JP2005136249A - エッチング処理のモニター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマエッチング処理を施す際に、半導体ウェハのモニター対象となるセルが極めて小さい場合であっても、高精度にモニターできるようにする。
【解決手段】半導体ウェハの表面にプラズマエッチング処理を施す処理チャンバ２０、処理チャンバの上壁２２に形成され窓２３ａで覆われた開口部２３、上壁２２の上方に所定空間を画定するカバー３０、カバー内に配置され開口部を通して処理チャンバ内に配置された半導体ウェハＷに光ビームを照射すると共に反射された反射光を受光する光学ユニット４０を備え、光学ユニットでエッチング処理をモニターする装置において、カバー３０を電磁波を遮断する材料により形成し、カバー３０の外側に、光学ユニット４０を半導体ウェハに沿って二次元的に移動させる駆動機構５０を設けた。これにより、電磁波の影響を受けることなく安定して、光学ユニットを高精度に位置決めできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハをエッチング処理する際のリセス深さをモニター（監視）するエッチング処理のモニター装置に関し、特に、ＤＲＡＭに比べてメモリセルの領域（面積）が極めて小さいｅＤＲＡＭ（ｅｍｂｅｄｅｄ ＤＲＡＭ）のリセス深さをモニターするのに適したエッチング処理のモニター装置に関する。

ＤＲＡＭ等の製造に際して、従来のプラズマエッチング装置では、半導体ウエハにドライエッチングを施してメモリセル等を形成する場合に、そのエッチング処理を定期的にモニターする必要がある。そこで、従来のプラズマエッチング装置においては、ドーム（上壁）を備えたプロセスチャンバ、プロセスチャンバ上に配置されたカバー（エンクロージャー）等を備えた構成において、ドームの略中央に開口部を設け、この開口部を石英等により形成された窓で覆い、ドームの上方でカバー内にレンズを含む光学ユニット（モニターアセンブリ）を配置してモニター装置を形成したものが知られている。
ここで、光学ユニット（モニターアセンブリ）は、カバーの内部に固定されており、半導体ウエハの表面に向けて光ビームを発する発光部、その表面にて反射された反射光を受光する受光部を有するものである（例えば、特許文献１参照）。
特表２００１−５１９５９６号公報

ところで、上記従来のモニター装置においては、光学ユニットから半導体ウエハの表面に照射される光ビームのスポット直径が約１５ｍｍであり、一方、測定対象となるｅＤＲＡＭのセル領域は約１ｍｍ×１ｍｍの大きさである。したがって、セル領域が非常に小さいが故にＳ／Ｎ値が小さくなり、又、測定対象となるセル領域が光ビームの照射領域内に必ず収まっている（位置している）とは限らず、ｅＤＲＡＭに形成されるリセス深さを正確に測定するのは困難である。
また、プラズマエッチング装置においては、プラズマを発生させるために強電磁波の環境下に曝されるため、例えば、光学ユニット（モニターアセンブリ）を可動自在とする駆動機構等を採用する場合に、その駆動機構が強い電磁波の影響を受けないようにする必要がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、測定対象が非常に小さい領域、例えば、ｅＤＲＡＭのセル領域等であっても、エッチング処理を高精度にモニターでき、又、定期的なメンテナンスを施しても部品の再組付けによる機械的な誤差を生じることなく、さらには、ロット毎に測定対象となる領域が異なっていても誤差を生じることなく、安定して高精度にモニターできるエッチング処理のモニター装置を提供することにある。

本発明に係るエッチング処理のモニター装置は、半導体ウエハの表面にプラズマエッチング処理を施す処理チャンバと、処理チャンバの上壁に形成され窓で覆われた開口部と、上壁の上方に所定空間を画定するカバーと、カバー内に配置され開口部を通して処理チャンバ内に配置された半導体ウエハに光ビームを照射すると共に反射された反射光を受光する光学ユニットとを備え、光学ユニットにより得られた情報に基づいてエッチング処理をモニターするエッチング処理のモニター装置であって、上記カバーは、電磁波を遮断する材料により形成され、上記カバーの外側には、光学ユニットを半導体ウエハに沿って二次元的に移動させる駆動機構が設けられている、ことを特徴としている。
この構成によれば、処理チャンバ内に配置された半導体ウエハのモニター位置（例えば、１ｍｍ四方のセル領域）に対して、光学ユニットの照射スポットが逸脱している場合に、駆動機構が光学ユニットを半導体ウエハに沿って二次元的に移動させることで、照射スポットをモニター位置に位置合わせすることができる。また、光学ユニットがプラズマエッチングのために用いられる電磁波の雰囲気に曝されても、その駆動機構は、電磁波を遮断するカバーの外側に配置されているため、電磁波の影響を受けることなく安定して駆動制御され、光学ユニットは高精度に位置決めされ得る。

