TWI244695B - Ending point detecting apparatus and ending-point detecting method - Google Patents

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1244695 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關係—種採用電漿_等加卫被處理層之過 對被處理層之終點檢測。 【先前技術】 么士伴Ik著半導體褒置之微細化’開極氧化膜係薄膜化，其 結果，係於乾姓刻成為閘電極之多晶石夕膜時，需要於閑極 乳化膜露出之前檢測蝕刻的終點。為此，係如特開 2001-85388號公報所示、藉由利用干涉光之終點檢測; 法’於閘極氧化膜露出之前檢測蝕刻終點。 百先，參照圖10說明適用習知技術之終點檢測方法的蝕 刻裝置。 圖10所示之蝕刻裝置，係具備處理室1〇、配置於處理室 !〇的底面並且作為設置有半導體基板u之試料台的下部電 極12、於下部電極12之上方按一定間隔設置的上部頂板 13。上部頂板13的上面係設置線圈14。處理室1 〇中，係設 置氣體供給部（圖中省略）、及連接著真空排氣裝置（圖中省 略）的氣體排出部15。下部電極12及線圈14，係分別藉由各 匹配盖（圖中省略）連接至高頻電源1 6，藉由自高頻電源1 6 向下部電極1 2及線圈14施加功率以執行半導體基板丨丨之姓 刻。 另外，如圖1 0所示，上部頂板1 3裝有窗構件丨7 ,同時於 窗構件17的上方設置有光接收發射裝置19，其係以來自光 源1 8之光照射半導體基板丨丨且收集於半導體基板丨丨反射的 93650-940429.doc 1244695 反射光。光源18和裝置19係介以光纖（opticai衍|361>)2〇相互 連接，裝置19和分光器21、分光器21和終點檢測裝置22係 分別介以光纖20連接。終點檢測裝置22係與蝕刻裝置的控 制部23連接。若自終點檢測裝置22發送終點檢測信號^至 控制部23，則為使蝕刻終止控制部23對高頻電源16送出停 止功率施加的信號25。 以下，參照圖10及圖11(a)、圖11(b)說明習知之終點檢測 方法。 如圖10及圖11(a)所示，自光源（光源18)發出之光垂直照 射至Si基板（半導體基板u)的表面。惟，於Si基板上隔著閑 極氧化膜形成多晶矽膜。自光源發出之照射光一部分係於 多晶石夕膜反射，其它部分係透過多晶石夕膜於閘極氧化膜和 =晶矽膜之界面反射，這些反射光相互干涉後形成干涉 光，該干涉光係途經上部頂板13的窗構件17、裝置19、光 纖20以及分光器21由終點檢測裝置22回收。此處，因為干 涉光之波形（干涉光強度隨時間之變化）隨多晶矽膜的殘留 膜厚變化’故可藉由監視干涉光之波形，檢測多晶矽膜的 殘留膜厚達到所期待值之時刻，即蝕刻終點。 於圖11⑷中，自光源發出之照射光的路徑、自多晶石夕膜 等發射之反射光的路徑，係為方便而分別傾斜著顯示之。、 以下，參照圖Η⑷、圖11(b)說明姓射多晶石夕膜之殘留 膜厚d與干涉光之關係。 如圖11(a)所示，因為自多晶石夕膜發出之反射光與自問極 氧化膜/多晶石夕膜界面發出之反射光間的路徑差係為2d，故 93650-940429.doc 1244695 當自光源發出之光垂直照射至基板時，該路徑差2d原原 本地成為兩束反射光之間的相位差而產生干涉光。因此 如圖11(b)所示，當相位差為多晶矽膜中反射光之波長的整 數倍時，干涉光之強度最強；而當相位差自多晶矽膜中2 射光之波長的整數倍偏離半個波長時，干涉光之強度最 弱。即，干涉光之強度隨蝕刻量的增大而週期性變化^ 夕aa石夕膜之殘留膜厚d與干涉光的關係，可用下式（1)〜(3) 顯示。 干涉光之強度=A2+B2+2ABxc〇s(a-b) 相位差（a-b)=2 7Γ nx(2d/ λ ) ··· (2) 殘留膜厚d=d〇_Rt / …（3) A、B表示各反射光的振幅，a、b表示各反射光之初期相 位，η係整數，表反射光的反射次數，d係多晶矽膜的殘留 膜厚，d〇係多晶矽膜的初始膜厚，R係多晶矽膜的蝕刻速 度，t係蝕刻時間，λ係光之波長。 以下，參照圖12(a)〜圖12(c)之工序之剖面圖說明習知之 半導體裝置之製造方法，具體而言，係習知之閘電極形成 方法。 首先’如圖12(a)所示，於形成有元件隔離32的半導體基 板31上利用熱氧化等形成閘極氧化膜33後，利用 CVD(chemical vap〇r dep〇siti〇n)法等成膜方法依次形成多 晶矽膜34及矽氧化膜35。之後，利用微影技術形成所期待 之閘極圖案3 6。 接著’如圖12(b)所示，利用乾蝕刻技術以閘極圖案36為 93650-940429.doc 1244695

