JP4349848B2 - 終点検出方法および終点検出装置 - Google Patents
終点検出方法および終点検出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチング等を用いた被処理層の加工における終点検出に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、ゲート酸化膜が薄膜化され、その結果、ゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングでは、ゲート酸化膜が露出する前にエッチングの終点を検出することが必要となっている。このため、例えば特許文献１に示されるような、干渉光を用いた終点検出方法により、ゲート酸化膜が露出する前にエッチングの終点を検出している。
【０００３】
まず、従来の終点検出方法が適用されたエッチング装置について図１０を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０に示すエッチング装置は、処理室１０と、処理室１０の底面に配置され且つ半導体基板１１を設置する試料台となる下部電極１２と、下部電極１２の上方に所定の間隔を置いて設置された上部天板１３とを備えている。上部天板１３の上にはコイル１４が設置されている。処理室１０には、ガス供給部（図示省略）と、真空排気装置（図示省略）が接続されたガス排出部１５とが設けられている。下部電極１２及びコイル１４にはそれぞれ、マッチングボックス（図示省略）を介して高周波電源１６が接続されており、高周波電源１６から下部電極１２及びコイル１４に電力が印加されることによって半導体基板１１のエッチングが行なわれる。
【０００５】
また、図１０に示すように、上部天板１３には窓部材１７が装着されていると共に、窓部材１７の上方には、光源１８からの光を半導体基板１１に照射し且つ半導体基板１１上で反射した反射光の収集を行なう受光発光装置１９が設置されている。光源１８と装置１９とは光ファイバー２０を介して接続されていると共に、光ファイバー２０を介して、装置１９と分光器２１、及び分光器２１と終点検出装置２２とがそれぞれ接続されている。さらに、終点検出装置２２は、エッチング装置の制御部２３と接続されている。終点検出装置２２から制御部２３に終点検出信号２４が送信されると、制御部２３は、エッチングを終了させるため、高周波電源１６に電力の印加を停止させる信号２５を送信する。
【０００６】
次に、従来の終点検出方法について図１０及び図１１（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０００７】
図１０及び図１１（ａ）に示すように、光源（光源１８）からの光は、Ｓｉ基板（半導体基板１１）の表面に対して垂直に照射される。但し、Ｓｉ基板上には、ゲート酸化膜を介してポリシリコン膜が形成されている。光源からの照射光の一部はポリシリコン膜上で反射される一方、該照射光の他の一部はポリシリコン膜を透過して、ゲート酸化膜とポリシリコン膜との界面で反射される。これらの反射光は互いに干渉し合って干渉光を形成し、該干渉光は、上部天板１３中の窓部材１７、装置１９、光ファイバー２０及び分光器２１を経由して終点検出装置２２に回収される。ここで、干渉光の波形（干渉光の強度の時間変化）は、ポリシリコン膜の残存膜厚によって変化するため、干渉光の波形をモニタリングすることにより、ポリシリコン膜の残存膜厚が所望の値になった時点、つまりエッチングの終点を検出できる。
【０００８】
尚、図１１（ａ）において、光源からの照射光の経路、及びポリシリコン膜等からの反射光の経路をそれぞれ便宜的に傾斜させて図示している。
【０００９】
以下、図１１（ａ）、（ｂ）を参照しながら、エッチング中のポリシリコン膜の残存膜厚ｄと、干渉光との関係について説明する。
【００１０】
図１１（ａ）に示すように、ポリシリコン膜からの反射光と、ゲート酸化膜／ポリシリコン膜界面からの反射光との間には経路差（２ｄ）があるため、光源からの光が基板に対して垂直に照射される場合には、この経路差２ｄがそのまま２つの反射光同士の間の位相差となって干渉光が発生する。従って、図１１（ｂ）に示すように、この位相差が、ポリシリコン膜中における反射光の波長の整数倍であるときに干渉光の強度が最も弱くなる。また、この位相差が、ポリシリコン膜中における反射光の波長の整数倍から半波長ずれたときに干渉光の強度は最も強くなる。すなわち、エッチング量の増大に伴って、干渉光の強度は周期的に変化する。
【００１１】
ところで、ポリシリコン膜の残存膜厚ｄと干渉光との関係は次の式（１）〜（３）のように表される。
【００１２】
干渉光の強度＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（ａ−ｂ）・・・（１）
位相差（ａ−ｂ）＝２πｎ×（２ｄ／λ） ・・・（２）
残存膜厚ｄ ＝ｄ0 −Ｒｔ ・・・（３）
ここで、Ａ、Ｂはそれぞれの反射光の振幅、ａ、ｂはそれぞれの反射光の初期位相、ｎは整数、ｄはポリシリコン膜の残存膜厚、ｄ0 はポリシリコン膜の初期膜厚、Ｒはポリシリコン膜のエッチングレート、ｔはエッチング時間、λは光の波長である。
【００１３】
以下、従来の半導体装置の製造方法、具体的には従来のゲート電極の形成方法について図１２（ａ）〜（ｃ）の工程断面図を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、図１２（ａ）に示すように、素子分離３２が形成された半導体基板３１上に、熱酸化等によりゲート酸化膜３３を形成した後、ＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法等の成膜方法によりポリシリコン膜３４及びシリコン酸化膜３５を順次形成し、その後、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のゲートレジストパターン３６を形成する。
【００１５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いてゲートレジストパターン３６をマスクとしてシリコン酸化膜３５に対してドライエッチングを行なった後、ゲートレジストパターン３６を除去するためにアッシング及び洗浄を行なう。これにより、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜３５Ａが形成される。
【００１６】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜３５Ａをマスクとして、ポリシリコン膜３４に対してドライエッチングを行なう。ここで、図１２（ｃ）は、エッチング終点を検出した直後の状態を示している。
【００１７】
図１２（ｃ）に示すポリシリコン膜３４のドライエッチングにおいては、前述の干渉光を用いた従来の終点検出方法によりエッチング終点を検出する。すなわち、エッチング終点は、ポリシリコン膜３４の残存膜厚の所望値に基づき検出される。具体的には、残存膜厚の所望値は５０ｎｍであり、光の波長は６００ｎｍであり、干渉光の波形が２回目の極大値となる時点をエッチング終点として検出する。干渉光の波形の極大値をエッチング終点の検出に用いる理由は、エッチング終点が正常に検出されているかどうかを人間が簡単に判断できるからである。但し、式（１）〜（３）に示すように、極大値や極小値を用いずにエッチング終点の検出を行なうことができるし、光の波長も任意の値に設定できる。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−８５３８８号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゲート形成に用いた前述の従来の終点検出方法によると、ポリシリコン膜３４のドライエッチングにおいて、終点検出時に得られる干渉光の波形が正弦波ではなく、例えば図１３に示すような波形となり、その結果、図１２（ｄ）に示すように、終点検出が不可能となってゲート酸化膜３３が損傷してしまうという問題が生じる。具体的には、ゲート酸化膜３３に、例えば突き抜け３７が生じる。
【００２０】
また、特許文献１に示される、干渉光を用いた終点検出方法においては、マスクとなるレジスト層からの反射光の影響をキャンセルするために、低周期の干渉波形の位相差が近い関係にある２種類の反射光を用いて疑似終点の検出を行なう。具体的には、両方の干渉光の強度比又は該強度比の微分値を求める。この方法においては、２種類の反射光の位相差は２つの干渉波形の強度比から求められるので、強度比（＝位相差）が一定値に近づく時点か又は強度比（＝位相差）の微分値が０に近づく時点を疑似終点として検出する。尚、疑似終点としては、例えば図１２（ｃ）に示すように、ゲート酸化膜３３のオーバーエッチングを防止するためにポリシリコン膜３４が僅かに残存する時点をサンプルウェハを用いて設定する。このため、ウェハ構造（例えばマスクレイアウト）が異なる製品ウェハにおいては、レジスト層の開口率、パターン依存性、又はリソグラフィ工程における寸法バラツキ等の影響により、サンプルウェハの場合と比べて干渉波形が多少異なるので、被エッチング膜であるポリシリコン膜の残存膜厚を正確に制御できない。従って、ウェハ構造により終点検出時間が変化する結果、ゲート酸化膜が損傷してしまうという問題が生じる。また、終点検出後においてはエッチング条件が高選択比条件に切り替えられると共に高選択比条件下では寸法制御性が劣化するため、ウェハ構造により終点検出時間が変化した場合、ウェハ毎にゲート長がばらついてしまうという問題が生じる。
【００２１】
前記に鑑み、本発明は、プラズマエッチング等を用いた被処理層の加工において干渉光により加工終点を確実に検出できる終点検出方法及び終点検出装置を提供し、それにより終点検出エラーに起因するゲート酸化膜の損傷等を防止できるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、図１３に示すような干渉光の波形の乱れが起こる原因を検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、ポリシリコン膜のエッチング時に生じる干渉光は、図１４に示すように、ポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）上における反射４１、及びゲート酸化膜（ＳｉＯ2 ）／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ界面での反射４２だけではなく、マスクとなるシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ）表面での反射４３、ＴＥＯＳ／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ界面での反射４４、及びＳｉＯ2 ／シリコン基板（Ｓｉ基板）界面での反射４５の全てが重なり合って生じるものと考えられる。そこで、本願発明者らは、特に、エッチング中に厚さが変化するＴＥＯＳ及びＰｏｌｙ−Ｓｉに起因する反射に着目した。
【００２３】
すなわち、実際のポリシリコン膜のエッチング中に形成される干渉光は、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、マスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）上で形成される干渉光５１と、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ上で形成される干渉光５２との合成波と考えられる。図１６は、干渉光５１及び５２のそれぞれの波形を示している。図１６に示すように、干渉光５２（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構造）の波形は正弦波である一方、干渉光５１（ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構造）の波形は一見単調増加関数である。しかし、干渉光５１の波形が単調増加関数に見えるのは、マスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）のエッチング量が少ないことによるものであって、干渉光５１の波形も実は正弦波である。
【００２４】
ところで、干渉光５１及び５２はそれぞれ、マスクとなるシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ）及びポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）上で生じているため、図１７に示すように、干渉光５１と干渉光５２との間には干渉光発生光源のずれΔｄが存在し、これにより位相差δが発生する。この位相差δは、マスクとなるシリコン酸化膜の初期膜厚ｄ01、該シリコン酸化膜のエッチング速度Ｒ1 、ポリシリコン膜の初期膜厚ｄ02、該ポリシリコン膜のエッチング速度Ｒ2 及び該ポリシリコン膜のエッチング時間ｔに依存しており、次の式（４）のように表される。
【００２５】
δ＝２πΔｄ／λ＝（２π／λ）×｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝・・・（４）
よって、干渉光５１と干渉光５２との間の位相差γは次の式（５）のように表される。
【００２６】
γ＝ｋ1 −ｋ2 −δ
＝（２π／λ）［２ｎ（ｄ01−ｄ02）−｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝］
・・・（５）
ここで、ｋ1 は干渉光５１の位相差、ｋ2 は干渉光５２の位相差である。
【００２７】
従って、干渉光５１の波形と干渉光５２の波形との合成波形は図１８に示すようになる。本願発明者らは、図１８に示す合成波形が、実際のポリシリコン膜のエッチング中に形成される干渉光の波形とほぼ一致することを見出した。すなわち、実際のポリシリコン膜のエッチング中に形成される干渉光は、マスクとなるシリコン酸化膜表面での干渉、及びポリシリコン膜表面での干渉によって決まることを見出した。また、本願発明者らは、測定された干渉光の波形から、マスク層で生じた干渉成分を除去することにより、ポリシリコン膜で生じた干渉光の波形を算出でき、該算出された干渉光の波形に基づいてエッチング終点を確実に検出できることを見出した。
【００２８】
具体的には、実際のポリシリコン膜のエッチング時に取得される干渉光の波形（終点検出波形）は、図１９（ａ）に示すような波形となる。これは、図１９（ｂ）に示す正弦波と、図１９（ｃ）に示す、傾きが負の一次関数（単調減少曲線）との積に相当すると考えられる。従って、実際にポリシリコン膜をエッチングしている際に取得した干渉光を用いて、図１９（ｃ）に示す、傾きが負の一次関数（単調減少曲線）を作成すると共に、取得した干渉光の波形に対する、作成された一次関数の比を求めることによって、マスク層で生じた干渉成分を除去できる。すなわち、ポリシリコン膜のみによる干渉光を取り出すことができる。
【００２９】
また、本願発明者らは、取得した干渉光から、傾きが負の一次関数を作成するために、所定の波長領域と所定の時間とについて終点検出波形を二重積分する方法を考えた。この二重積分は次の式（６）のように表される。
【００３０】
∫∫ｓｉｎωｔ・ｄω・ｄｔ＝−Ｋ・ｔ ・・・（６）
