KR100733120B1 - Method and apparatus for detecting processing of semiconductor waper - Google Patents

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KR100733120B1
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다카시 후지이
모토히코 요시가이
데츠노리 가지
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Abstract

본 발명에 있어서는, 플라즈마를 이용한 처리 중에 광원 유닛으로부터의 광을 반도체 웨이퍼 표면에 조사한다. 진공처리실 내의 플라즈마에 면하여 반도체 웨이퍼 표면으로부터 얻어지는 복수의 파장의 간섭광이 투과하는 포트를 거쳐 간섭광을 수광한다. 수광하는 단계에서 수광한 복수의 파장의 간섭광을 이용하여 얻어지는 정보에 의거하여 반도체 웨이퍼 표면의 막의 에칭 처리상황을 검출한다.In the present invention, the light from the light source unit is irradiated onto the semiconductor wafer surface during the treatment using plasma. The interference light is received through a port through which the interference light of a plurality of wavelengths obtained from the surface of the semiconductor wafer passes through the plasma in the vacuum processing chamber. The etching process state of the film on the surface of the semiconductor wafer is detected based on the information obtained by using the interference light of the plurality of wavelengths received in the light receiving step.

Description

반도체 웨이퍼처리의 검출방법 및 검출장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING PROCESSING OF SEMICONDUCTOR WAPER}METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING PROCESSING OF SEMICONDUCTOR WAPER}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성을 나타낸 도,1 is a view showing the overall configuration of an etching apparatus for a semiconductor wafer with a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2a, 2b는 에칭처리 도중의 피처리재의 종단면형상 및 간섭광의 파장 실제 패턴의 예를 나타낸 도,2A and 2B are diagrams showing examples of longitudinal cross-sectional shapes of materials to be processed and actual patterns of wavelengths of interference light during etching;

도 3a, 3b는 상기 도 2a, 2b의 A, B, C에 나타낸 각 막두께(경계면으로부터의 거리)에 대응하는 간섭광의 미분계수값 시계열 데이터의 파장을 파라미터로 하는 도,3A and 3B are diagrams in which the wavelength of the differential coefficient value time series data of the interference light corresponding to the respective film thicknesses (distance from the boundary plane) shown in A, B, and C of FIGS. 2A and 2B is a parameter;

도 4는 도 1의 막두께 측정장치에 의해 에칭처리를 행할 때에 피처리재의 막두께를 구하는 순서를 나타낸 플로우차트,4 is a flowchart showing a procedure for obtaining a film thickness of a material to be treated when etching is performed by the film thickness measuring apparatus of FIG. 1;

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성을 나타낸 도,5 is a diagram showing the overall configuration of an etching apparatus for a semiconductor wafer with a film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 6은 도 5의 실시예의 동작을 나타낸 플로우차트,6 is a flowchart showing the operation of the embodiment of FIG. 5;

도 7은 도 5의 실시예의 동작 설명도,7 is an operation explanatory diagram of the embodiment of FIG. 5;

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성을 나타낸 도,8 is a view showing the overall configuration of an etching apparatus for a semiconductor wafer with a film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 9는 도 8의 실시예의 동작 설명도,9 is an operation explanatory diagram of the embodiment of FIG. 8;

도 10은 도 8의 실시예의 동작을 나타낸 플로우차트,10 is a flowchart illustrating operation of the embodiment of FIG. 8;

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성을 나타낸 도,11 is a view showing the overall configuration of an etching apparatus for a semiconductor wafer with a film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 12는 도 11의 실시예의 동작 설명도,12 is an operation explanatory diagram of the embodiment of FIG. 11;

도 13은 도 11의 실시예의 동작 설명도,13 is an operation explanatory diagram of the embodiment of FIG. 11;

도 14는 도 11의 실시예의 동작을 나타낸 플로우차트,14 is a flowchart illustrating operation of the embodiment of FIG. 11;

도 15는 도 11의 실시예의 동작 설명도,15 is an operation explanatory diagram of the embodiment of FIG. 11;

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성을 나타낸 도,16 is a view showing the overall configuration of an etching apparatus for a semiconductor wafer with a film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 17a, 17b는 도 16의 실시예의 동작 설명도,17A and 17B are diagrams illustrating the operation of the embodiment of FIG. 16;

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 의한 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성을 나타낸 도,18 is a view showing the overall configuration of an etching apparatus for a semiconductor wafer with a film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 19a∼19c는 도 18의 실시예의 동작 설명도,19A to 19C are diagrams illustrating the operation of the embodiment of FIG. 18;

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 의한 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성을 나타낸 도,20 is a diagram showing the overall configuration of an etching apparatus for a semiconductor wafer with a film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 21은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 막두께 변화를 나타낸 도면이다.21 is a view showing a film thickness change for explaining another embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 집적회로의 제조 등에 있어서의 피처리재의 막두께를 발광분광법에 의하여 검출하는 막두께 측정방법 및 그것을 사용한 피처리재의 처리방법에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 방전을 이용한 에칭처리에 의하여 기판 위에 설치되는 각종 층의 막두께를 정확하게 측정하여 원하는 두께로 하기에 적합한 피처리재의 막두께 측정방법 및 그것을 이용한 피처리재의 처리방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film thickness measurement method for detecting a film thickness of a target material by a light emission spectroscopy method in the manufacture of a semiconductor integrated circuit, and a method of processing a target material using the same. The present invention relates to a method for measuring a film thickness of a workpiece to be precisely measured to obtain a desired thickness by measuring the film thicknesses of various layers provided, and to a method of treating a workpiece using the same.

반도체 웨이퍼의 제조에서는 웨이퍼의 표면 위에 형성된 여러 가지 재료의 층 및 특히 유전재료의 층의 제거 또는 패턴 형성에 드라이 에칭이 널리 사용되고 있다. 프로세스 파라미터의 제어에 있어서 가장 중요한 점은 이와 같은 층의 가공중에 원하는 두께에서 에칭을 정지하기 위한 에칭 종료점을 정확하게 결정하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION In the manufacture of semiconductor wafers, dry etching is widely used for the removal or pattern formation of layers of various materials, especially layers of dielectric materials, formed on the surface of the wafer. The most important point in the control of process parameters is to accurately determine the etch end point for stopping the etch at the desired thickness during processing of such a layer.

반도체 웨이퍼의 드라이 에칭 처리중에 있어서, 플라즈마광에 있어서의 특정 파장의 발광강도가 특정한 막의 에칭 진행에 따라 변화된다. 그래서, 반도체 웨이퍼의 에칭 종료점 검출방법의 하나로서, 종래부터 드라이 에칭 처리 중에 플라즈마로부터의 특정 파장의 발광강도의 변화를 검출하고, 이 검출결과에 의거하여 특정한 막의 에칭 종료점을 검출하는 방법이 있다. 그 때, 노이즈에 의한 검출파형의 흔들림에 의거하는 오검출을 방지할 필요가 있다. 발광강도의 변화를 정밀도 좋게 검출하기 위한 방법으로서는, 예를 들어 일본국 특개소61-53728호 공보, 일본국 특개소63-200533호 공보 등이 알려져 있다. 일본국 특개소61-53728호 공보에서는 이동평균법에 의하여, 또한 일본국 특개소63-200533호 공보에서는 1차의 최소 2승법 에 의한 근사처리에 의하여 노이즈의 저감을 행하고 있다. During the dry etching process of a semiconductor wafer, the light emission intensity of a specific wavelength in plasma light changes with the etching progress of a specific film. Thus, as one of the etching end point detection methods of a semiconductor wafer, there is conventionally a method of detecting a change in the emission intensity of a specific wavelength from plasma during a dry etching process and detecting the end point of etching of a specific film based on the detection result. At that time, it is necessary to prevent erroneous detection based on the shaking of the detection waveform due to noise. As a method for accurately detecting a change in luminescence intensity, Japanese Patent Laid-Open No. 61-53728, Japanese Patent Laid-Open No. 63-200533 and the like are known. In Japanese Patent Laid-Open No. 61-53728, noise reduction is performed by a moving average method and Japanese Patent Laid-Open No. 63-200533 by approximation processing by a first least square method.

최근의 반도체의 미세화, 고집적화에 따라 개구율(반도체 웨이퍼의 피에칭면적)이 작아지고 있고, 광센서로부터 광검출기에 받아들여지는 특정 파장의 발광강도가 미약해지고 있다. 그 결과, 광검출기로부터의 샘플링신호의 레벨이 작아져서, 종료점 판정부는 광검출기로부터의 샘플링신호에 의거하여 에칭의 종료점을 확실하게 검출하는 것이 곤란해지고 있다. With the recent miniaturization and high integration of semiconductors, the aperture ratio (the etching target area of a semiconductor wafer) is decreasing, and the light emission intensity of a specific wavelength accepted by the photodetector from the optical sensor is weakened. As a result, the level of the sampling signal from the photodetector decreases, and it is difficult for the end point determining unit to reliably detect the end point of etching based on the sampling signal from the photodetector.

또, 에칭의 종료점을 검출하여 처리를 정지시킬 때, 실제로는 유전층의 나머지의 두께가 소정값과 동일한 것이 중요하다. 종래의 공정에서는 각각의 층의 에칭 속도가 일정하다는 전제에 의거하는 시간두께 제어기법을 사용하여, 전체 공정을 감시하고 있다. 에칭 속도의 값은 예를 들어 미리 샘플 웨이퍼를 처리하여 구한다. 이 방법에서는 시간감시법에 의하여 소정의 에칭막 두께에 대응하는 시간이 경과함과 동시에 에칭 공정이 정지된다. Moreover, when detecting the end point of etching and stopping a process, it is important that the thickness of the remainder of a dielectric layer is actually equal to a predetermined value. In the conventional process, the whole process is monitored using the time-thickness control method based on the premise that the etching rate of each layer is constant. The value of the etching rate is obtained by, for example, processing the sample wafer in advance. In this method, the etching process is stopped at the same time as the time corresponding to the predetermined etching film thickness has elapsed by the time monitoring method.

