JP2003083720A - 半導体素子製造プロセスにおける膜の処理量測定方法と装置、及びそれを用いた被処理材の処理方法と装置、及びそれを用いたプロセスの終点判定方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被処理層の実際のエッチング深さや残膜量をオ
ンラインで正確に測定しプロセスの終点を判定する。 【解決手段】第１の被処理材の所定段差に対する干渉光
の微分値の、波長をパラメータとする標準パターンと被
処理材の所定マスク残膜厚さに対する干渉光の微分値
の、波長をパラメータとする標準パターンを設定する。
次いで、前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理
材についての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ
測定し、該測定された干渉光強度の微分値の、波長をパ
ラメータとする実パターンを求める。前記標準パターン
と前記微分値の実パターンとに基づき、前記第２の被処
理材の段差とマスク残膜厚さを求める。該求められた前
記第２の被処理材の段差およびマスク残膜厚さによりプ
ロセスの終点を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造プ
ロセスの終点判定方法と装置及びそれを用いた被処理材
の処理方法と装置に関し、特に、半導体集積回路の製造
等における被処理材のエッチング量又は被処理材への成
膜量を発光分光法により検出しプロセスの終点を判定す
る半導体素子製造プロセス終点判定方法と装置及び、そ
れを用いた被処理材の処理方法に関する。特に、プラズ
マ放電を用いたエッチング処理により基板上に設けられ
る各種層のエッチング量を正確に測定し所望のエッチン
グ深さ及び膜厚とするのに適した被処理材の深さ及び膜
厚測定方法及び装置とそれを用いた被処理材の処理方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハの製造では、ウェハの表面
上に形成された様々な材料の層および、特に誘電材料の
層の除去またはパターン形成にドライエッチングが広く
使用されている。プロセス・パラメータの制御にとって
最も重要なことは、このような層の加工中に所望のエッ
チング深さ及び膜厚でエッチングを停止するためのエッ
チング終点を正確に決定することである。

【０００３】半導体ウェハのドライエッチング処理中に
おいて、プラズマ光における特定波長の発光強度が、特
定の膜のエッチング進行に伴って変化する。そこで、半
導体ウェハのエッチング終点検出方法の１つとして、従
来から、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
て特定の膜のエッチング終点を検出する方法がある。そ
の際、ノイズによる検出波形のふらつきに基づく誤検出
を防ぐ必要がある。発光強度の変化を精度良く検出する
ための方法としては、例えば、特開昭６１−５３７２８
号公報，特開昭６３−２００５３３号公報等が知られて
いる。特開昭６１−５３７２８号公報では移動平均法に
より、また、特開昭６３−２００５３３号公報では１次
の最小２乗法による近似処理によりノイズの低減を行っ
ている。

【０００４】近年の半導体の微細化，高集積化に伴い開
口率（半導体ウェ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反応生
成物の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。

【０００５】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
ルウェハを処理して求める。この方法では、時間監視法
により、所定のエッチング膜厚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。

【０００６】しかし、実際の膜、例えばＬＰＣＶＤ(Iow
Pressure Chemical VaporDeposition）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を用いた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、そのウェハ
を不合格として廃棄することになる。

【０００７】また、絶縁膜エッチング装置では、エッチ
ングを繰り返すにつれてエッチング速度が低下するなど
の経時的な変化が知られている。場合によっては、エッ
チングが途中でストップしてしまう場合もあり、その解
決は必須である。それに加えて、エッチング速度の経時
的な変動をモニターしておくこともプロセス安定稼動の
ためには重要であるが、従来の方法では、単に終点判定
の時間モニターのみであり、エッチング速度の経時的な
変化や変動に対処する適切な方法がなかった。しかも、
エッチング時間が１０秒程度と短い場合の終点判定は、
判定準備時間を短くする終点判定方法としなければなら
ないことと、判定時間の刻みも十分短くする必要がある
が、必ずしも十分ではない。さらに、絶縁膜では、被エ
ッチング面積が１％以下の場合が多く、エッチングにと
もなって発生する反応生成物からのプラズマ発光強度変
化が小さい。したがって、僅かな変化も検出することの
できる終点判定システムが必要になるが、実用的で安価
なシステムは見当たらない。

【０００８】一方、半導体ウェハのエッチング終点検出
方法の他の方法として、特開平５−１７９４６７号公
報,特開平８−２７４０８２号公報,特開２０００−９７
６４８号公報，特開２０００−１０６３５６公報等に開
示された干渉計を使用する方法も知られている。この干
渉計使用法では、レーザから放出された単色放射線が異
種材の積層構造を含むウェハに垂直入射角で当てられ
る。例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄層の上にＳｉＯ₂ 層積層が積層さ
れているものにおいて、ＳｉＯ₂ 層の上面で反射した放
射光と、ＳｉＯ₂ 層とＳｉ₃Ｎ₄層との間に形成された境
界面で反射した放射光により、干渉縞が形成される。反
射した放射光は適当な検出器に照射され、これが、エッ
チング中のＳｉＯ₂ 層の厚さによって強さが変化する信
号を生成する。エッチングプロセス中、ＳｉＯ₂ 層の上
面が露出されると、ただちにエッチング速度と現行エッ
チング厚を連続して正確に監視することができる。レー
ザの代わりに、プラズマによって放出される所定の放射
光を分光計によって計測する方法も知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した各従来文献の
内容を要約すると以下のようになる。特開平５−１７９
４６７号公報においては、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。

【００１０】また、特開平８−２７４０８２号公報（Ｕ
ＳＰ ５６５８４１８）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
行う。

【００１１】また、特開２０００−９７６４８号公報で
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。

【００１２】また、特開２０００−１０６３５６公報は
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る。

【００１３】また、ＵＳＰ６０８１３３４では、干渉光
の時間変化の特徴的な振る舞いを測定より求めデータベ
ース化し、そのデータベースと測定される干渉波形との
比較によりエッチングの終了判定を行う。この判定によ
り、エッチングプロセス条件の変更を促す。

【００１４】以上の公知例では、以下の問題点が生じ
る。 マスク材（例えば、レジスト，窒化膜，酸化膜）を
用いたエッチングを行うと、エッチングされる材料から
の干渉光にマスク材からの干渉光が重畳される。 プロセス処理される被処理材である材料（例えば、
シリコン及びその上に設けられたマスク材）のエッチン
グ処理では、シリコンと共にマスク材もエッチングされ
るため、被処理材のエッチング量（エッチング深さ）を
図っただけでは正確にシリコンのエッチング量を測定で
きない恐れがある。 量産プロセスの加工用ウェハは、デバイス構造に起
因してマスク材の初期厚みや被エッチング材の初期厚み
がウェハ面内で分布を持つため、異なった膜厚からの干
渉光が重畳される。

【００１５】以上の点から被処理層（半導体プロセス処
理の対象となる層）、特に、プラズマエッチング処理に
おける被処理層のエッチング深さや残膜量を、要求され
る測定精度で正確に測定，制御することは困難であっ
た。

【００１６】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消しうる、半導体素子製造プロセスの終点判定方法と
装置及びそれを用いた被処理材の処理方法と装置を提供
することにある。

【００１７】本発明の別の目的は、プラズマ処理の、特
にプラズマエッチング処理において、被処理層の実際の
エッチング深さや残膜量をオンラインで正確に測定しプ
ロセスの終点を判定することのできる、半導体素子製造
プロセスの終点判定方法と装置及びそれを用いた被処理
材の処理方法と装置を提供することにある。

【００１８】本発明の更に別の目的は、半導体デバイス
の各層をオンラインで所定のエッチング深さ及び膜厚に
高精度に制御できるエッチング・プロセスを提供するこ
とにある。

【００１９】本発明の更に別の目的は、被処理層の実際
のエッチング深さ及び膜厚をオンラインで正確に測定す
ることのできる被処理材のエッチング深さや膜厚測定装
置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は上記の従
来技術の問題点を解消すべく、また上記本願発明の目的
を達成すべく、一例として、複数の波長の各々について
その干渉波形の時間微分の波形を求め、それに基づき、
干渉波形の微分値の波長依存性を示すパターン、（即
ち、波長をパラメータとする干渉波形の微分値のパター
ン）を求め、そのパターンを用いて膜厚の測定を行うよ
うにしたものである。

【００２１】本願発明において、干渉波形の時間微分値
の波長依存性を示すパターンを用いる理由は以下の通り
である。エッチング中のin−situ（リアルタイム）測定
を前提にした計測であるため、被処理膜の膜厚は時々刻
々変化している。従って、干渉波形の時間微分処理が可
能である。更に、この微分処理により干渉波形のノイズ
の除去を行える。また、エッチングされる材料（例え
ば、シリコンとマスク材の窒化膜）の屈折率が波長に対
し異なっている。従って、多波長にわたる干渉光計測に
よりそれぞれの物質の特徴的な変化（膜厚依存）を検出
可能となる。

【００２２】本願発明の一面によれば、被処理材のエッ
チング量を測定するエッチング深さ及び膜厚測定方法
は、 ａ） マスク材を含む第１の被処理材の所定エッチング
量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータとする
第１の被処理材の標準パターンを設定するステップと； ｂ） 前記第１の被処理材の前記マスク材の所定エッチ
ング量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータと
するマスク材の標準パターンを設定するステップと； ｃ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
についての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測
定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長をパラメ
ータとする実パターンを求めるステップと； ｄ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記マスク
材の標準パターンと前記実パターンとに基づき、前記第
２の被処理材のエッチング量を求めるステップと、を備
える。

【００２３】本発明によれば、プラズマ処理の、特にプ
ラズマエッチング処理において、被処理層の実際のエッ
チング量をオンラインで正確に測定することのできる被
処理材のエッチング深さ及び膜厚測定方法とそれを用い
た被処理材の試料の処理方法を提供することができる。

