JP4654097B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子をエッチングして製造する装置に関し、エッチングした深さ等のエッチング処理の状態を判定する機能を備えた半導体製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor element by etching, and relates to a semiconductor manufacturing apparatus having a function of determining a state of an etching process such as an etched depth.
半導体素子の形成では、半導体ウエハの表面上に形成された誘電材料，絶縁材料の層等の様々な材料の層を除去するためやこれらの層にパターンを形成するために、ドライエッチングが広く使用されている。このドライエッチングを行う上では、上記の層の加工中に、層の所望のエッチング深さや層の所望の膜厚が得られるようにエッチングを調節することが重要であり、このためエッチングの終点や膜の厚さを正確に検出することが求められている。 In the formation of semiconductor elements, dry etching is widely used to remove layers of various materials such as dielectric materials and insulating materials formed on the surface of semiconductor wafers and to form patterns on these layers. Has been. In performing this dry etching, it is important to adjust the etching so that a desired etching depth of the layer and a desired film thickness of the layer are obtained during the processing of the above layer. There is a need to accurately detect the thickness of the film.
ところで、半導体ウエハを、プラズマを用いてドライエッチングする処理の際、プラズマ光に含まれる特定波長の光からの発光の強度が、特定の層のエッチングが進行するに伴って変化することが知られている。そこで、この半導体ウエハのエッチングの終点や層の膜厚などのエッチングの状態の検出する技術の１つとして、ドライエッチング処理中にプラズマからの特定波長の発光強度の変化を検出し、この検出結果に基づいて特定の層のエッチング終点や該層の膜厚を検出する技術が知られている。この検出の精度を向上するには、ノイズによる検出波形の変動に起因する誤検出を低減する必要がある。 By the way, it is known that the intensity of light emission from light of a specific wavelength included in plasma light changes as the etching of a specific layer progresses during the process of dry etching a semiconductor wafer using plasma. ing. Therefore, as one of the techniques for detecting the etching state such as the etching end point of the semiconductor wafer and the film thickness of the layer, a change in emission intensity of a specific wavelength from the plasma is detected during the dry etching process, and the detection result A technique for detecting the etching end point of a specific layer and the film thickness of the layer based on the above is known. In order to improve the accuracy of this detection, it is necessary to reduce false detection caused by fluctuations in the detection waveform due to noise.
近年は、半導体の微細化，高集積化に伴い開口率（半導体ウエハの被エッチング面積）が小さくなっており、光センサーから光検出器に取り込まれる特定波長の発光強度が微弱になっている。その結果、光検出器からのサンプリング信号のレベルが小さくなり、終点判定部は、光検出器からのサンプリング信号に基づいてエッチングの終点を確実に検出することが困難になっている。 In recent years, with the miniaturization and high integration of semiconductors, the aperture ratio (area to be etched of a semiconductor wafer) has decreased, and the emission intensity of a specific wavelength taken into the photodetector from the optical sensor has become weak. As a result, the level of the sampling signal from the photodetector is reduced, and it is difficult for the end point determination unit to reliably detect the etching end point based on the sampling signal from the photodetector.
また、エッチングの終点を検出し処理を停止させる際、実際には、誘電層の残りの厚さが所定値と等しいことが重要である。従来のプロセスでは、それぞれの層のエッチング速度が一定であるという前提に基づく時間厚さ制御技法を使用して、全体のプロセスを監視している。エッチング速度の値は、例えば、予めサンプルウエハを処理して求める。この方法では、時間監視法により、所定の膜厚（エッチング処理における残りの膜厚：
remaining film thickness）に対応する時間が経過すると同時にエッチングプロセスが停止する。
In addition, when detecting the end point of etching and stopping the process, it is actually important that the remaining thickness of the dielectric layer is equal to a predetermined value. Conventional processes monitor the entire process using time thickness control techniques based on the assumption that the etch rate of each layer is constant. The value of the etching rate is obtained, for example, by processing a sample wafer in advance. In this method, a predetermined film thickness (remaining film thickness in the etching process:
The etching process stops as soon as the time corresponding to the remaining film thickness elapses.
しかし、実際の膜、例えばＬＰＣＶＤ技法により形成されたＳｉＯ2 層は、厚さの再現性が低いことが知られている。ＬＰＣＶＤ中のプロセス変動による厚さの許容誤差は
ＳｉＯ2 層の初期厚の約１０％に相当する。したがって、時間監視による方法は、シリコン基板上に残るＳｉＯ2 層の実際の最終厚さを正確に測定することはできない。そして、残っている層の実際の厚さは、最終的に標準的な分光干渉計技法により測定され、過剰エッチングされていると判明した場合は、そのウエハを不合格として廃棄することになる。
However, it is known that an actual film, such as a SiO 2 layer formed by the LPCVD technique, has a low thickness reproducibility. Thickness tolerance due to process variations during LPCVD corresponds to about 10% of the initial thickness of the SiO 2 layer. Therefore, the time monitoring method cannot accurately measure the actual final thickness of the SiO 2 layer remaining on the silicon substrate. The actual thickness of the remaining layer is then finally measured by standard spectroscopic interferometry techniques and if it is found to be over-etched, the wafer will be rejected and discarded.
このような半導体ウエハのエッチングの終点をウエハ表面を計測して検出する技術としては、特開平５−１７９４６７号公報（文献１），ＵＳＰ５６５８４１８公報（文献２），特開２０００−９７６４８号公報（文献３），特開２０００−１０６３５６号公報（文献４）等に開示された干渉計を使用するものが知られている。 As techniques for detecting the end point of etching of such a semiconductor wafer by measuring the wafer surface, Japanese Patent Laid-Open No. 5-179467 (Reference 1), US Pat. No. 5,658,418 (Reference 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-97648 (Reference) 3), which uses an interferometer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-106356 (Document 4) is known.
特開平５−１７９４６７号公報（文献１）においては、赤，緑，青の３種類のカラーフィルタを用いて、干渉光（プラズマ光）を検出し、エッチングの終点検出を行う。ＵＳＰ５６５８４１８公報（文献２）では、２つの波長の干渉波形の時間変化とその微分波形を用いて、干渉波形の極値（波形の最大，最小：微分波形の零通過点）をカウントする。カウントが所定値に達するまでの時間を計測することによりエッチング速度を算出し、算出したエッチング速度に基づき所定の膜厚に達する迄の残りのエッチング時間を求め、それに基づきエッチングプロセスの停止を行っている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 5-179467 (Reference 1), interference light (plasma light) is detected using three types of color filters of red, green, and blue, and etching end point detection is performed. In US Pat. No. 5,658,418 (reference 2), the extreme values of the interference waveform (maximum and minimum of the waveform: zero passing point of the differential waveform) are counted using the time change of the interference waveform of the two wavelengths and the differential waveform. The etching rate is calculated by measuring the time until the count reaches a predetermined value, the remaining etching time until reaching the predetermined film thickness is obtained based on the calculated etching rate, and the etching process is stopped based on that. Yes.
特開２０００−９７６４８号公報（文献３）では、処理前の干渉光の光強度パターン
（波長をパラメータとする）と処理後または処理中の干渉光の光強度パターンとの差の波形（波長をパラメータとする）を求め、その差波形とデータベース化されている差波形との比較により段差（膜厚）を測定する。特開２０００−１０６３５６号公報（文献４）は回転塗布装置に関し、多波長にわたる干渉光の時間変化を測定して膜厚を求めている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-97648 (Reference 3), a waveform (wavelength of a difference) between a light intensity pattern of interference light before processing (with wavelength as a parameter) and a light intensity pattern of interference light after processing or during processing. Parameter), and the step (film thickness) is measured by comparing the difference waveform with the difference waveform stored in the database. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-106356 (Document 4) relates to a spin coating apparatus, and obtains a film thickness by measuring temporal changes of interference light over multiple wavelengths.
エッチングの終点を検出して処理を停止させる際、実際には、膜層の残りの厚さが所定の値にできるだけ近いか等しいことが重要である。従来の技術では、それぞれの層のエッチングの速度が一定であるという前提に基づいて時間を調節することで上記膜の厚さを監視している。この基準となるエッチング速度の値は、例えば、予めサンプルとなるウエハを処理して求めておく。この技術では、所定の膜厚に対応した時間が経過するとエッチングプロセスが停止される。 When detecting the end point of etching and stopping the process, it is actually important that the remaining thickness of the film layer is as close as possible to or equal to a predetermined value. In the prior art, the thickness of the film is monitored by adjusting the time based on the premise that the etching rate of each layer is constant. The reference etching rate value is obtained, for example, by processing a sample wafer in advance. In this technique, the etching process is stopped when a time corresponding to a predetermined film thickness elapses.
しかしながら、上記の従来技術では次のような問題点が有った。 However, the above prior art has the following problems.
すなわち、多数の異なる種類の膜の構造を有する半導体ウエハを少量ずつ処理して製造する場合には、それぞれの処理対象であって製品となるべきウエハに対して、多波長微分干渉パターンのデータベースを作成することになり、このために、実際のウエハと同一の膜の構成を有するウエハを用いて、試験的なエッチング処理を行うと、ウエハ自体のコストも高く、さらにこの試験的処理が行われるウエハ分だけ余分にウエハを用意する必要があり、少量の生産ではこの試験に係るコストが高く、ひいては素子の生産のコストを増大させてしまうという問題があった。 In other words, when manufacturing a large number of semiconductor wafers having different types of film structures, a multi-wavelength differential interference pattern database is created for each wafer to be processed and processed. For this reason, if a test etching process is performed using a wafer having the same film configuration as the actual wafer, the cost of the wafer itself is high, and this test process is performed. It is necessary to prepare an extra wafer as much as the wafer, and there is a problem that the cost for this test is high in a small amount of production, and consequently the production cost of the element is increased.
また、上記従来技術の多波長の干渉パターンのデータベースには多量のデータが格納されており、このため、膜厚さを判定するには、実際のウエハを処理中に得られたデータとデータベース内の多数のデータとを比較して、そのうちから最も適したデータを選択することになり、多くの演算が必要となって判定までに多くの時間が掛かることになる。実際に処理を行う時間は膜層の厚さが近年薄くなっていることから短縮化が進んでおり、膜厚を判定した時点では処理が過度に進んでいる虞が有る。また、演算時間は短縮しようとして単にデータベースのデータの数を低下させてしまうと、精度を損なってしまうことになる。なぜなら、処理中に得られた発光からのデータには異常放電，測定基準レベルの遷移やノイズといった誤差の要因が多く含まれているからである。 In addition, a large amount of data is stored in the above-mentioned database of multi-wavelength interference patterns in the prior art. Therefore, in order to determine the film thickness, data obtained during processing of an actual wafer and the data in the database are stored. The most suitable data is selected from among these, and a lot of calculations are required, and it takes a lot of time for the determination. The actual processing time has been shortened since the thickness of the film layer has recently been reduced, and there is a possibility that the processing is excessively advanced when the film thickness is determined. In addition, if the number of data in the database is simply reduced in order to shorten the calculation time, the accuracy is impaired. This is because the data from the light emission obtained during the processing includes many error factors such as abnormal discharge, transition of measurement reference level and noise.
また、上記従来の技術では、用いられるウエハの膜の厚さを検出し、厚さの検出結果を用いて製品用のウエハを処理する際の半導体製造装置の運転条件を設定する場合にも、厚さ計測のためサンプルのウエハが必要となっていた。例えば、１つのロット中から任意のウエハを選び測定に供していた。このため、計測のための時間やウエハが必要となり、半導体製造のスループットを低下させていた。 Further, in the above conventional technology, when detecting the film thickness of the wafer used, and setting the operating conditions of the semiconductor manufacturing apparatus when processing the product wafer using the thickness detection result, A sample wafer was required for thickness measurement. For example, an arbitrary wafer was selected from one lot and used for measurement. For this reason, time and wafers for measurement are required, and the throughput of semiconductor manufacturing is reduced.
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消するようにした半導体製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that solves the problems of the prior art.
本発明の別の目的は、処理のスループットを向上させた半導体製造装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus with improved processing throughput.
上記目的は、容器内に配置され表面に膜を備えた半導体ウエハをこの容器内に形成したプラズマを用いて処理するエッチング半導体製造装置であって、前記半導体ウエハの表面の前記膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記半導体ウエハ表面の前記膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さが極大または極小となる干渉光の２波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の処理において任意の時刻で前記強さが極大または極小となる干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対の干渉光について前記検出器の出力から検出された該干渉光の強さが所定の時間差内で極大または極小となる時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さが極大または極小となる時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置により達成される。 An object of the present invention is to provide an etching semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer disposed in a container and having a film on the surface by using plasma formed in the container, and for etching the film on the surface of the semiconductor wafer. A detector for detecting a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer, which occurs with the progress of the etching process during a predetermined period, and the detector obtained with the progress of the process. A determination unit that determines at least two remaining film thicknesses of the film on the surface of the semiconductor wafer based on an output, and a control that adjusts the etching process based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determination unit and means, detects the predetermined period of etching treatment, the two-wavelength of the interference light each intensity becomes maximum or minimum at a predetermined time difference at least one pair A possible first range and a second range capable of detecting only one wavelength of interfering light whose intensity is maximized or minimized at any time in the subsequent processing of the first range, The determination unit has at least one corresponding to a time at which the intensity of the interference light detected from the output of the detector with respect to the interference light of the pair of two wavelengths selected in advance is maximum or minimum within a predetermined time difference. Corresponding to the time when the intensity of the interference light of the one wavelength selected in advance in the second range becomes maximum or minimum after the determination of the first range in which the remaining film thickness is determined as the passing film thickness This is achieved by a semiconductor manufacturing apparatus that determines the remaining film thickness as a target film thickness .
