真空处理装置和真空处理方法与流程

1.本发明涉及一种真空处理装置或真空处理方法，其中，在半导体器件的制造工艺中，使用在处理室中形成的等离子体，来处理设置在真空室中的处理室中的诸如半导体晶片之类的衬底形状的样品的表面上的处理对象膜层，并且，本发明涉及一种在检测样品表面上的膜层的剩余膜厚度和处理深度的同时进行处理的真空处理装置或真空处理方法。


背景技术：

2.在半导体器件的制造中，在形成电路图案的处理之前，广泛使用干法蚀刻来去除在半导体晶片表面预先形成的各种材料的层和介电材料的层。为了通过使用这样的干法蚀刻以高精度形成图案来提高半导体器件的制造的良率，在对象膜层的蚀刻处理期间，要求在期望的剩余膜厚度或期望的蚀刻深度处停止蚀刻。即，为了提高半导体器件的电路的加工精度，有必要在干法蚀刻工艺中更准确地检测蚀刻终点。
3.鉴于上述要求，随着对象膜层被蚀刻并且剩余膜厚度发生变化(在蚀刻中减少)，作为通过利用来自膜的特定波长的光的强度变化的事实来确定蚀刻终点的方法之一，基于在蚀刻工艺期间检测的来自等离子体的特定波长的光的强度或其变化来检测蚀刻终点的技术在相关技术中是已知的。作为这样的技术，例如，jp
‑
a
‑
2007
‑
234666(专利文献1)中所公开的技术在现有技术中是已知的。该现有技术描述了一种基于晶片在蚀刻期间的反射光量的时间变化来执行终点确定的方法。
4.即，专利文献1公开了如下技术：在晶片处理期间的每个采样时间，检测通过在处理对象膜的上表面和底表面上反射处理室中的光而形成的多个波长的干涉光的强度或其随时间的变化率，并且通过将以在每个时间检测到的波长作为参数的强度或变化率的模式与要用作比较参考的数据进行比较，来检测处理期间的膜的剩余膜厚度或蚀刻深度以确定蚀刻工艺到达终点，要用作比较参考的数据指示在对晶片的处理之前预先获得的处理对象膜层的剩余膜厚度与以上述波长为参数的干涉光的强度的值的模式或其变化率之间的相关性。在与对产品晶片的处理相同的条件下预先蚀刻用于获得数据的样品晶片，其中半导体晶片具有与用于制造作为产品的半导体器件的晶片基本相同或相似的结构，并且上述要用作参考的数据是在对样品进行蚀刻期间获得的，并且作为数据库存储在存储设备中，该存储设备被配置为与用于执行蚀刻处理的装置可通信。
5.然而，现有技术中的上述技术存在问题，因为没有充分考虑以下几点。
6.即，(a)当检测在与获得存储在数据库中的用于确定剩余膜厚度的参考数据的处理室不同的处理室中执行的处理的终点时，由于在每个处理室中产生的干涉光的光谱的平衡因处理室而异，因此，即便使用同一数据库数据在每个处理室中确定处理的终点，当实际到达目标剩余膜厚度或处理终点时从处理室获得的与干涉光的强度相关的数据也与数据库中的参考数据的值不同。因此，即使确定精度在用于确定一个处理室中的处理终点的可允许范围内，并且确定精度在用于确定另一个处理室中的处理终点的可允许范围外，也可能会出现确定到达正确终点的现象，并且在多个处理室中的每个处理室中，确定到达处理
终点或目标剩余膜厚度的精度可以不同。
7.此外，(b)即使当处理室中的大气与获得数据时的大气不同时，在同一处理室中所执行的多个晶片的处理中也会出现干涉光的光谱平衡的差异。因此，当处理室中的诸如表面或气体之类的条件与当通过在处理室中蚀刻多个批次并将沉积物附着到处理室而获得膜厚度的参考数据时的条件不同时，确定达到目标膜厚度或终点的精度不同。
8.因此，在上述现有技术中，没有考虑到由于晶片的处理而导致的加工形状的变化增加以及制造半导体器件的处理的良率降低的问题。


技术实现要素：

9.本发明的一个目的是提供一种提高处理的良率的真空处理装置或真空处理方法。
10.上述目的是通过一种真空处理装置而实现的，该真空处理装置包括：处理单元，包括：处理室，设置在真空容器中，并且其中形成有等离子体；样品台，设置在所述处理室中形成了所述等离子体的空间的下方，并且所述样品台的上表面上安装有具有处理对象膜的晶片；光接收单元，设置在所述处理室上方，并且被配置为在使用所述等离子体处理所述晶片期间接收来自所述晶片的光；以及检测器，连接到所述光接收单元，并且被配置为检测所述处理期间所述处理对象膜的厚度或所述处理的终点的到达。所述检测器被配置为：通过将用于检测的模式与真实模式进行比较来检测所述处理对象膜的厚度，在所述用于检测的模式中，将预先获得的相对于所述处理对象膜的厚度变化的、与多个波长的光的强度相关的预定值的波长用作参数，所述真实模式是在所述处理期间在特定时间获得的与所述多个波长的光的强度相关的预定值的真实模式，以及通过将所述多个波长的光的强度的时间序列数据的微分系数值除以指示所述多个波长的光的强度值的时间序列数据，来获得与光的强度相关的预定值。
11.根据本发明，可以提供提高处理的良率的真空处理装置或真空处理方法。
