等离子处理装置以及等离子处理方法
等离子处理装置以及等离子处理方法
【专利摘要】提供一种在蚀刻处理中精密地检测处理对象的膜的剩余厚度的等离子处理装置或者方法。检测在处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度，从在上述处理中的任意时刻检测到的上述多个波长的干涉光的强度检测它们的时间微分的时间系列数据，使用与上述多个波长有关的上述时间序列数据检测将波长作为参数的实微分波形图案数据，使用比较了该实微分波形图案数据、和使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成的检测用微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，使用该剩余膜厚度判定达到上述处理的目标。
【专利说明】等离子处理装置以及等离子处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在半导体集成电路的制造等中对基板状的样品进行蚀刻处理时检测蚀刻结束点的等离子处理装置或者等离子处理方法，特别涉及对包含在配置于真空容器内的处理室内的半导体晶片等基板状的样品的上表面预先设置的处理对象的膜的膜构造，使用在处理室内形成的等离子一边进行蚀刻一边检测处理的状态的等离子处理装置以及等离子处理方法。
【背景技术】
[0002]在从半导体晶片等基板状的样品制造半导体器件的工序中，在形成于该晶片的表面上的各种材料的膜层、特别是介电材料的膜层的除去或者在该膜处的图案形成中，广泛使用采用形成于真空容器内的处理室的等离子的干蚀刻技术。在使用了这种等离子的蚀刻处理装置中，一般是使电场或者磁场作用于导入到作为真空容器内的处理用空间的处理室内的处理气体而使其等离子化，使得到的等离子内的离子等带电粒子或高活性的粒子(基，radical)与包含预先配置于晶片表面的处理对象的膜层的膜构造反应，从而对该处理对象的膜进行蚀刻加工。
[0003]在这种晶片的蚀刻处理中，已知在所形成的等离子的发光中的特定波长的强度伴随被处理膜的蚀刻进程而变化。因而，知道这样的技术，在处理中检测来自这种处理中的等离子的特定波长的发光强度的变化，根据其检测的结果检测膜通过蚀刻被除去或者达到了所希望的深度的蚀刻的终点。
[0004]特别是为了实现半导体器件更高的集成化、加工的微细化，重要的是在蚀刻处理的工序中使被处理膜的剩余厚度在规定值时结束处理。作为使这种被处理膜的厚度成为规定值而结束蚀刻处理的技术，已知有如下技术，利用与伴随蚀刻的进程而被处理膜的剩余厚度减少相应地来自包含被处理膜的晶片表面的光形成干涉的波形这一现象，使用干涉的光(干涉光)的强度的变化来检测剩余膜厚度。
[0005]例如，在专利文献I中公开了检测干涉光的至少2种波长，使用这些多个波长的干涉光的强度值来检测被处理膜的剩余厚度的技术。另外，在专利文献2中公开了以下技术，即、检测多个波长的干涉光，通过比较与预先求得的多个波长的将波长作为参数的干涉光的强度有关的数据的图案和与实际得到的干涉光的强度有关的数据，检测被处理膜的剩余厚度。
[0006]专利文献1:日本特开2001-085388号公报
[0007]专利文献2:日本特开2003-083720号公报
[0008]上述以往技术在以下方面考虑不足，所以产生了问题。
[0009]例如，知道通过LPCVD (低压化学气相沉积，Low Pressure Chemical VaporDeposit1n)成膜的氧化膜的厚度的重现性低，该重现性为10%左右。另一方面，在蚀刻工序中，即使被处理膜的厚度具有这种偏差，在专利文献I或专利文献2公开的技术中，也可以通过检测与剩余膜厚度的绝对值相应的干涉光的强度的变化，高精度地检测被处理膜的剩余厚度。
[0010]但是，在被处理膜的下层的膜即基底膜的膜是透过光的材质、且对于每个样品其厚度具有大的偏差的情况下，例如即使被处理膜的剩余厚度相同，在各个晶片中得到的干涉光的强度也不同，所以产生了不能准确地检测被处理膜的剩余厚度的问题。这种问题在上述以往技术中没有被考虑。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种使用等离子在蚀刻处理中精密地检测处理对象的膜的剩余厚度、或者能够对其进行调节的半导体晶片等的等离子处理装置以及等离子处理方法。
[0012]上述目的通过以下的等离子处理装置或等离子处理方法实现，是具备配置在真空容器的内部的处理室、以及配置在该处理室内且将晶片载置在其上表面的样品台，使用在上述处理室内形成的等离子处理包含在预先形成在上述晶片上表面的膜构造中的处理对象膜的等离子处理装置以及等离子处理方法，检测在上述处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度，从在上述处理中的任意的时刻检测到的上述多个波长的干涉光的强度检测它们的时间微分的时间序列数据，使用将与上述多个波长有关的上述时间系列数据检测将波长作为参数的实微分波形图案数据，使用比较了该实微分波形图案数据和检测用微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，上述检测用微分波形图案数据使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成，使用该剩余膜厚度来判定到达上述处理的目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是示意性地表示本发明的实施例的等离子处理装置的构成的概略的图。
[0014]图2是示意性地表示图1所示的等离子处理装置中作为蚀刻处理对象的晶片上的膜构造的图。
[0015]图3是表示图2所示的膜构造的干涉光的强度的值和基底膜的厚度关系的图表。
[0016]图4是表示检测图1所示的实施例的等离子处理装置的蚀刻量的动作的流程的流程图。
[0017]图5是表示在图1所示的实施例中进行了蚀刻处理的晶片的效果的图表。
[0018](符号说明)
[0019]1:等尚子处理装置；2:真空处理室；3:等尚子；4:晶片；5:样品台；8:受:光器；9:蚀刻量检测装置；10:分光器；12 --第I数字滤波器；13:微分器；14 --第2数字滤波器；15:第I微分波形比较器；16:第I微分波形图案数据库；17:第2微分波形比较器；18:第2微分波形图案数据库；19:适合系数计算器；20:适合图案数据库制作器；21:适合图案数据库；22:第3微分波形比较器；23:剩余膜厚度时间系列数据记录器；24:回归分析器；24:终点判定器；26:显示器；201:多晶硅膜；202:氧化膜；203:基板；211:基底膜；212:基底膜。
【具体实施方式】
[0020]以下，使用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0021][实施例1]
[0022]以下，用图1至图5说明本发明的实施例。
[0023]图1示出本发明的实施例的等离子处理装置I。图1是示意性地表示本发明的实施例的等离子处理装置的构成的概略的图。
[0024]等离子处理装置I具备配置在真空容器内部的真空处理室2。另外，真空容器下部虽然未图示，但与具有涡轮分子泵等的真空泵的排气装置连结。另外，其构成为在具有圆筒形的真空容器的上方以及周围配置未图示的供给高频电力的同轴缆线和天线或者传播微波的波导管等电场的发生单元或者螺线管线圈等磁场的发生单元，可以向真空处理室2内部供给电场或者磁场。
[0025]本实施例的等离子处理装置I的真空容器的外侧侧壁经由作为开口的门与未图示的其它真空容器连结。作为样品的晶片4被搬运到该其它真空容器内部的经过减压的搬运室内，在真空处理室2之间被交换。
[0026]另外，在真空处理室2的下部的中央部，配置有在其上表面放置了晶片4的样品台5，该晶片4具有圆筒形状。进而，真空容器与未图示的气体供给用的供给管连结，气体供给管与配置于真空处理室2的上部或者顶面的多个气体导入孔连通。
