CN101459049A

CN101459049A - 一种用于探测刻蚀终点的装置及方法

Info

Publication number: CN101459049A
Application number: CNA2007101720781A
Authority: CN
Inventors: 张卫航
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-17

Abstract

一种用于探测刻蚀终点的方法及装置，涉及集成电路刻蚀工艺制程领域，其结构包括用于产生探测光束的激光发生器和用于检测相关信息的检测器。本发明基于预定条件，并根据所检测的相关信息来确定是否为刻蚀终点并停止刻蚀。本发明提高了刻蚀终点探测的精确度。

Description

一种用于探测刻蚀终点的装置及方法

技术领域

本发明涉及集成电路刻蚀工艺制程领域，具体涉及集成电路光罩制造蚀刻工艺制程领域中用于干法刻蚀的一种用于探测刻蚀终点的装置及方法。

背景技术

在半导体制成中，干法刻蚀是刻蚀工艺的一种方法。在干法刻蚀中，用低压等离子体放电来去除集成电路中小尺寸图形里的材料。等离子体与硅片表面发生反应，然后去掉表面的材料。

干法刻蚀不同于湿法腐蚀之处在于它对下面的材料没有好的选择比。因此，需要终点探测(end-point detector)来检测刻蚀工艺并停止刻蚀以减小对下面材料的过度刻蚀。终点检测系统测量一些不同的参数，如刻蚀速率的变化、在刻蚀中去除的腐蚀产物的类型或在气体放电中活性反应剂的变化。

在现有技术中，有一种终点检测的方法是光发射谱。这种方法集成在刻蚀腔体中以便进行实时检测。

下面举例对现有技术的终点探测装置进行说明，参见图1，在此例中被刻蚀晶片的上层材料从上到下依次为光阻41，金属氧化层42，金属层43，石英玻璃44。在此例中，需要刻蚀掉的材料是金属层43，即需要进行终点探测的是金属层43。

现有的用于探测刻蚀终点装置的结构包括：

激光发生器1，用于产生探测光束11；

反射棱镜3，用于对所述探测光束11照射被刻蚀晶片后的反射光束21进行反射；

检测器2，用于检测从所述的反射棱镜3反射过来的反射光束21的强度。

进一步地，参见图1，现有的终点探测装置把激光发生器1和检测器2设置在被刻蚀晶片的两侧。

现有的终点探测方法首先在被刻蚀晶片上开一个刻蚀窗口，即窗口处的材料由于没有光阻41保护而将被刻蚀。所述激光发生器1发出探测光束11，所述探测光束11照射到被刻蚀晶片上产生反射光束21。所述的反射光束21通过反射棱镜3的反射，检测器2检测从反射棱镜3反射过来的反射光束21的强度。由于金属层43发射光的能力很强，在被刻蚀的过程中金属层43越来越薄，反射光束21便越来越弱。当窗口内金属层43刻蚀完毕时，反射光束21达到一个反射光束极小值。现有的终点探测方法即通过检测反射光束21由强变弱直至变为极小值的转变点，来判断刻蚀的终点。

图2是现有的终点探测装置的工作曲线图。参见图1和图2，由于首先刻蚀的是金属氧化层42，随着被刻蚀的金属氧化物越来越薄，在曲线的起始阶段曲线呈缓慢上升。当开始刻蚀金属层43时，反射光束强度趋于稳定，该阶段为正常刻蚀阶段。当金属层43由于被刻蚀而越来越薄时，反射光强度下降，直至反射光强度下降到一个反射光强度极小值，现有的终点探测方法即通过捕捉所述反射光强度极小值以进行终点探测。

参见图2的对反射光强度极小值的放大图，由于反射光束强度极小值数值太小，且所述反射光强度的极小值附近的曲线趋于平滑且起伏不大，很容易产生误差或探测到错误的点。

因此，由于反射光强度的极小值数值太小难于捕捉，现有技术的终点探测的装置和方法误差较大，甚至会探测到错误的点；并且，由于反射光极小值数值太小，外界因素(比如反射棱镜和噪音等)也会给探测信号(即探测光束和反射光束)带来影响也不可忽略，进一步地造成了误差。

发明内容

本发明的目的是提供了一种终点探测的装置及方法，以提高集成电路刻蚀工艺制程中终点检测精确度。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于探测刻蚀终点的装置，其结构包括：

激光发生器，用于产生探测光束，所述探测光束照射被刻蚀材料；

检测器，用于检测穿透被刻蚀晶片的透射光束强度；

其特征在于：所述激光发生器和所述检测器分别设置于被刻蚀晶片的两侧。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于探测刻蚀终点的方法，其特征在于包括如下步骤：

- 利用一束探测光束照射被刻蚀材料；

- 检测相关信息；

- 基于预定条件，并根据所检测的相关信息来确定是否为刻蚀终点并停止刻蚀。

本发明的终点探测装置的检测器直接检测穿透被刻蚀晶片的透射光，并认为所述透射光由弱变强的转折点即为终点，由于所述的转折点为一个较大数值，相对现有技术的检测反射光束的极小值更加易获得，并且提高了准确度。

附图说明

图1是现有的刻蚀终点探测装置的结构示意图；

图2是现有的刻蚀终点探测装置的工作曲线图；

图3是本发明的实施例一的刻蚀终点探测装置的结构示意图；

图4是本发明的实施例一的刻蚀终点探测装置的工作曲线图；

图5是本发明的实施例二的刻蚀终点探测装置的结构示意图。

图6是本发明的实施例二的探测图形的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

[实施例1]

在本实施例中，参见图3，被刻蚀晶片的上层材料从上到下依次为光阻41，金属氧化层42，金属层43，石英玻璃44。在此例中，需要刻蚀掉的材料是金属层43，即需要进行终点探测的是金属层43。