附图说明
12.图1a和图1b是示出了根据本发明实施例的真空处理装置的整体结构的概要的图。
13.图2是示意性地示出了根据图1a和图1b中所示的实施例的真空处理装置的真空处理单元的结构的概要的图。
14.图3是示出了根据图1a和图1b中所示的实施例的等离子体处理装置的检测蚀刻量的操作的流程的流程图。
15.图4是示出了现有技术的真空处理装置的操作的流程的流程图。
16.图5a和图5b是示出了在由根据图1a和图1b中所示的实施例的真空处理装置和现有技术中的技术执行的晶片蚀刻处理期间获得的发光强度的波长分布的曲线图。
具体实施方式
17.下面将参考附图来描述本发明的实施例。
18.在本实施例中，作为制造半导体器件的至少一个工艺，在包括多个真空处理单元的真空处理装置中，多个真空处理单元各自包括在任一处理单元中位于真空容器中的处理室，在处理室中，设置使用等离子体进行处理的处理对象衬底形状样品(诸如，半导体晶
片)，膜结构的处理对象膜层包括预先形成并设置在样品的表面上的掩模层和位于掩模层下方的处理对象膜层，使用在处理室中形成的等离子体来蚀刻膜结构的处理对象膜层。此时，在用于制造器件的样品(真实晶片)的处理期间检测来自晶片表面的膜结构的多个波长的干涉光的强度，并且计算指示干涉光的强度的微分值随时间的变化对波长(波长被设置为参数)的依赖性的模式(在下文中，被称为真实模式)。此外，在处理真实晶片之前，通过将真实模式与指示干涉光的微分值相对于处理对象膜层的剩余膜厚度和蚀刻深度(蚀刻量)的波长依赖性(波长被设置为参数)的模式(在下文中，被称为标准模式)进行比较来计算真实晶片的蚀刻量，并且确定是否到达蚀刻终点，标准模式是通过在同一真空处理单元的处理室中蚀刻具有与真实晶片大致等同的结构的样品(样品晶片)而获得的。
19.[实施例1]
[0020]
在下文中，将参考图1a至图4来描述本发明的实施例。
[0021]
首先，将参考图1a和图1b来描述真空处理装置的整体结构，真空处理装置包括多个真空处理单元，多个真空处理单元包括根据本实施例的用于检测蚀刻量(在此，实际晶片的蚀刻深度或剩余膜厚度)的结构。图1a和图1b是示出了根据本发明的实施例的真空处理装置的整体结构的概要的示图。图1a是真空处理装置100的立体图，并且图1b是真空处理装置100的从上面观察的截面的截面图。
[0022]
图中所示的根据本发明的实施例的真空处理装置100大致被分成大气侧块101和真空侧块102。大气侧块101是用于在大气压下传送作为处理对象材料的诸如半导体晶片之类的衬底形状样品且用于执行容纳定位等的部分，并且真空侧块102是用于在从大气压减压的压力下传送诸如晶片之类的衬底形状样品且用于在预定真空处理室中执行处理的块。此外，在真空侧块102的执行真空侧块102的上述传送和处理的位置与大气侧块101之间，设置了通过将真空侧块102的上述位置与大气侧块101进行连接并在样品在内部的状态下在大气压力与真空压力之间升高和降低压力的部分。
[0023]
大气侧块101包括：大致长方体的壳体106，在内部包括大气侧传送机器人109；以及多个盒台107，附接到壳体106的前表面侧，并且其上放置盒，在盒中，容纳有用于处理或清洗的要处理的诸如半导体晶片的衬底形状的样品(在下文中，晶片126)。
[0024]
真空侧块102设置在第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2与大气侧块101之间，并且包括一个或多个锁定室105，一个或多个锁定室105用于在作为在大气侧与真空侧之间交换的处理对象材料的晶片被设置在内部的状态下在大气压力与真空压力之间交换压力。锁定室是这样的真空容器：其内部空间可以调节至上述压力，并且设置有在内部传送晶片的通道以及可以打开和关闭通道且可以在未图示的连接部位处气密地密封通道的阀，并且将大气侧和真空侧气密地分开。此外，内部空间设置有能够容纳和保持多个其间具有竖直间隙的晶片的容纳单元，并且在容纳晶片的状态下被阀关闭并且被气密地分隔。
[0025]
第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2是各自包括具有大致为矩形的平面形状的真空容器的单元，并且是具有可被认为大致相同的结构差异的两个单元。基于来自真空处理装置100的控制单元(未示出)的命令信号来调节流速的诸如惰性气体的吹扫气体被导入到真空传送室中，并且将真空传送室抽真空，由此，第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2被配置为可调节至比其他真空处理室103和真空传送中间室111相对低的压力值、相同的压力值或被认为是相同压力值的压力值，或者比真空处理室103和真空传送
