(57)【要約】  【課題】微細パターン部分のエッチングレートが、ウェハ全面において容易に測定できる、時間的にもコスト的にも優れたエッチング工程のモニター方法を提供する。  【解決手段】モニター基板は、半導体基板の上に、被エッチング膜と光学的特性の異なる下地膜および中間膜が形成され、中間膜の上に被エッチング膜が形成され、被エッチング膜の上にマスクパターンが形成されている。マスクパターンには、各々異なる開口寸法のホールパターンが配置された複数個のブロックが形成され、各々のブロック内には、同一開口寸法のホールパターンが二次元的な範囲に複数個配列されている。被エッチング膜のエッチング処理を行い、その後、被エッチング膜および下地膜のエッチング速度に比較して中間膜のエッチング速度が高い条件で、等方的に中間膜を除去する追加エッチング処理を行った後に、光学顕微鏡を用いて各々のブロックの平均的な光学的特性の観察を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に被エッチング膜を形成し、該被エッチング膜上にマスクパターンを形成したモニター基板を使用した、エッチング工程のモニター方法であって、
前記マスクパターンが、同一の寸法の開口パターンを二次元的な範囲に複数個配列したブロックを含み、
前記モニター基板を前記エッチング工程で処理した後に、前記ブロックの平均的な光学的特性を観察することを特徴とするエッチング工程のモニター方法。
【請求項２】
請求項１記載のモニター方法において、前記モニター基板が、複数の寸法のそれぞれに対して設けた前記ブロックを含むことを特徴とするモニター方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のモニター方法において、前記被エッチング膜の下層に、前記被エッチング膜と光学的特性の異なる下地膜を形成することを特徴とするモニター方法。
【請求項４】
請求項３記載のモニター方法において、前記被エッチング膜と前記下地膜との間に、該被エッチング膜および下地膜のいずれとも光学的特性の異なる中間膜を形成することを特徴とするモニター方法。
【請求項５】
請求項４記載のモニター方法において、
前記エッチング工程の後さらに、前記中間膜を、前記エッチング工程によって前記開口パターンのそれぞれにおいて前記被エッチング膜が除去されて露出した部分から、前記被エッチング膜のエッチング速度および前記下地膜のエッチング速度に比較して該中間膜のエッチング速度が高い条件で、等方的に、隣り合う前記開口パターンとの距離の１／２以上の距離にわたって除去する追加エッチング処理を行った後に、前記光学的特性の観察を行うことを特徴とするモニター方法。
【請求項６】
請求項５記載のモニター方法において、前記追加エッチング処理によって、前記マスクパターンが除去されることを特徴とするモニター方法。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかに記載のモニター方法において、前記被エッチング膜は、前記光学的特性の観察を行う波長の光を透過する膜であり、前記下地膜は、前記観察を行う波長の光を反射する膜であり、前記中間膜は、前記観察を行う波長の光を吸収する膜であることを特徴とするモニター方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおけるエッチング工程のモニター方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造プロセスでは、ドライエッチング技術が数多く利用されている。また、半導体集積回路の微細化が進行するのに合わせて、ドライエッチングの精度も一層の向上が要求されている。
【０００３】
ところで、フォトレジストの開口寸法がサブハーフミクロン以下になると、あるいは加工アスペクト比（加工深度とフォトレジストの開口寸法との比）が大きくなると、ドライエッチングは、そのエッチングレート（エッチング速度）が変化するという特性を持つ。この特性は、ドライエッチングレートのマイクロローディング効果と呼ばれ、エッチング方法やエッチングガス、被エッチング材の種類に依らず、必ず発生する現象である。
【０００４】
マイクロローディング効果は、フォトレジストの開口寸法が小さくなるに従って、また、アスペクト比が大きくなるに従って顕著となる。従って、半導体集積回路の微細化が進むにつれて、マイクロローディング効果は、ドライエッチングにおいて無視できない問題となってきた。特に、大きなアスペクト比加工が必須となるシリコン酸化膜のドライエッチングでは、マイクロローディング効果の影響が深刻な問題となってきた。
【０００５】
