことを特徴とするエッチング装置である。
【００３７】
本発明に従えば、屈折率の異なる多層の被エッチング層をエッチングするにあたって、光出射手段によって、可干渉性を有する１つの波長の光が出射され、光学手段によって、光出射手段から出射された光が２つの異なる方向から、多層の被エッチング層に照射され、受光手段によって、光学手段によって照射され、さらに被エッチング層間の境界面で反射された２つの異なる方向からの光によって、それぞれ生成される２つの干渉光が受光され、計測手段によって、受光手段が受光した２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さが計測される。
【００３８】
このように、１つの波長の光を２つの異なる方向から被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。
【００３９】
また本発明は、前記光出射手段は、光を異なる波長の光に分光するための分光器を含むことを特徴とする。
【００４０】
本発明に従えば、分光器を用いて、２つの異なる波長の光を照射するので、光源を１つにすることができる。
【００４１】
また本発明は、前記光出射手段は、レーザ光を出射する光源を含むことを特徴とする。
本発明に従えば、光出射手段に含まれる光源に、レーザ光を出射する光源を用いるので、位相の揃った光を出射することができる。
【００４２】
また本発明は、前記計測手段が計測したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したか否かを判定する判定手段と、
判定手段が、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したと判定したとき、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したことを表示する表示手段とをさらに含むことを特徴とする。
【００４３】
本発明に従えば、測定したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したことを表示するので、エッチング装置の操作者は、エッチング深さが所望のエッチング深さに到達したことを認識することができる。
【００４４】
また本発明は、前記計測手段が計測したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したか否かを判定する判定手段と、
判定手段が、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したと判定したとき、被エッチング層へのエッチングを停止する停止手段とをさらに含むことを特徴とする。
【００４５】
本発明に従えば、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチングを停止するので、所望のエッチング深さでエッチングを停止することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【００４７】
また本発明によれば、エッチング深さを精度高く測定することができるので、エッチング深さの加工精度を向上することができる。
【００４８】
また本発明によれば、層厚Ｌが変化しない間は入射光と反射光とが打ち消し合うことはないので、少なくとも１つの干渉光を常に観測することができ、エッチング深さを測定することができる。
【００４９】
また本発明によれば、反射光の光強度の低下および光の吸収がないので、干渉光の観測を行うことができ、干渉光の周波数からエッチング深さを測定することができる。
【００５０】
また本発明によれば、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【００５１】
また本発明によれば、２つの反射光によってそれぞれ生成される２つの干渉光が、同時に打ち消された状態になることがないので、常に干渉光を観測することができ、干渉光の周波数からエッチング深さを計測することができる。
【００５２】
また本発明によれば、入射光と反射光とが打ち消し合った干渉光を用いることがないので、常に干渉光を観測することができ、干渉光の周波数からエッチング深さを計測することができる。
【００５３】
また本発明によれば、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【００５４】
また本発明によれば、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【００５５】
また本発明によれば、光源を１つにすることができるので、光出射手段を小型化することができる。
【００５６】
また本発明によれば、位相の揃った光を出射することができるので、容易に干渉光を生成することができる。
【００５７】