中间室111相对高的压力值。
[0026]
真空传送中间室111是其内部能够减压至比其他的真空处理室相对高的压力的真空容器，并且真空传送室彼此连接且内部室彼此连通。连通内部室并打开和关闭通道(通过该通道将晶片传送到内部)以分隔该通道的阀(未显示)设置在真空传送中间室111与连接并设置在前后(图中的左右)方向上的端侧的位置处的真空传送室之间，并且通过关闭阀，真空传送中间室和真空传送室被气密地密封。本实施例的真空传送中间室111未设置有用于对容纳有真空传送中间室111中的晶片的空间进行吹扫的机构或抽真空的机构，并且传送中间室111是当在夹着搬送中间室111且彼此连接的一个真空传送室与其他真空传送室之间传送晶片时作为路径的室。
[0027]
此外，在真空传送中间室111的内部室中，设置了容纳单元，其上放置有多个晶片中的每个晶片的两端并且其打开上表面与下表面之间的间隙并被水平保持，并且内部室具有中继室的功能，当晶片在第一真空传送室104
‑
1与第二真空传送室104
‑
2之间传送时，中继室临时容纳晶片。即，放置在容纳单元上的晶片由一个真空传送室中的真空传送机器人108之一搬入，并且由另一真空传送室中的真空传送机器人108之一搬出，并且传送到真空处理室103或连接到该真空传送室的锁定室105。
[0028]
真空传送中间室111设置在第一真空传送室104
‑
1与第二真空传送室104
‑
2的侧壁之间，侧壁中的每个侧壁对应于位于彼此相对的表面中的表面，并且第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2彼此连接。此外，内部减压并将晶片传送到内部并处理晶片的真空处理室103连接到其他表面。在本实施例中，真空处理室103代表包括电场和磁场产生单元的整个单元，该电场和磁场产生单元包括真空容器和排气单元，该排气单元包括将容器中的减压空间排气的真空泵，并且在内部处理室中对半导体晶片126执行蚀刻处理、灰化处理或另一处理。
[0029]
此外，每个真空处理室103连接到管道，根据要执行的处理来供应的处理气体通过该管道流动。每个真空处理室103可以减压到比其他真空传送室和真空传送中间室的压力相对低的压力，并且通过在真空处理室中的每个真空处理室中执行的处理，可以通过从命令装置(未图示)接收命令来调整每个内部压力。即，在多个真空处理室中，当要应用于晶片的处理的种类被设置为不同时，真空处理室中的每个真空处理室中的压力可能不完全相同，但是真空处理室中的压力可以不同，并且可以针对每个处理将压力调节至最佳压力。
[0030]
第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2分别被配置为可连接有两个真空处理室103，并且在本实施例中，两个真空处理室103连接到第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2。
[0031]
第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2各自的内部是传送室，并且在第一真空传送室104
‑
1中，在真空状态下在锁定室105与真空处理室103和真空传送中间室111之一之间传送晶片126的真空传送机器人108设置在其内部空间的中央部分中。在第二真空传送室104
‑
2中，真空传送机器人108以与上述相似的方式设置在第二真空传送室104
‑
2内部的中央部分中，并且将晶片126传送到真空处理室103和真空传送中间室111之一。真空传送机器人108具有相同的配置。
[0032]
在真空传送机器人108中，晶片被放置在其臂上，并且在第一真空传送室104
‑
1中，真空传送机器人108在设置在真空处理室103中的晶片台与锁定室105和第一真空传送中间
室111之一之间搬入和搬出晶片。如上所述，尽管未示出，但是设置了通过可以气密地关闭和打开的阀与真空处理室103、锁定室105、真空传送中间室111、第一真空传送室104
‑
1和第二真空传送室104
‑
2中的每个室连通的通道，并且通道由阀打开和关闭。
[0033]
接下来，在下面将描述在这样的真空处理装置100中对晶片执行处理的操作。
[0034]
容纳在放置在盒台107之一上的盒中的多个晶片通过一些通信单元接收来自连接到真空处理装置100的命令装置(未示出)的命令，以调节真空处理装置100的操作，或者接收来自其中设置有真空处理装置100的生产线的命令装置等的命令，并且开始其处理。接收来自命令装置的命令的大气侧传送机器人109从盒中取出盒中的特定晶片并将该特定晶片传送到锁定室105。
[0035]