[0027]将样品4从搬运室内放置并保持在未图示的机械臂等的搬运装置的前端部上，通过门搬入真空处理室2内部，在样品台5的上方递送至此。其后，机械臂从真空处理室2退出，门通过门阀气密地堵塞而密封真空处理室2内部。
[0028]进而，在由作为晶片4的载置面的样品台5的电介质构成的上表面，晶片4通过静电被吸附而保持。在晶片4的背面和样品台5的载置面之间供给He等热传导用的气体，促进晶片4和样品台5之间的热传导。
[0029]从气体导入孔向真空处理室2内部导入通过与气体源连结的气体供给管供给的处理用的气体，并且通过排气装置的动作对真空处理室2内部排气，真空处理室2内部通过气体的供给量速度和排气量速度的平衡减压到适合于半导体晶片等基板状的样品的处理的真空度的压力。在该状态下，从电场或者磁场的发生单元向真空处理室2内部供给电场或者磁场，激发处理用气体的粒子形成等离子3。在样品台5上的晶片4的上表面预先形成的层叠了多个膜的膜构造通过包含在该等离子3中的带电粒子或者具有高的反应性的粒子(活性粒子)而被蚀刻。
[0030]包含在该等离子3中的受到激发的粒子将被提高的能量作为光释放，所以等离子3产生发光。在真空处理室2的上方的顶面即真空容器的上部，配置用于接收该等离子的发光并进行检测的受光器等具有透光性部件的受光器8。等离子3的发光在直接或者由晶片上表面反射后，被受光器8接收，作为信号传递到与它电气、光学连结或者连接的蚀刻量检测装置9。
[0031]用图2说明在本实施例中进行蚀刻处理的膜构造的典型的例子。图2是示意性地表示图1所示的等离子处理装置中作为蚀刻处理对象的晶片上的膜构造的图。
[0032]如图2(A)所示，本实施例的处理对象的膜构造构成为具有作为被处理膜的多晶硅膜201和作为在其下方与边界接触而配置的膜层即基底膜的氧化膜202和硅基板203。对这种构成的膜构造入射的来自等离子的光在各膜间的边界或者界面部反射而发出反射光。在该反射光中存在在多晶硅膜201表面反射的反射光221、在多晶硅膜201和氧化膜202的边界反射的反射光222、以及在氧化膜202和硅基板203的边界反射的反射光223。
[0033]在这些反射光之间产生光程差，所以形成干涉光。另外，伴随蚀刻的进程作为被处理膜的多晶硅膜201的膜的厚度减少，所以发生各反射光的光程差变化而对于该光的每个波长其强度变化的周期不同的干涉现象。这样强度变化的干涉光在图1的真空处理室2的上部经由面向等离子3的受光器 8传递到蚀刻量检测装置9的分光器10。蚀刻量检测装置9从所传递的干涉光的信号中检测干涉光的强度的值及其变化的量，根据其结果判定作为被处理膜的多晶硅膜201的蚀刻深度、剩余膜厚度等蚀刻量、到达处理的终点。
[0034]如图1所示，本实施例的蚀刻量检测装置9具备:分光器10 ;第I数字滤波器12 ；微分器13 ;第2数字滤波器14 ;第I微分波形比较器15 ;第I微分波形图案数据库16 ;第2微分波形比较器17 ;第2微分波形图案数据库18 ;根据这些微分波形比较器的结果求比例的适合系数计算器19 ;使用适合系数计算器19计算出的适合系数制成适合图案数据库的适合图案数据库制作器20;适合图案数据库21 ;第3微分波形比较器22 ;根据来自该第3微分波形比较器22的输出计算被处理膜的剩余膜厚度并将它按照时间系列进行记录的剩余膜厚度时间系列数据记录器23 ;使用由该剩余膜厚度时间系列数据记录器23记录的剩余膜厚度的时间系列数据计算当前的剩余膜厚度的值的回归分析器24 ;根据当前的剩余膜厚度的值判定蚀刻的结束的终点判定器25 ;显示终点判定器25的判定结果的显示器26。
[0035]而且，本实施例的蚀刻量检测装置9除了显示器26外，可以是通过有线或者无线通信线路连接有包含各个实现多个功能的微处理器等半导体器件的检测用组件的检测装置，也可以由能够实现这些多个功能的I个半导体器件构成。包含半导体器件的检测用组件构成为可通信地连接微处理器等运算器、用于与外部对信号进行通信的通信接口、存储信号、数据、软件的RAM、ROM、或者硬盘驱动器、DC-ROM驱动器等存储装置。
[0036]形成在真空处理室2内的等离子3的发光在晶片4的上表面反射，通过受光器8传递到分光装置10。通过接收到来自受光器8的信号的分光装置10将干涉光的信号分光为规定的频率，将各个波长的强度变换为数字信号而输出。
[0037]通过分光器10将在晶片4的处理中的任意时刻作为采样信号输出的多个特定波长的信号作为时间系列数据yij存储在未图示的RAM等存储装置中。该时间系列数据yij传递到第I数据滤波器12进行平滑化处理，作为平滑化时间系列数据Yij存储到RAM等存储装置。
[0038]接着，将平滑化时间系列数据Yij传递到微分器13，计算该时间微分(微系数)值(I阶微分值或者2阶微分值)的时间系列数据dij，存储到RAM等的存储装置。微系数值的时间系列数据dij用第2数字滤波器14进行平滑化处理，作为平滑化微系数时间系列数据Dij存储在RAM等的存储装置中。而后根据该平滑化微系数时间系列数据Dij求出表示干涉光的强度的微分值的波长依赖性(将波长作为参数)的微分波形的图案(实图案)。
[0039]在此，说明平滑化微系数时间系列数据Di的计算。在本实施例中，例如使用2阶巴特沃斯(Butterworth)型的低通滤波器作为数字滤波器电路12。通过2阶巴特沃斯型的低通滤波器进行平滑化处理的平滑化时间系列数据Yi用式(I)求得。
[0040]Yi=bl.yi+b2.yi_l+b3.yi_2_[a2.Yi_l+a3.Yi_2]…(I)
[0041]在此，系数b、a因采样频率以及截止频率不同而数值不同。另外，本实施例中的数字滤波器的系数值例如使用 a2=-l.143，a3=0.4128, bl=0.067455，b2=_0.013491，b3=0.067455 (采样频率10Hz，截止频率1Hz)。2阶微系数值的时间系列数据di通过微分器13使用5个点的时间系列数据Yi的多项式适合平滑化微分法来根据式(2)如以下那样计算。
[0042]j=2
[0043]di=Xwj.Yi +j(2)
[0044]j=-2
[0045]在此,有关权重系数w 为 w_2=2, W^1=-1, w0=-2, W1=-1, w2=2。
[0046]使用上述微系数值的时间系列数据di，例如通过2阶巴特沃斯型低通滤波器从式
(3)中如以下那样求出平滑化微系数时间系列数据Di作为数字滤波器电路14。
[0047]Di=bl.di+b2.di_l+b3.di_2-[a2.Di_l+a3.Di_2]...(3)
[0048]在第I微分波形图案数据库16中，在晶片4的处理之前预先存储相对于被配置在具有规定的膜厚度的基底的氧化膜上方并且作为成为蚀刻量测定的对象的被处理膜的多晶硅的蚀刻处理中的剩余膜厚度的量(剩余膜量)的干涉光的强度的微分波形图案数据值Plsj0在第I微分波形比较器15中，比较作为在晶片4的处理中实际得到的干涉光的微分波形数据的实图案和存储在第I微分波形图案数据库16中的微分波形图案数据值Plsjdf算两图案之间的差值。
[0049]同样，在第2微分波形图案数据库18中，预先设定相对于被配置在具有与上述第I微分波形图案数据库16不同的规定的膜厚度的基底的氧化膜上方并且作为成为蚀刻量测定的对象的被处理膜的多晶硅的剩余膜量的干涉强度的微分波形图案数据值P2sj。在第2微分波形比较器17中，比较作为在晶片4的处理中实际得到的干涉光的微分波形数据的实图案和存储在第2微分波形图案数据库18中的微分波形图案数据值P2sj，计算两图案之间的差值。在本实施例中，作为存储在第I微分波形图案数据库16和第2微分波形图案数据库18中用于检测剩余膜量的厚度的数据而注册的微分波形数据的每一个被用于相对于在任意的范围具有作为偏差的基底膜的氧化膜202的膜厚度的上限以及下限值或者接近它们的值的膜厚度的氧化膜202的上方配置的并且作为成为蚀刻量测定的对象的被处理膜的多晶硅的蚀刻处理中的剩余膜厚度的量(剩余膜量)的干涉光的强度的微分波形图案数据。