また本発明によれば、エッチング装置の操作者は、エッチング深さが所望のエッチング深さに到達したことを認識することができるので、所望のエッチング深さでエッチングを停止することができる。
【００５８】
また本発明によれば、所望のエッチング深さでエッチングを停止することができるので、エッチング深さの加工精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
図１は、本発明の実施の一形態であるエッチング装置１の概略の構成を示す図である。エッチング装置１は、光を出射する光源、および光源から出射された光がエッチング対象である被エッチング基板３０で反射された反射光を受光するディテクタを含む光源ディテクタＡ部１０と、内部に載置された被エッチング基板３０をエッチングするためのドライエッチングチャンバ２０と、光源から出射された光を被エッチング基板３０に導くための図示しない光学部と、光源ディテクタＡ部１０に含まれるディテクタによって受光された反射光に含まれる干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを算出し、算出したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチングを停止する図示しない制御部とを含む。
【００６０】
光源ディテクタＡ部１０に含まれる光源は、たとえば異なる波長のレーザ光を出射する２つの光源によって構成され、２つの異なる波長の光を出射する。光学部は、たとえばレンズ、ミラー、およびプリズムなどから構成される光学系の機構である。ドライエッチングチャンバ２０は、内部に載置された被エッチング基板３０に対するエッチングを行うための処理室であり、光源から出射された光を通過させて、通過させた光を被エッチング基板３０に照射するための透過窓２１を含む。
【００６１】
光源ディテクタＡ部１０に含まれる光源から出射された２つの異なる波長の入射光４１および入射光４２は、ドライエッチングチャンバ２０の透過窓２１を通過し、被エッチング基板３０に照射される。被エッチング基板３０に照射された２つの異なる波長の入射光４１および入射光４２は、被エッチング基板３０で反射される。被エッチング基板３０で反射された２つの反射光５１および反射光５２は、透過窓２１を通過し、光源ディテクタＡ部１０の方向に進む。
【００６２】
被エッチング基板３０は、基板上に複数の被エッチング層が形成された多層の被エッチング層を含む。被エッチング基板３０で反射された２つの反射光５１および反射光５２は、それぞれ被エッチング層の表面および被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる干渉光を含む。光源ディテクタＡ部１０に含まれるディテクタは、たとえば受光素子を含み、受光素子で受光した２つの反射光５１および反射光５２の強度をそれぞれ電気信号に変換して、制御部に出力する。
【００６３】
制御部は、ディテクタから出力された電気信号を観測し、反射光５１および反射光５２に含まれる２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光、たとえば振幅の大きいほうの干渉光の周波数から、エッチング速度を求める。振幅が同じ大きさのときは、どちらの干渉光を用いてもよい。さらに求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とから、エッチング深さを算出し、算出したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したか否かを判定する。予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチングを停止する。
【００６４】
図２は、被エッチング層内での入射光と反射光との干渉を説明するための図である。図２は、図１に示した被エッチング基板３０を拡大して示したものであり、１つの波長の光について、被エッチング層３２内での入射光、反射光、および干渉光の波形を示している。図２は、被エッチング層３２の屈折率が基板３１の屈折率よりも小さい場合を示している。被エッチング層３２を透過して、基板３１との境界面３４で反射される反射光は、基板３１の屈折率が被エッチング層３２の屈折率よりも大きいので、位相がπ変化する。この場合も、基板３１の境界面３４を被エッチング層間の境界面として扱っている。
【００６５】
図２（ａ）は、入射光と反射光とが強め合う場合の干渉波形を示している。被エッチング層３２の層厚Ｌ１が、被エッチング層内での入射光の波長の１／２の倍数に等しいとき、入射光と反射光とは強め合う。すなわち被エッチング層３２内を透過する入射光は、境界面３４で反射されるとき位相がπずれるので、入射波形の位相と反射波形の位相とは同じ位相になる。したがって、干渉波形は、入射波形と反射波形とが強め合った波形となる。入射光の一部が境界面３４を通過するので、反射波形は入射波形よりも振幅が若干小さくなる。図２（ａ）では、被エッチング層３２の層厚Ｌ１は、被エッチング層３２内での入射光の波長の３倍の厚さである。
