專利名稱：判定半導(dǎo)體制造工藝狀態(tài)的方法和裝置及半導(dǎo)體制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蝕刻制造半導(dǎo)體器件的裝置，涉及具備測定蝕刻深度手段的裝置。
背景技術(shù)：
形成半導(dǎo)體器件中，為了除去半導(dǎo)體晶片表面上形成的介質(zhì)材料、絕緣材料層等的各種材料層，或者為了在這些層上形成圖形，廣泛使用著干式蝕刻法。在進行該干式蝕刻法的方面，上述層的加工中，重要的是要調(diào)節(jié)蝕刻，使其成為要求的蝕刻深度或?qū)拥哪ず?，因此要求精確檢測蝕刻的終點或膜的厚度。
然而，眾所周知，采用等離子干式蝕刻半導(dǎo)體晶片的處理時，從等離子光含有的特定波長光來的發(fā)光強度，隨對特定膜的蝕刻進行而變化。于是，作為該半導(dǎo)體晶片的蝕刻終點或可以說膜厚的蝕刻狀態(tài)的檢測技術(shù)之一種，大家都知道，是在干式蝕刻處理中檢測從等離子體來的特定波長的發(fā)光強度變化，根據(jù)該檢測結(jié)果，檢測特定膜的蝕刻終點或膜厚的技術(shù)。為了提高該檢測的精度，需要降低因噪音引起檢測波形變動造成的誤檢測。
這樣，作為檢測半導(dǎo)體晶片的蝕刻終點的技術(shù)都知道使用特開平5-179467號公報(現(xiàn)有技術(shù)1)、特開平8-274082號公報(現(xiàn)有技術(shù)2)、特開2000-97648號公報(現(xiàn)有技術(shù)3)、特開2000-106356號公報(現(xiàn)有技術(shù)4)等中公開的干涉儀。
在特開平5-179467號公報(現(xiàn)有技術(shù)1)中，采用紅、綠、蘭三種濾色片，檢測干涉光(等離子光)，進行蝕刻終點的檢測，特開平8-274082號公報(USP5658418)(現(xiàn)有技術(shù)2)中，采用二種波長的干涉波形的時間變化與其微分波形，對干涉波形的極值(波形的最大、最小微分波形的零通過點)進行計數(shù)。通過測量計數(shù)達到規(guī)定值的時間算出蝕刻速度，基于算出的蝕刻速度，求出到達規(guī)定膜厚為止的剩余蝕刻時間，據(jù)此進行蝕刻工藝的停止。特開2000-97648號公報(現(xiàn)有技術(shù)3)中，求出處理前的干涉光光強度圖形(設(shè)定波長為參數(shù))與處理后或處理中的干涉光光強度圖形之差的波形(設(shè)定波長為參數(shù))，通過其差波形和數(shù)據(jù)庫化的差波形的比較，測定臺階高度差(膜厚)。特開2000-106356號公報(現(xiàn)有技術(shù)4)涉及旋轉(zhuǎn)涂布裝置，測定多波長范圍內(nèi)的干涉光的時間變化并求出膜厚。
檢出蝕刻終點停止處理之際，實際上，重要的是使膜層的剩余厚度盡可能接近或等于規(guī)定的值。現(xiàn)有的技術(shù)中，基于各個層的蝕刻速度為恒定的這一前提，通過調(diào)節(jié)時間來監(jiān)視上述膜的厚度。成為該基準的蝕刻速度值，例如，是處理預(yù)定作為樣品的晶片求出來的。該技術(shù)中，經(jīng)過對應(yīng)于規(guī)定膜厚的時間后就停止蝕刻工藝。
但是，大家都知道，實際的膜，例如用LPCVD(low Dressurechemical vapor deposition低壓化學(xué)汽相淀積)方法形成的SiO2層，厚度的重復(fù)性很低(形成的層厚度離散很大)。LPCVD中工藝變動引起的厚度容許誤差，例如，相當于SiO2層的初始厚度的約10％。所以，如果基于上述現(xiàn)有技術(shù)的時間進行調(diào)節(jié)，就不可能精確測定硅襯底上剩余SiO2層的實際最終厚度。
并且，上述現(xiàn)有技術(shù)中，沒有考慮以下各點。(1)如果使用掩模材料(例如，光刻膠、氮化膜、氧化膜)進行蝕刻，從掩模材料來的干涉光將與從被蝕刻材料來的干涉光疊加。為了從干涉光中只檢出被處理材料的蝕刻狀態(tài)，需要盡可能消除掩模材料來的干涉光的影響。
(2)并且，作為工藝處理的被處理材料的材料(例如，硅或絕緣膜和以及其上設(shè)置的掩模材料)蝕刻處理中，與硅或絕緣膜一起掩模材料也受蝕刻，所以不僅被處理材料來的干涉光而且掩模材料來的干涉光也變動，因而為了排除因掩模蝕刻產(chǎn)生的影響只檢出被處理材料的蝕刻量(蝕刻深度)，需要考慮檢出從上述掩模材料來的干涉光變化，然而現(xiàn)有技術(shù)中卻沒有考慮到此。
(3)大量生產(chǎn)工藝的加工用晶片，起因于器件構(gòu)造，掩模材料的初始厚度或被蝕刻材料初始厚度，在晶片平面內(nèi)具有不同的分布，所以對于處理對象的一種膜層疊加不同膜厚來的干涉光?，F(xiàn)有技術(shù)中沒有充分考慮有關(guān)減少這些影響。
根據(jù)以上這些理由，被處理材料層(成為半導(dǎo)體工藝處理對象的膜層)，尤其，高精度檢測等離子蝕刻處理中的被處理層蝕刻深度或剩余的膜厚，調(diào)節(jié)蝕刻狀態(tài)是困難的，高精度處理半導(dǎo)體(晶片)是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體制造裝置和半導(dǎo)體工藝狀態(tài)的判定方法，以便解除上述現(xiàn)有技術(shù)的問題。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種能夠高精度處理晶片上半導(dǎo)體的半導(dǎo)體制造裝置。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種在使用等離子蝕刻法進行的半導(dǎo)體處理中，能夠高精度檢測被處理層的蝕刻深度、剩余膜厚等蝕刻狀態(tài)的半導(dǎo)體工藝狀態(tài)的判定方法。