また、容器内に配置され表面に膜を備えた半導体ウエハをこの容器内に形成したプラズマを用いて処理するエッチング半導体製造装置であって、前記半導体ウエハの表面の前記膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記半導体ウエハ表面の前記膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さの時系列微分から得られた微分値が極大または極小となる干渉光の２波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の処理において任意の時刻で前記強さの微分値が極大または極小となる干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対について前記検出器の出力から検出された該干渉光の干渉光の強さの微分値が所定の時間差内で零クロスする時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さの微分値が零クロスする時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置により達成される。 Further, an etching semiconductor manufacturing apparatus for processing a semiconductor wafer disposed in a container and having a film on a surface thereof using a plasma formed in the container, wherein a predetermined etching process for the film on the surface of the semiconductor wafer is performed. A detector that detects a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer that occurs with the progress of the etching process during the period, and an output from the detector that is obtained with the progress of the process. A determination unit that determines at least two remaining film thicknesses of the film on the surface of the semiconductor wafer, and a control unit that adjusts the etching process based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determination unit; A predetermined period of the etching process, the two wavelengths of the interference light at which the differential value obtained from the time-series differential of each intensity becomes a maximum or minimum with a predetermined time difference Capable of detecting only one wavelength of the interference light differential value of the strength becomes maximum or minimum at any time in the process after the at least one first region pairs capable of detecting and of the first region A second range, wherein the determiner has a differential value of the intensity of the interference light detected from the output of the detector with respect to the two pairs of wavelengths selected in advance within a predetermined time difference. After the determination of the first range in which at least one remaining film thickness corresponding to the time of zero crossing at the time is determined as the passing film thickness, the intensity of the interference light of the one wavelength selected in advance in the second range This is achieved by a semiconductor manufacturing apparatus that determines the remaining film thickness corresponding to the time at which the differential value of zero crosses zero as the target film thickness .
また、容器内に配置され表面に酸化膜及びその上方のポリシリコン膜を備えた半導体ウエハをこの容器内に形成したプラズマを用いてエッチング処理する半導体製造装置であって、前記半導体ウエハの表面の前記ポリシリコン膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記ポリシリコン膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さが極大または極小となる干渉光の２つの波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の前記ポリシリコン膜の境界までの処理で任意の時刻で前記強さが極大または極小となる干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対の干渉光について前記検出器の出力から検出された該干渉光の強さが所定の時間差内で極大または極小となる時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さが極大または極小となる時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置により達成される。 A semiconductor manufacturing apparatus for performing an etching process using a plasma formed in a container, the semiconductor wafer being disposed in the container and having an oxide film on the surface and a polysilicon film above the oxide film. A detector for detecting a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer that occurs with the progress of the etching process during a predetermined period of the etching process of the polysilicon film; A determination unit for determining at least two remaining film thicknesses of the polysilicon film based on the output from the detector obtained in the step, and the etching based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determination unit And a control means for adjusting the process, and the predetermined period of the etching process has a maximum time or a minimum of 2 of the interference light with a predetermined time difference. At least one pair of detectable first range and the interference light in which the intensity at any time the maximum or minimum by the processing up to the boundary of the polysilicon film after the first range of wavelengths A second range in which only one wavelength can be detected, and the determiner detects the intensity of the interference light detected from the output of the detector with respect to the interference light of the pair of the two wavelengths selected in advance. Is selected in advance in the second range after the determination of the first range in which at least one remaining film thickness corresponding to the time when becomes maximum or minimum within a predetermined time difference is determined as the passing film thickness This is achieved by a semiconductor manufacturing apparatus that determines the remaining film thickness corresponding to the time when the intensity of the interference light of one wavelength becomes maximum or minimum as the target film thickness .
また、容器内に配置され表面に酸化膜及びその上方のポリシリコン膜を備えた半導体ウエハをこの容器内に形成したプラズマを用いてエッチング処理する半導体製造装置であって、前記半導体ウエハの表面の前記ポリシリコン膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記ポリシリコン膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さの時系列微分から得られた微分値が零クロスする干渉光の２つの波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の前記ポリシリコン膜の境界までの処理で任意の時刻で前記強さの微分値が零クロスする干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対の干渉光について前記検出器の出力から検出された該干渉光の強さの微分値が所定の時間差内で零クロスする時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さの微分値が零クロスする時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置により達成される。
A semiconductor manufacturing apparatus for performing an etching process using a plasma formed in a container, the semiconductor wafer being disposed in the container and having an oxide film on the surface and a polysilicon film above the oxide film. A detector for detecting a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer that occurs with the progress of the etching process during a predetermined period of the etching process of the polysilicon film; A determination unit for determining at least two remaining film thicknesses of the polysilicon film based on the output from the detector obtained in the step, and the etching based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determination unit and control means for adjusting the processing, predetermined period of the etching process, the differential value obtained from the time series differential of each of the intensity at a predetermined time difference The detectable at least one pair of the two wavelengths of the cross-interference light one range and the strength of the differential value at any time by the processing up to the boundary of the polysilicon film after the first range And a second range capable of detecting only one wavelength of the interference light that crosses zero , and the determiner is detected from the output of the detector for the pre-selected interference light of the two wavelength pairs. In addition, after the determination of the first range, the second film thickness is determined after determining at least one remaining film thickness corresponding to the time when the differential value of the intensity of the interference light crosses zero within a predetermined time difference. This is achieved by a semiconductor manufacturing apparatus that determines the remaining film thickness corresponding to the time at which the differential value of the intensity of the interference light of one wavelength preselected in the range crosses zero as the target film thickness.
さらに、前記制御手段は前記判定器が前記第二の範囲において前記残り膜厚さが所定の値に以下になったと判定した場合に前記エッチング処理を停止することにより達成される。 Further , the control means is achieved by stopping the etching process when the determination unit determines that the remaining film thickness has become a predetermined value or less in the second range .
以下に本願発明の実施例を、添付図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
なお、以下の各実施例において、第１実施例と同様の機能を有するものは第１実施例と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。 In the following embodiments, those having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
また、以下の実施例では、本発明による真空処理装置及びその被処理材であるウエハ等試料のエッチング処理について説明する。特に、試料をエッチングした量（エッチングされた深さあるいはエッチングされた膜厚）等エッチングの条件を検出する装置と方法について説明する。なお、以下の説明で単に「膜厚」という場合は、エッチング処理における現在処理中の膜の残っている膜の厚さを言う。 In the following embodiments, a vacuum processing apparatus according to the present invention and an etching process for a sample such as a wafer as a material to be processed will be described. In particular, an apparatus and method for detecting etching conditions such as the amount of etched sample (etched depth or etched film thickness) will be described. In the following description, the term “film thickness” simply refers to the thickness of the remaining film that is currently being processed in the etching process.
以下、図１乃至図３で本発明の第１の実施例を説明する。図１は、本願発明に係る真空処理装置に係る第１の実施例について構成の概略を縦断面とブロックとを用いて示す図である。図２は、第１の実施例における処理対象となるウエハ上の構成及び光の干渉の概略を示す模式図である。図３は、第１の実施例で光の干渉を用いて得られるデータの例を示すグラフである。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the vacuum processing apparatus according to the present invention using a longitudinal section and a block. FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration on a wafer to be processed and an outline of light interference in the first embodiment. FIG. 3 is a graph showing an example of data obtained using light interference in the first embodiment.
まず、図１を用いて、本発明の真空処理装置の第一の実施例に係り、膜厚測定装置を備えた半導体ウエハ等試料のエッチング処理を行う真空処理装置の全体の構成の概略を説明する。図１は、本発明を、有磁場ＵＨＦ帯電磁波放射放電方式のプラズマエッチング装置へ適用した実施例を示すもので、当該プラズマエッチング装置の縦断面の模式図である。 First, using FIG. 1, an outline of the overall configuration of a vacuum processing apparatus for etching a sample such as a semiconductor wafer provided with a film thickness measuring apparatus according to the first embodiment of the vacuum processing apparatus of the present invention will be described. To do. FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a magnetic field UHF band electromagnetic wave radiation discharge type plasma etching apparatus, and is a schematic view of a longitudinal section of the plasma etching apparatus.
図１において、エッチング処理を行う真空処理装置１は、１０-6Torr程度の真空度を達成可能な真空容器である処理室１００を備え、その上部にプラズマ発生手段としての電磁波を放射するアンテナ１１０を、さらにその下部にはウエハなどの試料４を載置する下部電極１３０を、それぞれ備えている。
In FIG. 1, a
処理室１００を内側に含む真空容器２は、側壁１０２やその上に側壁１０２等が取り付けられるベースブロックである真空室１０３を備えて構成され、この真空室１０３に接続された真空排気系１０４と圧力制御手段１０５により真空室１０３とともに内部の真空排気と圧力調整がなされて、内部の圧力がたとえば０.５Ｐａ 以上４Ｐａ以下程度の所定の値に制御できる。処理室１００，側壁１０２および真空室１０３は、アース電位となっている。処理室１００の側壁１０２は、図示しない温度制御手段により、たとえば５０℃程度に温調されている。
The
アンテナ１１０と下部電極１３０は、平行して対向する形で設置されている。処理室
