專利名稱：蝕刻量檢測方法、蝕刻方法和蝕刻裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種蝕刻量檢測方法、蝕刻方法和蝕刻裝置。
背景技術(shù)：
使用等離子體的蝕刻處理以前被廣泛應用于半導體制造工序或LCD基板制造工序中。用于該蝕刻處理中的蝕刻裝置例如配備彼此平行配置在處理室內(nèi)的上部電極與下部電極。另外，在下部電極上裝載半導體晶片等被處理體，通過上部電極與下部電極間的放電，使蝕刻用氣體產(chǎn)生等離子體，使用布圖成規(guī)定形狀的掩模層，蝕刻被蝕刻層。
作為監(jiān)視這種被蝕刻層的蝕刻狀態(tài)的方法之一，提出發(fā)光分光分析法。這是在通過蝕刻產(chǎn)生的氣體的發(fā)光譜頻中、將特定波長變化的時刻作為蝕刻終點來檢測的方法，無法知道被蝕刻層的蝕刻深度(蝕刻量)。
另外，例如在專利文獻1中，公開了可檢測蝕刻量的蝕刻裝置。根據(jù)該蝕刻裝置，從處理室外側(cè)的光源射出規(guī)定波長的光，該光經(jīng)設置在上部電極中的觀測用窗，照射到被處理體上。該照射光的一部分在掩模層與被蝕刻層的界面發(fā)生反射，另一部分在被蝕刻層的被蝕刻部(蝕刻孔或蝕刻溝)的底面發(fā)生反射。從這兩個反射光產(chǎn)生的干涉光(干涉波)由檢測器來檢測，進行光電變換。并且，進行光電變換后的信號在放大、數(shù)字化后，由波形解析部件進行頻率解析。之后，根據(jù)這些信號處理的結(jié)果得到的干涉波的頻率分布，算出蝕刻量。
專利文獻1特開平2-71517號公報但是，在上述專利文獻1記載的技術(shù)中，有時由于掩模層的種類不同而無法正確檢測蝕刻量。例如，在掩模層對從光源射出的光的波長具有大的吸收系數(shù)的情況下，從光源射出的光不透過掩模層，得不到來自掩模層與被蝕刻層的界面的反射光。若得不到來自該界面的反射光，則難以算出被蝕刻層的蝕刻量。
在得不到來自掩模層與被蝕刻層的界面的反射光的情況下，也可用來自掩模上面的反射光代替來自該界面的反射光，檢測該反射光與來自被蝕刻層的被蝕刻部的底面的反射光的干涉波。但是，此時必需選定掩模層的構(gòu)成材料，以使掩模層與被蝕刻層的蝕刻選擇比變得極大。若被蝕刻層進行蝕刻時，掩模層也被蝕刻，則應作為基準面的掩模層的上面高度比蝕刻開始時低，不能正確算出被蝕刻層的蝕刻量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題作出，其目的在于提供一種新的改良后的蝕刻量檢測方法、蝕刻方法和蝕刻裝置，可與掩模層的種類無關地正確檢測被蝕刻層的蝕刻量。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第1方面，提供一種蝕刻量檢測方法，在將布圖后的掩模層作為掩模，對被處理體上的被蝕刻層實施蝕刻處理時，檢測被蝕刻層的蝕刻量。另外，該蝕刻量檢測方法的特征在于，具有如下工序向被處理體照射具有第1波長的第1光，同時，照射具有與第1波長不同的第2波長的光；檢測第1光在掩模層表面反射得到的第1反射光、與第1光在被蝕刻層中被蝕刻的被蝕刻部的底面反射得到的第2反射光干涉后產(chǎn)生的第1干涉光；檢測第2光在掩模層表面反射得到的第3反射光、與第2光在掩模層與被蝕刻層的界面反射得到的第4反射光干涉后產(chǎn)生的第2干涉光；和根據(jù)第1干涉光與第2干涉光，算出被蝕刻部的蝕刻量。
另外，為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第2方面，提供一種蝕刻方法，將布圖后的掩模層作為掩模，蝕刻被處理體上的被蝕刻層。另外，該蝕刻方法的特征在于，具有如下工序向被處理體照射具有第1波長的第1光，同時，照射具有與第1波長不同的第2波長的光；檢測第1光在掩模層表面反射得到的第1反射光、與第1光在被蝕刻層中被蝕刻的被蝕刻部的底面反射得到的第2反射光干涉后產(chǎn)生的第1干涉光；檢測第2光在掩模層表面反射得到的第3反射光、與第2光在掩模層與被蝕刻層的界面反射得到的第4反射光干涉后產(chǎn)生的第2干涉光；和根據(jù)第1干涉光與第2干涉光，算出被蝕刻部的蝕刻量。
根據(jù)該蝕刻量檢測方法和蝕刻方法，可對應于掩模層的種類來分別調(diào)整第1光的波長(第1波長)與第2光的波長(第2波長)，正確檢測第1干涉光與第2干涉光。結(jié)果，可與掩模層的種類無關地高精度算出被蝕刻層的蝕刻量。
另外，根據(jù)第1干涉光與第2干涉光，算出被蝕刻部的蝕刻量的工序優(yōu)選包含如下工序根據(jù)第1干涉光，算出掩模層的表面與被蝕刻部的底面的高低差；根據(jù)第2干涉光，算出掩模層的蝕刻量；和將掩模層的蝕刻量與掩模層的表面與被蝕刻部的底面的高低差相加。根據(jù)該方法，容易算出被蝕刻層的蝕刻量。
