專(zhuān)利名稱(chēng)：濕法腐蝕過(guò)程的終點(diǎn)探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于腐蝕過(guò)程的終點(diǎn)探測(cè)方法，更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)使用液體腐蝕劑的腐蝕過(guò)程的終點(diǎn)探測(cè)方法。
已知有許多腐蝕過(guò)程的終點(diǎn)探測(cè)方法。有幾種基于激光干涉測(cè)量法或光輻射譜測(cè)定法，分別為監(jiān)測(cè)在進(jìn)行腐蝕時(shí)從薄膜上來(lái)的反射光，或光輻射的干涉。它們使用相同的技術(shù)，但是用不同的光源。激光干涉測(cè)量法采用激光束，例如氦-氖激光器作為光源，而光輻射采用，在等離子反應(yīng)室中的等離子體發(fā)射的光，作為光源。
在

圖1中圖解說(shuō)明了薄膜干涉測(cè)量方法。入射激光束11透射到待腐蝕的薄膜12上。該光束從薄膜12頂面上和從襯底13的表面上反射。這些分別反射的反射光束14和15產(chǎn)生干涉。薄膜12的厚度與激光束11波長(zhǎng)(λ)之間的關(guān)系，根據(jù)公式2d=N(λ/n)其中N為整數(shù)和n為薄膜12的折射率。對(duì)于N(1、2、3等)的整數(shù)值，干涉為相長(zhǎng)的并且反射光強(qiáng)為最大；而對(duì)于半整數(shù)值(N=1/2、3/2、5/2等)，反射光干涉相消并且光強(qiáng)處于最小。在腐蝕過(guò)程中，腐蝕時(shí)監(jiān)測(cè)重復(fù)最大和最小的正弦特性光干涉圖案，當(dāng)薄膜12被腐蝕掉時(shí)，這個(gè)圖案結(jié)束，給出終點(diǎn)信號(hào)。
圖2說(shuō)明隨時(shí)間反射光束光強(qiáng)的典型圖案。當(dāng)由于正在受腐蝕的薄膜厚度改變時(shí)，描述干涉調(diào)制反射光束光強(qiáng)的公式是cos(4πndt)/λ0=I其中I是光強(qiáng)，n是被腐蝕薄膜的折射率，dt是隨時(shí)間改變的薄膜厚度和λ0是在空氣或真空中的入射光束中心波長(zhǎng)。
腐蝕速率與在出現(xiàn)兩個(gè)最大之間的時(shí)間變化有關(guān)，如圖3所示，并可根據(jù)公式3ER=λ0/2nΔt來(lái)決定。當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到最大而后保持不變時(shí)，達(dá)到終點(diǎn)，表明在圖3的EP點(diǎn)。這樣的監(jiān)測(cè)反射光，使人們能夠確定在襯底上薄膜的腐蝕速率和腐蝕終點(diǎn)。
然而，這些眾所周知的終點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)，都是用于干法腐蝕過(guò)程，例如等離子或反應(yīng)離子腐蝕過(guò)程。如果將它們用于濕法腐蝕過(guò)程，為了抑制不需要的干涉作用，就要求保證濕法腐蝕劑厚度恒定。
可以用一臺(tái)腐蝕機(jī)來(lái)接納其上將被濕法腐蝕的具有一層或多層薄膜的襯底，以便僅從一側(cè)面(正面或背面)用公知的腐蝕液除去一層或多層薄膜。采用這樣的設(shè)備，從襯底，例如硅圓片的一側(cè)面除去薄膜，特別是從背面，但也可以從正面除去薄膜。將濕法腐蝕劑液流施加到面朝上的圓片一側(cè)表面上。通過(guò)使圓片旋轉(zhuǎn)，形成其厚度不規(guī)則變化的濕法腐蝕劑膜。通常雖然已知用于特定薄膜的特定腐蝕劑的腐蝕速率，但現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體加工過(guò)程，對(duì)這種單面濕法腐蝕機(jī)要求自動(dòng)地、就地處理以及很精確的終點(diǎn)探測(cè)。這樣的方法目前并非存在于單面濕法腐蝕過(guò)程。因而，極其需要能夠監(jiān)測(cè)使用單面腐蝕機(jī)的腐蝕過(guò)程和確定其準(zhǔn)確的終點(diǎn)。