[0050]另一方面，图2 (B)表示作为基底膜的氧化膜211、212的膜的厚度不同的晶片的剖面。已知通过LPCVD (低压化学气相沉积)成膜的氧化膜的膜的厚度的重现性低，其重现性可以说大概为10%左右。
[0051]在这样作为基底膜的氧化膜211、212的膜的厚度不同的情况下发生问题。即使作为被处理膜的多晶硅的剩余膜量相同的情况下，当作为基底膜的氧化膜211、212的膜的厚度不同时，如图2 (C)所示，在作为基底膜的氧化膜和基板的边界反射的光223和其他的反射光221、222的光程差不同。在干涉中，由该光程差决定干涉光的强度的极大极小，所以即使是在相同的多晶硅膜201的厚度处干涉光的强度的值也不同，根据干涉光的强度高精度检测膜厚度是困难的。
[0052]图3图示了在光的波长700nm处被处理膜是多晶硅、作为基底膜的氧化膜的膜厚度值是50nm、60nm、70nm的情况下的相对于多晶娃的剩余膜厚度的干涉强度的变化。图3是表示图2所示的膜构造的干涉光的强度的值和基底膜的厚度的关系的图表。
[0053]如图3所示，如果基底氧化膜的膜厚度值不同，则干涉光的强度的变化不同。干涉光的强度的极小值在基底氧化膜的膜厚度值不同的晶片处多晶硅膜的剩余膜厚度不同。这意味着对于进行利用干涉光的剩余膜厚度判定的装置来说，采用基底氧化膜的膜厚度值进行判定的精度差。
[0054]在本实施例中，对于基底的氧化膜202的膜厚度的值不同的膜构造，在第I微分波形图案数据库16以及第2微分波形图案数据库18中分别存储与蚀刻处理对应的微分波形数据库，将存储在这些数据库中的数据作为基本数据库组合，重新制作图案数据或者其数据库，在膜厚度的检测中使用该图案数据，从而即使在基底氧化膜202的膜厚度的值发生偏差的情况下，也能够高精度地判定其上方的多晶硅膜201的膜厚度或者终点。在图1中，表示2个微分波形图案数据库，但也可以大于等于2个。
[0055]以下，在本实施例中，说明将存储在与不同膜厚度的氧化膜211、212各自相应的微分波形数据库中的图案数据作为基本数据进行组合而计算膜厚度检测用的微分波形的构成。在第I微分波形比较器15以及第2微分波形比较器17的每一个中，求出存储在第I微分波形数据库16、第2微分波形数据库18每一个中的微分波形数据的图案、和在制造半导体器件的产品用的晶片4的处理中得到的微分波形数据的实图案的最小残差σ sl(t)和os2 (t)。本例子的残差如以下所示那样使用各时间系列数据值的平方误差的大小。
[0056]在传递该最小残差σ si (t)和σ s2 (t)的值的适合系数计算器19中，用以下的式(4)计算适合系数a (t)输出这两个最小残差之比。
[0057]a (t) = o s2(t)/(o sl(t) + o S2(t))…(4)
[0058]适合图案数据库制作器20使用所接收到的适合系数a (t)的值和微分波形图案数据值Plsj以及P2sj，用下式(5)制成适合图案数据库21而输出到存储装置中来存储。
[0059]NDBsj= a (t).Plsj+(l-a ⑴).P2sj…(5)
[0060]以下，第3微分波形比较器22比较适合图案数据库21和实图案，求出任意时刻的多晶硅膜的剩余膜厚度(瞬时膜厚度)，存储到剩余膜厚度时间系列数据记录器23中。回归分析器24使用记录在剩余膜厚度时间系列数据记录器23中的当前时刻(任意的时刻)和在过去的多个时刻处的剩余膜厚度(瞬时膜厚度)，通过回归运算计算当前的剩余膜厚度(计算膜厚度)。
[0061]将作为通过该回归运算所计算出的结果的剩余膜厚度传递到终点判定器25，终点判定器25比较预先设定的目标剩余厚度值和当前的剩余膜厚度(计算)来判定目标剩余膜厚度值是否小于等于当前的剩余膜厚度(计算)。当判定为小于等于目标的情况下，判定为被处理膜的蚀刻量为规定值(达到修订)，将结束蚀刻处理的指令发送到等离子处理装置I。进而，将该判定的结果传递到显示器26，将该结果显示在具有液晶或者CRT的显示器26上来报告给使用者。而且，在显示器26上还报告等离子处理装置I的运转、动作中的异常、动作的错误的信息。
[0062]接着，使用图4的流程图说明在图1的蚀刻量检测装置9中进行蚀刻处理时求出被处理膜的蚀刻量的顺序。图4是表示检测图1所示的实施例的等离子处理装置的蚀刻量的动作的流程的流程图。主要表示蚀刻量检测装置9的动作的流程。
[0063]在本实施例中，在晶片4的处理之前，进行作为被处理膜的多晶硅膜201的目标的剩余膜厚度的值、和在其检测或者判定中使用的存储于第I微分波形图案数据16和第2微分波形图案数据库中的图案数据的设定(步骤300)。作为在这2个微分波形图案数据库中选择的图案数据，选择并设定基底的氧化膜202为膜厚度不同的图案数据。
[0064]另外，在本实施例中比较的微分波形图案数据库是2个，但也可以大于等于2个。当使用大于等于3个微分波形图案数据库的情况下，也可以从上述最小残差osi (t)的更小的中选择2个通过式(4)求出适合系数a (t)。
[0065]接着，使在真空处理室2内开始晶片4的处理而得到的干涉光的采样(例如每
0.1?0.5秒)开始(步骤301)。此时，伴随蚀刻处理的开始输出采样开始命令。随着蚀刻进程，变化的多波长的发光强度传递到蚀刻量检测装置9的分光器10，用该光检测器对每个规定的频率检测并输出为与光的强度相应的电压的光检测信号。
[0066]对分光器10的光检测信号进行数字变换，取得作为与任意时刻对应起来的数据信号的采样信号yij。接着，对来自分光器10的多波长输出信号yij通过第I级数字滤波器电路12进行平滑化，计算任意时刻的时间系列数据Yij (步骤302)。
[0067]接着，向微分器13传递时间系列数据Yij,通过S-G法(Savitzky - Golay method,移动窗口拟和多项式法)计算时间系列的微系数dij (步骤303)。S卩，通过微分处理(S-G法)检测信号波形的系数(I阶或者2阶)。
[0068]微系数dij传递到第2级数字滤波器电路14，计算平滑化(smoothing)微系数时间系列数据Dij (步骤304)。所得到的平滑化微系数时间系列数据Dij传递到第I微分波形比较器15以及第2微分波形比较器17。
[0069]在第I微分波形比较器15中，计算σ s (t) = V ( Σ (Di j-Plsj) 2/j)的值，成为最小的osl (t)(步骤305)。同样，在第2微分波形比较器17中，计算σ s(t)= V (Σ (Dij-P2sj)2/j)的值，成为最小的 σ s2 (t)(步骤 306)。步骤 305、307 可以并行实施。所得到的osl (t)和os2 (t)传递到适合系数计算器19，根据它们计算适合系数 a (t) = σ s2 (t) / ( σ si (t) + σ s2 (t))(步骤 307)。
[0070]向适合图案数据库制作器20传递所得到的适合系数a (t)，使用在第I微分波形数据库16中设定的微分波形数据图案值以及在第2微分波形图案数据库18中设定的微分波形数据图案值，通过式(5)制成适合微分波形图案数据库21并存储在存储装置中(步骤308)。第3微分波形比较器22对在步骤308中制成的适合微分波形图案数据库21的数据值、和作为从在步骤304中制成的从平滑化微分系数时间系列数据Dij得到的微分波形图案的实图案的数据进行图案匹配，计算作为最适合的图案数据而与成为最小的残差的适合微分波形图案数据库21的数据对应的剩余膜厚度作为该任意时刻(当前时刻)处的瞬时膜厚度数据Zi (步骤309)。
[0071]使用在步骤309中在剩余膜厚度时间系列数据记录器23中记录的瞬时膜厚度时间系列数据Zi和处理中的过去的多个时刻处的瞬时膜厚度时间系列数据Zi，通过回归分析器24计算当前的计算膜厚度值并存储(步骤310)。即，通过回归分析器24的运算，求I阶回归直线Y=Xa.t+Xb (Y:剩余膜量，t:蚀刻时间，Xa =Xa的绝对值是蚀刻速度，Xb初始膜厚度)，根据该回归直线计算在当前时刻处的蚀刻量(或者剩余膜量)，存储到存储装置中(步骤310)。