另外，為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第3方面，提供一種蝕刻裝置，將布圖后的掩模層作為掩模，對被處理體上的被蝕刻層實施蝕刻處理。另外，該蝕刻裝置具備光源、光檢測部和運算部。其中，光源向被處理體照射具有第1波長的第1光，同時，照射具有與第1波長不同的第2波長的光。光檢測部檢測第1光在掩模層表面反射得到的第1反射光、與第1光在被蝕刻層中被蝕刻的被蝕刻部的底面反射得到的第2反射光干涉后產(chǎn)生的第1干涉光，并且，檢測第2光在掩模層表面反射得到的第3反射光、與第2光在掩模層與被蝕刻層的界面反射得到的第4反射光干涉后產(chǎn)生的第2干涉光。運算部根據(jù)第1干涉光與第2干涉光，算出被蝕刻部的蝕刻量。
根據(jù)該蝕刻量裝置，光源對應于掩模層的種類來分別調(diào)整第1光的波長(第1波長)與第2光的波長(第2波長)，并照射被處理體。因此，光檢測部可正確檢測第1干涉光與第2干涉光。之后，運算部可以高精度算出被蝕刻部的蝕刻量。
另外，運算部優(yōu)選根據(jù)第1干涉光，算出掩模層的表面與所述被蝕刻部的底面的高低差，根據(jù)第2干涉光，算出掩模層的蝕刻量，再將掩模層的蝕刻量與掩模層的表面與被蝕刻部的底面的高低差相加，由此算出被蝕刻部的蝕刻量。通過該結(jié)構(gòu)，容易算出被蝕刻層的蝕刻量。
在掩模層由感光性材料構(gòu)成的情況下，優(yōu)選設定成第1波長比感光性材料的感光波長短，第2波長比感光性材料的感光波長長。從而，可根據(jù)第1干涉光，高精度算出掩模層的表面與所述被蝕刻部的底面的高低差。另外，可使第2光透過掩模層，在掩模層與被蝕刻層的界面反射。
被蝕刻層優(yōu)選由含硅膜構(gòu)成。
另外，在本說明書中，設1mTorr為(10-3×101325/760)Pa，lsccm為(10-6/60)m3/sec。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的蝕刻裝置的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示圖1的蝕刻裝置配備的蝕刻量檢測裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖3是表示具有適用于該實施方式的硬掩模層的晶片膜結(jié)構(gòu)的示意截面圖。
圖4是表示具有適用于該實施方式的光刻膠掩模層的晶片膜結(jié)構(gòu)的示意截面圖。
圖5是表示蝕刻圖3的晶片的多晶硅膜時的光的反射狀態(tài)的說明圖。
圖6是表示蝕刻圖4的晶片的多晶硅膜時的光的反射狀態(tài)的說明圖。
圖7是表示蝕刻圖4的晶片的多晶硅膜時的蝕刻時間與蝕刻量的關系圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來詳細說明根據(jù)本發(fā)明的蝕刻量檢測方法、蝕刻方法和蝕刻裝置優(yōu)選實施方式。另外，在本說明書和附圖中，向?qū)嵸|(zhì)具有相同功能結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件附加相同符號，省略重復說明。
(蝕刻裝置)圖1中示出平行平板型等離子體蝕刻裝置101的示意結(jié)構(gòu)，作為根據(jù)本實施方式的蝕刻裝置的一例。
蝕刻裝置101具有例如由表面被陽極氧化處理(氧化鋁膜處理)后的鋁構(gòu)成的成形為圓筒形狀的容器(處理容器)102，將該容器102接地。在容器102內(nèi)的底部，經(jīng)陶瓷等絕緣板103，設置用于裝載晶片W的大致圓柱狀的基座支撐臺104。在該基座支撐臺104上，設置構(gòu)成下部電極的基座105。在該基座105上連接高通濾波器(HPF)106。
在基座支撐臺104的內(nèi)部，設置溫度調(diào)節(jié)媒體室107。另外，經(jīng)導入管108向溫度調(diào)節(jié)媒體室107中導入溫度調(diào)節(jié)媒體，循環(huán)，從排出管109排出。通過這種溫度調(diào)節(jié)媒體的循環(huán)，可將基座105控制到期望的溫度。
基座105的上側(cè)中央部成形為凸狀的圓板狀，在其上設置與晶片W大致同形狀的靜電卡盤111。靜電卡盤111構(gòu)成為將電極112夾在絕緣材料之間。靜電卡盤111從連接于電極112上的直流電源113施加例如1.5kV的直流電壓。從而，晶片W被靜電吸附在靜電卡盤111上。
