JPH0492444A - 処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、処理技術に関し、特に、半導体基板などに対
する薄膜形成やエツチング処理に適用して有効な技術に
関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体装置の製造工程では、周知のホトリソ
グラフィ技術などにより、多数の半導体装置が一括して
形成される半導体基板の一生面に対して、所望の物質か
らなる薄膜を形成したり、あるいは形成された薄膜にエ
ツチングを施すなどの処理が行われる。

このような薄膜形成処理などにおいては、形成される薄
膜の膜厚を精密に管理することが必要であり、このため
、従来から種々の膜厚測定技術が用いられている。

たとえば、（１）、アルミニウムなどの不透明な物質の
薄膜形成においては、半導体基板の近傍に水晶発信子を
置き、水晶発信子に付着する薄膜の膜厚の大小によって
当該水晶発信子の発信周波数が変化することを利用して
膜厚を測定する、（２）、半導体基板上に形成中の透明
な薄膜にレーザ光を照射し、膜厚の変動に応じた干渉縞
の変化を観察して膜厚を測定する、（３〕、実際の工程
に先立ってダミーの半導体基板に試験的に薄膜を形成し
、所定の膜厚が得られる処理条件を確認した後、実際の
半導体基板に対する薄膜形成を行うなどの技術が知られ
ている。

なお、半導体装置の製造における薄膜の膜厚制御技術に
ついては、たとえば日刊工業新聞社、昭和６２年１１月
２０日発行、日本半導体製造装置協会線「半導体製造装
置用語辞典ＪＰ１３１、などの文献に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記（１）の従来技術の場合には、間接的な
測定であるため、当該装置のもつ再現精度のばらつきが
そのまま膜厚のばらつきになるという問題がある。

また、上記（２）の従来技術の場合には、検査光に対し
て不透明な物質の薄膜には適用できないという欠点があ
る。

また、上記（３）の従来技術の場合には、仕様の異なる
各薄膜形成工程毎に、その都度、形成条件を確認するた
めの余分な作業が必要となり、薄膜形成工程における半
導体基板の単位時間当たりの処理枚数（スルーブツト）
が低下するという問題がある。さらに、処理中の処理条
件が、先行して行った確認作業で想定された状態からず
れた場合には、誤った処理条件のままで多数の半導体基
板に対して薄膜形成処理作業が遂行されることとなり、
製品不良の多発を招くことが懸念される。

そこで、本発明の目的は、基板に形成されている薄膜の
種類などに影響されることな（、処理中における薄膜の
膜厚や膜質の制御を的確に行うことが可能な処理技術を
提供することにある。

本発明の他の目的は、薄膜形成工程やエツチング工程な
どにふけるスルーブツトの向上および製品不良の低減を
実現することが可能な処理技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

５課題を解決するだめの手段〕 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明になる処理方法は、基板の表面側に対
する所望の物質からなる薄膜の形成またはエツチングを
行う処理方法であって、基板の裏面側から当該基板の物
性を測定することにより、処理中における薄膜の膜厚お
よび膜質の少なくとも一方を検出するようにしたもので
ある。

また、本発明になる処理装置は、密閉可能な処理室と、
この処理室内に設けられ、基板が載置される試料台とか
らなる処理装置であって、処理室および試料台の少なく
とも一方に設けられた観察窓と、この観察窓を通じて裏
面側から基板の物性を計測するモニタリング機構とを備
えるようにしたものである。

〔作用〕

上記した本発明の処理方法によれば、基板に対する薄膜
形成中や、すでに形成されている薄膜に対するエツチン
グ処理の過程で、たとえば、膜厚や膜質などを反映して
変化する基板の歪みなどの物性を当該基板の裏面側から
測定することで、基板の表面側に被着されている処理中
の薄膜の種類などに関わらず、当該薄膜の膜厚や膜質を
実時間で正確に把握することが可能となる。