[0072]而且，在步骤309中，比较的结果，实图案的适合微分波形图案数据的最小的残差大于等于预先确定的阈值的情况下，也可以不将与成为该最小的残差的适合微分波形图案数据对应的膜厚度作为当前时刻处的瞬时膜厚度数据Zi存储。另外，也可以代替过去的处理中的时刻(例如紧挨当前时刻之前的采样时刻)的瞬时膜厚度数据Z1、经过上述回归运算的结果，进行在步骤310中的回归分析器24的运算作为当前时刻的瞬时膜厚度Zi。
[0073]当前的被处理膜的剩余膜量与预先设定的目标剩余膜厚度值(在步骤300中设定)比较，在判定为小于等于目标剩余膜厚度值时，判定为达到了目标，向等离子处理装置I发送结束蚀刻处理的信号。当判定为未达到的情况下，返回步骤302的处理(步骤311)。判定蚀刻的深度等蚀刻量(步骤311)，如果判定为其足够，则最后进行采样结束的设定(步骤312)。
[0074]当在步骤311中判定为达到了目标的情况下，还可以不仅进行结束蚀刻处理的控制，而且如进行下一步骤的蚀刻处理那样向等离子处理装置I发送指令。例如，对于处理速度降低的过蚀刻处理、当蚀刻处理对象的膜由多个膜层构成的情况下适合于下层的层膜的处理，也可以改变等离子处理装置I的运行条件而实施该处理。
[0075]图5表示本实施例的效果。图5是表示在图1所示的实施例中进行了蚀刻处理的晶片效果的图表。
[0076]在本图中，表示在蚀刻基底氧化膜的厚度是60nm的晶片时的结果。图5的0x50nm是与基底氧化膜的厚度是50nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果，0x70nm是与基底氧化膜的厚度是70nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果，适合DB (适合数据库)是基于本发明的结果，将基底氧化膜厚度是50nm和70nm的数据分别设定在第I微分波形图案数据库16和第2微分波形图案数据库18中，进行图案匹配的结果。
[0077]图5 (B)是在被处理膜的剩余膜厚度30nm附近放大图5 (A)的图。在与作为图5 (B)的0x70nm的基底氧化膜的厚度是70nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果的情况下，检测到在49.5秒处多晶硅的剩余膜量低于30nm。
[0078]在与作为图5 (B)的0x50nm的基底氧化膜的厚度是50nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果的情况下，检测到在50.5秒处多晶硅的剩余膜量低于30nm。在把作为图5(B)的适合DB的基底氧化膜的厚度是50nm和70nm的晶片分别设定在第I微分波形图案数据库和第2微分波形图案数据库中的本发明算法中的处理结果中，检测到在50.0秒处多晶娃的剩余膜量低于30nm。
[0079]在图5 (B)中适合DB位于0x50nm和0x70nm正中间，表示基底氧化膜的膜厚度是60nm时的膜厚度推移。另外，基底氧化膜的膜厚度是50nm的结果知道最迟到达多晶硅的剩余膜量30nm。图3所示的干涉强度的极小值取决于基底氧化膜的膜厚度值，随着基底氧化膜的厚度变成70nm、60nm、50nm，极小值与多晶硅的剩余膜量增多相关。
[0080]另外，通过以上说明，在本实施例中在基底氧化膜厚度的生产管理中也可以使用基底氧化膜的厚度信息。
【权利要求】
1.一种等离子处理方法，是使用在处理室内形成的等离子来对在载置于真空容器的内部的上述处理室内的晶片上表面预先形成的膜构造所包含的处理对象的膜进行处理的等离子处理方法，该等离子处理方法具备: 检测在上述处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度的步骤； 从在上述处理中的任意的时刻检测到的上述多个波长的干涉光强度检测它们的时间微分的时间系列数据的步骤； 使用与上述多个波长有关的上述时间系列数据来检测将波长作为参数的实微分波形图案数据的步骤； 使用比较了检测用微分波形图案数据和上述实微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度的步骤，上述检测用微分波形图案数据使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成；以及 使用上述剩余膜厚度来判定达到上述处理的目标的步骤。
2.根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 在上述处理中的多个任意的时刻的每一个中，使用上述2个基本微分波形图案数据制成上述检测用微分波形图案数据，使用比较了该检测用微分波形图案数据和各时刻的实微分波形图案数据后所得的结果，计算上述各时刻的剩余膜厚度。
3.根据权利要求1或者2所述的等离子处理方法，其特征在于， 使用上述2个基本微分波形图案数据的每一个、和上述实微分波形图案数据的最小差的彼此的比率，内插上述2个基本微分波形图案数据，制成上述检测用微分波形图案数据。
4.根据权利要求1或者2所述的等离子处理方法，其特征在于， 在上述任意的时刻，比较上述检测用微分波形图案数据和上述实微分波形图案数据，在将它们的差成为最小的检测用微分波形图案数据的剩余膜厚度作为上述任意的时刻的剩余膜厚度进行存储，并且使用该任意的时刻的剩余膜厚度、和预先存储的比上述处理中的上述任意的时刻靠前的时刻的上述剩余膜厚度，重新计算上述任意的时刻的剩余膜厚度， 使用上述重新计算出的上述剩余膜厚度来判定达到上述处理的目标。
5.一种等离子处理装置，具备配置在真空容器的内部的处理室、以及配置在该处理室内且将晶片载置在其上表面的样品台，该等离子处理装置使用在上述处理室内形成的等离子对在上述晶片的上表面预先形成的膜构造所包含的处理对象的膜进行处理， 检测在上述处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度， 从在上述处理中的任意的时刻检测到的上述多个波长的干涉光的强度检测它们的时间微分的时间系列数据，使用与上述多个波长有关的上述时间系列数据来检测将波长作为参数的实微分波形图案数据，使用比较了该实微分波形图案数据和检测用微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，使用该剩余膜厚度来判定到达上述处理的目标，上述检测用微分波形图案数据使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成。
6.根据权利要求5所述的等离子处理装置，其特征在于，在上述处理中的多个任意的时刻的每一个中，使用上述2个基本微分波形图案数据制成上述检测用微分波形图案数据，使用比较了该检测用微分波形图案数据和各时刻的实微分波形图案数据所得的结果，计算上述各时刻的剩余膜厚度。
7.根据权利要求5或者6所述的等离子处理装置，其特征在于， 使用上述2个基本微分波形图案数据的每一个和上述实微分波形图案数据的最小差的彼此的比率，内插上述2个基本微分波形图案数据，制成上述检测用微分波形图案数据。
8.根据权利要求5或者6所述的等离子处理装置，其特征在于， 在上述任意的时刻，比较上述检测用微分波形图案数据和上述实微分波形图案数据，在将它们的差成为最小的检测用微分波形图案数据的剩余膜厚度作为上述任意的时刻的剩余膜厚度进行存储，并且使用该任意的时刻的剩余膜厚度、和预先存储的比上述处理中的上述任意的时刻靠前的时刻的上述剩余膜厚度，重新计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，使用上述重新计 算的上述剩余膜厚度来判定达到上述处理的目标。
【文档编号】H01J37/32GK104078375SQ201310363078
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】中元茂, 臼井建人, 井上智己, 广田侯然, 福地功祐 申请人:株式会社日立高新技术