另外，在絕緣板103、基座支撐臺104、基座105和靜電卡盤111中形成向作為被處理體的晶片W的背面提供導熱媒體(例如He氣體等惰性氣體)用的氣體通路114。經(jīng)該導熱媒體來進行基座105與晶片W之間的導熱，將晶片W維持在規(guī)定的溫度。
在基座105的上端邊緣部配置環(huán)狀的聚焦環(huán)115，以包圍裝載在靜電卡盤111上的晶片W。該聚焦環(huán)115由陶瓷或石英等絕緣性材料或?qū)щ娦圆牧蠘?gòu)成。通過配置聚焦環(huán)115，提高蝕刻的均勻性。
另外，在基座105的上面，與該基座105平行相對地設置上部電極121。該上部電極121經(jīng)絕緣材料122，支撐在容器102的內(nèi)部。上部電極121由構(gòu)成與基座105的相對面并具有多個噴出孔123的電極板124、和支撐該電極板124的電極支撐體125構(gòu)成。電極板124例如由石英構(gòu)成，電極支撐體125例如由表面被氧化鋁膜處理后的鋁等導電性材料構(gòu)成。另外，設基座105與上部電極121的間隔可調(diào)。
在上部電極121的電極支撐體125的中央設置氣體導入口126。在該氣體導入口126上連接氣體供給管127。并且，在該氣體供給管127上經(jīng)閥門128和質(zhì)量流量控制器129連接處理氣體供給源130。
從該處理氣體供給源130供給等離子體蝕刻用的蝕刻氣體。另外，圖1中，僅示出1個由氣體供給管127、閥門128、質(zhì)量流量控制器129和處理氣體供給源130等構(gòu)成的處理氣體供給系統(tǒng)，但蝕刻裝置101具備多個處理氣體供給系統(tǒng)。例如，CF4、O2、N2、CHF3等蝕刻氣體被分別獨立控制流量，提供到容器102內(nèi)。
在容器102的底部連接排氣管131，在排氣管131上連接排氣裝置135。排氣裝置135具備渦流分子泵等真空泵，將容器102內(nèi)調(diào)整到規(guī)定的減壓環(huán)境(例如0.67Pa以下)。另外，在容器102的側(cè)壁上設置門閥13。通過打開該門閥132，可將晶片W搬入容器102內(nèi)，和從容器102內(nèi)搬出晶片W。另外，在晶片W的搬運中例如使用晶片盒。
在上部電極121上連接第1高頻電源140，在其供電線上插入第1匹配器141。另外，在上部電極121上連接低通濾波器(LPF)142。該第1高頻電源140可輸出具有50-150MHz范圍的頻率的功率。這樣，通過向上部電極121施加高頻的功率，可在容器102內(nèi)形成優(yōu)選的離解狀態(tài)且高密度的等離子體。與以前相比，可進行低壓條件下的等離子體處理。第1高頻電源140的輸出功率的頻率優(yōu)選為50-80MHz，典型地調(diào)整到圖示的60MHz或其附近的頻率。
在作為下部電極的基座105上連接第2高頻電源150，在其供電線上插入第2匹配器151。該第2高頻電源150可輸出具有數(shù)百kHz-十幾MHz范圍的頻率的功率。通過向基座105施加這種范圍的頻率的功率，可不對作為被處理體的晶片W造成損害地提供適當?shù)碾x子作用。第2高頻電源150的輸出功率的頻率典型地調(diào)整到圖示的2MHz或13.56MHz等。
(蝕刻量檢測裝置)根據(jù)本實施方式的蝕刻裝置100如圖2所示，具備蝕刻量檢測裝置200。該蝕刻量檢測裝置200由聚光透鏡202、光纖204、光源206、多色儀(光檢測部)208和運算部210構(gòu)成。光源206例如由氙氣燈、鎢絲燈、各種激光器或其組合構(gòu)成，可射出1種光La或至少波長不同的兩種光La、Lb。
在上部電極121上設置筒狀觀察部160。在該觀察部160的上端設置例如由石英玻璃構(gòu)成的窗部162。觀察部160通過相對窗部162設置的聚光透鏡202和光纖204，光學連接于光源206和多色儀208上。
從光源206射出的光La、Lb經(jīng)由光纖204，經(jīng)觀察部160照射到晶片W上。若光La在晶片W的有高低差的多個部位反射，則這些多個反射光(例如反射光La1、La2)相互干涉重合，產(chǎn)生干涉光Lai。同樣，若光Lb在晶片W的有高低差的多個部位反射，則這些多個反射光(例如反射光Lb1、Lb2)相互干涉重合，產(chǎn)生干涉光Lbi。各干涉光Lai、Lbi經(jīng)由光纖204到達多色儀208，在這里被檢測。