上述的目的是通過使用容器內(nèi)發(fā)生的等離子體，蝕刻處理配置于該容器內(nèi)，其表面具有多層膜的半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體制造裝置，具備在上述處理規(guī)定的期間，顯示所得的上述晶片表面來的多種波長光的變化的顯示部(單元)；以及根據(jù)該顯示的變化量判定上述蝕刻處理狀態(tài)的機能的半導(dǎo)體制造裝置來達成的。
并且，通過使用容器內(nèi)發(fā)生的等離子體，蝕刻處理配置于該容器內(nèi)，其表面具有多層膜的半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體制造裝置具備在上述處理規(guī)定的期間，測定上述晶片表面來的光的測定部；顯示有關(guān)由該測定部檢測的上述規(guī)定期間的上述光變化數(shù)據(jù)的顯示部；利用上述數(shù)據(jù)，運算上述蝕刻處理狀態(tài)的運算部；以及根據(jù)該運算部的運算結(jié)果，調(diào)節(jié)上述蝕刻處理的控制部的半導(dǎo)體制造裝置來達成的。
并且，通過檢測其表面上具有多層膜，并用發(fā)生的等離子體處理的半導(dǎo)體晶片表面來的光干涉的測量儀；在上述處理規(guī)定的期間顯示所得的上述光的干涉變化的顯示部；以及利用伴隨上述光的干涉變化表示特定值以上或以下的上述光波長的時間的變化，判定上述處理速度并顯示的半導(dǎo)體制造裝置來達成的。
并且，上述的目的是通過在發(fā)生等離子體，處理其表面上具有多層膜的半導(dǎo)體晶片期間測定該半導(dǎo)體晶片表面來的光的干涉；以及根據(jù)該測定的光的干涉變化變成規(guī)定值以上的上述光波長的時間變化，判定上述半導(dǎo)體晶片的上述膜之中一種厚度的終點判定方法來達成的。
并且，通過在發(fā)生等離子體，處理其表面上具有多層膜的半導(dǎo)體晶片期間檢測該半導(dǎo)體晶片表面來的光的干涉變化；對于多個半導(dǎo)體晶片，疊加檢出的光的干涉變化數(shù)據(jù)；以及根據(jù)從該疊加數(shù)據(jù)所得的光干涉的變化，變成規(guī)定值以上或以下的上述光波長的時間變化，判定上述半導(dǎo)體晶片的上述膜之中一種厚度的終點判定方法來達成的。


圖1是用縱剖面和方框表示本申請發(fā)明半導(dǎo)體制造裝置的第1實施例構(gòu)成概略圖；圖2是表示用于第1實施例中檢測蝕刻狀態(tài)的光干涉示意圖，表示蝕刻處理中途的被處理材料縱剖面形狀圖；圖3表示第1實施例中利用光干涉所得的數(shù)據(jù)例；圖4表示利用圖3的數(shù)據(jù)由第1實施例的顯示部顯示的蝕刻狀態(tài)一例圖；圖5A～5E是上下排列表示進行蝕刻條件不同的多種處理時所得的干涉光的微分波形數(shù)據(jù)圖；圖6A～6E表示使圖5A～5E中所示的數(shù)據(jù)疊加的干涉光的微分波形圖形的曲線圖；圖7是說明判定圖1中所示半導(dǎo)體制造裝置的蝕刻狀態(tài)進行處理的工作流程的流程圖；圖8是表示圖7中所示B部分工作流程的流程圖。
具體實施例方式
以下，用

本申請發(fā)明的實施例。
另外，以下的各個實施例中，具有與第1實施例同樣功能的部件都附加與第1實施例同樣的符號，并省略其詳細說明。以下的實施例中，就本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造工藝的終點判定方法來說，說明有關(guān)測定被處理材料的蝕刻工藝中的蝕刻量(蝕刻深度和膜厚)的方法。但是，本發(fā)明不限于此，也能應(yīng)用于測定等離子CVD、濺射法等形成的薄膜處理中的成膜(成膜厚度)等的方法。
以下，用圖1～圖4說明本發(fā)明的第1實施例。圖1是用縱剖面和方框表示本申請發(fā)明半導(dǎo)體制造裝置的第1實施例構(gòu)成概略圖。圖2是表示用于第1實施例中檢測蝕刻狀態(tài)的光干涉示意圖。圖3表示第1實施例中利用光干涉所得的數(shù)據(jù)例。圖4表示利用圖3的數(shù)據(jù)由第1實施例的顯示部顯示的蝕刻狀態(tài)一例圖。
本實施例中，對半導(dǎo)體晶片等的被處理材料進行等離子蝕刻時，設(shè)定表示樣品用的被處理材料(樣品用晶片)和相對于有該處理材料的掩模材料的各蝕刻量的干涉光數(shù)據(jù)或其微分值對波長依賴關(guān)系(把波長作為參數(shù))的標準圖形。其次，分別測定有關(guān)樣品用被處理材料和實際被處理材料(實際的晶片)的實際處理中干涉光的多種波長強度，求出表示其測定的干涉光強度數(shù)據(jù)或其微分值數(shù)據(jù)對波長依賴關(guān)系(把波長作為參數(shù))的實際圖形，將微分值的標準圖形與實際圖形進行比較，求出實際被處理材料的蝕刻量(工藝的終點)。