掩護膜（_k)㈣刻碎氧化膜35後，執行灰化及清洗以除 去閘極圖案36。由此而形成成為閘極圖案之矽氧化膜I 接著，如圖i2⑷所示，利用乾敍刻技術以成為問極圖案 之石夕氧化膜35A作掩護膜（mask)乾餘刻多晶石夕膜34。圖12(〇 係顯示蝕刻終點剛剛檢測完的狀態。 、於圖U⑷所示之多晶石夕膜34之乾#刻中，係藉由利用上 述干涉光之習知終點檢測方法檢測#料點者。即，係根據 f晶石夕膜34之殘㈣厚之㈣待值檢職料點者。具體而 吕’比如殘留膜厚之所期待值係5〇nm，光之波長係_細， 干涉光之波形達到第二個極大值之時刻作為敍刻終點檢 測。利用干涉光波形的極大值以檢測姓刻終點之理由，係 因為如此能簡單地判斷㈣終點是否正常檢測出者。惟， 弋⑴（3)所不’亦可不用極大值或極小值檢測敍刻終 點，亦可設定光之波長為任意值。 但是’根據形成閘極所用之上述f知終點檢測方法乾敍 刻多晶石夕膜34時，終點檢測時所獲得之干涉光的波形並非 正弦波形，而成為圖13所示之波形，其結果係，如圖叫句 斤丁曰產生不可能執行終點檢測閘極氧化膜33損傷的問 題。具體而言，係於閘極氧化膜33中產生穿孔37。 另外，於特開2001-85388號公報中所示、利用干涉光之 二J k /則方法中，為抵消來自成為掩護膜之光阻層之反射 光的影響，係利用短週期干涉波形的相位差接近的2種反射 光:：虛終點(pseudoend)之檢測。具體而言，係算出兩束 干涉光之強度比或者該強度比的微分值。於此方法中，因 93650-940429.doc •1244695 為2種反射光之相位差係可根據兩個干涉波形之強度比求 出，故強度比（=相位差）接近規定值或強度比（=相位差）的微 分值接近0之時刻可作為虛終點檢測。作為虛終點，如圖 12(c)所示，為防止閘極氧化膜33的過姓刻，用試樣晶圓設 疋多日曰矽膜34僅殘留一點時之時刻。於晶圓結構（例如掩護 膜配置）不同之產品晶圓中，由於光阻層之開口率、圖案依 賴性以及微影工藝中之尺寸偏差等之影響，與試樣晶圓之 情形相比，干涉波形多少會有所差異，不能正確控制為被 敍刻膜之多晶石夕膜的歹免留膜厚。因&，終·點檢測時間隨晶 圓結構變化之結果係導致發生閘極氧化膜損傷之問題。另 外，終點檢測後蝕刻條件切換至高選擇比條件，同時因為 於高選擇比條件，尺寸控制性惡化，故當終點檢測時間隨 晶圓結構變化時，對每個晶圓而言，閘極長度皆出現偏差。 【發明内容】 本發明之目的，係在於提供一種於利用電漿蝕刻等加工 被處理層時，確實能藉由干涉光檢测加工終點之終點檢測 方法及終點檢測裝置，由此可防止起因於終點檢測錯誤之 閘極氧化膜的損傷等。 為達到上述目的，本案發明人等研究了出現圖13所示之 干涉光波形紊亂之原因，獲得以下見解。即，如圖14所示， 可以認為：於蝕刻多晶矽膜時所產生之干涉光，不僅係由 多晶石夕膜（P〇ly-Si)上之反射41、及於閘極氧化膜 (Si〇2)/P〇ly-Si界面之反射42重疊形成，而係由成為掩護膜 之矽氧化膜（TEOS)表面的反射43 '於TE〇s/p〇iy_si界面的 93650-940429.doc 10 •1244695 反射44、及Si02/石夕基板（Si基板）界面的反射45重疊形成。 此處，本案發明人等特別著眼於起因於蝕刻中厚度變化之 TEOS及Poly-Si的反射。 如圖I5⑷及圖15(b)所示，可認為：於實際蚀刻多晶石夕膜 時形成之干涉％，係於成為掩護膜之碎氧化膜（si〇2膜）上 形成之干涉光51與於P〇ly-Si上形成之干涉光52的合成波。 圖16顯示干涉光51、52的波形。如圖16所示干涉光 52(Poly-Si/Si〇2/Si結構）的波形為正弦波，干涉光$ 結構）的波形卻為眨眼一看之單調增加函數。干涉光“的波 形之所以忐被視為單調增加函數，係成為掩護膜之矽氧化 膜(Si〇2膜)的蝕刻量少之故’干涉光51的波形實際上亦係正 弦波。 因為干涉光51、52分別係於成為掩護膜之矽氧化膜 (TEOS)及多曰曰曰石夕膜（p〇ly_Si)i產生者，故如圖^所示，於 干涉光51和切光52間存在干涉光發生光源之偏移Δί1，因 此發生相位差5。該相位差5依賴於成為掩護膜之矽氧化 膜的初始膜厚d()l、該發氧化膜之㈣速度&、多晶石夕膜的 初始膜厚dQ2、該多晶石夕膜的㈣速度&以及該多晶石夕膜之 蝕刻時間1，用下式（4)表示。 ^ =2 7Γ Δ d/ Λ -(2"λ )χ〔 d〇i_(Ri_R2)t〕…⑷ 因此，干涉光51與干涉光52之間的相位差人可用下式（5) 表示。 93650-940429.doc 1244695 =(2π/λ ){2n(d01-d02)- d〇1- [ (Rl-R2)(2n-1) ) t} …（5) 此處，、係干涉光51之相位差，匕係干涉光52之相位差。 因此，干涉光51之波形與干涉光52之波形的合成波形， 係如圖18所示。本案發明人等發現_所示之合成波形， 係與實際㈣多晶石夕膜時所形成之干涉光的》皮形基本一 致°即發現實際#刻多晶梦臈時所形成之干涉光，係由於 成為掩護膜之梦氧化膜表面之干涉、及於多晶賴表面之 干涉決定。此外’本案發明人等發現，藉由自被測干涉光 波形中除去於掩護層產生之干涉成份，便能計算出於多晶 矽膜產生之干涉光之波形，並確實能夠依據該已計算之干 涉光波形檢測敍刻終點。 具體而s，貫際蝕刻多晶矽膜所獲得之干涉光波形（終點 檢測波形）係成為圖19⑷所示之波形。可認為該波形係相當 於圖19⑻所示之正弦波與圖19⑷所示之斜率為負之一次 函數（單調減少曲線）之積。因此，利用實際蚀刻多晶石夕膜時 所獲得之干涉光，作成如圖19⑷所示，斜率為負的—次函 數（單調減少曲線）’並同時求出作成之-次函數與所取得之 干涉光波形之比’由此便能除去於掩護層產生之干涉成 份。換㊂之，能夠取出僅由多晶矽膜產生之干涉光。 另外，本案發明人等為從所獲得之干涉光作㈣率為負 之-次函數’對給定波長範，所定相㈣二重積分終 點檢測波形之方法。該二重積分由下式（6)表示。 ii sincot · doo · dt= -K · t ".