그러나, 실제의 막, 예를 들어 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 기법에 의하여 형성된 SiO2층은 두께의 재현성이 낮은 것이 알려져 있다. LPCVD 중의 공정 변동에 의한 두께의 허용오차는 SiO2층의 초기두께의 약 10%에 상당한다. 따라서, 시간감시에 의한 방법은 실리콘기판 위에 남는 SiO2층의 실제의 최종 두께를 정확하게 측정할 수는 없다. 그리고, 남아 있는 층의 실제 두께는 최종적으로 표준적인 분광간섭계를 이용한 기법에 의하여 측정되고, 과잉에칭되어 있는 것으로 판명되었을 경우에는 그 웨이퍼를 불합격으로 하여 폐기하게 된다. However, it is known that actual films such as SiO 2 layers formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) techniques have low thickness reproducibility. The tolerance of the thickness due to process variations during LPCVD corresponds to about 10% of the initial thickness of the SiO 2 layer. Therefore, the time monitoring method cannot accurately measure the actual final thickness of the SiO 2 layer remaining on the silicon substrate. The actual thickness of the remaining layer is finally measured by a technique using a standard spectroscopic interferometer, and when found to be overetched, the wafer is rejected and discarded.

또, 절연막 에칭장치에서는 에칭을 반복함에 따라 에칭 속도가 저하되는 등의 경시적인 변화가 알려져 있다. 경우에 따라서는 에칭이 도중에 정지하게 되는 경우도 있어, 그 해결은 필수적이다. 그것에 더하여, 에칭 속도의 경시적인 변동을 모니터해 두는 것도 공정의 안정가동을 위해서는 중요한데, 종래의 방법으로는 단지 종료점 판정의 시간 모니터뿐이고, 에칭 속도의 경시적인 변화나 변동에 대처할 적절한 방법이 없었다. 또한, 에칭시간이 10초 정도로 짧은 경우의 종료점 판정은 판정준비시간을 짧게 하는 종료점 판정방법으로 해야만 하는 것과, 판정시간의 시각도 충분히 짧게 할 필요가 있으나, 반드시 충분하지는 않다. 또한, 절연막에서는 피에칭면적이 1% 이하인 경우가 많아, 에칭에 동반되어 발생하는 반응생성물로부터의 플라즈마 발광강도 변화가 작다. 따라서, 근소한 변화도 검출할 수 있는 종료점 판정 시스템이 필요하게 되나, 실용적이고 값싼 시스템은 발견되지 않고 있다.In the insulating film etching apparatus, a change over time is known such that the etching rate decreases as the etching is repeated. In some cases, the etching may be stopped in the middle, and the solution is essential. In addition, it is important to monitor the fluctuation of the etching rate over time for the stable operation of the process. In the conventional method, only the time monitoring of the end point determination is available, and there is no appropriate method to cope with the temporal change or fluctuation of the etching rate. Further, the end point determination when the etching time is as short as about 10 seconds should be made as an end point determination method for shortening the determination preparation time and the time of the determination time needs to be short enough, but it is not necessarily sufficient. Further, in the insulating film, the etching target area is often 1% or less, and the change in plasma emission intensity from the reaction product generated by the etching is small. Thus, there is a need for an endpoint determination system that can detect even minor changes, but no practical and inexpensive system has been found.

한편, 반도체 웨이퍼의 에칭 종료점 검출방법의 다른 방법으로서, 일본국 특개평5-179467호 공보, 일본국 특개평8-274082호 공보, 일본국 특개2000-97648호 공보, 일본국 특개2000-106356호 공보 등에 개시된 간섭계를 사용하는 방법도 알려져 있다. 이 간섭계 사용법에서는 레이저로부터 방출된 단색 방사선이 이종(異種)재료의 적층구조를 포함하는 웨이퍼에 수직입사각으로 닿게 된다. 예를 들어, Si3N4층 위에 SiO2층 적층이 적층되어 있는 것에 있어서, SiO2층의 상면에서 반사한 방사 광과, SiO2층과 Si3N4층 사이에 형성된 경계면에서 반사한 방사광에 의하여 간섭무늬가 형성된다. 반사한 방사광은 적당한 검출기에 조사되어, 이것이 에칭중의 SiO2층의 두께에 따라 강도가 변화되는 신호를 생성한다. 에칭공정 중에 SiO2층의 상면이 노출되면, 즉시 에칭 속도와 현행 에칭 두께를 연속해서 정확하게 감시할 수 있다. 레이저 대신에, 플라즈마에 의하여 방출되는 소정의 방사광을 분광계에 의하여 계측하는 방법도 알려져 있다. On the other hand, as another method of detecting an etching end point of a semiconductor wafer, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-179467, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-274082, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-97648, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-106356 A method of using the interferometer disclosed in the publication or the like is also known. In the use of this interferometer, the monochromatic radiation emitted from the laser hits a wafer having a vertical incident angle on a wafer including a laminated structure of different materials. For example, in what is a SiO 2 layer laminate stacked on the Si 3 N 4 layer, the reflected radiation on the boundary surface formed between the reflection from the upper surface of the SiO2 layer emitting light and the, SiO 2 layer and a Si 3 N 4 layer By this, an interference fringe is formed. The reflected radiation is irradiated to a suitable detector, which generates a signal whose intensity varies with the thickness of the SiO 2 layer during etching. If the upper surface of the SiO 2 layer is exposed during the etching process, the etching rate and the current etching thickness can be continuously and accurately monitored immediately. Instead of the laser, a method of measuring a predetermined emission light emitted by the plasma by a spectrometer is also known.

간섭계를 사용하는 방법에 의하면, 적층구조의 경계면의 위치가 정확하게 측정된다. 그러나, 어떤 층의 상면에서 반사한 방사광과 경계면에서 반사한 방사광에 의하여 간섭무늬가 형성되기 위해서는 처리가 경계면까지 도달한 경우이며, 그 이전의 시점에서는 측정할 수 없다. 따라서, 실제의 에칭공정에 있어서는 반사광의 간섭무늬로부터 두께를 온라인으로 측정하여 처리가 경계면까지 도달하였다고 해서 공정 제어로 피드백되더라도 피처리층은 과잉에칭되지 않을 수 없다. 과잉에칭을 피하기 위해서는 상기 시간감시법과의 병용 등이 필요하게 되는데, 이것은 막 두께값 등에 대한 전제가 필요하므로 상기한 이유에 의하여 최근의 반도체 미세화 요구하에서 적정한 에칭을 행하기는 곤란하다.According to the method using an interferometer, the position of the boundary surface of the laminated structure is accurately measured. However, in order for the interference pattern to be formed by the radiation light reflected from the upper surface of a certain layer and the radiation light reflected from the boundary surface, the process reaches the boundary surface and cannot be measured at that point in time. Therefore, in the actual etching process, even if the processing reaches the boundary surface by measuring the thickness online from the interference fringes of the reflected light, the processed layer is overetched even if it is fed back to the process control. In order to avoid excessive etching, it is necessary to use a combination with the above-described time monitoring method. Since this requires a premise of a film thickness value, etc., it is difficult to perform an appropriate etching under the recent semiconductor miniaturization request for the above reason.

상기한 각 종래문헌의 내용을 요약하면 이하와 같이 된다.The content of each of the above-mentioned conventional documents is summarized as follows.

일본국 특개평5-179467호 공보에서는, 적, 녹, 청의 세 종류의 컬러 필터를 이용하여 간섭광(플라즈마광)을 검출하여 에칭의 종료점 검출을 행한다.In Japanese Patent Laid-Open No. 5-179467, interference light (plasma light) is detected using three kinds of color filters of red, green, and blue to detect the end point of etching.

또, 일본국 특개평8-274082호 공보(USP 5658418)에서는 두 개의 파장의 간섭 파형의 시간변화와 그 미분파형을 이용하여 간섭파형의 극치(極値)(파형의 최대, 최소 : 미분파형의 영(0)통과점)를 카운트한다. 카운트가 소정치에 도달할 때까지의 시간을 계측함으로써 에칭 속도를 산출하고, 산출한 에칭 속도에 의거하여 소정의 막 두께에 도달할 때까지의 나머지의 에칭시간을 구하여, 그것에 의거하여 에칭공정의 정지를 행한다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-274082 (USP 5658418) uses the time variation of two wavelengths of interference wave and the differential wave form to obtain the extreme value of the wave form (maximum and minimum of waveforms: Counts zero. By measuring the time until the count reaches a predetermined value, the etching rate is calculated. Based on the calculated etching rate, the remaining etching time until the predetermined film thickness is obtained is obtained. Stop.

또, 일본국 특개2000-97648호 공보에서는 처리전의 간섭광의 광강도 패턴(파장을 파라미터로 한다)과 처리후 또는 처리중의 간섭광의 광 강도 패턴과의 차이의 파형(파장을 파라미터로 한다)을 구하여, 그 차이 파형과 데이터베이스화되어 있는 차이 파형과의 비교에 의하여 단차(막 두께)를 측정한다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-97648 discloses a waveform (wavelength is used as a parameter) of the difference between the light intensity pattern (the wavelength is used as a parameter) of the interference light before processing and the light intensity pattern of the interference light after the treatment or processing. Then, the step (film thickness) is measured by comparison between the difference waveform and the difference waveform that is databased.

또, 일본국 특개2000-106356호 공보는 회전도포장치에 관한 것으로서, 다파장에 걸친 간섭광의 시간변화를 측정하여 막 두께를 구한다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-106356 relates to a rotating coating apparatus, and obtains a film thickness by measuring a time variation of interference light over multiple wavelengths.