圖1是表示將本發(fā)明應(yīng)用到磁場型UHF頻帶電磁波發(fā)射放電方式的等離子蝕刻裝置的實施例圖，是該等離子蝕刻裝置縱剖面的示意圖。
圖1中，處理室100是能夠達到10-6Torr左右真空度的真空容器，分別其上部具備發(fā)射作為等離子態(tài)發(fā)生部的電磁波的天線110，其下部具備安置晶片等樣品W的下部電極130。天線110和下部電極130平行并以對置的方式設(shè)置。處理室100的周圍，設(shè)置例如由電磁線圈和磁軛構(gòu)成的磁場形成部101，形成具有規(guī)定分布和強度的磁場。而且，通過從天線110發(fā)射的電磁波與在磁場形成部101形成的磁場相互作用，使導(dǎo)入處理室內(nèi)部的處理氣體等離子化，發(fā)生等離子體P，處理下部電極130上的樣品W。
處理室100利用連接真空室103的真空排氣系統(tǒng)104和壓力控制部105，實現(xiàn)真空排氣和壓力調(diào)整，內(nèi)部的壓力可以控制在例如約0.5Pa以上4Pa以下的規(guī)定值。處理室100和真空室103為地電位。處理室100的側(cè)壁102，借助于圖未示出的溫度控制器，把溫度調(diào)節(jié)到例如約50℃。
發(fā)生電磁波的天線110，由圓板狀導(dǎo)電體111、介質(zhì)體112、介質(zhì)環(huán)113構(gòu)成，并保持在作為真空容器一部分的外殼114內(nèi)。并且，在圓板狀導(dǎo)電體111的接連等離子體一側(cè)的面上，設(shè)置平板115。由氣體供給部116以規(guī)定的流量和混合比供給進行樣品的蝕刻、成膜等處理的處理氣體，并在圓板狀導(dǎo)電體111的內(nèi)部使之均勻化，通過設(shè)于平板115的多個孔供給處理室100。圓板狀導(dǎo)電體111通過圖未示出的溫度控制部，將溫度調(diào)節(jié)到例如30℃。天線110上，通過導(dǎo)入端子126連接由天線電源121、天線偏壓電源123和匹配電路/濾波器系列122、124、125構(gòu)成的天線電源系統(tǒng)120。天線電源121，理想的是供給300MHz到900MHz的UHF頻帶功率，從天線110發(fā)射UHF頻帶的電磁波。
天線偏壓電源123通過圓板狀導(dǎo)電體111給平板115施加例如，約100kHz或幾MHz到約10MHz頻率的偏壓，控制平板115表面的反應(yīng)。特別是，在使用CF系氣體的氧化膜蝕刻中，由于平板115的材料為高純度的硅或碳，控制平板115表面上的F游離基或CFx游離基的反應(yīng)，能夠調(diào)整游離基的組成比。本實施例中，把高純度的硅用于平板115。并且將鋁用于圓板狀導(dǎo)電體111和外殼，將石英用于介質(zhì)體112和介質(zhì)環(huán)113。平板115下面與樣品W的距離(以下，稱為間隔)為30mm以上而且150mm以下，理想的是50mm以上而且120mm以下。本實施例中，天線電源121設(shè)定為450MHz，天線偏壓電源122設(shè)為13.56MHz，間隔設(shè)定為70mm。
在處理室100的下部，與天線110對置設(shè)置下部電極130。下部電極130用靜電吸附裝置131，將晶片等的樣品W安置并保持在其上面即樣品安置面上。樣品W的外周部，在絕緣體133上邊設(shè)置例如用高純度硅形成的樣品臺環(huán)132。理想的是供給400kHz到13.56MHz范圍偏壓功率的偏壓電源134，通過匹配電路/濾波器系列135連接到下部電極130，控制加到樣品W上的偏壓。本實施例中，偏壓電源134的頻率規(guī)定為800kHz。
其次，為了測量樣品W表面的狀態(tài)，說明所設(shè)置的測量端口140。本實施例中，測量端口140安裝與樣品W對置的天線110，如后所述，可垂直從上方，通過形成于平板115的多個貫通孔，測量樣品W表面上薄膜等的狀態(tài)。并且，采用在測量樣品W的外周部的位置或樣品W外周與中心的中間位置設(shè)置另外的測量端口140的辦法，能夠獲得有關(guān)樣品W表面的面內(nèi)分布信息。當然，測量端口的安裝并不限于如這里說明的外周部和中間部這兩處等，也可以只配置在一處或三處以上，不用說，或者也可以成為例如，布置在圓周上等其它的配置。
在上述測量端口140，各自設(shè)置例如光纖、透鏡等的光傳送部151，測量直接從等離子體P來的光或等離子體P的晶片W表面上的反射光或干涉光等反映晶片W表面狀態(tài)的光學(xué)信息，傳送到例如由照相機、干涉薄膜儀或圖象處理裝置等構(gòu)成的測量儀表152。測量儀表152由測量儀表控制/運算部153控制，同時進而與上位的系統(tǒng)控制部154連接起來。系統(tǒng)控制部154是，通過控制接口155，時而監(jiān)視時而調(diào)節(jié)裝置或包括裝置的系統(tǒng)狀態(tài)的控制用的控制器。上述測量儀表控制/運算部153，可以認為是由多個存儲用芯片或微處理器構(gòu)成的電子電路，或單片微計算機等一個芯片中構(gòu)成的電子電路。
本實施例的等離子蝕刻裝置構(gòu)成如以上，利用該等離子蝕刻裝置，進行例如氧化硅膜的蝕刻時的具體工藝如下。