ここで、Ｋは定数、ωは角周波数、ｔは時間であり、単純化のため終点検出波形が正弦波であると仮定している。式（６）に示すように、傾きが負の一次関数は、終点検出波形をある波長領域について積分することにより作成できる。
【００３１】
以上に説明したように、次の式（７）のように、ある波長の終点検出波形の、ある波長領域について積分した終点検出波形に対する比を求めることにより、所望のポリシリコン部分で生じた干渉光のみを得ることができる。
【００３２】
（所望のポリシリコン部分のみによる干渉光）＝
（ある波長の終点検出波形）／（ある波長領域について積分した終点検出波形）・・・（７）尚、式（７）において、分子はポリシリコン膜の残存膜厚（削れ量）を示し、分母はマスク部での擾乱成分を示す。ここで、分子の波長を短波長にすると、終点検出波形において極大値又は極小値が多数出現し、それにより終点検出時に誤検出を招くおそれがあるため、分子の波長を４００ｎｍ以上にすることが好ましい。また、分母の波長領域の幅を小さくすると、積分波長が少なくなるため、それぞれの波長でのノイズが、積分された波形に十分に吸収されなくなってノイズを無視できなくなるので、分母の波長領域の幅を１００ｎｍ以上にすることが好ましい。
【００３３】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る終点検出方法は、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際に用いる終点検出方法であって、マスク層及び被処理層のそれぞれに光を照射することにより、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、測定された干渉光の波形から、マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程と、算出された干渉光の波形に基づき被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する工程とを備えている。
【００３４】
また、本発明に係る終点検出装置は、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際に用いる終点検出装置であって、マスク層及び被処理層のそれぞれに光を照射する光源と、光源から照射された光に対するマスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する分光器と、分光器により測定された干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって被処理層で生じた干渉光の波形を算出する演算手段と、演算手段により算出された干渉光の波形に基づき被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する終点検出手段とを備えている。
【００３５】
本発明によると、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去する。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。従って、例えばゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングにおいて、終点検出エラーに起因するゲート酸化膜の損傷を確実に防止することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る終点検出方法について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態では、ゲート電極形成工程におけるポリシリコン膜のドライエッチングを例として説明するが、被処理層の残存厚さを正確に制御しなければならない他のドライエッチング工程に本実施形態と同様の方法を適用した場合にも本実施形態と同様の効果が期待できる。
【００３７】
図１（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００３８】
まず、図１（ａ）に示すように、素子分離１０２が形成された半導体基板１０１上に、例えば熱酸化等の成膜方法によりゲート酸化膜１０３を形成する。その後、ゲート酸化膜１０３の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法によりポリシリコン膜１０４及びシリコン酸化膜１０５を順次形成する。その後、シリコン酸化膜１０５の上に、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のゲートパターンを持つレジストパターン１０６を形成する。
【００３９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、レジストパターン１０６をマスクとしてシリコン酸化膜１０５に対してドライエッチングを行なった後、レジストパターン１０６を除去するためにアッシング及び洗浄を行なう。これにより、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜１０５Ａが形成される。
【００４０】
次に、図１（ｃ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜１０５Ａをマスクとしてポリシリコン膜１０４に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型エッチング装置を用いて、プラズマ発生のための印加電力が３５０Ｗ、試料台印加電力が１００Ｗ、圧力が０．４Ｐａ、Ｃｌ2 流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ、ＨＢｒ流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ4 流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が３ｍｌ／ｍｉｎ等の条件下でドライエッチングを行なう。
【００４１】
ここで、ポリシリコン膜１０４のドライエッチングにおける本実施形態の終点検出方法は次の通りである。まず、マスク層であるシリコン酸化膜１０５Ａ、及び被処理層であるポリシリコン膜１０４のそれぞれに光を照射することにより、シリコン酸化膜１０５Ａ及びポリシリコン膜１０４のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する。続いて、波長（特定波長）が例えば６００ｎｍの干渉光（測定干渉光）の強度の、例えば４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。これにより、測定干渉光の波形から、シリコン酸化膜１０５Ａで生じた干渉成分を除去できるので、ポリシリコン膜１０４で生じた干渉光の波形を算出できる。図２は、このように算出された干渉光の波形を示している。最後に、算出された干渉光の波形に基づきポリシリコン膜１０４の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、ポリシリコン膜１０４に対する加工の終点を検出する。
【００４２】
尚、本実施形態では、ポリシリコン膜１０４のエッチングによってゲート酸化膜１０３が損傷しないように、ゲート電極形成領域の外側においてもポリシリコン膜１０４を僅かに残存させる。このとき、残存させるポリシリコン膜１０４の厚さは、前述の特定波長を変更することによって任意の値に設定できる。
【００４３】
次に、図１（ｄ）に示すように、エッチングモードを低選択比モードから高選択比モードに切り替えて、ゲート電極形成領域の外側に残るポリシリコン膜１０４をエッチングにより除去する。具体的には、誘導結合プラズマ型エッチング装置を用いて、プラズマ発生のための印加電力が２５０Ｗ、試料台印加電力が５０Ｗ、圧力が１０Ｐａ、ＨＢｒ流量が５０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が１ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅ流量が５０ｍｌ／ｍｉｎ等の条件下でドライエッチングを行なう。ここで、下地層であるゲート酸化膜１０３が露出したとしても、ゲート酸化膜１０３のエッチング速度が極めて小さいため、ゲート酸化膜１０３をほとんど損傷させることなく、ポリシリコン膜１０４よりなるゲート電極１０４Ａを形成できる。
【００４４】
以上に説明したように、第１の実施形態によると、被処理層（ポリシリコン膜１０４）上に形成されたマスク層（シリコン酸化膜１０５Ａ）を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去できる。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形（終点検出波形）に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。すなわち、ゲート電極となるポリシリコン膜１０４のドライエッチングにおいて、終点検出エラーに起因するゲート酸化膜１０３の損傷を確実に防止することができる。
【００４５】
また、第１の実施形態によると、特定波長が６００ｎｍの測定干渉光の強度の、４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。従って、ポリシリコン膜１０４のエッチングの終点検出において、測定干渉光の波形から、マスク層であるシリコン酸化膜１０５Ａで生じた干渉成分を確実に除去できるので、終点検出を確実に行なうことができる。
【００４６】
尚、第１の実施形態において、測定干渉光の波形から、シリコン酸化膜１０５Ａで生じた干渉成分を除去するために、所定の波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する、１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めた。しかし、これに代えて、前記積分値に対する、２種類以上の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。或いは、所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての測定干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。
【００４７】
また、第１の実施形態において、測定干渉光の強度を積分する所定の波長領域として４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域を用いたが、所定の波長領域として利用可能な波長領域は特に限定されるものではない。但し、所定の波長領域の下限値が４００ｎｍ以上であると、算出された終点検出波形における多数の極大値又は極小値の出現を防止でき、それにより終点検出時の誤検出を防止できる。また、所定の波長領域の幅が１００ｎｍ以上であると、積分された波形にノイズを十分に吸収させることができる。さらに、所定の波長領域が４００ｎｍ以上で且つ８００ｎｍ以下の範囲を含むと、マスク層で生じた干渉成分をより正確にに除去できる。
【００４８】
また、第１の実施形態において、特定波長として６００ｎｍの波長を用いたが、特定波長として利用できる波長は特に限定されるものではない。但し、特定波長は所定の波長領域に含まれることが好ましい。このようにすると、マスク層で生じた干渉成分をより正確に除去できる。また、特定波長が、被処理層の残存厚さの所望値の整数倍であると、算出された終点検出波形における極小値又は極大値をエッチングの終点として検出できる。すなわち、第１の実施形態において、被処理層（ポリシリコン膜１０４）に対する加工（エッチング）の終点を検出する際に、算出された終点検出波形における極大値又は極小値を用いると、エッチング終点が正常に検出されているかどうかを簡単に判断できる。
【００４９】
また、第１の実施形態において、被処理層は、ゲート電極となるポリシリコン膜１０４であった。しかし、これに限られず、被処理層は、半導体基板、半導体基板上の絶縁膜及び半導体基板上の下地層のうちのいずれか１つの上に形成された半導体層又はシリサイド層であってもよい。
【００５０】
また、第１の実施形態において、マスク層は、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜１０５Ａであった。しかし、これに限られず、マスク層は、任意のパターンを持つ感光性樹脂膜又は絶縁膜であってもよい。
【００５１】
また、第１の実施形態において、被処理層であるポリシリコン膜１０４に対するエッチングの終点を、ポリシリコン膜１０４のエッチング中に検出した。しかし、これに変えて、エッチングの終点を、ポリシリコン膜１０４のエッチングを中断して検出してもよい。
【００５２】
また、第１の実施形態において、被処理層に対する加工としてプラズマエッチングを行なった。しかし、被処理層に対する加工の種類は特に限定されるものではなく、例えば化学的機械研磨等を行なってもよい。
【００５３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る終点検出装置及び終点検出方法について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態では、ゲート電極形成工程におけるポリシリコン膜のドライエッチングを例として説明するが、被処理層の残存厚さを正確に制御しなければならない他のドライエッチング工程に本実施形態と同様の装置及び方法を適用した場合にも本実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５４】
図３は、第２の実施形態に係る終点検出装置をドライエッチング装置と組み合わせて用いている様子を示す図である。
【００５５】
図３に示すドライエッチング装置は、処理室２００と、処理室２００の底面に配置され且つ半導体基板２０１を設置する試料台となる下部電極２０２と、下部電極２０２の上方に所定の間隔を置いて設置された上部天板２０３とを備えている。上部天板２０３の上にはコイル２０４及び窓部材２０７が装着されている。処理室２００には、ガス供給部（図示省略）と、真空排気装置（図示省略）が接続されたガス排出部２０５とが設けられている。下部電極２０２及びコイル２０４にはそれぞれ、マッチングボックス（図示省略）を介して高周波電源２０６が接続されており、高周波電源２０６から下部電極２０２及びコイル２０４に電力が印加されることによって半導体基板２０１のエッチングが行なわれる。
【００５６】
本実施形態の終点検出装置２１０は、半導体基板２０１上の被処理層（図示省略）上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際に用いる終点検出装置である。具体的には、終点検出装置２１０は、マスク層及び被処理層のそれぞれに光を照射する光源２１１と、光源２１１から照射された光に対するマスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する分光器２１４と、分光器２１４により測定された干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって被処理層で生じた干渉光の波形を算出する演算部２１５ａと、演算部２１５ａにより算出された干渉光の波形に基づき被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する終点検出部２１５ｂとを備えている。