シリコン酸化膜のドライエッチングは、フロロカーボンをシリコン酸化膜上に吸着させ、そこにイオン衝撃を与えることによって進行する。加工対象がサブハーフミクロン以下の微細孔であって、なおかつ１．０μｍ以上の加工深度になると、フォトレジストを含めたアスペクト比は３以上となる。アスペクト比が３以上になると、フロロカーボンガスが微細孔の底部まで到達することが難しくなる。
【０００６】
そのため、微細孔の開口途中でエッチングレートが低下し、極端な場合には、エッチストップによって開口不良となる場合がある。また、エッチストップを回避しようとして、安易に過剰のフロロカーボンを供給し、過剰のイオン衝撃を加えると、微細孔底部においてシリコン酸化膜エッチングレート／シリコンエッチングレート比が低下してしまい、シリコン酸化膜の開口後にシリコン表面に過剰なダメージを与えてしまう。
【０００７】
このように、近年のシリコン酸化膜のドライエッチングには極めて精緻な制御が要求される。従って、ターゲットとする微細孔の開口寸法がサブハーフミクロン以下の場合、マイクロローディング効果によって変化するターゲット寸法毎のシリコン酸化膜のエッチングレートを計測した上で所定のドライエッチング時間を算出し、なおかつドライエッチング装置のエッチングレート安定性を維持しながら、ドライエッチング処理を行う必要があった。
【０００８】
例えば、エッチング量を非接触で管理する場合、従来は光学式膜厚計が用いられてきた。光学式膜厚計による測定には、１０〜１００μｍ程度のフォトレジストの大開口部分を必要とする。ところが、マイクロローディング効果が顕著になると、フォトレジストの大開口部分と微細孔部分とでエッチングレートに差が生じるので、上記フォトレジストの大開口部分を用いた従来の管理方法は意味をなさなくなってきた。
【０００９】
すなわち、半導体集積回路の微細化が進むに従って、ドライエッチング工程に精緻な制御が要求されるのに加え、現状では、エッチング量を管理する実際的な方法がないという状況が生まれてきた。
【００１０】
光学式膜厚計によるエッチング量の測定が無意味な場合、一旦エッチングしたサンプルを破砕した後、断面ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）によって、微細孔部分を観測し、エッチングの進行状況を逐一確認する必要があった。しかし、この方法は破壊試験であるため、コスト面での負荷が高いし、断面ＳＥＭ観察がウェハの限られたポイントに限定されるため、エッチングレートのウェハ面内分布を把握することができないという問題があった。
【００１１】
一方、エッチングレートを保証する手段として、特許文献１〜３に記載されているように、コンタクト抵抗が測定できるパターンを搭載することが提案されている。コンタクト抵抗を測定する方法は、ウェハ全面でのホール開口状況が確認できるとともに、シリコン基板へのダメージも同時に観測できるという利点がある。
【００１２】
しかし、この手法は、コンタクトホールの開口後に、少なくとも開口底部に導電体を接触させ、導電体を所望の配線パターンに微細加工する工程が必要であり、その後にコンタクト抵抗を測定する必要があった。すなわち、コンタクト抵抗を測定する方法は、時間的、コスト的に多大な負荷となるため、処理された製品を結果的に保証する手段となり得ても、直近の装置状態を把握するための実際的な装置もしくは工程管理方法とはなり得なかった。
【００１３】
また、本発明に関連する従来技術として、特許文献４，５がある。
【００１４】
特許文献４には、金属膜上に干渉色を呈する薄膜を形成し、その上に厚い絶縁膜を形成して、スルーホールエッチングのモニターとすることが記載されている。また、特許文献４の実施例には、Ａｌ膜上にポリシリコン膜を形成した例と、Ａｌ膜上に１０ｎｍのＴｉ膜を形成した例が示されている。また、エッチング対象の絶縁膜は窒化シリコン膜であり、フォトレジスト剥離後にチタン膜の有無を金属顕微鏡で観察することにより、スルーホールの抜け具合を判定できると記載されている。
【００１５】
また、特許文献５には、基体上に、エッチング時に速やかにエッチングされるパターン体を形成し、その上に光透過性のある絶縁膜を積層してモニターとすることが記載されている。また、特許文献５の実施例には、基体がＧａＡｓ基板、絶縁膜がＳｉＯ2、パターン体がＷ−Ａｌで形成され、パターン体の消滅を確認することによってエッチングの終点を検出することができると記載されている。
【００１６】
特許文献４，５に記載の技術は、本発明が対象とするサブハーフミクロン以下の微細孔ではなく、ミクロン以上の大口径の微細孔部分を代替観察する手法である。すなわち、少なくともφ１．０μｍ以上、厚み１．０μｍ以下でないと、微分干渉法を用いても光学顕微鏡でホール底を観測することはできない。さらに、エッチングの開口は保証できても、下地ダメージを予測することはできない。