【００２４】また、半導体デバイスの各層をオンライン
で所定のエッチング量になるように高精度に制御できる
エッチング・プロセスを提供することができる。さら
に、被処理層の実際のエッチング量をオンラインで正確
に測定することのできる被処理材のエッチング深さ及び
膜厚測定装置を提供することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本願発明の各実施例を説明
する。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。以下の実施例では、本発
明による半導体素子製造プロセスの終点判定方法とし
て、被処理材のエッチングプロセスにおけるエッチング
量（エッチング深さ及び膜厚）を測定する方法について
説明する。しかし、本発明はこれに限らず、プラズマＣ
ＶＤ，スパッタリング等の成膜処理における成膜量（成
膜厚さ）等を測定する方法にも適用可能である。

【００２６】以下、図１〜図４で本発明の第１の実施例
を説明する。この実施例においては、半導体ウェハ等の
被処理材をプラズマエッチングする際に、サンプル用の
被処理材（サンプル用ウェハ）と該処理材が有するマス
ク材の各エッチング量に対する、干渉光の微分値の波長
依存性を示す（波長をパラメータとする）標準パターン
Ｐ_S とＰ_M をそれぞれ設定する。次に、サンプル用被処
理材と同一構成の実際の被処理材（実際のウェハ）につ
いての実際の処理における干渉光の複数波長の強度をそ
れぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長
依存性を示す（波長をパラメータとする）実パターンを
求め、微分値の標準パターンと実パターンとを比較し
て、実際の被処理材のエッチング量（プロセスの終点）
を求めるものである。

【００２７】まず、図１を用いて、本発明のエッチング
量（ここでは実際の処理材のエッチング深さ及び膜厚）
測定装置を備えた半導体ウェハのエッチング装置の全体
構成を説明する。エッチング装置１は真空容器２を備え
ており、その内部に導入されたエッチングガスがマイク
ロ波電力等により分解しプラズマとなり、このプラズマ
３により試料台５上の半導体ウェハ等の被処理材の４が
エッチングされる。エッチング量（例えば、エッチング
深さ及び膜厚）測定装置１０の分光器１１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、光ファイバー８により真空容器２内に導かれ、被処
理材４に垂直に入射角で当てられる。被処理材４として
は、図２（ａ）に示すように、ここでは被エッチング材
のシリコン４０と、マスク材としての窒化膜４１とを有
しており、放射光はマスク材により反射する放射光９Ａ
と、マスク材が無いシリコン表面で反射する放射光とに
より干渉光が形成される。即ち、この干渉光はマスク材
とシリコンとの段差による干渉成分である。前記マスク
材からの反射光９Ａは窒化膜表面で反射する放射光９ａ
と窒化膜とシリコンとの境界面で反射する放射光９ｂで
あり、これらの放射光により干渉光が形成される。即
ち、この干渉光はマスク材の削れによる干渉成分であ
る。これらの干渉光は光ファイバー８を介してエッチン
グ量測定装置１０の分光器１１に導かれ、その状態に基
づきシリコンのエッチング深さ及びマスク材の膜厚測定
やプロセス（ここではエッチング）の終点判定の処理を
行う。

【００２８】エッチング量測定装置１０は、分光器１
１，第１デジタルフィルタ回路１２，２２、微分器１
３，２３、第２デジタルフィルタ回路１４，２４、微分
波形パターンデータベース１６，２６、微分波形比較器
１５，２５、これら比較器の結果に基づきエッチングの
終点を判定する終点判定器３０、及び終点判定器３０の
判定結果を表示する表示器１７を備えている。

【００２９】なお、図１はエッチング量測定装置１０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を除いたエッチング量測定装置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、図５等の他の実施例についても同様である。

【００３０】分光器１１が取り込んだ被処理材に関する
多波長の発光強度は、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る。分光器１１により
サンプリング信号として出力された複数の特定波長の信
号は、時系列データｙｉｊ，ｙ′ｉｊとして図示しない
ＲＡＭ等の記憶装置に収納される。この時系列データｙ
ｉｊ，ｙ′ｉｊの第１，第２の波長帯域は、それぞれ、
次に、第１デジタルフィルタ回路１２，２２により平滑
化処理され平滑化時系列データＹｉｊ，Ｙ′ijとしてＲ
ＡＭ等の記憶装置に収納される。この平滑化時系列デー
タＹｉｊ，Ｙ′ｉｊを基に、微分器１３，２３によりそ
れぞれ微係数値（１次微分値あるいは２次微分値）の時
系列データｄｉｊ，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，
ｄ′ｉｊは、第２デジタルフィルタ回路１４，２４によ
りそれぞれ、平滑化処理され平滑化微係数時系列データ
Ｄｉｊ，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Ｄｉｊ，
Ｄ′ｉｊから干渉光強度の微分値の波長依存性を示す
（波長をパラメータとする）実パターンが求められる。

【００３１】第１，第２の波長帯域について異なる実パ
ターンを得るために図１の装置は以下のように構成され
る。即ち、第１，第２の波長帯が同じ場合には、第１デ
ジタルフィルタ回路１２，２２の微係数を異なる値と
し、その場合には、微分器１３，２３の値を同一又は異
なるようにし、第２デジタルフィルタ回路１４，２４の
微係数も同一又は異なるようにして良い。一方、第１，
第２の波長帯が異なる場合には、第１デジタルフィルタ
回路１２，２２の微係数を同一又は異なる値とし、微分
器１３，２３の値も同一又は異なるようにし、第２デジ
タルフィルタ回路１４，２４の微係数も同一又は異なる
ようにして良い。

【００３２】なお、図１の構成では、第１デジタルフィ
ルタ回路，微分器，第２デジタルフィルタ回路，微分波
形パターンデータベース，微分波形比較器からなる構成
を、それぞれ第１，第２の波長帯域について別々に設け
た。しかし、そのような構成を第１，第２の波長帯域に
ついて共通に１つだけ設け、所定時間毎に微係数等を切
り換えて、交互に第１，第２の波長帯域について実パタ
ーンを得るようにしても良い。

【００３３】一方、微分波形パターンデータベース１６
には、エッチング量測定の対象となる被処理材であるシ
リコンとマスク材との段差に対応した前記第１の波長帯
域に対する干渉光強度の微分波形パターンデータ値Ｐ_S
ｊ が予め設定される。また、微分波形パターンデータ
ベース２６には、被処理材のマスク材の膜厚に対応した
前記第２の波長帯域に対する干渉光強度の微分波形パタ
ーンデータ値Ｐ_Mｊ が予め設定されている。微分波形比
較器１５においては、段差に対応した実パターンと微分
波形パターンデータ値Ｐ_Sｊ とが比較されて段差（マス
ク材の表面からシリコンのエッチング加工された溝の底
部までの深さ）が求められる。微分波形比較器２５にお
いては、マスク材の膜厚に対応した実パターンと微分波
形パターンデータ値Ｐ_Mｊ とが比較されてマスク材の膜
厚（残膜厚）が求められる。その結果、被処理材のエッ
チング量、即ち、エッチング深さが求められ、表示器１
７により表示される。

【００３４】なお、本実施例及び以下の各実施例では分
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、複数の分光器
１１を設ければよい。

【００３５】図２（ａ）にエッチング処理途中の被処理
材４の縦断面形状及び図２（ｂ），図２（ｃ）に、干渉
光の波長実パターンの例を示す。図２（ａ）において、
被処理材（ウェハ）４は、シリコン基板４０の上にマス
ク材４１が積層されている。このエッチングプロセスで
はシリコン基板が被エッチング材料であり、このような
加工処理は例えば素子分離を行うためのＳＴＩ(Shallow
Trench Isolation）エッチングと呼ばれている。

【００３６】分光器１１から放出された多波長の光は、
被エッチング材とマスク材の積層構造を含む被処理材４
に垂直に入射角で当てられる。マスク材４１に導かれた
放射光９は、マスク材４１の上面で反射した放射光９ａ
と、マスク材４１とシリコン基板４０との間に形成され
た境界面で反射した放射光９ｂとにより干渉光が形成さ
れる。マスク材４１が無くエッチング処理された部分に
導かれた放射光９は、被エッチング材４０の上面で反射
した放射光９Ｂと、前記したマスク材４１からの反射す
る放射光９Ａ（９ａと９ｂにより形成される）により干
渉光が形成される。放射光９Ｂと９ａは、それぞれエッ
チング処理の進行に伴って反射する位置が、Ａ（ａ），
Ｂ（ｂ），Ｃ（ｃ）のように変化する。反射した光は分
光器１１に導かれ、エッチング中の被エッチング材４０
とマスク材の層の厚さによって強さが変化する信号を生
成する。

【００３７】図２（ｂ）に示すように、長波長領域（第
２の波長帯域：例えば７００ｎｍ）の干渉光の生波形は
エッチング処理が進むにつれゆっくり変化する。一方、
図２（ｃ）に示すように、短波長領域（第１の波長帯
域：例えば３００ｎｍ）の干渉光の生波形は周期の長い
波に周期の短い波が重畳され変化する。これは長波長領
域の干渉光がマスク材の削れ（図２（ａ）のａ，ｂ，ｃ
面）による干渉成分の変化を示し、短波長領域（例えば
３００ｎｍ）の干渉光には被エッチング材であるシリコ
ン基板とマスク材との段差４４（図２（ａ）のａ，ｂ，
ｃ面とＡ，Ｂ，Ｃ面とのそれぞれの差）による干渉成分
の変化が現れているためである。これらの多波長にわた
る干渉光の平滑化時系列データＹｉｊ，Ｙ′ｉｊを基
に、それぞれ１次微分値あるいは２次微分値の微係数値
時系列データｄｉｊ，ｄ′ｉｊが算出される。図２
（ｂ）には波長７００ｎｍの干渉光の１次微分値及び２
次微分値を示し、図２（ｃ）には波長３００ｎｍの干渉
光の１次微分値及び２次微分値を示している。