(6) -12- 93650-940429.doc • 1244695 此處，k為常數、ω為角讳苜銮、+ 勺用頻羊、t為時間，為簡單化，假定 終點檢測波形為正弦波。如式ί6)所-1 — 巧0)所不，能夠藉由於某波長 範圍對終點檢測波形積分而作成斜率為負之一次函數。 如上所述，如下式（7)所示，能益山I， Κ } η7Γ此精由求出某波長的終點檢 測波形與某波長範圍内已積分 W刀I終點檢測波形的比，獲得 於多晶矽部分產生之、所期待之干涉光。 (僅由所期待之多晶石夕部分產生之干涉光） =(某波長的終點檢測波形）/(對某波長範圍積分之終點檢 測波形） …⑺ 而提下’式⑺中，分子表不多晶矽膜的殘留膜厚(切削 量）’分母表示於掩護部之干擾成分。此處，若分子波長係 為短波長，則終點檢測波形中便出現多個極大值或者極小 值，這有可能導致於終點檢測時發生錯誤，故較佳者，係 設分子波長為400 nm以上。因為若減小分母的波長範圍， 積分波長減少，故被積分之波形無法充分吸收於各波長之 噪聲而導致不能忽略噪聲，結果較佳者係設分母之波長範 圍寬度在100 nm以上。 本叙明係根據以上見解而獲得者。具體而言，本發明所 關係之終點檢測方法，係於利用形成於被處理層上之掩護 層加工被處理層時使用。其包括：藉由以光照射掩護層及 被處理層，測量由來自掩護層及被處理層之反射光所形成 之干涉光的步驟；從被測量之干涉光的波形中除去於掩護 層產生之干涉成份，由此計算出於被處理層產生之干涉光 波形的步驟；藉由所計算之干涉光波形求出被處理層的殘 93650-940429.doc -13- ..1244695 該殘留厚度與所期待之厚度，而檢 理層之加工終點的步驟。 本發明所關係之饮點柃制往要y 層上之掩護層加工二1農置’係於利用形成於被處理 .v . 被處理層時使用。該裝置具備：光源，

護二=掩護層及被處理層；分光器，係測量由來自掩 :二二：理層相對自光源照射之光的反射光所形成之干 ‘產’ “心係從由分光器測量之干涉光中除去於掩護 :生之干涉成份，算出於㈣理層產生之干涉光波形； 2、冬點檢測部，係根據由演算部計算之干涉光波形求出 h理層㈣留厚度’並比較該殘留厚度與所期待厚度， 而檢測被處理層的加工終點。 根據本發明，於利用形成於被處理層上之掩護層加工被 處理層時所執行之終點檢測中，從由掩護層及被處理層之 反射光所形成之干涉光中除去於掩護層產生之干涉成份。 口此，此夠异出於被處理層產生之干涉光的波形，與例如

掩護層配置等晶圓結構無關。故確實能夠根據所計算之該 波形檢測對被處理層之加工終點。例如於乾蝕刻成為閘電 極之夕晶矽膜時，確實能防止起因於終點檢測錯誤之閘極 氧化膜之損傷。 【實施方式】 (第一實施形態） 以下，參照附圖說明本發明之第一實施形態所關係之終 點檢測方法。於該實施形態，以閘電極形成工序中之多晶 矽膜的乾蝕刻為例加以說明，於必須正確控制被處理層殘 93650-940429.doc -14- •1244695 留厚度之其它乾蝕刻工序適用與本實施形態相同的方法 時’亦能獲得與本實施形態相同之效果。 圖1(a)〜圖1(d)係顯示採用第一實施形態所關係之終點檢 測方法之半導體裝置之製造方法的各工序的剖面圖。 首先，如圖1(a)所示，於形成有元件隔離1〇2之半導體基 板101上，利用例如熱氧化等成膜方法形成閘極氧化膜 1〇3。之後，利用例如CVD法等成膜方法於閘極氧化膜i〇j 上依次形成多晶矽膜104及矽氧化膜1〇5。之後， 技術於矽氧化膜1〇5上形成具有所期待之閘極圖案的光Z 圖案106。 接著，如圖1⑻所示，採用乾钱刻技術以光阻圖案1〇6作 掩護乾餘刻碎氧化膜105後，為除去光阻圖案⑽執行灰化 及洗淨，由此而形成成為閘極圖案之矽氧化膜105A。 接著，如圖1(c)所示，採用乾银刻技術，以成為閘極圖案 之石夕氧化膜H)5A為掩護乾姓刻乡晶石夕膜1〇4。具體而言，例 如採用感㈣合電即CP)錢刻裝置，於為產生電聚之施 加功率3蕭、試料台施加功、壓力0^、^流量 2〇 nU/min、HBr流量 25 ml/min、cf4流量 25 mi/min、⑺流 量3 ml/min等條件下執行乾蝕刻。 乾I虫刻夕碎膜104 %之本實施形態的終點檢測方法如 下。首先，藉由以光照射為掩護 理層之多晶石夕膜1 〇 4，測量由來自 104之各反射光所形成之干涉光 長）比如為600 nm之干涉光（測量 之矽氧化膜105A及為被處 石夕氧化膜105A及多晶石夕膜 。接著，求出波長（特定波 干涉光）的強度與例如波長 93650-940429.doc Ϊ244695 範圍_譲至_賺之測量干涉光之強度之積分值的比。 因為能從測量之干涉光波形中除去於矽氧化膜i〇5a產生之 干涉成份’故能算出於多晶矽膜104產生之干涉光波形。圖 2係顯示如此計算之干涉光的波形圖。最後，藉由根據已計 算之干涉光波形求出多晶賴1G4的殘留厚度，比較該殘留 厚度與所期待厚度，而檢測對多晶矽膜1〇4之加工終點。 於本實施形態，為避免閘極氧化膜1〇3由於多晶矽膜ι〇4 之蝕刻而損傷，於閘電極形成區域的外側亦殘留極少的多 晶石夕膜U)4。此時，殘留之多晶梦膜1〇4厚度係可藉由變更 上述特定波長而設定為任意值。 接著，如圖1(d)所示，蝕刻模式從低選擇比模式切換至 高選擇比模式，以蝕刻除去殘留於閘電極形成區域之外側 的多晶矽膜104。具體而言，採用感應耦合電漿型蝕刻裝 置，在用於產生電漿的施加功率為25〇w、試料台施加功率 為50W、壓力為10Pa、HBr流量為5〇…&匕、〇2流量為 1 ml/mm、He流量為50 ml/min等條件下執行乾蝕刻。