【００１７】
【特許文献１】特開昭６１−１０４６５７号公報
【特許文献２】特開平５−２９９６０６号公報
【特許文献３】特開平１２−１９６０３６号公報
【特許文献４】特開平１−１９８０２８号公報
【特許文献５】特開昭６２−２８５４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、開口パターン部分のエッチングが正しく行われたかどうかをウェハ全面において容易に測定でき、時間的にもコスト的にも優れたエッチング工程のモニター方法を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の別の目的は、開口パターン部分のエッチングレートが、ウェハ全面において容易に測定できる、時間的にもコスト的にも優れたエッチング工程のモニター方法を提供することにある。
【００２０】
さらに、本発明の別の目的は、半導体基板にダメージを与えることなく、被エッチング膜のエッチングレートを容易に測定でき、時間的にもコスト的にも優れたエッチング工程のモニター方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板上に被エッチング膜を形成し、該被エッチング膜上にマスクパターンを形成したモニター基板を使用した、エッチング工程のモニター方法であって、
前記マスクパターンが、同一の寸法の開口パターンを二次元的な範囲に複数個配列したブロックを含み、
前記モニター基板を前記エッチング工程で処理した後に、前記ブロックの平均的な光学的特性を観察することを特徴とするエッチング工程のモニター方法を提供するものである。
【００２２】
ここで、上記記載のモニター方法において、前記モニター基板が、複数の寸法のそれぞれに対して設けた前記ブロックを含むことが好ましい。
【００２３】
また、上記記載のモニター方法において、前記被エッチング膜の下層に、前記被エッチング膜と光学的特性の異なる下地膜を形成することが好ましい。
【００２４】
また、上記記載のモニター方法において、前記被エッチング膜と前記下地膜との間に、該被エッチング膜および下地膜のいずれとも光学的特性の異なる中間膜を形成することが好ましい。
【００２５】
また、上記記載のモニター方法において、
前記エッチング工程の後さらに、前記中間膜を、前記エッチング工程によって前記開口パターンのそれぞれにおいて前記被エッチング膜が除去されて露出した部分から、前記被エッチング膜のエッチング速度および前記下地膜のエッチング速度に比較して該中間膜のエッチング速度が高い条件で、等方的に、隣り合う前記開口パターンとの距離の１／２以上の距離にわたって除去する追加エッチング処理を行った後に、前記光学的特性の観察を行うことが好ましい。
【００２６】
また、上記記載のモニター方法において、前記追加エッチング処理によって、前記マスクパターンが除去されることが好ましい。
【００２７】
また、上記記載のモニター方法において、前記被エッチング膜は、前記光学的特性の観察を行う波長の光を透過する膜であり、前記下地膜は、前記観察を行う波長の光を反射する膜であり、前記中間膜は、前記観察を行う波長の光を吸収する膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ブロックの平均的な光学的特性を観察することによって、微細な開口パターンの底部において被エッチング膜がその膜厚の全体にわたってエッチングされたかどうかを判定することができる。従って、ブロックの寸法を適切に選択することによって、個々の微細開口パターンに対しては不十分な空間分解能しか持たない観察手段、例えば、通常の光学顕微鏡を用いて、容易に判定を行うことができる。また、複数の寸法のそれぞれに対してブロックを設けることによって、従来、時間、コストともに要した微細開口パターン底部における被エッチング膜の正確なドライエッチングレートの測定を素早く、容易に行うことができる。さらに、ブロックをウェハ面内に均等に配置することにより、ウェハ全面の微細孔底部エッチングレート面内分布を瞬時に把握することができる。従って、本発明により、ドライエッチング工程のエッチングレートの管理レベルを飛躍的に向上させることができ、微細加工精度の向上に寄与することができる。
【００２９】
