測量方法、電極、再生方法、等離子體蝕刻裝置和顯示方法制造方法及圖紙

提供了一種可以高精度地測量等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法以及具有高精度氣體導入孔的電極。本發明專利技術的等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法，用于測量沿厚度方向貫穿等離子體蝕刻裝置用電極中的基材而設置的氣體導入孔，包括：使光從基材的一面側朝向氣體導入孔進行照射；獲得通過氣體導入孔而透過基材的另一面側的光的二維圖像；以及基于二維圖像，測量氣體導入孔的直徑、內壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一個。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法、電極、電極的再生方法、再生電極、等離子體蝕刻裝置、氣體導入孔的狀態分布圖及其顯示方法
本專利技術涉及等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法、電極、電極的再生方法、再生電極、等離子體蝕刻裝置、氣體導入孔的狀態分布圖及其顯示方法。
技術介紹
等離子體蝕刻裝置在真空腔室內產生等離子體并且對半導體晶片等的對象物進行蝕刻。真空腔室內設置承載對象物的承載臺和與該承載臺對向配置的上部電極。承載臺上設有下部電極。而且，上部電極上設有將氣體導入真空腔室內的孔(氣體導入孔)。處理對象物時，從該孔向真空腔室內導入氣體，在下部電極和上部電極之間施加高頻電壓，產生等離子體，來進行對象物的蝕刻。使用該裝置的低溫等離子體的半導體元件的蝕刻微細加工也被稱為干蝕刻。干蝕刻是半導體元件的處理。干蝕刻將光刻后硬化的被蝕刻膜上的光刻膠作為掩膜，通過反應氣體的等離子體在硅/絕緣物膜(例如，SiO2、PSG、BPSG)/金屬膜(例如，AL、W、Cu)等上形成溝或孔的圖案。據此，按照光刻裝置形成的圖案，進行正確的微細化加工。在進行干蝕刻時，根據真空腔室內的被蝕刻的膜來導入蝕刻氣體，施加高頻，并且產生等離子體。根據通過離子碰撞來削去抗蝕劑(掩模材料)未覆蓋區域的反應離子蝕刻(RIE：ReactiveIonEtching)的工藝，來進行干蝕刻。通過使等離子體放電生成的離子與硅晶片上的被蝕刻膜進行表面化學反應，并且將該生成物真空排出，來進行干蝕刻。該處理后，抗蝕劑的有機物通過灰化工藝進行燃燒。如果微細圖案的尺寸與被蝕刻膜的厚度接近，則采用RIE。目前的半導體元件的形成中該干蝕刻是主流。特別是，在使用300mm(毫米)尺寸的硅晶片的半導體元件的超微細加工中，集成度很高，線寬(Line)和線間(Space)的間距很嚴格。因此，進一步要求提高根據干蝕刻的加工特性、成品率和生產率。CMOS半導體元件的設計規則傾向于柵極長度從14nm(納米)發展至9nm，并且蝕刻的線寬和線間也同樣變得嚴格。在這種半導體元件的制造中，不僅圖案的尺寸精度，還需要克服圖案的腐蝕、發塵、充電所引起的損壞、隨時間變化等問題。進一步，通過可與晶片的大口徑化對應的反應氣體的導入，期待控制所產生的等離子體的技術。在干蝕刻中，加工精度、圖案形狀、蝕刻選擇比、晶片面內加工均一性、蝕刻速度等為重要因素。例如，為了因干蝕刻形成的圖案加工截面垂直，稱為側壁保護膜的沉積膜不應過厚。而且，如果側壁保護膜的膜厚存在偏差，則成為尺寸變化的原因。因此，不需要側壁保護膜的理想低溫蝕刻的技術是重要的。而且，圖案底部的不充分的側壁保護膜形成、移動表面的粒子、表面溫度、底部的氣體流動等也需要考慮。而且，關于蝕刻的均一性，反應氣體的流動、等離子體的均一性、偏置的均一性、溫度的均一性、反應生成物再附著的均一性等各種條件的均一性是必須的。特別是對于大口徑(例如，300mm的尺寸)的晶片，反應生成物再附著的均一性對蝕刻處理的均一性影響很大。為了降低等離子體蝕刻裝置和蝕刻處理的成本，需要高效的等離子體處理、連續處理、部件長壽命產生的運行成本降低等。為了高效的等離子體處理技術或者高生產能力，怎樣實現不良加工發生的減少、適應時間的減少、高運轉率(低故障率)、維護頻率的減少等成為問題。尤其是，等離子體蝕刻裝置的上部電極是蝕刻處理時被消耗的部件。因此，對蝕刻處理同時變化的上部電極的狀態、氣體導入孔的狀態、未使用時的電極狀態和使用前后的狀態進行非破壞的監測技術在解決干蝕刻的各種問題時非常重要。這里，等離子體蝕刻裝置中制造上部電極時，例如，在硅單結晶的圓盤上通過金剛石鉆頭的鉆孔加工等來形成氣體導入孔。在專利文獻1中，公開了將處理裝置的構成部件(例如，具有氣體噴出孔的噴頭部和上部電極)在蝕刻液中進行表面處理的清洗方法。通過該技術，去除鉆頭鉆孔加工時產生的毛刺等，使構成部件的表面平坦化。該上部電極上設置的氣體導入孔的內徑非常小，為200μm(微米)至500μm左右。而且，由于需要貫穿板的厚度，氣體導入孔的長度常常超過10mm。如果沒有高精度地形成這種氣體導入孔，等離子體蝕刻所需的氣體不能均一地導入腔室內，很容易使對象物處理面內不均一。近年，晶片等對象物變得大型化，高精度地形成很多氣體導入孔是非常重要的。這里，非破壞地測量上部電極上設置的細長的氣體導入孔的狀態是非常困難的。為此，上部電極的壽命未根據氣體導入孔的狀態進行管理，而是根據使用時間進行管理。也就是，將預計的上部電極使用時間和顆粒產生量之間的關系進行數據獲取，根據該數據，當顆粒產生量超過容許范圍的使用時間到達的情況下，判斷為到達上部電極的壽命。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:特開2003-68653號公報