【００５７】
尚、演算部２１５ａ及び終点検出部２１５ｂは例えばコンピュータ２１５上において実現されている。また、終点検出装置２１０は、ドライエッチング装置の窓部材２０７の上方に設置された受光発光装置２１２を備えている。装置２１２は、光源２１１からの光を半導体基板２０１に照射し且つ半導体基板２０１上で反射した反射光の収集を行なう。また、光源２１１と装置２１２、装置２１２と分光器２１４、及び分光器２１４とコンピュータ２１５とはそれぞれ光ファイバー２１３を介して接続されている。さらに、コンピュータ２１５は、ドライエッチング装置の制御部２２０と接続されている。コンピュータ２１５から制御部２２０に終点検出信号２２１が送信されると、制御部２２０は、エッチングを終了させるため、高周波電源２０６に電力の印加を停止させる信号２２２を送信する。
【００５８】
以下、本実施形態の終点検出装置２１０を用いた終点検出方法をドライエッチングに適用した場合について説明する。
【００５９】
図４は、本実施形態の終点検出方法のフロー図を示している。
【００６０】
まず、ステップＳ１において、予め、終点検出装置２１０（具体的にはコンピュータ２１５）に、被処理層の初期厚さ、マスク層の初期厚さ、被処理層のエッチング速度、及びマスク層のエッチング速度を入力する。これらのエッチング速度はエッチング条件によって決まるので、予め測定を行なうことにより得られた値を各エッチング速度として入力する。また、これらのエッチング速度を選択比として入力してもよい。
【００６１】
ここで、式（１）〜（３）（「従来の技術」参照）を用いることにより、マスク層で生じる干渉光の強度を次の式（８）のように求めることができる。
【００６２】
干渉光の強度＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（ａ−ｂ）
＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πｎ×（２ｄ1 ／λ））
＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πｎ×（２（ｄ01 −Ｒ1 ｔ）／λ））
・・・（８）
尚、Ａ、Ｂはそれぞれの反射光の振幅、ａ、ｂはそれぞれの反射光の初期位相、ｎは整数、ｄ1 はマスク層の残存厚さ、ｄ01はマスク層の初期厚さ、Ｒ1 はマスク層のエッチングレート、ｔはエッチング時間、λは光の波長である。
【００６３】
ところで、「課題を解決するための手段」で述べたように、マスク層で生じる干渉光Φ、及び被処理層で生じる干渉光Θはそれぞれマスク層上及び被処理層上で発生しているため、干渉光発生光源のずれが生じるので、該ずれに起因して位相差δが発生する。また、式（２）及び式（３）（「従来の技術」参照）を用いることにより、干渉光Φの位相差ｋ1 及び干渉光Θの位相差ｋ2 をそれぞれ次の式（９）及び式（１０）のように表すことができる。
【００６４】
ｋ1 ＝２πｎ×２（ｄ01−Ｒ1 ｔ）／λ ・・・（９）
ｋ2 ＝２πｎ×２（ｄ02−Ｒ2 ｔ）／λ ・・・（１０）
また、位相差δは、式（４）（「課題を解決するための手段」参照）と同様に、次の式（１１）のように表される。
【００６５】
δ＝２πΔｄ／λ＝（２π／λ）×｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝・・・（１１）
従って、干渉光Φと干渉光Θとの間の位相差γは、式（５）（「課題を解決するための手段」参照）と同様に、次の式（１２）のように表される。
【００６６】
γ＝ｋ1 −ｋ2 −δ
＝（２π／λ）［２ｎ（ｄ01−ｄ02）−｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝］・・・（１２）
ここで、ｎは整数、ｄ1 はマスク層の残存厚さ、ｄ01はマスク層の初期厚さ、ｄ2 は被処理層の残存厚さ、ｄ02は被処理層の初期厚さ、Ｒ1 はマスク層のエッチングレート、Ｒ2 は被処理層のエッチングレート、ｔはエッチング時間、λは光の波長である。
【００６７】
次に、ステップＳ２において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａにより、前記の式（１２）及び式（８）を用いて、マスク層で生じる干渉光の波形を以下の手順に従って算出する。
【００６８】
すなわち、時間ｔが０（ｔ0 ）の場合、式（８）から、マスク層で生じる干渉光の強度Ｉ0 を次の式（１３）のように表すことができる。
【００６９】
Ｉ0 ＝Ａ2 ＋Ｂ2
＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πｎ×（２（ｄ01 −Ｒ1 ｔ0 ）／λ））
・・・（１３）
但し、式（１３）においては位相差γが考慮されていないので、式（１２）を用いてｔ＝ｔ0 のときの位相差γ0 を次の式（１４）のように求める。
【００７０】
γ0 ＝（２π／λ）［２ｎ（ｄ01−ｄ02）−｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ0 ｝］・・・（１４）
従って、時間ｔが０（ｔ0 ）の場合におけるマスク層で生じる干渉光の強度は、図５（ａ）に示すように、式（１３）により算出される強度Ｉ0 に対して位相がγ0 遅れた値となる。
【００７１】
以下、時間ｔがｔ1 の場合、ｔ2 の場合、・・・ｔn の場合についても同様に干渉光の強度を算出することによって、図５（ｂ）に示すように、マスク層で生じる干渉成分を算出することができる。
【００７２】
次に、ステップＳ３において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａにより、マスク層で生じる干渉成分を除去した終点検出条件（例えば被処理層の残存厚さの所望値と対応する被処理層による干渉光の強度）を作成する。
【００７３】
次に、ステップＳ４において、図３に示すドライエッチング装置を用いて、半導体基板２０１上の被処理層に対してエッチング処理を開始する。
【００７４】
次に、ステップＳ５において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａが、分光器２１４により測定された干渉光（測定干渉光）から、前述のように予測された、マスク層で生じる干渉成分を除去する。これにより、被処理層で生じる干渉光の波形を算出できる。続いて、算出された干渉光の波形に基づき、終点検出装置２１０の終点検出部２１５ｂにより、被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する。すなわち、算出された干渉光の波形が、ステップＳ４で作成された終点検出条件を満たしているかどうか判断する。
【００７５】
ステップＳ５で終点検出条件が満たされていないと判断された場合、ステップＳ６において、さらにエッチング処理を続行する。また、ステップＳ５で終点検出条件が満たされていると判断された場合、つまり、被処理層に対する加工の終点が検出された場合、ステップＳ７において、終点検出装置２１０のコンピュータ２１５から制御部２２０に終点検出信号２２１が送信される。これにより、ステップＳ８において、制御部２２０が、エッチングを終了させるため、高周波電源２０６に電力の印加を停止させる信号２２２を送信し、それによってエッチング処理が終了する。
【００７６】
以上に説明したように、第２の実施形態によると、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じる干渉成分を除去できる。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形（終点検出波形）に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。従って、例えばゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングにおいて、終点検出エラーに起因するゲート酸化膜の損傷を確実に防止することができる。
【００７７】
また、第２の実施形態によると、予め入力された、マスク層の初期厚さ、被処理層の初期厚さ、被処理層のエッチング速度及びマスク層のエッチング速度に基づき、マスク層で生じる干渉成分を予測すると共に、測定干渉光から、予測された干渉成分を除去するため、終点検出を確実に行なうことができる。
【００７８】
尚、第２の実施形態において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａは、マスク層の初期厚さ、被処理層の初期厚さ、被処理層のエッチング速度、及びマスク層のエッチング速度に基づき、マスク層で生じる干渉成分を予測すると共に、測定干渉光から、予測された干渉成分を除去した。しかし、これに代えて、演算部２１５ａは、所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての測定干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めることにより、測定干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去してもよい。或いは、演算部２１５ａは、所定の波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めることにより、測定干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去してもよい。
【００７９】
また、第２の実施形態において、被処理層は、半導体基板、半導体基板上の絶縁膜及び半導体基板上の下地層のうちのいずれか１つの上に形成された半導体層又はシリサイド層であってもよい。
【００８０】
また、第２の実施形態において、マスク層は、任意のパターンを持つ感光性樹脂膜又は絶縁膜であってもよい。
【００８１】
また、第２の実施形態において、被処理層に対するエッチングの終点を、被処理層のエッチング中に検出してもよい。
【００８２】
また、第２の実施形態において、被処理層に対する加工としてプラズマエッチングを行なった。しかし、被処理層に対する加工の種類は特に限定されるものではなく、例えば化学的機械研磨等を行なってもよい。
【００８３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法について図面を参照しながら説明する。
【００８４】
図６（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００８５】
まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板３０１上に、例えば熱酸化によりシリコン酸化膜３０２を形成した後、シリコン酸化膜３０２の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法によりシリコン窒化膜３０３を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術を用いて、所望の素子分離パターンを持つレジストパターン３０４を形成する。
【００８６】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばドライエッチング技術を用いて、レジストパターン３０４をマスクとして、シリコン窒化膜３０３及びシリコン酸化膜３０２に対して順次ドライエッチングを行なった後、レジストパターン３０４を除去するためにアッシング及び洗浄を行なう。これにより、素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜３０３Ａ及びシリコン酸化膜３０２Ａが形成される。
【００８７】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えばドライエッチング技術を用いて、素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜３０３Ａ及びシリコン酸化膜３０２Ａをマスクとして、シリコン基板３０１に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型エッチング装置を用いて、プラズマ発生のための印加電力が６００Ｗ、試料台印加電力が５００Ｗ、圧力が７Ｐａ、Ｃｌ2 流量が１５０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が１２ｍｌ／ｍｉｎ等の条件下でドライエッチングを行なう。
【００８８】
ここで、シリコン基板３０１のドライエッチングにおける本実施形態の終点検出方法は次の通りである。まず、マスク層であるシリコン窒化膜３０３Ａ、及び被処理層であるシリコン基板３０１のそれぞれに光を照射することにより、シリコン窒化膜３０３Ａ及びシリコン基板３０１のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する。続いて、波長（特定波長）が例えば６００ｎｍの干渉光（測定干渉光）の強度の、例えば４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。これにより、測定干渉光の波形から、シリコン窒化膜３０３Ａで生じた干渉成分を除去でき、シリコン基板３０１で生じた干渉光の波形（終点検出波形）を算出できる。最後に、算出された干渉光の波形に基づきシリコン基板３０１の残存厚さ（又は削れ量）を求め、該残存厚さ（又は削れ量）と所望の厚さ（又は所望の削れ量）とを比較することにより、シリコン基板３０１に対する加工の終点を検出する。ここで、シリコン基板３０１の所望の削れ量は、前述の特定波長を変更することによって任意の値に設定できる。
【００８９】
最後に、シリコン基板３０１のドライエッチング時に形成された堆積物を除去するために洗浄を行なう。これにより、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板３０１に、素子分離形成用の溝３０５が形成される。
【００９０】
ここで、本実施形態のエッチング中におけるシリコン基板の削れ量（深さ）と干渉光との関係について図７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００９１】
図７（ａ）に示すように、シリコン窒化膜からの反射光とシリコン基板表面からの反射光との間には経路差がある。このため、光源からの光が基板表面に対して垂直に照射される場合、前記の経路差がそのまま２つの反射光同士の間の位相差となって干渉光が発生する。ここで、図７（ｂ）に示すように、この位相差が反射光の波長の整数倍のときに干渉光の強度が最も弱くなる一方、この位相差が、反射光の波長の整数倍から半波長ずれたときに干渉光の強度は最も強くなる（「従来の技術」の式（１）参照）。すなわち、シリコン基板の削れ量（深さ）が大きくなるに従って、干渉光の強度は周期的に変化する。
【００９２】