此處， 即使路出為底層之閘極氧化膜丨〇3，亦因為閘極氧化膜i 的蝕刻速度非常小，閘極氧化膜103基本不會損傷，而形成 由多晶矽膜104形成之閘電極104A。 如上所述’根據第一實施形態，係於利用形成於被處理 層（多晶矽膜104)上之掩護層（矽氧化膜1〇5A)加工被處理層 k所執行之加工終點中，能從由掩護層及被處理層發出的 各反射光形成之干涉光中除去於掩護層產生之干涉成份。 因此’能算出於被處理層產生之干涉光波形，與例如掩護 93650-940429.doc -16- 1244695 配置等晶龍構差異錢。確實絲據所計算之該波 點檢測波形）檢測被處理層的加卫終點。即，於乾姓刻成為 閘電極之多晶㈣ΠΜ時，確實能防止起因於終點檢測錯爷 之閘極氧化膜之損傷。 、 曰另外’根據第-實施形態’求出特定波長為_ _的剛 置干涉光之強度與波長範圍400⑽至800 nm之測量干涉光 之強度之積分值的比。因此，於多晶㈣1()4之㈣之ζ點 檢測中’確實能從測量干涉光的波形中除去於為掩護層之 石夕乳化膜1G5A產生之干涉成份，故確實能執行終點檢測。 於第-實施形態，為從測量干涉光波形中除切氧化膜 105Α產生之干涉成份，係求出丨種特定波長的測量干涉光之 強度與給定波長範圍的測量干涉光之強度之積分值的比。 不僅如此，亦可求出2種以上特定波長的測量干涉光之強度 與上述積分值的比代替之；或者，求出至少i種特定波^ 測量干涉光之強度與給定波長範圍内包含的至少ι〇種以上 波長的測量干涉光之強度之和的比，以代替之。 於第-實施形態，係採用400 nm至800 nm的波長範圍作 將測量干涉光之強度積分的給定波長範圍，可作為給定波 長範圍利用之波長範圍無特別限定。惟，若給定波長範圍 的下限值係400 nm以上，則能防止算出之終點檢測波形出 現多個極大值或極小值，由此而可防止於終點檢測時發生 錯誤檢測。另外，若給定波長範圍的寬度在1〇〇 nm以上， 則能由積分之波形充分吸收噪聲。而且，若給定波長範圍 係400 nm以上800 nm以下，能更加正確地除去於掩護層產 93650-940429.doc •17· 1244695 生之干涉成份 於第 κ靶形怨，採用600 nm的波長作特定波長，不僅 如此，可作為特定波長利用之波長並無特別限定。惟，較 佳者，係特定波長含於給定波長範圍内。是以，能更加正 確地除去於掩護層產生之干涉成份。另夕卜，若肖定波長係 被處理層之殘留厚度之所期待值的整數倍，已算出之終黑 檢測波形中的極小值或極大值便可作為姓刻終點檢測。 即’第-實施形態中’ ^於檢測被處理層（多晶石夕膜ι〇4)的 加工（蝕刻）終點時’使用已算出之終點檢測波形中之極小值 或極大值’便能簡單地判斷出是否正常檢測了蝕刻終點。 於第-實施形態，被處理層係、為成為閘電極的多晶石夕膜 104。但並不限定於此，被處理層亦可為形成於半導體基 板、半導體基板上之絕緣膜以及半導體基板上之底層中的 任意一個上之半導體層或矽化物層。 於第-實施形態’掩護層係成為閘極圖案之矽氧化膜 105A。但並不限定於此’掩護層亦可為具有任意圖案的感 光性樹脂膜或絕緣膜。 於第-實施形態’係於多晶石夕膜1〇4的钮刻中檢測為被處 理層之多晶碎膜1G4的姓刻終點。但亦可中斷多晶石夕膜ι〇4 的蝕刻來檢測蝕刻終點而代替之。

於第一實施形態，係採用電漿蝕刿士 T 1 A 水鄉刻加工破處理層。但是， 對被處理層的加工種類沒有特殊限宁 ★ ^ 竹沐1良疋，亦可執行化學機械 研磨等。 (第二實施形態） 93650-940429.doc -18- 1244695 以下，參照附圖說明本發明之第二實施形態所關係之終 點檢測裝置及終點檢測方法。本實施形態中，以閘電極形 成工序中之多晶矽膜的乾蝕刻為例加以說明，若對必須正 確控制被處理層殘留厚度的其它乾蝕刻工序適用與本實施 形態相同的裝置和方法，亦能獲得同樣之效果。 圖3係顯示將第二實施形態的終點檢測裝置與乾蝕刻裝 置組合使用之狀態圖。圖3所示之乾蝕刻裝置，係具有處理 室200、配置於處理室2〇〇的底面並成為設置半導體基板 之试料台的下部電極2〇2、於下部電極2〇2的上方按一定間《 隔设置的上部頂板203。於上部頂板2〇3上裝有線圈及窗 構件207。在處理室2〇〇中設置氣體供給部（圖中省略）、連接 著真空排氣裝置（圖中省略）的氣體排出部2〇5。高頻電源 係介以各匹配盒（圖中省略）連接至下部電極2〇2及線圈 2〇4，藉由從高頻電源2〇6向下部電極2〇2及線圈2⑼施加功 率而執行半導體基板201的蝕刻。 本實施形態之終點檢測裝置21〇，係於利用形成於半導體 基板201上之被處理層上之掩護層加工被處理層時使用。具i 體而言，該終點檢測裝置21〇具備：光源211，係以光昭射 掩護層及被處理層；分光器214，係測量由來自掩護層及被 處理層相對自光源照射之光的反射光所形成之干涉光；演 P 21 5a係彳之由分光器2丨4測量之干涉光中除去於掩護層 產生之干涉成份’算出於被處理層產生之干涉光波形；^ 及終點檢測部215b ’係根據由演算部仙計算之干涉光波 形求出被處理層的殘留厚度’並比較該殘留厚度與所期待 93650-940429.doc -19- 1244695 厚度，而檢測對被處理層的加工終點。 運算部21 5a及終點檢測部215b，係可由例如計算機21 5實 現。