JP2005150340A - エッチング条件だし方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ストッパパターン上とこれに隣接したストッパパターン外にエッチングパターンを設け、探針でこれらのエッチパターンの深さを計測・比較することによって、オーバーエッチ量を計測し、エッチングの条件だし、条件のモニターに用いる。
【選択図】 図1
Description
(1)基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とするエッチング方法。
(2)半導体基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(3)基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより形成した所定穴の深さを、探針と試料を相対的に走査することにより計測する計測装置であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較する手段を備え、穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチング条件を出力するようにしたことを特徴とする穴の深さ計測装置。
<実施例1>
図1に本発明で用いるパターンと計測方法を説明する。配線層101に向かってエッチングする穴パターン102に隣接して、配線層のパターンが無いところにダミーの穴103を設ける。これは、実施例6で後述するように、このようなパターンの形成された露光マスクを用意してレジストに転写してもいいし、電子線などで直接レジストに転写してもよい。
ここで、e1は層間絶縁膜100のエッチングレート、e2は配線層101のエッチングレートである。これを用いて、オーバーエッチ量Δdの定量計測が可能となる。図1(b)のようなアンダーエッチの状態では、A=Bとなり、アンダーエッチ量は計測することができないが、安定な導通穴のエッチングのためには若干のオーバーエッチ状態にエッチャーの条件を設定して、バラツキがあっても導通が確保できるようにするため、オーバーエッチ量の計測ができれば問題ない。
先端のとがった探針200が一端に形成されたカンチレバー207が微動Z軸209、微動XY軸208に取り付けられている。208、209は通常、印加電圧によって変形量が制御できる圧電素子を用いて構成されるが、ボイスコイルモータなど他の駆動素子を用いることもある。変位量は変位センサ(不図示)によって計測される場合もある。
さらに、図3を用いて、膜厚計と併用した場合の実施例を示す。この図に示すように、領域ごとの絶縁膜100の厚みと穴102の深さdが分かれば穴が、配線層101に到達しているか、あるいは、どのくらい届いていないか、または、削りすぎているかが計測できる。
つぎに、図4及び図9を用いて、直接穴底の抵抗値を計測と併用した場合の実施例を示す。図9の装置で試料150の高さプロファイルを計測するときに図4(a)のように直流電圧251を探針200に印加して流れる電流を電流計250によって計測する。直接配線層101からグランドを取れない場合には、図4(b)に示すように、交流電圧252を印加して、そのときの電流を250によって検知してもよい。
次に、本発明を半導体装置の製造工程用いる方法について説明する。
図11は、導通穴エッチング状態の計測結果のプロセスフィードバックの説明図である。ウェーハは成膜、研磨、ホトリソグラフィー(レジスト塗布・露光・現像)、エッチといった工程を繰り返すことで半導体デバイスとして加工されていく。
次に、図12を用いて膜厚測定・触針式の段差計あるいはAFM測定とエッチャー、CMP(研磨)装置の構成の別の実施例を示す。ウェーハカセット420からウェーハをロボットアーム421がロードしエッチャー410で処理をして、ウェーハカセット420に戻す。この前後で膜厚測定器413や、触針式の段差計あるいはAFM400で計測を行う。
つぎに、図13を用いて触針式の段差計あるいはAFMによる穴深さ計測の走査方法の一実施例を示す。この図は、実施例1の図1に示した断面図に対する平面透視図であり、試料150には絶縁体層100下に配線層101がある。
ここで、実施例1で言及した本発明の露光マスクおよび露光プログラム(露光データ)について詳述する。本発明の露光マスクおよび露光データは図15(a)に示した配線パターンを含む露光マスクあるいは露光データと、図15(b)に示した導通パターンを含む露光マスクあるいは露光データの組からなる。
101…下地配線層
102…導通穴
103…ダミー穴
150…試料
200…探針(触針)
201…全体制御器・コンソール
202…Z軸制御系
203…XY軸制御系
204…XYZ軸ステージ
205…位置センサ
206…レーザダイオード
208…XY軸圧電素子
209…Z軸圧電素子
210…抵抗測定手段
230…分光計
231…膜厚計算手段
232…観察用カメラ
234…光源
235…照明レンズ
236…ハーフミラー
237…絞り
238…ズームレンズ
250…電流計
251…直流電圧
252…交流電圧
400…原子間力顕微鏡あるいは触針式段差計
410…エッチャー
411…CMP装置
413…膜厚測定装置
420…ウェーハカセット
421…ロボットアーム
600…投影露光装置
601…光源(可視光源、紫外光源、電子線源、X線源)
602…露光マスク