尚、本実施形態の素子分離形成工程におけるシリコン基板のドライエッチングでは、素子分離用の溝をテーパー形状に加工するため、シリコン基板のエッチング速度のシリコン窒化膜のエッチング速度に対する選択比（以下、単に選択比と称する）が比較的大きい条件（具体的には選択比が１００以上の条件）を用いる。このため、シリコン窒化膜の削れ量に起因する干渉光は無視できると考えられる。
【００９３】
ところで、素子分離パターンのマスク開口率は半導体製品に応じて様々であるが、図８に示すように、シリコン基板のドライエッチングでは、シリコン基板のエッチング速度のマスク開口率に対する依存性が大きい。これは、ドライエッチング時における反応生成物の量がマスク開口率に依存するためである。このため、シリコン基板のドライエッチングにおいて終点検出を行なわずにエッチング時間を固定した場合、シリコン基板の削れ量のばらつきが大きくなるという問題が生じる。
【００９４】
それに対して、第３の実施形態によると、被処理層（シリコン基板３０１）上に形成されたマスク層（シリコン窒化膜３０３Ａ）を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去できる。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形（終点検出波形）に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。すなわち、シリコン基板３０１における素子分離形成工程において、マスク開口率に依存せずに、シリコン基板３０１の削れ量（深さ）のばらつきを確実に抑制できる。
【００９５】
図９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の終点検出方法を用いた場合における、各種マスク開口率での終点検出波形及びシリコン基板の削れ量（深さ）を示している。すなわち、本実施形態の終点検出方法を用いた場合、図９（ｂ）に示すように、マスク開口率に関係なく、目標値通りのシリコン基板の削れ量（深さ）を得ることができる。
【００９６】
また、第３の実施形態によると、特定波長が６００ｎｍの測定干渉光の強度の、４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。従って、シリコン基板３０１のエッチングの終点検出において、測定干渉光の波形から、マスク層であるシリコン窒化膜３０３Ａで生じた干渉成分を確実に除去できるので、終点検出を確実に行なうことができる。
【００９７】
尚、第３の実施形態において、測定干渉光の波形から、シリコン窒化膜３０３Ａで生じた干渉成分を除去するために、所定の波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する、１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めた。しかし、これに代えて、前記積分値に対する、２種類以上の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。或いは、所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての測定干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。
【００９８】
また、第３の実施形態において、測定干渉光の強度を積分する所定の波長領域として４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域を用いたが、所定の波長領域として利用可能な波長領域は特に限定されるものではない。但し、所定の波長領域の下限値が４００ｎｍ以上であると、算出された終点検出波形における多数の極大値又は極小値の出現を防止でき、それにより終点検出時の誤検出を防止できる。また、所定の波長領域の幅が１００ｎｍ以上であると、積分された波形にノイズを十分に吸収させることができる。さらに、所定の波長領域は４００ｎｍ以上で且つ８００ｎｍ以下の範囲を含むと、マスク層で生じた干渉成分をより正確にに除去できる。
【００９９】
また、第３の実施形態において、特定波長として６００ｎｍの波長を用いたが、特定波長として利用できる波長は特に限定されるものではない。但し、特定波長は所定の波長領域に含まれることが好ましい。このようにすると、マスク層で生じた干渉成分をより正確に除去できる。また、特定波長が、被処理層の残存厚さの所望値の整数倍であると、算出された終点検出波形における極小値又は極大値をエッチングの終点として検出できる。すなわち、第３の実施形態において、被処理層（シリコン基板３０１）に対する加工（エッチング）の終点を検出する際に、算出された終点検出波形における極大値又は極小値を用いると、エッチング終点が正常に検出されているかどうかを簡単に判断できる。
【０１００】
また、第３の実施形態において、被処理層はシリコン基板３０１であった。しかし、これに限られず、被処理層は、半導体基板、半導体基板上の絶縁膜及び半導体基板上の下地層のうちのいずれか１つの上に形成された半導体層又はシリサイド層であってもよい。
【０１０１】
また、第３の実施形態において、マスク層は、素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜３０３Ａであった。しかし、これに限られず、マスク層は、任意のパターンを持つ感光性樹脂膜又は絶縁膜であってもよい。
【０１０２】
また、第３の実施形態において、被処理層であるシリコン基板３０１に対するエッチングの終点を、シリコン基板３０１のエッチング中に検出した。しかし、これに変えて、エッチングの終点を、シリコン基板３０１のエッチングを中断して検出してもよい。
【０１０３】
また、第３の実施形態において、被処理層に対する加工としてプラズマエッチングを行なった。しかし、被処理層に対する加工の種類は特に限定されるものではなく、例えば化学的機械研磨等を行なってもよい。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によると、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去する。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る終点検出方法により算出された、ポリシリコン膜で生じた干渉光の波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る終点検出装置をドライエッチング装置と組み合わせて用いている様子を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る終点検出方法のフロー図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る終点検出方法により算出された、マスク層で生じる干渉光の強度を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法を用いたエッチング中におけるシリコン基板の削れ量（深さ）と干渉光との関係を示す図である。
【図８】シリコン基板のエッチング速度のマスク開口率に対する依存性を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法を用いた場合における、各種マスク開口率での終点検出波形及びシリコン基板の削れ量（深さ）を示す図である。
【図１０】従来の終点検出装置をドライエッチング装置と組み合わせて用いている様子を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、従来の終点検出方法を用いたエッチング中におけるポリシリコン膜の残存膜厚と干渉光との関係を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は従来の終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、（ｄ）は従来の終点検出方法の問題点を示す図である。
【図１３】ポリシリコン膜のドライエッチングにおいて終点検出時に得られる干渉光の波形を示す図である。
【図１４】ポリシリコン膜のドライエッチング中における光の反射を示す図である。
【図１５】（ａ）はマスク層となるシリコン酸化膜上で干渉光が形成される様子を示す図であり、（ｂ）は被処理層となるポリシリコン膜上で干渉光が形成される様子を示す図である。
【図１６】マスク層となるシリコン酸化膜上で形成された干渉光の波形、及び被処理層となるポリシリコン膜上で形成された干渉光の波形を示す図である。
【図１７】マスク層となるシリコン酸化膜上で形成された干渉光と、被処理層となるポリシリコン膜上で形成された干渉光との間の干渉光発生光源のずれを示す図である。
【図１８】マスク層となるシリコン酸化膜上で形成された干渉光の波形と、被処理層となるポリシリコン膜上で形成された干渉光の波形との合成波形を示す図である。
【図１９】（ａ）は実際のポリシリコン膜のエッチング時に取得される干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は正弦波で表される干渉光の波形を示す図であり、（ｃ）は傾きが負の一次関数（単調減少曲線）で表される干渉光の波形を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 半導体基板
１０２ 素子分離
１０３ ゲート酸化膜
１０４ ポリシリコン膜
１０４Ａ ゲート電極
１０５ シリコン酸化膜
１０５Ａ ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜
１０６ レジストパターン
２００ 処理室
２０１ 半導体基板
２０２ 下部電極
２０３ 上部天板
２０４ コイル
２０５ ガス排出部
２０６ 高周波電源
２０７ 窓部材
２１０ 終点検出装置
２１１ 光源
２１２ 受光発光装置
２１３ 光ファイバー
２１４ 分光器
２１５ コンピュータ
２１５ａ 演算部
２１５ｂ 終点検出部
２２０ ドライエッチング装置の制御部
２２１ 終点検出信号
２２２ 信号
３０１ シリコン基板
３０２ シリコン酸化膜
３０２Ａ 素子分離パターンが転写されたシリコン酸化膜
３０３ シリコン窒化膜
３０３Ａ 素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜
３０４ レジストパターン
３０５ 素子分離形成用の溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマエッチング等を用いた被処理層の加工における終点検出に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、ゲート酸化膜が薄膜化され、その結果、ゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングでは、ゲート酸化膜が露出する前にエッチングの終点を検出することが必要となっている。このため、例えば特許文献１に示されるような、干渉光を用いた終点検出方法により、ゲート酸化膜が露出する前にエッチングの終点を検出している。
【０００３】
まず、従来の終点検出方法が適用されたエッチング装置について図１０を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０に示すエッチング装置は、処理室１０と、処理室１０の底面に配置され且つ半導体基板１１を設置する試料台となる下部電極１２と、下部電極１２の上方に所定の間隔を置いて設置された上部天板１３とを備えている。上部天板１３の上にはコイル１４が設置されている。処理室１０には、ガス供給部（図示省略）と、真空排気装置（図示省略）が接続されたガス排出部１５とが設けられている。下部電極１２及びコイル１４にはそれぞれ、マッチングボックス（図示省略）を介して高周波電源１６が接続されており、高周波電源１６から下部電極１２及びコイル１４に電力が印加されることによって半導体基板１１のエッチングが行なわれる。
【０００５】
また、図１０に示すように、上部天板１３には窓部材１７が装着されていると共に、窓部材１７の上方には、光源１８からの光を半導体基板１１に照射し且つ半導体基板１１上で反射した反射光の収集を行なう受光発光装置１９が設置されている。光源１８と装置１９とは光ファイバー２０を介して接続されていると共に、光ファイバー２０を介して、装置１９と分光器２１、及び分光器２１と終点検出装置２２とがそれぞれ接続されている。さらに、終点検出装置２２は、エッチング装置の制御部２３と接続されている。終点検出装置２２から制御部２３に終点検出信号２４が送信されると、制御部２３は、エッチングを終了させるため、高周波電源１６に電力の印加を停止させる信号２５を送信する。
【０００６】
次に、従来の終点検出方法について図１０及び図１１（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０００７】
図１０及び図１１（ａ）に示すように、光源（光源１８）からの光は、Ｓｉ基板（半導体基板１１）の表面に対して垂直に照射される。但し、Ｓｉ基板上には、ゲート酸化膜を介してポリシリコン膜が形成されている。光源からの照射光の一部はポリシリコン膜上で反射される一方、該照射光の他の一部はポリシリコン膜を透過して、ゲート酸化膜とポリシリコン膜との界面で反射される。これらの反射光は互いに干渉し合って干渉光を形成し、該干渉光は、上部天板１３中の窓部材１７、装置１９、光ファイバー２０及び分光器２１を経由して終点検出装置２２に回収される。ここで、干渉光の波形（干渉光の強度の時間変化）は、ポリシリコン膜の残存膜厚によって変化するため、干渉光の波形をモニタリングすることにより、ポリシリコン膜の残存膜厚が所望の値になった時点、つまりエッチングの終点を検出できる。
【０００８】
尚、図１１（ａ）において、光源からの照射光の経路、及びポリシリコン膜等からの反射光の経路をそれぞれ便宜的に傾斜させて図示している。
【０００９】
以下、図１１（ａ）、（ｂ）を参照しながら、エッチング中のポリシリコン膜の残存膜厚ｄと、干渉光との関係について説明する。
【００１０】
図１１（ａ）に示すように、ポリシリコン膜からの反射光と、ゲート酸化膜／ポリシリコン膜界面からの反射光との間には経路差（２ｄ）があるため、光源からの光が基板に対して垂直に照射される場合には、この経路差２ｄがそのまま２つの反射光同士の間の位相差となって干渉光が発生する。従って、図１１（ｂ）に示すように、この位相差が、ポリシリコン膜中における反射光の波長の整数倍であるときに干渉光の強度が最も弱くなる。また、この位相差が、ポリシリコン膜中における反射光の波長の整数倍から半波長ずれたときに干渉光の強度は最も強くなる。すなわち、エッチング量の増大に伴って、干渉光の強度は周期的に変化する。
【００１１】
ところで、ポリシリコン膜の残存膜厚ｄと干渉光との関係は次の式（１）〜（３）のように表される。
【００１２】
干渉光の強度＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（ａ−ｂ）・・・（１）
位相差（ａ−ｂ）＝２πｎ×（２ｄ／λ） ・・・（２）
残存膜厚ｄ ＝ｄ0 −Ｒｔ ・・・（３）
ここで、Ａ、Ｂはそれぞれの反射光の振幅、ａ、ｂはそれぞれの反射光の初期位相、ｎは整数、ｄはポリシリコン膜の残存膜厚、ｄ0 はポリシリコン膜の初期膜厚、Ｒはポリシリコン膜のエッチングレート、ｔはエッチング時間、λは光の波長である。
【００１３】