【００６６】
図２（ｂ）は、入射光と反射光とが打ち消し合う場合の干渉波形を示している。被エッチング層３２の層厚Ｌ２が、被エッチング層３２内での入射光の波長の倍数に１／４波長または３／４波長加えた厚さに等しいとき、入射光と反射光とは打ち消し合う。すなわち被エッチング層３２内を透過する入射光は、境界面３４で反射されるとき位相がπずれるので、反射波形の位相は入射波形の位相と逆の位相になる。したがって、干渉波形は、入射波形と反射波形とが打ち消あった波形となる。入射光の一部が境界面３４を通過するので、反射波形は入射波形よりも振幅が若干小さくなり、干渉波形も若干の振幅を有するが、観測するためには十分な振幅ではない。たとえば図２（ｂ）は、被エッチング層３２に対するエッチングが１／４波長に相当する厚さ分進み、被エッチング層３２の層厚Ｌ２が層厚Ｌ１から１／４波長に相当する厚さ分薄くなったときを示している。
【００６７】
図３は、図１に示した光源ディテクタＡ部１０が観測する波形を示す図である。図３（ａ）は、縦軸が光強度および横軸が時間であり、図２（ａ）に示した入射光と反射光とが強め合う場合の反射光を観測つまりモニタした波形である。エッチング面３３での反射光に、被エッチング層３２の内部で生じた干渉光が重畳した波形が観測される。この干渉光の波形から干渉光の周波数がわかり、周波数からエッチング速度を求めることができる。
【００６８】
図３（ｂ）は、縦軸が光強度および横軸が時間であり、図２（ｂ）に示した入射光と反射光とが打ち消し合う場合の反射光をモニタした波形である。反射光に含まれる干渉光の振幅がほとんど観測されず、エッチング面３３での反射光の強度のみが観測される。この場合、干渉光の周波数を観測することができないので、エッチング速度を求めることができない。
【００６９】
すなわち被エッチング層３２の層厚が、被エッチング層内での入射光の１／４波長に相当する厚さ分変化する毎に、入射光と反射光とが強め合ったり、打ち消し合ったりするので、干渉光の振幅は大きくなったり、小さくなったりを繰り返す。
【００７０】
図２および図３は、１つの波長の干渉光について示したものである。図１に示したエッチング装置１は、２つの異なる波長の光を被エッチング層３２に照射するので、１つの波長の光について干渉波形が観測されないときでも、他の波長の光の干渉波形を観測することができる。したがって、他の波長の光の干渉波形からエッチング速度を求めることができ、エッチング深さを測定することができる。
【００７１】
このように、２つの異なる波長の光を被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【００７２】
エッチング深さを測定するために用いる光の波長が、被エッチング層のバンドギャップエネルギーに相当する波長から離れすぎると、反射光の光強度が低下し、あるいは光の吸収が生じる。したがって、光源ディテクタＡ部１０の光源から出射する２つの光の波長は、バンドギャップエネルギーに相当する波長またはその近傍の波長とすることが望ましい。たとえば近傍の範囲は、バンドギャップエネルギーに相当する波長に対して、±１００ｎｍ程度である。
【００７３】
このように、可干渉性を有する２つの異なる波長を、エッチングが行われる被エッチング層のバンドギャップエネルギーに相当する波長またはその波長の近傍の波長にするので、反射光の光強度の低下および光の吸収がない。したがって、干渉光の観測を行うことができ、干渉光の周波数からエッチング深さを測定することができる。
【００７４】
さらに２つの異なる波長の光のうちの片方の光の波長は、被エッチング層の層厚に対して、入射光と反射光とが打ち消し合う波長を避ける必要があるので、光源ディテクタＡ部１０から出射された２つの光のうち片方の光の波長λは、次式
Ｌ÷（λ／ｎ）＝Ｎ１／４＋ｍ
を満足しない波長とする必要がある。ここに、Ｌは、光が照射される側にある被エッチング層の屈折率が他方のエッチング層の屈折率より小さい隣接する被エッチング層であって、隣接する被エッチング層の境界面の反射率が最大である隣接する被エッチング層のうち、光が照射される側にある被エッチング層の層厚、ｎはその被エッチング層の屈折率、ｍは自然数、およびＮ１は「１」または「３」である。すなわち被エッチング層の層厚Ｌが、被エッチング層内での光の波長λ／ｎのｍ倍に１／４波長または３／４波長加算した値を満足しない波長とする必要がある。境界面の反射率は、入射光に対する反射光の割合を示す値であり、たとえば境界面で反射された反射光の量を、入射光の量で除算した値である。
【００７５】