運算部210根據(jù)多色儀208中檢測到的各干涉光Lai、Lbi的光強度變化，算出晶片W的被蝕刻層的蝕刻量?？刂撇?20按照運算部210的運算結(jié)果，控制第1高頻電源140、第1匹配器141、第2高頻電源150和第2匹配器151。從而，可調(diào)整被蝕刻層的蝕刻速度，并停止蝕刻。后面詳細描述蝕刻量檢測裝置200的動作。
(晶片的膜結(jié)構(gòu))下面，參照圖3和圖4來說明應用根據(jù)本實施方式的蝕刻量檢測方法的晶片的膜結(jié)構(gòu)的具體例。
圖3所示的膜結(jié)構(gòu)與圖4所示的膜結(jié)構(gòu)的不同點在于形成于作為被蝕刻層的多晶硅膜304上的掩模。即，圖3所示的膜結(jié)構(gòu)具有由氧化硅原料(SiO2)或氮化硅原料(Si3N4)構(gòu)成的掩模層306，圖4所示的膜結(jié)構(gòu)具有由光刻膠材料(感光性材料)構(gòu)成的掩模層316。
圖3所示的具有由氧化硅原料(SiO2)或氮化硅原料(Si3N4)構(gòu)成的掩模層306的膜結(jié)構(gòu)如下形成。
首先，在例如直徑200mm的硅基板300的上面形成柵極氧化膜(例如SiO2膜)302。
接著，在柵極氧化膜302的整個上面形成作為被蝕刻層的多晶硅膜304。
之后，使氧化硅原料(SiO2)或氮化硅原料(Si3N4)堆積在多晶硅膜304上，并在其上涂布光刻膠材料，形成光刻膠膜(未圖示)。
然后，使用光刻法，將光刻膠膜布圖為規(guī)定形狀，形成光刻膠掩模(未圖示)。之后，使用該光刻膠掩模選擇地蝕刻去除多晶硅膜304上的氧化硅原料(SiO2)或氮化硅原料(Si3N4)，形成掩模層306。由該氧化硅原料(SiO2)或氮化硅原料(Si3N4)構(gòu)成的掩模層306在與多晶硅膜304之間得到高的蝕刻選擇性。下面，將該掩模層稱為[硬掩模層]306。
經(jīng)過以上工序，得到具有圖3所示膜結(jié)構(gòu)的晶片。相反，圖4所示的具有由光刻膠材料構(gòu)成的掩模層316的膜結(jié)構(gòu)如下形成。
首先，在例如直徑200mm的硅基板300的上面形成柵極氧化膜(例如SiO2膜)302。
接著，在柵極氧化膜302的整個上面形成作為被蝕刻層的多晶硅膜304。
之后，在多晶硅膜304上涂布光刻膠材料，形成光刻膠膜。
然后，使用光刻法，將光刻膠膜布圖為規(guī)定形狀，形成掩模層316。下面，將該掩模層稱為[光刻膠掩模層]316。
經(jīng)過以上工序，得到具有圖4所示膜結(jié)構(gòu)的晶片。
根據(jù)本實施方式，對圖3和圖4所示掩模層種類不同的任一晶片都可進行蝕刻處理，另外，可檢測蝕刻處理中的蝕刻量。其中，本實施方式的主要特征在于對具有圖4所示的光刻膠掩模層316的晶片的蝕刻處理中的蝕刻量檢測動作及與該動作關聯(lián)的裝置結(jié)構(gòu)。為了使該特征更明確，首先說明對具有圖3所示的硬掩模層306的晶片的蝕刻處理動作和并行進行的蝕刻量檢測動作。之后，通過以與其相比較的形式來說明對具有圖4所示的光刻膠掩模層316的晶片的蝕刻處理動作和并行進行的蝕刻量檢測動作。
(掩模層為硬掩模層時的蝕刻處理)首先，對圖3所示的晶片，進行使用至少含有CF4與O2的混合氣體來去除多晶硅膜304的露出面的自然氧化膜的蝕刻處理(穿透蝕刻工序)。
作為進行該穿透蝕刻時的條件，例如將容器102內(nèi)的壓力設為10mTorr，將上部電極121與基座105的間隔設為140mm，將CF4/O2的氣體流量比(CF4的氣體流量/O2的氣體流量)設為134sccm/26sccm。另外，將為了吸附晶片而施加于靜電卡盤110上的電壓設為2.5kV，將晶片W的背面冷卻氣體壓力無論中心還是邊緣都設為3mTorr。另外，就容器102內(nèi)的設定溫度而言，將下部電極設為75度，將上部電極設為80度，將側(cè)壁部設為60度。
在穿透蝕刻工序中，分別向基座105與上部電極121施加高的高頻功率。例如，設施加于上部電極121的高頻功率為650W，施加于基座105上的高頻功率為220W。從而，去除多晶硅膜304的露出面的自然氧化膜。
接著，對硬掩模層306(掩模圖形)的開口部進行向深度方向蝕刻多晶硅膜304的主蝕刻工序。
在該主蝕刻工序中，將至少包含HBr與O2的混合氣體用作處理氣體，在掩模圖形的開口部，沿深度方向蝕刻多晶硅膜304。將多晶硅膜304例如蝕刻到原來膜厚的85％的深度。
作為進行主蝕刻時的條件，例如將容器102內(nèi)的壓力設為20mTorr，將上部電極121與基座105的間隔設為140mm，將HBr/O2的氣體流量比(HBr的氣體流量/O2的氣體流量)設為400sccm/lsccm。另外，將為了吸附晶片而施加于靜電卡盤110上的電壓設為2.5kV，將晶片W的背面冷卻氣體壓力無論中心還是邊緣都設為3mTorr。另外，就容器102內(nèi)的設定溫度而言，將下部電極設為75度，將上部電極設為80度，將側(cè)壁部設為60度。