以下、従来の半導体装置の製造方法、具体的には従来のゲート電極の形成方法について図１２（ａ）〜（ｃ）の工程断面図を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、図１２（ａ）に示すように、素子分離３２が形成された半導体基板３１上に、熱酸化等によりゲート酸化膜３３を形成した後、ＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法等の成膜方法によりポリシリコン膜３４及びシリコン酸化膜３５を順次形成し、その後、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のゲートレジストパターン３６を形成する。
【００１５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いてゲートレジストパターン３６をマスクとしてシリコン酸化膜３５に対してドライエッチングを行なった後、ゲートレジストパターン３６を除去するためにアッシング及び洗浄を行なう。これにより、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜３５Ａが形成される。
【００１６】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜３５Ａをマスクとして、ポリシリコン膜３４に対してドライエッチングを行なう。ここで、図１２（ｃ）は、エッチング終点を検出した直後の状態を示している。
【００１７】
図１２（ｃ）に示すポリシリコン膜３４のドライエッチングにおいては、前述の干渉光を用いた従来の終点検出方法によりエッチング終点を検出する。すなわち、エッチング終点は、ポリシリコン膜３４の残存膜厚の所望値に基づき検出される。具体的には、残存膜厚の所望値は５０ｎｍであり、光の波長は６００ｎｍであり、干渉光の波形が２回目の極大値となる時点をエッチング終点として検出する。干渉光の波形の極大値をエッチング終点の検出に用いる理由は、エッチング終点が正常に検出されているかどうかを人間が簡単に判断できるからである。但し、式（１）〜（３）に示すように、極大値や極小値を用いずにエッチング終点の検出を行なうことができるし、光の波長も任意の値に設定できる。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−８５３８８号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゲート形成に用いた前述の従来の終点検出方法によると、ポリシリコン膜３４のドライエッチングにおいて、終点検出時に得られる干渉光の波形が正弦波ではなく、例えば図１３に示すような波形となり、その結果、図１２（ｄ）に示すように、終点検出が不可能となってゲート酸化膜３３が損傷してしまうという問題が生じる。具体的には、ゲート酸化膜３３に、例えば突き抜け３７が生じる。
【００２０】
また、特許文献１に示される、干渉光を用いた終点検出方法においては、マスクとなるレジスト層からの反射光の影響をキャンセルするために、低周期の干渉波形の位相差が近い関係にある２種類の反射光を用いて疑似終点の検出を行なう。具体的には、両方の干渉光の強度比又は該強度比の微分値を求める。この方法においては、２種類の反射光の位相差は２つの干渉波形の強度比から求められるので、強度比（＝位相差）が一定値に近づく時点か又は強度比（＝位相差）の微分値が０に近づく時点を疑似終点として検出する。尚、疑似終点としては、例えば図１２（ｃ）に示すように、ゲート酸化膜３３のオーバーエッチングを防止するためにポリシリコン膜３４が僅かに残存する時点をサンプルウェハを用いて設定する。このため、ウェハ構造（例えばマスクレイアウト）が異なる製品ウェハにおいては、レジスト層の開口率、パターン依存性、又はリソグラフィ工程における寸法バラツキ等の影響により、サンプルウェハの場合と比べて干渉波形が多少異なるので、被エッチング膜であるポリシリコン膜の残存膜厚を正確に制御できない。従って、ウェハ構造により終点検出時間が変化する結果、ゲート酸化膜が損傷してしまうという問題が生じる。また、終点検出後においてはエッチング条件が高選択比条件に切り替えられると共に高選択比条件下では寸法制御性が劣化するため、ウェハ構造により終点検出時間が変化した場合、ウェハ毎にゲート長がばらついてしまうという問題が生じる。
【００２１】
前記に鑑み、本発明は、プラズマエッチング等を用いた被処理層の加工において干渉光により加工終点を確実に検出できる終点検出方法及び終点検出装置を提供し、それにより終点検出エラーに起因するゲート酸化膜の損傷等を防止できるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、図１３に示すような干渉光の波形の乱れが起こる原因を検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、ポリシリコン膜のエッチング時に生じる干渉光は、図１４に示すように、ポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）上における反射４１、及びゲート酸化膜（ＳｉＯ2 ）／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ界面での反射４２だけではなく、マスクとなるシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ）表面での反射４３、ＴＥＯＳ／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ界面での反射４４、及びＳｉＯ2 ／シリコン基板（Ｓｉ基板）界面での反射４５の全てが重なり合って生じるものと考えられる。そこで、本願発明者らは、特に、エッチング中に厚さが変化するＴＥＯＳ及びＰｏｌｙ−Ｓｉに起因する反射に着目した。
【００２３】
すなわち、実際のポリシリコン膜のエッチング中に形成される干渉光は、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、マスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）上で形成される干渉光５１と、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ上で形成される干渉光５２との合成波と考えられる。図１６は、干渉光５１及び５２のそれぞれの波形を示している。図１６に示すように、干渉光５２（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構造）の波形は正弦波である一方、干渉光５１（ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構造）の波形は一見単調増加関数である。しかし、干渉光５１の波形が単調増加関数に見えるのは、マスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）のエッチング量が少ないことによるものであって、干渉光５１の波形も実は正弦波である。
【００２４】
ところで、干渉光５１及び５２はそれぞれ、マスクとなるシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ）及びポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）上で生じているため、図１７に示すように、干渉光５１と干渉光５２との間には干渉光発生光源のずれΔｄが存在し、これにより位相差δが発生する。この位相差δは、マスクとなるシリコン酸化膜の初期膜厚ｄ01、該シリコン酸化膜のエッチング速度Ｒ1 、ポリシリコン膜の初期膜厚ｄ02、該ポリシリコン膜のエッチング速度Ｒ2 及び該ポリシリコン膜のエッチング時間ｔに依存しており、次の式（４）のように表される。
【００２５】
δ＝２πΔｄ／λ＝（２π／λ）×｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝・・・（４）
よって、干渉光５１と干渉光５２との間の位相差γは次の式（５）のように表される。
【００２６】
γ＝ｋ1 −ｋ2 −δ
＝（２π／λ）［２ｎ（ｄ01−ｄ02）−｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝］
・・・（５）
ここで、ｋ1 は干渉光５１の位相差、ｋ2 は干渉光５２の位相差である。
【００２７】
従って、干渉光５１の波形と干渉光５２の波形との合成波形は図１８に示すようになる。本願発明者らは、図１８に示す合成波形が、実際のポリシリコン膜のエッチング中に形成される干渉光の波形とほぼ一致することを見出した。すなわち、実際のポリシリコン膜のエッチング中に形成される干渉光は、マスクとなるシリコン酸化膜表面での干渉、及びポリシリコン膜表面での干渉によって決まることを見出した。また、本願発明者らは、測定された干渉光の波形から、マスク層で生じた干渉成分を除去することにより、ポリシリコン膜で生じた干渉光の波形を算出でき、該算出された干渉光の波形に基づいてエッチング終点を確実に検出できることを見出した。
【００２８】
具体的には、実際のポリシリコン膜のエッチング時に取得される干渉光の波形（終点検出波形）は、図１９（ａ）に示すような波形となる。これは、図１９（ｂ）に示す正弦波と、図１９（ｃ）に示す、傾きが負の一次関数（単調減少曲線）との積に相当すると考えられる。従って、実際にポリシリコン膜をエッチングしている際に取得した干渉光を用いて、図１９（ｃ）に示す、傾きが負の一次関数（単調減少曲線）を作成すると共に、取得した干渉光の波形に対する、作成された一次関数の比を求めることによって、マスク層で生じた干渉成分を除去できる。すなわち、ポリシリコン膜のみによる干渉光を取り出すことができる。
【００２９】
また、本願発明者らは、取得した干渉光から、傾きが負の一次関数を作成するために、所定の波長領域と所定の時間とについて終点検出波形を二重積分する方法を考えた。この二重積分は次の式（６）のように表される。
【００３０】
∫∫ｓｉｎωｔ・ｄω・ｄｔ＝−Ｋ・ｔ ・・・（６）
ここで、Ｋは定数、ωは角周波数、ｔは時間であり、単純化のため終点検出波形が正弦波であると仮定している。式（６）に示すように、傾きが負の一次関数は、終点検出波形をある波長領域について積分することにより作成できる。
【００３１】
以上に説明したように、次の式（７）のように、ある波長の終点検出波形の、ある波長領域について積分した終点検出波形に対する比を求めることにより、所望のポリシリコン部分で生じた干渉光のみを得ることができる。
【００３２】
（所望のポリシリコン部分のみによる干渉光）＝
（ある波長の終点検出波形）／（ある波長領域について積分した終点検出波形）・・・（７）尚、式（７）において、分子はポリシリコン膜の残存膜厚（削れ量）を示し、分母はマスク部での擾乱成分を示す。ここで、分子の波長を短波長にすると、終点検出波形において極大値又は極小値が多数出現し、それにより終点検出時に誤検出を招くおそれがあるため、分子の波長を４００ｎｍ以上にすることが好ましい。また、分母の波長領域の幅を小さくすると、積分波長が少なくなるため、それぞれの波長でのノイズが、積分された波形に十分に吸収されなくなってノイズを無視できなくなるので、分母の波長領域の幅を１００ｎｍ以上にすることが好ましい。
【００３３】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る終点検出方法は、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際に用いる終点検出方法であって、マスク層及び被処理層のそれぞれに光を照射することにより、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、測定された干渉光の波形から、マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程と、算出された干渉光の波形に基づき被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する工程とを備えている。
【００３４】
また、本発明に係る終点検出装置は、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際に用いる終点検出装置であって、マスク層及び被処理層のそれぞれに光を照射する光源と、光源から照射された光に対するマスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する分光器と、分光器により測定された干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって被処理層で生じた干渉光の波形を算出する演算手段と、演算手段により算出された干渉光の波形に基づき被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する終点検出手段とを備えている。
【００３５】
本発明によると、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去する。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。従って、例えばゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングにおいて、終点検出エラーに起因するゲート酸化膜の損傷を確実に防止することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る終点検出方法について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態では、ゲート電極形成工程におけるポリシリコン膜のドライエッチングを例として説明するが、被処理層の残存厚さを正確に制御しなければならない他のドライエッチング工程に本実施形態と同様の方法を適用した場合にも本実施形態と同様の効果が期待できる。
【００３７】
図１（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００３８】
まず、図１（ａ）に示すように、素子分離１０２が形成された半導体基板１０１上に、例えば熱酸化等の成膜方法によりゲート酸化膜１０３を形成する。その後、ゲート酸化膜１０３の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法によりポリシリコン膜１０４及びシリコン酸化膜１０５を順次形成する。その後、シリコン酸化膜１０５の上に、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のゲートパターンを持つレジストパターン１０６を形成する。
【００３９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、レジストパターン１０６をマスクとしてシリコン酸化膜１０５に対してドライエッチングを行なった後、レジストパターン１０６を除去するためにアッシング及び洗浄を行なう。これにより、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜１０５Ａが形成される。
【００４０】