上記構成において、駆動機構は、カバーの外壁に固定されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、駆動機構がカバーの外壁に直接固定されているため、カバーと駆動機構さらには処理チャンバとの相対的な位置決めを容易に行うことができ、又、カバーの外側において駆動機構を別個に支持及び固定する手段を設ける場合に比べて、構造を簡略化でき、装置の小型化に寄与する。

上記構成において、カバー内でかつ上壁の上方近傍には、処理チャンバ内にプラズマガスを発生させるための電磁波発生源が配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、カバー内で上壁の上方近傍に電磁波発生源（例えば、励磁用のコイル等）が配置されているため、上壁に形成された開口部に臨む光学ユニットは強い電磁波雰囲気に曝されるが、駆動機構は、電磁波を遮断するカバーの外側に配置されているため、安定した駆動制御がなされて、光学ユニットは高精度に位置決めされ得る。

上記構成において、光学ユニットは、半導体ウエハの表面と対向するレンズと、レンズの上方に配置されて光ビームの光路を略直角に屈曲させて反射する反射要素と、発光部から反射要素に向けて又反射要素から受光部に向けて光ビームを導く光ファイバーと、駆動機構に連結されると共にレンズ及び反射要素を少なくとも保持する保持部材と、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、発光部から発せられた光ビームは光ファイバーを経て反射要素（例えば、反射鏡、プリズム等）により略直角に反射されてレンズを通り、半導体ウエハ上のモニター位置に照射され、モニター位置にて反射された反射光は再びレンズ、反射要素、光ファイバーを経て受光部に戻り、エッチング処理されるモニター位置（リセス領域）の深さをモニターする。また、駆動機構は、保持部材を介して光学ユニット（レンズ）の位置決めを行う。
ここで、例えば、反射要素の反射率を従来より大きく（例えば、９９．５％）、レンズの外径を従来よりも大きく（例えば、φ４０ｍｍ）、焦点距離を従来よりも長く（例えば、７０ｍｍ）、光ファイバーの直径を従来よりも小さく（例えば、φ１ｍｍ）することで、光ビームの照射スポット径をφ２．５ｍｍ程度に絞ることができ、狭いセル領域をより高精度にモニターすることができる。

上記構成において、カバーは、保持部材を通すと共に水平面内での所定範囲の移動を許容する貫通孔を有し、駆動機構は、光学ユニットを水平面内で二次元的に移動させて位置決めし得るＸＹステージである、構成を採用することができる。
この構成によれば、貫通孔を通して電磁波が洩れ出るのを極力抑制しつつ、光学ユニットは、ＸＹステージにより水平面内の所望の位置に位置決めされる。

上記構成において、ＸＹステージは、その最下部において、光学ユニットの保持部材を移動自在に支持している、構成を採用することができる。
この構成によれば、光学ユニットがＸＹステージの最下部において保持されているため、光学ユニットを水平移動させる場合に、その光ファイバーを垂下させて撓みをもたせることができ、光学ユニットの移動動作を円滑に行うことができる。

上記構成において、カバーは、処理チャンバに対して着脱自在に設けられており、駆動機構は、カバーの再組付け後において、光学ユニットの照射スポットを中心出し用ウエハの中心位置に位置合わせしてゼロ点設定を行うべく駆動制御される、構成を採用することができる。
この構成によれば、メンテナンスの際に、カバーが処理チャンバから取り外されて再び組付けられた場合に、駆動機構により、予め、光学ユニットの照射スポットを基準となる中心出し用ウエハの中心位置（例えば、処理対象のとなる半導体ウエハと同一形状に形成されその中心に１ｍｍ四方の反射領域をもつもの）に合わせるゼロ点設定がなされるため、再組付けによる位置ずれが確実に補正される。