在主蝕刻工序中，分別向基座105與上部電極121施加較高的高頻功率。例如，設施加于上部電極121的高頻功率為200W，施加于基座105上的高頻功率為100W。從而，如圖5(A)所示，選擇地蝕刻去除位于硬掩模層306的開口部的多晶硅膜304，在多晶硅膜304中形成孔H。若進一步進行蝕刻處理，則如圖5(B)所示，孔H變深。
根據(jù)本實施方式的蝕刻裝置100為了檢測使用硬掩模層306的蝕刻處理中的多晶硅膜304的蝕刻量、即孔H的深度尺寸，如下進行動作。
屬于蝕刻量檢測裝置200的光源206射出光La(參照圖2)。光La經(jīng)由光纖204、聚光透鏡202和觀察部160照射到晶片W上。
如圖5所示，光La的一部分透過硬掩模層306，到達硬掩模層306與多晶硅膜304的界面，并在這里進行反射。該反射光La11透過硬掩模層306后向外部射出。
另外，光La的另一部分在作為多晶硅膜304的被蝕刻部的孔H的底面反射。該反射光La12與上述反射光La11相互干涉重合，產(chǎn)生干涉光。
由反射光La11與反射光La12得到的干涉光經(jīng)由觀察部160、聚光透鏡202和光纖204，由多色儀208檢測。
這樣，若如圖5(A)與圖5(B)所示孔H變深，則由多色儀208檢測到的干涉光的光強度隨之周期增減。運算部210根據(jù)干涉光的光強度變化，實時算出多晶硅膜304的蝕刻量(孔H的深度)。控制部220按照該運算結(jié)果，控制第1高頻電源140、第1匹配器141、第2高頻電源150和第2匹配器151。另外，運算部210的運算結(jié)果，在判斷為孔H的底部達到規(guī)定深度的時刻，結(jié)束對多晶硅膜304的蝕刻處理。另外，也可根據(jù)運算部210的運算結(jié)果，調(diào)整多晶硅膜304的蝕刻速度。
根據(jù)該蝕刻量的檢測方法，以硬掩模層306與多晶硅膜304的界面為基準，檢測孔H的深度。硬掩模層306與多晶硅膜304的界面不受蝕刻的影響，其絕對高度恒定。因此，即使蝕刻前硬掩模層306膜厚有差異，或如圖5(B)所示，隨著對多晶硅膜304的蝕刻處理，消蝕硬掩模層306的上面(消蝕量D11)，也可正確檢測孔H的深度。
但是，多晶硅膜304的蝕刻中根據(jù)反射光La11與反射光La12得到的干涉光的強度變化周期依賴于從光源206射出的光La的波長。在光La的波長長的情況下，干涉光的強度變化周期變緩慢，結(jié)果，不能高精度算出孔H的深度。因此，在本實施方式中，將光La的波長設定為較短的261nm。因此，可較嚴密地控制形成孔H的蝕刻處理。
這樣，為了檢測蝕刻量，優(yōu)選使用短波長的光La，但有時因形成于作為被蝕刻層的多晶硅膜304上的掩模層的種類不同而限制光La的波長。代表例是由光刻膠材料構(gòu)成的掩模層。
如圖5所示，在具有由氧化硅原料(SiO2)或氮化硅原料(Si3N4)構(gòu)成的硬掩模層306的晶片的情況下，波長261nm的光La透過硬掩模層306，到達硬掩模層306與多晶硅膜304的界面。相反，在具有由光刻膠材料構(gòu)成的光刻膠掩模層316的晶片的情況下，波長261nm的光La不會透過光刻膠掩模層316。這是因為光刻膠材料通常在包含波長261nm的波長區(qū)域中具有大的吸收系數(shù)。
因此，根據(jù)本實施方式的蝕刻裝置100在對具有光刻膠掩模層316的晶片進行蝕刻處理的情況下，通過與在對上述具有硬掩模層306的晶片進行蝕刻處理的情況不同的方法，檢測蝕刻量。下面，說明圖4所示具有光刻膠掩模層316的晶片的蝕刻處理動作和并行進行的蝕刻量檢測動作。
(掩模層為光刻膠掩模層時的蝕刻處理)具有光刻膠掩模層316的晶片通過與上述對具有硬掩模層306的晶片的蝕刻處理條件同樣的條件，實施穿透蝕刻處理和主蝕刻處理。從而，去除多晶硅膜304的露出面的自然氧化膜，如圖6(A)所示，選擇地蝕刻去除位于光刻膠掩模層316的開口部的多晶硅膜304，在多晶硅膜304中形成孔H。若進一步進行蝕刻處理，則如圖6(B)所示，孔H變深。
根據(jù)本實施方式的蝕刻裝置100為了檢測使用光刻膠掩模層316的蝕刻處理中的多晶硅膜304的蝕刻量、即孔H的深度尺寸，如下進行動作。
屬于蝕刻量檢測裝置200的光源206射出光La(第1光)和光Lb(第2光)(參照圖2)。光La與光Lb分別具有不同的波長。在本實施方式中，光La的波長為261nm，光Lb的波長為387nm。這些光La和光Lb經(jīng)由光纖204、聚光透鏡202和觀察部160照射到晶片W上。