さらに、本発明は、下地膜を設けることによって、半導体基板を傷つけることのない非破壊検査となるから、モニター基板の再利用が可能である。従って、コスト的に優れているのと同時に、環境への負荷も少ないというメリットがある。また、本発明は、中間膜を設けることによって、光学顕微鏡等によるエッチング後の光学的特性の観察を容易に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のエッチング工程のモニター方法を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明のエッチング工程のモニター方法に係るモニター基板の断面の構成を表す一実施形態の概略図である。同図に示すモニター基板１０は、本発明のエッチング工程のモニター方法を適用して、被エッチング膜１８のエッチング工程をモニターするためのものである。モニター基板１０においては、半導体基板１２の上に下地膜１４が形成され、下地膜１４の上に中間膜１６が形成され、中間膜１６の上に被エッチング膜１８が形成され、被エッチング膜１８の上にマスクパターン２０が形成されている。
【００３２】
ここで、下地膜１４は、被エッチング膜１８とは反射率（光学的特性）の異なる所定厚みのもので、中間膜１６のエッチング時には、中間膜１６のエッチングレートと比較して十分に低いエッチングレートを示す材質のものである。
【００３３】
下地膜１４は、半導体基板１２と被エッチング膜１８との反射率が、光学顕微鏡で視認できる程度に十分異なっていない場合に使用される。また、下地膜１４は、中間膜１６をエッチング除去する時に、半導体基板１２がエッチングされ、ダメージを受けることを防ぐエッチングストッパの役割も果たす。下地膜１４は、必須の構成要素ではなく、必要に応じて適宜設けることが好ましい。
【００３４】
また、中間膜１６は、下地膜１４および被エッチング膜１８のいずれとも反射率の異なる所定厚みのもので、被エッチング膜１８のエッチング時には、被エッチング膜１８のエッチングレートと比較して十分に低いエッチングレートを示し、なおかつ中間膜１６自身のエッチング時には、下地膜１４および被エッチング膜１８のエッチングレートと比較して十分に高いエッチングレートでエッチングを行うことができる材質のものである。
【００３５】
中間膜１６は、被エッチング膜１８のエッチング工程において、被エッチング膜１８がその膜厚の全体にわたって除去された部分において、その表面が露出され、そして、その後に行われる追加エッチング工程において、露出された部分から除去される膜である。中間膜１６も必須の構成要素ではないが、反射率の異なる中間膜１６を設けることによって、その下層の下地膜１４もしくは半導体基板１２を光学顕微鏡で視認することが容易となるため、中間膜１６を設けることが好ましい。
【００３６】
すなわち、モニター基板は、図２（ａ）に示すように、下地膜１４および中間膜１４のいずれか一方がない構成とすることができるし、もしくは、同図（ｂ）に示すように、下地膜１４および中間膜１６の両方がない構成とすることもできる。
【００３７】
続いて、被エッチング膜１８は、エッチング工程をモニターする（エッチングレートを測定する）対象となる膜であって、マイクロローディング効果が発現するアスペクト比の微細孔を形成することができる程度の厚さに形成される。
【００３８】
なお、半導体基板１２および被エッチング膜１８は、各種材質のものを使用することができる。下地膜１４および中間膜１６は、半導体基板１２および被エッチング膜１８の材質に応じて、上記処理条件でエッチングすることができる各種材質のものを使用することができる。特に、被エッチング膜１８が、光学的特性の観察を行う波長の光を透過する膜であり、下地膜１４が、観察を行う波長の光を反射する膜であり、中間膜１６が、観察を行う波長の光を吸収する膜であるのが好ましい。
【００３９】
例えば、半導体基板１２がシリコン基板で、被エッチング膜１８がＳｉＯ2等のシリコン酸化膜である場合、下地膜１４はＡｌもしくはＡｌ合金、中間膜１６はＴｉＮもしくはＴｉ合金を用いることができる。他の例として、半導体基板１２がシリコン基板、被エッチング膜１８がＳｉＯＣ等の低誘電率絶縁膜、もしくは有機系絶縁膜である場合、下地膜１４はＣｕ、中間膜１６はＳｉＮを用いることができる。
【００４０】
次に、マスクパターン２０について説明する。
【００４１】
マスクパターン２０には、各々異なる開口寸法のホールパターン２２が配置された複数個のブロックが形成されている。各々のブロック内には、同一開口寸法のホールパターン２２が二次元的な範囲に複数個配列されている。マスクパターン２０には、エッチング工程をモニターしようとするターゲットの開口寸法のホールパターン２２のブロックと、その前後の開口寸法のホールパターン２２のブロックとがウェハの面内に均等に形成されている。
【００４２】
図３（ａ）および（ｂ）、ならびに図４（ｃ）および（ｄ）は、図１に示すモニター基板で用いられるマスクパターンの構成を表す一実施形態の概略図である。この例では、図３（ａ）に示すように、同一のショット２６がウェハ２４上の全面にレイアウトされている。各々のショット２６内には、同図（ｂ）に、その拡大図を示すように、同一のパターン２８が配置され、各々のパターン２８内には、図４（ｃ）に、その部分拡大図を示すように、微細孔の開口寸法毎にグループ化された複数のブロック３０が配置されている。