技術實現思路
專利技術要解決的問題干蝕刻的被蝕刻膜例如列舉為Si、poly-Si、Si3N4、SiO2、Al、W、cu、Ta2O5、TiN等。作為反應蝕刻氣體，主要使用CF4、SF6、CL2、Hbr、CHF3、CH2F2、H2、C2F6、C4F8、BCL3等的鹵素元素的化合物氣體。根據等離子體蝕刻裝置的被蝕刻膜大致分為Si和poly-Si膜用的、絕緣膜用的和金屬膜用的三種。根據被蝕刻膜的種類，等離子體蝕刻裝置的結構要素不存在大的差別，蝕刻氣體的差別、蝕刻腔室內部的材質、蝕刻的終點檢測方法被對應于被蝕刻的材料進行最合適的設定。RIE中，為了在300mm尺寸的硅晶片的大的面積上均一地生成離子，需要穩定地產生高密度的等離子體。為此，如果在上部電極上附著有反應生成物，則不能再晶片面內均一地提供離子噴射，可能產生使蝕刻不達標的灰塵。最初，干蝕刻裝置使用在具有上部/下部電極的平行平板型的結構中使蝕刻氣體在電極間流入和排除的類型。現在，使用上部電極中設有貫穿孔且使低蒸氣壓得被蝕刻氣體噴射狀噴出的RIE裝置。該RIE裝置中，在蝕刻的處理腔室內，晶片基座設置在下部電極上。在該處理腔室中，蝕刻氣體供給系統和真空(0.1Pa左右)系統連接。下部電極上設有高頻電源和基座調溫系統。進一步，為了將處理腔室保持為真空，經常具有裝載閉鎖的前室。為了提高生產率和可靠性，在蝕刻腔室中在真空狀態下運送硅晶片。該運送機構稱為裝載閉鎖機構。在單片式(SingleWafer)處理硅晶片的蝕刻裝置中，使用可通常容納25片硅晶片的卡盒，通過機器來運送該卡盒。據此，通過一套/兩個/卡盒方式來自動運送硅晶片。通過線寬1μm以下的超微細加工，在產生等離子體時，降低現有的1Torr～數百mTorr的氣體壓力并且改善碰撞硅晶片表面的粒子方向，以及需要使等離子體密度變高且提高吞吐量。為此，重要地是非破壞地掌握具有0.5μm左右的貫穿孔的硅上部電極的貫穿孔內面的粗糙度等。圖案的加工尺寸(CD：CriticalDimension)受到作為復雜反應的干蝕刻生成物質、自由基和離子的不均一性的影響。從硅上部電極的貫穿孔導入的蝕刻氣體和反應生成物的排氣、下部硅電極溫度的硅晶片面內全部的均勻性是需要的。但是，非破壞地測量上部電極上設置的細長的氣體導入孔的狀態是非常困難的。這里，雖然可以考慮作為非破壞測量的X射線圖像測量，但是因為上部電極中設有很多氣體導入孔，在與孔的長度方向直交的方向中獲得X射線圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法，所述氣體導入孔設置成沿厚度方向貫穿所述等離子體蝕刻裝置用電極中的基材，其特征在于，所述方法包括：使光從所述基材的一面側朝向所述氣體導入孔進行照射；獲得通過所述氣體導入孔而透過所述基材的另一面側的所述光的二維圖像；以及基于所述二維圖像，測量所述氣體導入孔的直徑、內壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一個。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.12.26 JP 2014-266571;2014.12.26 JP 2014-266571.一種等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法，所述氣體導入孔設置成沿厚度方向貫穿所述等離子體蝕刻裝置用電極中的基材，其特征在于，所述方法包括：使光從所述基材的一面側朝向所述氣體導入孔進行照射；獲得通過所述氣體導入孔而透過所述基材的另一面側的所述光的二維圖像；以及基于所述二維圖像，測量所述氣體導入孔的直徑、內壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一個。2.如權利要求1所述的等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法，其特征在于，所述光是相干光。3.如權利要求1所述的等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法，其特征在于，基于沿所述二維圖像的掃描線的信號的斜率，來測量所述氣體導入孔的內壁面的粗糙度。4.如權利要求1所述的等離子體蝕刻裝置用電極上設置的氣體導入孔的測量方法，其特征在于，還包括：從所述基材的一面側來獲取所述氣體導入孔的開口部圖像，在測量所述氣體導入孔時，基于所述二維圖像和所述開口部圖像來進行測量。5.一種電極，用于等離子體蝕刻裝置，其特征在于，包括設有多個氣體導入孔的板狀基材，所述多個氣體導入孔在厚度方向上貫穿所述板狀基材，所述多個氣體導入孔的直徑被測量。6.