このように、２つの異なる波長の光のうちの片方の光の波長を、被エッチング層の層厚Ｌを被エッチング層内での光の波長λ／ｎで除算した値が、ｍに１／４または３／４を加えた値となる波長以外の波長とするので、層厚Ｌが変化しない間は入射光と反射光とが打ち消し合うことはない。したがって、少なくとも１つの干渉光を常に観測することができ、エッチング深さを測定することができる。
【００７６】
たとえば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）半導体基板に、組成比が異なる２層のＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムガリウムインジウム燐）層が結晶成長されているウエハつまり被エッチング基板に、図１に示した実施の形態を適用した例について説明する。以下、ＧａＡｓ半導体基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層１、ＡｌＧａＩｎＰ層１上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層２という。
【００７７】
ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚の設計値を１．０００μｍとし、ＡｌＧａＩｎＰ層１の屈折率を３．２とし、波長６７０ｎｍのレーザ光１および波長６３７ｎｍのレーザ光２を被エッチング基板に照射し、ＡｌＧａＩｎＰ層をドライエッチングする。ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光１の波長は、レーザ光１の波長６７０ｎｍを屈折率で除算して、２０９．４ｎｍ、同様にＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光２の波長は、１９９．１ｎｍとなる。このときの１／４波長は、それぞれ５２．３５ｎｍおよび４９．７７ｎｍである。基板３１の屈折率は、ＡｌＧａＩｎＰ層１の屈折率よりも大きい。
【００７８】
ＡｌＧａＩｎＰ層１において、ＡｌＧａＩｎＰ層１内の入射光と、ＡｌＧａＩｎＰ層１とＧａＡｓ半導体基板との境界面で反射された反射光とが強め合った干渉光が生じるのは、ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が、１．０４７μｍのときである。つまりＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が、ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光１の１／２波長の倍数になっているときである。この例では、ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚は、ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光１の波長の５倍の値である。さらに入射光と反射光とが打ち消し合うのは、ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が、０．９９５μｍのときである。つまり層厚が、ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光１の波長の倍数に１／４波長または３／４波長を加算した値のときである。この例では、ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚は、ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光１の波長の４倍の値に、３／４波長加算した値である。
【００７９】
結晶成長のバラツキを考えた場合、これらの層厚、つまり１．０４７μｍおよび０．９９５μｍは、設計値１．０００μｍに対して、十分起こりえる範囲である。ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が０．９９５μｍであるとき、レーザ光１による干渉光は、振幅が小さくなり観測することができなくなる。しかし、レーザ光２による干渉光は、入射光と反射光とが強め合う層厚となり、観測することができる。この例では、ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚は、ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光２の波長の５倍の値である。
【００８０】
このように、２つのレーザ光の波長を適切に選ぶことによって、片方のレーザ光による干渉光の振幅が小さくなったとき、他方のレーザ光による干渉光の振幅は、小さくなることがなく、振幅の大きいほうの干渉光を用いて、エッチング深さを測定することができる。
【００８１】
上述した実施の形態では、異なる波長の光を出射する２つの光源を用いて、２つの異なる波長の光を被エッチング基板３０に照射したが、光学部に、ハーフミラーなどを用いた分光器を追加し、分光器によって、１つの光源からの光を波長の異なる２つの光に分光して、被エッチング基板３０に照射してもよい。
【００８２】
このように、分光器を用いて、２つの異なる波長の光を照射するので、光源を１つにすることができる。したがって、光学部である光出射手段を小型化することができる。
【００８３】
図４は、本発明の実施の他の形態であるエッチング装置２の概略の構成を示す図である。エッチング装置２は、光を出射する光源、および光源から出射された入射光４３がエッチング対象である被エッチング基板３０で反射された反射光５３を受光するディテクタを含む光源ディテクタＢ部１１と、光源ディテクタＢ部１１に含まれる光源から出射される光と同じ波長の光を出射する光源を含む光源部１２と、光源部１２に含まれる光源から出射された入射光４４が被エッチング基板３０で反射された反射光５４を受光するディテクタを含むディテクタ部１３と、内部に載置された被エッチング基板３０をエッチングするためのドライエッチングチャンバ２０と、光源ディテクタＢ部１１に含まれる光源から出射された入射光４３および光源部１２に含まれる光源から出射された入射光４４を、被エッチング基板３０に導くための図示しない光学系と、光源ディテクタＢ部１１に含まれるディテクタによって受光された反射光５３またはディテクタ部１３に含まれるディテクタによって受光された反射光５４に含まれる干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを算出し、算出したエッチング深さに基づいて、エッチングを停止する図示しない制御部を含む。
【００８４】
光源ディテクタＢ部１１に含まれる光源および光源部１２に含まれる光源は、たとえばレーザ光などを出射する光源によって構成され、光源ディテクタＢ部１１に含まれる光源から出射される入射光４３の波長と、光源部１２に含まれる光源から出射される入射光４４の波長とは、同じ波長である。光学部は、たとえばレンズ、ミラー、およびプリズムなどから構成される光学系の機構である。
【００８５】
ドライエッチングチャンバ２０は、内部に載置された被エッチング装置３０に対するエッチングを行うための処理室であり、光源ディテクタＢ部１１に含まれる光源から出射された入射光４３を通過させて、通過させた入射光４３を被エッチング基板３０に照射させるための透過窓２１と、光源部１２に含まれる光源から出射された入射光４４を通過させて、通過させた入射光４４を被エッチング基板３０に照射するための透過窓２２と、光源部１２から出射された入射光４４が被エッチング基板３０で反射された反射光５４を通過させて、ディテクタ部１３に至らせる透過窓２３とを含む。
【００８６】
光源ディテクタＢ部１１に含まれる光源から出射された入射光４３は、ドライエッチングチャンバ２０の透過窓２１を通過し、被エッチング基板３０に照射される。被エッチング基板３０に照射された入射光４３は、被エッチング基板３０で反射され、反射された反射光５３は、透過窓２１を通過し、光源ディテクタＢ部１１の方向に進む。すなわち、光源ディテクタＢ部１１に含まれる光源から出射される入射光４３は、被エッチング基板３０の表面に垂直な方向から、被エッチング基板３０に照射される。
【００８７】
光源部１２に含まれる光源から出射された入射光４４は、透過窓２２を通過し、被エッチング基板３０に照射される。被エッチング基板３０に照射された入射光４４は、被エッチング基板３０で反射される。被エッチング基板３０で反射された反射光５４は、透過窓２３を通過し、ディテクタ部１３の方向に進む。光源部１２に含まれる光源から出射される入射光４４は、被エッチング基板３０の表面に垂直な方向に対して、予め定める角度、たとえばθ１の角度の方向から、被エッチング基板３０に照射される。
【００８８】
被エッチング基板３０は、基板上に複数の被エッチング層が形成された多層の被エッチング層を含む。被エッチング基板３０で反射された２つの反射光５３および反射光５４は、それぞれ被エッチング層の表面および被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる干渉光を含む。光源ディテクタＢ部１１に含まれるディテクタおよびディテクタ部１３に含まれるディテクタは、たとえば受光素子を含み、それぞれ受光素子で受光した反射光の強度を電気信号に変換して、制御部に出力する。
【００８９】