另外，終點檢測裝置210係具備設置於乾蝕刻裝置的窗 構件207上方的光接收發出裝置212。裝置212以來自光源 211之光照射半導體基板201且收集於半導體基板2〇丨上反 射之反射光。另外，光源2 11和裝置212、裝置2 12和分光器 214、分光器214和計算機21 5係介以光纖213連接。計算機 2 1 5係與乾姓刻裝置的控制部2 2 0連接。若計算機21 5對控制 部220發出終點檢測信號221時，控制部220便為使蝕刻終止 而對高頻電源206發出停止功率施加的信號222。 以下，說明利用本實施形態之終點檢測裝置21〇的終點檢 測方法執行乾蝕刻之情形。 圖4係顯示本實施形態之終點檢測方法之流程圖。 首先’於步驟S1，預先向終點檢測裝置21〇(具體指計算 機21 5)輸入被處理層的初始厚度、掩護層的初始厚度、被 處理層的姓刻速度以及掩護層的蝕刻速度。因為這些蝕刻 速度根據餘刻條件決定，故以事先測得之值作為各蝕刻速 度輸入。亦可作為選擇比輸入這些蝕刻速度。 此處’可藉由式（1)〜(3)(參照「習知技術」）如下式（8)般 求出於掩護層產生之干涉光之強度。 干涉光強度=A2+B2+2ABXC0S(a_b) -A2+B2+2ABxcos(2 π nx(2di/ λ )) -A2+B2+2ABxcos(2 π ηχ(2 (d〇i-Rit )/ λ )) …（8) 93650-940429.doc T244695 需提一下，A、B表示各反射光的振幅，a'b表示各反射 光的初始相位，n是整數，表反射光的反射次數，dl是掩護 層的殘留厚度，d〇1是掩護層的初始厚度，&是掩護層之蝕 刻速度，t是蝕刻時間，λ是光之波長。 如"用以解決課題之手段"中所述，因為於掩護層產生之 干涉光Φ及於被處理層產生之干涉光Θ分別會於各掩護層及 被處理層上發生，而產生干涉光發生光源之偏移，故:生 起因於該偏移之相位差“利用式⑺及式(3)(參照"習知技 術"）可以分別如下式⑼與⑽般表示干涉光φ的相位差匕以 及干涉光Θ的相位差]^。 1 k!=2 π nx2(d〇1-R1t)/ λ …（9) k2=2 π nx2(d〇2-R2t)/ λ …（10) 另外，相位差5與式⑷相同（參照”用以解決課題之手段 可用式（11)表示。 x δ =2 7Γ Δ d/ λ =(2π / λ)χ [ d〇1-(R1.R2)t3 …（11) "因此，干涉光Φ與干涉光e之相位h，與式（5)相同（參照 用以解決課題之手段"）可用式（12)表示。 r =k!-k2- δ =(2π/λ)χ {2n(d01-d〇2).d〇1. ( ( Rl.R2)(2n. t} ^ t} …（12) 此處，n是整數，表反射光的反射次數，l是掩護層的殘 留厚度，dQ1是掩護層的初始厚度，&是被處理層的殘留严 度，d02是被處理層的初始厚度，&是掩護層的蝕刻速度： 93650-940429.doc -21 - 1244695 t是蝕刻時間，λ是光之 ’又是光之波長。

波形。 R2疋被處理層的姓刻速度， 接著，於步驟S2，由終點

(8)雙化馮由下式（13)表示。 I〇=A2+B2+2ABxc〇s(2 7Γ nx(2(d01-Rlt〇)/ λ )) r ’於hto時的相位差r 但是’式（13)中沒有考慮相位差 可從式（12)變化為下式（14)而求出。 r 〇=(2^/λ)χ { 2n(d01.d02)-d01. [(R1-R2)(2n.i)} t〇 } 因此，於時間t為0(tG)時，於掩護層產生之干涉光強度如 圖5(a)所示，較根據式〇3)算出之強度1〇相位延遲γ〇。 以下，如圖5(b)所示，藉由對時間1為“之情形、&之情 形、…Q之情形同樣計算出干涉光的強度，能算出於掩護^ 產生之干涉成份。 接著，於步驟S3，由終點檢測裝置21 〇的運算部2丨5a作成 除去於掩護層產生之干涉成份的終點檢測條件（例如由對 應於被處理層的殘留厚度之所期待值的被處理層產生之干 涉光強度）。 接著，於步驟S4，採用如圖（3)所示之乾蝕刻裝置，開始 對半導體基板201上的被處理層之餘刻處理。 接著，於步驟S5，終點檢測裝置21〇的運算部215a，係從 93650-940429.doc -22- 1244695 分光器2M測量之干涉光(被測量干涉光)中除去上述被預測 之、於掩護層產生之干涉成份。由此算出於被處理層產生 之干涉光波形。接著’終點檢測裝置21〇之終點檢測部 ’係根據算出之干涉光波形求出被處理層的殘留厚 度，比較該殘留厚度與希望厚度，而檢測出被處理層的加 工終點mm算出之干涉光波形是否滿足步驟s3作成 之終點檢測條件。 當於步驟S5判斷出終點檢測條件未滿足時，則於步驟 S6’繼續進行姓刻處理；而當於步驟S5判斷出終點檢測條 件得以滿；i時’亦即檢測出被處理層之加卫終點時，則於 步驟S7,從終點檢測裝置㈣的計算機215向控制部22〇發出 終點檢測信號221。於步驟Μ，控制部220為使蝕刻終止， 對高頻電源206發出停止施加功率的信號222，由此姓刻處 理結束。 如上所述，根據第二實施形態、，於利用开》成於被處理層 上之掩護層加工被處理層時所執行之終點檢測中，能夠從 由掩護層及被處理層之反射光所形成之干涉光中除去於掩 護層產生之干涉成份。因此，能夠算出於被處理層產生之 干涉光的波形，與例如掩護層配置等晶圓結構無關。故確 實能夠根據所計算之該波形（終點檢測波形）檢測對被處理 層之加工終點。