【００３８】図２（ｂ），図２（ｃ）から明らかなよう
に、これらの微分処理により、マスク材の削れによる干
渉成分の変化及びシリコン基板とマスク材との段差によ
る干渉成分の変化が明確になる。これは、エッチングさ
れる材料の屈折率（例えば、シリコンとマスク材の窒化
膜の屈折率及び溝部分の真空の屈折率）が波長に対し異
なっているためである。本発明は、この事実に着目し
て、短波長領域の干渉光によりシリコン基板とマスク材
との段差４４を求め，長波長領域の干渉光によりマスク
材の削れ（マスク材の残膜厚さ４１）を正確に測定出来
るようにしたことに特徴がある。

【００３９】図３（ａ）は、干渉光の一次微分波形パタ
ーンデータを示し、図３（ｂ）は同じく二次微分波形パ
ターンデータを示す。

【００４０】図３（ａ），図３（ｂ）中のＰＡ，ＰＢ，
ＰＣは、図２（ａ）のＡ（段差４４＝３００ｎｍ），Ｂ
（段差＝４００ｎｍ），Ｃ（段差＝５００ｎｍ）の各エ
ッチング量における微分波形パターンデータを示してい
る。同様に、図３（ａ），図３（ｂ）中のＰａ，Ｐｂ，
Ｐｃは、図２（ａ）のａ（マスク材の残膜厚４２＝９５
ｎｍ），ｂ（マスク材残膜厚＝６５ｎｍ），ｃ(マスク
材残膜厚＝３５ｎｍ)の各エッチング量における微分波
形パターンデータを示している。なお、この時のシリコ
ンのエッチング深さ４３は、図２（ａ）のＡの位置で２
０５ｎｍ、Ｂの位置で３３５ｎｍ、そしてＣの位置で４
６５ｎｍである。

【００４１】図３（ａ），図３（ｂ）から明らかなよう
に、干渉光の一次微分波形パターンや二次微分波形パタ
ーンは、被処理材のエッチング量毎に特有のパターンに
なっていることがわかる。被処理材の材料が異なるとこ
れらのパターンも変わってくるので、処理に必要な種々
の材料及びエッチング量の範囲について、予め実験など
によりデータを求め、一次微分波形パターンや二次微分
波形パターンを標準パターンとして記録装置（１６，２
６）に保持しておくのが良い。

【００４２】次に、図４のフローチャートにより、図１
のエッチング量測定装置１０でエッチング処理を行う際
に、被処理材のエッチング量を求める手順について説明
する。最初に、目標エッチング量（即ち、目標段差と目
標マスク残膜厚）の設定と、パターンデータベース１
６，２６より目標段差と目標マスク残膜厚に対応する微
分パターンＰ_Sｊ，Ｐ_Mｊと、判定値σ_S0，σ_M0の設定を
行う（ステップ４００と４２０）。すなわち、予め微分
波形パターンデータベース１６に保持されている、図３
（ａ），図３（ｂ）に示すような複数波長についての微
分値の標準パターンＰＡ，ＰＢ，ＰＣの中から、目標段
差に対応した１つの微分パターンを設定する。同様に、
予め微分波形パターンデータベース２６に保持されてい
る、図３（ａ），図３（ｂ）に示すような複数波長につ
いての微分値の標準パターンＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの中か
ら、目標マスク残膜厚に対応した１つの微分パターンを
設定する。

【００４３】次のステップにおいて干渉光のサンプリン
グ（例えば０.２５〜０.４秒毎に）を開始する（ステッ
プ４０２）。すなわち、エッチング処理開始に伴い、サ
ンプリング開始命令が出される。エッチングの進行に従
って変化する多波長の発光強度が、分光器１１中の光検
出器により発光強度に応じた電圧の光検出信号として検
出される。分光器１１の光検出信号はデジタル変換さ
れ、サンプリング信号ｙｉ，ｊ、ｙ′ｉ，ｊを取得す
る。

【００４４】次に、分光器からの多波長出力信号ｙｉ，
ｊ，ｙ′ｉ，ｊを第１段目のデジタルフィルタ回路１
２，２２により平滑化（filtering）し、時系列データ
Ｙｉ，ｊ、Ｙ′ｉ，ｊをそれぞれ算出する（ステップ４
０４，４２４）。すなわち、第１段目のデジタルフィル
タによりノイズを低減し、平滑化時系列データｙｉを求
める。

【００４５】次に、微分器１３，２３により、Ｓ−Ｇ法
（Savitzky−Golay method）により、それぞれ微係数ｄ
ｉ，ｊ、ｄ′ｉ，ｊを算出する（ステップ４０６，４２
６）。すなわち、微分処理（Ｓ−Ｇ法）により信号波形
の係数（１次または２次）ｄｉを求める。さらに、第２
段目のデジタルフィルタ回路１４，２４により平滑化(s
moothing）微係数時系列データＤｉ，ｊ、Ｄ′ｉ，ｊを
それぞれ算出する（ステップ４０８，４２８）。次に、
微分波形比較器１５において、段差に関してσ＝Σ（Ｄ
ｉ，ｊ−Ｐ_Sｊ)² 値の算出を行う（ステップ４１０）。
同様に、微分波形比較器２５において、マスク材の削れ
（残膜厚）に関しても、σ′＝Σ（Ｄ′ｉ，ｊ−Ｐ_Mｊ)
² 値の算出を行う（ステップ４３０）。更に、終点判定
器２０において、σ≦σ_{S 0}とσ′≦σ_{M 0}の判定をそれぞ
れ行う(ステップ４１２)。σ≦σ_{S 0}及びσ′≦σ_{M 0}であ
る場合、段差とマスク材の残膜厚とがそれぞれ所定値に
なったものと判定し、エッチング処理を終了するように
すると共に、その結果を表示器１７に表示する。σ≦σ
_{S 0}，σ′≦σ_{M 0}のいずれかが満たされない場合、ステッ
プ４０４，４２４に戻る。最後に、サンプリング終了の
設定を行う（ステップ４１４）。

【００４６】ここで、平滑化微係数時系列データＤｉ，
Ｄ′ｉの算出について説明する。デジタルフィルタ回路
１２，２２，１４，２４としては、例えば２次バタワー
ス型のローパスフィルタを用いる。デジタルフィルタ回
路１２，２２は同一構成であり、係数ｂ，ａがデジタル
フィルタ回路１２，２２間で同一又は異なっていて良
い。ここでは、デジタルフィルタ回路１２についてのみ
説明する。２次バタワース型のローパスフィルタにより
平滑化時系列データＹｉは式（１）により求められる。 Ｙｉ＝ｂ１ｙｉ＋ｂ２ｙｉ−１＋ｂ３ｙｉ−２ −［ａ２Ｙｉ−１＋ａ３Ｙｉ−２］ …（１） ここで、係数ｂ，ａは、サンプリング周波数及びカット
オフ周波数により数値が異なる。また、このデジタルフ
ィルタの係数値は段差に関する波長域（第１波長帯
域）、例えば、２７５ｎｍから５００ｎｍとマスク材の
削れ（残膜厚）に関する波長域（第２波長帯域）、例え
ば、５２５ｎｍから７５０ｎｍとで異なっていても良
い。例えば、段差に関する波長域の場合、ａ２＝−１.
１４３ ，ａ３＝０.４１２８，ｂ１＝０.０６７４５
５，ｂ２＝０.１３４９１，ｂ３＝0.067455（サンプリ
ング周波数１０Ｈｚ，カットオフ周波数１Ｈｚ）であ
り、マスク材の残膜厚に関する波長域の場合、ａ２＝−
０.０００７３６１２，ａ３＝0.17157,ｂ１＝０.２９２
７１，ｂ２＝０.５８５４２，ｂ３＝０.２９２７１（カ
ットオフ周波数０.２５Ｈｚ）である。

【００４７】２次微係数値の時系列データｄｉ，ｄ′ｉ
は、微分器１３，２３それぞれにより５点の時系列デー
タＹｉの多項式適合平滑化微分法を用いて式（２）から
以下のように算出される。 ここで、重みｗに関して、ｗ−２＝２，ｗ−１＝−１，
ｗ０＝−２，ｗ１＝−１，ｗ２＝２、である。なお、微
分器１３，２３の間で、ｊは同一又は異なって良い。

【００４８】前記微係数値の時系列データｄｉ，ｄ′ｉ
を用いて、平滑化微係数時系列データＤｉ，Ｄ′ｉはデ
ジタルフィルタ回路１４，２４（２次バタワース型のロ
ーパスフィルタ）により式（３），（４）により求めら
れる。但し、デジタルフィルタ回路１４，２４の間で係
数ａ，ｂの値は異なっても良い。 Ｄｉ＝ｂ１ｄｉ＋ｂ２ｄｉ−１＋ｂ３ｄｉ−２ −［ａ２Ｄｉ−１＋ａ３Ｄｉ−２］ …（３） Ｄ′ｉ＝ｂ１ｄ′ｉ＋ｂ２ｄ′ｉ−１＋ｂ３ｄ′ｉ−２ −［ａ２Ｄ′ｉ−１＋ａ３Ｄ′ｉ−２］ …（４）