上記構成において、駆動機構は、上記ゼロ点設定の後において、同一ロットで作製された複数の半導体ウエハの少なくとも一つの半導体ウエハのモニター位置に対して、光学ユニットの照射スポットを予め位置合わせするベく駆動制御される、構成を採用することができる。
この構成によれば、異なるロットで作製された半導体ウエハが処理される場合に、駆動機構により、予め光学ユニットの照射スポットがそのロットで作製された半導体ウエハのモニター位置に位置合わせされるため、ロット毎の位置ずれが必ず補正されて、高精度にモニターすることができる。

上記構成において、半導体ウエハは、Ｓｉ基板上に積層されたマスク膜を有し、光学ユニットにより測定されたリセス深さの値が、予め測定されたマスク膜の膜厚値を反映させた所望のターゲット値になるようにエッチング処理を制御する制御手段を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、制御手段は、予め測定されたマスク膜（例えば、ＳｉＮ膜）の膜厚をターゲット値（処理されるべきリセス深さの値）に反映させて、光学ユニットによりモニターされる実際のリセス深さがターゲット値（測定されたマスク膜の厚さ＋管理されるべきＳｉ基板の部分の深さ）に達すると、エッチング処理を停止させるように制御する。したがって、マスク膜の膜厚のバラツキに関係なく、Ｓｉ基板に形成されたリセス深さを高精度に管理することができる。

上記のように、本発明に係るエッチング処理のモニター装置によれば、処理チャンバの上壁に形成され窓で覆われた開口部、上壁の上方に所定空間を画定するカバー、カバー内で上壁の上方に配置された光学ユニット等を備え、この光学ユニットにより得られた情報に基づいてエッチング処理をモニターする構成において、電磁波を遮断する材料によりカバーを形成し、光学ユニットを半導体ウエハに沿って二次元的に移動させる駆動機構をこのカバーの外側に設けたことにより、電磁波等の影響を受けることなく、駆動機構により、光学ユニットの照射スポットを半導体ウエハのモニター位置に対して、高精度に位置決めすることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図８は、本発明に係るモニター装置を備えたプラズマエッチング装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の概略構成図、図２は光学ユニット及び半導体ウエハの関係を示す断面図、図３は光学ユニットの駆動制御及びエッチング処理の制御システムを示すブロック図、図４はリセス深さを示す断面図、図５は駆動機構の分解斜視図、図６は光学ユニットを移動させる際の制御範囲を示す平面図、図７及び図８は光学ユニットの位置合わせを示す図である。

この装置１０は、図１に示すように、半導体ウエハＷを収容してプラズマエッチング処理を施す処理チャンバ２０、処理チャンバ２０の上方に所定空間を画定するカバー３０、カバー３０内に配置された光学ユニット４０、光学ユニット４０の一部を保持して水平面内で二次元的に駆動する駆動機構５０、種々の制御を行う制御ユニット６０等を備えている。

処理チャンバ２０は、図１及び図２に示すように、内部の所定位置に半導体ウエハＷを載置して位置決めするペデスタル２１、ペデスタル２１の上方においてドーム状に形成された上壁２２、上壁２２の略中央部に形成された円形の開口部２３、開口部２３を覆うように嵌め込まれた窓２３ａ、窓２３ａを押えるクランプリング２３ｂ、その他半導体ウエハＷの出し入れ用の開口２４等を備えている。
尚、窓２３ａは、光学ユニット４０から照射される光ビームの屈折を極力防止するために、屈折率の低い透明な材料、例えば、石英ガラス等により形成されている。
また、処理チャンバ２０には、図１に示すように、カバー３０内でかつ上壁２２の上方近傍において、プラズマガスを発生させるための強い電磁波を発生させる電磁波発生源としてのコイル２５等が配置されている。尚、コイル２５は、上壁２２の外周領域に環状に配置され、所定位置（例えば、カバー３０の内側あるいはカバー３０の外側）に配置された高周波電源（ＲＦジェネレータ）に接続されている。

カバー３０は、高周波誘導磁場にて生じる電磁波を遮断する材料を用いて円筒状の蓋をなすように形成されており、図１に示すように、上壁２２と一体的にあるいは別体的に、処理チャンバ２０に対して着脱自在となっている。
カバー３０には、図１に示すように、その一側面において略矩形形状の貫通孔３１が形成されており、光学ユニット４０の一部（後述する保持部材４４）が貫通孔３１に通されている。貫通孔３１は、駆動機構５０により光学ユニット４０が移動させられる際に、その水平面（ＸＹ面）内での移動を許容し得ると同時に、カバー４０の内部に発生した電磁波を極力外部に漏らさない大きさに形成されている。

光学ユニット４０は、図１及び図２に示すように、開口部２３（窓２３ａ）を通して半導体ウエハＷの表面と対向して配置され正の屈折力をもつ凸状のレンズ４１、レンズ４１の上方に配置されて光ビームの光路を略直角に屈曲させて反射する反射要素としての反射鏡４２、光ビームを導く光ファイバー４３、レンズ４１，反射鏡４２，及び光ファイバー４３の一部を保持する保持部材４４等により形成されている。また、保持部材４４には、カバー４０の外側に位置する端部において、バランスを確保するためのウエイト４５が取り付けられている。
ここで、レンズ４１の先端部（あるいは保持部材４４の開口下端部）と上壁２２に形成された開口部２３（あるいは窓２３ａ）の上端部（あるいはクランプリング２３ｂの上端部）とは、図２に示すように、非接触の状態で極力近接して配置されている。
尚、ここでは、保持部材４４の開口下端部とクランプリング２３ｂの上端部との離隔距離Ｄが、例えば、２ｍｍ程度に設定されている。

また、光学ユニット４０の仕様については表１のようになる。

上記のように、光学ユニット４０においては、レンズ４１の直径を従来よりも大きくし（φ２５→φ４０ｍｍ）、反射鏡４２の反射率を従来よりも大きくし（８０％→９９．５％）、焦点距離を従来よりも長くし（５０ｍｍ→７０ｍｍ）、光ファイバー４３の直径を従来よりも小さくする（φ３．２ｍｍ→φ１ｍｍ）ことで、光ビームの照射スポットＳＰの径を従来のものに比べてφ２．５ｍｍ程度までに絞ることができる。その結果、ｅＤＲＡＭ等のモニター対象となる１ｍｍ四方の極小のセル領域をより高精度にモニターすることができる。

光ファイバー４３は、図３に示すように、発光部としてのＵＶランプ６１に接続された光ファイバー４３ａと、受光部としての検出器６２に接続された光ファイバー４３ｂを含んでいる。すなわち、ＵＶランプ６１から発せられた光ビームは光ファイバー４３ａを経て反射鏡４２により略直角に反射され、レンズ４１を通過した後、半導体ウエハＷの表面（モニター位置であるリセス領域）に照射され、モニター位置（リセス領域）にて反射された反射光は、再びレンズ４１を通過し、反射鏡４２により略直角に反射され、光ファイバー４３ｂを経て検出器６２に受光される。

検出器６２は、図３に示すように、種々の演算処理を行って制御信号を発する制御部（制御手段）６３に接続されており、又、その配線の途中にはマニュアルスイッチ６４を介して、ＸＹステージコントローラ６５が接続されている。尚、制御部６３、マニュアルスイッチ６４、ＸＹステージコントローラ６５等により、制御ユニット６０が構成されている。
すなわち、制御部６３は、検出器６２により得られた情報に基づいて、半導体ウエハＷのエッチング処理（リセス深さ）をモニターしつつ、そのリセス深さが目標とする値（ターゲット値）になった時点で、エッチング処理を停止させるようになっている。
一方、ＸＹステージコントローラ６５は、マニュアルスイッチ６４がＯＮとされることにより、検出器６２の情報に基づいてＸＹステージ５０を駆動し、光学ユニット４０を所望の位置に位置決めできるようになっている。

ここで、エッチング処理の対象となる半導体ウエハＷは、図４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板Ｗ１上にマスク膜としてのＳｉＮ膜Ｗ２が積層され、ＳｉＮ膜Ｗ２からＳｉ基板Ｗ１まで延在するポリＳｉ層Ｗ３の領域においてメモリセルのためのリセスが形成される。したがって、このリセス領域に光ビームを照射することにより、エッチング処理におけるリセス深さがモニターされる。

この際、光学ユニット４０は、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜Ｗ２の上面からエッチング処理されたポリＳｉ層Ｗ３の上面までのリセス深さＤｍを検出することになる。したがって、制御部６３は、光学ユニット４０により測定されたリセス深さＤｍが、予め測定されたＳｉＮ膜Ｗ２の膜厚値Ｄａを反映させた（含めた）所望のターゲット値（すなわち、膜厚値Ｄａ＋Ｓｉ基板Ｗ１の上面Ｗ１ｕｐからポリＳｉ層Ｗ３の上面までのリセス深さＤｄ）になるように、モニターしつつエッチング処理を制御するようになっている。
これにより、ＳｉＮ膜Ｗ２の厚さＤａのバラツキに関係なく、Ｓｉ基板Ｗ１に形成されたリセス深さＤｄを高精度に管理することができ、所望の深さをもつリセス（セル）を高精度に仕上げることができる。

駆動機構５０は、図１及び図５に示すように、カバー４０の外側に配置されて、その外壁３０ａにブラケット５１を介して固定されている。駆動機構５０は、図５に示すように、Ｙ軸方向に伸長する案内溝５２ａを有するベース５２、案内溝５２ａに摺動自在に嵌合される嵌合部５３ａ及びＸ軸方向に伸長する案内溝５３ｂを有するＹステージ５３、Ｙステージ５３に螺合されてＹ軸方向に伸長するリードスクリュー５４、リードスクリュー５４を回転させるべくベース５２に固定されたステップモータ５５、案内溝５３ｂに摺動自在に嵌合される嵌合部５６ａを有するＸステージ５６、Ｘステージ５６に螺合されてＸ軸方向に伸長するリードスクリュー５７、リードスクリュー５７を回転させるべくＹステージ５３に固定されたステップモータ５８等により形成されている。
そして、Ｘステージ５６の最下部には、光学ユニット４０の保持部材４４が固定されている。また、光学ユニット４０の光ファイバー４３は、図１に示すように、カバー３０の外壁３０ａ（又はブラケット５１）に固定されたブラケット５９により、その一部が垂下して弛んだ状態に保持されており、その端部４３ａ，４３ｂが、図３に示すように、ＵＶランプ６１及び検出器６２に接続されている。

上記構成において、ステップモータ５８が駆動されると、 Ｘステージ５６がＸ軸方向に移動して、光学ユニット４０をＸ方向の所望の位置に位置決めし、ステップモータ５５が駆動されると、Ｙステージ５３がＹ軸方向に移動して、光学ユニット４０をＹ方向の所望の位置に位置決めするようになっている。
この装置においては、図６に示すように、半導体ウエハＷの製造バラツキにより、モニターの対象となるセルが存在し得る範囲Ｓよりも広い±Ｌの範囲Ｓ´で照射スポットＳＰの位置を調整できるようになっている。例えば、範囲ＳがＸ軸及びＹ軸の方向にそれぞれ±１１ｍｍの範囲である場合に、調整可能な範囲Ｓ´は、Ｘ軸及びＹ軸の方向にそれぞれ±１５ｍｍに設定されている。

したがって、ロット毎に半導体ウエハＷのモニター位置が異なる場合、処理チャンバ２０内に配置された半導体ウエハＷのモニター位置（例えば、１ｍｍ四方のセル領域）に対して、光学ユニット４０の照射スポットＳＰが逸脱することがあっても、駆動機構５０を作動させることで、光学ユニット４０を半導体ウエハＷに沿った水平面内で二次元的に移動させて、照射スポットＳＰをモニター位置に高精度に位置決めすることができる。

また、上記のように、ステップモータ５５，５８を含む駆動機構５０が、電磁波を遮断するカバー３０の外側に配置されているため、電磁波の影響を受けることなく安定して駆動制御され、光学ユニット４０を高精度に位置決めすることができる。また、駆動機構５０は、ブラケット５１を介してカバー３０の外壁３０ａに直接固定されているため、カバー３０と駆動機構５０さらには処理チャンバ２０との相対的な位置決めを容易に行うことができ、又、カバー３０から離れた位置において駆動機構５０を別個に支持及び固定する場合に比べて、構造を簡略化でき、装置を小型化することができる。

この装置において、カバー３０を取り外して定期的にメンテナンスを行う場合、そのメンテナンス後において光学ユニット４０の照射スポットＳＰを、基準となる中心出し用ウエハの中心位置に位置合わせするゼロ点調整作業が行われる。ここで、中心出し用ウエハは、処理の対象となる半導体ウエハＷと同一形状に形成され、その中心に例えば１ｍｍ四方の反射領域をもつものである。
また、エッチング処理される半導体ウエハＷは、一般的に、作製ロット毎にモニター位置が異なるため、少なくともロット毎にあるいは処理される半導体ウエハＷ毎に、光学ユニット４０の照射スポットＳＰとモニター位置との位置合わせを行う必要がある。
すなわち、ゼロ点調整がなされた後において、異なるロットに含まれる少なくとも一つの半導体ウエハＷのモニター位置に対して、光学ユニット４０の照射スポットＳＰが位置合わせされる。

ここで、メンテナンス後に行われるゼロ点調整作業について、図７及び図８を参照しつつ説明する。
図７（ａ）に示すように、中心出し用ウエハＷが処理チャンバ２０内のペデスタル２１上に載置されて位置決めされる。このとき、中心出し用ウエハＷの中心位置Ｐｃに対して、光学ユニット４０の照射スポットの初期位置Ｐｓは、所定の距離だけ逸脱した座標位置（Ｘｏ´、Ｙｏ´）にあるとする。
そこで、先ず、光学ユニット４０がＹ座標Ｙｏ´の位置に維持されるようにＹステージ５３をホールドした状態で、Ｘステージ５６だけを駆動して、光学ユニット４０を、Ｘｏ´−ａからＸｏ´＋ａの範囲でＸ軸方向に走査させる。すると、図７（ｂ）に示すように、検出器６２により得られる信号が最大となる位置Ｘ１が検出される。このＸ座標Ｘ１は、中心位置ＰｃのＸ座標に対応するものと想定される。

続いて、図７（ｃ）に示すように、光学ユニット４０がＸ座標Ｘ１の位置に維持されるようにＸステージ５６をホールドした状態で、Ｙステージ５３だけを駆動して、光学ユニット４０を、Ｙｏ´−ａからＹｏ´＋ａの範囲でＹ軸方向に走査させる。すると、図７（ｃ）に示すように、検出器６２により得られる信号が最大となる位置Ｙ１が検出される。このＹ座標Ｙ１は、中心位置ＰｃのＹ座標に対応するものと想定される。

さらに、図８（ｄ）に示すように、光学ユニット４０がＹ座標Ｙ１の位置に維持されるようにＹステージ５３をホールドした状態で、Ｘステージ５６だけを駆動して、光学ユニット４０を、Ｘ１−ｂからＸ１＋ｂの範囲でＸ軸方向に走査させる。すると、図８（ｄ）に示すように、走査範囲の中央において、検出器６２により得られる信号が最大となる位置Ｘ１が検出される。これにより、Ｘ座標Ｘ１は、中心位置ＰｃのＸ座標に一致していると判断される。

続いて、図８（ｅ）に示すように、光学ユニット４０がＸ座標Ｘ１の位置に維持されるようにＸステージ５６をホールドした状態で、Ｙステージ５３だけを駆動して、光学ユニット４０を、Ｙ１−ｂからＹ１＋ｂの範囲でＹ軸方向に走査させる。すると、図８（ｅ）に示すように、走査範囲の中央において、検出器６２により得られる信号が最大となる位置Ｙ１が検出される。これにより、Ｙ座標Ｙ１は、中心位置ＰｃのＹ座標に一致していると判断される。
以上により、図８（ｆ）に示すように、中心出し用ウエハＷの中心位置Ｐｃの座標が、（Ｘ１、Ｙ１）として求められ、この座標位置をゼロ点として設定して、光学ユニット４０の照射スポットＳＰが基準となるゼロ点位置に位置決めされることになる。

このように、ゼロ点調整作業により、メンテナンスの後に、駆動機構５０により、予め光学ユニット４０の照射スポットＳＰが中心出し用ウエハＷの中心位置に位置合わせされてゼロ点が設定されるため、エッチング処理を行う前に必ず位置ずれが補正されて、その後のエッチング処理を高精度にモニターすることができる。

続いて、処理される半導体ウエハＷのモニター位置に対して、光学ユニット４０の照射スポットＳＰが位置合わせされる。この位置合わせにおいては、ロット毎における半導体ウエハのモニター位置のＸＹ座標が予め測定されており、ホストコンピュータ等から送られてくるその座標値に基づいて、ＸＹステージ５０が駆動されて、光学ユニット４０の照射スポットＳＰをモニター位置に位置決めするようになっている。
このように、処理される半導体ウエハＷが、少なくとも異なるロット毎に位置合わされるため、ロット毎のモニター位置の相違が必ず補正されて、高精度にモニターすることができる。
また、この後、図７及び図８における中心出し用ウエハＷの中心位置を、実際の半導体ウエハＷ上のモニター位置すなわちメモリセルのある領域に置き換えて、実際の半導体ウエハＷに対して、図７及び図８に示す前述のゼロ点調整と同様な作業を行ってもよい。
これにより、予め測定されたＸＹ座標値に基づき位置決めされる光学ユニット４０の照射スポットＳＰの位置と、実際の半導体ウエハＷ上のモニター位置との間にずれがある場合であっても、光学ユニット４０の照射スポットＳＰの位置と実際の半導体ウエハＷ上のモニター位置とが一致するようにＸＹステージ５０を駆動させることができる。その結果、エッチング処理をより高精度にモニターすることができる。

図９は、上記の装置が複数（２つ）配列して設けられたシステムを示すものである。
このシステムにおいては、外部のホストコンピュータにラン（ＬＡＮ）１００を介して接続されるインターフェースコンピュータ１１０、二つのロードロック室１２０，１２０´、二つのプラズマエッチング装置１０，１０´を備えている。

プラズマエッチング装置１０，１０´は、前述のように、駆動機構５０により二次元的に位置決めされる光学ユニット４０を含んでいる。
ロードロック室１２０，１２０´には、異なるロットで作製された半導体ウエハＷ，Ｗ´がそれぞれ収容され、半導体ウエハＷが装置１０に対して出し入れされ、半導体ウエハＷ´が装置１０´に対して出し入れされて、それぞれエッチング処理されるようになっている。

そして、インターフェースコンピュータ１１０には、半導体ウエハＷ，Ｗ´の種々の情報（例えば、ロット毎あるいは半導体ウエハ毎におけるＳｉＮ膜Ｗ２の厚さＤａ並びにモニター位置のＸＹ座標の情報等）がホストコンピュータから送られる。
そして、インターフェースコンピュータ１１０は、これらの情報に基づいて、装置１０，１０´の光学ユニット４０をそれぞれ位置合わせするべく、それぞれの駆動機構５０を駆動制御する。

このシステムにおいては、異なるロット毎に半導体ウエハＷ，Ｗ´にエッチング処理を施すことができると同時に、その処理状態を高精度にモニターすることができ、又、ランを介して外部のホストコンピュータに接続され予め測定された種々の情報が得られるため、生産性を向上させることができる。

上記実施形態においては、電磁波発生源としてのコイル２５が、上壁２２の上方近傍でカバー３０内に配置された場合において、駆動機構５０をカバー３０の外側に配置した構成を示したが、この領域に配置されたコイル２５に限らずその他の位置にコイル等が配置されている場合であっても、カバー３０の内部に強い電磁波雰囲気が形成される限り、駆動機構５０をカバー３０の外側に配置することで、電磁波の影響を有効に遮断することができる。

上記実施形態においては、光学ユニット４０を二次元的に移動させて位置決めする駆動機構５０として、ＸＹステージを示したが、これに限定されるものではなく、光学ユニット４０の照射スポットを半導体ウエハＷのモニター位置に対して位置合わせできるものであれば、その他の駆動機構を採用することができる。

以上述べたように、本発明に係るエッチング処理のモニター装置は、エッチング処理の際にリセス深さを高精度にモニターすることができるため、ＤＲＡＭ等は勿論のこと、ＤＲＡＭに比べてメモリセルの領域が極めて小さいｅＤＲＡＭ等のエッチング処理において、有効に適用することができる。

本発明に係るモニター装置を備えたプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。 光学ユニットと処理チャンバ並びに半導体ウエハとの関係を示す断面図である。 光学ユニットの駆動制御及びエッチング処理の制御システムを示すブロック図である。 半導体ウエハの断面図を示すものであり、（ａ）はエッチング処理前の状態を示す断面図、（ｂ）はエッチング処理中のリセスを示す断面図である。 光学ユニットの駆動機構を示す分解斜視図である。 駆動機構が光学ユニットを移動させる際の制御範囲を示す平面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、光学ユニットの照射スポットを、中心出し用ウエハの中心位置及び半導体ウエハのモニター位置に位置合わせする調整作業を説明する図である。 （ｄ），（ｅ），（ｆ）は、光学ユニットの照射スポットを、中心出し用ウエハの中心位置及び半導体ウエハのモニター位置に位置合わせする調整作業を説明する図である。 本発明の装置が複数配置された場合のシステムを示す図である。

符号の説明

Ｗ，Ｗ´ 半導体ウエハ
Ｗ１ Ｓｉ基板
Ｗ２ ＳｉＮ膜（マスク膜）
Ｗ３ ポリＳｉ層
Ｄａ ＳｉＮ膜の厚さ
Ｄｍ 測定されるリセス深さ
Ｄｄ Ｓｉ基板のリセス深さ
１０，１０´ プラズマエッチング装置
２０ 処理チャンバ
２１ ペデスタル
２２ 上壁
２３ 開口部
２３ａ 窓
２３ｂ クランプリング
２５ コイル（電磁波発生源）
３０ カバー
３０ａ 外壁
３１ 貫通孔
４０ 光学ユニット
４１ レンズ
４２ 反射鏡（反射要素）
４３（４３ａ，４３ｂ） 光ファイバー
４４ 保持部材
４５ ウエイト
５０ 駆動機構（ＸＹステージ）
５１ ブラケット
５２ ベース
５３ Ｙステージ
５４，５７ リードスクリュー
５５，５８ ステップモータ
５６ Ｘステージ
５９ ブラケット
６０ 制御ユニット
６１ ＵＶランプ（発光部）
６２ 検出器（受光部）
６３ 制御部（制御手段）
６４ マニュアルスイッチ
６５ ＸＹステージコントローラ
１００ ラン
１１０ インターフェースコンピュータ
１２０，１２０´ ロードロック室

Claims (9)

1. 半導体ウエハの表面にプラズマエッチング処理を施す処理チャンバと、前記処理チャンバの上壁に形成され窓で覆われた開口部と、前記上壁の上方に所定空間を画定するカバーと、前記カバー内に配置され開口部を通して処理チャンバ内に配置された半導体ウエハに光ビームを照射すると共に反射された反射光を受光する光学ユニットとを備え、前記光学ユニットにより得られた情報に基づいてエッチング処理をモニターするエッチング処理のモニター装置であって、
   前記カバーは、電磁波を遮断する材料により形成され、
   前記カバーの外側には、前記光学ユニットを、半導体ウエハに沿って二次元的に移動させる駆動機構が設けられている、
   ことを特徴とするエッチング処理のモニター装置。
2. 前記駆動機構は、前記カバーの外壁に固定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のエッチング処理のモニター装置。
3. 前記カバー内でかつ前記上壁の上方近傍には、前記処理チャンバ内にプラズマガスを発生させるための電磁波発生源が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング処理のモニター装置。
4. 前記光学ユニットは、半導体ウエハの表面と対向するレンズと、前記レンズの上方に配置されて光ビームの光路を略直角に屈曲させて反射する反射要素と、発光部から前記反射要素に向けて又前記反射要素から受光部に向けて光ビームを導く光ファイバーと、前記駆動機構に連結されると共に前記レンズ及び反射要素を少なくとも保持する保持部材と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のエッチング処理のモニター装置。
5. 前記カバーは、前記保持部材を通すと共に水平面内での所定範囲の移動を許容する貫通孔を有し、
   前記駆動機構は、前記光学ユニットを水平面内で二次元的に移動させて位置決めし得るＸＹステージである、
   ことを特徴とする請求項４記載のエッチング処理のモニター装置。
6. 前記ＸＹステージは、最下部において、前記光学ユニットの保持部材を移動自在に支持している、
   ことを特徴とする請求項５記載のエッチング処理のモニター装置。
7. 前記カバーは、前記処理チャンバに対して着脱自在に設けられており、
   前記駆動機構は、前記カバーの再組付け後において，前記光学ユニットの照射スポットを中心出し用専用ウエハの中心位置に位置合わせして，ゼロ点設定を行うべく駆動制御される、
   ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載のエッチング処理のモニター装置。
8. 前記駆動機構は、前記ゼロ点設定の後において、同一ロットで作製された複数の半導体ウエハの少なくとも一つの半導体ウエハのモニター位置に対して、前記光学ユニットの照射スポットを位置合わせするべく駆動制御される、
   ことを特徴とする請求項７記載のエッチング処理のモニター装置。
9. 前記半導体ウエハは、Ｓｉ基板上に積層されたマスク膜を有し、
   前記光学ユニットにより測定されたリセス深さの値が、予め測定された前記マスク膜の膜厚値を反映させた所望のターゲット値になるようにエッチング処理を制御する制御手段を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし８いずれかに記載のエッチング処理のモニター装置。
   
   

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