【００４３】
ここで、パターン２８の中には、ターゲットの開口寸法のホールパターンのブロック３０と、その前後の開口寸法のホールパターンのブロック３０とが並べて配置されている。図４（ｃ）に示す例の場合、ターゲットの開口寸法は０．３５μｍであり、図中その左側に、０．３０μｍ、０．２５μｍ、０．２０μｍの開口寸法のホールパターン２２のブロック３０が配置され、その右側に、０．４０μ、…の開口寸法のホールパターン２２のブロック３０が配置されている。
【００４４】
そして、各々のブロック３０の内部には、図４（ｄ）に、その部分拡大図を示すように、同一開口寸法の複数個のホールパターン２２が、各々のホールパターン２２の周囲を囲む６個のホールパターン２２との間の間隔が全て同じ間隔となるように配置されている。
【００４５】
なお、パターン２８の中には、例えば１００μｍ×１００μｍなどの、極端に開口寸法の大きい大開口パターンのブロック３０を同時に配置するなど、上記以外の各種のパターンを配置してもよい。また、ターゲットの開口寸法のホールパターンの前後の開口寸法のホールパターンは、上記例のように０．０５μｍのピッチに限定されず、必要に応じて適宜ピッチを設定してもよい。
【００４６】
また、マスクパターン２０はホールパターン２２に限定されず、例えば複数本のラインパターンが一方向に配列されたもの等であってもよい。ラインパターンのブロックの場合、マスクパターンには、各々異なる開口寸法のラインパターンが配置された複数個のブロックが形成され、各々のブロック内には、同一開口寸法のラインパターンが二次元的な範囲に複数個配列される。本発明では、ホールパターンやラインパターンなどのパターンを総称して開口パターンという。
【００４７】
また、マスクパターン２０は、モニター基板１０のみが形成されたウェハの場合、ウェハの面内に均等にブロックを形成するのが好ましい。この場合、ウェハの全面にブロックを形成する必要はなく、必要箇所のみに概略均等にブロックを点在させてもよい。一方、製品の半導体集積回路を形成するためのウェハの場合、各々の半導体集積回路のチップの内部にブロックを配置してもよいし、あるいはスクライブライン上にブロックを配置してもよい。
【００４８】
また、マスクパターン２０は、例えばターゲット寸法の同一開口寸法のホールパターンが二次元的な範囲に複数個配列されたブロックのみを複数個ウェハの全面に配置するか、もしくは必要箇所のみに点在させてもよい。この場合、被エッチング膜１８のエッチングレートは測定できないが、被エッチング膜１８がその膜厚全体にわたってエッチングされ、その微細孔の底部に中間膜１６もしくは下地膜１４もしくは半導体基板１２の表面が露出するまでエッチングされたかどうかを判定することはできる。
【００４９】
次に、上記モニター基板１０を用いて、被エッチング膜１８のエッチング工程をモニターする場合の動作を説明する。
【００５０】
エッチング工程のモニターを行うに際しては、まず、被エッチング膜１８のエッチング処理条件で、被エッチング膜１８のエッチングを所定時間行って微細孔を開口する。エッチング時間は、ターゲットの開口寸法の微細孔の底部にちょうど中間膜１６の表面が露出する程度（ジャストエッチング）に設定する。
【００５１】
これにより、微細孔の底部に中間膜１６の表面が露出されるブロックと露出されないブロックとの間を境界として、この境界よりもホールパターンの開口寸法が大きいブロックでは、中間膜１６の表面が微細孔の底部に露出するまで被エッチング膜１８がエッチングされる。一方、境界よりもホールパターンの開口寸法が小さいブロックでは、中間膜１６の表面が微細孔の底部に露出しない深さまでしか被エッチング膜１８はエッチングされない。
【００５２】
次に、被エッチング膜１８のエッチングレートおよび下地膜１４のエッチングレートと比較して、中間膜１６のエッチングレートが十分に高い処理条件で、すなわち中間膜１６が優先的に除去される処理条件で中間膜１６を等方的に除去する追加のエッチング処理を所定時間行う。エッチング時間は、少なくとも各ブロック内において、隣り合う開口パターン同士の間の距離の１／２以上の距離にわたって中間膜１６が除去され、かつ、隣り合うブロック間の距離に比較してはるかに短い距離しか中間膜１６が除去されない程度に設定する。
【００５３】
これにより、中間膜１６の表面が微細孔３２の底部に露出するまで被エッチング膜１８がエッチングされたブロック３０では、ブロック３０内の微細孔３２のそれぞれにおいて被エッチング膜１８が除去されて中間膜１６が露出した部分から中間膜１６が、ブロック３０内の全体において、もしくは、少なくともほぼ全体において、除去される。一方、マイクロローディング効果によってエッチングレートが低下し、中間膜１６の表面が微細孔３２の底部に露出しない深さまでしか被エッチング膜１８がエッチングされなかったブロック３０では、中間膜１６の上に被エッチング膜１８が残っているため、中間膜１６は全く除去されない。