これにより、得られた膜厚や膜質に関する情報を、当該
薄膜に対する処理条件の制御に帰還することで、たとえ
ば、薄膜形成処理や、すでに形成されている薄膜を全面
にわたって一様にエツチングする、いわゆるエッチバッ
ク処理などにおける膜厚や膜質を、常に、所望の状態に
的確に制御することができる。また、膜厚や膜質の測定
を実時間で行い、その測定結果を処理条件の制御に帰還
することで膜厚や膜質を的確に制御できるため、予め試
験用の基板に薄膜形成やエツチングを実際に行って処理
条件を決定する場合などに比較して、処理作業全体の所
要時間を短縮することができ、処理工程のスルーブツト
が確実に向上する。また、処理中に種々の要因によって
生じる好ましくない処理条件のもとで、多数の基板に対
して処理が継続されることが防止され、製品不良を確実
に減少させることができる。

また、本発明になる処理装置によれば、基板に対する薄
膜形成中や、すでに形成されている薄膜に対するエツチ
ング処理の過程で、たとえば、膜厚や膜質などを反映し
て変化する基板の歪み量などを、観察窓を通じて基板の
裏面側から測定することができ、基板の表面側に被着さ
れている処理中の薄膜の種類などに関わらず、当該薄膜
の膜厚や膜質を実時間に正確に把握することが可能とな
る。これにより、得られた膜厚や膜質に関する情報を、
当該薄膜に対する処理条件の制御に帰還することで、た
とえば、薄膜形成処理や、すでに形成されている薄膜を
全面にわたって一様にエツチングする、いわゆるエッチ
バック処理などにおける膜厚や膜質を、常に、所望の状
態に的確に制御することができる。

また、膜厚や膜質の測定を実時間で行い、その測定結果
を処理条件の制御に帰還することで膜厚や膜質を的確に
制御できる。この結果、予約試験用の基板に薄膜形成や
エツチングを実際に行って処理条件を決定する場合など
に比較して、処理作業全体の所要時間を短縮することが
でき、処理工程のスループットが確実に向上するととも
に、処理中に種々の要因によって生じる好ましくない処
理条件のもとて複数の基板に対する処理が継続されるこ
とが防止され、製品不鼻を確実に減少させることができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例である処
理方法およびそれを実施する処理装置の一例について、
図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例である処理装置の構成を模
式的に示した略断面図である。

なお、本実施例の場合には、処理装置の一例として、薄
膜形成装置の場合について説明する。

密閉された処理室１の内部には、電極を兼ねるステージ
２が設けられ、このステージ２の上には、たとえば半導
体基板などの基板３が１置されるとともに、当該基板３
は、処理室１の一部に設けられた図示しない出入口を通
じて搬入／搬出される構造となっている。

処理室１の内部において、ステージ２に対向する位置に
は、所定の物質からなるターゲット４が配置されている
。

このターゲット４とステージ２との間には、高周波電源
５から、高周波電力が印加されるように構成されている
。

ステージ２の内部には、電気ヒータなどからなる図示し
ない加熱機構が配置されており、ステージ２に載置され
た基板３を随時所望の温度に加熱する操作を行うように
なっている。

特に、図示しないが、処理室１には、真空排気装置およ
びガス供給機構が接続されており、当該処理室１の内部
を、随時、所望の真空度に排気することが可能になって
いるとともに、所望の圧のガスを処理室１の内部に、随
時、導入することが可能になっている。

この場合、ステージ２の一部には、観察窓２ａが開設さ
れ、さらに、処理室１の壁面の前記観察窓２ａに臨む位
置にも観察窓１ａが開設されており、外部から、当該ス
テージ２に載置される基板３を裏面側から観察すること
ができるようになっている。

すなわち、処理室１に設けられた観察窓１ａの近傍には
当該観察窓１ａおよびステージ２の観察窓２ａを通じて
基板３の裏面に検査光６ａを照射する光源６と、基板３
の裏面に対する検査光６ａの照射によって当該裏面や、
基板３と薄膜３ａとの界面などから発生する反射光また
は回折光または散乱光６ｂなどを検出する検出器７が配
置されている。