603…投影光学系
700…直接描画装置
701…光源(レーザ光源、電子線源)
704…ブランキング手段
705…偏向手段
703…光学系
710…制御手段
711…設計データ記憶手段。
Claims (18)
- 基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とするエッチング方法。
- 半導体基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより所定深さの穴を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較することにより、これら穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチングの条件出し工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項2において、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さの差がオーバーエッチ量と比例関係にあることを用いて、オーバーエッチ状態を検出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項3において、穴の深さを探針式の微細立体形状計測装置で計測することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項3において、下地導電体層に導通孔がつながっているかどうかの計測のため、探針式の微細立体形状計測装置を用いて、形状と同時に探針と試料の間に電圧を掛けたときの電流を計測することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項3において、探針式の微細立体形状計測装置による穴深さ計測結果と膜厚計測装置による膜厚計測結果を用いて、これらの結果を比較対照することによって、下地層に穴が到達しているかどうかを判定し、あるいは、下地層に対して穴の削りすぎ量あるいは削り足りない量を計測することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 基板上に、導電体層からなる下地層パターンと、前記下地層パターンを含む基板表面全体に形成された絶縁層とを備えた試料に、下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む露光マスクを用いて露光・エッチングすることにより形成した所定穴の深さを、探針と試料を相対的に走査することにより計測する計測装置であって、前記下地層の存在する領域に形成された穴の深さと、前記下地層が存在しない領域に形成された穴の深さとを計測・比較する手段を備え、穴のエッチング状態を判断して適正深さの穴を形成するエッチング条件を出力するようにしたことを特徴とする穴の深さ計測装置。
- 上記下地層上の穴の深さとその近傍の下地層がない穴の深さとを計測し、これらの差からオーバーエッチ量を計算し出力する手段を有していることを特徴とする請求項7記載の計測装置。
- オーバーエッチ量・下地層上の穴深さ・下地層がない箇所の穴深さのうち少なくとも1種類の試料上分布を表示する手段を有していることを特徴とする請求項7記載の計測装置。
- 探針と試料を相対的に走査することにより、試料上の指定された箇所の局所的な高さを計測することが可能な計測装置であって、高さ計測と同時に試料と探針の間に電圧をかけた結果流れる電流を同時に計測し、高さ分布データと比較することが可能なデータを出力する手段を有していることを特徴とする請求項7記載の計測装置。
- 探針と試料を相対的に走査することにより、試料上の指定された箇所の局所的な高さを計測することが可能な計測装置の出力と、試料上の最上層の膜厚を計測することが可能な計測装置の出力を得て、これらのデータを比較表示することが可能な手段を備えていることを特徴とするデータ処理装置。
- 探針と試料を相対的に走査することにより、試料上の指定された箇所の局所的な高さを計測することが可能な計測装置と試料上の最上層の膜厚を計測することが可能な計測装置をともに搭載し、これらのデータを比較表示することが可能な手段を備えていることを特徴とする計測装置。
- 下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンを少なくとも含む半導体装置。
- 上記下地層は導電体層パターンであり、上記穴は導通孔パターンであることを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
- 下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計データを有することを特徴とする露光データ。
- 上記下地層は導電体層パターンであり、上記穴は導通孔パターンであることを特徴とする請求項15に記載の露光データ。
- 下地層の存在する領域と、その近傍の下地層が存在しない領域に同時に穴をエッチングするよう設計されたパターンあるいはこのパターンを少なくとも含む露光マスク。
- 上記下地層は導電体層パターンであり、上記穴は導通孔パターンであることを特徴とする請求項17に記載のパターンあるいはこのパターンを含む露光マスク。
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