【００４９】このようにして、図１のエッチング量測定
装置によれば、図３（ａ），図３（ｂ）にＰＡ，ＰＢ，
ＰＣ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃとして示したような、複数波長
についての微分値の標準パターンを少くとも１つ設定
し、被処理材の干渉光の複数波長の強度をそれぞれ測定
し、該測定された干渉光強度の各波長の微分値の実パタ
ーンを求め、標準パターンと微分値の実パターンとを比
較することにより、段差とマスク材の残膜厚を求めるこ
とができる。例えば、シリコンエッチング深さ３３５ｎ
ｍすなわち図２のＢの位置を検出したい場合には、予
め、エッチング量（段差，マスク材の残膜厚）Ｂ，ｂに
対応する複数波長についての微分値の標準パターンＰ
Ｂ，Ｐｂを設定し、複数の波長において実パターンのこ
れら標準パターンに対する一致率が、それぞれ判定値σ
_S0，σ_M0以内に達したことにより、マスク材表面からの
段差４４が４００ｎｍで、マスク材の残膜厚４２が６５
ｎｍ（被処理材のシリコン深さ４３が３３５ｎｍ）にな
ったことを検出できる。標準パターンとしては、一次微
分値パターン，二次微分値パターンのいずれか一方ある
いは両方を用いればよい。この実施例によれば、被処理
材のエッチング量（段差，マスク材残膜厚）を求めるこ
とによりシリコンエッチング深さが例えば335ｎｍであ
ることを正確に測定することができる。

【００５０】次に、計測される干渉光強度にノイズ成分
を多く含む場合に、測定するエッチング量の精度を向上
するようにした第１実施例の変形例を、該変形例の構成
を示す図５のブロック図と図６のフローチャートにより
説明する。この変形例は、例えば、ウェハ毎にそのパタ
ーンが異なり、従ってウェハ毎にエッチング条件（例え
ば、放電条件）が異なることにより干渉波がウェハ毎に
異なる場合に適用される。最初に、被処理材（シリコ
ン，マスク材）の目標加工深さ（ここでは、目標エッチ
ング深さ：図２（ａ）の４３）を設定する（ステップ５
５０）。次に、予め保存されている段差，マスク残膜厚
に関する微分波形パターンと収束判定値（段差：Ｐ
_Sｊ，σ_{S 0}、マスク残膜厚：Ｐ_Mｊ，σ_{M 0}）とを微分波形
パターンデータベース１６，２６から読出して微分波形
比較器１５，２５にそれぞれ設定する。エッチング処理
開始に伴い、干渉光のサンプリングを開始する(ステッ
プ502）。次いで、図４のステップ４０４，４１０，４
２４−４３０と同様にして、ステップ５０４−５１０，
５２４−５３０を実行する。分光器１１からの短波長域
と長波長域の光はそれぞれ第１デジタルフィルタ回路１
２，２２と微分器１３，２３と第２デジタルフィルタ回
路１４，２４を介し平滑化微係数時系列データＤｉ，
ｊ、Ｄ′ｉ，ｊを求める。これらの平滑化微係数時系列
データＤｉ,ｊ、Ｄ′ｉ,ｊと予め微分波形比較器１５，
２５に設定された微分パターンＰ_Sｊ，Ｐ_Mｊをそれぞれ
比較し、その時刻での段差値Ｓｉとマスク材削れ量（残
膜厚）Ｍｉを算出する（ステップ５１５，５３５）。こ
こで、σ＞σ_{S 0}(又はσ＞σ_{M 0})の時は、ステップ５１５
（またはステップ５３５）の時刻で得られたＳｉ（また
はＭｉ）は収納せず、回帰分析器１９での処理ではこの
時刻での残膜厚さデータは除外する。

【００５１】ステップ５１５，５３５で得られた段差値
とマスク材削れ量（残膜厚）は時系列データＳｉ，Ｍｉ
としそれぞれデータ記録器１８，２８に収納される。収
納された過去の時系列データＳｊ，Ｍｊを用いて、回帰
分析器１９，２９により１次回帰直線Ｙ＝Ｘａ＊ｔ＋Ｘ
ｂ（Ｙ：エッチング量（段差値，マスク材残膜厚），
ｔ：エッチング時間，Ｘａ：Ｘａの絶対値がエッチング
速度，Ｘｂ：初期膜厚）を求め、この回帰直線より現時
点のエッチング量（段差：Ｓ，マスク材残膜厚：Ｍ）を
算出する（ステップ５１６，５３６）。ここで、エッチ
ング時間，エッチング速度，初期膜厚，残膜厚等はプロ
セス量（ここではエッチング量）である。

【００５２】次に、終点判定器３０において、これらエ
ッチング量Ｓ，Ｍにより加工深さ（＝Ｓ−Ｍ）（図２
（ａ）の４３）を求め、この値と目標加工深さとを比較
し、目標加工深さ以上であれば被処理材のエッチング量
が所定値になったものとしてエッチング処理を終了し、
その結果を表示器１７に表示する。目標加工深さ以下で
ある場合、ステップ５０４，５２４に戻る。最後に、サ
ンプリング終了の設定を行う（ステップ５１４）。

【００５３】図７に、上記実施例により行ったシリコン
深さの測定結果（ステップ５１６，５３６での算出値）
を示す。図には、シリコン加工深さ、及びマスク材から
の段差の時間的変化を示しており、ＳＴＩ加工時おける
エッチングの様子が明確にわかる。なお、この実施例で
は、シリコン深さ５０６ｎｍ（段差５２９ｎｍ）までエ
ッチング処理を行った。

【００５４】以上述べた本実施例のエッチング量測定装
置によれば、半導体デバイスの製造プロセス等における
被処理材のエッチング量を正確に測定することができ
る。従って、このシステムを利用して、被処理材のエッ
チングを高精度に実施する方法を提供することができ
る。また、変形例によれば、第１実施例と異なり、標準
パターンで設定した被処理材のエッチング量以外の任意
のエッチング量を測定できる。

【００５５】なお、図５の構成では、第１デジタルフィ
ルタ回路，微分器，第２デジタルフィルタ回路，微分波
形パターンデータベース，微分波形比較器，回帰分析器
からなる構成を、それぞれ第１，第２の波長帯域につい
て別々に設けた。しかし、そのような構成を第１，第２
の波長帯域について共通に１つだけ設け、所定時間毎に
微係数等を切り換えて、交互に第１，第２の波長帯域に
ついて実パターンを得るようにしても良い。

【００５６】次に、本発明の第２実施例を図８，図９，
図１０，図１１を用いて説明する。図８に示す本実施例
の構成は、図５の一方の波長帯域についての構成１１−
１９と同一であり、終点判定器１３０の動作が図５の終
点判定器３０の動作と異なる。エッチング加工する被処
理材の構造を図９に示す。このエッチング処理において
加工されるポリシリコン５０の領域はマスク材５１（例
えば、窒化膜やホトレジスト）の無い部分であり、観測
される干渉光はポリシリコン５０表面の反射光９０Ａと
下地酸化膜５２からの反射光９０Ｂとの干渉により起こ
る。この干渉光の計測によりポリシリコン５０のエッチ
ング量（残膜厚５３：下地酸化膜からのポリシリコンの
厚み）を測定する方法を図１０のフローチャートにした
がって説明する。

【００５７】最初に、被処理材（ポリシリコン）の目標
残膜値と、微分波形パターンデータベース１６に予め保
存されているポリシリコンの膜厚に関する全ての標準微
分パターン（Ｐ_Zｊ）と収束判定値σ_{Z 0}を微分波形比較
器１５に設定する（ステップ６００）。エッチング処理
開始に伴い、干渉光のサンプリングを開始する（ステッ
プ６０２）。分光器１１からの多波長の光はそれぞれ第
１デジタルフィルタ１２と微分器１３と第２デジタルフ
ィルタ回路１４を介し、第１実施例のステップ４０４−
４１０と同様にして、平滑化微係数時系列データＤｉ，
ｊを求める。これらの平滑化微係数時系列データＤｉ，
ｊと予め微分波形比較器１５に設定された微分パターン
Ｐ_Zｊ を比較し、その時刻での残膜値Ｚｉを算出する
（ステップ６１５）。ここで、σ＞σ_{z 0}の時は、ステッ
プ６１５でこの時刻で得られたＺｉ値は収納せず、回帰
分析器１９での処理ではこの時刻での残膜厚さデータは
除外する。

【００５８】ステップ６１５で得られた残膜値は時系列
データＺｉとしてデータ記録器１８に収納される。収納
された過去の時系列データＺｉを用いて、回帰分析器１
９により１次回帰直線Ｙ＝Ｘａ＊ｔ＋Ｘｂ（Ｙ：残膜
量，ｔ：エッチング時間，Ｘａ：Ｘａの絶対値がエッチ
ング速度，Ｘｂ：初期膜厚）を求め、この回帰直線より
現時点の残膜量Ｚを算出する（ステップ６１６）。

【００５９】次に、終点判定器１３０において、残膜量
Ｚと目標残膜値を比較し、目標残膜以下であれば被処理
材のエッチング量が所定値になったものとしてその結果
を表示器１７に表示する。目標残膜以上である場合、ス
テップ６０４に戻る。最後に、サンプリング終了の設定
を行う（ステップ６１４）。

【００６０】ところで、目標残膜値が予め保存されてい
るポリシリコンの膜厚に関する微分波形パターンデータ
ベースＰ_Zｊ より少ないとステップ６１８で判定された
場合は、以下のような処理を行いエッチング処理を終了
する。残膜量Ｚが保存されているポリシリコンの膜厚に
関する微分波形パターンデータベースの最小膜厚Ｙｍと
等しくなった時に、上記１次回帰直線Ｙ＝Ｘａ＊ｔ＋Ｘ
ｂより、目標残膜値Ｙ_T になるエッチング時刻（ｔ_T＝
［Ｙ_T−Ｘｂ］／Ｘａ）を算出し、この時刻ｔ_T までエ
ッチング処理を継続し行う。