如圖6所示，光La的一部分在光刻膠掩模層316的上面反射，得到反射光La1(第1反射光)。另外，光La的另一部分在作為多晶硅膜304的被蝕刻部的孔H的底面反射，得到反射光La2(第2反射光)。反射光La1與反射光La2相互干涉重合，產(chǎn)生干涉光Lai(第1干涉光)。另外，在本實施方式中，光刻膠掩模層316的光吸收帶中包含光La的波長261nm。因此，光La不透過光刻膠掩模層316，得不到光刻膠掩模層316與多晶硅膜304的界面上的光La的反射光。
另一方面，光Lb具有比光La的波長261nm長的波長387nm。因此，其一部分透過光刻膠掩模層316，到達光刻膠掩模層316與多晶硅膜304的界面，并在這里反射。該反射光Lb1(第3反射光)透過光刻膠掩模層316后射出到外部。
另外，光Lb的另一部分在光刻膠掩模層316的上面反射。該反射光Lb2(第4反射光)與上述反射光Lb1相互干涉重合，產(chǎn)生干涉光Lbi(第2干涉光)。
從反射光La1與反射光La2得到的干涉光Lai、與從反射光Lb1與反射光Lb2得到的干涉光Lbi經(jīng)由觀察部160、聚光透鏡202和光纖204，由多色儀208檢測。
這樣，若如圖6(A)與圖6(B)所示孔H變深，則由多色儀208檢測到的干涉光Lai的光強度隨之周期增減。運算部210根據(jù)干涉光Lai的光強度變化，實時算出多晶硅膜304的蝕刻量(孔H的深度)。圖7中示出運算部210根據(jù)干涉光Lai的光強度變化，算出多晶硅膜304的蝕刻量D2的結(jié)果。
根據(jù)基于干涉光Lai的光強度變化的運算結(jié)果，在本實施方式中，可把握從時刻T0開始對多晶硅膜304進行蝕刻，在時刻T1，該蝕刻量可達到5.17微米。但是，由于以下理由，不能從僅基于干涉光Lai的運算結(jié)果得到多晶硅膜304的真的蝕刻量。
干涉光Lai是從光刻膠掩模層316上面的反射光La1與孔H的底面的反射光La2得到的。因此，為了算出孔H的底部的絕對高度，條件是光刻膠掩模層316的上面高度不變。
但是，在多晶硅膜304中形成孔H用的蝕刻氣體中，由于光刻膠掩模層316的表面也被消蝕，所以不能避免光刻膠掩模層316被蝕刻。但是，當光刻膠掩模層316的蝕刻速率比上述硬掩模層306大、多晶硅膜304的孔H的底面到達深度D2時，光刻膠掩模層316的上面也會被較大消蝕(消蝕量D1)。即，在僅根據(jù)干涉光Lai的光強度變化計算的結(jié)果中包含該光刻膠掩模層316的上面的消蝕量D1。
因此，在本實施方式中，為了求出多晶硅膜304的蝕刻量，除干涉光Lai的光強度變化外，還考慮干涉光Lbi的光強度變化。
如圖6(A)和圖6(B)所示，若光刻膠掩模層316的上面被消蝕，則由多色儀208檢測到的干涉光Lbi的光強度隨之周期增減。運算部210根據(jù)干涉光Lbi的光強度變化，實時算出光刻膠掩模層316的消蝕量D1。圖7中示出運算部210根據(jù)干涉光Lbi的光強度變化，算出光刻膠掩模層316的消蝕量D1的結(jié)果。
根據(jù)基于干涉光Lbi的光強度變化的運算結(jié)果，在本實施方式中，可把握從時刻T0到時刻T1之間光刻膠掩模層316被消蝕1.32微米。另外，以光刻膠掩模層316與多晶硅膜304的界面為基準，算出該光刻膠掩模層316的消蝕量D1。光刻膠掩模層316與多晶硅膜304的界面不受蝕刻的影響，其絕對高度恒定。因此，即使蝕刻光刻膠掩模層316膜厚有差異，也可正確算出光刻膠掩模層316的消蝕量D1。
屬于蝕刻量檢測裝置200的運算部210將從干涉光Lbi的光強度變化求出的光刻膠掩模層316的蝕刻量(消蝕量D1)與從干涉光Lai的光強度變化求出的孔H的底面位置(光刻膠掩模層316的上面與孔H的底面的高低差)相加，從而算出多晶硅膜304的真的蝕刻量(孔H的絕對深度尺寸D2)。在本實施方式的情況下，如圖7所示，時刻T1的多晶硅膜304的蝕刻量為6.49(＝5.17+1.32)微米。
控制部220按照該運算結(jié)果，控制第1高頻電源140、第1匹配器141、第2高頻電源150和第2匹配器151。之后，基于運算部210的運算結(jié)果，在判斷為孔H的底部達到規(guī)定深度的時刻，結(jié)束對多晶硅膜304的蝕刻處理。另外，也可根據(jù)基于運算部210的運算結(jié)果，調(diào)整多晶硅膜304的蝕刻速度。
至此，以光La的波長為261nm、光Lb的波長為387nm的情況，說明本實施方式，但是本發(fā)明中各波長不限于此。優(yōu)選根據(jù)以下觀點來設定各波長。