我們發(fā)現(xiàn)，可以用光學(xué)方法就地監(jiān)測(cè)和探測(cè)終點(diǎn)。將預(yù)定的相干長(zhǎng)度的光束射向要腐蝕的覆有一層液體腐蝕劑的表面。該液體層往往比待腐蝕的薄膜厚得多，并且這樣選擇入射光束的波長(zhǎng)，使得液體層實(shí)際上是可透過(guò)的，即，對(duì)入射光束具有低的吸收率。
雖然入射光束在空氣-液體薄膜界面、液體-固體薄膜界面和薄固體膜下面的襯底界面處將部分地被反射，但特定的入射光束的相干長(zhǎng)度是使得足夠的長(zhǎng)，以在固體層中能夠發(fā)生干涉，以及足夠的短從而在液體薄膜中幾乎沒(méi)有發(fā)生干涉。只有相干光才能出現(xiàn)干涉效應(yīng)。因此本方法可以忽略在空氣-液體界面的光反射系數(shù)，因?yàn)樗皇芨缮嫘?yīng)調(diào)制。這是個(gè)極好的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵诠に囘^(guò)程中，特別是在腐蝕過(guò)程中旋轉(zhuǎn)襯底時(shí)液體層的厚度會(huì)變化。因此液體層厚度的改變也能忽略反射光的異常狀態(tài)。
從待腐蝕的薄固體薄膜的頂部和底部界面反射的光束將發(fā)生干涉。隨膜厚改變，反射光的光強(qiáng)就按照公式2)通過(guò)最大和最小。在進(jìn)行腐蝕薄膜的時(shí)候，以公知的方式監(jiān)測(cè)反射光光強(qiáng)。當(dāng)光強(qiáng)不再發(fā)生改變時(shí)，就達(dá)到終點(diǎn)。
通過(guò)采用多入射光束和通過(guò)同時(shí)監(jiān)測(cè)在襯底上的多個(gè)點(diǎn)的辦法，可以確定跨襯底直徑上的腐蝕速率和腐蝕終點(diǎn)，或可以監(jiān)測(cè)襯底的已制成圖形的和未制作圖形的區(qū)域。
圖1是示出了入射光束和反射光束在襯底上薄膜的剖面圖。
圖2是受干涉調(diào)制的反射光束，即干涉信號(hào)的光強(qiáng)與時(shí)間的關(guān)系曲線圖。
圖3是示出了終點(diǎn)的光強(qiáng)與時(shí)間的關(guān)系曲線和干涉信號(hào)兩個(gè)最大之間的腐蝕速率與時(shí)間之間的關(guān)系。
圖4是安裝了待監(jiān)測(cè)的其上有液體腐蝕劑層的襯底的局部示意剖面圖。
圖5是圖4襯底的圓圈區(qū)域的詳圖。
圖6是窄帶譜線的光的光強(qiáng)與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。
圖7是寬帶光源的光強(qiáng)與波長(zhǎng)的說(shuō)明圖。Δλ表示窄帶譜線。
圖4說(shuō)明在濕法腐蝕過(guò)程中安裝于腐蝕室(未畫(huà)出)的被監(jiān)測(cè)襯底。該襯底110可以是半導(dǎo)體襯底，例如硅圓片。如圖所示，把襯底110安裝在底座112上，或者正面向下，或者背面向下。底座112具有一個(gè)延伸部分114，保持襯底110與底座112定位并且可用電機(jī)(未畫(huà))轉(zhuǎn)動(dòng)。惰性氣體例如氮?dú)鈿饬魍ㄟ^(guò)底座112，幫助襯底與底座隔離和保持整個(gè)襯底表面上的薄保護(hù)氣體膜(特別是其上具有器件的硅圓片正面)，以防止加工處理圓片時(shí)損傷表面。薄固體膜116，可以是諸如氮化硅或二氧化硅之類(lèi)的介質(zhì)薄膜，并具有可達(dá)約1微米的厚度。由于腐蝕時(shí)襯底110的轉(zhuǎn)動(dòng)，液體層118具有可變的厚度，但厚度一般為100微米以上，或者比要腐蝕的薄膜116大約還厚兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
入射光束120實(shí)際上穿過(guò)液體層118，直至抵達(dá)薄膜116的頂面上前而沒(méi)有反射。
如圖5所示，它是圖4的圓圈部分的放大圖，在液體-薄膜界面124、薄膜-襯底界面126，或在薄膜116的頂和底兩處反射入射光束120。這兩反射光束相干涉，并以公知的方式，例如用光探測(cè)器(未畫(huà)出)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