首先，作為處理對象物的晶片W，由圖未示出的樣品送入機構(gòu)送入處理室100以后，安置并吸附于下部電極130上邊，根據(jù)需要，調(diào)整下部電極高度并設(shè)定規(guī)定的間隔。依次，用真空抽氣系統(tǒng)106使處理室100內(nèi)抽真空，一方面，由氣體供給部116，把樣品W蝕刻處理需要的氣體，例如C4F8、Ar和O2，以規(guī)定流量和混合比，例如Ar400sccm、C4F815sccm和O25sccm，從天線110的平板115供給處理室100。同時，處理室100內(nèi)部要調(diào)整規(guī)定的處理壓力，例如成為2Pa。另一方面，用磁場形成部101，在平板115下方附近形成相當于對天線電源121的頻率450MHz的電子回旋共振磁場強度的大約160高斯的水平磁場。而且，用天線電源121從天線110發(fā)射UHF頻帶電磁波，由于與磁場相互作用而在處理室100內(nèi)生成等離子體P，進而控制天線高頻電源123、偏壓電源134，對晶片W進行蝕刻等的處理。
各電源的投入功率，例如天線電源121約為1000W，天線高頻電源123約為300W，偏壓電源141約為800W。而且，即使未結(jié)束蝕刻處理，停止供給功率和處理氣體也就結(jié)束蝕刻。
反映該處理中的等離子發(fā)光或晶片表面狀態(tài)的光學(xué)信息，通過測量端口140，由光傳送部151等傳送并在測量儀表152執(zhí)行測量，在測量儀表控制/運算部153，根據(jù)測量結(jié)果執(zhí)行運算處理，傳遞給上位的系統(tǒng)控制部154，通過控制接口155控制等離子處理裝置系統(tǒng)。
即，具有包括蝕刻量(例如，蝕刻深度和膜厚)的分光器的測量儀表152的測定用光源(例如鹵光源)來的多波長發(fā)射光，經(jīng)由光傳送部151導(dǎo)入真空室103內(nèi)，以大約垂直入射角命中被處理材料W。
如圖2所示，本實施例中，被處理材料W具有在襯底的硅40上邊層疊作為掩模材料的有機化合物光刻膠44、用作被處理材料的BARC(Back Ainti-Reflection Coating有機材料的防反射)膜43、氮化硅膜42、和氧化硅膜41的構(gòu)造。真空室103內(nèi)反射的光，由于被處理材料表面反射的放射光9A、9B和因掩模材料反射的放射光10A、10B形成干涉光。即，導(dǎo)入到掩模材料44無蝕刻處理的部分的放射光9，由BARC材料43上面反射的放射光9A和從襯底硅40和氧化硅膜41的表面反射的放射光9B形成干涉光。導(dǎo)入掩模材料44的放射光10，由在掩模材料44上面反射的放射光10A和在掩模材料44與BARC膜43之間形成的界面上反射的放射光10B形成干涉光。
這些干涉光是掩模材料44的刻蝕量與膜(BARC膜)的刻蝕量(本圖中是蝕刻量50)的干涉成分。這些干涉光通過重疊的測量端口140、光傳送部151，導(dǎo)入測量儀表152的分光器，按照從分光器來的輸出信號，在測量儀表控制/運算部153進行被處理材料的蝕刻量和掩模材料的膜厚或工藝(在這里，蝕刻)的終點判定處理。
測量儀表152具有分光器，并且測量儀表控制/運算部153接收測量儀表輸出的數(shù)據(jù)信號，具備在此進行規(guī)定處理的第1數(shù)字濾波電路、微分器、第2數(shù)字濾波電路，進而，具備判定用于所謂膜厚或蝕刻終點的蝕刻狀態(tài)的微分波形圖形的數(shù)據(jù)庫的存儲部、微分波形比較器、根據(jù)這些比較器的結(jié)果，運算并判定蝕刻終點的運算器、以及用于使用者顯示上述數(shù)據(jù)信號或處理后的數(shù)據(jù)、判定結(jié)果的顯示部156。
可以認為顯示部156是，使用液晶或CRT的顯示器，用光、聲等通知到達規(guī)定膜厚或終點信息的通知部或其組合等。本實施例中，配備顯示部156，它具備制成曲線顯示測量數(shù)據(jù)的顯示器和用光、聲通知的單元。
此外，本實施例的裝置還具備以下功能，即使用顯示部156上顯示的測量數(shù)據(jù)，顯示看到該顯示數(shù)據(jù)的使用者所需要的特定信息，以及為使用者指定用于檢測或運算特定信息所必需的信息。例如，用于指定在顯示部156上顯示的時間-波長座標上的特定點或任意點或其數(shù)據(jù)的指針的指定功能，對指定點中的數(shù)值以及這些值代表的特定量如特定的時間和波長、刻蝕速度和膜厚等刻蝕狀態(tài)進行運算或檢測的功能以及在規(guī)定的位置顯示這些數(shù)值使使用者易于確認的功能。
用于上述數(shù)值運算的裝置，可以使用配備于測量儀表控制/運算部153中的運算器，也可以使用遠離該裝置配備的、可以授受所測量或檢測的數(shù)據(jù)的其它的運算器。
另外，圖1是表示蝕刻量測定裝置的功能性構(gòu)成，顯示部156和除去分光器的測量儀表152的實際構(gòu)成，可以由CPU、保持蝕刻深度和膜厚測定處理程序或微分波形圖形數(shù)據(jù)庫等各種數(shù)據(jù)的ROM或測定數(shù)據(jù)保持用的RAM和外部存儲裝置構(gòu)成的存儲裝置、數(shù)據(jù)的輸入輸出裝置、以及通信控制裝置來構(gòu)成。這對于以下說明的其它實施例也同樣。
基于真空室103內(nèi)的發(fā)光對本實施例的測量儀表152、測量儀表控制/運算部153，說明處理的概略。有關(guān)圖1中所示測量儀表152取進的被處理材料和掩模材料的多波長發(fā)光強度，作為時間系列信號的數(shù)據(jù)進行平滑化處理，并作為平滑化微分系數(shù)時間系列數(shù)據(jù)存入RAM等的存儲裝置內(nèi)。而且，根據(jù)該平滑化微分系數(shù)時間系列，求出表示波長對干涉光強度微分值的依賴關(guān)系(把波長作為參數(shù))的實際圖形。