１００の周囲には、たとえば電磁コイルとヨークからなる磁場形成手段１０１が設置されており、所定の分布と強度をもつ磁場が形成される。そして、アンテナ１１０から処理室１００内に放射される電磁波と磁場形成手段１０１により形成される処理室１００内に供給される磁場との相互作用により、処理室内部に導入された処理ガスをプラズマ化して、プラズマ３を発生させ、下部電極１３０上に載置された試料４を処理する。
The antenna 110 and the
電磁波を放射するアンテナ１１０は、円板状導電体１１１と、誘電体１１２及び誘電体リング１１３からなり、真空容器２の一部としてのハウジング１１４に保持される。この円板状導電体１１１は図示しない温度制御手段により、たとえば３０℃に温調されている。また、円板状導電体１１１のプラズマに接する側の面には、プレート１１５が設置されており、試料のエッチング，成膜等の処理を行う処理ガスは、ガス供給手段１１６から所定の流量と混合比をもって供給され、円板状導電体１１１の内部で均一化されて、プレート１１５に設けられた多数の孔を通して処理室１００に供給される。
The antenna 110 that radiates electromagnetic waves includes a disk-shaped
また、アンテナ１１０には、アンテナ電源１２１及びアンテナバイアス電源１２３並びにマッチング回路・フィルタ系１２２，１２４，１２５からなるアンテナ電源系１２０が導入端子１２６を介して接続される。アンテナ電源１２１は、望ましくは３００ＭＨｚから９００ＭＨｚのＵＨＦ帯周波数の電力を供給して、アンテナ１１０からＵＨＦ帯の電磁波を放射する。
The antenna 110 is connected to an
アンテナバイアス電源１２３は、円板状導電体１１１を介してプレート１１５に、たとえば１００ｋＨｚ程度あるいは数ＭＨｚから１０ＭＨｚ程度の周波数のバイアスを印加して、プレート１１５の表面での反応を制御することもできる。特に、ＣＦ系のガスを用いた酸化膜エッチングにおいては、プレート１１５の材質を高純度のシリコンやカーボンなどとすることで、プレート１１５の表面でのＦラジカルやＣＦｘラジカルの反応を制御して、ラジカルの組成比を調整することが可能である。この目的のために、プレート１１５の材料として高純度のシリコンを用いることも可能である。
The antenna
本実施例では、被処理材としては試料４上に積層された酸化膜上のポリシリコン部材であるので、プレート１１５の材料として石英等の絶縁部材を使用している。また、円板状導電体１１１およびハウジングにはアルミ，誘電体１１２および誘電体リング１１３には石英を用いている。本実施例では、アンテナ電源１２１は４５０ＭＨｚ、アンテナバイアス電源１２２は１３.５６ＭＨｚ の周波数として、ギャップは７０mmに設定している。
In this embodiment, since the material to be treated is a polysilicon member on an oxide film laminated on the sample 4, an insulating member such as quartz is used as the material of the plate 115. Further, aluminum is used for the disk-shaped
処理室１００の下部には、アンテナ１１０に対向して下部電極１３０が設けられている。下部電極１３０は、静電吸着装置１３１により、その上面すなわち試料載置面にウエハなどの試料４を載置保持する。試料Ｗの外周部には、たとえば高純度のシリコンで形成された試料台リング１３２が絶縁体１３３上に設置されている。下部電極１３０には、望ましくは４００ｋＨｚから１３.５６ＭＨｚ の範囲のバイアス電力を供給するバイアス電源１３４が、マッチング回路・フィルタ系１３５を介して接続されて、試料Ｗに印加するバイアスを制御する。本実施例では、バイアス電源１３４は周波数を８００ｋＨｚとしている。
A
次に、試料４の表面の状態を計測するために設置された計測ポート１４０について説明する。本実施例では、計測ポート１４０は試料４に対向したアンテナ１１０に取り付けられており、後述するように、プレート１１５に形成された多数の貫通孔を通して、試料４の表面上に配置された薄膜などの状態を略垂直上方から計測できる。また、別の計測ポート１４０を試料Ｗの外周部を計測する位置や試料４の外周と中心の中間位置に設置することにより、試料Ｗの表面の面内分布に関する情報を得ることができる。もちろん、計測ポートの取り付けはここで説明したように外周部と中間部の２カ所等に限られるものではなく、１カ所のみあるいは３カ所以上としてもよく、あるいはたとえば円周上に配列するなど別の配置にしてもよいことはいうまでもない。
Next, the
上記計測ポート１４０の各々には、たとえば光ファイバやレンズなどの光学伝送手段
１５１が設けられており、光学伝送手段１５１が設けられており、プラズマ３からの直接光や、あるいはプラズマ３の試料４表面での反射光あるいは干渉光等の試料４の表面状態を反映する光学情報が、例えば、カメラや干渉薄膜計あるいは画像処理装置などからなる計測器１５２に伝送されて計測される。
Each of the
計測器１５２は、膜厚さや処理の終点を判定するための判定装置１０を含む計測器制御・演算手段１５３により制御されるとともに、さらに上位のシステム制御手段１５４と接続される。システム制御手段１５４は、制御インタフェース１５５を介して、装置や装置を含むシステムの状態をモニタしたり調節したりする制御用のコントローラである。上記計測器制御・演算手段１５３は、複数の半導体メモリ用チップやマイクロプロセサ等から構成される電子回路や、ワンチップマイコン等の１つのチップ中に構成された電子回路が考えられる。
The measuring
本実施例による真空処理装置１は以上のように構成されており、このプラズマエッチング装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを行う場合の詳細な手順は次の通りである。
The
まず、処理の対象物である試料４は、図示していない試料搬入機構から処理室１００に搬入された後、下部電極１３０の上に載置・吸着され、必要に応じて下部電極の高さが調整されて所定のギャップに設定される。ついで、処理室１００内は真空排気系１０４により真空排気され、一方、試料４のエッチング処理に必要なガスがガス供給手段１１６から、所定の流量と混合比をもって、アンテナ１１０のプレート１１５から処理室１００に供給される。同時に処理室１００の内部が所定の処理圧力になるように調整される。
First, the sample 4 that is the object to be processed is loaded into the
他方、磁場形成手段１０１により、アンテナ電源１２１の周波数の４５０ＭＨｚに対する電子サイクロトロン共鳴磁場強度に相当する概略１６０ガウスのほぼ水平な磁場がプレート１１５の下方付近に形成される。そして、アンテナ電源１２１によりアンテナ１１０からＵＨＦ帯の電磁波が放射され、磁場との相互作用により処理室１００内にプラズマ３が生成される。このプラズマ３により、処理ガスを解離させてイオン・ラジカルを発生させ、さらにアンテナバイアス電源１２３，バイアス電源１３４から供給される高周波電力を制御して、試料４にエッチング等の処理を行う。
On the other hand, the magnetic field forming means 101 forms a substantially horizontal magnetic field of approximately 160 gauss corresponding to the electron cyclotron resonance magnetic field strength with respect to the frequency of the
各電源の投入電力は、被処理対象となる試料４に対する処理の使用に応じて調節され、たとえば、アンテナ電源１２１は１０００Ｗ、アンテナバイアス電源１２３は３００Ｗ、バイアス電源１４１は８００Ｗ程度である。そして、エッチング処理の終了にともない、電力および処理ガスの供給を停止してエッチングを終了する。
The input power of each power source is adjusted in accordance with the use of processing for the sample 4 to be processed. For example, the
この処理中のプラズマ発光やウエハ表面状態を反映する光学情報が、計測ポート１４０等を通して、光学伝送手段１５１等により伝送されて計測器１５２で計測がなされ、計測器制御・演算手段１５３で計測結果に基づいて演算処理がなされ、判定装置１０に判定された膜厚さや処理の終点等の処理の状態が上位のシステム制御手段１５４に伝達されて、制御インタフェース１５５を介して本実施例のプラズマ処理装置が制御される。
Optical information reflecting the plasma emission and wafer surface state during processing is transmitted by the optical transmission means 151 etc. through the
すなわち、エッチング量（例えば、エッチング深さ及び膜厚）の分光器１１を含む計測器１５２が有する測定用光源（例えばハロゲン光源）からの多波長の放射光が、光学伝送手段１５１により処理室１００あるいは真空室１０３内に導かれ、被処理材である試料４に略垂直に入射角で当てられる。被処理材である試料４はここではポリシリコンによる薄膜の層を含む略円形状の半導体製の平板である。この試料４上に到達した放射光は、ポリシリコン層の上面で反射屈折した放射光と、ポリシリコン層と下地層との間に形成された境界面で反射屈折された放射光とにより、干渉光が形成され試料４の上方向に放射される。
That is, multi-wavelength radiated light from a measurement light source (for example, a halogen light source) included in the measuring
これらの干渉光は計測ポート１４０，光ファイバ８を含む光伝送手段１５１を介して計測器１５２の分光器１１に導かれ、分光器１１からの出力信号に基づいて被処理材のエッチング量及びマスク材の膜厚やプロセス（ここではエッチング）の終点の判定の処理が判定装置１０内の計測器制御・演算手段１５３で行われる。
These interference lights are guided to the
計測器１５２は、分光器１１を有し、また計測器制御・演算手段１５３に含まれる判定装置１０は、計測器から出力されたデータの信号を受けてこれらに所定の処理を行う第１デジタルフィルタ回路１２，２２，微分器１３，２３，第２デジタルフィルタ回路１４，２４、さらに、膜厚さやエッチングの終点といったエッチングの状態を判定に用いられる微分波形パターンのデータベースを記憶する記憶手段である微分波形データベース（微分零クロス時刻蓄積器）１５，２５，微分波形比較器（微分零クロス時刻比較器）１６及びこれら比較器の結果に基づきエッチングの終点や膜厚さを演算して判定する演算器を含む処理状態判定器２６を備えて、膜厚の検出や終点といった処理の状態の判定のための処理が行われる。さらには、本実施例の真空処理装置１は、上記データ信号や処理後のデータ，判定結果を使用者に表示するための表示手段を備えている。
The measuring
本実施例の半導体製造装置では、半導体ウエハ等の被処理材をプラズマエッチングする際に、予め、被処理材の光学的な物性値を用いて光干渉波形を演算して得られた結果を用いる等して、所定の膜厚に対する干渉光の微分値が零クロスする（あるいは干渉光の実波形が極値をとる）波長群を予め選択して任意の膜厚と、これに対する零クロスが正から負に変わる（あるいは極大値をとる）波長群λ１と零クロスが負から正に変わる（あるいは極小値をとる）波長群λ２とについてのデータを、記憶或いは記録させておくものである。これらのデータは真空処理装置１本体に備えられ、或いは通信可能に構成された、記憶または記録用の装置に記憶／記録される。
In the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment, when plasma processing is performed on a material to be processed such as a semiconductor wafer, a result obtained by calculating an optical interference waveform using optical property values of the material to be processed in advance is used. Equally, a wavelength group in which the differential value of the interference light with respect to a predetermined film thickness crosses zero (or the actual waveform of the interference light takes an extreme value) is selected in advance, and an arbitrary film thickness and the zero cross with respect to this are positive. The data about the wavelength group λ1 that changes from negative to negative (or takes a local maximum) and the wavelength group λ2 that changes the zero cross from negative to positive (or takes a local minimum) are stored or recorded. These data are stored / recorded in a storage or recording device provided in the main body of the
そして、実際の試料４の処理においては、これら波長群λ１とλ２の干渉光についてその強度をそれぞれ測定し、測定された干渉光強度の各波長群の微分値が零クロス（極値となる）する時刻を検出し、この零クロスする時刻を所定の値と比較して、被処理材である試料４上の被処理部材の膜厚を判定する、或いは処理により目標とする膜厚や処理の終点に達したか否かを判定するものである。 In the actual processing of the sample 4, the intensities of the interference light beams of the wavelength groups λ1 and λ2 are measured, and the differential value of each wavelength group of the measured interference light intensity is zero cross (extreme value). The time of zero crossing is detected and the zero crossing time is compared with a predetermined value to determine the film thickness of the member to be processed on the sample 4 which is the material to be processed, or the target film thickness and processing It is determined whether or not the end point has been reached.
なお、本実施例では光検出器である分光器１１が１個だけの場合を示してあるが、被処理材の面内を広く測定して制御したい場合には、複数の光検出器を設ければよい。
In the present embodiment, the case where there is only one
また、上記実施例のように真空容器２内に光を供給する光源を用いないで、真空容器２内に発生するプラズマ３からの光を利用して試料４表面からの干渉光を分光器１１で受けて得られた出力から試料４の処理の状態を検出してもよい。この場合は、試料４表面からのプラズマ光の反射光が分光器１１に供給されることになる。
In addition, the light source that supplies light into the
また、プラズマ光の変化を計測するため、真空容器２の側壁に計測ポート１６０或いは光学伝送ユニット１６１が内側の光を受光可能に配置され、これにより検出された信号を参照光とする。この参照光は、試料４表面から直接入射する光路を通る光ではなく、かつプラズマ３からの光の変化が検出可能であることが必要であり、本実施例では、プラズマ３の光を側壁に設けた受光器で得ている。なお、計測ポート１６０で受光された真空容器２内の処理室１００からの光は、光学伝送ユニット１６１及びこれと接続された光ファイバ等を介して分光器１１を備えた計測器１５２に伝達される。
Further, in order to measure the change of the plasma light, the
発明者らによれば、開発において、半導体ウエハ等の試料上に形成された膜を被処理部材としてこれのエッチング処理を行う場合、特定の膜厚においてその膜厚さの被処理部材から得られる干渉波形データが一方が極大値、他方が極小値となる特定の複数の波長の群が選択でき、これらの極大または極小となる周波数の各々は膜厚によって異なり、膜厚が小さくなるに伴って小さくなるということが判った。 According to the inventors, in the development, when a film formed on a sample such as a semiconductor wafer or the like is used as a member to be etched, this is obtained from the member to be processed having a specific film thickness. A group of a plurality of specific wavelengths can be selected in which one of the interference waveform data has a maximum value and the other has a minimum value, and each of these maximum or minimum frequencies varies depending on the film thickness. It turned out to be smaller.
発明者らは、このことから、特定の膜厚について、一方が極大値となる時刻の前後で他方が極小値をとる時刻との間隔を基準として予め設定しておくことで、特定の波長の干渉光において略同時刻で極大値となる（一次微分の値が負方向に零クロスする）及び極小値となる（一次微分の値が正方向に零クロスする）を検出することで、上記特定の膜厚に達したかを判定することができる、という知見を得た。 For this reason, the inventors set a specific film thickness in advance with reference to the interval between the time when one takes the maximum value and the time when the other takes the minimum value. By detecting the maximum value (the first derivative value crosses zero in the negative direction) and the minimum value (the first derivative value crosses zero in the positive direction) at approximately the same time in the interference light, the above specified It was found that it was possible to determine whether the film thickness was reached.
すなわち、任意の膜厚さにおいて或いは任意の処理中の時刻において、ほぼ周期的に変化する各波長の干渉光のうちで特定の位相となる波長複数からなる組合せが選択され、これらの波長がその特定の位相となることを検出することで、処理が前記任意の膜厚さに達した、つまり残りの膜厚さを検出することができるというものである。それぞれの特定の位相となったことを検出した波長を少なくとも２つ以上を用いることで、対応する膜厚さを判定する精度が向上する。 That is, a combination of a plurality of wavelengths having a specific phase is selected from the interference light of each wavelength that changes almost periodically at an arbitrary film thickness or at an arbitrary processing time. By detecting that a specific phase is reached, the processing has reached the arbitrary film thickness, that is, the remaining film thickness can be detected. By using at least two wavelengths that have been detected as having each specific phase, the accuracy of determining the corresponding film thickness is improved.
また、特定の位相として、極大値，極小値となるものを選択した場合、処理中の干渉光からの信号に含まれる誤差の要因の影響を低減することができ、検出の精度が向上する。また、信号を微分するデータの処理を行うことで、干渉光の強度が変化するその変化の位相を検出する精度が向上する。 Further, when a specific phase having a maximum value or a minimum value is selected, the influence of an error factor included in the signal from the interference light being processed can be reduced, and the detection accuracy is improved. Moreover, the accuracy of detecting the phase of the change in which the intensity of the interference light changes is improved by processing the data for differentiating the signal.