参见图5，根据本发明的第一方面，提供一种用于探测刻蚀终点的装置，其结构包括：

激光发生器1，用于产生探测光束11，所述的探测光束照射刻蚀窗口中的被刻蚀材料。

检测器2，用于检测穿透被刻蚀晶片的透射光束22的强度。

进一步地，参见图3，本实施例的终点探测装置把激光发射器1设置在被刻蚀晶片的上方，把检测器2设置在被刻蚀晶片的下方。

本发明的第二方面提供了一种用于探测刻蚀终点的方法。本实施例的终点探测方法首先在被刻蚀晶片上开一个刻蚀窗口，包括如下步骤：

- 首先利用激光发生器1发出探测光束11，照射刻蚀窗口中的被刻蚀材料，所述探测光束11穿透被刻蚀晶片成为透射光束22。

- 然后利用检测器2检测所述透射光束22的强度。由于金属层43的反射能力强，透光度差。在被刻蚀的过程中金属层43越来越薄，透射光束22便越来越强。当窗口内金属层43被刻蚀完毕时，透射光束达到最强。

- 本实施例的刻蚀终点探测方法即通过透射光束22由弱变强的转折点，以判断刻蚀的终点。

图4是本发明的实施例一的终点探测装置的工作曲线图。参见图3和图4，由于正常对金属层43进行正常刻蚀时，金属层43的反射光很强且透光能力很弱，透射光束强度较小但趋于稳定。当金属层43被刻蚀到越来越薄时，所述金属层的透光能力变强，透射光束强度越来越大。本实施例的刻蚀终点探测方法即通过对透射光束由弱变强的转折点进行终点探测并停止刻蚀。

参见图4的对透射光束由弱变强的转折点的放大图，由于透射光束由弱变强的转折点较现有技术的反射光由强变弱更易于观察和捕捉。并且透射光束由弱变强的转折点数值较大，容易检测，这充分说明了本发明的优越性。

[实施例2]

在本实施例中，参见图5，被刻蚀晶片的上层材料从上到下依次为光阻41，金属氧化层42，金属层43，石英玻璃44。在此例中，需要刻蚀掉的材料是金属层43，即需要进行终点探测的是金属层43。

进一步地，在本实施例中，探测图形曝光图案的边缘和中心的亮度的比值为40％到60％。

参见图5，本发明的第一个方面提供了一种用于探测刻蚀终点的装置，其结构包括：

探测图形5，将所述探测图形5设置于刻蚀窗口中的金属氧化层42上方。

检测器2，用于检测强度所述探测图形5投影的亮度和宽度。参见图6，所述探测图形5是由不透光材料制成的，所述探测图形5包括1条探测缝隙6。

本发明的第二个方面提供了一种用于刻蚀终点探测的方法。本实施例的终点探测方法首先在被刻蚀晶片上开一个刻蚀窗口，包括如下步骤：

- 首先利用激光发生器1发出探测光束11，照射刻蚀窗口中的被刻蚀材料。

- 在刻蚀过程中，同时对探测图形5进行曝光，得到曝光图案。然后利用检测器2检测所述探测图形5的曝光图案61的亮度和宽度。参照图6，图6的上部为探测图形曝光图案61。图6的下部为以探测图案投影的宽度为横坐标，以探测图案投影的亮度为竖坐标的曲线。图6上部的探测图形曝光图案61的中点与图6下部所示的坐标原点对应。参照图6，可知，在刻蚀的过程中，如图5所示的金属层43越来越薄。由于所述金属43的反射能力强，透射能力差，透射光束强度随着金属层43的刻蚀而越来越强。随着所述透射光束强度的越来越强，探测图案曝光图案61从中点至两边开始逐渐形成，探测图形曝光图案61的宽度越来越宽。所述探测图形曝光图案61的中心的亮度是最亮的，周围的亮度依次递减。

- 参照图5和图6，本实施例的终点探测方法将刻蚀开始时的探测图形曝光图案61的中心亮度设为100％，当检测器2检测到所述探测图形边缘曝光图案61的亮度为所述中心亮度的40％到60％时即进行终点探测并停止刻蚀。

或者，将刻蚀开始时的探测图形曝光图案61的中心亮度设为100％，探测图形曝光图案61边缘的亮度为中心亮度的40％到60％时，检测器2检测到的此时的探测图形曝光图案61的宽度即进行终点探测并停止刻蚀。在本实施例中，所述探测图形曝光图案61的宽度为1微米。

进一步地，在本实施例中当检测器捕捉到的探测图形曝光图案的宽度为1微米，但这并不能用于限制本发明，探测图形曝光图案宽度的具体数值由具体工艺决定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims

1.一种用于探测刻蚀终点的装置，其结构包括：

检测器，用于检测穿透被刻蚀晶片的透射光束强度；

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一个探测图形，所述探测图案包括一条缝隙，所述探测图案设置于刻蚀窗口中的被刻蚀材料上层，

其中，所述检测器用于检测所述探测图形曝光图案的亮度或宽度。

3.一种用于探测刻蚀终点的方法，其特征在于包括如下步骤：

-利用一束探测光束照射被刻蚀材料；

-检测相关信息；

-基于预定条件，并根据所检测的相关信息来确定是否为刻蚀终点并停止刻蚀。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定条件包括以下任一项：

-穿透被刻蚀晶片的透射光束由强变弱的转折点；

-探测图形曝光图案的边缘和中心的亮度的比值达到一个预定阈值，

或者，探测图形曝光图案为其边缘和中心亮度的比值达到所述预定阈值时的宽度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定阈值为40％到60％。