【专利摘要】提供一种在蚀刻处理中精密地检测处理对象的膜的剩余厚度的等离子处理装置或者方法。检测在处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度，从在上述处理中的任意时刻检测到的上述多个波长的干涉光的强度检测它们的时间微分的时间系列数据，使用与上述多个波长有关的上述时间序列数据检测将波长作为参数的实微分波形图案数据，使用比较了该实微分波形图案数据、和使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成的检测用微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，使用该剩余膜厚度判定达到上述处理的目标。
【专利说明】等离子处理装置以及等离子处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在半导体集成电路的制造等中对基板状的样品进行蚀刻处理时检测蚀刻结束点的等离子处理装置或者等离子处理方法，特别涉及对包含在配置于真空容器内的处理室内的半导体晶片等基板状的样品的上表面预先设置的处理对象的膜的膜构造，使用在处理室内形成的等离子一边进行蚀刻一边检测处理的状态的等离子处理装置以及等离子处理方法。
【背景技术】
[0002]在从半导体晶片等基板状的样品制造半导体器件的工序中，在形成于该晶片的表面上的各种材料的膜层、特别是介电材料的膜层的除去或者在该膜处的图案形成中，广泛使用采用形成于真空容器内的处理室的等离子的干蚀刻技术。在使用了这种等离子的蚀刻处理装置中，一般是使电场或者磁场作用于导入到作为真空容器内的处理用空间的处理室内的处理气体而使其等离子化，使得到的等离子内的离子等带电粒子或高活性的粒子(基，radical)与包含预先配置于晶片表面的处理对象的膜层的膜构造反应，从而对该处理对象的膜进行蚀刻加工。
[0003]在这种晶片的蚀刻处理中，已知在所形成的等离子的发光中的特定波长的强度伴随被处理膜的蚀刻进程而变化。因而，知道这样的技术，在处理中检测来自这种处理中的等离子的特定波长的发光强度的变化，根据其检测的结果检测膜通过蚀刻被除去或者达到了所希望的深度的蚀刻的终点。
[0004]特别是为了实现半导体器件更高的集成化、加工的微细化，重要的是在蚀刻处理的工序中使被处理膜的剩余厚度在规定值时结束处理。作为使这种被处理膜的厚度成为规定值而结束蚀刻处理的技术，已知有如下技术，利用与伴随蚀刻的进程而被处理膜的剩余厚度减少相应地来自包含被处理膜的晶片表面的光形成干涉的波形这一现象，使用干涉的光(干涉光)的强度的变化来检测剩余膜厚度。
[0005]例如，在专利文献I中公开了检测干涉光的至少2种波长，使用这些多个波长的干涉光的强度值来检测被处理膜的剩余厚度的技术。另外，在专利文献2中公开了以下技术，即、检测多个波长的干涉光，通过比较与预先求得的多个波长的将波长作为参数的干涉光的强度有关的数据的图案和与实际得到的干涉光的强度有关的数据，检测被处理膜的剩余厚度。
[0006]专利文献1:日本特开2001-085388号公报
[0007]专利文献2:日本特开2003-083720号公报
[0008]上述以往技术在以下方面考虑不足，所以产生了问题。
[0009]例如，知道通过LPCVD (低压化学气相沉积，Low Pressure Chemical VaporDeposit1n)成膜的氧化膜的厚度的重现性低，该重现性为10%左右。另一方面，在蚀刻工序中，即使被处理膜的厚度具有这种偏差，在专利文献I或专利文献2公开的技术中，也可以通过检测与剩余膜厚度的绝对值相应的干涉光的强度的变化，高精度地检测被处理膜的剩余厚度。
[0010]但是，在被处理膜的下层的膜即基底膜的膜是透过光的材质、且对于每个样品其厚度具有大的偏差的情况下，例如即使被处理膜的剩余厚度相同，在各个晶片中得到的干涉光的强度也不同，所以产生了不能准确地检测被处理膜的剩余厚度的问题。这种问题在上述以往技术中没有被考虑。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种使用等离子在蚀刻处理中精密地检测处理对象的膜的剩余厚度、或者能够对其进行调节的半导体晶片等的等离子处理装置以及等离子处理方法。
[0012]上述目的通过以下的等离子处理装置或等离子处理方法实现，是具备配置在真空容器的内部的处理室、以及配置在该处理室内且将晶片载置在其上表面的样品台，使用在上述处理室内形成的等离子处理包含在预先形成在上述晶片上表面的膜构造中的处理对象膜的等离子处理装置以及等离子处理方法，检测在上述处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度，从在上述处理中的任意的时刻检测到的上述多个波长的干涉光的强度检测它们的时间微分的时间序列数据，使用将与上述多个波长有关的上述时间系列数据检测将波长作为参数的实微分波形图案数据，使用比较了该实微分波形图案数据和检测用微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，上述检测用微分波形图案数据使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成，使用该剩余膜厚度来判定到达上述处理的目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是示意性地表示本发明的实施例的等离子处理装置的构成的概略的图。
[0014]图2是示意性地表示图1所示的等离子处理装置中作为蚀刻处理对象的晶片上的膜构造的图。
[0015]图3是表示图2所示的膜构造的干涉光的强度的值和基底膜的厚度关系的图表。
[0016]图4是表示检测图1所示的实施例的等离子处理装置的蚀刻量的动作的流程的流程图。
[0017]图5是表示在图1所示的实施例中进行了蚀刻处理的晶片的效果的图表。
[0018](符号说明)
[0019]1:等尚子处理装置；2:真空处理室；3:等尚子；4:晶片；5:样品台；8:受:光器；9:蚀刻量检测装置；10:分光器；12 --第I数字滤波器；13:微分器；14 --第2数字滤波器；15:第I微分波形比较器；16:第I微分波形图案数据库；17:第2微分波形比较器；18:第2微分波形图案数据库；19:适合系数计算器；20:适合图案数据库制作器；21:适合图案数据库；22:第3微分波形比较器；23:剩余膜厚度时间系列数据记录器；24:回归分析器；24:终点判定器；26:显示器；201:多晶硅膜；202:氧化膜；203:基板；211:基底膜；212:基底膜。
【具体实施方式】
[0020]以下，使用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0021][实施例1]
[0022]以下，用图1至图5说明本发明的实施例。
[0023]图1示出本发明的实施例的等离子处理装置I。图1是示意性地表示本发明的实施例的等离子处理装置的构成的概略的图。
[0024]等离子处理装置I具备配置在真空容器内部的真空处理室2。另外，真空容器下部虽然未图示，但与具有涡轮分子泵等的真空泵的排气装置连结。另外，其构成为在具有圆筒形的真空容器的上方以及周围配置未图示的供给高频电力的同轴缆线和天线或者传播微波的波导管等电场的发生单元或者螺线管线圈等磁场的发生单元，可以向真空处理室2内部供给电场或者磁场。
[0025]本实施例的等离子处理装置I的真空容器的外侧侧壁经由作为开口的门与未图示的其它真空容器连结。作为样品的晶片4被搬运到该其它真空容器内部的经过减压的搬运室内，在真空处理室2之间被交换。
[0026]另外，在真空处理室2的下部的中央部，配置有在其上表面放置了晶片4的样品台5，该晶片4具有圆筒形状。进而，真空容器与未图示的气体供给用的供给管连结，气体供给管与配置于真空处理室2的上部或者顶面的多个气体导入孔连通。