또, USP 6081334에서는 간섭광의 시간변화의 특징적인 행동을 측정에 의하여 구하여 데이터베이스화하고, 그 데이터베이스와 측정되는 간섭파형의 비교에 의하여 에칭의 종료판정을 행한다. 이 판정에 의하여 에칭공정조건의 변경을 재촉한다.In USP 6081334, the characteristic behavior of the temporal change of the interference light is obtained by measurement, which is databased, and the termination of etching is determined by comparing the interference waveform measured with the database. This determination prompts the change of the etching process conditions.

이상의 공지예에서는 이하의 문제점이 발생된다.In the above known examples, the following problems occur.

① 에칭되는 재료의 박막화에 따라 간섭광 강도가 작아지고, 또한 간섭무늬의 수가 적어진다.① The thinner the material to be etched, the smaller the interference light intensity and the smaller the number of interference fringes.

② 마스크재(예를 들어 레지스트)를 이용한 에칭을 행하면, 에칭되는 재료로 부터의 간섭광에 마스크재로부터의 간섭광이 중첩된다.(2) When etching is performed using a mask material (for example, a resist), the interference light from the mask material is superimposed on the interference light from the material to be etched.

③ 공정 중에 에칭 속도가 변화되면 간섭파형이 찌그러진다.③ If the etching rate changes during the process, the interference waveform is distorted.

이상의 점때문에 피처리층, 특히 플라즈마 에칭처리에 있어서의 피처리층의 두께를, 요구되는 측정정밀도로 정확하게 측정, 제어하기는 곤란했다.Because of the above, it was difficult to accurately measure and control the thickness of the layer to be treated, particularly the layer to be treated in the plasma etching treatment, with the required measurement accuracy.

본 발명의 목적은, 플라즈마처리의 특히 플라즈마 에칭처리에 있어서, 피처리층의 실제 두께를 온라인으로 정확하게 측정할 수 있는 피처리재의 막두께 측정방법 및 그것을 사용한 피처리재의 처리방법을 제공하는 데에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for measuring a film thickness of a workpiece and a method of treating a workpiece using the same, which can accurately measure the actual thickness of the target layer online, particularly in plasma etching. have.

본 발명의 다른 목적은, 반도체디바이스의 각 층을 온라인으로 소정 두께로 높은 정밀도로 제어할 수 있는 에칭공정을 제공하는 데에 있다. It is another object of the present invention to provide an etching process that can control each layer of a semiconductor device with high precision online at a predetermined thickness.

본 발명의 다른 목적은, 피처리층의 실제 두께를 온라인으로 정확하게 측정할 수 있는 피처리재의 막두께 측정장치를 제공하는 데에 있다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the thickness of a workpiece, which can accurately measure the actual thickness of the layer to be processed online.

본원 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 또 상기 본원발명의 목적을 달성하기 위하여, 복수의 파장의 각각에 대하여 그 간섭파형의 시간미분의 파형을 구하고, 그것에 의거하여 간섭파형의 미분값의 파장 의존성을 나타내는 패턴(즉, 파장을 파라미터로 하는 간섭파형의 미분값의 패턴)을 구하여, 그 패턴을 이용하여 막두께의 측정을 행하도록 한 것이다. In order to solve the above problems of the prior art and to attain the object of the present invention, the present inventors obtain waveforms of time derivatives of the interference waveforms for each of a plurality of wavelengths, and based on the derivatives of the interference waveforms. The pattern showing the wavelength dependence of the value (that is, the pattern of the differential value of the interference waveform whose wavelength is a parameter) was obtained, and the film thickness was measured using the pattern.

본원발명에 있어서, 간섭파형의 시간미분값의 파장 의존성을 나타내는 패턴을 이용하는 이유는 이하와 같다.In the present invention, the reason for using the pattern representing the wavelength dependency of the time derivative of the interference waveform is as follows.

에칭중의 실시간(in-situ) 측정을 전제로 한 계측이기 때문에, 피처리막의 막두께는 시시각각 변화되고 있다. 따라서, 간섭파형의 시간미분처리가 가능하다. 또한, 이 미분처리에 의하여 간섭파형의 노이즈의 제거를 행할 수 있다.Since the measurement is based on the in-situ measurement during etching, the film thickness of the film to be processed is changed every time. Therefore, time differential processing of the interference waveform is possible. In addition, the differential processing can remove the noise of the interference waveform.

또, 에칭되는 재료(예를 들어 폴리실리콘)의 굴절율이 파장에 대하여 크게 변화된다. 따라서, 다파장에 걸친 간섭광 계측에 의하여 그 물질의 특징적인 변화(막두께 의존)를 검출할 수 있게 된다.In addition, the refractive index of the material to be etched (for example, polysilicon) varies greatly with respect to the wavelength. Therefore, the characteristic change (film thickness dependence) of the substance can be detected by the interference light measurement over multiple wavelengths.

본원발명은 진공처리실 내에 배치된 처리대상의 반도체 웨이퍼 표면의 막에 대하여 상기 진공처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 실시되는 상기 반도체 웨이퍼의 에칭 처리상황을 검출하는 반도체 웨이퍼처리의 검출방법에 있어서, 상기 플라즈마를 이용한 처리 중에 광원 유닛으로부터의 광을 상기 반도체 웨이퍼 표면에 조사하는 단계와, 상기 진공처리실 내의 상기 플라즈마에 면하여 상기 반도체 웨이퍼 표면으로부터 얻어지는 복수의 파장의 간섭광이 투과하는 포트를 거쳐 상기 간섭광을 수광하는 단계와, 상기 수광하는 단계에서 수광한 상기 복수의 파장의 간섭광을 이용하여 얻어지는 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼처리의 검출방법을 제공한다.The present invention relates to a method of detecting a semiconductor wafer, wherein the etching process of the semiconductor wafer is performed using a plasma formed in the vacuum chamber with respect to a film on the surface of the semiconductor wafer to be disposed in the vacuum chamber. Irradiating light from the light source unit to the surface of the semiconductor wafer during the treatment using plasma; and passing the light through a port through which a plurality of wavelengths of interference light is transmitted from the surface of the semiconductor wafer to face the plasma in the vacuum processing chamber. Receiving light and detecting an etching process state of the film on the surface of the semiconductor wafer on the basis of information obtained by using the interference light of the plurality of wavelengths received at the light receiving step. Detection method of semiconductor wafer processing to provide.

또한, 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼와 대략 동일한 구성을 가지는 반도체 웨이퍼를 상기 진공처리실 내에 배치하여 상기 광원 유닛으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 반도체 웨이퍼로부터 얻어진 광을 수광하는 단계와, 상기 수광하는 단계에서 수광한 상기 광을 이용하여 얻어지는 정보와, 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼의 상기 처리 중에 수광하여 얻어진 상기 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼처리의 검출방법을 제공한다.And placing a semiconductor wafer having a configuration substantially the same as that of the semiconductor wafer to be processed in the vacuum processing chamber, irradiating light from the light source unit to the semiconductor wafer to receive light obtained from the semiconductor wafer; Detecting the etching treatment state of the film on the surface of the semiconductor wafer based on the information obtained by using the light received in the step and the information obtained by receiving the light during the processing of the semiconductor wafer to be processed. A method of detecting a semiconductor wafer process is provided.

또한 본원발명은, 진공용기 내의 시료대 위에 배치되는 처리대상의 반도체 웨이퍼 표면의 막에 대하여 상기 진공용기 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 실시되는 에칭 처리상황을 검출하는 반도체 웨이퍼처리의 검출장치에 있어서, 상기 플라즈마를 이용한 처리 중에 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 광을 조사하는 발광 유닛과, 상기 반도체 웨이퍼 표면으로부터의 복수의 파장의 간섭광을 상기 진공처리실 내의 상기 플라즈마에 면한 포트를 거쳐 수광하는 수광장치와, 상기 수광장치에서 수광한 상기 복수의 파장의 간섭광을 이용하여 얻어지는 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 검출장치를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼처리의 검출장치를 제공한다.In addition, the present invention is a semiconductor wafer processing detecting apparatus for detecting an etching process performed by using a plasma formed in the vacuum container with respect to a film on the surface of a semiconductor wafer to be disposed on a sample table in a vacuum container. A light emitting unit that irradiates light onto the surface of the semiconductor wafer during the treatment using plasma, a light receiving device that receives interference light having a plurality of wavelengths from the surface of the semiconductor wafer through a port facing the plasma in the vacuum processing chamber, and And a detection device for detecting an etching process state of the film on the surface of the semiconductor wafer based on information obtained by using the interference light of the plurality of wavelengths received by the light receiving device. do.

또한, 상기 진공처리실 내에 배치되어 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼와 대략 동일한 구성을 가지는 반도체 웨이퍼에 대하여 상기 광원 유닛으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 반도체 웨이퍼로부터 얻어진 광을 수광하여 얻어진 정보와, 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼의 상기 처리 중에 수광하여 얻어진 상기 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 검출장치를 제공한다.Further, information obtained by receiving light from the semiconductor wafer by irradiating light onto the semiconductor wafer from the light source unit with respect to the semiconductor wafer disposed in the vacuum processing chamber and having a configuration substantially the same as that of the semiconductor wafer to be processed; An apparatus for detecting a semiconductor wafer is provided, wherein the etching treatment of the film on the surface of the semiconductor wafer is detected on the basis of the information obtained by receiving the light during the processing of the semiconductor wafer to be processed.