@此，例如於乾触刻成為問電極之多晶石夕 膜時’確實能防止起因於終點檢測錯誤之閘極氧化膜之損 傷。 、 根據第二實施形態，係根據預先輸入之掩護層的初始厚 93650-940429.doc •23- 1244695 度、被處理層的初始厚度、被處理層的蝕刻速度及掩護層 的餘刻速度預測於掩護層產生之干涉成份，同時從被測量 干涉光中除去預測之干涉成份，故確實能夠執行終點檢測。 需提一下，於第二實施形態，係終點檢測裝置21 〇的運算 部21 5a根據掩護層的初始厚度、被處理層的初始厚度、被 處理層的蝕刻速度及掩護層的蝕刻速度預測於掩護層產生 之干涉成份，同時從測量干涉光中除去所預測之干涉成 份。但是，亦可藉由由運算部215a求出至少丨種特定波長的 被測量干涉光之強度與給定波長範圍内包含之至少1〇種以 上波長的被測量干涉光之強度之和的比，從被測量干涉光 中除去於掩護層產生之干涉成份，以代替之。或者是，由 運算部215a求出至少一種特定波長之測量干涉光之強度與 給定波長區域之測量干涉光之強度的積分值的比，而從測 ϊ干涉光除去於掩護層產生之干涉成份。 另外，於第二實施形態，被處理層係可為形成於半導體 基板、半導體基板上的絕緣膜以及半導體基板上的底層中 的任意一個上之半導體層或石夕化物層。 另外’於第二實施形態’掩護層係可為具有任意圖案的 感光性樹脂膜或絕緣膜。 另外’於第二實施形態，係、可為於#刻被處理層之過程 中檢測被處理層的蝕刻終點。 另外，於第二實施形態，係採用電衆钱刻加工被處理層。 但是，對被處理層的加工種類無特別限制，例如亦可採用 化學機械研磨法。 93650-940429.doc -24- J244695 (第三實施形態） 以下，參照附圖說明本發明第三實施形態所關係之終點 檢測方法。 圖6(a)〜圖6(c)係顯示採用第三實施形態所關係之終點 檢測方法的半導體裝置之製造方法的各工序的剖面圖。 首先’如圖6(a)所示，在矽基板301上利用熱氧化形成石夕 氧化膜302後，於矽氧化膜302上利用例如CVD等成膜方法 形成氮化矽膜303。之後，採用微影技術形成具有所期待之 元件隔離圖案的光阻圖案304。 接著，如圖6(b)所示，採用例如乾蝕刻技術以光阻圖案 304作掩護，順次對氮化矽膜3〇3及矽氧化膜3〇2進行敍刻 後’為除去光阻圖案304進行灰化及清洗。由此形成成為元 件隔離圖案之氮化矽膜303 A及矽氧化膜302A。 接著，如圖6(c)所示，例如採用乾蝕刻技術，以成為元件 隔離圖案之氮化矽膜303A及矽氧化膜302A作掩護，乾蝕刻 矽基板301。具體而言，例如採用電磁感應電漿（ICp)型蝕 刻裝置，於產生電漿的施加功率為6〇〇w、試料台施加功率 為500W、壓力為7Pa、Cl2流量為15〇 ml/min、〇2流量為 12ml/min等條件下執行乾蝕刻。 於矽基板301之乾蝕刻中，本實施形態的終點檢測方法如 下。首先，藉由以光照射為掩護層之氮化矽膜3〇3八及為被 處理層之矽基板301，測量由氮化矽膜3〇3A及矽基板3〇ι產 生之反射光所形成的干涉光。接著，求出波長（特定波長） 比如為600 nm之干涉光（被測量干涉光）強度與例如波長範 93650-940429.doc -25- 1244-695 間稱為選擇比）較大的條件（具體指選擇比⑽以上的條、 )為t i為可以忽略起因於氮化石夕膜之切削量之干涉 光。 然而’元件隔離圖案之光阻膜開口率係隨半導體製品之 5 -纟圖8所不’於石夕基板之乾钮刻中，石夕基板麵刻 ，度依賴於光阻膜開口率。此乃於乾姓刻時反應生成物之 量㈣員於光阻膜開口率之故。因此，若於石夕基板之乾钮刻 、矛中不執行、,ς點檢測而而固定钱刻時間，會發生石夕基板 切削量之偏差變大的問題。 _ 相對於此’根據第三實施形態，在利用形成於被處理層 (矽基板301)上之掩護層（氮化矽膜3〇3α)加工被處理層時的 、、冬點k測中’能夠從由掩護層及被處理層之反射光所形成 之干’V光中除去於掩護層產生之干涉成份。因此，能夠算 出於被處理層產生之干涉光的波形’與例如掩護層配置等 晶圓結構無關。故確實能夠根據所計算之該波形(終點檢測 波形）檢測對被處理層之加工終點。即，於矽基板3〇1之元 件P同離形成工序中’確實能不依賴光阻膜開口率，抑制矽 基板301之切削量（深度）之偏差。 圖9(a)及圖9(b)係分別顯示採用本實施形態的終點檢測 方法時，各種光阻膜開口率下之終點檢測波形及矽基板的 切削里（冰度）。即，採用本實施形態之終點檢測方法時，如 圖9(b)所示，能獲得與目標值一致之矽基板的切削量（深 度）’與光阻膜開口率無關。 另外，根據第三實施形態，求出特定波長6〇〇 nm之測量 93650-940429.doc -27- •1244695 干涉光之強度與波長範圍在400 11〇1到800 nm的測量干涉光 之強度之積分值的比。於矽基板301的蝕刻終點檢測中，確 實能從測量干涉光的波形中除去於為掩護層之氮化石夕膜 303A產生之干涉成份’從而確實能執行終點檢測。

而且，於第三實施形態，為從測量干涉光的波形中除去 於氮切膜303A產生之干涉成份，求出i種特定&長的測量 干涉光之強度與給定波長範圍㈣量干涉光之強度的積分 值的比值。不僅如此，亦可求出2種以上特定波長的測量干 涉光之強度與上述積分值的比代替之；或者，求出至少i 種特定波長的測量干涉光之強度與給定波長範圍内包含的 至少10種以上波長的測量干涉光之強度和的比，以代替之。 另外，係採用400 nm到800 nm的波長範圍作積分測量干 涉光之強度的給定波絲圍’但可作為給定波長範圍利用 之波長範圍無特別限定。惟，若給定波長範圍的下限值係 400 nm以上，則能防止算出之終點檢測波形出現多個極大