[0027]将样品4从搬运室内放置并保持在未图示的机械臂等的搬运装置的前端部上，通过门搬入真空处理室2内部，在样品台5的上方递送至此。其后，机械臂从真空处理室2退出，门通过门阀气密地堵塞而密封真空处理室2内部。
[0028]进而，在由作为晶片4的载置面的样品台5的电介质构成的上表面，晶片4通过静电被吸附而保持。在晶片4的背面和样品台5的载置面之间供给He等热传导用的气体，促进晶片4和样品台5之间的热传导。
[0029]从气体导入孔向真空处理室2内部导入通过与气体源连结的气体供给管供给的处理用的气体，并且通过排气装置的动作对真空处理室2内部排气，真空处理室2内部通过气体的供给量速度和排气量速度的平衡减压到适合于半导体晶片等基板状的样品的处理的真空度的压力。在该状态下，从电场或者磁场的发生单元向真空处理室2内部供给电场或者磁场，激发处理用气体的粒子形成等离子3。在样品台5上的晶片4的上表面预先形成的层叠了多个膜的膜构造通过包含在该等离子3中的带电粒子或者具有高的反应性的粒子(活性粒子)而被蚀刻。
[0030]包含在该等离子3中的受到激发的粒子将被提高的能量作为光释放，所以等离子3产生发光。在真空处理室2的上方的顶面即真空容器的上部，配置用于接收该等离子的发光并进行检测的受光器等具有透光性部件的受光器8。等离子3的发光在直接或者由晶片上表面反射后，被受光器8接收，作为信号传递到与它电气、光学连结或者连接的蚀刻量检测装置9。
[0031]用图2说明在本实施例中进行蚀刻处理的膜构造的典型的例子。图2是示意性地表示图1所示的等离子处理装置中作为蚀刻处理对象的晶片上的膜构造的图。
[0032]如图2(A)所示，本实施例的处理对象的膜构造构成为具有作为被处理膜的多晶硅膜201和作为在其下方与边界接触而配置的膜层即基底膜的氧化膜202和硅基板203。对这种构成的膜构造入射的来自等离子的光在各膜间的边界或者界面部反射而发出反射光。在该反射光中存在在多晶硅膜201表面反射的反射光221、在多晶硅膜201和氧化膜202的边界反射的反射光222、以及在氧化膜202和硅基板203的边界反射的反射光223。
[0033]在这些反射光之间产生光程差，所以形成干涉光。另外，伴随蚀刻的进程作为被处理膜的多晶硅膜201的膜的厚度减少，所以发生各反射光的光程差变化而对于该光的每个波长其强度变化的周期不同的干涉现象。这样强度变化的干涉光在图1的真空处理室2的上部经由面向等离子3的受光器 8传递到蚀刻量检测装置9的分光器10。蚀刻量检测装置9从所传递的干涉光的信号中检测干涉光的强度的值及其变化的量，根据其结果判定作为被处理膜的多晶硅膜201的蚀刻深度、剩余膜厚度等蚀刻量、到达处理的终点。
[0034]如图1所示，本实施例的蚀刻量检测装置9具备:分光器10 ;第I数字滤波器12 ；微分器13 ;第2数字滤波器14 ;第I微分波形比较器15 ;第I微分波形图案数据库16 ;第2微分波形比较器17 ;第2微分波形图案数据库18 ;根据这些微分波形比较器的结果求比例的适合系数计算器19 ;使用适合系数计算器19计算出的适合系数制成适合图案数据库的适合图案数据库制作器20;适合图案数据库21 ;第3微分波形比较器22 ;根据来自该第3微分波形比较器22的输出计算被处理膜的剩余膜厚度并将它按照时间系列进行记录的剩余膜厚度时间系列数据记录器23 ;使用由该剩余膜厚度时间系列数据记录器23记录的剩余膜厚度的时间系列数据计算当前的剩余膜厚度的值的回归分析器24 ;根据当前的剩余膜厚度的值判定蚀刻的结束的终点判定器25 ;显示终点判定器25的判定结果的显示器26。
[0035]而且，本实施例的蚀刻量检测装置9除了显示器26外，可以是通过有线或者无线通信线路连接有包含各个实现多个功能的微处理器等半导体器件的检测用组件的检测装置，也可以由能够实现这些多个功能的I个半导体器件构成。包含半导体器件的检测用组件构成为可通信地连接微处理器等运算器、用于与外部对信号进行通信的通信接口、存储信号、数据、软件的RAM、ROM、或者硬盘驱动器、DC-ROM驱动器等存储装置。
[0036]形成在真空处理室2内的等离子3的发光在晶片4的上表面反射，通过受光器8传递到分光装置10。通过接收到来自受光器8的信号的分光装置10将干涉光的信号分光为规定的频率，将各个波长的强度变换为数字信号而输出。
[0037]通过分光器10将在晶片4的处理中的任意时刻作为采样信号输出的多个特定波长的信号作为时间系列数据yij存储在未图示的RAM等存储装置中。该时间系列数据yij传递到第I数据滤波器12进行平滑化处理，作为平滑化时间系列数据Yij存储到RAM等存储装置。
[0038]接着，将平滑化时间系列数据Yij传递到微分器13，计算该时间微分(微系数)值(I阶微分值或者2阶微分值)的时间系列数据dij，存储到RAM等的存储装置。微系数值的时间系列数据dij用第2数字滤波器14进行平滑化处理，作为平滑化微系数时间系列数据Dij存储在RAM等的存储装置中。而后根据该平滑化微系数时间系列数据Dij求出表示干涉光的强度的微分值的波长依赖性(将波长作为参数)的微分波形的图案(实图案)。
[0039]在此，说明平滑化微系数时间系列数据Di的计算。在本实施例中，例如使用2阶巴特沃斯(Butterworth)型的低通滤波器作为数字滤波器电路12。通过2阶巴特沃斯型的低通滤波器进行平滑化处理的平滑化时间系列数据Yi用式(I)求得。
[0040]Yi=bl.yi+b2.yi_l+b3.yi_2_[a2.Yi_l+a3.Yi_2]…(I)
[0041]在此，系数b、a因采样频率以及截止频率不同而数值不同。另外，本实施例中的数字滤波器的系数值例如使用 a2=-l.143，a3=0.4128, bl=0.067455，b2=_0.013491，b3=0.067455 (采样频率10Hz，截止频率1Hz)。2阶微系数值的时间系列数据di通过微分器13使用5个点的时间系列数据Yi的多项式适合平滑化微分法来根据式(2)如以下那样计算。
[0042]j=2
[0043]di=Xwj.Yi +j(2)
[0044]j=-2
[0045]在此,有关权重系数w 为 w_2=2, W^1=-1, w0=-2, W1=-1, w2=2。
[0046]使用上述微系数值的时间系列数据di，例如通过2阶巴特沃斯型低通滤波器从式
(3)中如以下那样求出平滑化微系数时间系列数据Di作为数字滤波器电路14。
[0047]Di=bl.di+b2.di_l+b3.di_2-[a2.Di_l+a3.Di_2]...(3)
[0048]在第I微分波形图案数据库16中，在晶片4的处理之前预先存储相对于被配置在具有规定的膜厚度的基底的氧化膜上方并且作为成为蚀刻量测定的对象的被处理膜的多晶硅的蚀刻处理中的剩余膜厚度的量(剩余膜量)的干涉光的强度的微分波形图案数据值Plsj0在第I微分波形比较器15中，比较作为在晶片4的处理中实际得到的干涉光的微分波形数据的实图案和存储在第I微分波形图案数据库16中的微分波形图案数据值Plsjdf算两图案之间的差值。
[0049]同样，在第2微分波形图案数据库18中，预先设定相对于被配置在具有与上述第I微分波形图案数据库16不同的规定的膜厚度的基底的氧化膜上方并且作为成为蚀刻量测定的对象的被处理膜的多晶硅的剩余膜量的干涉强度的微分波形图案数据值P2sj。在第2微分波形比较器17中，比较作为在晶片4的处理中实际得到的干涉光的微分波形数据的实图案和存储在第2微分波形图案数据库18中的微分波形图案数据值P2sj，计算两图案之间的差值。在本实施例中，作为存储在第I微分波形图案数据库16和第2微分波形图案数据库18中用于检测剩余膜量的厚度的数据而注册的微分波形数据的每一个被用于相对于在任意的范围具有作为偏差的基底膜的氧化膜202的膜厚度的上限以及下限值或者接近它们的值的膜厚度的氧化膜202的上方配置的并且作为成为蚀刻量测定的对象的被处理膜的多晶硅的蚀刻处理中的剩余膜厚度的量(剩余膜量)的干涉光的强度的微分波形图案数据。