制御部は、光源ディテクタＢ部１１に含まれるディテクタおよびディテクタ部１３に含まれるディテクタから出力された電気信号を観測し、反射光５３および反射光５４にそれぞれ含まれる２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光、たとえば振幅の大きいほうの干渉光の周波数から、エッチング速度を求める。振幅が同じ大きさのときは、どちらの干渉光を用いてもよい。さらに求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とから、エッチング深さを算出し、算出したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したか否かを判定する。予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチングを停止する。
【００９０】
図５は、図４に示した入射光４４の方向を説明するための図である。入射光４４は、被エッチング層３２の表面つまりエッチング面３３に垂直な方向に対して、入射角θ１で入射する。反射光５４ａは、入射光４４の一部がエッチング面３３で反射された反射光である。入射光４４の残りの部分は、エッチング面３３を通過し、被エッチング層への入射光４４ａとなる。
【００９１】
被エッチング層への入射光４４ａの大部分は、被エッチング層３２と基板３１との境界面３４で反射され反射光５４ｂとなる。入射光４４ａの残りの部分は、境界面３４を通過して、基板への入射光４４ｂとなる。被エッチング層３２の屈折率をｎとすると、入射光４４ａの境界面３４に垂直な方向、つまりエッチング面３３に垂直な方向に対する角度θと、入射光４４の入射角θ１とは、次式
ｓｉｎθ１＝ｎ＊ｓｉｎθ
の関係がある。
【００９２】
入射光４３による反射光５３に含まれる干渉光と、入射光４４による反射光５４に含まれる干渉光とがともに、被エッチング層内で入射光と反射光とが打ち消し合うことがないようにするためには、被エッチング面３３に垂直な方向に対する被エッチング層への入射光４４ａの角度θは、次式
ｃｏｓθ＝２ｎＬ／（２ｎＬ＋λＮ２）
を満足しない角度である。ここに、Ｌは、光が照射される側にある被エッチング層の屈折率が他方のエッチング層の屈折率より小さい隣接する被エッチング層であって、隣接する被エッチング層の境界面の反射率が最大である隣接する被エッチング層のうち、光が照射される側にある被エッチング層の層厚、たとえば図５では被エッチング層３２の層厚、ｎは被エッチング層３２の屈折率、λは入射光４３および入射光４４の波長、Ｎ２は奇数の自然数である。すなわち被エッチング層３２への入射光４４ａが、被エッチング層３２を通過する距離Ｌ／ｃｏｓθと、被エッチング層３２の層厚Ｌとの差が、被エッチング層への入射光４４ａの波長λ／ｎの１／２波長に奇数の自然数を乗算した値にならないことである。
【００９３】
このように、１つの波長の光を２つの異なる方向から被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【００９４】
さらに、２つの異なる方向のうち片方の方向を多層の被エッチング層の表面に垂直な方向とし、他方の方向を多層の被エッチング層の表面に垂直な方向に対して、次式
ｃｏｓθ＝２ｎＬ／（２ｎＬ＋λＮ２）
を満足しない角度θとするので、２つの反射光によってそれぞれ生成される２つの干渉光が、同時に打ち消された状態になることがない。したがって、常に干渉光を観測することができ、干渉光の周波数からエッチング深さを計測することができる。
【００９５】
たとえばＧａＡｓ半導体基板に、組成比が異なる２層のＡｌＧａＩｎＰ層が結晶成長されているウエハつまり被エッチング基板に、図４に示した実施の形態を適用した例について説明する。以下、ＧａＡｓ半導体基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層１とし、ＡｌＧａＩｎＰ層１上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層２という。
【００９６】
ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚の設計値を１．０００μｍとし、ＡｌＧａＩｎＰ層１の屈折率を３．２とし、波長６７０ｎｍのレーザ光をハーフミラーおよび光ファイバを用いて２つの光に分光し、１つの光を被エッチング基板の表面に垂直な方向から照射し、他の光を、ＡｌＧａＩｎＰ層１内で被エッチング基板の表面に垂直な方向に対して、角度が１８度傾く方向から照射し、２つのＡｌＧａＩｎＰ層をドライエッチングする。基板３１の屈折率は、ＡｌＧａＩｎＰ層１の屈折率よりも大きい。
【００９７】
被エッチング基板の表面に対して垂直な方向から照射するレーザ光は、ＡｌＧａＩｎＰ層１内において、ＡｌＧａＩｎＰ層１内の入射光と、ＡｌＧａＩｎＰ層１とＧａＡｓ半導体基板との境界面で反射される反射光とが強め合った干渉光が生じるのは、ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が、１．０４７μｍのときである。つまりＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が、ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光の１／２波長の倍数になっているときである。さらに入射光と反射光とが打ち消し合うのは、ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が、０．９９５μｍのときである。つまり層厚が、ＡｌＧａＩｎＰ層１内でのレーザ光の波長の倍数に１／４波長または３／４波長を加算した値のときである。