值或極小值，由此而可防止於終點檢測時發生錯誤檢測。 另外，若給定波長範圍的寬度在100 nm以上，則能由積分 之波形充分吸收噪聲。而且，若給定波長範圍係4〇〇 nm以 上800 nm以下，能更加正確地除去於掩護層產生之干涉成 份。當給定波長範圍係4〇〇 nm以上8〇〇 nmW下之範圍時， 能更加正確地除去於掩護層產生之干涉成份。 於第三實施形態，係採用600 nm的波長作特定波長，不 僅如此’可作為特定波長利用之波長並無特別限定。惟， 較佳者，係特定波長包含於給定波長範圍内。是以，能更 93650-940429.doc -28- 1244695 加正確地除去於掩護層產生之干涉成份。另外，若特定波 長係被處理層之殘留厚度之所期待值的整數倍，已算出之 終點檢測波形中的極小值或極大值便可作為蝕刻終點檢 測。即，第三實施形態中，若於檢測被處理層（矽基板3 〇工） 的加工（蝕刻）終點時，使用已算出之終點檢測波形中之極小 值或極大值，便能簡單地判斷出是否正常檢測了蝕刻終點。 於第三實施形態，被處理層係矽基板301。但並不限定於 此，被處理層亦可為形成於半導體基板、半導體基板上之 絕緣膜以及半導體基板上之底層中的任意一個上之半導體 層或秒化物層。 於第三實施形態，掩護層係成為閘極圖案之矽氮化膜 303A。但並不限定於此，掩護層亦可為具有任意圖案的感 光性樹脂膜或絕緣膜。 於第三實施形態，係蝕刻矽基板3〇1之時檢測為被處理層 之矽基板301之蝕刻終點。但亦可中斷矽基板之蝕刻以檢測 蚀刻終點而代替之。 於第三實施形態，係採用電漿蝕刻加工被處理層。但是， 對被處理層的加工種類無特殊限$，亦可執行化學機械研 磨等。 根據本發明，於利用形成於被處理層上之掩護層加工被 處理層時所執行之終點檢測中，從由掩護層及被處理層之 反射光所形成之干涉光中除去於掩護層產生之干涉成份。 因此，能夠算出於被處理層產生之干涉光的波形，與例如 掩護層配置等晶圓結構無關。故確實能夠根據所計算之該 93650-940429.doc -29- Ϊ244695 波形檢測對被處理層之加工終點。 【圖式簡單說明】 圖Ua)〜圖1⑷係顯示採用本發明第一實施形態所關係之 …占私測方法的半導體裝置製造方法的各工序截面圖。 圖^係顯不根據本發明第一實施形態所關係《終點檢測 方法π出之、於多晶矽膜產生之干涉光之波形的圖。 圖3係顯不將本發明第二實施形態所關係之終點檢測妒 置與乾蝕刻裝置組合使用時之狀態的圖。 … 圖4係顯示本發明第二實施形態所關係之終點檢測方法 的流程圖。 / 圖5⑷及圖5(b)係顯示根據本發明第二實施形態所關係 之終點檢測方法算出之、於掩護層產生之干涉光之強度的 圖。 圖6(a)〜圖6(c)係、顯示採用本發明第三實施形態所關係 之終點檢測方法之半導體裝置的製造方法之各X序之剖面 圖。 〆圖7(a)及圖7(b)係顯示於採用本發明第三實施形態所關 係之終點k測方法的颠刻中，石夕基板的切削量（深度）與干涉 光之關係的圖。 圖8係顯示石夕基板之㈣速度相對光阻膜開口率的依賴 性的圖。 ' 圖9(a)及圖9(b)刀別係顯不採用本發明第三實施形態所 關係之終點檢測方法時’各種光阻膜開口率的終點檢測波 形及石夕基板的切削量（深度）的圖 93650-940429.doc -30- • 1244695 _顯示習知之終點檢娜裝置組合至 用之狀態的圖。 〗衣置而使 圖刚及圖u⑻，係顯示於採用習知之 蝕刻中，多晶矽臈的殘留膜 鈿而方法的 “膜尽與干涉光之關係的圖。 圖12(a)圖12(C)係顯示採用f 體裝置製造方法的各工序之剖面圖二： 終點檢測方法中所存在之問題點的圖。 ^白知之 圖13係顯示於多晶矽膜 干涉光的波形的圖。“刻中，獲得終點檢測時之 圖14係顯示於多晶石夕膜的乾钱刻中光之反射的圖。 圖^⑷係顯示形成於成為掩護層之梦氧化臈上之干 的狀態的圖；圖15(^传显 ϋ⑻係顯不形成於成為被處理層之多晶石夕 膜上之干涉光的狀態的圖。 圖16係顯示形成於成為掩護層之石夕氧化膜上之干涉光的 =、形成於成為被處理層之多晶石夕膜上之干涉光的波形 的圖。 圖係,、、、員不形成於成為掩護層之石夕氧化膜上之干涉光、

與形成於成為被處理層之多晶矽膜上之干涉光間之 發生光源之偏移的圖。 A /圖係·、、、員不形成於成為掩護層的矽氧化膜上之干涉光波 形與形成於成為被處理層之多晶石夕膜上之干涉光波形之合 成波形的圖。 、圖19(a)係顯示於多晶石夕膜之實際姓刻中獲得之干涉光的 、的圖，圖19(b)係顯示以正弦波表示之干涉光的波形的 93650-940429.doc -31 · 1244695 圖；圖19(c)係顯示以斜率為負的一次函數（單調減少曲線） 顯示之干涉光的波形的圖。 【主要元件符號說明】 101 半導體基板 102 元件隔離 103 閘極氧化膜 104 多晶矽膜 104 A 閘電極 104 矽氧化膜 105A 成為閘極圖案之矽氧化膜 106 光阻圖案 200 處理室 201 半導體基板 202 下部電極 203 上部頂板 204 線圈 205 氣體排出部 206 高頻電源 207 窗構件 210 終點檢測裝置 211 光源 212 光接收發出裝置 213 光纖 214 分光器 93650-940429.doc -32- J244695 215 215a 215b 220 221 222 301 302 302A 303 303A 304 305 計算機 運算部 終點檢測部 乾餘刻裝置的控制部 終點檢測信號 信號 ^夕基板 矽氧化膜 成為元件隔離圖案之矽氧化膜 氮化矽膜 成為元件隔離圖案之氮化矽膜 光阻圖案 元件隔離形成用槽 93650-940429.doc -33-