光検出器である分光器１１が取り込んだ上記の波長群λ１に含まれる各波長の発光強度は、分光器１１によりサンプリング信号としてそれぞれ発光強度に応じた電流検出信号となり電圧信号へ変換されて出力される。このような波長群λ１の複数の特定波長の信号は、時系列データｙijとしてＲＡＭ等の記憶装置に収納される。
The emission intensity of each wavelength included in the wavelength group λ1 captured by the
次に、この時系列データｙijは、第１デジタルフィルタ回路１２により平滑化処理され、平滑化時系列データＹijとしてＲＡＭ等の記憶装置に収納される。この平滑化時系列データＹijを基にして、微分器１３により微係数値（１次微分値あるいは２次微分値）の時系列データｄijが算出され、ＲＡＭ等の記憶装置に収納される。微係数値の時系列データｄijは、第２デジタルフィルタ回路１４により平滑化処理され、平滑化微係数時系列データＤijとしてＲＡＭ等の記憶装置に収納される。そして、本実施例ではこの平滑化微係数時系列データＤijから干渉光強度の各波長の微分値のパターンを得る。
Next, the time series data yij is smoothed by the first
一方、光検出器２１が取り込んだ上記の波長群λ２に含まれる各波長の発光強度は、それぞれ発光強度に応じた電流検出信号となり電圧信号へ変換されて出力される。このような波長群λ２の複数の特定波長の信号は、時系列データｙ′ijとしてＲＡＭ等の記憶装置に収納される。 On the other hand, the emission intensity of each wavelength included in the wavelength group λ2 captured by the photodetector 21 is converted into a voltage signal and output as a current detection signal corresponding to the emission intensity. Signals of a plurality of specific wavelengths in such a wavelength group λ2 are stored in a storage device such as a RAM as time series data y′ij.
次に、この時系列データｙ′ijは、第１デジタルフィルタ回路２２により平滑化処理され、平滑化時系列データＹ′ijとしてＲＡＭ等の記憶装置に収納される。この平滑化時系列データＹ′ijを基にして、微分器２３により微係数値(１次微分値あるいは２次微分値)の時系列データｄ′ijが算出され、ＲＡＭ等の記憶装置に収納される。微係数値の時系列データｄijは、第２デジタルフィルタ回路２４により平滑化処理され、平滑化微係数時系列データＤ′ijとしてＲＡＭ等の記憶装置に収納される。そして、この平滑化微係数時系列データＤ′ijから干渉光強度の各波長の微分値の実パターンを得る。
Next, the time series data y′ij is smoothed by the first digital filter circuit 22 and stored in a storage device such as a RAM as smoothed time series data Y′ij. Based on the smoothed time series data Y′ij, the
また、半導体メモリやハードディスクといった記憶装置内に記録された微分波形データベース１５，２５には、膜厚が変化したことによる上記各波長の干渉光強度データ、あるいはこれらの微分データの波形のそれぞれの値とその時刻が収納される。特に、被処理部材の処理中の時刻の変化に対する各波長の干渉光の強度（以下、干渉波形）の平滑化したデータの１次微分値が山，谷となる極大値，極小値（すなわち、１次微分データ波形の零クロス）となる波長とそれらの時刻Ｔｎ，Ｔ′ｎとが記憶される。つまり、微分波形データベース１５，２５は微分の零クロス時刻が記録され蓄積される装置である。
The
これら各時刻Ｔｎ，Ｔ′ｎは、その時刻の間の時間の大きさが微分波形比較器１６において、予め設定されるか又は記憶／記録されている所定の値と比較される。ここで、微分波形比較器１６は、微分の零クロス時刻を比較する手段でも有する。これら所定の値よりもＴｎ，Ｔ′ｎ間の時間の大きさが小さい場合には、その時刻Ｔｎ或いはＴ′ｎの前後で被処理部材４０の膜厚さがこれら時刻に対応する所定の値に達したと判定され、被処理部材の膜厚が判定される。
Each time Tn, T′n is compared with a predetermined value in which the magnitude of the time between the times is preset or stored / recorded in the
試料４の膜厚を判定した結果は、表示器１７により表示される。 The result of determining the film thickness of the sample 4 is displayed on the display 17.
表示器１７は、液晶やＣＲＴを用いたディスプレイや、所定の膜厚や終点に到達したことを光，音等で報知する報知ユニット、あるいはこれらの組合せ等が考えられる。本実施例は、計測データをグラフとして表示するディスプレイと、光または音で報知するユニットとを備えた表示器１７を備えている。 The display unit 17 may be a display using liquid crystal or CRT, a notification unit for notifying that a predetermined film thickness or end point has been reached by light, sound, or a combination thereof. The present embodiment includes a display device 17 that includes a display that displays measurement data as a graph and a unit that notifies light or sound.
また、上記のように、微分波形データベース１５，２５には、被処理対象である試料４からの干渉光の微分波形データの変化が記憶されるとともに、干渉波形のデータが極値
（極大値，極小値。即ち、微分データ波形の零クロス）をとる時刻が、すなわち、膜厚が変化したことによる干渉光強度の山や谷の時刻についてのデータが記憶されている。このようにして微分波形データベース１５，２５に記憶された情報は、例えば、エッチング処理を行った際の所定の範囲の波長について、処理中の所定の時刻での干渉光のデータの値は、上記表示器１７に送信されてこの表示器１７上に表示される。
Further, as described above, the
また、本実施例では、複数の波長の干渉光について、その微分値が零を通過する（１次微分値の正から負への零クロスは干渉波形の極大、負から正への零クロスは干渉波形の極小となる）時刻についてのデータも、表示器１７上に表示可能に構成されている。 Further, in this embodiment, the interference values of a plurality of wavelengths of the interference light pass through zero (the zero-crossing from the positive to negative of the first-order differential value is the maximum of the interference waveform, and the zero-crossing from negative to positive is Data about the time (which is the minimum of the interference waveform) can also be displayed on the display unit 17.
さらに、本実施例の装置では、表示器１７に表示される計測データを用い、この表示されたデータを視認した使用者が望む特定の情報を表示したり、特定の情報を検出または演算するために必要な情報を使用者に指定させたりする機能を備えている。これらの量を所定の位置に使用者が認識し易く表示する機能等を備えている。 Furthermore, in the apparatus of the present embodiment, measurement data displayed on the display unit 17 is used to display specific information desired by the user who has viewed the displayed data, or to detect or calculate specific information. It has a function that allows the user to specify necessary information. A function for easily displaying these amounts at predetermined positions by the user is provided.
例えば、表示器１７上に表示された時間−波長の座標上の特定の点や任意の点、或いはそのデータを指定するためのポインタ等の指定機能や、指定した点におけるデータの値やこれらの値から特定の量、例えば、特定の時刻間の時間や波長，エッチングの速度や膜厚等エッチングの状態を示す量を演算あるいは検出する機能を備えていても良い。 For example, a specific point or arbitrary point on the time-wavelength coordinate displayed on the display 17 or a designation function such as a pointer for designating the data, the value of data at the designated point, and these A function for calculating or detecting a specific amount from the value, for example, an amount indicating an etching state such as a time and wavelength between specific times, an etching speed, and a film thickness may be provided.
上記の量を演算するためのユニットは、装置に備えられた演算器でもよく、装置とは距離が離れた場所に配置され計測または検出したデータを通信ユニットを介して授受可能な別の演算器を用いても良い。 The unit for calculating the amount may be an arithmetic unit provided in the apparatus, and another arithmetic unit that is arranged at a distance from the apparatus and that can transmit and receive data measured or detected via the communication unit. May be used.
なお、図１においては、エッチング量の測定装置の機能的な構成を示したものであり、表示器１７と分光器１１を除いた判定器１０の実際の構成は、ＣＰＵや、エッチング深さ及び膜厚測定処理プログラムや干渉光の微分波形パターンデータベース等の各種データを保持したＲＯＭや測定データ保持用のＲＡＭおよび外部記憶装置等からなる記憶装置，データの入出力装置、及び通信制御装置により構成することができる。これは、以下説明する他の実施例についても同様である。
FIG. 1 shows the functional configuration of the etching amount measuring apparatus. The actual configuration of the
図２に、本実施例の処理装置における処理の一例として、ゲートエッチング処理に用いられる半導体ウエハ等の被処理材である試料４の縦断面形状の例を示す。 FIG. 2 shows an example of a vertical cross-sectional shape of a sample 4 which is a material to be processed such as a semiconductor wafer used for a gate etching process as an example of a process in the processing apparatus of this embodiment.
この図において、処理対象の膜である被処理部材（ポリシリコン）４０は、試料（ウエハ）４の上に下地材である酸化膜４２上に形成されており、さらにこの被処理部材４０上にマスク材４１が積層されている。この試料４に対して、例えば、ゲート膜のエッチングを行う場合、被処理部材４０の下地材はＳｉＯ2 の絶縁膜であり、ソース，ドレーン間に対応して多結晶の下地材の上にポリシリコンのゲート層が形成される。
In this figure, a member to be processed (polysilicon) 40 that is a film to be processed is formed on a sample (wafer) 4 on an
また、各素子のゲート電極部４８の独立動作を保証するための素子分離部４９が酸化膜により形成されている。また、本実施の例では、“マスク材４１の下部の酸化膜４２による素子分離部（Shallow Trench Isolation，ＳＴＩ）４９が形成された側方に”ゲート電極部４８が構成されており、ゲート電極部４８での酸化膜４２の厚さよりも素子分離部
４９での酸化膜４２の膜厚さが大きくされ、素子分離部４９が左右のゲート電極部を４８区画している。
In addition, an
このような構成の試料４の表面に対して、分光器１１或いはプラズマ３から放出された複数の波長域に亙る光は、被処理部材４０と下地材である酸化膜４２の積層構造を含む試料４にほぼ垂直な入射角で当てられる。酸化膜（下地材）４２が薄いゲート電極部４８へ導かれた放射光は、被処理部材４０の上面で反射した放射光と、被処理部材４０と下地材である酸化膜４２との間に形成された境界面で反射した放射光とを含み、これらの箇所で反射されて試料４の上方放射された反射光によって干渉光９５Ａが形成される。
The light over a plurality of wavelength ranges emitted from the
また同様に、酸化膜４２が厚い素子分離部４９へ導かれた放射光は、被処理部材４０の上面で反射した放射光と、被処理部材４０と酸化膜４２との間に形成された境界面で反射した放射光とを含み、これらの箇所で反射されて試料４の上方へ放射された反射光により干渉光９５Ｂが形成される。これらの干渉光は下地酸化膜の厚さが薄くなると干渉強度が弱くなるため、干渉光９５Ａ，９５Ｂの強度は９５Ｂ＞９５Ａの関係がある。
Similarly, the radiated light guided to the
反射した干渉光は分光器１１に導かれ、エッチング中の被処理部材４０の層の厚さによって強さが変化する信号を生成する。分光器１１を通して検出される干渉光は、酸化膜
４２の膜が厚い部分からの干渉光９５Ｂの方が干渉光９５Ａよりも支配的で、本実施例において、干渉光を用いて検出される膜厚、エッチング溝深さ等のエッチング状態は、素子を分離する溝である素子分離部４９上のもの（例えば膜厚４６等）の方が精度が高くなる。
The reflected interference light is guided to the
図３は、本実施例の半導体製造装置で検出される干渉光から得られる信号波形のデータであり、複数の波長について、その時間変化を示したグラフである。この図に示すように、幾つかの波長の組合せで、一方が極値（極大値）となる時刻の前後の時刻で、データが極小値となる波長を選択できることが分かる。さらに、発明者らは、２つの波長のそれぞれで極大−極小となる時刻の間の時間差が、処理が進むにつれて（残りの膜厚が減少するに伴って）小さくなり、この時間差と膜厚との間に相関関係があるという知見を得た。 FIG. 3 shows signal waveform data obtained from the interference light detected by the semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment, and is a graph showing changes over time for a plurality of wavelengths. As shown in this figure, it can be seen that the wavelength at which the data becomes the minimum value can be selected at the time before and after the time when one of the values becomes the extreme value (maximum value) by combining several wavelengths. In addition, the inventors have shown that the time difference between the local maximum and minimum times at each of the two wavelengths decreases as the process proceeds (as the remaining film thickness decreases). It was found that there is a correlation between the two.