さらに、検出器７には、当該検出器７において得られた
反射光または回折光または散乱光６ｂに関する情報を分
析する分析部８、および当該分析部８から情報に基づい
て薄膜形成装置全体の動作を制御する制御部９などが接
続されている。

以下、本実施例の薄膜形成装置の作用の一例について説
明する。

まず、ステージ２に載置された基板３は、図示しない加
熱機構によって所定の温度に加熱されるとともに、基板
３の裏面には観察窓１ａ、２ａを通じて光源６から検査
光６ａを照射し、この検査光６ａの照射によって基板３
の裏面や、当該基板３と薄膜３ａとの界面などから発生
する反射光または回折光または散乱光６ｂを検出器７に
入射させる。

次に、処理室１の内部の密閉空間を所望の真空度に排気
した状態で、たとえば所定圧のアルゴンガスなどを導入
し、さらにステージ２とターゲット４との間に高周波電
源５から高周波電力を印加することによって、アルゴン
ガスのプラズマを、ターゲット４とステージ２との間の
空間に形成する。

そして、このプラズマから得られるイオンなどによって
ターゲット４を衝撃する際に当該ターゲット４から発生
する所望の物質のスパッタ粒子を、対向する位置にある
ステージ２の上で所定の温度に加熱されている基板３の
表面に堆積させることによって、基板３の表面に所望の
物質からなる薄膜３ａが徐々に形成される。

このとき、基板３には、薄膜３ａの形成によって、たと
えば、処理中に時々刻々変化する当該薄膜３ａの厚さや
膜質（強度、密度）などに応じた歪みが発生する。

このため、観察窓１ａおよび２ａを通じての、基板３の
裏面に対する検査光６ａの照射によって発生する反射光
または回折光または散乱光６ｂの状態は、基板３におけ
る前記歪みや界面の状態などを反映して時々刻々変化し
、検出器７は、反射光または回折光または散乱光６ｂの
変化を実時間で分析し、たとえば基板３における薄膜３
ａの現在の膜質や膜質などの情報に換算して制御部９に
伝達する。

このような情報を受けた制御部９は、基板３に形成され
つつある薄膜３ａの膜厚が所定の値に到達したか、ある
いは、膜質が所望の状態に維持されているかなどを常時
監視し、必要に応じて、処理室１の内部における真空度
や、当該処理室１の内部に供給されるガスの圧、さらに
はターゲット４とステージ２との間に印加される高周波
電力、ステージ２の図示しない加熱機構による基板３の
加熱温度などを適宜制御する。

そして、薄膜３ａの膜厚が所定の値になった時点で、処
理を停止する。

また、製品不良を招くような処理条件の異状が検出され
た場合には、随時、薄膜形成処理を停止して、作業者に
異状発生を報知するなどの動作を行う。

このように、本実施例の薄膜形成方法および装置の場合
には、基板３の裏面に検査光６ａを照射し、当該検査光
６ａの照射によって発生する反射光または回折光または
散乱光６ｂなどを検出することで、基板３の表面に形成
される薄膜３ａの膜厚や膜質を把握するので、たとえば
検査光６ａに対して薄膜３ｂが透明であるか否かなどに
関わらず、薄膜形成処理中における薄膜３ａの膜厚や膜
質を実時間で把握することができる。

これにより、薄膜形成処理中における薄膜３ａの膜厚や
膜質などの情報を、薄膜形成装置の制御に帰還すること
で、基板３の表面に形成される薄膜３ａの膜厚や膜質な
どを的確に制御することが可能となるとともに、好まし
くない処理条件の下で処理が継続されることに起因して
、不良な薄膜３ａが形成された基板３が多発することを
未然に防止することができる。

また、試験用の基板を用いて予約薄膜３ａの形成条件を
確認するなどの余分な作業が不要であり、基板３に対す
る薄膜３ａの形成処理におけるスルーブツトが確実に向
上する。

