测量方法、电极、再生方法、等离子体蚀刻装置和显示方法制造方法及图纸

提供了一种可以高精度地测量等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法以及具有高精度气体导入孔的电极。本发明专利技术的等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法，用于测量沿厚度方向贯穿等离子体蚀刻装置用电极中的基材而设置的气体导入孔，包括：使光从基材的一面侧朝向气体导入孔进行照射；获得通过气体导入孔而透过基材的另一面侧的光的二维图像；以及基于二维图像，测量气体导入孔的直径、内壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法、电极、电极的再生方法、再生电极、等离子体蚀刻装置、气体导入孔的状态分布图及其显示方法
本专利技术涉及等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法、电极、电极的再生方法、再生电极、等离子体蚀刻装置、气体导入孔的状态分布图及其显示方法。
技术介绍
等离子体蚀刻装置在真空腔室内产生等离子体并且对半导体晶片等的对象物进行蚀刻。真空腔室内设置承载对象物的承载台和与该承载台对向配置的上部电极。承载台上设有下部电极。而且，上部电极上设有将气体导入真空腔室内的孔(气体导入孔)。处理对象物时，从该孔向真空腔室内导入气体，在下部电极和上部电极之间施加高频电压，产生等离子体，来进行对象物的蚀刻。使用该装置的低温等离子体的半导体元件的蚀刻微细加工也被称为干蚀刻。干蚀刻是半导体元件的处理。干蚀刻将光刻后硬化的被蚀刻膜上的光刻胶作为掩膜，通过反应气体的等离子体在硅/绝缘物膜(例如，SiO2、PSG、BPSG)/金属膜(例如，AL、W、Cu)等上形成沟或孔的图案。据此，按照光刻装置形成的图案，进行正确的微细化加工。在进行干蚀刻时，根据真空腔室内的被蚀刻的膜来导入蚀刻气体，施加高频，并且产生等离子体。根据通过离子碰撞来削去抗蚀剂(掩模材料)未覆盖区域的反应离子蚀刻(RIE：ReactiveIonEtching)的工艺，来进行干蚀刻。通过使等离子体放电生成的离子与硅晶片上的被蚀刻膜进行表面化学反应，并且将该生成物真空排出，来进行干蚀刻。该处理后，抗蚀剂的有机物通过灰化工艺进行燃烧。如果微细图案的尺寸与被蚀刻膜的厚度接近，则采用RIE。目前的半导体元件的形成中该干蚀刻是主流。特别是，在使用300mm(毫米)尺寸的硅晶片的半导体元件的超微细加工中，集成度很高，线宽(Line)和线间(Space)的间距很严格。因此，进一步要求提高根据干蚀刻的加工特性、成品率和生产率。CMOS半导体元件的设计规则倾向于栅极长度从14nm(纳米)发展至9nm，并且蚀刻的线宽和线间也同样变得严格。在这种半导体元件的制造中，不仅图案的尺寸精度，还需要克服图案的腐蚀、发尘、充电所引起的损坏、随时间变化等问题。进一步，通过可与晶片的大口径化对应的反应气体的导入，期待控制所产生的等离子体的技术。在干蚀刻中，加工精度、图案形状、蚀刻选择比、晶片面内加工均一性、蚀刻速度等为重要因素。例如，为了因干蚀刻形成的图案加工截面垂直，称为侧壁保护膜的沉积膜不应过厚。而且，如果侧壁保护膜的膜厚存在偏差，则成为尺寸变化的原因。因此，不需要侧壁保护膜的理想低温蚀刻的技术是重要的。而且，图案底部的不充分的侧壁保护膜形成、移动表面的粒子、表面温度、底部的气体流动等也需要考虑。而且，关于蚀刻的均一性，反应气体的流动、等离子体的均一性、偏置的均一性、温度的均一性、反应生成物再附着的均一性等各种条件的均一性是必须的。特别是对于大口径(例如，300mm的尺寸)的晶片，反应生成物再附着的均一性对蚀刻处理的均一性影响很大。为了降低等离子体蚀刻装置和蚀刻处理的成本，需要高效的等离子体处理、连续处理、部件长寿命产生的运行成本降低等。为了高效的等离子体处理技术或者高生产能力，怎样实现不良加工发生的减少、适应时间的减少、高运转率(低故障率)、维护频率的减少等成为问题。尤其是，等离子体蚀刻装置的上部电极是蚀刻处理时被消耗的部件。因此，对蚀刻处理同时变化的上部电极的状态、气体导入孔的状态、未使用时的电极状态和使用前后的状态进行非破坏的监测技术在解决干蚀刻的各种问题时非常重要。这里，等离子体蚀刻装置中制造上部电极时，例如，在硅单结晶的圆盘上通过金刚石钻头的钻孔加工等来形成气体导入孔。在专利文献1中，公开了将处理装置的构成部件(例如，具有气体喷出孔的喷头部和上部电极)在蚀刻液中进行表面处理的清洗方法。通过该技术，去除钻头钻孔加工时产生的毛刺等，使构成部件的表面平坦化。该上部电极上设置的气体导入孔的内径非常小，为200μm(微米)至500μm左右。而且，由于需要贯穿板的厚度，气体导入孔的长度常常超过10mm。如果没有高精度地形成这种气体导入孔，等离子体蚀刻所需的气体不能均一地导入腔室内，很容易使对象物处理面内不均一。近年，晶片等对象物变得大型化，高精度地形成很多气体导入孔是非常重要的。这里，非破坏地测量上部电极上设置的细长的气体导入孔的状态是非常困难的。