【００６１】図１１に、本実施例により行ったポリシリ
コンの残膜測定結果を示す。これは、ポリシリコン膜厚
に関する微分波形パターンデータベースには最小膜厚Ｙ
ｍ＝４５ｎｍまでのデータベースを用い目標残膜値Ｙｔ
＝２０ｎｍを予測したものであり、１次回帰直線により
目標残膜値が２０ｎｍとなるエッチング時刻９６秒が明
確にわかる。これにより微分波形パターンデータベース
が無い残膜量の終点判定が可能になる。

【００６２】また、１次回帰直線の傾きの絶対値（＝｜
Ｘａ｜）はエッチング速度を示しており、このエッチン
グ速度を量産管理することによりエッチング装置の状態
管理が行える。すなわち、エッチング速度がある許容値
以内であれば、エッチング装置が正常稼動していること
を、また許容値以外である場合は異常であることを監視
できる。

【００６３】さらに、１次回帰直線の切片（＝Ｘｂ）は
被処理材の初期膜厚を示しており、この初期膜厚を量産
管理することによりエッチング処理前の成膜状態の管理
が行える。すなわち、初期膜厚がある許容値以内であれ
ば、成膜装置が正常稼動していることを、また許容値以
外である場合は異常であることを監視しフィードバック
できる。

【００６４】次に、本発明の第３実施例を図１２，図１
３を用いて説明する。本実施例は、エッチング深さを管
理する時、ウェハ毎に有機膜の膜厚に誤差があるため、
初期膜厚と測定した残膜厚とからエッチング深さを測定
するようにするものである。図１２に示す本実施例の構
成は、図８の構成１１−１９と同一であり、終点判定器
２３０の動作が図８の終点判定器１３０の動作と異な
る。エッチング加工する被処理材の構造を図１３に示
す。このエッチング処理において加工される有機膜６０
の領域（溝構造）はマスク材６１（例えば、窒化膜やホ
トレジスト）の無い部分であり、観測される干渉光は有
機膜６０表面の反射光と配線材６２（例えば、Ｃｕ）か
らの反射光との干渉により起こる。

【００６５】この干渉光の計測により有機膜６０のエッ
チング量（溝深さ：ＤとＥとの距離６５）を測定する方
法を図１４のフローチャートにしたがって説明する。最
初に、被処理材（有機膜）の目標深さ値と、微分波形パ
ターンデータベース１６に予め保存されている有機膜の
膜厚に関する全ての標準微分パターン（Ｐ_Fｊ ）と収束
判定値（σ_{F 0}）を微分波形比較器１５に設定する（ステ
ップ７００）。エッチング処理開始に伴い、干渉光のサ
ンプリングを開始する（ステップ７０２）。分光器１１
からの多波長の光はそれぞれ第１デジタルフィルタ回路
１２と微分器１３と第２デジタルフィルタ回路１４を介
し、第２実施例のステップ６０４−６１０と同様にし
て、平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊを求める。これ
らの平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊと予め微分波形
比較器１５に設定された微分パターンＰ_Fｊ を比較し、
その時刻での残膜値Ｆｉを算出する（ステップ７１
５）。ここで、σ＞σ_{F 0}の時は、この時刻での残膜厚さ
値は収納せず、回帰分析器１９での処理ではこの時刻で
の残膜厚さデータは除外する。

【００６６】ステップ７１５で得られた残膜値は時系列
データＦｉとしてデータ記録器１８に収納される。収納
された過去の時系列データＦｊを用いて、回帰分析器１
９により１次回帰直線Ｙ＝Ｘａ＊ｔ＋Ｘｂ（Ｙ：残膜
量，ｔ：エッチング時間，Ｘａ：絶対値がエッチング速
度，Ｘｂ：初期膜厚）を求め、この回帰直線より現時点
の残膜量Ｆと初期膜厚Ｘｂを算出する（ステップ７１
６）。

【００６７】次に、終点判定器２３０において、現時点
の溝深さ（＝Ｘｂ−Ｆ）（図１３の６５）を残膜量Ｆ
（図１３の６４）と初期膜厚Ｘｂ（図１３の６３）より
求め、この溝深さと目標深さ値と比較し、目標深さ以上
であれば被処理材のエッチング量が所定値になったもの
としてその結果を表示器１７に表示する。目標深さ以下
である場合、ステップ７０４に戻る。最後に、サンプリ
ング終了の設定を行う（ステップ７１４）。このよう
に、溝加工時のエッチング深さは残膜量Ｆと初期膜厚Ｘ
ｂを回帰分析により求めることにより測定が可能であ
る。

【００６８】次に、本発明の第４実施例を図１５，図１
６，図１７を用いて説明する。図１５に示す本実施例の
構成は、図１２の構成１１−１９と同一であり、終点判
定器３３０の動作が図１２の終点判定器２３０の動作と
異なり、更に制御装置1000が設けられている。同一のエ
ッチング装置１を用いて、種々膜質の異なる被エッチン
グ材をエッチング処理することがしばしばある。この場
合、制御装置1000に予め設定されたエッチング条件（例
えば、エッチングガス条件やプラズマ発生電力条件やバ
イアス条件など）に基づき、制御装置１０００によりガ
ス供給装置１００１やプラズマ発生装置１００２やウェ
ハバイアス電源１００３を時間制御しエッチング処理が
行われる。しかしながら、エッチング加工する被処理材
が半導体素子構造により図１６に示すような積層構造に
なっている場合、エッチング処理が複雑となり、単純な
時間制御によるエッチング処理ではダメージのない素子
加工が困難になる。図１６を用いて、このような積層構
造素子のエッチング加工について説明する。このエッチ
ング処理において加工されるポリシリコン膜７０の上に
は、ＢＡＲＣ７３（Back Anti-Reflection Coating）や
マスク材７１（例えば、窒化膜やホトレジスト）が、ま
たポリシリコン膜７０の下には、下地酸化膜７２が形成
されている。さらに、下地酸化膜７２はトランジスタの
ゲート電極部７８の厚み（例えば、約２ｎｍ）とトラン
ジスタ素子を分離するための溝部７９（ＳＴＩ）の厚み
（例えば、約３００ｎｍ）とが大きく異なっている構造
となっている。この構造の加工においては、まず、ＢＡ
ＲＣ７３のエッチング処理を行い、続いてポリシリコン
膜７０のエッチング処理を同一のエッチング装置で一貫
処理する。このようなエッチング処理では、それぞれの
膜を適切にエッチングできないとゲート電極部７８の下
地酸化膜７２を削り過ぎてしまい、素子にダメージを与
える。そのため、まずＢＡＲＣ７３エッチング処理にお
いて、ポリシリコン膜７０をできる限り削らない様にエ
ッチングを制御する必要がある。このことは、ＢＡＲＣ
７３エッチング処理においてＢＡＲＣの残膜量を測定
し、僅かな残膜量７５（例えば、２０ｎｍ）になった時
点で、エッチング条件をポリシリコンが削れ難い条件に
変更し残っているＢＡＲＣ材をエッチングすることが重
要である。次に、ポリシリコン膜７０のエッチング処理
においては、ポリシリコンの残膜量（残膜厚）を測定
し、僅かな残膜量（残膜厚）７７（例えば、２０ｎｍ）
になった時点で、エッチング条件を下地酸化膜が削れ難
い条件に変更し残っているポリシリコン材をエッチング
することが重要である。

【００６９】ＢＡＲＣの残膜厚さ量測定に用いる光は、
ＢＡＲＣ表面からの反射光とポリシリコン境界面からの
反射光との干渉光９６を利用する。また、ポリシリコン
の残膜厚さ量測定に用いる光は、ポリシリコン表面から
の反射光と下地酸化膜境界面からの反射光との干渉光９
５Ａ又は９５Ｂを利用する。この際、下地酸化膜の厚み
がゲート電極部７８の厚み７７とトランジスタ素子を分
離するための溝部７９の厚み７６とが異なっているた
め、それぞれの部分からの干渉光強度９５Ａ，９５Ｂは
異なっており、素子分離部７９からの干渉光強度９５Ｂ
の方がゲート電極部７８からの干渉光強度９５Ａに比べ
大きい。従って、ポリシリコンの残膜厚さ測定において
は、素子分離部７９上のポリシリコンを対象として行
う。つまり、ポリシリコンのエッチング処理ではこの点
を考慮し干渉光強度９５Ｂを用いて、ポリシリコンを残
膜厚さが厚み７６になるまでエッチング処理を行い、そ
の後、下地酸化膜が削れ難いエッチング条件でのポリシ
リコン材のエッチング処理を行う。

【００７０】このエッチング処理を行う手順を図１７の
フローチャートにしたがって説明する。最初に、制御装
置１０００に積層膜（例えば、ＢＡＲＣ７３とポリシリ
コン膜７０）に対するエッチング条件(例えば、ガス条
件，放電条件，圧力条件など)と各膜７３，７０の目標
残膜厚さ値７５，７６と収束判定値が設定される（ステ
ップ８００）。次に、それぞれの膜種に応じて、微分波
形パターンデータベース１６に予め保存されている各膜
７３，７０の膜厚に関する全ての標準微分パター（Ｐ_Z
ｊ ）と、収束判定値（σ_{Z 0}）を微分波形比較器１５に
設定される（ステップ８０１）。次のステップにおいて
エッチング処理の開始と干渉光のサンプリングを開始す
る（ステップ８０２）。次に、制御装置１０００からの
指示により第１に処理される被エッチング材（例えば、
ＢＡＲＣ材）に関する標準微分パターンＰ_Zｊ と収束判
定値σ_{Z 0}が微分波形パターンデータベース１６から微分
波形比較器１５に設定される（ステップ８０３）。分光
器１１からの多波長の光はそれぞれ第１デジタルフィル
タ回路１２より平滑化時系列データＹｉ，ｊを求める
（ステップ８０４）。さらに、微分器１３と第２デジタ
ルフィルタ回路１４を介し、第３実施例のステップ７０
４−７１０と同様にして、平滑化微係数時系列データＤ
ｉ，ｊを求める（ステップ８０６，８０８）。これらの
平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊと予め微分波形比較
器１５に設定された微分パターンＰ_Fｊ を比較し、収束
値σ＝Σ(Ｄｉ，ｊ−Ｐ_Zｊ)²が最も小さい収束値に対す
る残膜厚さを求める。この時、σ≦σ_{Z 0}である場合は求
めた残膜厚さをこの時刻での残膜厚さ値Ｚｉとしデータ
記録器１８に収納する（ステップ８１０，８１５）。σ
＞σ_{Z 0}である場合、この時刻での残膜厚さ値は収納せ
ず、回帰分析器１９での処理ではこの時刻での残膜厚さ
データは除外する(ステップ８１５)。収納された過去の
時系列データＺｉを用いて、回帰分析器１９により１次
回帰直線Ｙ＝Ｘａ＊ｔ＋Ｘｂを求め、この回帰直線より
現時点の残膜厚さ量Ｚを算出する（ステップ８１６）。