另一方面，就微分波形的數(shù)據(jù)庫來說，預(yù)先設(shè)定干涉光強度對與成為測定對象的被處理材料和掩模材料的臺階差對應(yīng)的波長帶寬的微分波形圖形數(shù)據(jù)值。其結(jié)果的微分波形圖形，用顯示部156顯示被處理材料的蝕刻狀態(tài)量。
另外，打算擴大測定被處理材料面內(nèi)進行控制的場合，也可以設(shè)置多個分光器。
此外，如上述實施例那樣不使用在真空室內(nèi)提供光的光源，也可以通過使用上述測量端口140和光傳送部151，用測量儀表152來測量真空室103內(nèi)產(chǎn)生的等離子光的干涉光。在這種情況下，從晶片表面反射的等離子光入射到測量端口140。而且，為了測量等離子光的變化，在真空室103的側(cè)壁上配置了可接收內(nèi)側(cè)光的測量端口160和光傳送部161，將其檢測的信號作為參照光。該參照光不通過從晶片表面直接入射的光路，而是能檢測等離子光的變化的光。在本實施例中，等離子光被設(shè)于側(cè)壁上的受光器得到。
圖2是蝕刻處理中途的被處理材料縱剖面形狀，圖3中示出處理中獲得被處理對象晶片W的干涉光波長實際圖形例。圖2中，被處理材料(晶片)是在硅襯底40上邊層疊掩模材料41。該蝕刻工藝中，硅襯底是被蝕刻材料，這樣的加工處理，稱為例如用于進行器件隔離的STI(淺溝槽隔離)蝕刻。
圖3中，以橫軸為蝕刻時間，以縱軸為規(guī)定范圍的波長，用顏色濃淡表示各個時間任意波長的光強度。如該圖所示，因干涉光波長的大小，隨蝕刻處理時間變化的其強度變化的圖形也在變化。長波長區(qū)域(第2波長帶寬例如700nm)的干涉光數(shù)據(jù)的微分波形，隨著蝕刻處理時間變化而其大小變化的周期很大，相對地慢慢變化。另一方面，短波長區(qū)域(第1波長帶寬例如300nm)的干涉光微分波形與長的長波長區(qū)域相比，變成為更短的周期。
并且，由該圖很清楚，采用處理本實施例的真空室103內(nèi)發(fā)光變化的辦法，就明確掩模材料的蝕刻產(chǎn)生干涉成分的變化和被處理材料與掩模材料的臺階差產(chǎn)生的干涉成分的變化。這是因為蝕刻的材料折射率(例如，硅與作為掩模材料的氮化膜的折射率和溝槽部分的真空折射率)因波長而不同的緣故。
并且，可見，隨著蝕刻時間經(jīng)過，微分后的干涉光變化圖形可分成3個區(qū)域。即，圖3中，可以認為分別是在BSRC材料的蝕刻、氮化硅(SiN)的蝕刻、氧化膜(SiO2)的蝕刻中的干涉光。并且，可見在各范圍內(nèi)，表示數(shù)據(jù)值大的色濃區(qū)域，在波長與時間的坐標平面(二維)上具有特定的圖形。就是，具有規(guī)定大小以上范圍，或規(guī)定大小以下范圍值的數(shù)據(jù)，在該坐標平面上，交互成條紋狀排列著，值大的“山嶺”區(qū)和“山谷”區(qū)交互排列起來。這些“山嶺”或“山谷”表示，干涉光是在特定值以上或以下的大小變化的波長隨時間的變化。進而，可知有這樣的特征該條紋狀“山嶺”區(qū)，中間其值有減小的部分，可見使該“山嶺”斷開。
根據(jù)發(fā)明人的研究，可以知道，這些圖形可能是被處理材料和掩模材料的蝕刻產(chǎn)生的干涉光疊層，“山嶺”、“山谷”的圖形表示被處理材料的蝕刻產(chǎn)生的干涉光強度，斷開上述“山嶺”的值小的區(qū)域就是掩模材料的蝕刻產(chǎn)生干涉光疊加到被處理材料的蝕刻產(chǎn)生的干涉光上的結(jié)果而發(fā)生的。
就是，上述“山嶺”、“山谷”等圖形是因?qū)?yīng)的被處理材料隨時間的經(jīng)過，從伴隨蝕刻變化的晶片表面來的發(fā)光(反射光)相互干涉而獲得，圖形反映蝕刻的進行或狀態(tài)及其變化。通過利用這些數(shù)據(jù)的圖形特征，可以知道被處理材料的蝕刻狀態(tài)(剩余膜的厚度或到達終點)，可以判定掩模材料的蝕刻狀態(tài)。并且，如圖3所示，如果處理具有多層膜疊層構(gòu)造的半導(dǎo)體晶片，就呈現(xiàn)各層的上述特征變化，能夠明確蝕刻進行對時間的經(jīng)過，可以檢測隨其進行的蝕刻狀態(tài)變化。本發(fā)明就是基于發(fā)明人的這種認識和研究。
利用圖4，說明本實施例的上述干涉光數(shù)據(jù)的顯示例。圖4是表示，利用圖3有關(guān)的數(shù)據(jù)通過第1實施例的顯示部顯示的蝕刻狀態(tài)例圖。
該圖中，如上述，取橫軸為蝕刻時間，縱軸為干涉光波長來表示干涉光的微分數(shù)據(jù)。通過利用該示出的數(shù)據(jù)，可知如下。從上述數(shù)據(jù)上隨時間經(jīng)過的圖形變化，分成與被蝕刻的各材料對應(yīng)的多個區(qū)域，從各個區(qū)域的時間長短可以知道蝕刻各材料層需要的時間。如果預(yù)先精確地知道這些膜的層厚，由該時間就可以知道蝕刻速度(速率)。
并且，可以看出，設(shè)立于各區(qū)域，選擇特定的“山嶺”并重疊其上的方式連結(jié)特定值的坐標(本實施例中，(a，b)、(c，d)、(e，f))線。與該線重疊的“山嶺”表示對應(yīng)的被處理材料(BARC、SiN、SiO2)的蝕刻，按照時間的變化是怎樣進行的。如果知道被處理材料的折射率等，就可以從對應(yīng)于上述“山嶺”的線，檢出該被處理材料的蝕刻速度(速率)。