[0050]另一方面，图2 (B)表示作为基底膜的氧化膜211、212的膜的厚度不同的晶片的剖面。已知通过LPCVD (低压化学气相沉积)成膜的氧化膜的膜的厚度的重现性低，其重现性可以说大概为10%左右。
[0051]在这样作为基底膜的氧化膜211、212的膜的厚度不同的情况下发生问题。即使作为被处理膜的多晶硅的剩余膜量相同的情况下，当作为基底膜的氧化膜211、212的膜的厚度不同时，如图2 (C)所示，在作为基底膜的氧化膜和基板的边界反射的光223和其他的反射光221、222的光程差不同。在干涉中，由该光程差决定干涉光的强度的极大极小，所以即使是在相同的多晶硅膜201的厚度处干涉光的强度的值也不同，根据干涉光的强度高精度检测膜厚度是困难的。
[0052]图3图示了在光的波长700nm处被处理膜是多晶硅、作为基底膜的氧化膜的膜厚度值是50nm、60nm、70nm的情况下的相对于多晶娃的剩余膜厚度的干涉强度的变化。图3是表示图2所示的膜构造的干涉光的强度的值和基底膜的厚度的关系的图表。
[0053]如图3所示，如果基底氧化膜的膜厚度值不同，则干涉光的强度的变化不同。干涉光的强度的极小值在基底氧化膜的膜厚度值不同的晶片处多晶硅膜的剩余膜厚度不同。这意味着对于进行利用干涉光的剩余膜厚度判定的装置来说，采用基底氧化膜的膜厚度值进行判定的精度差。
[0054]在本实施例中，对于基底的氧化膜202的膜厚度的值不同的膜构造，在第I微分波形图案数据库16以及第2微分波形图案数据库18中分别存储与蚀刻处理对应的微分波形数据库，将存储在这些数据库中的数据作为基本数据库组合，重新制作图案数据或者其数据库，在膜厚度的检测中使用该图案数据，从而即使在基底氧化膜202的膜厚度的值发生偏差的情况下，也能够高精度地判定其上方的多晶硅膜201的膜厚度或者终点。在图1中，表示2个微分波形图案数据库，但也可以大于等于2个。
[0055]以下，在本实施例中，说明将存储在与不同膜厚度的氧化膜211、212各自相应的微分波形数据库中的图案数据作为基本数据进行组合而计算膜厚度检测用的微分波形的构成。在第I微分波形比较器15以及第2微分波形比较器17的每一个中，求出存储在第I微分波形数据库16、第2微分波形数据库18每一个中的微分波形数据的图案、和在制造半导体器件的产品用的晶片4的处理中得到的微分波形数据的实图案的最小残差σ sl(t)和os2 (t)。本例子的残差如以下所示那样使用各时间系列数据值的平方误差的大小。
[0056]在传递该最小残差σ si (t)和σ s2 (t)的值的适合系数计算器19中，用以下的式(4)计算适合系数a (t)输出这两个最小残差之比。
[0057]a (t) = o s2(t)/(o sl(t) + o S2(t))…(4)
[0058]适合图案数据库制作器20使用所接收到的适合系数a (t)的值和微分波形图案数据值Plsj以及P2sj，用下式(5)制成适合图案数据库21而输出到存储装置中来存储。
[0059]NDBsj= a (t).Plsj+(l-a ⑴).P2sj…(5)
[0060]以下，第3微分波形比较器22比较适合图案数据库21和实图案，求出任意时刻的多晶硅膜的剩余膜厚度(瞬时膜厚度)，存储到剩余膜厚度时间系列数据记录器23中。回归分析器24使用记录在剩余膜厚度时间系列数据记录器23中的当前时刻(任意的时刻)和在过去的多个时刻处的剩余膜厚度(瞬时膜厚度)，通过回归运算计算当前的剩余膜厚度(计算膜厚度)。
[0061]将作为通过该回归运算所计算出的结果的剩余膜厚度传递到终点判定器25，终点判定器25比较预先设定的目标剩余厚度值和当前的剩余膜厚度(计算)来判定目标剩余膜厚度值是否小于等于当前的剩余膜厚度(计算)。当判定为小于等于目标的情况下，判定为被处理膜的蚀刻量为规定值(达到修订)，将结束蚀刻处理的指令发送到等离子处理装置I。进而，将该判定的结果传递到显示器26，将该结果显示在具有液晶或者CRT的显示器26上来报告给使用者。而且，在显示器26上还报告等离子处理装置I的运转、动作中的异常、动作的错误的信息。
[0062]接着，使用图4的流程图说明在图1的蚀刻量检测装置9中进行蚀刻处理时求出被处理膜的蚀刻量的顺序。图4是表示检测图1所示的实施例的等离子处理装置的蚀刻量的动作的流程的流程图。主要表示蚀刻量检测装置9的动作的流程。
[0063]在本实施例中，在晶片4的处理之前，进行作为被处理膜的多晶硅膜201的目标的剩余膜厚度的值、和在其检测或者判定中使用的存储于第I微分波形图案数据16和第2微分波形图案数据库中的图案数据的设定(步骤300)。作为在这2个微分波形图案数据库中选择的图案数据，选择并设定基底的氧化膜202为膜厚度不同的图案数据。
[0064]另外，在本实施例中比较的微分波形图案数据库是2个，但也可以大于等于2个。当使用大于等于3个微分波形图案数据库的情况下，也可以从上述最小残差osi (t)的更小的中选择2个通过式(4)求出适合系数a (t)。
[0065]接着，使在真空处理室2内开始晶片4的处理而得到的干涉光的采样(例如每
0.1?0.5秒)开始(步骤301)。此时，伴随蚀刻处理的开始输出采样开始命令。随着蚀刻进程，变化的多波长的发光强度传递到蚀刻量检测装置9的分光器10，用该光检测器对每个规定的频率检测并输出为与光的强度相应的电压的光检测信号。
[0066]对分光器10的光检测信号进行数字变换，取得作为与任意时刻对应起来的数据信号的采样信号yij。接着，对来自分光器10的多波长输出信号yij通过第I级数字滤波器电路12进行平滑化，计算任意时刻的时间系列数据Yij (步骤302)。
[0067]接着，向微分器13传递时间系列数据Yij,通过S-G法(Savitzky - Golay method,移动窗口拟和多项式法)计算时间系列的微系数dij (步骤303)。S卩，通过微分处理(S-G法)检测信号波形的系数(I阶或者2阶)。
[0068]微系数dij传递到第2级数字滤波器电路14，计算平滑化(smoothing)微系数时间系列数据Dij (步骤304)。所得到的平滑化微系数时间系列数据Dij传递到第I微分波形比较器15以及第2微分波形比较器17。
[0069]在第I微分波形比较器15中，计算σ s (t) = V ( Σ (Di j-Plsj) 2/j)的值，成为最小的osl (t)(步骤305)。同样，在第2微分波形比较器17中，计算σ s(t)= V (Σ (Dij-P2sj)2/j)的值，成为最小的 σ s2 (t)(步骤 306)。步骤 305、307 可以并行实施。所得到的osl (t)和os2 (t)传递到适合系数计算器19，根据它们计算适合系数 a (t) = σ s2 (t) / ( σ si (t) + σ s2 (t))(步骤 307)。
[0070]向适合图案数据库制作器20传递所得到的适合系数a (t)，使用在第I微分波形数据库16中设定的微分波形数据图案值以及在第2微分波形图案数据库18中设定的微分波形数据图案值，通过式(5)制成适合微分波形图案数据库21并存储在存储装置中(步骤308)。第3微分波形比较器22对在步骤308中制成的适合微分波形图案数据库21的数据值、和作为从在步骤304中制成的从平滑化微分系数时间系列数据Dij得到的微分波形图案的实图案的数据进行图案匹配，计算作为最适合的图案数据而与成为最小的残差的适合微分波形图案数据库21的数据对应的剩余膜厚度作为该任意时刻(当前时刻)处的瞬时膜厚度数据Zi (步骤309)。
[0071]使用在步骤309中在剩余膜厚度时间系列数据记录器23中记录的瞬时膜厚度时间系列数据Zi和处理中的过去的多个时刻处的瞬时膜厚度时间系列数据Zi，通过回归分析器24计算当前的计算膜厚度值并存储(步骤310)。即，通过回归分析器24的运算，求I阶回归直线Y=Xa.t+Xb (Y:剩余膜量，t:蚀刻时间，Xa =Xa的绝对值是蚀刻速度，Xb初始膜厚度)，根据该回归直线计算在当前时刻处的蚀刻量(或者剩余膜量)，存储到存储装置中(步骤310)。