【００７１】次に、終点判定器３３０において、現時点
の残膜厚さ量Ｚと制御装置１０００からの目標残膜厚さ
値７５と比較し（例えば、ＢＡＲＣ残膜厚さ２０ｎ
ｍ）、目標残膜値７５以下であれば被処理材のエッチン
グ量が所定値になったものとしてその結果を表示器１７
に表示すると、同時にエッチング条件を切り換えて次の
エッチング処理（ポリシリコンが削れにくいＢＡＲＣエ
ッチング条件）を行う（ステップ８１８）。目標残膜値
以上である場合、ステップ８０４に戻る。切り換えた次
のエッチング処理（ポリシリコンが削れにくいＢＡＲＣ
エッチング条件）は例えば、制御装置１０００によりウ
ェハバイアス電源１００３を制御し、残膜部をエッチン
グし、予め設定された時間が経過後に、エッチング条件
の切り換えを行う、すなわち、次の膜種のエッチングの
ためにエッチング条件を切り換える必要があるかどうか
を判定する（ステップ８１９）。

【００７２】次の膜種（例えば、ポリシリコン膜７０）
のエッチングでは、予め設定されたエッチング条件にガ
ス供給装置１００１やプラズマ発生装置１００２やウェ
ハバイアス電源１００３を制御すると共に、次の膜種
（例えば、ポリシリコン）の残膜厚さ７６に関する標準
微分パターン(Ｐ_Zｊ，σ_{Z 0}）を微分波形比較器１５に設
定し（ステップ８０３）、再びステップ８０４から８１
８を実行する。終点判定器３３０において、ポリシリコ
ンの残膜厚さ量Ｚが目標残膜厚さ値７６となった（例え
ば、ポリシリコン残膜厚さ２０ｎｍ）ことを判定し（ス
テップ８１８）、その結果を表示器１７に表示すると、
同時にエッチング条件を切り換えて次のエッチング処理
（下地酸化膜が削れにくいポリシリコンのエッチング条
件）を行う（ステップ８１８）。このエッチング処理
（下地酸化膜が削れにくいポリシリコンのエッチング条
件）は時間制御によりポリシリコンの残膜部をエッチン
グし、予め設定された時間が経過後に、エッチング条件
切り換えの判定を行う(ステップ８１９)。次のエッチン
グ処理が無い場合は、エッチング処理の終了及びサンプ
リング終了の設定を行う（ステップ８１４）。

【００７３】以上のように、第２実施例による上記の方
法では、被処理材の残膜厚さに関する微分パターンデー
タベースが十分になくとも、残膜厚さを予測することが
できる。さらに、残膜厚さに関する微分パターンデータ
ベースの作成において、サンプルウェハを完全にエッチ
ングする必要が無くなり、サンプルウェハを削減するこ
とができる。

【００７４】また、本発明の回帰分析によりエッチング
速度が求められるので、エッチング速度のウェハ毎の監
視により量産管理が行え、製品ウェハの不良発生を未然
に防止できる。

【００７５】また、本発明の回帰分析により被処理材の
初期膜厚が算出できるので、その結果を成膜装置にフィ
ードバックすることにより、成膜装置とエッチング装置
との一貫処理の量産管理が行える。

【００７６】第３実施例による方法によれば、被処理材
の初期膜厚にバラツキがあっても、精度良くエッチング
深さを算出でき、目標とするエッチング深さを正確に判
定するエッチング処理が行える。

【００７７】また、第４実施例の方法によれば、積層膜
構造を持った被処理材のエッチング処理において、それ
ぞれの膜をエッチングする時に残膜厚さ測定を行い、所
定の残膜厚さにおいて、エッチング条件を切り換えるこ
とにより、下地膜のエッチング削れを僅かにすることが
できる。

【００７８】また、ゲート電極のポリシリコンエッチン
グにおいては、素子分離部からの干渉光によりポリシリ
コン残膜厚さを測定することにより、正確に所定残膜厚
さを判定でき、ゲート電極部の下地酸化膜を過剰にエッ
チングすることが無く、ウェハの不良処理枚数を最小限
に抑えることができる。

【００７９】なお、上記の各実施例においては、光源を
有する分光器から多波長の放射光を放出し、被処理材か
らの反射光の干渉光を利用して測定を行う。一方、光源
を有しない分光器を用い、プラズマにより放出される多
波長の放射光を光源として利用するようにしても良い。

【００８０】なお、本発明は、さらに次の特徴を有す
る。 （１）試料のエッチング途中に測定したデータを蓄積
し、該蓄積された過去データを用いて前記エッチングに
おけるエッチング深さを予測し、所定のエッチング深さ
で前記エッチングを止めることを特徴とするエッチング
方法。 （２）下地膜を有さない被エッチング材のエッチング方
法において、前記被エッチング材の上に形成されたマス
クの削れ量と前記マスク上面からの前記被エッチング材
のエッチング底面までのエッチング段差を測定し、前記
被エッチング材のエッチング深さを管理することを特徴
とするエッチング方法。 （３）試料のエッチング途中の干渉光データを用いて、
前記試料の被エッチング部の残膜厚さを予測し、所定の
残膜厚さで前記エッチングを止めることを特徴とするエ
ッチング方法。 （４）ダマシンエッチングにおいて、前記エッチング途
中の干渉光データを用いて、初期膜厚を予測し溝深さを
決め、所定の溝深さで前記エッチングを止めることを特
徴とするエッチング方法。 （５）面内厚さが異なる下地膜上に形成されたゲート材
をエッチングする方法において、前記下地膜の厚さの厚
い部分で干渉光を測定し、前記厚さの厚い下地膜の上に
形成されたゲート材の残膜厚さを測定し、前記ゲート材
の膜厚を管理することを特徴とするエッチング方法。 （６）複数の膜が積層された被エッチング材のエッチン
グにおいて、前記被エッチング材からの干渉光を測定
し、前記膜毎にデジタルフィルタを切り換えて干渉光の
データを処理し、前記膜毎に膜厚を管理することを特徴
とするエッチング方法。 （７）ＢＡＲＣエッチングにおいて、エッチング中の被
処理材から測定した干渉光を用いて前記ＢＡＲＣの膜厚
を管理し、下地の被エッチング材の削れを防止すること
を特徴とするエッチング方法。 （８）ＳＴＩ部を有する半導体素子の製造において、前
記半導体素子の一部を形成するＰｏｌｙ−Ｓｉのエッチ
ングを行う際に、前記ＳＴＩ部上に形成されたＰｏｌｙ
−Ｓｉの残膜厚さで、前記Ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチング
を管理することを特徴とする半導体装置の製造方法。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ処理の、特に
プラズマエッチング処理において、被処理層の実際のエ
ッチング量をオンラインで正確に測定することのできる
被処理材のエッチング深さ及び膜厚測定方法とそれを用
いた被処理材の試料の処理方法とそれを用いたプロセス
の終点判定方法を提供することができる。

【００８２】また、半導体デバイスの各層をオンライン
で所定のエッチング量になるように高精度に制御できる
エッチング・プロセスを提供することができる。さら
に、被処理層の実際のエッチング量をオンラインで正確
に測定することのできる被処理材のエッチング深さ及び
膜厚測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるエッチング量測定装
置を備えた半導体ウェハのエッチング装置の全体構成を
示すブロック図である。

【図２】（ａ）は、エッチング処理途中の被処理材の縦
断面形状を示す図であり、(ｂ)，（ｃ）はそれぞれ異な
る波長の干渉光の波長実パターンの例を示す図である。

【図３】（ａ），（ｂ）は、図２（ａ），図２（ｂ）の
Ａ，Ｂ，Ｃに示す各段差（マスク材表面からの距離）及
びａ，ｂ，ｃに示すマスクの各残膜厚さに対応する、干
渉光の微係数値時系列データの波長をパラメータとする
図である。

【図４】図１のエッチング量測定装置でエッチング処理
を行う際に、被処理材の段差及びマスク残膜厚さを求め
る手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の第１の実施例の変形例によるエッチン
グ深さ測定装置を備えた半導体ウェハのエッチング装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図６】図５の実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】図５の実施例のエッチング深さ測定結果を示す
図である。

【図８】本発明の第２の実施例による残膜厚さ測定装置
を備えた半導体ウェハのエッチング装置の全体構成を示
すブロック図である。

【図９】エッチング処理途中の被処理材の縦断面形状を
示す図である。

【図１０】図８の実施例の動作を示すフローチャートで
ある。

【図１１】図８の実施例のポリシリコン残膜厚さの測定
結果及び回帰直線を示す図である。

【図１２】本発明の第３の実施例によるエッチング深さ
測定装置を備えた半導体ウェハのエッチング装置の全体
構成を示すブロック図である。

【図１３】エッチング処理途中の被処理材の縦断面形状
を示す図である。

【図１４】図１２の実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図１５】本発明の第４の実施例によるエッチング残膜
測定装置を備えた半導体ウェハのエッチング装置の全体
構成を示すブロック図である。

【図１６】エッチング処理途中の被処理材の縦断面形状
を示す図である。

【図１７】図１５の実施例の動作を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１…エッチング装置、２…真空容器、３…プラズマ、４
…被処理材、５…試料台、８…光ファイバー、９…放射
光、１０…測定装置、１１…分光器、１２，２２…第１
デジタルフィルタ回路、１３，２３…微分器、１４，２
４…第２デジタルフィルタ回路、１５，２５…微分波形
比較器、１６，２６…微分波形パターンデータベース、
１７…表示器、１８，２８…時系列データ記録器、１
９，２９…回帰分析器、３０，１３０，２３０，３３０
…終点判定器、４０…シリコン、４１…窒化膜、５０…
ポリシリコン、５１，６１，７１…マスク材、５２…下
地酸化膜、６０…有機膜、６２…配線材、７０…ポリシ
リコン膜、７２…下地酸化膜、７３…ＢＡＲＣ、７８…
ゲート電極部、７９…溝部、１０００…制御装置、１０
０１…ガス供給装置、１００２…プラズマ発生装置、１
００３…ウェハバイアス電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼井 建人 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 藤井 敬 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 吉開 元彦 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内 (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 日立笠 戸エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山本 秀之 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 CC19 FF51 GG03 GG23 HH04 HH13 QQ07 QQ15 QQ18 5F004 AA01 AA06 CB09 CB16 CB17 DB01 DB02 DB23 EB01 EB02 EB04

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子製造プロセスにおける膜の処理
   量測定方法は、 ａ） 第１の被処理材（４，５等）の膜の所定処理に対
   する干渉光の微分値の、波長をパラメータとする第１の
   被処理材の標準パターンを設定するステップと； ｂ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
   （４，５等）についての干渉光の強度を複数波長につい
   てそれぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の
   波長をパラメータとする実パターンを求めるステップ
   と； ｃ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記実パタ
   ーンとに基づき、前記第２の被処理材の膜の処理量（４
   ３）を求めるステップと、を備えることを特徴とする膜
   の処理量測定方法。
2. 【請求項２】半導体素子製造プロセスにおける膜の処理
   量測定方法は、 ａ） 第１の被処理材（４，５等）の膜の所定処理に対
   する干渉光の微分値の、波長をパラメータとする第１の
   被処理材の標準パターンを設定するステップと； ｂ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
   （４，５等）についての干渉光の強度を複数波長につい
   てそれぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の
   波長をパラメータとする実パターンを求めるステップ
   と； ｃ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記実パタ
   ーンとに基づき、前記第２の被処理材の膜の処理量（４
   ３）を求めるステップと； ｄ） 前記第２の被処理材の膜の処理量が所定値になる
   と、プロセス条件を切り換えて処理を行うステップと、
   を備えることを特徴とする膜の処理量測定方法。
3. 【請求項３】被処理材のエッチング量を測定するエッチ
   ング量測定方法は、 ａ） マスク材（４１）を含む第１の被処理材（４）の
   所定エッチング量に対する干渉光の微分値の、波長をパ
   ラメータとする第１の被処理材の標準パターン（Ｐ_S ）
   を設定するステップ（４００）と； ｂ） 前記第１の被処理材の前記マスク材の所定エッチ
   ング量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータと
   するマスク材の標準パターン（Ｐ_M ）を設定するステッ
   プ（４２０）と； ｃ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
   (４)についての干渉光の強度を複数波長についてそれぞ
   れ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長をパ
   ラメータとする実パターンを求めるステップ（４０２−
   １０８，４２４−４２８）と； ｄ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記マスク
   材の標準パターン(Ｐ_SとＰ_M)と前記実パターンとに基づ
   き、前記第２の被処理材のエッチング量(４４)を求める
   ステップ（４１０，４３０，４１２）と、を備えること
   を特徴とするエッチング量測定方法。
4. 【請求項４】被処理材のエッチング量を測定するエッチ
   ング量測定方法は、 ａ） マスク材（４１）を含む第１の被処理材（４）の
   複数の所定エッチング量の各々に対する干渉光の微分値
   の、波長をパラメータとする第１の被処理材の標準パタ
   ーン（Ｐ_S）を設定するステップ（５００）と； ｂ） 前記第１の被処理材の前記マスク材の複数の所定
   エッチング量の各々に対する干渉光の微分値の、波長を
   パラメータとするマスク材の標準パターン（Ｐ_M ）を設
   定するステップ（５２０）と； ｃ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
   （４）についての干渉光の強度を複数波長についてそれ
   ぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長を
   パラメータとする実パターンを求めるステップ(５０２
   −５０８,５２４−５２８）と； ｄ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記マスク
   材の標準パターン(Ｐ_SとＰ_M ）と前記実パターンとに基
   づき、前記第２の被処理材のエッチング量を求めるステ
   ップ（５１０−５１５，５３０−５３５）と； ｅ） ステップｄ）で求めた過去の前記第２の被処理材
   のエッチング量を用いた回帰分析により現時点での前記
   第２の被処理材のエッチング量（Ｓ，Ｍ）を求めるステ
   ップ（５１６，５３６）と、を備えることを特徴とする
   エッチング量測定方法。
5. 【請求項５】被処理材のエッチング量を測定するエッチ
   ング量測定方法は、 ａ） 第１の被処理材（５）の複数の所定エッチング量
   の各々に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータと
   する第１の被処理材の標準パターン（Ｐｚ）を設定する
   ステップ（６００）と； ｂ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
   （５）についての干渉光の強度を複数波長についてそれ
   ぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長を
   パラメータとする実パターンを求めるステップ（６０２
   −６０８）と； ｃ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記実パタ
   ーンとに基づき、前記第２の被処理材のエッチング量を
   求めるステップ（６１０−６１５）と； ｄ） ステップｃ）で求めた過去の前記第２の被処理材
   のエッチング量を用いた回帰分析により、前記第２の被
   処理材のエッチング量が目標値となる時刻を予測するス
   テップ（６１６，６１８）と、を備えることを特徴とす
   るエッチング量測定方法。
6. 【請求項６】請求項５記載のエッチング量測定方法は、
   更に、ステップｃ）で求めた過去の前記第２の被処理材
   のエッチング量を用いた前記回帰分析によりエッチング
   速度を求めるステップを備えるエッチング量測定方法。
7. 【請求項７】請求項５記載のエッチング量測定方法は、
   更に、ステップｃ）で求めた過去の前記第２の被処理材
   のエッチング量を用いた前記回帰分析により前記第２の
   被処理材の初期膜厚を求めるステップを備えるエッチン
   グ量測定方法。
8. 【請求項８】請求項５記載のエッチング量測定方法は、
   更に、 ステップｃ）で求めた過去の前記第２の被処理材のエッ
   チング量を用いた前記回帰分析により前記第２の被処理
   材の初期膜厚と残膜厚とを求めるステップと；該求めた
   前記第２の被処理材の初期膜厚と残膜厚とに基づき前記
   第２の被処理材のエッチング深さを求めるステップと、
   を備えるエッチング量測定方法。
9. 【請求項９】複数の膜が積層された半導体素子における
   被処理材の処理方法は、 前記被処理材の残膜厚さを測定するステップと；前記残
   膜厚さが所定値になるとエッチング条件を切り換えてエ
   ッチング処理を行うステップとを備えることを特徴とす
   る被処理材の処理方法。
10. 【請求項１０】複数の膜が積層された半導体素子におい
    て、厚さの異なる部分を有する下地膜上に形成された被
    処理材のエッチング方法は、 厚い下地膜の部分上に形成された前記被処理材の残膜厚
    さを測定するステップと；該測定された前記被処理材の
    残膜厚さに基づきエッチング処理を管理するステップと
    を備えることを特徴とする被処理材のエッチング方法。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の被処理材のエッチング
    方法は、更に、 前記測定された前記被処理材の残膜厚さが所定値になる
    とエッチング条件を切り換えてエッチング処理を行うス
    テップとを備える被処理材のエッチング方法。
12. 【請求項１２】複数の膜が積層された半導体素子におけ
    る被処理材のエッチング方法は、 ａ） 第１の被処理材（７）の複数の所定エッチング量
    の各々に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータと
    する第１の被処理材の標準パターン（Ｐｚ）を設定する
    ステップ（８００−８０１）と； ｂ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
    （７）についての干渉光の強度を複数波長についてそれ
    ぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長を
    パラメータとする実パターンを求めるステップ（８０２
    −８０８）と； ｃ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記実パタ
    ーンとに基づき、前記第２の被処理材のエッチング量を
    求めるステップ（８１０−８１５）と； ｄ） ステップｃ）で求めた過去の前記第２の被処理材
    のエッチング量を用いた回帰分析により、前記第２の被
    処理材の残膜厚さを求めるステップ（８１６，６１８）
    と； ｅ） 該求めた前記被処理材の残膜厚さが所定値になる
    とエッチング条件を切り換えてエッチング処理を行うス
    テップと、を備えることを特徴とする被処理材のエッチ
    ング方法。
13. 【請求項１３】半導体素子製造プロセスにおける膜の処
    理量測定装置は、 第１の被処理材（４，５等）の膜の所定処理に対する干
    渉光の微分値の、波長をパラメータとする第１の被処理
    材の標準パターンを設定するユニットと；前記第１の被
    処理材と同一構成の第２の被処理材（４，５等）につい
    ての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測定し、
    該測定された干渉光強度の微分値の波長をパラメータと
    する実パターンを求めるユニットと；前記第１の被処理
    材の標準パターンと前記実パターンとに基づき、前記第
    ２の被処理材の膜の処理量（４３）を求めるユニット
    と、を備えることを特徴とする膜の処理量測定装置。
14. 【請求項１４】半導体素子製造プロセスにおける膜の処
    理量測定装置は、 第１の被処理材（４，５等）の所定プロセス量に対する
    干渉光の微分値の、波長をパラメータとする第１の被処
    理材の標準パターンを設定するユニットと；前記第１の
    被処理材と同一構成の第２の被処理材（４，５等）につ
    いての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測定
    し、該測定された干渉光強度の微分値の波長をパラメー
    タとする実パターンを求めるユニットと；前記第１の被
    処理材の標準パターンと前記実パターンとに基づき、前
    記第２の被処理材の膜の処理量（４３）を求めるユニッ
    トと；前記第２の被処理材の膜の処理量が所定値になる
    と、プロセス条件を切り換えて処理を行うユニットと、 を備えることを特徴とする膜の処理量測定装置。
15. 【請求項１５】被処理材のエッチング量を測定するエッ
    チング量測定装置は、 マスク材（４１）を含む第１の被処理材（４）の所定エ
    ッチング量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメー
    タとする第１の被処理材の標準パターン(Ｐ_S）を設定す
    るユニットと；前記第１の被処理材の前記マスク材の所
    定エッチング量に対する干渉光の微分値の、波長をパラ
    メータとするマスク材の標準パターン（Ｐ_M ）を設定す
    るユニットと；前記第１の被処理材と同一構成の第２の
    被処理材（４）についての干渉光の強度を複数波長につ
    いてそれぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値
    の波長をパラメータとする実パターンを求めるユニット
    と；前記第１の被処理材の標準パターンと前記マスク材
    の標準パターン(Ｐ_SとＰ_M)と前記実パターンとに基づ
    き、前記第２の被処理材のエッチング量（４４）を求め
    るユニットと、を備えることを特徴とするエッチング量
    測定装置。
16. 【請求項１６】被処理材のエッチング量を測定するエッ
    チング量測定装置は、 マスク材（４１）を含む第１の被処理材（４）の複数の
    所定エッチング量の各々に対する干渉光の微分値の、波
    長をパラメータとする第１の被処理材の標準パターン
    （Ｐ_S）を設定するユニットと；前記第１の被処理材の
    前記マスク材の複数の所定エッチング量の各々に対する
    干渉光の微分値の、波長をパラメータとするマスク材の
    標準パターン（Ｐ_M ）を設定するユニットと；前記第１
    の被処理材と同一構成の第２の被処理材（４）について
    の干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測定し、該
    測定された干渉光強度の微分値の波長をパラメータとす
    る実パターンを求めるユニットと；前記第１の被処理材
    の標準パターンと前記マスク材の標準パターン（Ｐ_S と
    Ｐ_M ）と前記実パターンとに基づき、前記第２の被処理
    材のエッチング量を求めるユニットと；前記求めた過去
    の前記第２の被処理材のエッチング量を用いた回帰分析
    により現時点での前記第２の被処理材のエッチング量
    （Ｓ，Ｍ）を求めるユニットと、を備えることを特徴と
    するエッチング量測定装置。
17. 【請求項１７】被処理材のエッチング量を測定するエッ
    チング量測定装置は、 第１の被処理材（５）の複数の所定エッチング量の各々
    に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータとする第
    １の被処理材の標準パターン（Ｐｚ）を設定するユニッ
    トと；第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
    （５）についての干渉光の強度を複数波長についてそれ
    ぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長を
    パラメータとする実パターンを求めるユニットと；前記
    第１の被処理材の標準パターンと前記実パターンとに基
    づき、前記第２の被処理材のエッチング量を求めるユニ
    ットと；前記求めた過去の前記第２の被処理材のエッチ
    ング量を用いた回帰分析により、前記第２の被処理材の
    エッチング量が目標値となる時刻を予測するユニット
    と、を備えることを特徴とするエッチング量測定装置。
18. 【請求項１８】請求項１７記載のエッチング量測定装置
    は、更に、 前記求めた過去の前記第２の被処理材のエッチング量を
    用いた前記回帰分析により前記第２の被処理材の初期膜
    厚と残膜厚とを求めるユニットと；該求めた前記第２の
    被処理材の初期膜厚と残膜厚とに基づき前記第２の被処
    理材のエッチング深さを求めるユニットと、を備えるエ
    ッチング量測定装置。
19. 【請求項１９】複数の膜が積層された半導体素子におけ
    る被処理材の処理装置は、 前記被処理材の残膜厚さを測定するユニットと；前記残
    膜厚さが所定値になるとエッチング条件を切り換えてエ
    ッチング処理を行うユニットとを備えることを特徴とす
    る被処理材の処理装置。
20. 【請求項２０】複数の膜が積層された半導体素子におい
    て、厚さの異なる部分を有する下地膜上に形成された被
    処理材のエッチング装置は、 厚い下地膜の部分上に形成された前記被処理材の残膜厚
    さを測定するユニットと；該測定された前記被処理材の
    残膜厚さに基づきエッチング処理を管理するユニットと
    を備えることを特徴とする被処理材のエッチング装置。
21. 【請求項２１】請求項２０記載の被処理材のエッチング
    装置は、更に、 前記測定された前記被処理材の残膜厚さが所定値になる
    とエッチング条件を切り換えてエッチング処理を行うユ
    ニットとを備える被処理材のエッチング装置。
22. 【請求項２２】複数の膜が積層された半導体素子におけ
    る被処理材のエッチング装置は、 第１の被処理材（７）の複数の所定エッチング量の各々
    に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータとする第
    １の被処理材の標準パターン（Ｐｚ）を設定するユニッ
    トと；前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
    （７）についての干渉光の強度を複数波長についてそれ
    ぞれ測定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長を
    パラメータとする実パターンを求めるユニットと；前記
    第１の被処理材の標準パターンと前記実パターンとに基
    づき、前記第２の被処理材のエッチング量を求めるユニ
    ットと；前記求めた過去の前記第２の被処理材のエッチ
    ング量を用いた回帰分析により、前記第２の被処理材の
    残膜厚さを求めるユニットと；該求めた前記被処理材の
    残膜厚さが所定値になるとエッチング条件を切り換えて
    エッチング処理を行うユニットと、を備えることを特徴
    とする被処理材のエッチング装置。
23. 【請求項２３】半導体素子製造プロセスの終点判定方法
    は、 ａ） マスク材を含む第１の被処理材の所定エッチング
    量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータとする
    第１の被処理材の標準パターンを設定するステップと； ｂ） 前記第１の被処理材の前記マスク材の所定エッチ
    ング量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータと
    するマスク材の標準パターンを設定するステップと； ｃ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
    についての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測
    定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長をパラメ
    ータとする実パターンを求めるステップと； ｄ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記マスク
    材の標準パターンと前記実パターンとに基づき、前記第
    ２の被処理材のエッチング量を求めるステップと； ｅ） 前記求められた第２の被処理材のエッチング量に
    よってプロセスの終点を判定するステップと、を備える
    ことを特徴とする終点判定方法。
24. 【請求項２４】第１の被処理材の所定段差に対する干渉
    光の微分値の、波長をパラメータとする標準パターンと
    被処理材の所定マスク残膜厚さに対する干渉光の微分値
    の、波長をパラメータとする標準パターンを設定するス
    テップと、 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材につい
    ての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測定し、
    該測定された干渉光強度の微分値の、波長をパラメータ
    とする実パターンを求めるステップと、 前記標準パターンと前記微分値の実パターンとに基づ
    き、前記第２の被処理材の段差とマスク残膜厚さを求め
    るステップと、 前記求められた第２の被処理材の段差およびマスク残膜
    厚さによりプロセスの終点を判定するステップと、を有
    することを特徴とするプロセスの終点判定方法。
25. 【請求項２５】半導体素子製造プロセスの終点判定装置
    は、 ａ） マスク材を含む第１の被処理材の所定エッチング
    量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータとする
    第１の被処理材の標準パターンを設定するユニットと； ｂ） 前記第１の被処理材の前記マスク材の所定エッチ
    ング量に対する干渉光の微分値の、波長をパラメータと
    するマスク材の標準パターンを設定するユニットと； ｃ） 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材
    についての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測
    定し、該測定された干渉光強度の微分値の波長をパラメ
    ータとする実パターンを求めるユニットと； ｄ） 前記第１の被処理材の標準パターンと前記マスク
    材の標準パターンと前記実パターンとに基づき、前記第
    ２の被処理材のエッチング量を求めるユニットと； ｅ） 前記求められた第２の被処理材のエッチング量に
    よってプロセスの終点を判定するユニットと、を備える
    ことを特徴とする終点判定装置。
26. 【請求項２６】第１の被処理材の所定段差に対する干渉
    光の微分値の、波長をパラメータとする標準パターンと
    被処理材の所定マスク残膜厚さに対する干渉光の微分値
    の、波長をパラメータとする標準パターンを設定するユ
    ニットと、 前記第１の被処理材と同一構成の第２の被処理材につい
    ての干渉光の強度を複数波長についてそれぞれ測定し、
    該測定された干渉光強度の微分値の、波長をパラメータ
    とする実パターンを求めるユニットと、 前記標準パターンと前記微分値の実パターンとに基づ
    き、前記第２の被処理材の段差とマスク残膜厚さを求め
    るユニットと、 前記求められた第２の被処理材の段差およびマスク残膜
    厚さによりプロセスの終点を判定するユニットと、を備
    えることを特徴とするプロセスの終点判定装置。