次に、図１（ｃ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜１０５Ａをマスクとしてポリシリコン膜１０４に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型エッチング装置を用いて、プラズマ発生のための印加電力が３５０Ｗ、試料台印加電力が１００Ｗ、圧力が０．４Ｐａ、Ｃｌ2 流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ、ＨＢｒ流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ4 流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が３ｍｌ／ｍｉｎ等の条件下でドライエッチングを行なう。
【００４１】
ここで、ポリシリコン膜１０４のドライエッチングにおける本実施形態の終点検出方法は次の通りである。まず、マスク層であるシリコン酸化膜１０５Ａ、及び被処理層であるポリシリコン膜１０４のそれぞれに光を照射することにより、シリコン酸化膜１０５Ａ及びポリシリコン膜１０４のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する。続いて、波長（特定波長）が例えば６００ｎｍの干渉光（測定干渉光）の強度の、例えば４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。これにより、測定干渉光の波形から、シリコン酸化膜１０５Ａで生じた干渉成分を除去できるので、ポリシリコン膜１０４で生じた干渉光の波形を算出できる。図２は、このように算出された干渉光の波形を示している。最後に、算出された干渉光の波形に基づきポリシリコン膜１０４の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、ポリシリコン膜１０４に対する加工の終点を検出する。
【００４２】
尚、本実施形態では、ポリシリコン膜１０４のエッチングによってゲート酸化膜１０３が損傷しないように、ゲート電極形成領域の外側においてもポリシリコン膜１０４を僅かに残存させる。このとき、残存させるポリシリコン膜１０４の厚さは、前述の特定波長を変更することによって任意の値に設定できる。
【００４３】
次に、図１（ｄ）に示すように、エッチングモードを低選択比モードから高選択比モードに切り替えて、ゲート電極形成領域の外側に残るポリシリコン膜１０４をエッチングにより除去する。具体的には、誘導結合プラズマ型エッチング装置を用いて、プラズマ発生のための印加電力が２５０Ｗ、試料台印加電力が５０Ｗ、圧力が１０Ｐａ、ＨＢｒ流量が５０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が１ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅ流量が５０ｍｌ／ｍｉｎ等の条件下でドライエッチングを行なう。ここで、下地層であるゲート酸化膜１０３が露出したとしても、ゲート酸化膜１０３のエッチング速度が極めて小さいため、ゲート酸化膜１０３をほとんど損傷させることなく、ポリシリコン膜１０４よりなるゲート電極１０４Ａを形成できる。
【００４４】
以上に説明したように、第１の実施形態によると、被処理層（ポリシリコン膜１０４）上に形成されたマスク層（シリコン酸化膜１０５Ａ）を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去できる。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形（終点検出波形）に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。すなわち、ゲート電極となるポリシリコン膜１０４のドライエッチングにおいて、終点検出エラーに起因するゲート酸化膜１０３の損傷を確実に防止することができる。
【００４５】
また、第１の実施形態によると、特定波長が６００ｎｍの測定干渉光の強度の、４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。従って、ポリシリコン膜１０４のエッチングの終点検出において、測定干渉光の波形から、マスク層であるシリコン酸化膜１０５Ａで生じた干渉成分を確実に除去できるので、終点検出を確実に行なうことができる。
【００４６】
尚、第１の実施形態において、測定干渉光の波形から、シリコン酸化膜１０５Ａで生じた干渉成分を除去するために、所定の波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する、１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めた。しかし、これに代えて、前記積分値に対する、２種類以上の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。或いは、所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての測定干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。
【００４７】
また、第１の実施形態において、測定干渉光の強度を積分する所定の波長領域として４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域を用いたが、所定の波長領域として利用可能な波長領域は特に限定されるものではない。但し、所定の波長領域の下限値が４００ｎｍ以上であると、算出された終点検出波形における多数の極大値又は極小値の出現を防止でき、それにより終点検出時の誤検出を防止できる。また、所定の波長領域の幅が１００ｎｍ以上であると、積分された波形にノイズを十分に吸収させることができる。さらに、所定の波長領域が４００ｎｍ以上で且つ８００ｎｍ以下の範囲を含むと、マスク層で生じた干渉成分をより正確にに除去できる。
【００４８】
また、第１の実施形態において、特定波長として６００ｎｍの波長を用いたが、特定波長として利用できる波長は特に限定されるものではない。但し、特定波長は所定の波長領域に含まれることが好ましい。このようにすると、マスク層で生じた干渉成分をより正確に除去できる。また、特定波長が、被処理層の残存厚さの所望値の整数倍であると、算出された終点検出波形における極小値又は極大値をエッチングの終点として検出できる。すなわち、第１の実施形態において、被処理層（ポリシリコン膜１０４）に対する加工（エッチング）の終点を検出する際に、算出された終点検出波形における極大値又は極小値を用いると、エッチング終点が正常に検出されているかどうかを簡単に判断できる。
【００４９】
また、第１の実施形態において、被処理層は、ゲート電極となるポリシリコン膜１０４であった。しかし、これに限られず、被処理層は、半導体基板、半導体基板上の絶縁膜及び半導体基板上の下地層のうちのいずれか１つの上に形成された半導体層又はシリサイド層であってもよい。
【００５０】
また、第１の実施形態において、マスク層は、ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜１０５Ａであった。しかし、これに限られず、マスク層は、任意のパターンを持つ感光性樹脂膜又は絶縁膜であってもよい。
【００５１】
また、第１の実施形態において、被処理層であるポリシリコン膜１０４に対するエッチングの終点を、ポリシリコン膜１０４のエッチング中に検出した。しかし、これに変えて、エッチングの終点を、ポリシリコン膜１０４のエッチングを中断して検出してもよい。
【００５２】
また、第１の実施形態において、被処理層に対する加工としてプラズマエッチングを行なった。しかし、被処理層に対する加工の種類は特に限定されるものではなく、例えば化学的機械研磨等を行なってもよい。
【００５３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る終点検出装置及び終点検出方法について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態では、ゲート電極形成工程におけるポリシリコン膜のドライエッチングを例として説明するが、被処理層の残存厚さを正確に制御しなければならない他のドライエッチング工程に本実施形態と同様の装置及び方法を適用した場合にも本実施形態と同様の効果が期待できる。
【００５４】
図３は、第２の実施形態に係る終点検出装置をドライエッチング装置と組み合わせて用いている様子を示す図である。
【００５５】
図３に示すドライエッチング装置は、処理室２００と、処理室２００の底面に配置され且つ半導体基板２０１を設置する試料台となる下部電極２０２と、下部電極２０２の上方に所定の間隔を置いて設置された上部天板２０３とを備えている。上部天板２０３の上にはコイル２０４及び窓部材２０７が装着されている。処理室２００には、ガス供給部（図示省略）と、真空排気装置（図示省略）が接続されたガス排出部２０５とが設けられている。下部電極２０２及びコイル２０４にはそれぞれ、マッチングボックス（図示省略）を介して高周波電源２０６が接続されており、高周波電源２０６から下部電極２０２及びコイル２０４に電力が印加されることによって半導体基板２０１のエッチングが行なわれる。
【００５６】
本実施形態の終点検出装置２１０は、半導体基板２０１上の被処理層（図示省略）上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際に用いる終点検出装置である。具体的には、終点検出装置２１０は、マスク層及び被処理層のそれぞれに光を照射する光源２１１と、光源２１１から照射された光に対するマスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する分光器２１４と、分光器２１４により測定された干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって被処理層で生じた干渉光の波形を算出する演算部２１５ａと、演算部２１５ａにより算出された干渉光の波形に基づき被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する終点検出部２１５ｂとを備えている。
【００５７】
尚、演算部２１５ａ及び終点検出部２１５ｂは例えばコンピュータ２１５上において実現されている。また、終点検出装置２１０は、ドライエッチング装置の窓部材２０７の上方に設置された受光発光装置２１２を備えている。装置２１２は、光源２１１からの光を半導体基板２０１に照射し且つ半導体基板２０１上で反射した反射光の収集を行なう。また、光源２１１と装置２１２、装置２１２と分光器２１４、及び分光器２１４とコンピュータ２１５とはそれぞれ光ファイバー２１３を介して接続されている。さらに、コンピュータ２１５は、ドライエッチング装置の制御部２２０と接続されている。コンピュータ２１５から制御部２２０に終点検出信号２２１が送信されると、制御部２２０は、エッチングを終了させるため、高周波電源２０６に電力の印加を停止させる信号２２２を送信する。
【００５８】
以下、本実施形態の終点検出装置２１０を用いた終点検出方法をドライエッチングに適用した場合について説明する。
【００５９】
図４は、本実施形態の終点検出方法のフロー図を示している。
【００６０】
まず、ステップＳ１において、予め、終点検出装置２１０（具体的にはコンピュータ２１５）に、被処理層の初期厚さ、マスク層の初期厚さ、被処理層のエッチング速度、及びマスク層のエッチング速度を入力する。これらのエッチング速度はエッチング条件によって決まるので、予め測定を行なうことにより得られた値を各エッチング速度として入力する。また、これらのエッチング速度を選択比として入力してもよい。
【００６１】
ここで、式（１）〜（３）（「従来の技術」参照）を用いることにより、マスク層で生じる干渉光の強度を次の式（８）のように求めることができる。
【００６２】
干渉光の強度＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（ａ−ｂ）
＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πｎ×（２ｄ1 ／λ））
＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πｎ×（２（ｄ01 −Ｒ1 ｔ）／λ））
・・・（８）
尚、Ａ、Ｂはそれぞれの反射光の振幅、ａ、ｂはそれぞれの反射光の初期位相、ｎは整数、ｄ1 はマスク層の残存厚さ、ｄ01はマスク層の初期厚さ、Ｒ1 はマスク層のエッチングレート、ｔはエッチング時間、λは光の波長である。
【００６３】
ところで、「課題を解決するための手段」で述べたように、マスク層で生じる干渉光Φ、及び被処理層で生じる干渉光Θはそれぞれマスク層上及び被処理層上で発生しているため、干渉光発生光源のずれが生じるので、該ずれに起因して位相差δが発生する。また、式（２）及び式（３）（「従来の技術」参照）を用いることにより、干渉光Φの位相差ｋ1 及び干渉光Θの位相差ｋ2 をそれぞれ次の式（９）及び式（１０）のように表すことができる。
【００６４】
ｋ1 ＝２πｎ×２（ｄ01−Ｒ1 ｔ）／λ ・・・（９）
ｋ2 ＝２πｎ×２（ｄ02−Ｒ2 ｔ）／λ ・・・（１０）
また、位相差δは、式（４）（「課題を解決するための手段」参照）と同様に、次の式（１１）のように表される。
【００６５】
δ＝２πΔｄ／λ＝（２π／λ）×｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝・・・（１１）
従って、干渉光Φと干渉光Θとの間の位相差γは、式（５）（「課題を解決するための手段」参照）と同様に、次の式（１２）のように表される。
【００６６】
γ＝ｋ1 −ｋ2 −δ
＝（２π／λ）［２ｎ（ｄ01−ｄ02）−｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ｝］・・・（１２）
ここで、ｎは整数、ｄ1 はマスク層の残存厚さ、ｄ01はマスク層の初期厚さ、ｄ2 は被処理層の残存厚さ、ｄ02は被処理層の初期厚さ、Ｒ1 はマスク層のエッチングレート、Ｒ2 は被処理層のエッチングレート、ｔはエッチング時間、λは光の波長である。
【００６７】
次に、ステップＳ２において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａにより、前記の式（１２）及び式（８）を用いて、マスク層で生じる干渉光の波形を以下の手順に従って算出する。
【００６８】
すなわち、時間ｔが０（ｔ0 ）の場合、式（８）から、マスク層で生じる干渉光の強度Ｉ0 を次の式（１３）のように表すことができる。
【００６９】
Ｉ0 ＝Ａ2 ＋Ｂ2
＋２ＡＢ×ｃｏｓ（２πｎ×（２（ｄ01 −Ｒ1 ｔ0 ）／λ））
・・・（１３）
但し、式（１３）においては位相差γが考慮されていないので、式（１２）を用いてｔ＝ｔ0 のときの位相差γ0 を次の式（１４）のように求める。
【００７０】
γ0 ＝（２π／λ）［２ｎ（ｄ01−ｄ02）−｛ｄ01−（Ｒ1−Ｒ2）ｔ0 ｝］・・・（１４）
従って、時間ｔが０（ｔ0 ）の場合におけるマスク層で生じる干渉光の強度は、図５（ａ）に示すように、式（１３）により算出される強度Ｉ0 に対して位相がγ0 遅れた値となる。