選擇入射光束120的相干長(zhǎng)度使得它足夠長(zhǎng)以便穿過(guò)固體薄膜時(shí)能發(fā)生干涉效應(yīng)，以及足夠短以便穿過(guò)液體層118時(shí)不會(huì)產(chǎn)生干涉，而與無(wú)論何時(shí)或地點(diǎn)的液體層118厚度無(wú)關(guān)。通常，液體層118的厚度隨底座112的轉(zhuǎn)速而變。
舉例來(lái)說(shuō)，如果液體層118的厚度約為100微米，和要腐蝕的薄固體薄膜116的厚度約為1微米，則將選用約10微米的入射光束120相干長(zhǎng)度。
圖6說(shuō)明反射光光強(qiáng)(I)與窄帶譜線的波長(zhǎng)(λ)的關(guān)系曲線，說(shuō)明該帶寬具有整個(gè)半寬最大(FWEM)為λ2-λ1和中心波長(zhǎng)為λ0。正確中心波長(zhǎng)取決于腐蝕劑和待腐蝕固體薄膜的性質(zhì)。在該波長(zhǎng)下對(duì)兩者都必須是可透過(guò)的。例如，當(dāng)用稀HF腐蝕二氧化硅時(shí)，可使用550納米的綠光波長(zhǎng)。
正確的相干長(zhǎng)度決定如下在波長(zhǎng)(λ0)處，其相干長(zhǎng)度(L)正比于光譜帶寬的倒數(shù)Δλ，參見(jiàn)公式。L=12(1λ1-1λ0)=λ1λ0/2(λ0-λ1)≈λ02/Δλ]]>其中，L是相干長(zhǎng)度，Δλ是光譜帶寬，λ1是波長(zhǎng)的下限和λ0是峰值波長(zhǎng)。這樣選擇相干長(zhǎng)度L，使得L處于固體薄膜厚度與液體薄膜厚度之間，例如，10微米。這是借助于適當(dāng)選擇決定λ1和λ2的帶通濾波器來(lái)完成。隨時(shí)間流逝監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)范圍在λ1和λ2之間的反射光光強(qiáng)，來(lái)確定腐蝕速率和腐蝕終點(diǎn)。因此，可以就地監(jiān)測(cè)濕法腐蝕工藝過(guò)程，提供有關(guān)在具有可變層厚的液體腐蝕劑層下的襯底上的薄膜被腐蝕的進(jìn)展精確信息。
給出各種光源的相干長(zhǎng)度表如下表光源相干長(zhǎng)度水銀燈 0.6微米光譜燈 0.3米He/Ne激光器3.0米由于上述光源一點(diǎn)也沒(méi)有本例(10米)所需的相干長(zhǎng)度，故該相干長(zhǎng)度必須產(chǎn)生或特制。采用射入白光束作為發(fā)光的原始光源，白光具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于按照本例的光譜帶寬，提供預(yù)定光譜帶寬的帶通濾波器將用于獲得適當(dāng)?shù)南喔砷L(zhǎng)度。
設(shè)若固體薄膜的厚度約為1微米和其折射率為1.5，則為使光通過(guò)薄膜再返回和保證相干涉，就要求3微米或更長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度。
在要求改進(jìn)信噪比的情況下，可采用已知方式的斬波和鎖定放大。如果信號(hào)斬波與襯底110的轉(zhuǎn)速同步，或如果設(shè)置多于一個(gè)光源，則可以監(jiān)測(cè)襯底110上的多個(gè)特定位置。若采用兩個(gè)光源，則該光源許可同時(shí)監(jiān)測(cè)襯底的中心和邊緣，就能夠讓人們監(jiān)測(cè)跨襯底的腐蝕速率的任何差別。如果使斬波與旋轉(zhuǎn)同步，則能監(jiān)測(cè)襯底上的特定位置，例如兩個(gè)圖形區(qū)之間的位置。
一般，薄膜116是一種介質(zhì)層，例如用化學(xué)氣相淀積法，如四乙氧硅烷淀積的二氧化硅；或攙雜的二氧化硅，如硼硅玻璃或硼磷硅玻璃。眾所周知，這些材料都可用HF溶液進(jìn)行濕法腐蝕。如果薄膜是氮化硅，則可用HF-丙三醇混合液作為腐蝕劑。如果薄膜是多晶硅，則可用氫氧化鉀溶液作為腐蝕劑。該薄膜116可能是厚度均勻的層，或可以被制成圖形。當(dāng)在整個(gè)氮化硅層上除去已制成圖形的層，例如硼硅玻璃掩模、或二氧化硅掩模時(shí)，該腐蝕劑必須相對(duì)于氮化硅層選擇性地腐蝕已摻雜的氧化物或氧化物。根據(jù)本發(fā)明可以確定何時(shí)已經(jīng)除去了硼硅玻璃層。若僅部分薄膜被腐蝕掉，則可以掩蔽該薄膜，使得僅薄膜的一定部分露出到濕法腐蝕溶液中。