例如，在传送并容纳晶片的锁定室105中，大气侧的阀(未图示)在传送的晶片被容纳的状态下关闭并密封，并且将压力降低至预定压力。在下文中，在锁定室105中，打开面对第一真空传送室104
‑
1的一侧的阀，从而使第一锁定室105和真空传送室104
‑
1的传送室彼此连通。
[0036]
真空传送机器人108将其臂伸入到锁定室105中，在臂的远端部分处的晶片126的支撑部分上接收锁定室105中的晶片，并且将晶片搬出到第一真空传送室104
‑
1中。此外，当晶片从盒中取出时，第一真空传送机器人108沿由命令设备预先指定的传送路径将放置在其臂上的晶片传送到真空处理室103或连接到第一真空传送室104
‑
1的真空传送中间室111。例如，传送到真空传送中间室111的晶片然后通过设置在第二真空传送室104
‑
2中的真空传送机器人108从真空传送中间室111搬出到第二真空传送室104
‑
2，并且被搬入作为预定传送路径的目的地的真空处理室103之一。
[0037]
在晶片被传送到真空处理室103之一之后，在真空处理室103与连接到真空处理室103的第一真空传送室104
‑
1之间打开和关闭的阀被关闭以密封真空处理室。在下文中，处理气体被导入到处理室内，真空处理室中的压力被调节为适合于处理的压力。向真空处理室提供电场或磁场以激发处理气体，在处理室中形成等离子体，并且处理晶片。
[0038]
在处理晶片的真空处理室103之一与连接到该真空处理室103的真空传送室之间打开和关闭的阀在以下状态下被打开：能够打开和关闭包括该真空传送室、连接到该真空传送室并彼此连通的空间的其他阀通过接收来自命令设备的命令而被关闭。例如，在真空处理室103之一与该真空处理室103所连接的真空传送室之间限定的阀被打开之前，命令设备命令关闭或确认关闭任意以下阀的操作：该阀打开和关闭设置在传送每个真空处理室的晶片126的通道上的门，上述阀的关闭使得该真空处理室和另一真空处理室不彼此连通，并且在该确认之后，密封真空处理室103之一的阀被打开。
[0039]
当检测到晶片的蚀刻处理完成时，在确认另一真空处理室103与第二真空传送室104
‑
2之间的阀被关闭以将两者气密地密封之后，打开在真空处理室103之一与连接到真空处理室103的第二真空传送室104
‑
2之间打开和关闭的阀，真空传送机器人108将处理后的晶片搬出到其内部，并且通过与晶片被搬入处理室时的传送路径相反的传送路径将晶片搬入锁定室105。
[0040]
当晶片被传送到锁定室105时，打开和关闭将锁定室105与第一真空传送室104
‑
1的传送室连通的通道的阀被关闭，并且锁定室105中的压力被增加至大气压力。此后，限定外壳106内侧的阀被打开，锁定室105的内部和壳体106的内部彼此连通，并且大气侧传送机
器人109将晶片从锁定室105传送到原始盒并将晶片返回到盒中的原始位置。
[0041]
接下来，将参考图2更详细地描述图1a和图1b中所示的真空处理装置100的四个真空处理单元103
‑
1、103
‑
2、103
‑
3和103
‑
4中的任一真空处理单元的结构。在图中，将用附图标记103来描述真空处理单元中的任一真空处理单元。图2是示意性地示出了图1a和图1b中所示的实施例的真空处理装置的真空处理单元的结构的概要的图。
[0042]
在连接到等离子体处理单元103的真空传送室中的任一真空处理室的减压的内部，图中所示的等离子体处理单元103包括处理室2，处理室2保持在设置在真空传送室内部的真空传送机器人108的臂远端部分处并通过阀已打开的门而被搬入。本实施例的真空处理单元103大致包括：真空容器，在内部设置有处理室2；离子体形成单元(未示出)，设置在真空容器的上部外部，并且提供用于在处理室2中形成等离子体的电场或磁场；以及排气单元，设置在真空容器下方，并且包括与处理室2连通且连接到处理室2的底部的排气口的真空泵(未图示)。真空容器设有处理室2，处理室2是对传送和设置的诸如半导体晶片的晶片4进行蚀刻处理的空间，并且在真空容器的内部下方，设置有其上放置有传送到其上表面上的晶片4的样品台5。此外，等离子体处理装置1设置有连接到真空容器的蚀刻量检测装置8，并且蚀刻量检测装置8在使用在处理室2中形成的等离子体3对预先配置在晶片4的上表面的蚀刻对象膜进行蚀刻处理期间，使用从处理室2的内部接收的光来检测蚀刻对象膜的蚀刻量。
[0043]
在处理室2中，从气体导入单元(未示出)导入蚀刻处理气体，其原子或分子被由从高频电源(未示出)接收电力的等离子体形成单元产生的电场或磁场激发，并且被电离或离解以形成等离子体3，并且通过等离子体3对设置在处理室2下方的样品台5上的诸如半导体晶片的晶片4进行蚀刻处理。
[0044]