【００９８】
ＡｌＧａＩｎＰ層１の層厚が０．９９５μｍであるとき、被エッチング基板の表面に垂直な方向から照射されたレーザ光による干渉光は、振幅が小さくなり観測することができなくなる。しかし、他の方向からのレーザ光による干渉光は、ＡｌＧａＩｎＰ層１内で、被エッチング基板の表面に垂直な方向に対して、角度が１８．２度傾く方向から照射されるので、ＡｌＧａＩｎＰ層１への入射光がエッチング表面３３から境界面３４まで進む距離は、ＡｌＧＡＩｎＰ層１の層厚よりも、５２．６ｎｍ長くなる。すなわちＡｌＧａＩｎＰ層１においてエッチング表面３３から境界面３４まで、角度が１８．２度傾く方向から照射されたレーザ光が進む距離は、被エッチング基板に垂直な方向から照射されたレーザ光が進む距離よりも、おおよそ１／４波長長くなるので、入射光と反射光とが強め合うことになる。
【００９９】
このように、異なる方向から照射する２つのレーザ光を照射する角度の差を、適切な角度にすることによって、片方のレーザ光による干渉光の強度が小さくても、他方のレーザ光による干渉光の強度を大きく保つことができるので、必ずどちらかの干渉光を用いて、エッチング深さを測定することができる。
【０１００】
上述した実施の形態では、２つの光源を用いて、同じ波長の光を異なる方向から、被エッチング基板３０に照射したが、光学部に、ハーフミラーなどを用いた分光器を追加して、１つの光源からの光を分光器によって分光して、異なる方向から被エッチング基板３０に照射してもよい。
【０１０１】
このように、分光器を用いて、１つの波長の光を２つの異なる方向から照射するので、光源を１つにすることができる。したがって、光学部である光出射手段を小型化することができる。
【０１０２】
上述したいずれの実施の形態でも、光学部である光出射手段に含まれる光源に、レーザ光を出射する光源を用いるので、位相の揃った光を出射することができる。したがって、容易に干渉光を生成することができる。
【０１０３】
さらに、干渉光の周波数からエッチング速度を求め、求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とからエッチング深さを測定するので、エッチング深さを精度高く測定することができる。したがって、エッチング深さの加工精度を向上することができる。
【０１０４】
さらにまた、予め定める条件、たとえば２つの干渉光のうち振幅の大きい方の干渉光という条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、入射光と反射光とが打ち消し合った干渉光を用いることがない。したがって、常に干渉光を観測することができ、干渉光の周波数からエッチング深さを計測することができる。
【０１０５】
さらに、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチングを停止するので、所望のエッチング深さでエッチングを停止することができる。したがって、エッチング深さの加工精度を向上することができる。
【０１０６】
図６は、本発明の実施のさらに他の形態であるエッチング方法による処理工程を示すフローチャートである。このフローチャートは、図１に示したエッチング処理装置１が処理する工程を示すものである。エッチング装置１が被エッチング基板３０に対するエッチングを開始するとステップＳ１に移る。
【０１０７】
ステップＳ１では、２つの異なる波長の光を被エッチング層に照射する。被エッチング層に照射された２つの異なる波長の光は、それぞれ被エッチング層の表面および被エッチング層間の境界面で反射される。反射された２つの反射光は、被エッチング層への入射光と、被エッチング層に隣接する屈折率の高い被エッチング層あるいは基板との境界面で反射された反射光とによって生じる干渉光とをそれぞれ含む。
【０１０８】
ステップＳ２では、２つの干渉光を観測する。ステップＳ３では、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光、たとえば振幅の大きいほうの干渉光の周波数からエッチング速度を求める。ステップＳ４では、求めたエッチング速度と、エッチングを行った時間とから、エッチング深さを算出し終了する。
【０１０９】
このように、２つの異なる波長の光を被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【０１１０】