본원발명의 일면에 의하면, 피처리재의 막두께를 측정하는 막두께 측정방법은,According to one aspect of the present invention, the film thickness measuring method for measuring the film thickness of the workpiece,

a) 제 1(샘플용) 피처리재의 소정 막두께에 대한 간섭광의 미분값의, 파장을 파리미터로 하는 표준패턴을 설정하는 단계와;a) setting a standard pattern whose wavelength is a parameter of the derivative value of the interference light with respect to the predetermined film thickness of the first (sample) to-be-processed material;

b) 상기 제 1 피처리재와 동일한 구성의 제 2 피처리재에 대한 간섭광의 강도를 복수 파장에 대하여 각각 측정하고, 이 측정된 간섭광 강도의 미분값의 파장을 파라미터로 하는 실제패턴을 구하는 단계와;b) measuring the intensity of the interfering light with respect to the second to-be-processed material of the same structure as the said 1st to-be-processed material with respect to a some wavelength, respectively, and obtaining the actual pattern which makes the wavelength of the derivative value of this measured interference light intensity a parameter. Steps;

c) 상기 표준패턴과 상기 미분값의 실제패턴에 의거하여 상기 제 2 피처리재의 막두께를 구하는 단계를 구비한다. c) obtaining a film thickness of the second to-be-processed material based on the standard pattern and the actual pattern of the derivative value.

또한, 본원발명에 있어서는 이하와 같은 형태를 생각할 수 있다.In the present invention, the following aspects can be considered.

먼저, 피처리재인 에칭되는 재료의 막두께가 두꺼운 경우에는 간섭무늬의 주기성이 현저해진다. 이 경우에는 3파장 이상의 간섭광을 사용함으로써 절대 막두께가 구해진다.First, when the film thickness of the material to be etched is thick, the periodicity of the interference fringe becomes remarkable. In this case, the absolute film thickness is obtained by using interference light of three wavelengths or more.

한편, 피처리재인 에칭되는 재료의 막두께가 얇은 경우에는 간섭무늬의 주기성이 나타나지 않게 된다. 따라서, 이 경우에는 2파장의 간섭광을 사용함으로써 절대 막두께가 구해진다.On the other hand, when the film thickness of the material to be etched is thin, the periodicity of the interference fringe does not appear. Therefore, in this case, the absolute film thickness is obtained by using two wavelengths of interference light.

본 발명에 의하면 플라즈마처리, 특히 플라즈마 에칭처리에 있어서 피처리층의 실제 두께를 온라인으로 정확하게 측정할 수 있는 피처리재의 막두께 측정방법 및 그것을 사용한 피처리재의 시료의 처리방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method for measuring a film thickness of a target material and a method for processing a sample of the target material using the same, in which the actual thickness of the layer to be processed can be accurately measured online in a plasma treatment, particularly a plasma etching treatment.

또, 반도체디바이스의 각 층을 온라인으로 소정 두께로 높은 정밀도로 제어할 수 있는 에칭공정을 제공할 수 있다. 또한, 피처리층의 실제 두께를 온라인으로 정확하게 측정할 수 있는 피처리재의 막두께 측정장치를 제공할 수 있다.Moreover, the etching process which can control each layer of a semiconductor device online with high precision with a predetermined thickness can be provided. In addition, it is possible to provide an apparatus for measuring the film thickness of a material to be able to accurately measure the actual thickness of the layer to be processed online.

이하에 본원발명의 각 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 각 실시예 에 있어서, 제 1 실시예와 동일한 기능을 가지는 것은 제 1 실시예와 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, each Example of this invention is described. In each of the following embodiments, those having the same function as the first embodiment will be denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

이하에 도 1∼도 4에서 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 설명한다. 이 실시예는 반도체웨이퍼 등의 피처리재를 플라즈마 에칭할 때에 샘플용 피처리재의 소정 막두께에 대한, 간섭광의 미분값의 파장 의존성을 나타내는(파장을 파라미터로 한다) 표준패턴을 설정한다. 다음으로, 샘플용 피처리재와 동일한 구성의 피처리제에 대한 실제 처리에 있어서의 간섭광의 복수 파장의 강도를 각각 측정하여, 이 측정된 간섭광 강도의 미분값의 파장 의존성을 나타내는(파장을 파라미터로 한다) 실제패턴을 구하고, 미분값의 표준패턴과 실제패턴을 비교하여 피처리재의 막두께를 구하는 것이다.1 to 4, a first embodiment of the present invention will be described. This embodiment sets a standard pattern which shows the wavelength dependence of the derivative value of the interference light (with wavelength as a parameter) to the predetermined film thickness of the sample to be processed when plasma etching a to-be-processed material such as a semiconductor wafer. Next, the intensity | strength of the several wavelength of the interference light in the actual process with respect to the to-be-processed material of the same structure as the sample to-be-processed material is measured, respectively, and shows the wavelength dependency of the derivative value of this measured interference light intensity (wavelength is a parameter The actual pattern is obtained, and the film thickness of the processing target material is obtained by comparing the standard pattern of the differential value with the actual pattern.

먼저, 도 1을 이용하여, 본 발명의 막두께 측정장치를 구비한 반도체웨이퍼의 에칭장치의 전체 구성에 대하여 설명한다. 에칭장치(1)는 진공용기(2)를 구비하고 있고, 그 내부에 도입된 에칭가스가 마이크로파 전력 등에 의하여 분해되어 플라즈마가 되고, 이 플라즈마(3)에 의하여 시료대(5) 위의 반도체웨이퍼 등의 피처리재(4)가 에칭된다. 막두께 측정장치(10)의 분광기(11)가 갖는 측정용 광원(예를 들어 할로겐광원)으로부터의 다파장의 방사광이, 광섬유(8)에 의하여 진공용기(2) 내로 유도되고, 피처리재(4)에 수직입사각으로 닿게 된다. 피처리재(4)는 여기서는 폴리실리콘층을 함유하며, 방사광은 폴리실리콘층의 상면에서 반사한 방사광과, 폴리실리콘층과 베이스층 사이에 형성된 경계면에서 반사한 방사광에 의하여 간섭광이 형성된다. 간섭광은 광섬유(8)를 거쳐 막두께 측정장치(10)의 분광 기(11)로 유도되어, 그 상태에 의거하여 막두께 측정이나 종료점 판정의 처리를 행한다. First, the whole structure of the etching apparatus of the semiconductor wafer provided with the film thickness measuring apparatus of this invention is demonstrated using FIG. The etching apparatus 1 includes a vacuum vessel 2, and the etching gas introduced therein is decomposed by microwave power or the like to become a plasma, and the plasma 3 causes the semiconductor wafer on the sample table 5 to be disposed. The material 4 to be treated is etched. Multiwavelength radiation light from the measuring light source (for example, halogen light source) of the spectrometer 11 of the film thickness measuring apparatus 10 is guide | induced to the vacuum container 2 by the optical fiber 8, and a to-be-processed material (4) is a vertical incidence angle. The material to be treated 4 contains a polysilicon layer, and the emitted light is formed by interference light reflected from the upper surface of the polysilicon layer and radiation light reflected from the boundary surface formed between the polysilicon layer and the base layer. Interfering light is guided to the spectrometer 11 of the film thickness measuring apparatus 10 via the optical fiber 8, and the film thickness measurement and the endpoint determination process are performed based on the state.

막두께측정장치(10)는 분광기(11), 제 1 디지털 필터 회로(12), 미분기(13), 제 2 디지털 필터 회로(14), 미분파형 패턴 데이터베이스(15), 미분파형 비교기(16) 및 비교기의 결과를 표시하는 표시기(17)를 구비하고 있다. 또한, 도 1은 막두께 측정장치(10)의 기능적인 구성을 나타낸 것으로서, 표시기(17)와 분광기(11)를 제외한 막두께 측정장치(10)의 실제 구성은, CPU와, 막두께 측정처리 프로그램이나 간섭광의 미분파형 패턴 데이터베이스 등의 각종 데이터를 유지한 ROM이나 측정데이터 유지용 RAM 및 외부기억장치 등으로 이루어지는 기억장치, 데이터의 입출력장치, 및 통신제어장치에 의하여 구성할 수 있다. The film thickness measuring apparatus 10 includes a spectrometer 11, a first digital filter circuit 12, a differentiator 13, a second digital filter circuit 14, a differential waveform pattern database 15, and a differential waveform comparator 16. And an indicator 17 for displaying the result of the comparator. 1 shows the functional configuration of the film thickness measuring apparatus 10. The actual configuration of the film thickness measuring apparatus 10 except for the indicator 17 and the spectrometer 11 is a CPU and a film thickness measuring process. A storage device comprising a ROM holding various data such as a program and a differential wave pattern database of interference light, a RAM for holding measurement data, an external storage device, and the like, an input / output device for data, and a communication control device.

분광기(11)가 도입한 다파장의 분광강도는 각각 발광강도에 따른 전류검출신호가 되어 전압신호로 변환된다. 분광기(11)에 의하여 샘플링신호로서 출력된 복수의 특정 파장의 신호는, 시계열 데이터(yij)로서 RAM 등의 기억장치에 수납된다. 이 시계열 데이터(yij)는 다음에 제 1 디지털 필터 회로(12)에 의하여 평활화처리되어 평활화 시계열 데이터(Yij)로서 RAM 등의 기억장치에 수납된다. 이 평활화 시계열 데이터(Yij)를 근거로, 미분기(13)에 의하여 미분계수값(1차 미분값 또는 2차 미분값)의 시계열 데이터(dij)가 산출되어 RAM 등의 기억장치에 수납된다. 미분계수값의 시계열 데이터(dij)는 제 2 디지털 필터 회로(14)에 의하여 평활화처리되어 평 활화 미분계수 시계열 데이터(Dij)로서 RAM 등의 기억장치에 수납된다. 그리고, 이 평활화 미분계수 시계열 데이터(Dij)로부터 간섭광 강도의 미분값의 파장 의존성을 나타내는(파장을 파라미터로 한다) 실제패턴이 구해진다.The spectral intensities of the multiple wavelengths introduced by the spectrometer 11 become current detection signals corresponding to the light emission intensities, and are converted into voltage signals. The signals of a plurality of specific wavelengths output by the spectroscope 11 as sampling signals are stored in a storage device such as RAM as time series data y ij . This time series data y ij is then smoothed by the first digital filter circuit 12 and stored in a storage device such as RAM as smoothed time series data Y ij . Based on this smoothed time series data Y ij , the time series data d ij of the derivative coefficient value (primary derivative value or secondary derivative value) is calculated by the differentiator 13 and stored in a storage device such as RAM. . The time series data d ij of the differential coefficient value is smoothed by the second digital filter circuit 14 and stored in a storage device such as RAM as the smoothed differential coefficient time series data D ij . From this smoothed differential coefficient time series data Di j , an actual pattern representing the wavelength dependence of the derivative value of the interference light intensity (wavelength is used as a parameter) is obtained.