また、ほぼ同時刻で一方で極大値（１次微分値が負方向に０クロス）、他方で極小値
（１次微分値が正方向に０クロス）する特定の波長（群）の対を検出することで残り膜厚（エッチング（溝）深さ）や処理の終点を判定することができる、あるいは、特定の対の２つの波長のそれぞれで極大−極小となる時刻の間の時間差を判定することで残り膜厚
（エッチング（溝）深さ）や処理の終点を判定することができる、という知見を得て、本発明を想起したものである。
Also, a pair of specific wavelengths (groups) at which the maximum value (primary differential value is zero crossing in the negative direction) on the one hand and the minimum value (primary differential value zero crossing in the positive direction) on the other side is detected at approximately the same time. By doing so, the remaining film thickness (etching (groove) depth) and the end point of the process can be determined, or the time difference between the times when the maximum and minimum values are obtained at each of the two wavelengths of the specific pair is determined. Thus, the present invention is conceived by obtaining the knowledge that the remaining film thickness (etching (groove) depth) and the end point of processing can be determined.
図４は、図１に示す処理装置の動作の流れを示し、特に、被処理部材のエッチングの状態を検出してエッチング処理を調節する動作の流れを示す図である。 FIG. 4 shows the flow of operation of the processing apparatus shown in FIG. 1, and particularly shows the flow of operation for adjusting the etching process by detecting the etching state of the member to be processed.
本実施例において、半導体製造装置は、ステップ４００で、被処理部材４０であるポリシリコン膜に対するエッチング処理の条件を取得する。このステップでは、予め記憶装置，記録装置等に記憶，記録された処理条件のデータベース上の情報を受信しても良く、また、使用者が上記表示器１７に備えられたキーボード，マウス等の入力装置によって入力したものを受信しても良く、或いは、予め半導体ウエハ等の試料４を収容したカセットや試料４自身に記録された膜の構成を示すデータを取得して、図示してはいない演算ユニット等で検出しても良い。
In this embodiment, the semiconductor manufacturing apparatus acquires the conditions for the etching process for the polysilicon film that is the member to be processed 40 in
次に、ステップ４０１において、上記微分データ記憶装置に記憶されたデータを用いて、あるいは別の記憶／記録装置上に記憶／記録された各波長と各強度の微分データとを比較して、エッチング状態を判定するための波長群λ１，２を検出する。さらには、上記１次微分が零クロスとなる時刻同士の時間差について基準となる時間差ΔＴを設定する。
Next, in
ステップ４０２，４０３，４０４では、実際の試料４を処理して得られた干渉光の波形データを検出するとともに、ステップ４０１で設定した判定用の波長群λ１，２の干渉波形を微分して、それぞれの波長群において微分データが零クロスとなる時刻Ｔ１，Ｔ２を演算する。
In
ステップ４１８は、上記の通り、微分波形比較器１６を用いてステップ４０４で演算したＴ１，Ｔ２との時間差（Ｔ１−Ｔ２又はＴ２−Ｔ１）とステップ４０１で設定された基準となる時間差ΔＴとを比較する。Ｔ１−ΔＴ≦Ｔ２≦Ｔ１＋ΔＴを満たさない、すなわち、Ｔ１，Ｔ２との時間差より時間差ΔＴの方が小さいと判断されると、所望の膜厚に達していないと判定されてステップ４０３に戻り、被処理部材４０の処理を継続する。
In step 418, the time difference (T1-T2 or T2-T1) between T1 and T2 calculated in
一方、Ｔ１−ΔＴ≦Ｔ２≦Ｔ１＋ΔＴを満たす、すなわち、Ｔ１，Ｔ２との時間差よりΔＴの方が大きいか又は等しいと判断されると、所望の膜厚に達したかそれ以下の膜厚となったと判定され、ステップ４１４に進みエッチング終了及びサンプリング終了の設定を行う。本実施例は、ここでエッチングを停止し、分光器１１を介した波長群λ１，２の干渉光のサンプリングも停止する。
On the other hand, if it is determined that T1−ΔT ≦ T2 ≦ T1 + ΔT is satisfied, that is, ΔT is larger or equal to the time difference from T1 and T2, the desired film thickness is reached or less. In step 414, the end of etching and the end of sampling are set. In this embodiment, the etching is stopped here, and the sampling of the interference light of the wavelength groups λ 1 and 2 via the
このように、上記実施例では、任意の膜厚さにおいて或いは任意の処理中の時刻において、ほぼ周期的に変化する各波長の干渉光のうちで特定の位相となる波長複数からなる組合せが選択され、これらの波長がその特定の位相となることを検出することで、処理が前記任意の膜厚さに達した、つまり残りの膜厚さを検出し、或いは所定の膜厚さとなったことを判定している。それぞれの特定の位相となったことを検出した波長を少なくとも２つ以上を用いることで、対応する膜厚さを検出，判定する精度が向上する。また、特定の位相として、極大値，極小値となるものを選択しており、処理中の干渉光からの信号に含まれる誤差の要因の影響を低減することができ、検出の精度が向上する。また、信号を微分するデータの処理を行うことで、干渉光の強度が変化するその変化の位相を検出する精度が向上する。 As described above, in the above-described embodiment, a combination of a plurality of wavelengths having a specific phase is selected from the interference light of each wavelength that changes almost periodically at an arbitrary film thickness or at an arbitrary processing time. By detecting that these wavelengths are in the specific phase, the processing has reached the above-mentioned arbitrary film thickness, that is, the remaining film thickness has been detected, or the predetermined film thickness has been reached. Is judged. By using at least two wavelengths at which each specific phase is detected, the accuracy of detecting and determining the corresponding film thickness is improved. Moreover, the maximum and minimum values are selected as the specific phase, and the influence of the error factor included in the signal from the interference light being processed can be reduced, and the detection accuracy is improved. . Moreover, the accuracy of detecting the phase of the change in which the intensity of the interference light changes is improved by processing the data for differentiating the signal.
さて、発明者らによれば、酸化膜４２の影響を考慮した被処理部材（ポリシリコン膜）４０の干渉について検討した結果、ポリシリコン４０がエッチングされ膜厚が変化した時に現れる干渉波形は下地膜である酸化膜４２の厚さに影響を受けることがわかった。
According to the inventors, as a result of examining interference of the member to be processed (polysilicon film) 40 in consideration of the influence of the
図５（ａ），（ｄ）及び図６（ａ），（ｂ）は、図１の真空処理装置１でエッチング処理を行う際に、測定した波長４００ｎｍ及び測定波長３８０ｎｍの干渉光のデータについての微分値が負より正に零クロスするポリシリコン膜厚の下地酸化膜依存性とその膜厚で微分値が正より負に零クロスする波長の下地酸化膜依存性を示す図である。
FIGS. 5A, 5D, 6A, and 6B show the interference light data measured at the wavelength of 400 nm and the measurement wavelength of 380 nm when performing the etching process in the
図５（ａ）は、被処理部材４０であるポリシリコン膜の厚さが前後６０ｎｍである場合において、検出された値を１次微分して得られたデータが負から正に変化して零クロスする（実データが極小値に達する）波長４００ｎｍの干渉光に対応して判定されるポリシリコン膜厚の値の変化を、下地酸化膜の厚さの変化に対して示したグラフである。この図に示されるように、判定されるポリシリコン膜厚の値は、下地の酸化膜４２の厚さ約１３０ｎｍ毎におよそ周期的に変化する。これは、被処理部材４０であるポリシリコン膜の干渉が繋がって下地の酸化膜４２の干渉が続くためである。すなわち、判定される上記膜厚は、sin(４πｎｄ／λ) の周期性を持っていると考えて良い。ここで、ｎは酸化膜４２の屈折率、ｄは酸化膜の厚さ、λは干渉光の波長である。
FIG. 5A shows that when the thickness of the polysilicon film that is the member to be processed 40 is about 60 nm, the data obtained by first-order differentiation of the detected value changes from negative to positive and becomes zero. It is the graph which showed the change of the value of the polysilicon film thickness judged corresponding to the interference light of wavelength 400nm which crosses (actual data reaches the minimum value) with respect to the change of the thickness of a base oxide film. As shown in this figure, the value of the polysilicon film thickness to be determined changes periodically about every 130 nm in thickness of the
図５（ｂ）に、波長４００ｎｍの干渉光の微分データが負から正に変化して零クロスする時刻の前後で、その微分データが正から負に変化する零クロスを行う(極大値に達した)干渉光の波長群を示す。図に示されるように、その波長群は約４３０から５００ｎｍにわたり存在する。したがって、波長４００ｎｍの干渉光と約４３０から５００ｎｍの波長群の干渉光とを測定することにより、酸化膜４２の大まかな厚みを判定することができる。
In FIG. 5B, before and after the time when the differential data of interference light having a wavelength of 400 nm changes from negative to positive and zero crosses, zero crossing is performed in which the differential data changes from positive to negative (a maximum value is reached). Shows the wavelength group of the interference light. As shown in the figure, the wavelength group exists from about 430 to 500 nm. Therefore, the rough thickness of the
例えば、検出した波長４００ｎｍの干渉光を微分して得られたデータが極値となった時刻と波長４４０ｎｍの干渉光の微分データが極値となった時刻とが一致した（或いはこれらの時刻の間隔が所定の値以内であった）場合には、下地の酸化膜４２の厚さを約数ｎｍ〜１３０ｎｍ、約１７０ｎｍ〜２６０ｎｍ、または約３３０ｎｎｍ〜３８０ｎｍと対応つけることができる。
For example, the time when the data obtained by differentiating the detected interference light with a wavelength of 400 nm becomes an extreme value coincides with the time when the differential data of the interference light with a wavelength of 440 nm becomes an extreme value (or these times) In the case where the distance is within a predetermined value), the thickness of the
また、波長４００ｎｍと、波長４４０ｎｍ並びに４８０ｎｍの零クロスが一致した（或いはこれらの零クロスが生じる時刻間の時間差が所定の値以内であった）場合に、下地の酸化膜４２の膜厚さは約１４０ｎｍ〜１７０ｎｍ、約３００ｎｍ〜３３０ｎｍであると対応つけることができる。さらに、予め定められた試料４の仕様が有れば、これを考慮すると、さらに下地の酸化膜４２の膜厚が限定される。例えば、本実施例では酸化膜４２の厚さを約３００〜３３０ｎｍであるとする。
In addition, when the
このようにして求められ限定された酸化膜４２の厚さを用いることで、波長群λ１の検出対象の波長の干渉光の微分データが負から正に零クロスする時刻に（或いは所定の値以内の時間に）その微分データが正から負に零クロスする波長群λ２の波長域は、酸化膜
４２の膜厚さが限定されない場合と比べてより小さい範囲となる。
By using the thickness of the
図６（ａ）は、検出された値を１次微分して得られたデータが負から正に変化して零クロスする（実データが極小値に達する）波長３８０ｎｍの干渉光に対応して判定されるポリシリコン膜厚の値の変化を、下地の酸化膜４２の膜厚さの変化に対して示したグラフである。また、図６（ｂ）は、検出対象の波長３８０ｎｍの干渉光の微分データが負から正に変化して零クロスする時刻の前後で、その微分データが正から負に変化する零クロスを行う（極大値に達した）干渉光の波長群λ２の波長をしたグラフである。
FIG. 6A corresponds to the interference light having a wavelength of 380 nm, in which data obtained by first-order differentiation of the detected value changes from negative to positive and crosses zero (actual data reaches a minimum value). 6 is a graph showing a change in the value of the determined polysilicon film thickness with respect to a change in the film thickness of the
これら図に示すように、酸化膜４２の膜厚さを約３００ｎｍ〜３３０ｎｍであると限定して判定することで、酸化膜４２の膜厚さを限定しない場合に得られる被処理部材４０の判定された膜厚（４８ｎｍ〜５６ｎｍ）及び波長域（約４１０ｎｍから４５０ｎｍ）と比べて、約５２ｎｍ〜５５ｎｍ及び約４１０ｎｍ〜４２０ｎｍとなり、判定する膜厚の精度の向上、さらには波長域の狭帯域化がなされている。
As shown in these drawings, the determination of the member to be processed 40 obtained when the thickness of the
さて、上記した酸化膜４２の影響を考慮してポリシリコン膜である被処理部材４０の干渉光を解析した結果によると、被処理部材４０がエッチングされその膜厚が変化した時に現れる干渉光は、酸化膜４２の厚さによってその波長域をグループ分けでき、処理中に変化する被処理部材４０のポリシリコン膜の厚さに応じてこのグループを適宜、選択／設定することにより被処理部材４０のポリシリコン膜の厚さを測定できることがわかった。次に、この知見に基づいた実施例を述べる。
According to the result of analyzing the interference light of the member to be processed 40 that is a polysilicon film in consideration of the influence of the
図１４は、図１に示す実施例を用いて、下地として特定の厚さの酸化膜を有する被処理部材（ここではポリシリコン膜）を処理した際に被処理部材の表面から得られた干渉光の各波長での強度を示した図である。左側のグラフは縦軸に波長を、横軸に被処理部材の膜厚（或いは処理時刻）をとって、干渉光の強度変化を示したものであり、右側のグラフは、左側のグラフ上に点線で示す特定の時刻の３００ｎｍ未満の波長から７００ｎｍ以上の波長にわたる波長域の強度の変化を示すグラフである。 FIG. 14 shows the interference obtained from the surface of the member to be processed when the member to be processed (here, the polysilicon film) having an oxide film having a specific thickness as a base is processed using the embodiment shown in FIG. It is the figure which showed the intensity | strength in each wavelength of light. The graph on the left shows the change in the intensity of the interference light with the wavelength on the vertical axis and the film thickness (or processing time) on the horizontal axis, and the graph on the right shows the change in the left graph. It is a graph which shows the change of the intensity | strength of the wavelength range over the wavelength of 700 nm or more from the wavelength of less than 300 nm of the specific time shown with a dotted line.