さらに、干渉光の周波数からエッチング速度を求め、求めたエッチング速度とエッチングを行った時間とからエッチング深さを測定するので、エッチング深さを精度高く測定することができる。したがって、エッチング深さの加工精度を向上することができる。
【０１１１】
図６に示したエッチング方法のフローチャートでは、ステップＳ１で、２つの異なる波長の光を被エッチング基板に照射したが、たとえば図４に示したエッチング装置２に適用して、ステップＳ１で、２つの異なる波長の光に変えて、１の波長の光を２つの異なる方向から被エッチング基板に照射してもよい。
【０１１２】
このように、１つの波長の光を２つの異なる方向から被エッチング層に照射し、被エッチング層間の境界面で反射された反射光によって生じる２つの干渉光を観測し、２つの干渉光のうち予め定める条件に合致する干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定するので、片方の干渉光が観測されなくても、他方の干渉光を観測することができ、その干渉光の周波数に基づいて、エッチング深さを測定することができる。したがって、マスクの有無に依存せず、被エッチング層の層厚が結晶成長時のばらつきによって変動しても、エッチング深さを計測することができる。
【０１１３】
図６に示したエッチング方法のフローチャートでは、エッチング深さを測定して終了したが、エッチング装置１またはエッチング装置２は、さらに測定したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したか否かを判定し、予め定めるエッチング深さに到達したと判定したとき、エッチングを停止してもよい。
【０１１４】
このように、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチングを停止するので、所望のエッチング深さでエッチングを停止することができる。したがって、エッチング深さの加工精度を向上することができる。
【０１１５】
さらに上述したいずれの実施の形態でも、算出したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチングを停止したが、エッチングを停止せずに、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したことを示す旨のメッセージを、エッチング装置１またはエッチング装置２に含まれる液晶ディスプレイなどで構成される図示しない表示部に表示してもよい。この場合、エッチング装置１またはエッチング装置２の操作者が、表示部に表示されたメッセージを見て、エッチングを停止する。
【０１１６】
このように、測定したエッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したとき、エッチング深さが予め定めるエッチング深さに到達したことを表示するので、エッチング装置の操作者は、エッチング深さが所望のエッチング深さに到達したことを認識することができる。したがって、操作者は、所望のエッチング深さでエッチングを停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の実施の一形態であるエッチング装置１の概略の構成を示す図である。
【図２】被エッチング層内での入射光と反射光との干渉を説明するための図である。
【図３】図１に示した光源ディテクタＡ部１０が観測する波形を示す図である。
【図４】本発明の実施の他の形態であるエッチング装置２の概略の構成を示す図である。
【図５】図４に示した入射光４４の方向を説明するための図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態であるエッチング方法による処理工程を示すフローチャートである。
【図７】従来の技術によるエッチング装置３の概略の構成を示す図である。
【図８】図７に示した被エッチング基板３０の断面を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１〜３  エッチング装置
１０  光源ディテクタＡ部
１１，１４  光源ディテクタＢ部
１２  光源部
１３  ディテクタ部
２０  ドライエッチングチャンバ
２１〜２３  透過窓
３０  被エッチング基板
３１  基板
３２  被エッチング層
３３  エッチング面
３４  境界面
４０〜４４  入射光
５０〜５４  反射光
【図１】
2007027478.tif 000003
【図２】
2007027478.tif 000004
【図３】
2007027478.tif 000005
【図４】
2007027478.tif 000006
【図５】
2007027478.tif 000007
【図６】
2007027478.tif 000008
【図７】
2007027478.tif 000009
【図８】
2007027478.tif 000010