한편, 미분파형 패턴 데이터베이스(15)에는 막두께 측정의 대상이 되는 피처리재의 재료, 예를 들어 폴리실리콘에 대응한 상기 각 파장에 대응하는 간섭광 강도의 미분파형 패턴 데이터값(Pj)이 미리 설정되어 있다. 미분파형 비교기(16)에 있어서, 실제패턴과 미분파형 패턴 데이터값(Pj)이 비교되어 피처리재의 막두께가 구해진다. 그 결과는, 결과표시기(17)에 의하여 표시된다. On the other hand, in the differential wave pattern database 15, the differential wave pattern data value Pj of the interference light intensity corresponding to each of the wavelengths corresponding to the material of the target material to be measured, for example, polysilicon, is measured in advance. It is set. In the differential waveform comparator 16, the actual pattern and the differential waveform pattern data value Pj are compared to obtain a film thickness of the workpiece. The result is displayed by the result indicator 17.

또한, 실시예에서는 분광기(11)가 1개뿐인 경우를 나타내고 있으나, 피처리재의 면 내를 넓게 측정하여 제어하고자 하는 경우에는 복수의 분광기(11)를 설치하면 된다.In addition, although only one spectrometer 11 is shown in the Example, when the inside of a to-be-processed material is to be measured and controlled, what is necessary is just to provide a plurality of spectrometers 11.

도 2a, 2b에 에칭처리 도중의 피처리재(4)의 종단면형상 및 간섭광의 파장 실제패턴의 예를 나타낸다. 도 2a에 있어서 피처리재(웨이퍼)(4)는 기판(40) 위에 베이스재(41), 그 위에 피에칭재(42), 마스크재(43)가 적층되어 있다. 예를 들어 게이트막의 에칭을 행하는 경우, 피처리재(4)의 기판은 SiO2의 절연막이며, 소스, 드레인 사이에 대응하여 다결정의 베이스재 위에 폴리실리콘의 게이트층이 형성된다.2A and 2B show examples of longitudinal cross-sectional shapes of the workpiece 4 during etching and actual wavelength patterns of interference light. In FIG. 2A, the base member 41, the etching target material 42, and the mask material 43 are laminated on the substrate 40 on the substrate 40. For example, when etching the gate film, the substrate of the workpiece 4 is an insulating film of SiO 2 , and a polysilicon gate layer is formed on the polycrystalline base material corresponding to the source and the drain.

분광기(11)로부터 방출된 다파장의 빛은 피에칭재와 베이스재의 적층구조를 포함하는 피처리재(4)에 수직입사각으로 닿게 된다. 마스크재(43)가 아닌 에칭처 리된 부분으로 유도된 방사광(9)은 피에칭재(42)의 상면에서 반사한 방사광(9A)과, 피에칭재(42)와 베이스재(41) 사이에 형성된 경계면에서 반사한 방사광(9B)에 의하여 간섭광이 형성된다. 방사광(9A)은 에칭처리의 진행에 따라 반사하는 위치가 A, B, C와 같이 변화된다. 반사한 빛은 분광기(11)로 유도되어, 에칭중의 피에칭재(42) 층의 두께에 따라 강도가 변화되는 신호를 생성한다. The multi-wavelength light emitted from the spectrometer 11 is in contact with the material 4 to be processed including the laminated structure of the material to be etched and the base material at a normal incident angle. The radiation light 9 guided to the etched portion instead of the mask material 43 is formed between the radiation light 9A reflected from the upper surface of the etching target material 42 and the etching target material 42 and the base material 41. Interference light is formed by the emitted light 9B reflected at the formed boundary surface. The position of reflection of the emitted light 9A as the etching process proceeds is changed as A, B and C. The reflected light is guided to the spectroscope 11 to generate a signal whose intensity varies depending on the thickness of the layer of etching target material 42 during etching.

도 2b에 나타낸 바와 같이 간섭광의 생(生)파형(다파장)의 평활화 시계열 데이터(Yij)는 경계면으로부터의 거리가 0 근처까지는 비교적 큰 값을 유지하고, 0 근처에서 급속히 저감된다. 또한, 경계면으로부터의 거리가 0인 점보다 오른쪽은 오버에칭처리를 나타내고 있다. 이 평활화 시계열 데이터(Yij)를 근거로, 1차 미분값 또는 2차 미분값의 미분계수값 시계열 데이터(dij)가 산출된다. 도 2b에는 파장 475nm의 간섭광의 1차 미분값 및 2차 미분값을 나타내고 있다. 1차 미분값 및 2차 미분값은 경계면으로부터의 거리가 어느 범위 내의 복수 부분에서 0의 값을 횡단하고 있다. 이하에서는 이 0의 값을 횡단하는 점을 영(0)통과점이라고 한다. As shown in Fig. 2B, the smoothed time series data Y ij of the live waveform (multi-wavelength) of the interference light maintains a relatively large value until the distance from the boundary surface is near zero, and is rapidly reduced near zero. In addition, the right side shows the over-etching process rather than the point where the distance from the boundary surface is zero. Based on the smoothed time series data Y ij , the derivative coefficient time series data d ij of the first derivative or the second derivative is calculated. 2B, the first derivative and the second derivative of the interference light having a wavelength of 475 nm are shown. The first and second derivatives traverse a value of zero in a plurality of parts within a certain range of distance from the boundary surface. Hereinafter, the point crossing this zero value is called a zero passing point.

도 2b에서 명백한 바와 같이, 영(0)통과점은 경계면으로부터의 거리, 환언하면 막두께가 비교적 큰 값에서도 나타난다. 이것은 생파형이 경계면 부근에 도달할 때까지 값의 변동이 적고 0 근처에서 급속하게 저감하는 것과 비교하면 큰 차이이다. 본 발명은 이 사실에 착안하여 막두께가 비교적 큰 값의 상태에서도 막두께를 정확하게 측정할 수 있도록 한 데에 특징이 있다. 또, 플라즈마의 출력이 저하되더라도 간섭광의 1차 미분값 및 2차 미분값은 큰 값을 유지하고 있기 때문에, 정 확한 막두께 측정이 가능하다. As is apparent from Fig. 2B, the zero passing point is also shown at a distance from the interface, in other words, at a relatively large value. This is a large difference compared to the decrease in the value and rapid reduction near zero until the live waveform reaches the boundary. In view of this fact, the present invention is characterized in that the film thickness can be accurately measured even in a state where the film thickness is relatively large. Further, even if the output of the plasma decreases, the first derivative and the second derivative of the interference light maintain a large value, so that accurate film thickness measurement can be performed.

도 3a, 3b에 피처리재(폴리실리콘)의 상기 도 2a의 A, B, C에 나타낸 소정 막두께에 대한 간섭광의 미분값의 파장을 파라미터로 하는(파장 의존성을 나타낸다) 표준패턴을, 각 막두께(경계면으로부터의 거리)에 대응하는 간섭광의 미분계수값 시계열 데이터(dij)의 패턴으로서 나타낸다. 도 3a는 간섭광의 1차 미분파형 패턴 데이터를 나타내며, 도 3b는 마찬가지로 2차 미분파형 패턴 데이터를 나타낸다. 도면에서의 A, B, C는 도 2a의 A(=30nm), B(=20nm), C(=10nm)의 각 막두께에 있어서의 미분파형 패턴 데이터를 나타내고 있다.3A and 3B are standard patterns each having a wavelength of a derivative value of interference light with respect to a predetermined film thickness of the material (polysilicon) shown in Figs. The differential coefficient value time series data d ij of the interference light corresponding to the film thickness (distance from the boundary surface) is shown as a pattern. FIG. 3A shows the first differential wave pattern data of the interference light, and FIG. 3B likewise shows the second differential wave pattern data. A, B, and C in the figure show differential wave form pattern data at each film thickness of A (= 30 nm), B (= 20 nm) and C (= 10 nm) in FIG. 2A.

도 3a, 3b에서 명백한 바와 같이 간섭광의 1차 미분파형 패턴이나 2차 미분파형 패턴은 피처리재의 재료 및 막두께마다 특유의 패턴으로 되어 있고, 또한 특정한 파장에 있어서 영(0)통과점, 즉 1차 미분값이나 2차 미분값이 0이 됨을 알 수 있다. 예를 들어 막두께 C에서는 파장 500nm이 영(0)통과점이 되어 있다. 피처리재의 재료가 다르면 이들의 패턴도 변화되므로, 처리에 필요한 여러 가지 재료 및 막두께 범위에 대하여 미리 실험 등에 의하여 데이터를 구하고, 1차 미분파형 패턴이나 2차 미분파형 패턴으로서 기록장치에 유지해 두는 것이 좋다. As is apparent from Figs. 3A and 3B, the first differential wave pattern and the second differential wave pattern of the interference light have a unique pattern for each material and film thickness of the target material, and at a specific wavelength, i. It can be seen that the first derivative or the second derivative is zero. For example, at the film thickness C, the wavelength 500 nm is zero passing point. If the materials of the materials to be treated are different, these patterns are also changed. Therefore, data are obtained in advance for various materials and film thickness ranges required for processing, and are stored in the recording device as a first differential pattern or a second differential pattern. It is good.