预先设置在本实施例的晶片4的表面上的要蚀刻处理的对象膜结构包括上下方向上的多个层的膜，其包括一层抗蚀剂(具有有机材料)作为上方的掩模层以及设置在抗蚀剂的层下方的处理对象膜层。本实施例中所示的晶片4的处理的工艺构成了一种这样的半导体器件的制造工艺：其中，将包含碳(c)的处理气体供应到处理室2中以形成等离子体，并且当从上方观察处理对象膜时，通过蚀刻以沿掩模的图案的形状形成槽或孔以形成电路的图案。已知在这样的结构中，具有从膜结构获得的干涉光的紫外光区域中的波长的光的衰减相对较大。
[0045]
在对晶片4进行蚀刻处理时产生的等离子体3的光发射被设置在晶片4的上表面上的蚀刻对象膜(处理对象膜)的膜层的膜结构与存在于膜层下方的膜结构的界面反射，以形成干涉光6。即，干涉光6包含由干涉引起的分量，干涉是由于蚀刻对象膜的剩余膜而导致的，并且可以通过检测其强度的变化来检测膜的厚度。干涉光6和非干涉光发射被设置在处理室2上方的光接收器接收，并且通过光纤7传输到蚀刻量检测装置8。
[0046]
对于晶片4的处理期间的每个预定时间(采样间隔)，蚀刻量检测装置8使用指示从来自分光镜9的光发射输出中获得多个波长的光强度的信号来以干涉光的波长为参数计算光强度的模式，并且通过与预先存储在微分波形模式数据库15中且示出了膜厚度与干涉光的强度的模式之间的相关性的数据进行比较来计算蚀刻对象膜的剩余膜厚度和蚀刻量。即，蚀刻量检测装置8包括分光镜9、第一数字滤波器10、微分器11、第二数字滤波器12、微分波形除法器13、微分波形比较器14、微分波形模式数据库15、回归分析器16、基于比较器的
结果来确定蚀刻终点的终点确定设备17、以及显示终点确定设备的确定结果的显示器18。通过光纤7传输并引入到分光镜9的光发射被分离成多个预定波长，检测各个波长的光的强度，并且将其转换成指示强度的数字信号。
[0047]
应注意的是，图1a和图1b示出了蚀刻量检测装置8的功能性结构，除显示器18和分光镜9之外，蚀刻量检测装置8的实际结构还可以配置有存储设备，包括：cpu；存储各种数据(例如，蚀刻深度和膜厚度检测处理程序、干涉光6的微分波形模式数据库)的rom；存储检测数据的ram；外部存储设备；数据输入输出设备；以及通信控制设备。这也应用于图2和图3。
[0048]
在处理期间由分光镜9捕获的、来自晶片4的上表面上的膜结构的干涉光包括多个波长，并且被转换成与每个波长的光的强度相对应的电流检测信号，并进一步被转换成电压信号。在任意采样时间i接收并发送到分光镜9的、多个波长的干涉光被输出为指示多个波长中的每个波长在时间i的强度的采样信号，并且作为时间序列数据y
ij
被存储在诸如ram之类的存储设备(未图示)中。
[0049]
接下来，来自分光镜9的时间序列数据y
ij
被传输到第一数字滤波器电路10，并且通过去除数据中的预定频率或更高频率的数据而被平滑化，通过处理而获得的数据作为平滑化时间序列数据y
ij
被存储在诸如ram之类的存储设备中。平滑化时间序列数据y
ij
被传输到微分器11，计算预定采样时刻的微分系数值(一次微分值或二次微分值)的时间序列数据d
ij
并将其存储在诸如ram之类的存储设备中。微分系数值的时间序列数据d
ij
被传输到第二数字滤波器电路12，被再次平滑化，并且作为平滑化微分系数时间序列数据d
ij
存储在诸如ram之类的存储设备中。
[0050]
在此，将描述对平滑化微分系数时间序列数据d
ij
的计算。作为第一数字滤波器电路10，例如，使用二次巴特沃斯型低通滤波器。使用二次巴特沃斯型低通滤波器，通过等式(1)来获得平滑化时间序列数据y
ij
。
[0051]
yi＝b1
·
y
i
+b2
·
y
i
‑1+b3
·
y
i
‑2‑
[a2
·
y
i
‑1+a3
·
y
i
‑2]...(1)
[0052]
在此，系数a和b取决于每个采样时间的时间(采样间隔或采样频率)和截止频率而具有不同的值。例如，系数值为a2＝
‑
1.143，a3＝0.4128，b1＝0.067455，b2＝
‑
0.013491，b3＝0.067455(采样频率为10hz，截止频率为1hz)。
[0053]
二次微分系数值的时间序列数据di是使用5个点的时间序列数据y
i
的多项式自适应平滑化微分方法，由微分器11根据等式(2)如下计算的。
[0054]
j＝2
[0055]
d
i
＝∑w
j
·
y
i+j
...(2)
[0056]
j＝
‑2[0057]
在此，作为加权因子w
j
的值的示例，w
‑2＝2，w
‑1＝
‑
1，w0＝
‑
2，w1＝
‑
1，w2＝2。
[0058]
平滑化微分系数时间序列数据d
ij
是由例如二次巴特沃斯型低通滤波器作为第二数字滤波器电路12，通过使用微分系数值的时间序列数据d
i
根据等式(3)如下计算的。
[0059]
d
ij
＝b1
·
d
i
+b2
·
d
i
‑1+b3
·
d
i
‑2‑
[a2
·
d
i
‑1+a3
·
d
i
‑2]...(3)
[0060]
然后，通过在微分波形除法器13中将平滑化微分系数时间序列数据d
ij
除以平滑化时间序列数据y
ij
，确定了指示干涉光强度的微分值的波长依赖性的真实模式q
ij
(波长被设置为参数)。
[0061]
另一方面，在微分波形模式数据库15中预先存储干涉光模式数据ps
j
，干涉光模式
数据ps
j
是当作为用于制造半导体器件的处理对象的晶片4以及表面膜结构在材料、形状和结构上与晶片4等同的测试晶片在与晶片4等同的条件下被蚀刻处理时获得的。干涉光模式数据ps
j
包括这样的模式：在该模式中，与蚀刻对象膜的不同的剩余膜厚度相对应的来自蚀刻对象膜的干涉光的强度的波长或指示不同的剩余膜厚度的数据的值被设置为参数。微分波形模式数据库15被存储在蚀刻量检测装置8中的诸如ram或rom(未图示)、硬盘、dvd盘之类的存储设备中。
[0062]
微分波形比较器14将微分波形模式数据库15与对应于预定采样时间的干涉光的真实模式q
ij
进行比较。即，计算存储在微分波形模式数据库15中的模式数据ps
j
与真实模式q
ij
之间的差，确定具有该差的最小值的模式的数据，将与该模式的数据相对应的剩余膜厚度检测为在采样时间时的瞬时膜厚度值z
i
，并且将该瞬时膜厚度值z
i
的值作为时间序列数据存储在蚀刻量检测装置8中的存储设备中。
[0063]
在回归分析器16中，接收来自微分波形比较器14的输出或读取存储在存储设备中的在采样时间i时的瞬时膜厚度z
i
的数据，从存储设备读取时间i之前的瞬时膜厚度值，并执行使用瞬时膜厚度zi的输出或数据和时间i之前的瞬时膜厚度值的回归分析，并且根据回归线逼近的结果来计算在时间i时的膜厚度值。即，通过回归分析器16来得到线性回归线y＝x
a
·
t+x
b
(y：剩余膜量，t：蚀刻时间，x
a
：xb的绝对值，为蚀刻速率，xb：初始膜厚度)，并且根据该回归线来计算采样时间i的膜厚度y
i
(计算出的膜厚度)的值。
[0064]
接下来，将指示所获得的计算出的膜厚度y
i
的值的数据传输到终点确定设备17，在终点确定设备17中，将膜厚度y
i
的值与作为蚀刻处理目标的膜厚度(目标膜厚度)值进行比较，当确定膜厚度y
i
等于或小于目标膜厚度值时，晶片4的蚀刻对象膜的蚀刻量达到目标，并且将其结果显示在显示器18上。此后，停止等离子体形成单元中的电场或磁场的产生，等离子体3消失，并且晶片4的处理对象膜的蚀刻处理的工艺完成，或者改变诸如蚀刻处理气体、压力之类的处理条件并继续对对象膜进行处理。
[0065]
在本实施例中，在微分波形除法器13中，将从第二数字滤波器12输出的平滑化微分系数时间序列数据d
ij
除以从第一数字滤波器10输出的平滑化时间序列数据y
ij
，并且计算指示干涉光的强度的微分值的波长依赖性的真实模式q
ij
(波长被设置为参数)。此外，根据实际模式q
ij
与以预先获得的干涉光的波长为参数的模式的数据库的数据ps
j
之间的比较结果，来检测剩余膜厚度。因此，即使当在具有不同的大气或不同的光学系统的处理室中执行处理时，也可以在不降低精度的情况下使用相同的微分波形模式数据库来执行终点确定。
[0066]
接下来，参考图3的流程图，描述通过图2的蚀刻量检测装置8来计算当执行蚀刻处理时处理对象膜的蚀刻量的过程。图3是示出了根据图1a和图1b中所示的实施例的等离子体处理装置的检测蚀刻量的操作流程的流程图。主要示出了蚀刻量检测装置8的操作的流程。
[0067]
在本实施例中，在对晶片4进行处理之前，设置蚀刻对象膜的目标剩余膜厚度的值、以及在微分波形模式数据库中选择的用于检测或确定剩余膜厚度的模式数据(步骤301)。在微分波形模式数据库中，使用干涉光模式(标准模式)数据ps
j
，该干涉光模式数据以波长为参数，并且是当作为用于制造半导体器件的处理对象的晶片4以及表面膜结构在材料、形状和结构上与晶片4等同的测试(样品)晶片在与晶片4等同的条件下被蚀刻处理时
获得。
[0068]
接下来，在处理室2中形成等离子体3以开始对晶片4的蚀刻对象膜的处理，并且以预定采样间隔(例如，0.1至0.5秒)检测在蚀刻处理期间从蚀刻对象膜获得的干涉光(步骤302)。此时，随着蚀刻处理的开始，发出采样开始命令。在处理期间，随着蚀刻工艺而改变的多波长干涉光的强度被传输到蚀刻量检测装置8的分光镜9，并且作为光电检测信号由分光镜9的光电检测器检测并输出，该光电检测信号具有与每个预定频率的光的强度相对应的电压。
[0069]
分光镜9的光电检测信号被转换成数字信号，并且获得采样信号y
ij
作为与任意时间相关联的数据信号。接下来，由第一级数字滤波器电路10使来自分光镜9的多波长输出信号y
ij
平滑化，并且计算在任意时间的时间序列数据y
ij
(步骤303)。
[0070]
接下来，将时间序列数据y
ij
传输到微分器11，并且通过savitzky
‑
golay法(s
‑
g法)来计算时间序列微分系数dij(步骤304)。即，通过微分处理(s
‑
g方法)来检测信号波形的系数(一次或二次)d
i
。
[0071]
将微分系数dij传输到第二级数字滤波器电路12，并且计算平滑化微分系数时间序列数据d
ij
(步骤305)。将所获得的平滑化微分系数时间序列数据d
ij
传输到微分波形比较器14。
[0072]
此外，通过在微分波形除法器13中将平滑化微分系数时间序列数据d
ij
除以平滑化时间序列数据y
ij
，确定了指示干涉光强度的微分值的波长依赖性的真实模式q
ij
(波长被设置为参数)(步骤306)。当利用作为真实晶片的晶片4获得以波长为参数的干涉光的强度的微分值的模式数据的处理室2与使用测试晶片来获取标准模式数据的处理室不同时，或者当即使处理室是同一处理室2，供给到处理室2的气体的条件不同时，通过由微分波形除法器13将平滑化微分系数时间序列数据d
ij
除以平滑化时间序列数据y
ij
来执行归一化。通过执行该步骤，可以降低差异对通过从处理室2接收光而获得的光谱平衡的影响，并防止剩余膜厚度和蚀刻量的检测精度的损失。
[0073]
在此，真实模式q
ij
是通过将平滑化微分系数时间序列数据d
ij
除以平滑化时间序列数据y
ij
而获得的，但是也可以除以平滑化时间序列数据y
ij
。此外，可以使用微分波形模式数据库的平滑化时间序列数据y
ij
或y
ij
来除d
ij
，该微分波形模式数据库是当晶片4和表面膜结构在材料、形状和结构上与晶片4等同的测试处理对象材料在与晶片4等同的条件下被蚀刻处理时获得的，并且是预先获得的。
[0074]
此外，在图2的示例中，通过使用y
ij
或y
ij
来除微分系数值的时间序列数据d
ij
而获得的值可以用作q
ij
。在此，要作为除数的y
ij
或y
ij
是通过微分波形模式数据库而获得的，该微分波形模式数据库是当晶片4和表面膜结构在材料、形状和配置上与晶片4等同的测试处理对象材料在与晶片4等同的条件下被蚀刻处理时获得的且是预先获得的，或者是通过当光照射到用于执行蚀刻处理的处理室或具有与用于执行蚀刻处理的处理室同等大气的处理室时获得的发光数据而获得的。此外，使用sg方法计算出的值dij在此用作被除数，但是可以使用任何值，只要它是反映处理室中的大气的差异的时间序列数据即可，诸如y
ij
本身或针对y
ij
使用最小二乘法计算出的值。这也应用于除法器。此外，可以在除法器中使用预先获得的时间序列数据。
[0075]
在微分波形比较器14中，计算σs(t)＝√(∑(q
ij
‑
ps
j
)2/j)的值，并且计算σs(t)的
最小值(步骤307)。计算与计算出的σs(t)的最小值相对应的剩余膜厚度作为在任意采样时间(当前时间)i时的瞬时膜厚度数据z
i
(步骤308)。
[0076]
在终点确定设备17中，将当前处理对象膜的剩余膜量与(在步骤301中设置的)预设的目标剩余膜厚度值进行比较，以确定是否到达终点(步骤308)。当确定厚度等于或小于目标剩余膜厚度值时，确定达到目标，并且将完成蚀刻处理的信号发送到等离子体处理装置1。当确定目标未达到时，过程返回到步骤303，并且再次执行后续过程。确定诸如蚀刻深度之类的蚀刻量，并且当确定蚀刻量足够时，最后执行采样结束设置(步骤309)。
[0077]
将参考图4来描述现有技术的真空处理装置的操作流程作为比较示例。图4是示出了现有技术的真空处理装置的操作流程的流程图。在该图中，从图3中的示出本实施例的真空处理装置的操作流程的流程图中省略了步骤306，并且步骤401至408等同于步骤301至305以及步骤307至309。
[0078]
在图4的流程图中，不具有通过将平滑化微分系数时间序列数据d
ij
除以平滑化时间序列数据y
ij
来计算指示干涉光强度的微分值的波长依赖性的真实模式q
ij
(波长被设置为参数)的步骤(步骤306)。因此，当在与获得微分波形模式数据库的处理室不同的处理室2中处理作为真实晶片的晶片4时，或者当在所供应气体的条件不同(诸如，不同的类型和成分)的同一处理室2中处理作为真实晶片的晶片4时，无法减少处理室2中的条件的差异对光谱平衡的影响，对目标膜厚度或处理终点的到达的检测的精度变差，并且处理的良率变差。
[0079]
将参考图5a和图5b来描述通过本实施例获得的效果。在图5a和图5b中，将对以下二者进行比较：一者是在对图1a和图1b中所示的实施例中所处理的处理对象材料4的蚀刻处理期间获得的发光的多个波长的光的强度分布(光强度的波长分布)，另一者是在使用现有技术中的技术的蚀刻处理期间获得的发光强度的波长分布。图5a和图5b是示出了在由根据图1a和图1b中所示的实施例的真空处理装置和现有技术中的技术执行的晶片蚀刻处理期间获得的发光强度的波长分布的曲线图。
[0080]
图5a和图5b示出了在两个处理室a和b中所执行的对具有等同结构的真实晶片4中的每个晶片的处理期间获得的数据。在每个处理室中处理的晶片4的处理条件之中，这两个处理室在处理室2的处理条件(至少包括所供应气体的成分和流速、以及处理室中的压力)上不同，并且每个蚀刻量检测装置8的、接收来自处理室2的光并包括分光镜9和光纤7在内的部分大致具有相同的结构，但是取决于形状、尺寸和材料而具有不同的值，这些不同的值包括位于公差内的差。此外，在处理室中，在包括除真空处理装置100之外的任何真空处理单元103的处理室2中在与真实晶片4等同的条件下处理样品晶片4时获得的标准模式被用于检测剩余膜厚度和蚀刻量，如步骤308中所示。
[0081]
图5a是示出了当作为真实晶片的任何晶片4沿图4中所示的流程图被处理时，在处理期间的任意时间从处理室2的内部获得的来自晶片4的表面的多个波长中的每个波长的干涉光的强度的微分值的图。横轴表示波长，并且纵轴表示平滑化系数时间序列数据d
ij
的值。另一方面，图5b是示出了当作为真实晶片的另一晶片4沿图3中所示的流程图被处理时，在处理期间的任意时间从处理室2的内部获得的来自晶片4的表面的多个波长中的每个波长的干涉光的强度的微分值的图。横轴代表波长，并且纵轴代表通过将平滑化时间序列数据y
ij
除以平滑化系数时间序列数据d
ij
而获得的值q
ij
的值。
[0082]
在图5a中，发现处理室a和b在波长为400nm或更小的区域中的d
ij
值的差异大于在
波长为400nm或更大的区域中的d
ij
值的差异。另一方面，在图5b中，处理室a和b在波长为400nm或更小的区域中的q
ij
值的差异的大小被抑制为小于图5a中的情况，并且差异的大小在所示波长的整个范围内接近恒定。如上所述，发现在通过将平滑化微分系数时间序列数据y
ij
除以平滑化时间序列数据d
ij
或使其归一化而获得平滑化时间序列数据q
ij
中，防止了图5a中所示的处理室a和b的内壁表面的不同状态对光谱平衡的影响，如图5b中所示。
[0083]
因此，通过本实施例的配置，当使用具有相同波长的干涉光强度的微分系数的模式(标准模式)作为不同处理单元的每个处理室中的参数，来确定作为真实晶片的晶片4的蚀刻处理的终点或来检测处理对象膜的剩余膜厚度时，即使要确定或检测晶片4的处理室的表面的状态或处理的条件与获得标准模式的处理室的条件不同，也可以减少检测或确定的精度的劣化并以高精度执行处理。因此，即使在使用多个处理室处理作为真实晶片的多个晶片4的真空处理装置100中，也可以获得高处理良率，而无需预先针对每个处理室获得和使用用于确定和检测的标准模式。此外，减少了用于获得标准模式的样品晶片的数量，并且可以减小真空处理装置100的操作成本。
[0084]
此外，根据本发明，由于即使处理室中的大气变化，也可以准确地确定终点，因此可以提高用于制造作为产品的半导体器件的处理对象材料4的处理的良率。
[0085]
在上述实施例中，描述是在这样的假设下给出的：来自设置在处理室2中的晶片4的表面上的包括处理对象膜在内的膜结构、并通过光纤7传输到分光镜9的光从在处理室2中的晶片4上方的空间中形成的等离子体发射，并相对于膜结构被照射和反射。另一方面，光可以是从上方照射到晶片4的表面的具有预定范围内的波长的光，其来自设置在处理室2上方的真空容器外部的包括灯、二极管等的发光源。期望来自这样的发光源的预定范围内的光的波长包括多个波长，并且期望真空处理装置100的每个真空处理单元的真空容器设置有具有相同结构和相同规格的发光源，该发光源对于相同波长(频率)具有相同强度分布。
[0086]
此外，不限于当在多个真空处理单元103中的每个真空处理单元的处理室2中执行对作为真实晶片的晶片4的处理时检测蚀刻量并确定处理的终点，当在任一真空处理单元103中对一批晶片4逐个地、间歇和连续地执行蚀刻处理时，在该批(许多)晶片4的处理之中的初始处理和在该初始处理之后依次执行的处理中，诸如产品的附着或分布、其量、以及设置在处理室2中并面对等离子体的构件表面上的沉积厚度、表面的粗糙度和构成构件的材料的物理性质之类的条件自然不同。因此，表面条件的差异可以改变等离子体发射或来自晶片4的表面的光的光谱的分布或平衡。这样，随着在处理室2中处理的晶片4的数量的增加和执行处理期间的累积时间，即使在处理期间获得的来自晶片4的干涉光的光谱平衡发生变化，也可以通过应用上述实施例的配置来提高终点确定和蚀刻量检测的精度。