この図のように、干渉光は、特定の波長の前後で急激な変化を示し、その強度の微分データは大きく上下していることが分かった。 As shown in this figure, the interference light showed a rapid change before and after a specific wavelength, and it was found that the differential data of the intensity greatly fluctuated.
図１５（ａ），１５（ｂ）は、図１４と同様に、縦軸に波長、横軸に膜厚（処理時刻）をとって、干渉光の強度変化を示したものであり、図１５（ａ）では、被処理部材４０であるポリシリコン下方に形成された膜である酸化膜４２の厚さが２９０ｎｍの場合、図
１５（ｂ）は、下地の酸化膜４２が３３０ｎｍの場合である。
15 (a) and 15 (b) show the intensity change of the interference light with the wavelength on the vertical axis and the film thickness (processing time) on the horizontal axis, as in FIG. In FIG. 15A, when the thickness of the
これらの図から分かるように、発明者らは、下地の酸化膜４２からの反射により試料４表面からの干渉光が影響を受け、上記特定波長の前後での急激な変化を生じる。さらに、下地の酸化膜４２の厚さによって、干渉光の微分データの強度が大きく上下に変化する波長の値が変化し、この波長と下地酸化膜４２の厚さとに相関関係があることが判った。そこで、本実施例において試料の処理状態を判定するために選択する波長群は、上記急激な変化が生じている特定波長を考慮して選択される必要が有り、特定波長の値に影響を与える下地の酸化膜４２の厚さの値に応じ波長群はグループ分けされる必要が有る。例えは、後述するようにこの急激な変化が生じている波長の範囲を避けて、上記波長群が選択される。本発明の実施例はこの知見に基づいて想起されたものである。
As can be seen from these figures, the inventors are affected by the interference light from the surface of the sample 4 due to the reflection from the
図７は、グループ分けした下地の酸化膜１ｎｍ〜１０ｎｍにおける干渉光のデータが正から負へ、または負から正へ零クロスする干渉光の波長の被処理部材（ポリシリコン）の膜厚への依存性を示す。図中、実線は干渉光のデータの１次微分値が負から正へ零クロスするものであり、破線は正から負へ零クロスするものである。また、□印は上記微分したデータの値が負から正へ零クロスする（実データ値が極小値となる）際にその膜厚が判定されて検出されたポリシリコン膜の厚さの値の各最大，最小，平均膜厚を示す。
FIG. 7 shows that the interference light wavelength in the grouped
この図に示されるように、１次微分値が零クロスする波長はポリシリコン膜厚に対してほぼ直線的に変化する。このことから、この近似直線を用いることで目当てとして検出しようとする膜厚で１次微分値が零クロスする波長が決定される。例えば、検出しようとする膜厚が５０ｎｍである場合には、波長約４２５ｎｍの干渉光（のデータの１次微分値）が負から正へ零クロスし、また波長約５７５ｎｍの干渉光が正から負へ零クロスする。こうして、検出を必要とする膜の厚さの範囲に対応して、検出に用いられる干渉光の波長と膜厚さとの関係を示す直線群とこれら直線上の波長群が得られる。 As shown in this figure, the wavelength at which the first-order differential value crosses zero changes substantially linearly with respect to the polysilicon film thickness. From this, by using this approximate straight line, the wavelength at which the first-order differential value crosses zero with the film thickness to be detected as the target is determined. For example, when the film thickness to be detected is 50 nm, the interference light having a wavelength of about 425 nm (the first derivative of the data) crosses from negative to positive, and the interference light having a wavelength of about 575 nm is positive. Zero cross to negative. Thus, a straight line group indicating the relationship between the wavelength and thickness of the interference light used for detection and a wavelength group on these straight lines are obtained corresponding to the thickness range of the film that requires detection.
また、図に示す矩形領域枠は、検出の目標とする膜厚複数に対して膜厚判定を行うための零クロス波長を決める近似直線を選択する領域を示している。例えば、目標膜厚領域
（１２０〜８８ｎｍ）は負から正への零クロス波長は近似直線ｙ＝０.４０２６ｘ−
７６.４８８ で、正から負への零クロス波長はｙ＝０.３１４１ｘ−６２.４２８により得ることができる（領域（ｉ））。ここで、ｙは目標膜厚、ｘは干渉光の波長である。また、目標膜厚領域（８８〜６５ｎｍ）は負から正への零クロス波長はｙ＝０.２２６９ｘ−４７.４７９で、正から負への零クロス波長はｙ＝０.３１４１ｘ−６２.４２８ により得ることができる（領域（ii））。目標膜厚領域（６５〜３８ｎｍ）は負から正への零クロス波長はｙ＝０.２２６９ｘ−４７.４７９で、正から負への零クロス波長はｙ＝0.1418ｘ−３３.８７１ により得ることができる（領域 (iii)）。目標膜厚領域(３８〜２０ｎｍ)は正から負への零クロス波長はｙ＝０.１４１８ｘ−３３.８７１により得ることができる（領域（iv））。目標膜厚領域（２０〜１０ｎｍ）は負から正への零クロス波長はｙ＝
０.０４９５ｘ−１５.５４８により得られる（領域（ｖ））ことを示している。
Further, the rectangular area frame shown in the figure indicates an area for selecting an approximate line for determining a zero cross wavelength for performing film thickness determination for a plurality of film thicknesses to be detected. For example, in the target film thickness region (120 to 88 nm), the zero cross wavelength from negative to positive is an approximate line y = 0.4026x−.
At 76.488, a zero cross wavelength from positive to negative can be obtained by y = 0.3141x−62.428 (region (i)). Here, y is the target film thickness, and x is the wavelength of the interference light. In the target film thickness region (88 to 65 nm), the zero cross wavelength from negative to positive is y = 0.269x−47.479, and the zero cross wavelength from positive to negative is y = 0.3141x−62.428. (Region (ii)). In the target film thickness range (65 to 38 nm), the zero cross wavelength from negative to positive is obtained by y = 0.269x−47.479, and the zero cross wavelength from positive to negative is obtained by y = 0.418x−33.871. (Area (iii)). In the target film thickness region (38 to 20 nm), a zero cross wavelength from positive to negative can be obtained by y = 0.418x−33.8871 (region (iv)). In the target film thickness region (20 to 10 nm), the zero cross wavelength from negative to positive is y =
0.049x-15.548 (region (v)).
このように、それぞれの領域において、正から負への零クロス波長の直線と負から正への零クロス波長の直線とが対として選択できるようにされており、ポリシリコン膜厚さに対応して上記対に対応した波長の対が選択され膜厚さ、終点を検出または判定することが可能となる。すなわち、下地酸化膜の厚みによるグループ分けを行うと共に、目標の膜厚に対する零クロス波長の近似直線を目標膜厚領域により選択／設定することにより精度良い膜厚判定を行うアルゴリズムが構築できる。 Thus, in each region, a zero cross wavelength straight line from positive to negative and a zero cross wavelength straight line from negative to positive can be selected as a pair, corresponding to the polysilicon film thickness. Thus, a wavelength pair corresponding to the above pair is selected, and the film thickness and end point can be detected or determined. That is, it is possible to construct an algorithm for accurately determining the film thickness by performing grouping according to the thickness of the base oxide film and selecting / setting an approximate straight line of the zero cross wavelength with respect to the target film thickness according to the target film thickness region.
図８は、下地酸化膜厚みが２７０ｎｍ〜３４０ｎｍであるグループにおいて、上記零クロス波長の近似直線と目標膜厚領域を示すグラフである。図１５に示すように、特定波長（この場合約４７０ｎｍ）の前後で干渉光の強度（の１次微分データ）が大きく変化するので、これを避けて波長群を選択する必要が有り、図８ではこの急激な変化の範囲以外で近似した直線を選択している。 FIG. 8 is a graph showing the approximate straight line of the zero cross wavelength and the target film thickness region in a group in which the base oxide film thickness is 270 nm to 340 nm. As shown in FIG. 15, since the intensity (first derivative data) of the interference light largely changes before and after the specific wavelength (in this case, about 470 nm), it is necessary to select the wavelength group while avoiding this. Then, a straight line approximated outside the range of this sudden change is selected.
すなわち、酸化膜４２の影響を受ける被処理部材４０の干渉光では、このグループにおいては、下地酸化膜による干渉の周期性(約１３０ｎｍ)のために、干渉波長約４５０ｎｍ〜５００ｎｍにおいて干渉波形の歪みが生じる。膜厚判定用波長を設定する際、この歪みによる判定ミスをさけるため近似直線は約４５０ｎｍ〜５００ｎｍ波長域を避ける必要があることがわかった。
That is, in the interference light of the member to be processed 40 affected by the
そこで、図示するように、各目標の膜厚の領域（（ｉ）〜（viii））に対応して近似直線を選択する。これら選択した直線に対応して、それぞれの領域における目標となる膜の厚さに応じた検出されるべき干渉光の波長が得られ、こうして得られた波長群の干渉光の一次微分データが零クロスすることを検出することで、被処理部材４０の膜厚さが目標の膜厚さに達したことが判定される。 Therefore, as shown in the figure, an approximate straight line is selected corresponding to each target film thickness region ((i) to (viii)). Corresponding to these selected straight lines, the wavelength of the interference light to be detected corresponding to the target film thickness in each region is obtained, and the first derivative data of the interference light of the wavelength group thus obtained is zero. By detecting the crossing, it is determined that the film thickness of the member to be processed 40 has reached the target film thickness.
図９は、上記したポリシリコンの干渉波形解析結果を用いた処理装置の動作の流れを示し、特に、被処理部材のエッチングの状態を検出してエッチング処理を調節する動作の流れを示す図である。 FIG. 9 shows a flow of operation of the processing apparatus using the above-described polysilicon interference waveform analysis result, and particularly shows a flow of operation for adjusting the etching process by detecting the etching state of the member to be processed. is there.
本実施例において、半導体製造装置は、ステップ９００で、被処理部材４０であるポリシリコン膜に対するエッチング処理の条件（エッチング放電条件，エッチング残膜厚さや下地酸化膜厚さ）を取得する。次に、ステップ９０１では、予め記憶装置，記録装置等に記憶，記録された目標膜厚に対する１次微分値が負から正へ零クロスする波長の近似直線と、１次微分値が正から負へ零クロスする波長の近似直線とより、２つの波長群λ１，２の判定に用いる波長を選択し、その波長と零クロス方向、さらには、上記逆の極値となる時刻同士の時間差について、基準となる時間差ｄＴを設定する。
In this embodiment, in
ステップ９０２，９０３，９０４では、実際の試料４を処理して得られた干渉光の波形データを検出するとともに、ステップ９０１で設定した判定用の波長群λ１，２の干渉波形を微分して、それぞれの波長群において微分データが極値となる時刻ｔ１，ｔ２を演算する。
In
ステップ９０５は、上記の通り、微分波形比較器１６を用いてステップ９０４で演算したＴ１，Ｔ２との時間差（Ｔ１−Ｔ２又はＴ２−Ｔ１）とステップ９０１で設定された基準となる時間差ｄＴとを比較する。｜Ｔ１−Ｔ２｜≦ｄＴを満たさない、すなわち、Ｔ１，Ｔ２との時間差より時間差ｄＴの方が小さいと判断されると、所望の膜厚に達していないと判定されてステップ９０３に戻り、被処理部材４０の処理を継続する。一方、｜Ｔ１−Ｔ２｜≦ｄＴを満たす、すなわち、Ｔ１，Ｔ２との時間差よりｄＴの方が大きいか又は等しいと判断されると、所望の膜厚に達したかそれ以下の膜厚となったと判定され、ステップ９０９に進みエッチング終了及びサンプリング終了の設定を行う。
In
本実施例は、ここでエッチングの処理を停止し、分光器１１を介した波長群λ１，２の干渉光のサンプリングも停止する。
In the present embodiment, the etching process is stopped here, and the sampling of the interference light of the wavelength groups λ 1 and 2 via the
図１０に、本発明の実施例によって判定したポリシリコン膜厚の下地酸化膜依存性を示す。図より、下地酸化膜１ｎｍ〜１０ｎｍの領域おけるポリシリコンの膜厚判定（膜厚
９０ｎｍから１０ｎｍの範囲）が約±２ｎｍ精度で行えることがわかる。
FIG. 10 shows the dependence of the polysilicon film thickness on the underlying oxide film determined by the example of the present invention. From the figure, it can be seen that the polysilicon film thickness judgment (in the range of 90 nm to 10 nm) can be performed with an accuracy of about ± 2 nm in the region of the base oxide film of 1 nm to 10 nm.