다음으로, 도 4의 플로우차트에 의하여 도 1의 막두께 측정장치(10)로 에칭처리를 행할 때에 피처리재의 막두께를 구하는 순서에 대하여 설명한다. Next, the procedure of obtaining the film thickness of the to-be-processed material at the time of performing an etching process with the film thickness measuring apparatus 10 of FIG. 1 by the flowchart of FIG. 4 is demonstrated.

맨처음으로, 목표 막두께값과 막두께 패턴 데이터베이스로부터 파장영역(적어도 3개의 파장영역)의 추출된 미분패턴(Pi)과 판정치(σ0)의 설정을 행한다(단계 400). 즉, 미리 미분파형 패턴 데이터베이스(15)에 유지되어 있는, 도 3a, 3b에 나타낸 바와 같은 복수 파장에 대한 미분값의 표준패턴 중에서, 피처리재의 처리조건에 따라 필요하게 되는 막두께에 대응하는 적어도 3개의 표준패턴을 설정한다. First, the extracted differential pattern Pi and the determination value sigma 0 in the wavelength region (at least three wavelength regions) are set from the target film thickness value and the film thickness pattern database (step 400). That is, among the standard patterns of differential values for the plurality of wavelengths shown in FIGS. 3A and 3B, which are held in the differential wave pattern database 15 in advance, at least corresponding to the film thickness required by the processing conditions of the material to be processed. Set three standard patterns.

다음 단계에서 간섭광의 샘플링(예를 들어 0.25∼0.4초마다)을 개시한다(단계 402). 즉, 에칭처리 개시에 따라 샘플링 개시명령이 나온다. 에칭의 진행에 따라 변화되는 다파장의 발광강도가, 광검출기에 의하여 발광 강도에 따른 전압의 광검출신호로서 검출된다. 분광기(11)의 광검출신호는 디지털변환되어 샘플링신호(yi ,j)를 취득한다. In the next step, sampling of the interference light (for example, every 0.25 to 0.4 seconds) is started (step 402). That is, a sampling start command is issued in accordance with the start of the etching process. The light emission intensity of multiple wavelengths changed with the progress of etching is detected by the photodetector as the light detection signal of the voltage according to the light emission intensity. The light detection signal of the spectroscope 11 is digitally converted to obtain sampling signals y i and j .

다음으로, 분광기로부터의 다파장 출력신호(yi ,j)를 제 1 단째의 디지털 필터(12)에 의하여 평활화되어, 시계열 데이터(Yi ,j)를 산출한다(단계 404). 즉, 제 1 단째의 디지털 필터에 의하여 노이즈를 저감시켜, 평활화 시계열 데이터(yi)를 구한다. Next, the multi-wavelength output signal y i , j from the spectrometer is smoothed by the first stage digital filter 12 to calculate time series data Y i , j (step 404). That is, noise is reduced by the digital filter of the 1st stage, and smoothing time-series data y i is calculated | required.

다음으로, S-G법에 의하여 미분계수(di ,j)를 산출한다(단계 406). 즉, 미분처리(S-G법)에 의하여 신호파형의 계수(1차 또는 2차)(di)를 구한다. 또한,제 2 단째의 디지털 필터(14)에 의하여 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,j)를 산출한다(단계 408). 그리고, σ=Σ(Di ,j-pj)2값의 산출을 행한다(단계 410). 다음으로, 미분파형 비교기(16)에 있어서, σ≤σ0의 판정을 행하여(단계 412), σ≤σO인 경우, 피처리재의 막두께가 소정값이 된 것으로 하여 그 결과를 표시기(17)에 표시한다. σ≤σO이 아닌 경우, 단계 404로 리턴한다. 마지막으로, 샘플링 종료의 설정을 행한다(단계 414). Next, the differential coefficients d i , j are calculated by the SG method (step 406). I.e., obtain a coefficient of a signal waveform (primary or secondary) (d i) by a differential process (SG) method. Further, the smoothed differential coefficient time series data D i , j are calculated by the second stage digital filter 14 (step 408). Then, σ = Σ (D i , j -p j ) 2 value is calculated (step 410). Next, in the differential waveform comparator 16, σ ≦ σ 0 is determined (step 412), and when σ ≦ σ O , the film thickness of the workpiece is a predetermined value, and the result is displayed on the display unit 17. ). If σ ≦ σ O is not found, step 404 is returned. Finally, sampling end is set (step 414).

여기서, 평활화 미계수 시계열 데이터(Di)의 산출에 대하여 설명한다. 디지털 필터 회로로서는, 예를 들어 2차 버터워스(Butterworth)형의 저대역 통과 필터를 사용한다. 2차 버터워스형의 저대역 통과 필터에 의하여 평활화 시계열 데이터(Yi)는 식 (1)에 의하여 구해진다.Here, the calculation of the smoothed non-coefficient time series data D i will be described. As the digital filter circuit, for example, a second-order Butterworth type low pass filter is used. The smoothed time series data (Y i ) is obtained by Equation (1) using a second-order Butterworth type low pass filter.

Figure 112007010678081-pat00001
Figure 112007010678081-pat00001

여기서, 계수 b, a는 샘플링주파수 및 차단주파수에 따라 수치가 다르다. 예를 들어 샘플링주파수 10Hz, 차단주파수 1Hz일 때, a2 = -1.143, a3 = 0.4128, b1 = 0.067455, b2 = 0.13491, b3 = 0.067455가 된다. Here, the coefficients b and a differ in numerical values depending on the sampling frequency and the cutoff frequency. For example, at a sampling frequency of 10 Hz and a cutoff frequency of 1 Hz, a2 = -1.143, a3 = 0.4128, b1 = 0.067455, b2 = 0.13491, and b3 = 0.067455.

2차 미분계수값의 시계열 데이터(di)는 미분계수 연산회로(6)에 의하여 5점의 시계열 데이터(Yi)의 다항식 적합 평활화 미분법을 이용하여 식 (2)로부터 이하와 같이 산출된다. The time series data d i of the second derivative value is calculated by the differential coefficient calculating circuit 6 from the equation (2) as follows using the polynomial fitted smoothing differential method of the five points of time series data Y i .

Figure 112007010678081-pat00002
Figure 112007010678081-pat00002

여기서, w - 2 = 2, w - 1 = -1, w0 = -2, w1 = -1, w2 = 2이다. Here, w-2 = 2, w-1 = -1, w0 = -2, w1 = -1, w2 = 2.

상기 미분계수값의 시계열 데이터(di)를 이용하여, 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di)는 디지털 필터 회로(2차 버터워스형의 저대역 통과 필터, 단, 디지털 필터 회로의 a, b 계수와는 달라도 된다)에 의하여 식 (3)에 의하여 구해진다.By using the time series data d i of the differential coefficient values, the smoothed differential time series data D i is a digital filter circuit (a low-pass filter of the secondary Butterworth type, except that the a and b coefficients of the digital filter circuit are obtained. May be different from).

Figure 112007010678081-pat00003
Figure 112007010678081-pat00003

이와 같이 하여, 도 1의 막두께 측정장치에 의하면, 도 3a, 3b에 A, B, C로서 나타낸 바와 같은, 복수 파장에 대한 미분값의 표준패턴을 적어도 하나 설정하여, 피처리재의 간섭광의 복수 파장의 강도를 각각 측정하고, 상기 측정된 간섭광 강도의 각 파장의 미분값의 실제패턴을 구하여, 표준패턴과 미분값의 실제패턴을 비교함으로써, 피처리재의 막두께를 구할 수 있다. 예를 들어 막두께 30nm, 즉 도 2의 A를 검출하고자 하는 경우에는 미리 막두께 A에 대응하는 복수 파장에 대한 미분값의 표준패턴을 설정하고, 복수의 파장에 있어서 실제패턴의 표준패턴에 대한 일치율이 판정값(σ0) 이내에 도달함으로써, 피처리재의 막두께가 30nm이 되었다는 것을 검출할 수 있다. 표준패턴으로서는 1차 미분값 패턴, 2차 미분값 패턴 중 어 느 한쪽 또는 양쪽을 이용하면 된다. Thus, according to the film thickness measuring apparatus of FIG. 1, at least one standard pattern of differential values with respect to a plurality of wavelengths as shown as A, B, C in FIG. 3A, 3B is set, and the interference light of the to-be-processed material The film thickness of the workpiece can be obtained by measuring the intensity of the wavelengths respectively, obtaining the actual pattern of the derivative value of each wavelength of the measured interference light intensity, and comparing the standard pattern with the actual pattern of the derivative value. For example, in the case where it is desired to detect a film thickness of 30 nm, that is, A in FIG. 2, a standard pattern of differential values for a plurality of wavelengths corresponding to the film thickness A is set in advance, When the coincidence ratio reaches within the determination value (σ 0 ), it can be detected that the film thickness of the workpiece is 30 nm. As the standard pattern, one or both of the first derivative pattern and the second derivative pattern may be used.

이 실시예에 의하면, 경계면으로부터의 거리가 예를 들어 30nm로 비교적 큰 값이더라도 피처리재의 막두께를 정확하게 측정할 수 있다. According to this embodiment, even if the distance from the interface is a relatively large value, for example, 30 nm, the film thickness of the workpiece can be accurately measured.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예를 도 5∼도 7에서 설명한다. 이 실시예에서는 미리 소정의 막두께에 대응하는, 복수 파장에 대한 미분값의 표준패턴을 근거로, 이 표준패턴 중 하나의 영(0)통과점의 파장(λ0)과 일치한 것, 및 다른 하나의 파장(λp)에 있어서의 미분값의 실제 값의 표준패턴에 대한 일치율이 판정값(σ0) 이내에 도달한 것의 두 가지 조건에 의하여, 피처리재의 막두께가 소정값이 되었다는 것을 검출할 수 있다. Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. In this embodiment, the wavelength (λ 0 ) of the zero passing point of one of the standard patterns is matched based on a standard pattern of differential values for a plurality of wavelengths corresponding to a predetermined film thickness in advance. The film thickness of the processing target material became a predetermined value according to two conditions in which the coincidence ratio of the actual value of the derivative value at the other wavelength λ p reached within the determination value σ 0 . Can be detected.