一種電極，其特征在于，在通過權利要求1所述的測量方法進行測量的情況下，通過將所述多個氣體導入孔的內壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一個收斂在預設的一定范圍內來形成。7.如權利要求5所述的電極，其特征在于，所述基材的主材料是硅。8.如權利要求5所述的電極，其特征在于，所述基材的主材料是石英。9.如權利要求5所述的電極，其特征在于，所述基材的主材料是碳化硅。10.如權利要求5所述的電極，其特征在于，在所述基材上設置多個氣體導入孔，從所述基材的一面側照射的光通過所述多個氣體導入孔，到達所述基材的另一面側。11.如權利要求5所述的電極，其特征在于，透過所述多個氣體導入孔的光的強度的偏差為預設的一定值以下。12.一種等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，所述電極設有在基材厚度方向中貫穿的氣體導入孔，其特征在于，所述方法包括：測量在所述等離子體蝕刻裝置中使用了規定時間的所述電極的所述氣體導入孔的狀態；基于所述氣體導入孔的狀態的測量結果，進行所述基材的表面的研磨和所述氣體導入孔的內壁面的加工的至少之一；以及測量加工后的所述氣體導入孔的狀態。13.如權利要求12所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，包括：測量所述氣體導入孔的狀態；使光從所述基材的一面側朝向所述氣體導入孔進行照射；獲得通過所述氣體導入孔而透過所述基材的另一面側的所述光的二維圖像；以及基于所述二維圖像，測量所述氣體導入孔的直徑、內壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一個。14.如權利要求13所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，所述光是相干光。15.如權利要求13所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，基于沿所述二維圖像的掃描線的信號的斜率，來測量所述氣體導入孔的內壁面的粗糙度。16.如權利要求13所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，還包括：從所述基材的一面側來獲取所述氣體導入孔的開口部圖像，在測量所述氣體導入孔時，基于所述二維圖像和所述開口部圖像來進行測量。17.如權利要求12所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，在所述氣體導入孔的狀態的測量結果中，在所述氣體導入孔的內壁面的粗糙度收斂在預設范圍內時，對所述基材的表面進行研磨，當不收斂在預設范圍內時，對所述氣體導入孔的內壁面進行加工。18.如權利要求12所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，所述氣體導入孔的內壁面加工包括使所述氣體導入孔的直徑變大的穿孔加工和對所述氣體導入孔的內壁面的蝕刻加工的至少一種。19.如權利要求12所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，所述氣體導入孔的內壁面加工包括進行使所述氣體導入孔的直徑變大的穿孔加工之后，對所述氣體導入孔的內壁面進行蝕刻加工。20.如權利要求12所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，所述基材的主材料是硅。21.如權利要求12所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，所述基材的主材料是石英。22.如權利要求12所述的等離子體蝕刻裝置用電極的再生方法，其特征在于，所述基材的主材料是碳化硅。23.一種等離子體蝕刻裝置用的再生電極，設有貫穿基材的厚度方向的氣體導入孔，其特征在于，測量再生前的電極的所述氣體導入孔的狀態，基于所述氣體導入孔的測量結果來進行所述基材的表面研磨和所述氣體導入孔的內壁面加工的至少一種，測量加工后的所述氣體導入孔的狀態。24.如權利要求23所述的等離子體蝕刻裝置用的再生電極，其特征在于，所述氣體導入孔的狀態的測量包括：使光從所述基材的一面側朝向所述氣體導入孔進行照射；獲得通過所述氣體導入孔而透過所述基材的另一面側的所述光的二維圖像；以及基于所述二維圖像，測量所述氣體導入孔的直徑、內壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一個。25.如權利要求24所述的等離子體蝕刻裝置用的再生電極，其特征在于，所述光是相干光。26.如權利要求24所述的等離子體蝕刻裝置用的再生電極，其特征在于，基于沿所述二維圖像的掃描線的信號的斜率，來測量所述氣體導入孔的內壁面的粗糙度。27.如權利要求24所述的等離子體蝕刻裝置用的再生電極，其特征在于，所述氣體導入孔...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鈴木崇之，
申請(專利權)人：A·SAT株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP