JP2001210625A5

JP2001210625A5 -

Info

Publication number: JP2001210625A5
Application number: JP2000019524A
Authority: JP
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2020-01-28

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に光を照射し、その反射光を用いてエッチング深さを検出する方法において、
上記被処理体に波長を異にする複数の光を照射する工程と、
被エッチング層の上面及び被エッチング部の表面からの反射光により周期変動する波長を異にする複数の干渉光を検出する工程と、
複数の干渉光の周波数解析を行うことによりそれぞれの干渉波形の周波数を求める周波数解析工程と、
複数の干渉波形の周波数を用いてエッチング速度を算出するエッチング速度算出工程と、
エッチング速度からエッチング深さを求める工程とを
備えたことを特徴とするエッチング深さの検出方法。
【請求項２】
上記エッチング速度算出工程は、
上記各干渉波形の周波数に基づいてエッチング速度を算出してそれぞれの算出エッチング速度を求める工程と、
いずれかの干渉波形の歪みに基づく算出エッチング速度のずれを他の歪みのない干渉波形に基づく算出エッチング速度で補完してエッチング速度を求める工程とを
備えたことを特徴とする請求項１に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項３】
上記各干渉波形の歪みの大きさに応じてそれぞれの算出エッチング速度を加重平均して上記エッチング速度を求める
ことを特徴とする請求項２に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項４】
上記周波数解析工程で上記各干渉波形それぞれの位相も求め、これらの干渉波形の位相に応じてそれぞれの算出エッチング速度を加重平均する
ことを特徴とする請求項３に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項５】
上記各干渉波形それぞれの波長が同時に（ｎ＋１/２）πとならない波長を選択する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項６】
被処理体に光を照射し、その反射光を用いてエッチング深さを検出する方法において、
上記被処理体に光を照射する工程と、
被エッチング層の上面及び被エッチング部の表面からの反射光による周期変動する干渉光を検出する工程と、
干渉光強度から近似式の定数を決定する近似式定数決定工程と、
定数の決定した近似式と干渉光強度とに基づきエッチング深さを算出するエッチング深さ算出工程とを備えた
ことを特徴とするエッチング深さの検出方法。
【請求項７】
上記近似式定数決定工程は、
近似式から近似式の包絡線を決定する工程と、
干渉光強度から包絡線の定数を求めることにより近似式の定数を決定する工程とを備えた
ことを特徴とする請求項６に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項８】
３つの連続する干渉光強度の極値から包絡線の定数を求めることを特徴とする請求項７に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項９】
上記エッチング深さ算出工程は、
定数の決定した近似式と干渉光強度とに基づいて干渉波形の位相を求め、この位相に基づいてエッチング深さを算出することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項１０】
複数の波長の光を用いてそれぞれの波長について請求項６の方法でそれぞれのエッチング深さを検出する工程と、
それぞれのエッチング深さを補完することにより平均エッチング深さを算出する
ことを特徴とするエッチング深さの検出方法。
【請求項１１】
被処理体に光を照射し、その反射光を用いてエッチング深さを検出する方法において、
上記被処理体に光を照射する工程と、
被エッチング層の上面及び被エッチング部の表面からの反射光による周期変動する干渉光を検出する工程と、
干渉光の干渉波形の極値に基づいてその後の干渉波形の振幅を予測する振幅予測工程と、
ある時刻における干渉強度と振幅に基づいて位相を算出する位相算出工程と、
算出された位相に基づいてエッチング深さを算出するエッチング深さ算出工程とを備えた
ことを特徴とするエッチング深さの検出方法。
【請求項１２】
被処理体に光を照射し、その反射光を用いてエッチング深さを検出する方法において、
上記被処理体に光を照射する工程と、
被エッチング層の上面及び被エッチング部の表面からの反射光により周期変動する干渉光を検出する工程と、
干渉波形の各時刻ｔ毎の検出データに対して周波数解析を行うことにより周波数ω（ｔ）を求める周波数解析工程と、
上記周波数ω（ｔ）を用いてエッチング速度Ｅ（ｔ）を算出するエッチング速度算出工程と、
上記エッチング速度Ｅ（ｔ）を時間積分してエッチング深さを求める工程とを備えた
ことを特徴とするエッチング深さの検出方法。
【請求項１３】
上記周波数解析工程において、上記干渉波形の各時刻ｔ毎の検出データは一定時間幅Δｔのデータであることを特徴とする請求項１２に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項１４】
上記周波数解析工程において、周波数解析として最大エントロピー法を用いることを特徴とする請求項１２に記載のエッチング深さの検出方法。
【請求項１５】
上記周波数解析工程において、周波数解析として高速フーリエ変換を用いることを特徴とする請求項１２に記載のエッチング深さの検出方法。

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、リアルタイムでエッチング深さを検出することができるエッチング深さの検出方法に関する。

また、本発明の請求項１１に記載のエッチング深さの検出方法は、被処理体に光を照射し、その反射光を用いてエッチング深さを検出する方法において、上記被処理体に光を照射する工程と、被エッチング層の上面及び被エッチング部の表面からの反射光による周期変動する干渉光を検出する工程と、干渉光の干渉波形の極値に基づいてその後の干渉波形の振幅を予測する振幅予測工程と、ある時刻における干渉強度と振幅に基づいて位相を算出する位相算出工程と、算出された位相に基づいてエッチング深さを算出するエッチング深さ算出工程とを備えたことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項１２に記載のエッチング深さの検出方法は、被処理体に光を照射し、その反射光を用いてエッチング深さを検出する方法において、上記被処理体に光を照射する工程と、被エッチング層の上面及び被エッチング部の表面からの反射光により周期変動する干渉光を検出する工程と、干渉波形の各時刻ｔ毎の検出データに対して周波数解析を行うことにより周波数ω（ｔ）を求める周波数解析工程と、上記周波数ω（ｔ）を用いてエッチング速度Ｅ（ｔ）を算出するエッチング速度算出工程と、上記エッチング速度Ｅ（ｔ）を時間積分してエッチング深さを求める工程とを備えたことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項１３に記載のエッチング深さの検出方法は、請求項１２に記載の発明において、上記周波数解析工程において、上記干渉波形の各時刻ｔ毎の検出データは一定時間幅Δｔのデータであることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項１４に記載のエッチング深さの検出方法は、請求項１２に記載の発明において、上記周波数解析工程において、周波数解析として最大エントロピー法を用いることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項１５に記載のエッチング深さの検出方法は、請求項１２に記載の発明において、上記周波数解析工程において、周波数解析として高速フーリエ変換を用いることを特徴とするものである。

而して、上記処理室１１には筒状のモニター用の窓部材１８が装着され、この窓部材１８の上端には石英ガラス等の透明体からなるモニター用の窓１８Ａが取り付けられている。窓部材１８の下端部は上部電極１３の貫通孔を貫通し、半導体ウエハＷの表面と対向している。そして、この窓部材１８に連結されたエッチングモニター装置２０を介して処理室１１内の半導体ウエハＷのエッチング状況をモニターするようにしてある。このエッチングモニター装置２０は、図１に示すように、光源２１、光ファイバー２２、レンズ２３、ポリクロメータ２４、光検出器２５及び解析・演算手段２６及びメモリ２７を備え、光源２１からの放射光Ｌを処理室１１内の半導体ウエハＷの表面に照射し、半導体ウエハＷ表面からの反射する反射光Ｌ_０を検出し、３種類の干渉光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３に基づいてエッチング状況をリアルタイムで監視し、エッチング深さが所定の深さに達すると制御装置２８を介して高周波電源１５、１７をオフにしてエッチングを終了させる。

上記解析・演算手段２６の周波数解析手段２６Ａでは、最大エントロピー法や高速フーリエ変換（本実施形態では最大エントロピー法）を用いて上述した３種類の干渉光の周波数の解析を行って、例えば時刻（ｔ−Δｔ）から時刻ｔにおける周波数ω(ｔ)及び位相ｐ（ｔ）を各干渉波形について求める。周波数は各時刻ｔ毎に求める。

エッチング速度Ｅ(ｔ)と周波数ω(ｔ)との間には下記の(3)式の関係にあることから、エッチング速度算出手段２６Ｂでは、プログラムに従って時刻(ｔ−Δｔ)から時刻ｔまでの周波数ω(ｔ)を各干渉波形について求めると、これらの周波数ω(ｔ)とエッチング速度との関係から、その時点での各干渉波形に即したエッチング速度Ｅ(ｔ)を下記(3)式に基づいて各時刻ｔ毎に算出する。
Ｅ(ｔ)＝ｄδ(ｔ)/ｄｔ＝ω(ｔ)λ/(２πｎ)・・・(3)

実際に観測される干渉波形は様々の要因によって歪む。ところが、周波数解析に用いる時間幅Δｔがある程度長い時間(１周期以上、Δｔ＞２π/ω)の場合にはこの歪みの影響は平均化されて大きな影響はない。しかしながら、エッチング速度の時間変化への追随能力（ここでは、「時間応答性」と称す。）を良くするためにはΔｔをできるだけ小さくする必要がある。最大エントロピー法や高速フーリエ法のいずれもΔｔが観測している干渉波形の半周期以上（Δｔ＞π/ω)であれば解析は可能である。ところが、このようにΔｔが短いとエッチング速度は干渉波形の歪みの影響を受け、丁度ｓｉｎ波において位相ｐ＝π/２に当たるところではエッチング速度が例えば２０％程度小さくなり、ｐ＝３π/２に当たるところではエッチング速度が例えば２０％程度大き目の値がでる。