도 5에 있어서, 분광기(11)에 의하여 샘플링신호로서 출력된 두 개의 특정 파장의 신호는 시계열 데이터(yi ,λ0과 yi ,λp)로서 RAM 등의 기억장치(도시를 생략함)에 수납된다. 이들 시계열 데이터는 다음으로 제 1 디지털 필터 회로(12)에 의하여 평활화처리되어 평활화 시계열 데이터(Yi ,λo과 Yi ,λp)로서 기억장치에 수납된다. 이들 평활화 시계열 데이터(Yi ,λo과 Yi ,λp)를 근거로, 미분기(13)에 의하여 미분계수값(1차 미분값 또는 2차 미분값)의 시계열 데이터(di ,λo과 di ,λp)가 산출되어 기억장치에 수납된다. 이들 미분계수값의 시계열 데이터는 제 2 디지털 필터 회로(14)에 의하여 평활화처리되어 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,λo과 Di ,λp)로서 기억장치에 수납된다. 그리고, 이들 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,λo과 Di,λp)로부터 간섭광 강도의 각 파장에 대한 미분값의 실제패턴이 구해진다. In Fig. 5, signals of two specific wavelengths output by the spectroscope 11 as sampling signals are storage devices such as RAM (not shown) as time series data y i , λ 0 and y i , λ p . Is housed in. These time series data are then smoothed by the first digital filter circuit 12 and stored in the storage device as smoothed time series data (Y i , λ o and Y i , λ p ). Based on these smoothed time series data (Y i , λ o and Y i , λ p ), the time series data (d i , λ o ) of the derivative coefficient value (first derivative or second derivative) by the differentiator 13 is obtained. And d i , λ p ) are calculated and stored in the storage device. The time series data of these differential coefficient values are smoothed by the second digital filter circuit 14 and stored in the storage device as smoothed differential coefficient time series data D i , λ o and D i , λ p . Then, from these smoothed differential coefficient time series data D i , λ o and D i, λ p , the actual pattern of the derivative value for each wavelength of the interference light intensity is obtained.

한편, 미분파형 패턴 데이터베이스(15)에는 미리 표준패턴 중 하나의 영(0)통과점의 파장(λ0)과, 다른 하나의 파장(λp)에 있어서의 미분값의 표준패턴이 설정되어 있다. 미분파형 비교기(16)에 있어서, 이들이 비교되어 피처리재의 막두께가 구해진다.On the other hand, in the differential waveform pattern database 15, the standard pattern of the derivative value at the wavelength (λ 0 ) of one zero (0) passing point and the other wavelength (λ p ) of the standard pattern is set in advance. . In the differential wave comparator 16, these are compared and the film thickness of the to-be-processed material is calculated | required.

예를 들어 막두께 30nm, 즉 도 2a의 A를 검출하고자 하는 경우에는 도 7에 나타낸 바와 같이 영(0)통과점(λ0)의 파장과, 다른 파장 λp = 450nm에 대응하는 1차 미분값(Pp)을 설정한다. 또한, 본 실시예에 있어서도 구성요소 12 내지 16은 CPU, 메모리 등을 가지는 컴퓨터에 의하여 구성해도 된다.For example, in the case where it is desired to detect a film thickness of 30 nm, that is, A in FIG. 2A, as shown in FIG. 7, the first derivative corresponding to the wavelength of zero passing point λ 0 and another wavelength λ p = 450 nm Set the value P p . In this embodiment, the components 12 to 16 may be configured by a computer having a CPU, a memory, and the like.

이 실시예의 동작을 도 6의 플로우차트로 설명한다. 먼저, 목표 막두께값과 막두께 패턴 데이터베이스로부터 영(0)통과 파장(λo)과, 적어도 하나의 다른 파장(λp)과, 파장(λp)의 미분값(Pp)과 판정값(σp)의 설정을 행한다(단계 600).The operation of this embodiment will be described with the flowchart of FIG. First, the differential value of the target film from the thickness values and the film thickness of the pattern database zero pass wavelength (λ o) and at least one different wavelength (λ p) with a wavelength (λ p) (P p) and the decision value (σ p ) is set (step 600).

다음으로, 피처리재의 간섭광의 샘플링을 개시하고(단계 602), 분광기로부터의 파장(λO과 λp)의 출력신호를 제 1 단째의 디지털 필터에 의하여 평활화 시계열 데이터(Yi ,o과 Yi ,p)를 산출한다(단계 604). Next, sampling of the interference light of the target material is started (step 602), and the output signals of wavelengths λ O and λ p from the spectrometer are smoothed by the first stage digital filter (Y i , o and Y). i , p) is calculated (step 604).

다음으로, S-G법에 의하여 미분계수(di ,o과 di ,p)를 산출한다(단계 606). 또한, 제 2 단째의 디지털 필터에 의하여 평활화 미계수 시계열 데이터(Di ,o과 Di ,p)를 산출한다(단계 608). 또한, σ= Σ(Di ,p-Pp)2의 산출을 행한다(단계 610).Next, the differential coefficients d i , o and d i , p are calculated by the SG method (step 606). Further, the smoothed non-coefficient time series data (D i , o and D i , p ) are calculated using the second stage digital filter (step 608). Further, σ = Σ (D i , p -P p ) 2 is calculated (step 610).

다음으로, Di -1,o * Di ,o ≤0 또한 σ≤σ0의 판정을 행한다(단계 612).Next, D i -1, o * D i , o0 and also determine σ ≦ σ 0 (step 612).

Di -1,o * Di ,o의 부호의 양음(±) 판정에 있어서 음(-)이면 참이라고 판정하고, 또한 σ≤σ0이면 막두께 판정을 종료한다(단계 614). 만약, Di -1,o * Di ,o의 부호가 양(+) 또는 σ> σO이면 단계 604로 리턴한다.In the positive (+) determination of the sign of D i -1, o * D i , o , it is determined to be true if it is negative, and if σ ≦ σ 0, the film thickness determination is finished (step 614). If the sign of D i -1, o * D i , o is positive (+) or σ> σ 0, then step 604 is returned.

이 실시예에 의하면, 두 개의 특정한 파장에 착안하는 것만으로, 즉 도 7에 나타낸 미분값 패턴이 λ0에서 0(X축)을 가로 질러 통과한 것 및 다른 파장(λp)의 미분값(Pp)이 판정값(σO)이 됨으로써, 피처리재의 막두께를 측정할 수 있다. 특히, 경계면으로부터의 거리가 예를 들어 30nm로 비교적 큰 값이더라도 피처리재의 막두께를 정확하게 측정할 수 있다. According to this embodiment, only by focusing on two specific wavelengths, that is, the differential value pattern shown in FIG. 7 has passed across λ 0 to 0 (X-axis) and the derivative value of the other wavelength λ p ( When P p ) becomes the determination value σ O , the film thickness of the workpiece can be measured. In particular, even if the distance from the interface is a relatively large value, for example, 30 nm, the film thickness of the workpiece can be accurately measured.

본 발명의 다른 실시예를 도 8 내지 도 10에 의해 설명한다. 이 실시예에서는 피처리재의 소정 막두께에 대한 간섭광 중에서 타겟이 되는 파장(타겟 파장)(λT)의 미분값의 영(0)통과패턴(Pj)을 설정하여, 피처리재의 실제의 간섭광 강도의 미분값의 영(0)통과패턴을 구하고, 영(0)통과회수(n)로부터 피처리재의 막두께를 구하는 것이다. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 10. In this embodiment, the zero passing pattern P j of the derivative value of the target wavelength (target wavelength) λ T is set among the interference light with respect to the predetermined film thickness of the target material, and the actual The zero pass pattern of the derivative value of the interference light intensity is obtained, and the film thickness of the workpiece is determined from the zero pass number n.

도 8에 있어서, 분광기(11)에 의하여 샘플링신호로서 출력된 타겟 파장(λT)의 신호는 시계열 데이터(yi ,λT)로서 RAM 등의 기억장치(도시를 생략함)에 수납된 다. 이 시계열 데이터는 다음으로 제 1 디지털 필터 회로(12)에 의하여 평활화처리되어 평활화 시계열 데이터(Yi ,λT)로서 기억장치에 수납된다. 이 평활화 시계열 데이터를 근거로, 미분기(13)에 의하여 미분계수값(1차 미분값 또는 2차 미분값)의 시계열 데이터(di ,λT)가 산출되어 기억장치에 수납된다. 이 미분계수값의 시계열 데이터는 제 2 디지털 필터 회로(14)에 의하여 평활화처리되어 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,λT)로서 기억장치에 수납된다. 한편, 미분파형 패턴 데이터베이스(15)에는 미리 표준패턴의 영(0)통과패턴(Pj)의 데이터가 설정되어 있다. 그리고, 미분파형 비교기(16)에 있어서, 이 평활화 미분계수 시계열 데이터가 미분값의 영(0)통과패턴(Pj)과 비교되어, 영(0)통과회수로부터 피처리재의 막두께를 구한다. In Fig. 8, the signal of the target wavelength λ T output as the sampling signal by the spectroscope 11 is stored in a storage device (not shown) such as RAM as time series data y i and λ T. . This time series data is then smoothed by the first digital filter circuit 12 and stored in the storage device as smoothed time series data (Y i , λ T ). Based on this smoothed time series data, the time difference data d i and λ T of the derivative coefficient value (primary derivative value or secondary derivative value) are calculated by the differentiator 13 and stored in the storage device. The time series data of the differential coefficient value is smoothed by the second digital filter circuit 14 and stored in the storage device as the smoothed differential coefficient time series data D i and λ T. On the other hand, in the differential waveform pattern database 15, data of the zero passing pattern P j of the standard pattern is set in advance. In the differential waveform comparator 16, the smoothed differential coefficient time series data is compared with the zero pass pattern P j of the derivative value to obtain the film thickness of the workpiece from the zero pass count.