【００５４】
上記処理を行った後、光学顕微鏡を用いて、各々のブロック３０の平均的な光学的特性を観察すると、中間膜１６が除去されたブロック３０と中間膜１６が除去されなかったブロック３０とでは、その反射率が異なるため、その違いを容易に視認することができる。
【００５５】
例えば、下地膜１４が銀色のＡｌ−Ｃｕ合金膜で、中間膜１６が茶褐色のＴｉＮ膜である場合、中間膜１６であるＴｉＮ膜が等方的に除去されたブロック３０、例えば微細孔の開口寸法が０．３５μｍ以上のブロックでは、反射率が異なるＡｌ−Ｃｕ合金膜がブロックの全体にわたって露出される。この結果、ブロック３０全体の平均的光学的特性が、例えば光学顕微鏡によって容易に観察することができる程度に大きく変化する。すなわち、中間膜１６であるＴｉＮ膜が除去されたブロック３０では、ブロック３０内の全体にわたって、ＴｉＮ膜の茶褐色からＡｌ−Ｃｕ合金膜の銀色に変色していることを容易に判別することができる。
【００５６】
従って、上記処理により、前述の境界の位置から、被エッチング膜１８の正確なエッチングレートを素早く、容易に算出することができる。すなわち、例えば、境界がターゲット寸法のブロックとそれよりも１つ開口寸法が小さいブロックとの間にある場合には、設定したエッチング時間において、ターゲット寸法の微細孔に対してジャストエッチであったことがわかる。これから、逆に、エッチング時間設定時に行ったエッチング速度の想定が正確であったことがわかる。一方、境界がより大きな開口寸法の位置にある場合にはエッチング速度が想定よりも低かったことが、逆に、より小さな開口寸法の位置にある場合には想定よりも高かったことがわかる。また、ブロック３０をウェハ２４の面内に概略均等に配置しておくことによってエッチングレートのウェハ面内分布も瞬時に算出することができる。また同時に、エッチングレートのマスクパターン開口寸法依存性、あるいはエッチングレートのアスペクト比依存性という、いわゆるエッチングレートのマイクロローディング効果も把握することができる。
【００５７】
なお、中間膜１６は、ブロック３０内の全体にわたって除去される程度にエッチングされるのが好ましいが、部分的に中間膜１６が残っていても、ほぼ全体において除去されていて、光学顕微鏡によって変色を容易に判別することができれば何ら問題はない。また、中間膜１６のエッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのどちらで行ってもよい。また、中間膜１６を除去する時同時に、マスクパターン２０が除去される処理条件でエッチングを行うのが好ましい。
【００５８】
例えば、被エッチング膜１８がＳｉＯ2で、下地膜１４がＡｌ合金膜、中間膜１６がＴｉ合金膜である場合、中間膜１６のエッチング処理は、ＣＦ4／Ｏ2プラズマ照射処理であるのが好ましい。ＣＦ4／Ｏ2プラズマ条件を制御することによって、被エッチング膜１８であるＳｉＯ2膜および下地膜１４であるＡｌ合金膜をほとんど変形させることなく、マスクパターン２０および中間膜１６であるＴｉ合金膜のみを等方的に除去することができる。
【００５９】
マスクパターン２０を除去することによって、観察時の実質的なアスペクト比が小さくなるため、光学顕微鏡で観察する時に、光学的特性の違いが一層視認しやすくなるという利点がある。また、ブロック３０の光学的特性を観察する目的ではマスクパターン２０を除去する必要はないが、製品の半導体集積回路のチップにブロック３０が配置される場合、中間膜１６とマスクパターン２０とを同時に除去することによって、工程を短縮することができるという利点もある。
【００６０】
また、本発明のエッチング工程のモニター方法は、下地膜１４を設けることによって非破壊検査となる。例えば、図１に示すモニター基板１０であれば、エッチング工程のモニター後であっても半導体基板１２にダメージを与えることがない。従って、モニター基板１０が、エッチング工程のモニター専用のウェハ上に構成される場合、下地膜１４をエッチング除去するウェットエッチング再生作業を施すことによって、ウェハ上に何度でもモニター基板の構造を再構築して再利用することができるため、コスト面でも有利である。
【実施例１】
【００６１】
従来の断面ＳＥＭを用いるエッチング工程のモニター方法、および本発明のエッチング方法のモニター方法をそれぞれ適用し、微細孔のターゲットの開口寸法を０．３５μｍとしてシリコン酸化膜のエッチングレートの測定を行った。
【００６２】