這是由于從干涉光的微分圖形利用檢出的蝕刻速度，可以判定，能更高精度地判斷蝕刻中所說膜厚或判定終點的蝕刻狀態(tài)。并且，如上述可以測定對應(yīng)于各被處理材料區(qū)域的蝕刻時間(可以知道蝕刻各膜層需要的時間)，而且也能高精度測定各材料的膜厚。對于這些的測定或判定而言，都利用起因于蝕刻掩模材料產(chǎn)生干涉光變化的特征，蝕刻掩模材料產(chǎn)生的干涉光與蝕刻被處理材料產(chǎn)生的干涉光的疊加影響大大降低，將誤檢測抑制到極其之低。
另外，可在圖形顯示器等的顯示部156上以數(shù)值、曲線等表示上述獲得的蝕刻狀態(tài)數(shù)據(jù)。并且，也可以設(shè)法使這些數(shù)據(jù)存入另外的存儲裝置內(nèi)。因此，使用者也能知道干涉光波形的微分數(shù)據(jù)隨時間變化的方式，同時借助于裝置判定的蝕刻狀態(tài)、剩余膜厚或蝕刻速度等，可向使用者提供調(diào)節(jié)裝置運轉(zhuǎn)時的有用信息，也提高裝置運用的效率。
并且，這些干涉光的微分波形圖形對被處理材料的每個狀態(tài)都有特征性圖形。被處理材料的材料不同，其圖形也改變起來，因而對于處理需要的各種材料和蝕刻深度范圍，預(yù)先通過實驗等求出數(shù)據(jù)，把微分波形圖形作為標準圖形，保存在存儲裝置內(nèi)就行。這些存儲裝置也可以配備在測量儀表控制/運算部153內(nèi)，也可以配備作為與電纜連接的外部存儲裝置。
接著，利用上述干涉光的微分波形圖形，以下說明更高精度判定蝕刻狀態(tài)的本發(fā)明另外的實施例。
上述第1實施例中，處理成為處理對象的晶片以前，預(yù)先進行成為樣品晶片的蝕刻處理，把此時得到的蝕刻速率或膜厚作為以后處理的實際處理晶片的基準數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)使用前提在于，處理樣品的晶片和進行實際處理的晶片的蝕刻條件只看作大約相同的規(guī)定差別范圍內(nèi)。
現(xiàn)有技術(shù)中，這樣的蝕刻條件技術(shù)規(guī)格各不相同，為了測定這種數(shù)據(jù)對樣品晶片進行了處理。因此，例如，決定在蝕刻氣體的規(guī)格每批不同這樣的情況下，在這些規(guī)格變化的限度內(nèi)，進行樣品晶片的處理并取得數(shù)據(jù)，就需要那部分的時間。即，這種現(xiàn)有技術(shù)中，為了盡快適應(yīng)使用者需要，用許多不同條件要每次少量處理晶片這樣的運轉(zhuǎn)的方式，小批中包括要以不同處理條件處理晶片的情況，就損失了處理效率。
進而，在處理樣品晶片中含有異?，F(xiàn)象的情況下，就把含有這種現(xiàn)象影響的數(shù)據(jù)用作基準，因此根據(jù)該數(shù)據(jù)在實際晶片處理中，以不適合實際的條件完成處理，就有處理后的半導(dǎo)體器件不滿足預(yù)期的規(guī)格，發(fā)生降低成品率問題的擔心。
于是，本實施例中，處于不同蝕刻氣體規(guī)格等的蝕刻條件不同的多個處理數(shù)據(jù)，取得成為基準的數(shù)據(jù)。
圖5A～5E是上下排列表示進行蝕刻條件不同的多種處理時獲得的干涉光的微分波形數(shù)據(jù)的曲線圖。因為蝕刻條件不同，所以各種條件下干涉光微分波形的數(shù)據(jù)，圖形也不同。特別是，數(shù)據(jù)大的值和小的值的區(qū)域分布或處理時間不同，表示蝕刻速度也不同。圖6A～6E是表示有關(guān)這些不同條件的多個數(shù)據(jù)，采用特定的參數(shù)，整理這些數(shù)據(jù)的圖形時的干涉光的微分波形圖形。
該圖6A～6E中，當作特定參數(shù)，采用主成分解析右側(cè)示出的微分波形數(shù)據(jù)所得的特定成分，本實施例中為第2主成分。如圖5所示，因多種不同蝕刻條件的波形數(shù)據(jù)中得到的第2主成分峰值(最小值)的位置，分別位于不同的位置。所疊加的數(shù)據(jù)可以是干涉光所決定的信號或微分波形中的任何一個。上述干涉光的波形數(shù)據(jù)的第1主成分表示的量，相當于所謂等離子發(fā)光模式的多波長干涉光平均的固有光譜性質(zhì)。另一方面，第2主成分表示的量，表現(xiàn)由第1主成分造成的偏移，是表示等離子發(fā)光引起的干涉光怎樣變動。最小值是指微分該成分的值為通過零點的值。
按照發(fā)明人的研究，如圖6A～6E所示的曲線，用左側(cè)一列示出的箭頭表示的上述第2主成分的波形峰值(最小值)位置各個成了幾乎相同位置，伸縮對齊橫軸上的蝕刻時間長度范圍的情況下，可知，對應(yīng)的右側(cè)一列的微分圖形在特定范圍成了大致相似形狀。特別是可見，大值區(qū)域和小值區(qū)域的分布成為大致相似的形狀。
這樣一來，由于使圖形對齊后的多種蝕刻條件下使用求出的數(shù)據(jù)，所以能夠高精度檢測蝕刻的狀態(tài)。
例如，如上述，通過使具有大致相似形狀圖形的多個數(shù)據(jù)疊加并使用平均值，就能夠抑制特殊現(xiàn)象、條件下的數(shù)據(jù)圖形帶來的影響，進行精度更高的判定。
并且，重合之際，預(yù)定基準的橫軸(時間)和縱軸(波長)坐標組合，并使用轉(zhuǎn)換為該基準的時間-波長的坐標位置上的值。