【００７１】
以下、時間ｔがｔ1 の場合、ｔ2 の場合、・・・ｔn の場合についても同様に干渉光の強度を算出することによって、図５（ｂ）に示すように、マスク層で生じる干渉成分を算出することができる。
【００７２】
次に、ステップＳ３において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａにより、マスク層で生じる干渉成分を除去した終点検出条件（例えば被処理層の残存厚さの所望値と対応する被処理層による干渉光の強度）を作成する。
【００７３】
次に、ステップＳ４において、図３に示すドライエッチング装置を用いて、半導体基板２０１上の被処理層に対してエッチング処理を開始する。
【００７４】
次に、ステップＳ５において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａが、分光器２１４により測定された干渉光（測定干渉光）から、前述のように予測された、マスク層で生じる干渉成分を除去する。これにより、被処理層で生じる干渉光の波形を算出できる。続いて、算出された干渉光の波形に基づき、終点検出装置２１０の終点検出部２１５ｂにより、被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、被処理層に対する加工の終点を検出する。すなわち、算出された干渉光の波形が、ステップＳ４で作成された終点検出条件を満たしているかどうか判断する。
【００７５】
ステップＳ５で終点検出条件が満たされていないと判断された場合、ステップＳ６において、さらにエッチング処理を続行する。また、ステップＳ５で終点検出条件が満たされていると判断された場合、つまり、被処理層に対する加工の終点が検出された場合、ステップＳ７において、終点検出装置２１０のコンピュータ２１５から制御部２２０に終点検出信号２２１が送信される。これにより、ステップＳ８において、制御部２２０が、エッチングを終了させるため、高周波電源２０６に電力の印加を停止させる信号２２２を送信し、それによってエッチング処理が終了する。
【００７６】
以上に説明したように、第２の実施形態によると、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じる干渉成分を除去できる。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形（終点検出波形）に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。従って、例えばゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングにおいて、終点検出エラーに起因するゲート酸化膜の損傷を確実に防止することができる。
【００７７】
また、第２の実施形態によると、予め入力された、マスク層の初期厚さ、被処理層の初期厚さ、被処理層のエッチング速度及びマスク層のエッチング速度に基づき、マスク層で生じる干渉成分を予測すると共に、測定干渉光から、予測された干渉成分を除去するため、終点検出を確実に行なうことができる。
【００７８】
尚、第２の実施形態において、終点検出装置２１０の演算部２１５ａは、マスク層の初期厚さ、被処理層の初期厚さ、被処理層のエッチング速度、及びマスク層のエッチング速度に基づき、マスク層で生じる干渉成分を予測すると共に、測定干渉光から、予測された干渉成分を除去した。しかし、これに代えて、演算部２１５ａは、所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての測定干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めることにより、測定干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去してもよい。或いは、演算部２１５ａは、所定の波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めることにより、測定干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去してもよい。
【００７９】
また、第２の実施形態において、被処理層は、半導体基板、半導体基板上の絶縁膜及び半導体基板上の下地層のうちのいずれか１つの上に形成された半導体層又はシリサイド層であってもよい。
【００８０】
また、第２の実施形態において、マスク層は、任意のパターンを持つ感光性樹脂膜又は絶縁膜であってもよい。
【００８１】
また、第２の実施形態において、被処理層に対するエッチングの終点を、被処理層のエッチング中に検出してもよい。
【００８２】
また、第２の実施形態において、被処理層に対する加工としてプラズマエッチングを行なった。しかし、被処理層に対する加工の種類は特に限定されるものではなく、例えば化学的機械研磨等を行なってもよい。
【００８３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法について図面を参照しながら説明する。
【００８４】
図６（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００８５】
まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板３０１上に、例えば熱酸化によりシリコン酸化膜３０２を形成した後、シリコン酸化膜３０２の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法によりシリコン窒化膜３０３を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術を用いて、所望の素子分離パターンを持つレジストパターン３０４を形成する。
【００８６】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばドライエッチング技術を用いて、レジストパターン３０４をマスクとして、シリコン窒化膜３０３及びシリコン酸化膜３０２に対して順次ドライエッチングを行なった後、レジストパターン３０４を除去するためにアッシング及び洗浄を行なう。これにより、素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜３０３Ａ及びシリコン酸化膜３０２Ａが形成される。
【００８７】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えばドライエッチング技術を用いて、素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜３０３Ａ及びシリコン酸化膜３０２Ａをマスクとして、シリコン基板３０１に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型エッチング装置を用いて、プラズマ発生のための印加電力が６００Ｗ、試料台印加電力が５００Ｗ、圧力が７Ｐａ、Ｃｌ2 流量が１５０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が１２ｍｌ／ｍｉｎ等の条件下でドライエッチングを行なう。
【００８８】
ここで、シリコン基板３０１のドライエッチングにおける本実施形態の終点検出方法は次の通りである。まず、マスク層であるシリコン窒化膜３０３Ａ、及び被処理層であるシリコン基板３０１のそれぞれに光を照射することにより、シリコン窒化膜３０３Ａ及びシリコン基板３０１のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する。続いて、波長（特定波長）が例えば６００ｎｍの干渉光（測定干渉光）の強度の、例えば４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。これにより、測定干渉光の波形から、シリコン窒化膜３０３Ａで生じた干渉成分を除去でき、シリコン基板３０１で生じた干渉光の波形（終点検出波形）を算出できる。最後に、算出された干渉光の波形に基づきシリコン基板３０１の残存厚さ（又は削れ量）を求め、該残存厚さ（又は削れ量）と所望の厚さ（又は所望の削れ量）とを比較することにより、シリコン基板３０１に対する加工の終点を検出する。ここで、シリコン基板３０１の所望の削れ量は、前述の特定波長を変更することによって任意の値に設定できる。
【００８９】
最後に、シリコン基板３０１のドライエッチング時に形成された堆積物を除去するために洗浄を行なう。これにより、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板３０１に、素子分離形成用の溝３０５が形成される。
【００９０】
ここで、本実施形態のエッチング中におけるシリコン基板の削れ量（深さ）と干渉光との関係について図７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００９１】
図７（ａ）に示すように、シリコン窒化膜からの反射光とシリコン基板表面からの反射光との間には経路差がある。このため、光源からの光が基板表面に対して垂直に照射される場合、前記の経路差がそのまま２つの反射光同士の間の位相差となって干渉光が発生する。ここで、図７（ｂ）に示すように、この位相差が反射光の波長の整数倍のときに干渉光の強度が最も弱くなる一方、この位相差が、反射光の波長の整数倍から半波長ずれたときに干渉光の強度は最も強くなる（「従来の技術」の式（１）参照）。すなわち、シリコン基板の削れ量（深さ）が大きくなるに従って、干渉光の強度は周期的に変化する。
【００９２】
尚、本実施形態の素子分離形成工程におけるシリコン基板のドライエッチングでは、素子分離用の溝をテーパー形状に加工するため、シリコン基板のエッチング速度のシリコン窒化膜のエッチング速度に対する選択比（以下、単に選択比と称する）が比較的大きい条件（具体的には選択比が１００以上の条件）を用いる。このため、シリコン窒化膜の削れ量に起因する干渉光は無視できると考えられる。
【００９３】
ところで、素子分離パターンのマスク開口率は半導体製品に応じて様々であるが、図８に示すように、シリコン基板のドライエッチングでは、シリコン基板のエッチング速度のマスク開口率に対する依存性が大きい。これは、ドライエッチング時における反応生成物の量がマスク開口率に依存するためである。このため、シリコン基板のドライエッチングにおいて終点検出を行なわずにエッチング時間を固定した場合、シリコン基板の削れ量のばらつきが大きくなるという問題が生じる。
【００９４】
それに対して、第３の実施形態によると、被処理層（シリコン基板３０１）上に形成されたマスク層（シリコン窒化膜３０３Ａ）を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去できる。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形（終点検出波形）に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。すなわち、シリコン基板３０１における素子分離形成工程において、マスク開口率に依存せずに、シリコン基板３０１の削れ量（深さ）のばらつきを確実に抑制できる。
【００９５】
図９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の終点検出方法を用いた場合における、各種マスク開口率での終点検出波形及びシリコン基板の削れ量（深さ）を示している。すなわち、本実施形態の終点検出方法を用いた場合、図９（ｂ）に示すように、マスク開口率に関係なく、目標値通りのシリコン基板の削れ量（深さ）を得ることができる。
【００９６】
また、第３の実施形態によると、特定波長が６００ｎｍの測定干渉光の強度の、４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する比を求める。従って、シリコン基板３０１のエッチングの終点検出において、測定干渉光の波形から、マスク層であるシリコン窒化膜３０３Ａで生じた干渉成分を確実に除去できるので、終点検出を確実に行なうことができる。
【００９７】
尚、第３の実施形態において、測定干渉光の波形から、シリコン窒化膜３０３Ａで生じた干渉成分を除去するために、所定の波長領域についての測定干渉光の強度の積分値に対する、１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めた。しかし、これに代えて、前記積分値に対する、２種類以上の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。或いは、所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての測定干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての測定干渉光の強度の比を求めてもよい。
【００９８】
また、第３の実施形態において、測定干渉光の強度を積分する所定の波長領域として４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長領域を用いたが、所定の波長領域として利用可能な波長領域は特に限定されるものではない。但し、所定の波長領域の下限値が４００ｎｍ以上であると、算出された終点検出波形における多数の極大値又は極小値の出現を防止でき、それにより終点検出時の誤検出を防止できる。また、所定の波長領域の幅が１００ｎｍ以上であると、積分された波形にノイズを十分に吸収させることができる。さらに、所定の波長領域は４００ｎｍ以上で且つ８００ｎｍ以下の範囲を含むと、マスク層で生じた干渉成分をより正確にに除去できる。
【００９９】
また、第３の実施形態において、特定波長として６００ｎｍの波長を用いたが、特定波長として利用できる波長は特に限定されるものではない。但し、特定波長は所定の波長領域に含まれることが好ましい。このようにすると、マスク層で生じた干渉成分をより正確に除去できる。また、特定波長が、被処理層の残存厚さの所望値の整数倍であると、算出された終点検出波形における極小値又は極大値をエッチングの終点として検出できる。すなわち、第３の実施形態において、被処理層（シリコン基板３０１）に対する加工（エッチング）の終点を検出する際に、算出された終点検出波形における極大値又は極小値を用いると、エッチング終点が正常に検出されているかどうかを簡単に判断できる。
【０１００】
また、第３の実施形態において、被処理層はシリコン基板３０１であった。しかし、これに限られず、被処理層は、半導体基板、半導体基板上の絶縁膜及び半導体基板上の下地層のうちのいずれか１つの上に形成された半導体層又はシリサイド層であってもよい。
【０１０１】
また、第３の実施形態において、マスク層は、素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜３０３Ａであった。しかし、これに限られず、マスク層は、任意のパターンを持つ感光性樹脂膜又は絶縁膜であってもよい。
【０１０２】
また、第３の実施形態において、被処理層であるシリコン基板３０１に対するエッチングの終点を、シリコン基板３０１のエッチング中に検出した。しかし、これに変えて、エッチングの終点を、シリコン基板３０１のエッチングを中断して検出してもよい。