次に、本発明の別の実施例について、図１１を用いて説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
この実施例は目標となる膜厚さ以外に、その膜厚より厚い膜厚さに処理が到達したことすなわち、試料４の被処理部材４０の厚さが目標の膜厚より大きな値を経過したことを検知することにより処理の終点や膜厚さの検出，判定の信頼性を向上するものである。ここでは、この目標膜厚より厚い膜厚を通過膜厚と呼ぶ。この通過膜厚を検知し、目標膜厚の判定を開始することにより、目標膜厚が薄い場合における誤判定を抑制できる。
In this embodiment, in addition to the target film thickness, the processing has reached a film thickness thicker than the target film thickness, that is, the thickness of the processed
本実施例において、ステップ１１００で半導体処理装置は、被処理部材４０であるポリシリコン膜に対するエッチング処理の条件（エッチング放電条件，エッチング残膜厚さや下地酸化膜厚さ）を取得する。次に、ステップ１１０１では、予め記憶装置，記録装置等に記憶，記録された目標膜厚に対する１次微分値が負から正へ零クロスする波長の近似直線と１次微分値が正から負へ零クロスする波長の近似直線とにより２つの波長群の判定に用いる波長を選択し、その波長と零クロス方向、上記逆の極値となる時刻同士の時間差について基準となる時間差ｄＴを設定する。さらには、目標膜厚に応じて設定される通過膜厚に関しても、予め記憶装置，記録装置等に記憶，記録された通過膜厚に対する１次微分値が負から正へ零クロスする波長の近似直線と１次微分値が正から負へ零クロスする波長の近似直線とより２つの波長群の判定に用いる波長を選択し、その波長と零クロス方向を設定する。
In this embodiment, in
例えば、下地酸化膜１ｎｍ〜１０ｎｍのグループにおける目標膜厚１０ｎｍの場合、この目標膜厚での通過膜厚は１００ｎｍ，５０ｎｍ，４０ｎｍが対応しており、通過膜厚
１００ｎｍの判定波長は４３０ｎｍの正から負への零クロスと５１０ｎｍの負から正への零クロス検知、通過膜厚５０ｎｍの判定波長は４２５ｎｍの正から負への零クロスと580ｎｍの負から正への零クロス検知、そして、通過膜厚４０ｎｍの判定波長は３８０ｎｍの正から負への零クロスと５００ｎｍの負から正への零クロス検知、そして、目標膜厚の判定波長は５００ｎｍの正から負への零クロス検知が設定される。この通過膜厚の検知後の目標膜厚判定により、判定波長は５００ｎｍの正から負への零クロスを誤検知することなく判定できる。
For example, when the target film thickness is 10 nm in the group of the base oxide film of 1 nm to 10 nm, the pass film thicknesses at the target film thickness correspond to 100 nm, 50 nm, and 40 nm, and the determination wavelength of the
ステップ１１０２，１１０３，１１０４では、実際の試料４を処理して得られた干渉光の波形データを検出するとともに、ステップ１１０１で設定した通過膜厚用の２つの波長群の干渉波形を微分して、それぞれの波長群において微分データが極値となる時刻ｔ１，ｔ２を演算する。
In
ステップ１１０５は、上記の通り、微分波形比較器１６を用いてステップ１１０４で演算したｔ１，ｔ２との時間差（ｔ１−ｔ２又はｔ２−ｔ１）とステップ１１０１で設定された基準となる時間差ｄＴとを比較する。
In
｜ｔ１−ｔ２｜≦ｄＴを満たさない、すなわち、ｔ１，ｔ２との時間差より時間差ｄＴの方が小さいと判断されると、所望の通過膜厚に達していないと判定されてステップ1103に戻り、被処理部材４０の処理を継続する。一方、｜ｔ１−ｔ２｜≦ｄＴを満たす、すなわち、ｔ１，ｔ２との時間差よりｄＴの方が大きいか又は等しいと判断されると、所望の通過膜膜厚に達したかそれ以下の膜厚となったと判定され、ステップ１１０６に進み目標膜厚の判定を行う。
| T1-t2 | ≦ dT is not satisfied, that is, if it is determined that the time difference dT is smaller than the time difference between t1 and t2, it is determined that the desired passage film thickness has not been reached, and the process returns to step 1103. Processing of the member to be processed 40 is continued. On the other hand, if | t1−t2 | ≦ dT is satisfied, that is, if it is determined that dT is greater than or equal to the time difference between t1 and t2, the desired film thickness is reached or less. In
ステップ１１０６，１１０７では、試料４の処理中に得られた干渉光の波形データを検出するとともに、ステップ１１０１で設定した目標膜厚判定用の２つの波長群の干渉波形を微分して、それぞれの波長群において微分データが極値となる時刻Ｔ１，Ｔ２を演算する。
In
ステップ１１０８は、上記の通り、微分波形比較器１６を用いてステップ１１０７で演算したＴ１，Ｔ２との時間差（Ｔ１−Ｔ２又はＴ２−Ｔ１）とステップ１１０１で設定された基準となる時間差ｄＴとを比較する。
In
｜Ｔ１−Ｔ２｜≦ｄＴを満たさない、すなわち、Ｔ１，Ｔ２との時間差より時間差ｄＴの方が小さいと判断されると、所望の膜厚に達していないと判定されてステップ１１０６に戻り、被処理部材４０の処理を継続する。一方、｜Ｔ１−Ｔ２｜≦ｄＴを満たす、すなわち、Ｔ１，Ｔ２との時間差よりｄＴの方が大きいか又は等しいと判断されると、所望の膜厚に達したかそれ以下の膜厚となったと判定され、ステップ１１０９に進みエッチング終了及びサンプリング終了の設定を行う。
If | T1-T2 | ≦ dT is not satisfied, that is, it is determined that the time difference dT is smaller than the time difference between T1 and T2, it is determined that the desired film thickness has not been reached, and the process returns to step 1106, where Processing of the processing
本実施例は、ここでエッチングを停止し、分光器１１を介した干渉光のサンプリングも停止する。
In this embodiment, the etching is stopped here, and the sampling of the interference light via the
なお、目標となる膜厚さを判定する際、複数の通過膜厚を設定し、それらの通過膜厚と通過時刻より目標膜厚を予測してエッチングを終了しても良い。例えば、通過膜厚として、１００ｎｍから３０ｎｍまでを１０ｎｍ毎に設定し、それぞれの通過時刻を測定する。そして、それらの通過膜厚と通過時刻を用いて、例えば回帰直線を求め、この回帰直線より目標膜厚に達する時刻を算出し、その時刻で判定する。 When determining the target film thickness, a plurality of passage film thicknesses may be set, and the target film thickness may be predicted from the passage film thickness and the passage time, and the etching may be terminated. For example, 100 nm to 30 nm are set every 10 nm as the passing film thickness, and each passing time is measured. Then, for example, a regression line is obtained using the passage film thickness and passage time, a time when the target film thickness is reached is calculated from the regression line, and the determination is made at that time.
また、干渉波形測定においては、干渉光を得るための光源の突然の光量変動やプラズマ光の突然の光量変動が起こりえる。このような場合、上記した膜厚さの判定のために選択した２つの波長群以外の干渉波長を同時に測定し、その干渉波形の１次微分値が正（又は負）の値であるかどうかを検知する。この検知により、上記した光変動のようなすべての波長域における同様な変動がある場合における干渉波形判定の誤動作を防ぐことができる。 In the interference waveform measurement, a sudden light quantity fluctuation of the light source for obtaining the interference light and a sudden light quantity fluctuation of the plasma light may occur. In such a case, interference wavelengths other than the two wavelength groups selected for the above-described film thickness determination are measured at the same time, and whether the first derivative of the interference waveform is a positive (or negative) value. Is detected. By this detection, it is possible to prevent malfunction of interference waveform determination in the case where there are similar fluctuations in all wavelength regions such as the above-described light fluctuations.
この干渉波形判定の誤動作を防ぐための干渉波形の波長はその干渉波形の変曲点、すなわち、２次微分の零クロス位置より得ることができる。 The wavelength of the interference waveform for preventing the malfunction of the interference waveform determination can be obtained from the inflection point of the interference waveform, that is, the zero-cross position of the second derivative.
図１２，図１３に、本実施例の装置において、干渉波形判定の誤動作を防ぐための干渉波形波長の近似直線を下地酸化膜１ｎｍ〜１０ｎｍのグループと下地酸化膜２７０ｎｍ〜３４０ｎｍのグループとに分けた例を示す。このように干渉波形波長の近似直線を、検出すべき対象に応じて分けられた波長のグループ各々において設定することで、誤動作を抑制し、精度の高い検出が行える。
12 and 13, in the apparatus of the present embodiment, the approximate straight line of the interference waveform wavelength for preventing malfunction of interference waveform determination is divided into a group of the
次に、上記実施例の変形例について、図１６を用いて説明する。 Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIG.
上記図１４，図１５に示したように、下地の酸化膜の厚さによっては被処理部材及び下地材で反射されて生じる干渉光は、特定の波長の前後でその値（及び微分値）が急激な変化を示し、その強度の微分データは大きく上下していることが分かる。発明者らは、下地の酸化膜４２の厚さによって、干渉光の微分データの強度が大きく上下に変化する波長の値が変化し、この波長と下地酸化膜４２の厚さとに相関関係があることから、下方の酸化膜の厚さを、その上方にある被処理対象の膜のエッチング処理の際に得た干渉光のデータを用いて検出できるとの知見を得た。次に説明する本発明の変形例はこの知見に基づいて想起されたものである。
As shown in FIGS. 14 and 15, the interference light that is reflected by the member to be processed and the base material depending on the thickness of the base oxide film has a value (and a differential value) before and after a specific wavelength. It shows an abrupt change, and it can be seen that the differential data of the intensity greatly fluctuates. The inventors change the value of the wavelength at which the intensity of the differential data of the interference light greatly changes up and down depending on the thickness of the
図１６は、図１４，図１５に係る干渉光を得た図１に示す実施例の真空処理装置の動作の流れを示す流れ図である。この図に示されるのは、図４に示す本発明の実施例の変形例である。 FIG. 16 is a flowchart showing the flow of the operation of the vacuum processing apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 which has obtained the interference light according to FIGS. This figure shows a modification of the embodiment of the present invention shown in FIG.
本変形例は、ポリシリコン膜のゲートエッチングをする際に、波長が約３００ｎｍから７００ｎｍ領域の波長の干渉光強度を検出しその微分データを得て、ポリシリコンの被処理部材４０の膜厚が減少する際に、零クロスする（極値となる）波長が、順次短波長側にシフトする性質とは異なり、下地の酸化膜厚によって、長い波長の側の波長より先に短い側の波長がする性質を利用して、その反転する波長から下地酸化膜厚を算出するものである。
In this modification, when the gate etching of the polysilicon film is performed, the interference light intensity in the wavelength range of about 300 nm to 700 nm is detected to obtain differential data, and the film thickness of the
これにより、これまで任意のサンプルとなるウエハを選んで計測して判定していた、下方の膜（下地酸化膜）の厚さを、その上方の膜を処理する際の干渉光のデータを用いることで検出できるので、サンプルの計測を行うために低下していたスループットや製造コストの上昇を抑制できる。 Thus, the thickness of the lower film (underlying oxide film), which has been determined by selecting and measuring a wafer as an arbitrary sample until now, is used with the data of the interference light when the upper film is processed. Therefore, it is possible to suppress an increase in throughput and manufacturing cost that have been reduced due to sample measurement.
さらに、このように、算出された下地酸化膜の厚さを用いて被処理部材である、ポリシリコンの所定膜厚判定の精度を向上することが可能である。 Furthermore, it is possible to improve the accuracy of the predetermined film thickness determination of polysilicon, which is a member to be processed, using the calculated thickness of the underlying oxide film.
図１５では、被処理部材（ポリシリコン）膜に対するエッチング条件（エッチング放電条件，エッチング残膜厚条件）を入力し（ステップ１５００）、エッチング残膜厚条件よりデータ記憶装置に記憶されたデータから“判定用２波長群λ１，λ２とそれぞれの零クロス方向と判定時間の幅ΔＴとの設定する”（ステップ１５０１）。 In FIG. 15, an etching condition (etching discharge condition, etching residual film thickness condition) for the member to be processed (polysilicon) is input (step 1500), and from the data stored in the data storage device according to the etching residual film thickness condition, “ The determination-use two wavelength groups λ1 and λ2, the zero cross direction and the determination time width ΔT are set ”(step 1501).