例如，比基準坐標要擴大橫軸時間的間隔使圖形對齊(使第2主成分的最小值位置對齊)的情況下，需要求出擴大前原坐標點間的點的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)插入原坐標點的數(shù)據(jù)，使用求出的數(shù)據(jù)。這種場合，可有采用眾所周知的數(shù)學(xué)上數(shù)據(jù)的插入方法。
除了圖6的例子中所示那樣將不同刻蝕條件下求得的數(shù)據(jù)在時間座標上進行變換疊加之外，也可以將同一刻蝕條件下多個晶片處理時的數(shù)據(jù)加以疊加或求其平均值。如果所使用的晶片上膜的構(gòu)成大致相同，就沒有必要象圖6那樣對數(shù)據(jù)進行變換和疊加。在這種情況下，在上述時間-波長座標空間中干涉光量隨時間的變化中，對數(shù)據(jù)進行疊加在多個晶片處理中產(chǎn)生的噪聲等微小變動和偏差對刻蝕狀態(tài)的檢測造成的誤差等影響變小，而且明確了各波長的干涉光量的變化。特別是，由于在波長長的區(qū)域中減小了微小的變動，從而增大了干涉光的變化。由此抑制了來自光刻膠膜的影響，能夠更加清楚地檢測被處理材料膜的刻蝕狀態(tài)。
接著，利用圖7、8說明判定本實施例半導(dǎo)體制造裝置中上述蝕刻等狀態(tài)進行處理的工作流程。圖7是說明判定圖1中所示半導(dǎo)體制造裝置中蝕刻狀態(tài)，進行處理的工作流程的流程圖。圖8是表示圖7中所示B部分的工作流程的流程圖。
圖7中所示的例子是進行晶片的處理(本實施例中，進行蝕刻)，取得給樣品的晶片進行蝕刻處理的數(shù)據(jù)，從該取得數(shù)據(jù)獲得蝕刻速度等規(guī)定的蝕刻狀態(tài)數(shù)據(jù)以后，表示進行實際晶片處理的流程。
圖7實施例的半導(dǎo)體制造裝置中，在步驟701，進行晶片處理前的初始設(shè)定。就該初始設(shè)定而言，有存儲樣品晶片數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫名或處理的晶片識別名稱、剩余膜厚的判定步驟號碼、目標的剩余膜厚值或用于終點判定的基準值等。該步驟后，開始晶片處理(步驟702)。
在步驟703中，一旦確認晶片處理開始，就開始對處理中的數(shù)據(jù)進行取樣。這樣，在步驟704，圖1中所示的測量端口140，接收從晶片表面反射的處理室100內(nèi)的發(fā)光，通過光纖等光傳送部151，利用具有分光器的測量儀表152和接收其信號的測量儀表控制/運算部153，取得干涉光的數(shù)據(jù)。
更具體點說，在該步驟的數(shù)據(jù)，從光傳送部151送到分光器的處理室100內(nèi)的光，作為有關(guān)多波長的時間系列信號進行輸出，在測量儀表控制/運算部153用數(shù)字濾波器平滑化處理。該平滑化處理后的數(shù)據(jù)，采用眾所周知的辦法(S-G法)算出微分系數(shù)，再次用數(shù)字濾波器進行平滑。這樣，獲得多種波長的干涉波形微分數(shù)據(jù)就用作時間波長坐標的數(shù)據(jù)。將這樣得到的數(shù)據(jù)與基準的數(shù)據(jù)比較，如后所述，算出晶片上的剩余膜厚值。
接著，在步驟706，判斷是否判定剩余膜厚，判斷為沒有判定時，進到步驟708，判斷是否結(jié)束對現(xiàn)在處理中晶片的數(shù)據(jù)取樣。在步驟706判斷為判定剩余膜厚時，在步驟707判斷判斷對象膜的剩余厚度是否為判斷基準的規(guī)定值以下，大于規(guī)定值時返回步驟704并繼續(xù)晶片的處理和數(shù)據(jù)取樣。判斷為小于規(guī)定值時進入步驟708。在步驟708，判斷為結(jié)束數(shù)據(jù)取樣時，在步驟709中，進行數(shù)據(jù)取樣的結(jié)束和此時必要的設(shè)定。
接著，在步驟710，判斷是否處理所得的數(shù)據(jù)。如果判斷為不需要處理，進入步驟714并判斷晶片處理結(jié)束。這時，取得的數(shù)據(jù)，可以以后處理，也可以存入硬盤等的存儲部。
判斷為進行數(shù)據(jù)處理時，在示出步驟711的B，處理數(shù)據(jù)。在這里，用圖8詳細說明所進行的處理。利用B中處理過的數(shù)據(jù)，在步驟712算出蝕刻條件。存儲、記錄算出的蝕刻條件以后，結(jié)束數(shù)據(jù)處理，判斷是否結(jié)束晶片處理(步驟713、714)。判斷為結(jié)束處理時，進行規(guī)定的晶片處理結(jié)束操作(步驟715)，判斷為繼續(xù)樣品晶片處理，進行蝕刻處理實際處理晶片等連續(xù)處理時，返回步驟702。
用圖8詳細說明圖7的處理B。在步驟801，判斷可否處理數(shù)據(jù)。例如，放電開始或消電時序使容器內(nèi)的光信號過渡性變化期間以外的時間范圍被選擇。對該選定的數(shù)據(jù)處理可能范圍進行上述平滑化時間系列數(shù)據(jù)的主成分解析(步驟802)。
在步驟803中，算出該主成分解析的結(jié)果獲得的有關(guān)主成分的第2主成分固有光譜的得分(SCORE)，在步驟804，采用該得分時間變化的微分處理等辦法，算出第2主成分取最小值(極值)的時刻。該微分處理方面，使用S-G法等大家都知道的方法。