まず、従来の断面ＳＥＭを用いるエッチング工程のモニター方法を適用して、シリコン酸化膜のドライエッチング加工を実施した。
【００６３】
モニター基板として、図７に示す構成のモニター基板３４を使用した。すなわち、シリコン基板３６の上にシリコン酸化膜３８を通常の２倍程度の１．８μｍの厚さに形成し、その上にフォトレジストを１．２μｍの厚さに形成した。そして、フォトレジストをパターニングして、０．３０μｍ、０．３５μｍ、０．４０μｍ、０．４５μｍ、０．４５μｍ、および０．６０μｍの開口寸法のホールパターン４２が配置されたマスクパターン４０を形成した。
【００６４】
次に、高周波（ＲＦ）プラズマによって、シリコン酸化膜等の酸化膜をエッチングする平行平板型のドライエッチング装置を用いて、図７に示すモニター基板３４のシリコン酸化膜３８をドライエッチングして微細孔を開口した。ドライエッチング用の処理ガスとしては、ＣＦ4、Ｃ4Ｆ8のエッチャントガス、および添加ガスとしてＣＯ、希釈ガスとしてＡｒを用いた。また、ドライエッチングの処理条件は、下記表１の通りとした。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
エッチング時間は５分に設定し、開口寸法が０．３５μｍの微細孔において、シリコン基板３６の表面が露出しない深さまでシリコン酸化膜３８をエッチングして、ドライエッチング処理を停止した。そして、ドライエッチング処理後にウェハを破断し、図８に示すように、断面ＳＥＭを用いてシリコン酸化膜３８に開口された各開口寸法の微細孔４４の断面形状を観察した。
【００６７】
図９は、図８に示す各微細孔４４のホール径とシリコン酸化膜３８のエッチングレートとの関係をグラフにしたものである。このグラフの横軸は、微細孔４４のホール径（μｍ）であり、縦軸は、シリコン酸化膜３８のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）である。このグラフから分かるように、微細孔４４のホール径が小さくなるほどシリコン酸化膜３８のエッチングレートが低下する現象が発現すること、すなわちマイクロローディング効果を確認することができた。
【００６８】
次に、本発明のエッチング工程のモニター方法を適用して、シリコン酸化膜のエッチングレートの測定を行った。
【００６９】
モニター基板は、図１に示すモニター基板１０の構成のものを使用した。すなわち、スパッタリング法により、シリコン基板１２の上に下地膜となるＡｌ−Ｃｕ合金膜１４を５００ｎｍの厚さに形成し、続けてＡｌ−Ｃｕ合金膜１４の上に中間膜となるＴｉＮ膜１６を３０ｎｍの厚さに形成した後、プラズマＣＶＤ法により、ＴｉＮ膜１６上に被エッチング膜となるシリコン酸化膜１８を８００ｎｍの厚さに形成した。そして、シリコン酸化膜１８の上にフォトレジストを１１００ｎｍ形成し、ステッパによる露光パターニング工程を施して、図３（ａ）および（ｂ）、ならびに図４（ｃ）および（ｄ）に示した通りのマスクパターン２０を形成した。
【００７０】
次に、従来の断面ＳＥＭを用いるエッチング工程のモニター方法の場合と同じドライエッチング装置を用いて、図１に示す構成のモニター基板１０のシリコン酸化膜１８をドライエッチングした。ドライエッチングの処理条件は上記表１と同じにした。また、エッチング時間は、ターゲットの開口寸法である０．３５μｍ径の微細孔がジャストエッチングされるように５分に設定した。この条件において、中間膜であるＴｉＮ膜１６のエッチング速度は被エッチング膜であるシリコン酸化膜１８のエッチング速度に比較して低く、０．３５μｍ径の微細孔の底部においては、約５ｎｍ／ｍｉｎであった。ただし、このように中間膜のエッチング速度の低い条件で被エッチング膜のエッチング処理を行うことは、必須ではない。
【００７１】
次に、マイクロ波プラズマ装置を用いて、中間膜であるＴｉＮ膜１６およびマスクパターン２０のフォトレジストを除去した。この時の処理条件は下記表２の通りとした。また、処理時間は２分とした。
【００７２】
【表２】
2006073701.tif 000004
【００７３】
フォトレジストの除去レート（アッシングレート）は約１０００ｎｍ／ｍｉｎであり、２分間のマイクロ波放電照射によってレジストは完全に除去されていた。また、中間膜であるＴｉＮ膜１６の除去レートは約４００ｎｍ／ｍｉｎであり、２分間のマイクロ波放電照射によって、シリコン酸化膜１８に開口された微細孔の底部に中間膜であるＴｉＮ膜１６の表面が露出していたブロックにおいては、ＴｉＮ膜１６が完全に除去されていた。
【００７４】
一方、シリコン酸化膜１８の除去レートは約２０ｎｍ／ｍｉｎであり、Ａｌ−Ｃｕ合金膜１４の除去レートは約０ｎｍ／ｍｉｎであるから、２分間のマイクロ波放電照射によってシリコン酸化膜１８およびＡｌＣｕ合金膜１４の形状変化が進むことはなかった。