【０１０３】
また、第３の実施形態において、被処理層に対する加工としてプラズマエッチングを行なった。しかし、被処理層に対する加工の種類は特に限定されるものではなく、例えば化学的機械研磨等を行なってもよい。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によると、被処理層上に形成されたマスク層を用いて被処理層を加工する際の終点検出において、マスク層及び被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光から、マスク層で生じた干渉成分を除去する。このため、例えばマスクレイアウト等のウェハ構造の違いに関わりなく、被処理層で生じた干渉光の波形を算出できるので、該算出された波形に基づき、被処理層に対する加工の終点を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る終点検出方法により算出された、ポリシリコン膜で生じた干渉光の波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る終点検出装置をドライエッチング装置と組み合わせて用いている様子を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る終点検出方法のフロー図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る終点検出方法により算出された、マスク層で生じる干渉光の強度を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法を用いたエッチング中におけるシリコン基板の削れ量（深さ）と干渉光との関係を示す図である。
【図８】シリコン基板のエッチング速度のマスク開口率に対する依存性を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第３の実施形態に係る終点検出方法を用いた場合における、各種マスク開口率での終点検出波形及びシリコン基板の削れ量（深さ）を示す図である。
【図１０】従来の終点検出装置をドライエッチング装置と組み合わせて用いている様子を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、従来の終点検出方法を用いたエッチング中におけるポリシリコン膜の残存膜厚と干渉光との関係を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は従来の終点検出方法が用いられる半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、（ｄ）は従来の終点検出方法の問題点を示す図である。
【図１３】ポリシリコン膜のドライエッチングにおいて終点検出時に得られる干渉光の波形を示す図である。
【図１４】ポリシリコン膜のドライエッチング中における光の反射を示す図である。
【図１５】（ａ）はマスク層となるシリコン酸化膜上で干渉光が形成される様子を示す図であり、（ｂ）は被処理層となるポリシリコン膜上で干渉光が形成される様子を示す図である。
【図１６】マスク層となるシリコン酸化膜上で形成された干渉光の波形、及び被処理層となるポリシリコン膜上で形成された干渉光の波形を示す図である。
【図１７】マスク層となるシリコン酸化膜上で形成された干渉光と、被処理層となるポリシリコン膜上で形成された干渉光との間の干渉光発生光源のずれを示す図である。
【図１８】マスク層となるシリコン酸化膜上で形成された干渉光の波形と、被処理層となるポリシリコン膜上で形成された干渉光の波形との合成波形を示す図である。
【図１９】（ａ）は実際のポリシリコン膜のエッチング時に取得される干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は正弦波で表される干渉光の波形を示す図であり、（ｃ）は傾きが負の一次関数（単調減少曲線）で表される干渉光の波形を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 半導体基板
１０２ 素子分離
１０３ ゲート酸化膜
１０４ ポリシリコン膜
１０４Ａ ゲート電極
１０５ シリコン酸化膜
１０５Ａ ゲートパターンが転写されたシリコン酸化膜
１０６ レジストパターン
２００ 処理室
２０１ 半導体基板
２０２ 下部電極
２０３ 上部天板
２０４ コイル
２０５ ガス排出部
２０６ 高周波電源
２０７ 窓部材
２１０ 終点検出装置
２１１ 光源
２１２ 受光発光装置
２１３ 光ファイバー
２１４ 分光器
２１５ コンピュータ
２１５ａ 演算部
２１５ｂ 終点検出部
２２０ ドライエッチング装置の制御部
２２１ 終点検出信号
２２２ 信号
３０１ シリコン基板
３０２ シリコン酸化膜
３０２Ａ 素子分離パターンが転写されたシリコン酸化膜
３０３ シリコン窒化膜
３０３Ａ 素子分離パターンが転写されたシリコン窒化膜
３０４ レジストパターン
３０５ 素子分離形成用の溝
Claims (18)
- 被処理層上に形成されたマスク層を用いて前記被処理層を加工する際に用いる終点検出方法であって、
前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれに光を照射することにより、前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、
前記測定された干渉光の波形から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程と、
前記算出された干渉光の波形に基づき前記被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、前記被処理層に対する加工の終点を検出する工程とを備え、
前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程は、
所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての前記測定された干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての前記測定された干渉光の強度の比を求めることにより、前記測定された干渉光から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去する工程を含むことを特徴とする終点検出方法。 - 被処理層上に形成されたマスク層を用いて前記被処理層を加工する際に用いる終点検出方法であって、
前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれに光を照射することにより、前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、
前記測定された干渉光の波形から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程と、
前記算出された干渉光の波形に基づき前記被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、前記被処理層に対する加工の終点を検出する工程とを備え、
前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程は、
所定の波長領域についての前記測定された干渉光の強度の積分値に対する、少なくとも１種類の特定波長についての前記測定された干渉光の強度の比を求めることにより、前記測定された干渉光から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去する工程を含むことを特徴とする終点検出方法。 - 前記所定の波長領域の下限値は４００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の終点検出方法。
- 前記所定の波長領域の幅は１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の終点検出方法。
- 前記所定の波長領域は４００ｎｍ以上で且つ８００ｎｍ以下の範囲を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の終点検出方法。
- 前記特定波長は前記所定の波長領域に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の終点検出方法。
- 前記特定波長は、前記所望の厚さの整数倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の終点検出方法。
- 被処理層上に形成されたマスク層を用いて前記被処理層を加工する際に用いる終点検出方法であって、
前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれに光を照射することにより、前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、
前記測定された干渉光の波形から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程と、
前記算出された干渉光の波形に基づき前記被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、前記被処理層に対する加工の終点を検出する工程とを備え、
前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する工程は、
前記マスク層の初期厚さ、前記被処理層の初期厚さ、前記被処理層のエッチング速度及び前記マスク層のエッチング速度に基づき、前記マスク層で生じる干渉成分を予測すると共に、前記測定された干渉光から、前記予測された干渉成分を除去する工程を含むことを特徴とする終点検出方法。 - 前記被処理層に対する加工の終点を検出する工程において、前記算出された干渉光の波形における極大値又は極小値を用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の終点検出方法。
- 前記被処理層は、半導体基板、半導体基板上の絶縁膜及び半導体基板上の下地層のうちのいずれか１つの上に形成された半導体層又はシリサイド層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の終点検出方法。
- 前記マスク層は、感光性樹脂膜又は絶縁膜からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の終点検出方法。
- 被処理層上に形成されたマスク層を用いて前記被処理層を加工する加工方法であって、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の終点検出方法を用いて、前記被処理層に対する加工の終点を検出することを特徴とする加工方法。 - 前記被処理層に対する加工の終点を、前記被処理層の加工途中に検出することを特徴とする請求項１２に記載の加工方法。
- 前記被処理層に対する加工においてプラズマエッチングを用いることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の加工方法。
- 前記被処理層に対する加工において化学的機械研磨を用いることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の加工方法。
- 被処理層上に形成されたマスク層を用いて前記被処理層を加工する際に用いる終点検出装置であって、
前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれに光を照射する光源と、
前記光源から照射された光に対する前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する分光器と、
前記分光器により測定された干渉光から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された干渉光の波形に基づき前記被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、前記被処理層に対する加工の終点を検出する終点検出手段とを備え、
前記演算手段は、所定の波長領域に含まれる少なくとも１０種類以上の波長についての前記測定された干渉光の強度の和に対する、少なくとも１種類の特定波長についての前記測定された干渉光の強度の比を求めることにより、前記測定された干渉光から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去することを特徴とする終点検出装置。 - 被処理層上に形成されたマスク層を用いて前記被処理層を加工する際に用いる終点検出装置であって、
前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれに光を照射する光源と、
前記光源から照射された光に対する前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する分光器と、
前記分光器により測定された干渉光から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された干渉光の波形に基づき前記被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、前記被処理層に対する加工の終点を検出する終点検出手段とを備え、
前記演算手段は、所定の波長領域についての前記測定された干渉光の強度の積分値に対する、少なくとも１種類の特定波長についての前記測定された干渉光の強度の比を求めることにより、前記測定された干渉光から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去することを特徴とする終点検出装置。 - 被処理層上に形成されたマスク層を用いて前記被処理層を加工する際に用いる終点検出装置であって、
前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれに光を照射する光源と、
前記光源から照射された光に対する前記マスク層及び前記被処理層のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する分光器と、
前記分光器により測定された干渉光から、前記マスク層で生じた干渉成分を除去し、それによって前記被処理層で生じた干渉光の波形を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された干渉光の波形に基づき前記被処理層の残存厚さを求め、該残存厚さと所望の厚さとを比較することにより、前記被処理層に対する加工の終点を検出する終点検出手段とを備え、
前記演算手段は、前記マスク層の初期厚さ、前記被処理層の初期厚さ、前記被処理層のエッチング速度、及び前記マスク層のエッチング速度に基づき、前記マスク層で生じる干渉成分を予測すると共に、前記測定された干渉光から、前記予測された干渉成分を除去することを特徴とする終点検出装置。
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