關(guān)于在步驟804得到變成極值的時刻，判斷是否進行疊加其它蝕刻條件的晶片處理中所得時間-波長的微分波形數(shù)據(jù)的處理(步驟805)，進行處理時，為了疊加并對齊圖形，使時間標度重合，使其與成為第2主成分極值的時刻相同(步驟806)。
接著，在步驟807，為了進行疊加，利用眾所周知的插入方法算出規(guī)定坐標(時間-波長)上的值，在步驟808，利用算出的數(shù)據(jù)進行求出疊加平均的處理。這樣，用得到的數(shù)據(jù)算出的蝕刻狀態(tài)數(shù)據(jù)，就能夠根據(jù)處理中含有樣品的特殊現(xiàn)象，把給數(shù)據(jù)的影響抑制到很低，高精度求出蝕刻速率或時間。
并且，可以使用現(xiàn)有技術(shù)中不能進行的，各種蝕刻條件下的晶片處理中得到的各個數(shù)據(jù)圖形、特定范圍(時間-波長)圖形的數(shù)據(jù)，提高晶片處理的效率，同時用于判定實際處理晶片的數(shù)據(jù)具有高的精度。因此，即使說晶片材料質(zhì)量或蝕刻條件的規(guī)格頻繁變化這樣的情況下，也能進行更高效率更高成品率半導(dǎo)體器件的處理。
在上述實施例中，用來存儲在處理晶片時得到的數(shù)據(jù)或者用來讀出數(shù)據(jù)的記錄保持單元如硬盤等，可以作為裝置的一部分配置于裝置內(nèi)部，也可以用電纜或無線方式等與測量儀表控制/運算部153連接為可以授受數(shù)據(jù)的方式。而且，也要以利用網(wǎng)絡(luò)和在與該裝置不同的場所設(shè)置的存儲裝置授受必要的數(shù)據(jù)。此外，通過使用該存儲裝置接受到的其他裝置處理時的數(shù)據(jù)，在更少的工藝周期中也可以高精度地檢測出刻蝕狀態(tài)，從而能夠提高晶片處理的效率和成品率。
另外，使用上述顯示部156，該裝置的使用者可以從保存的多個數(shù)據(jù)中加以選擇，還可以下述指令對所選擇的多個數(shù)據(jù)彼此之間或者和該裝置得到的數(shù)據(jù)之間進行疊加運算，并在顯示部156上顯示該運算結(jié)果。而且，使用者還可以選擇用來保存所得到的數(shù)據(jù)的存儲裝置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體制造裝置，使用容器內(nèi)發(fā)生的等離子，蝕刻處理配置于該容器內(nèi)且表面上具有多層膜的半導(dǎo)體晶片，該半導(dǎo)體制造裝置具備顯示部，用來顯示來自上述蝕刻處理的規(guī)定期間內(nèi)所得到的上述晶片表面的多種波長光的變化；以及根據(jù)該顯示的多種波長光的變化量，判定上述蝕刻處理狀態(tài)的判定單元。
2.一種半導(dǎo)體制造裝置，使用容器內(nèi)發(fā)生的等離子，蝕刻處理配置于該容器內(nèi)且表面上具有多層膜的半導(dǎo)體晶片，該半導(dǎo)體制造裝置具備在上述蝕刻處理規(guī)定的期間，測定來自上述晶片表面的光的測定部；顯示部，顯示與由該測定部測定的上述規(guī)定期間的上述光的變化有關(guān)的數(shù)據(jù)；利用上述數(shù)據(jù)，運算上述蝕刻處理狀態(tài)的運算部；以及根據(jù)該運算部的運算結(jié)果，調(diào)節(jié)上述蝕刻處理的控制器。
3.一種半導(dǎo)體制造裝置，具備測量儀，用來檢測來自表面上具有多層膜且用發(fā)生的等離子體處理的半導(dǎo)體晶片表面的光的干涉；顯示部，顯示在上述處理規(guī)定的期間所得到的上述光的干涉變化；以及利用上述光的干涉變化在特定值以上的上述光的波長隨時間的變化，判定上述處理速度并在上述顯示部顯示的判定部。
4.一種半導(dǎo)體工藝狀態(tài)的判定方法，具備用發(fā)生的等離子體處理表面上具有多層膜的半導(dǎo)體晶片期間，測定來自該半導(dǎo)體晶片表面的光干涉的步驟；以及根據(jù)該測定的光干涉的變化成為規(guī)定值以上的上述光的波長隨時間的變化，判定上述半導(dǎo)體晶片的上述多層膜之中一種膜的厚度的步驟。
5.一種半導(dǎo)體工藝狀態(tài)的判定方法，具備用發(fā)生的等離子體處理表面上具有多層膜的半導(dǎo)體晶片期間，檢測來自該半導(dǎo)體晶片表面的光干涉的變化的步驟；以及對多個半導(dǎo)體晶片檢出的光干涉變化的數(shù)據(jù)進行疊加，根據(jù)從該疊加的數(shù)據(jù)所得到的光干涉的變化成為規(guī)定值以上的上述光波長隨時間的變化，判定上述半導(dǎo)體晶片的上述膜中一種厚度的步驟。
全文摘要
利用容器內(nèi)發(fā)生的等離子體，蝕刻處理配置于該容器內(nèi)，而其表面具有多層膜的半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體制造裝置中，在上述處理規(guī)定的期間，在顯示部顯示所得的上述晶片表面來的多種波長光的變化；以及根據(jù)顯示的多種波長光的變化量，判定上述蝕刻處理的狀態(tài)。
文檔編號H01L21/3065GK1479352SQ0214141
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者臼井建人, 吉開元彥, 吉田剛, 山本秀之, 之, 彥 申請人:株式會社日立高新技術(shù)