本發(fā)明能有益地用于單面濕法機(jī)中，或可用于液體層厚度可變的浸泡型腐蝕器。
雖然本發(fā)明已經(jīng)用特定的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，薄膜厚度和圖形、光譜帶寬和相干長(zhǎng)度以及波長(zhǎng)都可以作出各種變更，都應(yīng)包括在本發(fā)明中。本發(fā)明僅由權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種確定濕法腐蝕工藝過(guò)程終點(diǎn)的方法包括在裝有用于襯底的底座的單面腐蝕機(jī)上，提供一個(gè)待腐蝕的其上具有薄膜的襯底；用可變厚度的腐蝕劑溶液，覆蓋待腐蝕的薄膜表面；選擇用于入射光束的相干長(zhǎng)度，所述入射光束具有足夠長(zhǎng)的長(zhǎng)度，使得從液體層與薄固體薄膜的頂面之間的界面和從薄固體薄膜的底面與襯底之間的界面反射的光束將存在干涉，以及具有足夠短的長(zhǎng)度，使得從液體層的頂面和在液體層與薄固體薄膜的頂面之間的界面反射的光束將不存在干涉；提供一個(gè)具有選定的相干長(zhǎng)度的光束，射向該襯底的表面上；以及監(jiān)測(cè)用該光束在該薄膜上產(chǎn)生的正弦干涉信號(hào)，直到光的光強(qiáng)最大保持不變?yōu)橹?，指示腐蝕終點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在腐蝕時(shí)，該襯底是旋轉(zhuǎn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該選定的相干長(zhǎng)度是使用一個(gè)帶通濾波器獲得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該薄固體薄膜約為1微米的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，該液體層至少約為100微米的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行該反射光束的斬波和鎖定放大。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，斬波是與該襯底的轉(zhuǎn)速同步的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，具有預(yù)定相干長(zhǎng)度的多個(gè)光束都射向該襯底的表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，執(zhí)行該反射光束的斬波和鎖定放大。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，斬波是與該襯底的轉(zhuǎn)速同步的。
11.一種方法，其中，該襯底是浸泡于濕法腐蝕液槽中的。
全文摘要
一種確定濕法腐蝕工藝過(guò)程的終點(diǎn)的方法,包括選擇入射光束的相干長(zhǎng)度的步驟,使得相干長(zhǎng)度足夠短以致在液體層中不發(fā)生干涉,而足夠長(zhǎng)以致在薄固體膜,即,從液體層與該薄膜頂面間的界面上的反射光,和從該薄膜底面與襯底之間的界面上的反射光能發(fā)生干涉。若液體層厚為100微米,該薄膜厚約1微米,則相干長(zhǎng)度約10微米。相干長(zhǎng)度由適當(dāng)?shù)膸V波器提供。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1217469SQ9812070
公開(kāi)日1999年5月26日 申請(qǐng)日期1998年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月25日
發(fā)明者卡爾·P·馬勒, 克勞斯·D·彭納 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司, 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司