[0072]而且，在步骤309中，比较的结果，实图案的适合微分波形图案数据的最小的残差大于等于预先确定的阈值的情况下，也可以不将与成为该最小的残差的适合微分波形图案数据对应的膜厚度作为当前时刻处的瞬时膜厚度数据Zi存储。另外，也可以代替过去的处理中的时刻(例如紧挨当前时刻之前的采样时刻)的瞬时膜厚度数据Z1、经过上述回归运算的结果，进行在步骤310中的回归分析器24的运算作为当前时刻的瞬时膜厚度Zi。
[0073]当前的被处理膜的剩余膜量与预先设定的目标剩余膜厚度值(在步骤300中设定)比较，在判定为小于等于目标剩余膜厚度值时，判定为达到了目标，向等离子处理装置I发送结束蚀刻处理的信号。当判定为未达到的情况下，返回步骤302的处理(步骤311)。判定蚀刻的深度等蚀刻量(步骤311)，如果判定为其足够，则最后进行采样结束的设定(步骤312)。
[0074]当在步骤311中判定为达到了目标的情况下，还可以不仅进行结束蚀刻处理的控制，而且如进行下一步骤的蚀刻处理那样向等离子处理装置I发送指令。例如，对于处理速度降低的过蚀刻处理、当蚀刻处理对象的膜由多个膜层构成的情况下适合于下层的层膜的处理，也可以改变等离子处理装置I的运行条件而实施该处理。
[0075]图5表示本实施例的效果。图5是表示在图1所示的实施例中进行了蚀刻处理的晶片效果的图表。
[0076]在本图中，表示在蚀刻基底氧化膜的厚度是60nm的晶片时的结果。图5的0x50nm是与基底氧化膜的厚度是50nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果，0x70nm是与基底氧化膜的厚度是70nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果，适合DB (适合数据库)是基于本发明的结果，将基底氧化膜厚度是50nm和70nm的数据分别设定在第I微分波形图案数据库16和第2微分波形图案数据库18中，进行图案匹配的结果。
[0077]图5 (B)是在被处理膜的剩余膜厚度30nm附近放大图5 (A)的图。在与作为图5 (B)的0x70nm的基底氧化膜的厚度是70nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果的情况下，检测到在49.5秒处多晶硅的剩余膜量低于30nm。
[0078]在与作为图5 (B)的0x50nm的基底氧化膜的厚度是50nm的微分波形图案数据库单独的匹配结果的情况下，检测到在50.5秒处多晶硅的剩余膜量低于30nm。在把作为图5(B)的适合DB的基底氧化膜的厚度是50nm和70nm的晶片分别设定在第I微分波形图案数据库和第2微分波形图案数据库中的本发明算法中的处理结果中，检测到在50.0秒处多晶娃的剩余膜量低于30nm。
[0079]在图5 (B)中适合DB位于0x50nm和0x70nm正中间，表示基底氧化膜的膜厚度是60nm时的膜厚度推移。另外，基底氧化膜的膜厚度是50nm的结果知道最迟到达多晶硅的剩余膜量30nm。图3所示的干涉强度的极小值取决于基底氧化膜的膜厚度值，随着基底氧化膜的厚度变成70nm、60nm、50nm，极小值与多晶硅的剩余膜量增多相关。
[0080]另外，通过以上说明，在本实施例中在基底氧化膜厚度的生产管理中也可以使用基底氧化膜的厚度信息。
【权利要求】
1.一种等离子处理方法，是使用在处理室内形成的等离子来对在载置于真空容器的内部的上述处理室内的晶片上表面预先形成的膜构造所包含的处理对象的膜进行处理的等离子处理方法，该等离子处理方法具备: 检测在上述处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度的步骤； 从在上述处理中的任意的时刻检测到的上述多个波长的干涉光强度检测它们的时间微分的时间系列数据的步骤； 使用与上述多个波长有关的上述时间系列数据来检测将波长作为参数的实微分波形图案数据的步骤； 使用比较了检测用微分波形图案数据和上述实微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度的步骤，上述检测用微分波形图案数据使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成；以及 使用上述剩余膜厚度来判定达到上述处理的目标的步骤。
2.根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 在上述处理中的多个任意的时刻的每一个中，使用上述2个基本微分波形图案数据制成上述检测用微分波形图案数据，使用比较了该检测用微分波形图案数据和各时刻的实微分波形图案数据后所得的结果，计算上述各时刻的剩余膜厚度。
3.根据权利要求1或者2所述的等离子处理方法，其特征在于， 使用上述2个基本微分波形图案数据的每一个、和上述实微分波形图案数据的最小差的彼此的比率，内插上述2个基本微分波形图案数据，制成上述检测用微分波形图案数据。
4.根据权利要求1或者2所述的等离子处理方法，其特征在于， 在上述任意的时刻，比较上述检测用微分波形图案数据和上述实微分波形图案数据，在将它们的差成为最小的检测用微分波形图案数据的剩余膜厚度作为上述任意的时刻的剩余膜厚度进行存储，并且使用该任意的时刻的剩余膜厚度、和预先存储的比上述处理中的上述任意的时刻靠前的时刻的上述剩余膜厚度，重新计算上述任意的时刻的剩余膜厚度， 使用上述重新计算出的上述剩余膜厚度来判定达到上述处理的目标。
5.一种等离子处理装置，具备配置在真空容器的内部的处理室、以及配置在该处理室内且将晶片载置在其上表面的样品台，该等离子处理装置使用在上述处理室内形成的等离子对在上述晶片的上表面预先形成的膜构造所包含的处理对象的膜进行处理， 检测在上述处理中从上述晶片表面得到的多个波长的干涉光的强度， 从在上述处理中的任意的时刻检测到的上述多个波长的干涉光的强度检测它们的时间微分的时间系列数据，使用与上述多个波长有关的上述时间系列数据来检测将波长作为参数的实微分波形图案数据，使用比较了该实微分波形图案数据和检测用微分波形图案数据所得的结果，计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，使用该剩余膜厚度来判定到达上述处理的目标，上述检测用微分波形图案数据使用在上述晶片的处理之前预先具有2种不同的基底膜的厚度的膜构造的上述处理对象的膜的剩余厚度和将上述干涉光的波长作为参数的基本微分波形图案数据而制成。
6.根据权利要求5所述的等离子处理装置，其特征在于，在上述处理中的多个任意的时刻的每一个中，使用上述2个基本微分波形图案数据制成上述检测用微分波形图案数据，使用比较了该检测用微分波形图案数据和各时刻的实微分波形图案数据所得的结果，计算上述各时刻的剩余膜厚度。
7.根据权利要求5或者6所述的等离子处理装置，其特征在于， 使用上述2个基本微分波形图案数据的每一个和上述实微分波形图案数据的最小差的彼此的比率，内插上述2个基本微分波形图案数据，制成上述检测用微分波形图案数据。
8.根据权利要求5或者6所述的等离子处理装置，其特征在于， 在上述任意的时刻，比较上述检测用微分波形图案数据和上述实微分波形图案数据，在将它们的差成为最小的检测用微分波形图案数据的剩余膜厚度作为上述任意的时刻的剩余膜厚度进行存储，并且使用该任意的时刻的剩余膜厚度、和预先存储的比上述处理中的上述任意的时刻靠前的时刻的上述剩余膜厚度，重新计算上述任意的时刻的剩余膜厚度，使用上述重新计 算的上述剩余膜厚度来判定达到上述处理的目标。
【文档编号】H01J37/32GK104078375SQ201310363078
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】中元茂, 臼井建人, 井上智己, 广田侯然, 福地功祐 申请人:株式会社日立高新技术
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