为此，上部电极的寿命未根据气体导入孔的状态进行管理，而是根据使用时间进行管理。也就是，将预计的上部电极使用时间和颗粒产生量之间的关系进行数据获取，根据该数据，当颗粒产生量超过容许范围的使用时间到达的情况下，判断为到达上部电极的寿命。现有技术文献专利文献专利文献1:特开2003-68653号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题干蚀刻的被蚀刻膜例如列举为Si、poly-Si、Si3N4、SiO2、Al、W、cu、Ta2O5、TiN等。作为反应蚀刻气体，主要使用CF4、SF6、CL2、Hbr、CHF3、CH2F2、H2、C2F6、C4F8、BCL3等的卤素元素的化合物气体。根据等离子体蚀刻装置的被蚀刻膜大致分为Si和poly-Si膜用的、绝缘膜用的和金属膜用的三种。根据被蚀刻膜的种类，等离子体蚀刻装置的结构要素不存在大的差别，蚀刻气体的差别、蚀刻腔室内部的材质、蚀刻的终点检测方法被对应于被蚀刻的材料进行最合适的设定。RIE中，为了在300mm尺寸的硅晶片的大的面积上均一地生成离子，需要稳定地产生高密度的等离子体。为此，如果在上部电极上附着有反应生成物，则不能再晶片面内均一地提供离子喷射，可能产生使蚀刻不达标的灰尘。最初，干蚀刻装置使用在具有上部/下部电极的平行平板型的结构中使蚀刻气体在电极间流入和排除的类型。现在，使用上部电极中设有贯穿孔且使低蒸气压得被蚀刻气体喷射状喷出的RIE装置。该RIE装置中，在蚀刻的处理腔室内，晶片基座设置在下部电极上。在该处理腔室中，蚀刻气体供给系统和真空(0.1Pa左右)系统连接。下部电极上设有高频电源和基座调温系统。进一步，为了将处理腔室保持为真空，经常具有装载闭锁的前室。为了提高生产率和可靠性，在蚀刻腔室中在真空状态下运送硅晶片。该运送机构称为装载闭锁机构。在单片式(SingleWafer)处理硅晶片的蚀刻装置中，使用可通常容纳25片硅晶片的卡盒，通过机器来运送该卡盒。据此，通过一套/两个/卡盒方式来自动运送硅晶片。通过线宽1μm以下的超微细加工，在产生等离子体时，降低现有的1Torr～数百mTorr的气体压力并且改善碰撞硅晶片表面的粒子方向，以及需要使等离子体密度变高且提高吞吐量。为此，重要地是非破坏地掌握具有0.5μm左右的贯穿孔的硅上部电极的贯穿孔内面的粗糙度等。图案的加工尺寸(CD：CriticalDimension)受到作为复杂反应的干蚀刻生成物质、自由基和离子的不均一性的影响。从硅上部电极的贯穿孔导入的蚀刻气体和反应生成物的排气、下部硅电极温度的硅晶片面内全部的均匀性是需要的。但是，非破坏地测量上部电极上设置的细长的气体导入孔的状态是非常困难的。这里，虽然可以考虑作为非破坏测量的X射线图像测量，但是因为上部电极中设有很多气体导入孔，在与孔的长度方向直交的方向中获得X射线图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法，所述气体导入孔设置成沿厚度方向贯穿所述等离子体蚀刻装置用电极中的基材，其特征在于，所述方法包括：使光从所述基材的一面侧朝向所述气体导入孔进行照射；获得通过所述气体导入孔而透过所述基材的另一面侧的所述光的二维图像；以及基于所述二维图像，测量所述气体导入孔的直径、内壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.26 JP 2014-266571;2014.12.26 JP 2014-266571.一种等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法，所述气体导入孔设置成沿厚度方向贯穿所述等离子体蚀刻装置用电极中的基材，其特征在于，所述方法包括：使光从所述基材的一面侧朝向所述气体导入孔进行照射；获得通过所述气体导入孔而透过所述基材的另一面侧的所述光的二维图像；以及基于所述二维图像，测量所述气体导入孔的直径、内壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一个。2.如权利要求1所述的等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法，其特征在于，所述光是相干光。3.如权利要求1所述的等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法，其特征在于，基于沿所述二维图像的扫描线的信号的斜率，来测量所述气体导入孔的内壁面的粗糙度。4.如权利要求1所述的等离子体蚀刻装置用电极上设置的气体导入孔的测量方法，其特征在于，还包括：从所述基材的一面侧来获取所述气体导入孔的开口部图像，在测量所述气体导入孔时，基于所述二维图像和所述开口部图像来进行测量。5.一种电极，用于等离子体蚀刻装置，其特征在于，包括设有多个气体导入孔的板状基材，所述多个气体导入孔在厚度方向上贯穿所述板状基材，所述多个气体导入孔的直径被测量。6.