首先，為了高精度算出多晶硅膜304的蝕刻量，光La的波長較短有利。但是，必需選擇光刻膠掩模層316的上面的反射率與孔H的底面的反射率變大的波長。若來自其它部位的反射光起支配地位，則難以檢測干涉光Lai。
另外，光Lb用于檢測光刻膠掩模層316的消蝕量D1。因此，就光Lb的波長而言，優(yōu)選選擇成使光刻膠掩模層316的上面的反射率、和光刻膠掩模層316與多晶硅膜304的界面的反射率變大。尤其是為了使光Lb在光刻膠掩模層316與多晶硅膜304的界面反射，從光刻膠掩模層316的上面取出其反射光Lb2，必需采用不包含在光刻膠掩模層316的吸收帶中的波長的光Lb。
通常，形成光刻膠掩模層316時使用的曝光光的波長位于光刻膠掩模層316的吸收帶的最長波長側(cè)。換言之，選擇調(diào)整構(gòu)成光刻膠掩模層316的光刻膠材料，使光刻膠掩模層316的吸收帶與曝光光的波長吻合。因此，若以構(gòu)成光刻膠掩模層316的光刻膠材料的感光波長為基準，將光Lb的波長調(diào)整到長波長側(cè)，則光Lb不被光刻膠掩模層316吸收地到達光刻膠掩模層316與多晶硅膜304的界面，并在這里反射。另外，反射光Lb2也不被光刻膠掩模層316吸收地從光刻膠掩模層316的上面取出。
但是，為了高精度檢測光刻膠掩模層316的消蝕量D1，優(yōu)選盡可能縮短光Lb的波長。例如，在采用感光氙氣燈的i射線(波長365nm)的類型來作為構(gòu)成光刻膠掩模層316的光刻膠材料的情況下，如本實施方式所示，將光Lb的波長設定得比i射線的波長長，或接近該波長的波長、例如387nm。波長387nm的光Lb例如由N2激光器得到。
如上所述，根據(jù)本實施方式，在多晶硅膜304的蝕刻處理中，算出光刻膠掩模層316的上面與孔H的底面的高低差，并算出光刻膠掩模層316的消蝕量D1。另外，通過運算(相加)這些值，高精度、實時檢測多晶硅膜304的真的蝕刻量。
另外，在本實施方式中，為了檢測多晶硅膜304的蝕刻量，使用光La與光Lb這兩個光。其中，較長波長的光Lb透過掩模層。因此，不必使光La透過掩模層，將其波長設定得較短。因此，推進掩模圖形的細微化，孔H的內(nèi)徑變小，另外，即使孔H變深，也可高精度檢測多晶硅膜304的蝕刻量。
雖參照

了根據(jù)本發(fā)明的蝕刻量檢測方法和蝕刻裝置的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明不限于這些實例。不用說，本領域的技術(shù)人員能想到在權(quán)利要求范圍內(nèi)記載的技術(shù)思想范疇內(nèi)的各種變更例或修正例，即使這些也當然理解為屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。
例如，就蝕刻多晶硅膜304(含硅膜)的情況來說明本發(fā)明的實施方式，但即使其它被蝕刻層也可適用本發(fā)明。
另外，本發(fā)明不限于被蝕刻層上的掩模層由光刻膠材料構(gòu)成的情況。例如，如圖5所示，在掩模層為硬掩模層306的情況下也可適用本發(fā)明。如上所述，因為光La基本上未被硬掩模層306吸收，所以即使僅由光La也可檢測多晶硅膜304的蝕刻量。但是，在蝕刻量的檢測結(jié)果要求嚴密的情況下，優(yōu)選使用光Lb來檢測硬掩模層306的消蝕量D11。在根據(jù)反射光La11的光強度變化來算出多晶硅膜304的蝕刻量時，若考慮硬掩模層306的消蝕量D11(硬掩模層306的厚度)，則可較正確檢測多晶硅膜304的蝕刻量。
另外，也可向晶片照射3種以上的光，使用從各光的反射光得到的干涉光來檢測被蝕刻層的蝕刻量。例如，在被蝕刻層上存在多個層的情況下有效。
另外，以構(gòu)成光刻膠掩模層316的光刻膠材料為由i射線(波長365nm)進行感光的種類的情況來說明本發(fā)明的實施方式，但即使光刻膠材料是感光KrF激元激光器激光(波長248nm)、ArF激元激光器激光(波長193nm)或F2激元激光器激光(波長157nm)之一的種類，也可適用本發(fā)明。
發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可與掩模層的種類無關地、正確、實時檢測被蝕刻層的蝕刻量。
權(quán)利要求