【００７５】
処理後のモニター基板１０を光学顕微鏡で観察した結果を図６に示す。開口寸法が０．３５μｍ以上のブロックではＴｉＮ膜１６が除去され、Ａｌ−Ｃｕ合金膜１４の表面が露出されたため、銀色に変色していた。一方、開口寸法０．３０μｍ以下のブロックではＴｉＮ膜１６は除去されず、茶褐色のままであった。このモニター基板１０の光学顕微鏡による結果は、開口寸法が０．３５μｍ径のブロックがジャストエッチング状態であることを示しており、厚さ８００ｎｍのシリコン酸化膜１８に対して５分で微細孔が開口されたことから、ドライエッチングレートは１６０ｎｍ／ｍｉｎであることが分かった。
【００７６】
モニター基板１０を光学顕微鏡で観察した後、さらに断面ＳＥＭを用いてモニター基板１０の断面を観察した結果を図５（ａ）および（ｂ）に示す。シリコン酸化膜１８が完全に開口された、開口寸法が０．３５μｍ径のブロックに形成されたレジストおよびＴｉＮ膜１６は、同図（ａ）に示すように完全に除去されていた。一方、シリコン酸化膜１８の開口が不完全な、開口寸法が０．３０μｍ径のブロックではレジストは完全に除去されていたが、ＴｉＮ膜１６は、同図（ｂ）に示すように全く除去されていなかった。このことから、モニター基板１０によってエッチングレートを効果的にモニターできていることが確認できた。
【００７７】
なお、上記実施例では、被エッチング膜としてプラズマシリコン酸化膜を用いているが、他のシリコン酸化膜、プラズマＴＥＯＳ−シリコン酸化膜、オゾンＴＥＯＳ−シリコン酸化膜、Ｂ，Ｐなどを含むシリコン酸化膜等であっても同様にエッチングレートの測定が可能である。本発明者による実験結果では、ドライあるいはウェット熱酸化によるシリコン熱酸化膜とプラズマＴＥＯＳ−シリコン酸化膜とは、エッチングレートの挙動が同一であった。これを考慮すれば、プラズマＴＥＯＳ−シリコン酸化膜を被エッチング膜とするモニター基板によって間接的にシリコン熱酸化膜のエッチングレートをモニターすることができる。エッチング後のブロックの平均的な光学的特性の観察は、光学顕微鏡を用いて作業者が行うのが最も簡便である。しかし、例えば、光学顕微鏡に類似した光学系と、図６に示されたような色の変化を観察することができるセンサーを備えた観察装置を利用して、自動的に行うことが可能であることは言うまでもない。
【００７８】
また、エッチングレートのモニタリング頻度は、ドライエッチング装置の特性の揺らぎ幅によって様々に設定すべきであるが、製品ウェハを処理する直前に実施するのが望ましい。
【００７９】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明のエッチング工程のモニター方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のエッチング工程のモニター方法に係るモニター基板の断面の構成を表す一実施形態の概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明のエッチング工程のモニター方法に係るモニター基板の断面の構成を表す別の実施形態の概略図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、図１に示すモニター基板で用いられるマスクパターンの構成を表す概略図である。
【図４】（ｃ）および（ｄ）は、図３に続くマスクパターンの構成を表す概略図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、図１に示すモニター基板をエッチングした後、断面ＳＥＭで観察した時のモニター基板の断面の状態を表す概略図である。
【図６】図１に示すモニター基板をエッチング処理した後、光学顕微鏡で観察した時のブロックの状態を表す概略図である。
【図７】従来のエッチング工程のモニター方法に係るモニター基板の断面の構成を表す一例の概略図である。
【図８】図７に示すモニター基板をエッチング処理した後のモニター基板の断面の状態を表す概略図である。
【図９】図８に示す各微細孔のホール径とシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１０、３４  モニター基板
１２  半導体基板
１４  下地膜
１６  中間膜
１８、３８  被エッチング膜
２０、４０  マスクパターン
２２、４２  ホールパターン
２４  ウェハ
２６  ショット
２８  パターン
３０  ブロック
３２、４４  微細孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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