一种电极，其特征在于，在通过权利要求1所述的测量方法进行测量的情况下，通过将所述多个气体导入孔的内壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一个收敛在预设的一定范围内来形成。7.如权利要求5所述的电极，其特征在于，所述基材的主材料是硅。8.如权利要求5所述的电极，其特征在于，所述基材的主材料是石英。9.如权利要求5所述的电极，其特征在于，所述基材的主材料是碳化硅。10.如权利要求5所述的电极，其特征在于，在所述基材上设置多个气体导入孔，从所述基材的一面侧照射的光通过所述多个气体导入孔，到达所述基材的另一面侧。11.如权利要求5所述的电极，其特征在于，透过所述多个气体导入孔的光的强度的偏差为预设的一定值以下。12.一种等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，所述电极设有在基材厚度方向中贯穿的气体导入孔，其特征在于，所述方法包括：测量在所述等离子体蚀刻装置中使用了规定时间的所述电极的所述气体导入孔的状态；基于所述气体导入孔的状态的测量结果，进行所述基材的表面的研磨和所述气体导入孔的内壁面的加工的至少之一；以及测量加工后的所述气体导入孔的状态。13.如权利要求12所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，包括：测量所述气体导入孔的状态；使光从所述基材的一面侧朝向所述气体导入孔进行照射；获得通过所述气体导入孔而透过所述基材的另一面侧的所述光的二维图像；以及基于所述二维图像，测量所述气体导入孔的直径、内壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一个。14.如权利要求13所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，所述光是相干光。15.如权利要求13所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，基于沿所述二维图像的扫描线的信号的斜率，来测量所述气体导入孔的内壁面的粗糙度。16.如权利要求13所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，还包括：从所述基材的一面侧来获取所述气体导入孔的开口部图像，在测量所述气体导入孔时，基于所述二维图像和所述开口部图像来进行测量。17.如权利要求12所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，在所述气体导入孔的状态的测量结果中，在所述气体导入孔的内壁面的粗糙度收敛在预设范围内时，对所述基材的表面进行研磨，当不收敛在预设范围内时，对所述气体导入孔的内壁面进行加工。18.如权利要求12所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，所述气体导入孔的内壁面加工包括使所述气体导入孔的直径变大的穿孔加工和对所述气体导入孔的内壁面的蚀刻加工的至少一种。19.如权利要求12所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，所述气体导入孔的内壁面加工包括进行使所述气体导入孔的直径变大的穿孔加工之后，对所述气体导入孔的内壁面进行蚀刻加工。20.如权利要求12所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，所述基材的主材料是硅。21.如权利要求12所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，所述基材的主材料是石英。22.如权利要求12所述的等离子体蚀刻装置用电极的再生方法，其特征在于，所述基材的主材料是碳化硅。23.一种等离子体蚀刻装置用的再生电极，设有贯穿基材的厚度方向的气体导入孔，其特征在于，测量再生前的电极的所述气体导入孔的状态，基于所述气体导入孔的测量结果来进行所述基材的表面研磨和所述气体导入孔的内壁面加工的至少一种，测量加工后的所述气体导入孔的状态。24.如权利要求23所述的等离子体蚀刻装置用的再生电极，其特征在于，所述气体导入孔的状态的测量包括：使光从所述基材的一面侧朝向所述气体导入孔进行照射；获得通过所述气体导入孔而透过所述基材的另一面侧的所述光的二维图像；以及基于所述二维图像，测量所述气体导入孔的直径、内壁面的粗糙度和垂直程度中的至少一个。25.如权利要求24所述的等离子体蚀刻装置用的再生电极，其特征在于，所述光是相干光。26.如权利要求24所述的等离子体蚀刻装置用的再生电极，其特征在于，基于沿所述二维图像的扫描线的信号的斜率，来测量所述气体导入孔的内壁面的粗糙度。27.如权利要求24所述的等离子体蚀刻装置用的再生电极，其特征在于，所述气体导入孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木崇之，
申请(专利权)人：A·SAT株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP