JP2011258967A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】処理中の試料表面からの複数波長の干渉光を検出する検出器11、試料の処理中の任意の時刻に得られた前記干渉光に関する実偏差パターンデータとこの試料の処理前に得られた別の試料の処理に関する複数波長の干渉光のデータであって前記膜の複数の厚さに各々対応する複数の標準偏差パターンとを比較してその偏差を演算するパターン比較手段15、これらの間の偏差と予め設定された偏差とを比較して試料のその時点の膜の厚さに関するデータを出力する偏差比較手段115、前記膜の厚さに関するデータを時系列データとして記録する残膜厚さ時系列データ記録手段18、前記膜の厚さデータを用いて所定量のエッチングが終了したことを判定する終点判定器230を備えたプラズマ処理装置。
【選択図】図1
Description
A.厚膜加工プロセス(膜厚数μのレジストエッチバックなど)における膜厚判定では、干渉光の時間変化は複雑で数十周期以上となり、僅かな擾乱が判定に影響する
B.薄膜加工プロセス(ゲート酸化膜や酸化膜のエッチバックなど)における膜厚判定では、干渉光の微弱な変化を測定する必要があり、僅かな擾乱が判定に影響する。即ち、薄膜加工時の干渉光の時間変化は
1/2〜1/4周期以下となり、干渉縞の変化は僅かであり、膜厚判定ではノイズによる影響を除外する必要がある。
C.量産プロセスの加工用ウエハでは、周辺回路などが混在しており種々の材料(マスク材、被エッチング材、周辺回路にある他の材料)を同時にエッチンング処理するため、異なった材料からの干渉光が複雑に重畳される共に、加工用ウエハはロット内、またはロット間で、種々の材料の膜厚にはバラツキがあり、エッチング処理中の干渉光の時間変化はロット内、またはロット間で変動する。
D.少量多品種の量産処理では、様々なエッチングプロセスが混在するため、エッチング装置は経時変化しやすく、異常放電などが起こりプラズマが変動する。そのため、プラズマ発光が変化し干渉光に擾乱が重畳され判定に影響する。
2)エッチング時に測定される干渉波形のパターンと標準パターンとのパターンマッチングにおいて、その標準偏差値を監視し、その値が大きい場合、その時刻のエッチング量は過去のエッチング量推移より予測する。
3)標準パターンとのパターンマッチングより求まるエッチング量が、過去のエッチング量推移より予測される量と大きく異なっている場合は、その時刻のエッチング量は過去のエッチング量推移より予測する。
4)過去のエッチング量推移より求められるエッチング速度と標準パターンのデータベースのエッチング速度を比較し、エッチング速度が大きく異なっている場合は、その時刻のエッチング量は過去のエッチング量推移より予測する。
A.本発明は、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ことから、時々刻々変化している被処理膜の残存膜厚を、干渉波形を用いて時間微分処理が可能であり、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からである。
B.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ことから、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)を検出可能となるからである。
A.第1の(サンプル用)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標準微分パターンPSを設定するステップと、
B.前記第1の被処理材が削れないようにする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標準微分パターンPM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エッチング処理実行用の第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微分パターン(Pr)を求めるステップと、
D.前記標準微分パターン(PSとPM)と前記微分値の実微分パターン(Pr)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。
−[a2Yi−1+a3Yi−2]……(1)
j=2
di=ΣwjYi+j……(2)
j=−2
ここで、w−2=2、w−1=−1、w0=−2、w1=−1、w2=2、である。
−[a 2Di−1+a 3Di−2]……(3)
図11の構成図では、干渉光の処理手段について記載されているが、第5の実施例の変形例では、外部光源からの光による干渉光測定ではなく、プラズマ光を利用した干渉光測定の処理手段に関しては、図12に示すように、エッチング処理容器2の側壁に設けたプラズマ光測定手段1001と、分光器1003と、サンプリングデータ比較器1110と、ノイズ値設定器1111とを備えている。また、プラズマ光測定手段として、図13に示すように、エッチング処理容器2の底部に設けたプラズマ光測定手段1002と、分光器1003と、サンプリングデータ比較器1110と、ノイズ値設定器1111とを備えても良い。これらの装置は、図11の分光器103、サンプリングデータ比較器110、ノイズ値設定器111と同等に動作する。サンプリングデータ比較器1110の出力は図11のサンプリングデータ比較器110の出力と同様にサンプリングデータ補正器112を介して第1ディジタルフィルタ12へ出力される。
yi,jにより求めているが、時刻i-1以前の複数個の波形データの平均値を用いてもよく、さらに、過去の時系列データに関するラグランジュ補間法やスプライン補間法などの補間法を用いた滑らかな曲線による時刻i-1の近似値を用いてもよい。また、補正係数により修正した時刻iの発光データに対して、ラグランジュ補間法やスプライン補間法を適用して時刻iの発光データを、さらに、修正してもよい。さらに、図12、図13の例においては、試料表面からの干渉光を用いる場合と同様に、プラズマ発光に関するサンプリングデータ比較器1110の比較結果に基づいて得られた補正係数を用いて干渉光のサンプリングデータを補正しても良い。また、任意の時刻でノイズの閾値を越えたことが検出された場合に、少なくとも1時刻のあらかじめ定められた回数の時刻で前述の回帰分析を用いた演算により膜厚さを検出して、なお後の時刻でノイズ閾値を越えたことが検出された際に補正係数を用いて膜圧の検出を行うようにしてもよい。
Claims (11)
- 真空容器内に形成したプラズマを用いて真空容器内の試料の表面の膜をエッチング処理するプラズマ処理装置において、
前記処理中の前記試料表面からの複数波長の干渉光を検出する検出器と、
前記試料の処理中の任意の時刻に得られた前記干渉光に関する実偏差パターンデータとこの試料の処理前に得られた別の試料の処理に関する複数波長の干渉光のデータであって前記膜の複数の厚さに各々対応する複数の標準偏差パターンとを比較してその偏差を演算するパターン比較手段と、
これらの間の偏差と予め設定された偏差とを比較して前記試料のその時点の膜の厚さに関するデータを出力する偏差比較手段と、
偏差比較手段の膜の厚さに関するデータを時系列データとして記録する残膜厚さ時系列データ記録手段と、
偏差比較手段からの膜の厚さデータを用いて所定量のエッチングが終了したことを判定する終点判定器と、
を備えた、プラズマ処理装置。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置であって、
前記判定器は、前記偏差の最小値が所定値より大きい場合に、前記任意の時刻より前に判定された前記膜の厚さの値から推測された前記膜厚さに達したことを判定するプラズマ処理装置。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置であって、
前記判定器は、前記偏差の最小値が所定値より大きい場合に、前記任意の時刻より前に判定された前記膜の厚さの値から推測された前記膜厚さに達したことを判定する手段であり、前記任意の時刻より前の所定の時間内の各時刻での膜の厚さの値を用いて、補間して得られた値を前記任意の時刻の膜の厚さと判定するプラズマ処理装置。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置であって、
前記判定器は、前記偏差の最小値が所定値より大きい場合に、前記任意の時刻より前に判定された前記膜の厚さの値から推測された前記膜厚さに達したことを判定する手段であり、前記任意の時刻より前の所定の時間内の各時刻での膜の厚さの値を用いて、補間して得られた値を前記任意の時刻以降の時刻において前記膜の厚さの判定に用いるプラズマ処理装置。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置であって、
前記判定器は、前記偏差の最小値が所定値より大きい場合に、前記任意の時刻より前に判定された前記膜の厚さの値から推測された前記膜厚さに達したことを判定する手段であり、前記任意の時刻より前の所定の時間内の各時刻での膜の厚さの値を用いて、外挿によって補間した値を前記任意の時刻の膜の厚さと判定するプラズマ処理装置。 - 真空容器内に形成したプラズマを用いて真空容器内の試料の表面の膜をエッチング処理するプラズマ処理装置であって、
前記処理中の前記試料表面からの複数波長の干渉光を検出する検出器と、
検出した干渉光の強度の変化を微分して実微分波形の時系列からなる実微分パターンを求める微分器と、
前記処理中の試料の処理前に得られた別の試料の処理に関する複数波長の干渉光の強度の変化を微分した微分波形であって前記膜の複数の厚さに各々対応する複数の標準微分波形のパターンからなる微分波形パターンデータベースと、
前記試料の処理中の処理開始からの任意の時刻に得られた前記干渉光の強度の変化を微分した任意時刻における実時間微分波形と微分波形パターンデータベースに格納された標準微分波形のパターンとを比較して両者のパターンマッチング偏差値を出力する微分波形比較器と、
パターンマッチング偏差値の最小値が設定される偏差値設定器と、
パターンマッチング偏差値とが最小となる前記データのパターンに対応する膜厚さに達したことを判定する判定器を備え、
この判定器は、判定した膜厚さの値と前記任意の時刻の直前の時刻において判定した膜厚さの値との差が所定値より大きい場合は、前記任意の時刻より前に判定された膜厚さから推測した膜厚さに達したことを判定するプラズマ処理装置。 - 請求項6記載のプラズマ処理装置であって、
前記任意の時刻より前の所定の時間内の各時刻での膜の厚さの値を用いて、補間して得られた値を前記任意の時刻の膜厚さと判定する前記判定器を備えたプラズマ処理装置。 - 請求項6記載のプラズマ処理装置であって、
前記補間して得られた値を前記任意の時刻以降の時刻において前記膜の厚さの判定に用いる前記判定値を備えたプラズマ処理装置。 - 請求項6または7に記載のプラズマ処理装置であって、
外挿によって補間した値を用いる判定器を備えたプラズマ処理装置。 - 真空容器内に形成したプラズマを用いて真空容器内の試料の表面の膜をエッチング処理するプラズマ処理装置であって、
前記真空容器内の試料表面からの干渉光を検出する検出器と、
前記処理中の任意の時刻に得られた前記検出器からの出力を微分して得られた前記干渉光に関するデータを前期試料の処理前に得られた別の試料の処理における前記検出器からの出力を微分して得られた複数波長の干渉光データであって、前記膜の複数の厚さに各々対応する複数のデータのパターンとを比較し、これらの間の差が最小となる前記データのパターンに対応する膜厚さに達したことを判定器とを備え、
前記任意の時刻の前記検出器の出力の値をその直前の時刻の前記検出器の出力との比(差)が所定値より大きい場合に、前記比が等しくなる(差がなくなる)ように前記時刻の前記出力の値を修正するプラズマ処理装置。 - 真空容器内に形成したプラズマを用いて真空容器内の試料の表面の膜をエッチング処理するプラズマ処理装置であって、
前記真空容器内のプラズマの発光を検出する第一の検出器と、
前記真空容器内の試料表面からの干渉光を検出する第二の検出器と、
前記処理中の任意の時刻に得られた前記第二の検出器からの出力を微分して得られた前記干渉光に関するデータを前記試料の処理前に得られた別の試料の処理における前記第二の検出器からの出力を微分して得られた複数波長の干渉光のデータであって、前記膜の複数の厚さに各々対応する複数のデータのパターンとを比較し、これらの間の差が最小となる前記データのパターンに対応する膜厚さに達したことを判定器とを備え、
前記任意の時刻の前記第一の検出器の出力の値とその直前の時刻の前記第一の検出器の出力の値の比(差)が所定値より大きい場合に、この比が等しくなる(差がなくなる)ように求められた係数を前記任意の時刻の前記第二の検出器の出力に乗積するプラズマ処理装置。
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