上記エッチング深さ算出手段２６Ｄでは、下記の(5)式にあるように平均エッチング速度Ｅ_ａｖｅ(ｔ)を時間積分してエッチング深さδ(ｔ)を各時刻ｔ毎に算出する。そして、判定手段２６Ｅではエッチング深さδ(ｔ)が目標エッチング深さに達しているか否かを判定し、目標エッチング深さに達していないと、目標エッチング深さに達するまで上述の一連の動作を繰り返す。
δ(ｔ)＝∫Ｅ_ａｖｅ(ｔ)ｄｔ・・・(5)

周波数解析手段２６Ａでは干渉強度信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３に基づいて最大エントロピー法やフーリエ変換を用いて各干渉強度信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を周波数解析し、時間（ｔ−Δｔ）から時間ｔまでの周波数ω_１(ｔ)、ω_２(ｔ)、ω_３(ｔ)及びｐ_１(ｔ)、ｐ_２(ｔ)、ｐ_３(ｔ)を求める（ステップＳ４）。尚、時間幅Δｔは各干渉波形の半周期となるように設定してある。周波数解析手段２６Ａは各干渉波形の周波数信号ω_１、ω_２、ω_３をエッチング速度算出手段２６Ｂへ出力すると、エッチング速度算出手段２６Ｂではそれぞれの周波数信号を用いて各干渉波形に対応するエッチング速度Ｅ_１(ｔ)、Ｅ_２(ｔ)、Ｅ_３(ｔ)を上記(3)式に基づいて算出する（ステップＳ５）。エッチング速度算出手段２６Ｂは各干渉波形の算出エッチング速度信号Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３をエッチング速度補完手段２６Ｃへ出力すると、エッチング速度補完手段２６Ｃではそれぞれの算出エッチング速度信号を用いてこれらのエッチング速度の平均値Ｅ_ａｖｅ(ｔ)を上記(4)式に基づいて算出する（ステップＳ６）。エッチング速度補完手段２６Ｃは平均エッチング速度信号Ｅ_ａｖｅをエッチング深さ算出手段２６Ｄへ出力すると、エッチング深さ算出手段２６Ｄではこの平均エッチング速度信号を用いてエッチング深さ(ｔ)を上記(5)式に基づいて算出する（ステップＳ７）。エッチング深さδ(ｔ)が算出されると判定手段２６Ｅにおいてこのエッチング深さδ(ｔ)が目標エッチング深さに達しているか否かを判定し（ステップＳ８）、目標エッチング深さに達していなければステップＳ２〜ステップＳ８の動作を繰り返し、目標エッチング深さに達すれば、制御装置２８を介して高周波電源１５、１７をオフにしてエッチングを終了する。

また、後者の実施形態では位相ｐ(ｔ)は、ｐ(ｔ)＝Ａｒｃｓｉｎ（ｆ(ｔ)）、ｆ(ｔ)＝（Ｉ(ｔ)−Ｉ_ｄｃ）/（Ｉ_ｐｐｅｘｐ(γｔ)）を用いて求めているが、位相ｐ(ｔ)の誤差Δｐは下記の(9)式になり。位相ｐ＝ｍπ/２（ｍは正の奇数）において誤差を生じる。そこで、前者の実施形態と同様に複数の波長を持つ光を用い、一つの干渉波形が歪みを持つ位相ｐ(ｔ)では他の干渉波形の位相を用いることにより上述の誤差を確実に抑制することができ、エッチング深さを高精度で求めることができる。プログラム上では(10)式のように前者の実施形態と同様に各波長λに対し(8)式で求めたエッチング深さδ_ｉをｃｏｓ^２(ｐ)で重み付けを行って平均値を取る。この場合のエッチング装置は図９のモノクロメータ、光検出器に代えてポリクロメータ、複数の光検出器を用いる。
Δｐ＝ｄｐ/ｄｆ＊Δｆ＝１/ｃｏｓ(ｐ)＊Δｆ・・・(9)
δ(ｔ)＝Σδ(ｔ)ｃｏｓ^２(ｐ(ｔ))/Σｃｏｓ^２(ｐ(ｔ))・・・(10)

【００４９】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項５及び請求項１２〜請求項１５に記載の発明によれば、干渉波形の特定位相に歪みがあっても歪みの影響を抑制してエッチング深さを精度良く検出することができるエッチング深さの検出方法を提供することができる。