Claims (1)

1. •1244695 十、申請專利範圍： 1. 一種終點檢測方法，其係於利用形成於被處理層上之掩 護層加工所述被處理層時使用，其特徵係在於： 包括： 藉由以光照射所述掩護層及所述被處理層，測量由 來自所述掩護層及所述被處理層之反射光所形成之干 涉光的步驟； 從所述被測量之干涉光的波形中除去於所述掩護層 產生之干涉成份，計算出於所述被處理層產生之干涉 光之波形的步驟；以及 藉由基於所述計算之干涉光之波形求出所述被處理 層的殘留厚度，比較該殘留厚度與所期待之厚度，以 檢測對所述被處理層之加工終點的步驟。 2 ·如申請專利範圍1之終點檢測方法，其中： 异出於所述被處理層產生之干涉光之波形的步驟，係 包括： 藉由求出至少1種特定波長下之所述被測量干涉光 之強度與給定波長範圍内所包含之至少丨〇種以上之波 長下的所述被測量干涉光之強度之和的比，而從所述 被測量干涉光中除去於掩護層產生之干涉成份。 3 ·如申請專利範圍第1項之終點檢測方法，其中： 算出於所述被處理層產生之干涉光之波形的步驟，係 包括： 藉由求出至少1種特定波長下之所述被測量干涉光 93650-940429.doc 1244695 之強度與給定波長範圍下之所述被測量干涉光之強度 的積分值之比’而從所述被測量干涉光中除去於掩護 層產生之干涉成份。 4·如申請專利範圍第2或3項之終點檢測方法，其中： 所述給定波長範圍的下限值係大於等於400nm。 5·如申請專利範圍第2或3項之終點檢測方法，其中： 所述給定波長範圍的寬度係大於等於100 nm。 如申％專利範圍第2或3項之終點檢測方法，其中： 所述給定波長範圍，係大於等於4〇〇 nm小於等於8〇〇 之範圍。 7·如申請專利範圍第2或3項之終點檢測方法，其中： 所述特定波長，係包含於所述給定波長範圍内。 8·如申請專利範圍第2或3項之終點檢測方法，其特徵在於： 所述特定波長，係為所述所期待厚度的整數倍。 9·如申請專利範圍第1項之終點檢測方法，其中： 异出於所述被處理層產生之干涉光之波形的步驟，包 括： 根據所述掩護層的初始厚度、所述被處理層的初始 厚度、所述被處理層的蝕刻速度及所述掩護層的餘刻 速度，預測於所述掩護層產生之干涉成份，同時從所 述被測量干涉光中除去所述被預測之干涉成份的步 驟。 1 〇.如申請專利範圍第1項之終點檢測方法，其中： 於檢測對所述被處理層之加工終點的步驟中，係使用 93650-940429.doc J244695 所述异出之干涉光之波形中的極大值或極小值。 11 ·如申請專利範圍第1項之終點檢測方法，其中： 所述被處理層，係形成於半導體基板、半導體基板上 的絕緣膜以及半導體基板上之底層中的任意一層上之半 導體層或矽化物層。 12·如申請專利範圍第1項之終點檢測方法，其中： 所述掩護層，係由感光性樹脂膜或絕緣膜形成。 1 3 · —種加工方法，其係利用形成於被處理層上之掩護層加 工所述被處理層，其特徵係在於： 採用如申請專利範圍第丨項之終點檢測方法檢測對被 處理層之加工終點。 14. 如申請專利範圍第13項之加工方法，其中： 於所述被處理層之加工途中檢測對所述被處理層之加 工終點。 15. 如申請專利範圍第13項之加工方法，其中： 對所述被處理層之加工過程中，係採用電漿蝕刻。 16. 如申請專利範圍第13項之加工方法，其中： 於對所述被處理層之加工中，採用化學機械研磨。 17· —種終點檢測装置，其係利用形成於被處理層上之掩護 層加工所述被處理層時使用，其特徵係在於： 具備： 光源’其係以光照射所述掩護層及所述被處理層； 刀先口口 其係測置由所述掩護層及所述被處理層相 對來自所述光源之光的反射光而形成之干涉光； 93650-940429.doc 1244695 决t 4 ’其係從由所述分光器測置之干涉光中除去 於所述掩護層產生之干涉成份，由此算出於所述被處 理層產生之干涉光的波形；以及 終點檢測部，其係基於由所述演算部算出之干涉光 的波形求出所述被處理層的殘留厚度，比較該殘留厚 度與所期待之厚度，以檢測對所述被處理層之加工終 點。 1 8.如申請專利範圍第丨7項之終點檢測裝置，其中： 所述演算部，係藉由求出至少1種特定波長下之所述被 測里干涉光之強度與包含在給定波長範圍内的至少丨〇種 以上波長下的所述被測量干涉光之強度和的比，以從所 述被測量干涉光中除去於掩護層產生之干涉成份。 1 9.如申請專利範圍第丨7項之終點檢測裝置，其中： 所述演算部，其係求出至少1種特定波長下的所述被測 量干涉光之強度與給定波長範圍下的所述被測量干涉光 之強度之積分值的比，以從所述被測量干涉光中除去於 掩護層產生之干涉成份。 20·如申請專利範圍第17項之終點檢測裝置，其中： 所述决异部’其係根據所述掩護層的初始厚度、所述 被處理層的初始厚度、所述被處理層的蝕刻速度及所述 掩護層的蝕刻速度，預測在所述掩護層產生之干涉成份， 同時從所述被測量之干涉光中除去所述被預測之干涉成 份0 93650-940429.doc