1.一種蝕刻量檢測方法，將布圖后的掩模層作為掩模，對被處理體上的被蝕刻層實施蝕刻處理時，檢測所述被蝕刻層的蝕刻量，其特征在于，具有如下工序向所述被處理體照射具有第1波長的第1光，同時，照射具有與所述第1波長不同的第2波長的光；檢測所述第1光在所述掩模層表面反射得到的第1反射光、與所述第1光在所述被蝕刻層中被蝕刻的被蝕刻部的底面反射得到的第2反射光干涉后產(chǎn)生的第1干涉光；檢測所述第2光在所述掩模層表面反射得到的第3反射光、與所述第2光在所述掩模層與所述被蝕刻層的界面反射得到的第4反射光干涉后產(chǎn)生的第2干涉光；和根據(jù)所述第1干涉光與所述第2干涉光，算出所述被蝕刻部的蝕刻量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻量檢測方法，其特征在于所述掩模層由感光性材料構(gòu)成，所述第1波長比所述感光性材料的感光波長短，所述第2波長比所述感光性材料的感光波長長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蝕刻量檢測方法，其特征在于根據(jù)所述第1干涉光與所述第2干涉光，算出所述被蝕刻部的蝕刻量的工序包含如下工序根據(jù)所述第1干涉光，算出所述掩模層的表面與所述被蝕刻部的底面的高低差；根據(jù)所述第2干涉光，算出所述掩模層的蝕刻量；和將所述掩模層的蝕刻量與所述掩模層的表面與所述被蝕刻部的底面的高低差相加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的蝕刻量檢測方法，其特征在于所述被蝕刻層由含硅膜構(gòu)成。
5.一種蝕刻方法，將布圖后的掩模層作為掩模，蝕刻被處理體上的被蝕刻層，其特征在于，具有如下工序向所述被處理體照射具有第1波長的第1光，同時，照射具有與所述第1波長不同的第2波長的光；檢測所述第1光在所述掩模層表面反射得到的第1反射光、與所述第1光在所述被蝕刻層中被蝕刻的被蝕刻部的底面反射得到的第2反射光干涉后產(chǎn)生的第1干涉光；檢測所述第2光在所述掩模層表面反射得到的第3反射光、與所述第2光在所述掩模層與所述被蝕刻層的界面反射得到的第4反射光干涉后產(chǎn)生的第2干涉光；和根據(jù)所述第1干涉光與所述第2干涉光，算出所述被蝕刻部的蝕刻量。
6.一種蝕刻裝置，將布圖后的掩模層作為掩模，對被處理體上的被蝕刻層實施蝕刻處理，其特征在于具備光源，向所述被處理體照射具有第1波長的第1光，同時，照射具有與所述第1波長不同的第2波長的光；光檢測部，檢測所述第1光在所述掩模層表面反射得到的第1反射光、與所述第1光在所述被蝕刻層中被蝕刻的被蝕刻部的底面反射得到的第2反射光干涉后產(chǎn)生的第1干涉光，并且，檢測所述第2光在所述掩模層表面反射得到的第3反射光、與所述第2光在所述掩模層與所述被蝕刻層的界面反射得到的第4反射光干涉后產(chǎn)生的第2干涉光；和運算部，根據(jù)所述第1干涉光與所述第2干涉光，算出所述被蝕刻部的蝕刻量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蝕刻裝置，其特征在于所述掩模層由感光性材料構(gòu)成，所述第1波長比所述感光性材料的感光波長短，所述第2波長比所述感光性材料的感光波長長。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的蝕刻裝置，其特征在于所述運算部根據(jù)所述第1干涉光，算出所述掩模層的表面與所述被蝕刻部的底面的高低差；根據(jù)所述第2干涉光，算出所述掩模層的蝕刻量；將所述掩模層的蝕刻量與所述掩模層的表面與所述被蝕刻部的底面的高低差相加，由此算出所述被蝕刻部的蝕刻量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8所述的蝕刻裝置，其特征在于所述被蝕刻層由含硅膜構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種蝕刻量檢測方法、蝕刻方法和蝕刻裝置，能夠與掩模層的種類無關地正確檢測被蝕刻層的蝕刻量。光La的一部分在光刻膠掩模層(316)的上面反射，得到反射光La1。光La的另一部分在孔H的底面反射，得到反射光La2。反射光La1與反射光La2相互干涉重合，產(chǎn)生干涉光Lai。光Lb的一部分在光刻膠掩模層(316)與多晶硅膜(304)的界面反射，得到反射光Lb1。光Lb的另一部分在光刻膠掩模層(316)的上面反射，得到反射光Lb2。反射光Lb1與反射光Lb2相互干涉重合，產(chǎn)生干涉光Lbi。使用干涉光Lai與干涉光Lbi，算出多晶硅膜(304)的蝕刻量。
文檔編號H01L21/3213GK1574243SQ20041004296
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月5日
發(fā)明者野澤秀二, 西牧克洋 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社