また、基板３と当該基板３の表面に形成される薄膜３ａ
の界面の物性の観察など実時間で行うことができ、試験
研究の効率化を促進することができる。

なお、上記の説明では、基板３の裏面に検査光６ａを照
射する場合について説明したが、これに限らずＸ線など
を用いてもよい。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、基板に対する処理の一例として、スパッタリ
ングによる薄膜形成処理の場合について説明したが、す
でに基板の表面に全面にわたって形成されている薄膜に
一様なエツチングを施すエッチバック処理などに適用し
てもよいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、本発明になる処理方法によれば、基板に対す
る薄膜形成中や、すでに形成されている薄膜に対するエ
ツチング処理の過程で、たとえば、膜厚や膜質などを反
映して変化する基板の歪み量などを当該基板の裏面側か
ら測定することで、基板の表面側に被着されている処理
中の薄膜の種類などに関わらず、当該薄膜の膜厚や膜質
を実時間に正確に把握することが可能となる。

これにより、得られた膜厚や膜質に関する情報を、当該
薄膜に対する処理条件の制御に帰還することで、たとえ
ば、薄膜形成処理や、すでに形成されている薄膜を全面
にわたって一様にエツチングする、いわゆるエッチバッ
ク処理などにおける膜厚や膜質を、常に、所望の状態に
的確に制御することができる。

また、膜厚や膜質の測定を実時間で行い、その測定結果
を処理条件の制御に帰還することで膜厚や膜質を的確に
制御できるため、予め試験用の基板に薄膜形成やエツチ
ングを実際に行って処理条件を決定する場合などに比較
して、処理作業全体の所要時間を短縮することができ、
処理工程のスルーブツトが確実に向上するとともに、処
理中の種々の要因によって生じる可能性のある誤った処
理条件のもとて処理が継続的に行われることが防止され
、製品不良を確実に減少させることができる。

また、本発明になる処理装置によれば、基板に対する薄
膜形成中や、すでに形成されている薄膜に対するエツチ
ング処理の過程で、たとえば、膜厚や膜質などを反映し
て変化する基板の歪み量などを、観察窓を通じて基板の
裏面側から測定することができ、基板の表面側に被着さ
れている処理中の薄膜の種類などに関わらず、当該薄膜
の膜厚や膜質を実時間に正確に把握することが可能とな
る。これにより、得られた膜厚や膜質に関する情報を、
当該薄膜に対する処理条件の制御に帰還することで、た
とえば、薄膜形成処理や、すでに形成されている薄膜を
全面にわたって一様にエツチングする、いわゆるエッチ
バック処理などにおける膜厚や膜質を、常に、所望の状
態に的確に制御することができる。

また、膜厚や膜質の測定を実時間で行い、その測定結果
を処理条件の制御に帰還することで膜厚や膜質を的確に
制御できる。この結果、予め試験用の基板に薄膜形成や
エツチングを実際に行って処理条件を決定する場合など
に比較して、処理作業全体の所要時間を短縮することが
でき、処理工程のスループットが確実に向上するととも
に、処理中の種々の要因によって生じる誤った処理条件
のもとて処理が継続的に行われることが防止され、製品
不良を確実に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である処理装置の構成を模
式的に示した略断面図である。 １・・・処理室、１ａ・・・観察窓、２・・・ステージ
、２ａ・・・観察窓、３・・・基板、３ａ・・・薄膜、
３ｂ・・・薄膜、４・・・ターゲット、５・・・高周波
電源、６・・・光源、６ａ・・・検査光、６ｂ・・・反
射光または回折光または散乱光、７・・・検出器、８・
・・分析部、９・・・制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の表面側に対する所望の物質からなる薄膜の形
   成またはエッチングを行う処理方法であって、前記基板
   の裏面側から当該基板の物性を測定することにより、処
   理中における前記薄膜の膜厚および膜質の少なくとも一
   方を検出することを特徴とする処理方法。 ２、密閉可能な処理室と、この処理室内に設けられ、基
   板が載置される試料台とからなる処理装置であって、前
   記処理室および試料台の少なくとも一方に設けられた観
   察窓と、この観察窓を通じて裏面側から前記基板の物性
   を計測するモニタリング機構とを備えたことを特徴とす
   る処理装置。