次に、試料４のエッチング開始及びサンプリング開始し（ステップ１５０２）、“分光器からの多波長出力信号ｙｉ，ｊから微係数時系列データＤｉ，ｊを算出し（ステップ
１５０３）、“ ”微係数時系列データＤｉ，ｊとＤｍ，ｊの零クロス時刻ＴｉとＴｍとが反転する波長λｉを算出する（１５０４）。”ここで、ｉは長波長側を、ｍは短波長側の測定波長である。
Next, the etching and sampling of the sample 4 are started (step 1502). “Derivative coefficient time-series data Di, j is calculated from the multi-wavelength output signals yi, j from the spectrometer (step 1503). The wavelength λi at which the zero-crossing times Ti and Tm of the time series data Di, j and Dm, j are inverted is calculated (1504). Here, i is the long wavelength side, and m is the short wavelength side measurement wavelength. is there.
下地酸化膜の影響がない波長領域では、時刻ＴｉとＴｍとはＴｉ＜Ｔｍの関係が成り立つが、下地酸化膜の影響がある波長領域では、時刻ＴｉとＴｍとはＴｉ＞Ｔｍとなる。この波長λｉを予めデータベースとして持っている下地酸化膜厚と歪み波長値により下地酸化膜を算出する（ステップ１５０５）。算出した下地酸化膜厚を用いて、微分零クロステーブルから判定用２波長群λ１，λ２との再設定を行う（ステップ１５０６）。さらに、再設定された判定用２波長群λ１，λ２の干渉波形の微分処理を行う(ステップ１５０７)。 In the wavelength region where there is no influence of the underlying oxide film, the relationship between time Ti and Tm is Ti <Tm, but in the wavelength region where the influence of the underlying oxide film is present, time Ti and Tm are such that Ti> Tm. A base oxide film is calculated from the base oxide film thickness and the strain wavelength value having this wavelength λi as a database in advance (step 1505). Using the calculated base oxide film thickness, resetting with the two wavelength groups for determination λ1 and λ2 is performed from the differential zero cross table (step 1506). Further, differentiation processing is performed on the interference waveforms of the re-set two wavelength groups for determination λ1 and λ2 (step 1507).
次いで、ステップ１５０１で設定された基準となる時間差ΔＴと、零クロス時刻Ｔ１とＴ２との時間差との比較、すなわち、Ｔ１−ΔＴ≦Ｔ２≦Ｔ１＋ΔＴを満たすか否かの判定（ステップ１５０８）により、エッチング終了及びサンプリング終了の設定を行う（ステップ１５０９）。時間差ΔＴと零クロス時刻Ｔ１とＴ２との時間差との比較（Ｔ１−
ΔＴ≦Ｔ２≦Ｔ１＋ΔＴを満たすか否かの判定：ステップ１５０８）がＮＯの場合は、ステップ１５０３から動作を繰り返す。ただし、下地酸化膜が算出できた時には、ステップ１５０３から処理１５０５は必ずしも行わなくてもよい。
Then, by comparing the reference time difference ΔT set in step 1501 with the time difference between the zero crossing times T1 and T2, that is, whether or not T1−ΔT ≦ T2 ≦ T1 + ΔT is satisfied (step 1508). The etching end and sampling end are set (step 1509). Comparison of time difference ΔT and time difference between zero cross times T1 and T2 (T1-
Determination of whether ΔT ≦ T2 ≦ T1 + ΔT is satisfied: If step 1508) is NO, the operation is repeated from step 1503. However, when the base oxide film can be calculated, Step 1503 to Step 1505 are not necessarily performed.
一方、ステップ１５０８でＹＥＳと判定されると、ステップ１５０９に進みエッチング終了及びサンプリング終了の設定を行う。 On the other hand, if “YES” is determined in the step 1508, the process proceeds to a step 1509 to set the end of etching and the end of sampling.
このようにして、従来技術において行われていたサンプルウエハを用いた測定により、処理のスループットやコストの上昇が生じていたのに対し、本発明では、上層の膜を製品として処理した際に得られたデータから下層の膜厚を検出することができ、装置を用いた全体としての処理のスループットが向上し、コストの上昇を低減できる。 In this way, the measurement using the sample wafer performed in the prior art has caused an increase in processing throughput and cost, whereas in the present invention, it is obtained when the upper film is processed as a product. The film thickness of the lower layer can be detected from the obtained data, the throughput of processing as a whole using the apparatus can be improved, and the increase in cost can be reduced.
１…真空処理装置、２…真空容器、３…プラズマ、４…試料、１０…判定装置、１１…分光器、１２，２２…第１デジタルフィルタ回路、１３，２３…微分器、１４，２４…第２デジタルフィルタ回路、１５，２５…微分波形データベース(微分零クロス時刻蓄積器)、１６…微分波形比較器（微分零クロス時刻比較器）、２６…処理状態判定器（終点判定器）、４０…被処理部材（ポリシリコン）、４１…マスク材、４２…酸化膜、４６…膜厚、４８…ゲート電極部、４９…素子分離部、１００…処理室、１０１…磁場形成手段、
１０２…側壁、１０３…真空室、１０４…真空排気系、１０５…圧力制御手段、１１０…アンテナ、１１１…円板状導電体、１１２…誘電体、１１３…誘電体リング、１１４…ハウジング、１１５…プレート、１１６…ガス供給手段、１２０…アンテナ電源系、１２１…アンテナ電源、１２２，１２４,１２５,１３５…マッチング回路・フィルタ系、１２３…アンテナバイアス電源、１２６…導入端子、１３０…下部電極、１３１…静電吸着装置、１３２…試料台リング、１３３…絶縁体、１３４…バイアス電源、１４０，１６０…計測ポート、１５１…光学伝送手段、１５２…計測器、１５３…計測器制御・演算手段、
１５４…システム制御手段、１５５…制御インタフェース、１６１…光学伝送ユニット。
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
154... System control means, 155... Control interface, 161.
Claims (6)
前記半導体ウエハの表面の前記膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、
前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記半導体ウエハ表面の前記膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、
この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、
前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さが極大または極小となる干渉光の２波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の処理において任意の時刻で前記強さが極大または極小となる干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、
前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対の干渉光について前記検出器の出力から検出された該干渉光の強さが所定の時間差内で極大または極小となる時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さが極大または極小となる時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus for performing an etching process on a semiconductor wafer disposed in a container and having a film on its surface using plasma formed in the container,
A detector for detecting a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer that occurs with the progress of the etching process during a predetermined period of the etching process of the film on the surface of the semiconductor wafer;
A determiner for determining at least two remaining film thicknesses of the film on the surface of the semiconductor wafer based on an output from the detector obtained as the processing proceeds;
Control means for adjusting the etching process based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determiner;
The predetermined period of the etching process includes a first range in which at least one pair of two wavelengths of interference light whose intensity is maximized or minimized at a predetermined time difference can be detected, and after the first range. A second range capable of detecting only one wavelength of the interference light at which the intensity becomes maximum or minimum at an arbitrary time in processing,
The determination unit has at least a time corresponding to a time when the intensity of the interference light detected from the output of the detector with respect to the interference light of the pair of two wavelengths selected in advance is maximum or minimum within a predetermined time difference. After the determination of the first range in which one remaining film thickness is determined as the passing film thickness, at a time when the intensity of the interference light of the one wavelength preliminarily selected in the second range becomes maximum or minimum A semiconductor manufacturing apparatus that determines a corresponding remaining film thickness as a target film thickness.
前記半導体ウエハの表面の前記膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、
前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記半導体ウエハ表面の前記膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、
この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、
前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さの時系列微分から得られた微分値が零クロスする干渉光の２波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の処理において任意の時刻で前記強さの微分値が零クロスする干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、
前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対の干渉光について前記検出器の出力から検出された該干渉光の強さの微分値が所定の時間差内で零クロスする時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さの微分値が零クロスする時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus for performing an etching process on a semiconductor wafer disposed in a container and having a film on its surface using plasma formed in the container,
A detector for detecting a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer that occurs with the progress of the etching process during a predetermined period of the etching process of the film on the surface of the semiconductor wafer;
A determiner for determining at least two remaining film thicknesses of the film on the surface of the semiconductor wafer based on an output from the detector obtained as the processing proceeds;
Control means for adjusting the etching process based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determiner;
The predetermined period of the etching process includes a first range in which at least one pair of two wavelengths of interference light in which a differential value obtained from a time-series differential of each intensity with a predetermined time difference crosses zero can be detected; A second range capable of detecting only one wavelength of the interference light in which the differential value of the intensity crosses zero at an arbitrary time in the processing after the first range,
The determination unit corresponds to a time at which the differential value of the intensity of the interference light detected from the output of the detector with respect to the interference light of the pair of the two wavelengths selected in advance crosses zero within a predetermined time difference. After the determination of the first range in which at least one remaining film thickness is determined as the passing film thickness, the differential value of the intensity of the interference light of the one wavelength preselected in the second range crosses zero. A semiconductor manufacturing apparatus that determines a remaining film thickness corresponding to time as a target film thickness.
前記半導体ウエハの表面の前記ポリシリコン膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、
前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記ポリシリコン膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、
この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、
前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さが極大または極小となる干渉光の２つの波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の前記ポリシリコン膜の境界までの処理で任意の時刻で前記強さが極大または極小となる干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、
前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対の干渉光について前記検出器の出力から検出された該干渉光の強さが所定の時間差内で極大または極小となる時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さが極大または極小となる時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus configured to etch a semiconductor wafer disposed in a container and having a surface formed with an oxide film and a polysilicon film thereabove on the surface using plasma formed in the container,
A detector that detects a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer that occurs with the progress of the etching process during a predetermined period of the etching process of the polysilicon film on the surface of the semiconductor wafer;
A determiner for determining at least two remaining film thicknesses of the polysilicon film based on an output from the detector obtained as the process proceeds;
Control means for adjusting the etching process based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determiner;
The predetermined period of the etching process includes a first range in which at least one pair of two wavelengths of interference light whose intensity becomes maximum or minimum at a predetermined time difference can be detected, and after the first range. A second range capable of detecting only one wavelength of the interference light at which the intensity becomes maximum or minimum at an arbitrary time in the process up to the boundary of the polysilicon film,
The determination unit has at least a time corresponding to a time when the intensity of the interference light detected from the output of the detector with respect to the interference light of the pair of two wavelengths selected in advance is maximum or minimum within a predetermined time difference. After the determination of the first range in which one remaining film thickness is determined as the passing film thickness, at a time when the intensity of the interference light of the one wavelength preliminarily selected in the second range becomes maximum or minimum A semiconductor manufacturing apparatus that determines a corresponding remaining film thickness as a target film thickness.
前記半導体ウエハの表面の前記ポリシリコン膜のエッチング処理の所定の期間中にこのエッチング処理の進行に伴って生じるこの半導体ウエハの表面から得られた干渉光の量の変化を検出する検出器と、
前記処理の進行に伴って得られる前記検出器からの出力に基づいて前記ポリシリコン膜の少なくとも２つの残り膜厚さを判定する判定器と、
この判定器の前記少なくとも２つの異なる膜厚さの判定に基づいて前記エッチング処理を調節する制御手段とを備え、
前記エッチング処理の所定の期間は、所定の時間差で各々の強さの時系列微分から得られた微分値が零クロスする干渉光の２つの波長の少なくとも１つの対を検出可能な第一の範囲及びこの第一の範囲の後の前記ポリシリコン膜の境界までの処理で任意の時刻で前記強さの微分値が零クロスする干渉光の１つの波長のみを検出可能な第二の範囲とを含み、
前記判定器は、予め選択された前記２つの波長の対の干渉光について前記検出器の出力から検出された該干渉光の強さの微分値が所定の時間差内で零クロスする時刻に対応する少なくとも一つの残り膜厚さを通過膜厚として判定する前記第一の範囲の判定の後に前記第二の範囲において予め選択された前記１つの波長の干渉光の強さの微分値が零クロスする時刻に対応する残り膜厚さを目標膜厚として判定する半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus configured to etch a semiconductor wafer disposed in a container and having a surface formed with an oxide film and a polysilicon film thereabove on the surface using plasma formed in the container,
A detector that detects a change in the amount of interference light obtained from the surface of the semiconductor wafer that occurs with the progress of the etching process during a predetermined period of the etching process of the polysilicon film on the surface of the semiconductor wafer;
A determiner for determining at least two remaining film thicknesses of the polysilicon film based on an output from the detector obtained as the process proceeds;
Control means for adjusting the etching process based on the determination of the at least two different film thicknesses of the determiner;
The predetermined period of the etching process is a first range in which at least one pair of two wavelengths of interference light in which a differential value obtained from a time-series differential of each intensity with a predetermined time difference crosses zero can be detected. And a second range in which only one wavelength of the interference light whose differential value of the intensity crosses zero at any time in the processing up to the boundary of the polysilicon film after the first range can be detected. Including
The determination unit corresponds to a time at which the differential value of the intensity of the interference light detected from the output of the detector with respect to the interference light of the pair of the two wavelengths selected in advance crosses zero within a predetermined time difference. After the determination of the first range in which at least one remaining film thickness is determined as the passing film thickness, the differential value of the intensity of the interference light of the one wavelength preselected in the second range crosses zero. A semiconductor manufacturing apparatus that determines a remaining film thickness corresponding to time as a target film thickness.
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