도 9에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 타겟파장(λT)의 세 개의 영(0)통과점이 각각 막두께(A, B, C)에 대응하는 경우, 미분값이 이들의 영(0)통과점을 통과함으로써 C점의 예를 들어 1Onm라는 막두께를 측정할 수 있다. As shown in Fig. 9, for example, when three zero passing points of the target wavelength λ T respectively correspond to the film thicknesses A, B, and C, the derivative value passes through these zeros. By passing through the point, for example, the film thickness of 1 Onm can be measured.

또한, 본 실시예에 있어서도 구성요소 12 내지 16은 CPU, 메모리 등을 갖는 컴퓨터에 의하여 구성해도 된다. 이 실시예의 동작을 도 10의 플로우차트에 의해 설명한다. In the present embodiment, the components 12 to 16 may be configured by a computer having a CPU, a memory, or the like. The operation of this embodiment is explained by the flowchart of FIG.

먼저, 맨처음에 목표 막두께값과 막두께 패턴 데이터베이스로부터 분광기의 파장(λT)과 목표 영(0)통과회수(NT)를 설정한 후(단계 1OO0), 샘플링을 개시한다 (단계 1002). 다음으로, 분광기(파장 λT)로부터의 출력신호를 제 1 단째의 디지털 필터에 의하여 평활화하여 시계열 데이터(Yi ,λT)를 산출한다(단계 1004). 다음으로, S-G법에 의하여 미분계수(di ,λT)를 산출한다(단계 1006). 또한, 제 2 단째 디지털 필터에 의하여 평활화 미계수 시계열 데이터(Di ,λT)를 산출한다(단계 1008). First, the wavelength λ T and the target zero pass frequency N T of the spectrometer are first set from the target film thickness value and the film thickness pattern database (step 100), and then sampling is started (step 1002). ). Next, the output signal from the spectrometer (wavelength λ T ) is smoothed by the first stage digital filter to calculate time series data Y i , λ T (step 1004). Next, the calculating the differential coefficient (d i, λ T) by the SG method (step 1006). Further, the smoothed non-coefficient time series data (D i , λ T ) are calculated by the second stage digital filter (step 1008).

다음으로, (Di -1,λT)*(Di ,λT)의 값 부호의 양음(±) 판정을 행하여, 음(-) = 참에 의하여 미분계수의 영(0)통과를 검출한다(단계 1010). 또한, 미분계수의 영(0)통과회수를 가산(n = n + 1)하여(단계 1012), 목표 영(0)통과회수(NT)와 n을 비교한다(단계 1014). 만약, 목표 영(0)통과회수(NT)에 도달되어 있지 않으면 단계 1004로 리턴되고, 또한 목표 영(0)통과회수(NT)에 도달되어 있으면 소정의 막두께가 되었다고 판정하여 샘플링 종료의 설정을 행한다. Next, a positive (±) judgment of the value sign of (D i -1, λ T ) * (D i , λ T ) is performed, and the zero pass of the derivative is detected by negative (−) = true. (Step 1010). Further, the zero pass count of the differential coefficient is added (n = n + 1) (step 1012), and the target zero pass count N T is compared with n (step 1014). If the target zero pass number N T has not been reached, the process returns to step 1004. If the target zero pass number N T has been reached, it is determined that the predetermined film thickness has been reached and the sampling ends. Set the following.

이 실시예에서는 특정 파장(λT)의 미분값 파형의 영(0)통과 패턴(Pj)을 설정하고, 실제 패턴의 영(0)통과회수로부터 피처리재의 막두께를 구하는 것으로서, 경계면으로부터의 거리가 비교적 큰 값이더라도 피처리재의 막두께를 정확하게 측정할 수 있다.In this embodiment, the zero-pass pattern P j of the derivative waveform of the specific wavelength λ T is set, and the film thickness of the workpiece is determined from the zero-pass frequency of the actual pattern. Even if the distance is relatively large, the film thickness of the workpiece can be measured accurately.

다음으로, 본 발명에 의한 막두께 측정방법의 다른 실시예를 도 11 내지 도 14에 의해 설명한다. 이 실시예에서는 피처리재의 간섭광에 있어서의 특정한 파장을, 가이드파장(λG) 및 타겟파장(λT)으로 선정하고, 가이드파장(λG)의 미분값의 영(0)통과 패턴으로부터 피처리재의 막두께 범위를 구하여, 이 막두께 범위에 있는 피처리재의 막두께를 타겟파장(λT)의 미분값의 영(0)통과 패턴으로부터 구하는 것이다.Next, another Example of the film thickness measuring method by this invention is described with reference to FIGS. In this embodiment, the specific wavelength in the interference light of the target material is selected as the guide wavelength λ G and the target wavelength λ T , and from the zero-pass pattern of the derivative value of the guide wavelength λ G , The film thickness range of the target material is obtained, and the film thickness of the target material within the film thickness range is obtained from the zero pass pattern of the derivative value of the target wavelength λ T.

도 11에 있어서, 분광기(11)에 의하여 샘플링신호로서 출력된 두 개의 특정 파장의 신호는 시계열 데이터(yi ,λG와 yi ,λT)로서 기억장치(도시를 생략함)에 수납된다. 이들 시계열 데이터는 다음으로 두 개의 제 1 디지털 필터 회로[12(12A, 12B)]에 의하여 평활화처리되어 평활화 시계열 데이터(Yi ,λG와 Yi ,λT)로서 기억장치에 수납된다. 이들 평활화 시계열 데이터를 근거로, 두 개의 미분기[13(13A, 13B)]에 의하여 미분계수값(1차 미분값 또는 2차 미분값)의 시계열 데이터(di ,λG와 di,λT)가 산출되어 기억장치에 수납된다. 이들 미분계수값의 시계열 데이터는 두 개의 제 2 디지털 필터 회로[14(14A, 14B)]에 의하여 평활화처리되어 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,λG와 Di ,λT)로서 기억장치에 수납된다. 한편, 미분파형 패턴 데이터베이스(15)에는 미리 파장(λG, λT)의 영(0)통과패턴(Pj)의 데이터가 설정되어 있다. 그리고, 두 개의 미분파형 비교기[16(16A, 16B)]에 있어서 이들 평활화 미분계수 시계열 데이터가 미분값의 영(0)통과 패턴(Pj)과 비교되어 피처리재의 막두께를 구한다. 또한, 본 실시예에 있어서도 구성요소 12A, 12B∼16A, 16B)는 CPU, 메모리 등을 가지는 컴퓨터에 의하여 구성해도 된다.In Fig. 11, the signals of two specific wavelengths output by the spectroscope 11 as sampling signals are stored in a storage device (not shown) as time series data y i , λ G and y i , λ T. . These time series data are then smoothed by two first digital filter circuits 12 (12A, 12B) and stored in the storage device as smoothed time series data (Y i , λ G and Y i , λ T ). Based on these smoothed time series data, the time series data (d i , λ G and d i, λ T ) of the differential coefficient values (first derivative or second derivative) are determined by two differentiators 13 (13A, 13B). ) Is calculated and stored in the storage device. The time series data of these differential coefficient values are smoothed by two second digital filter circuits 14 (14A, 14B) and stored in the storage device as smoothed differential coefficient time series data (D i , λ G and D i , λ T ). It is stored. On the other hand, in the differential wave form pattern database 15, the data of the zero passing pattern P j of the wavelengths λ G and λ T are set in advance. In the two differential wave comparators 16 (16A, 16B), these smoothed differential coefficient time series data are compared with the zero pass pattern P j of the derivative value to obtain the film thickness of the workpiece. Also in this embodiment, the components 12A, 12B to 16A, 16B may be configured by a computer having a CPU, a memory, and the like.

여기서, 파장(λG, λT)의 영(0)통과 패턴(Pj)의 데이터의 관계에 대하여 도 12, 도 13에 의해 설명한다. 도면에 있어서, 타겟파장(λT)의 네 개의 영(0)통과점이 각각 막두께(A, B, C, D)에 대응하고, 가이드파장(λG)의 세 개의 영(0)통과점이 각각 막두께(a, b, c)에 대응하고 있다. 그리고, 각 막두께(a, b, c)에 대응하는 가이드파장(λG)의 세 개의 영(0)통과점과, 각 목표의 막두께(A, B, C, D), 즉 타겟파장(λT)의 네 개의 영(0)통과점의 막두께에 대한 관계는 도 13과 같이 된다. Here, the relationship between the data of the zero passing pattern P j of the wavelengths λ G and λ T will be described with reference to FIGS. 12 and 13. In the figure, four zero passing points of the target wavelength λ T respectively correspond to the film thicknesses A, B, C, and D, and three zero passing points of the guide wavelength λ G respectively. Corresponding to the film thicknesses a, b, and c, respectively. Then, three zero (0) passing points of the guide wavelengths (λ G ) corresponding to the film thicknesses (a, b, c) and the film thicknesses (A, B, C, D) of each target, that is, the target wavelengths The relationship of the film thickness of four zero passing points of (λ T ) is as shown in FIG. 13.

따라서, 예를 들어 막두께(D)를 목표 막두께로서 측정하는 경우를 생각하면, 막두께(c)에 대응하는 가이드파장(λG)의 영(0)통과점이 막두께(D)에 대응하는 타겟파장(λT)의 영(0)통과점에 선행하여 출현한다는 것을 알 수 있다. 그래서, 가이드파장(λG)에서 세 개의 영(0)통과점이 검출되고, 타겟파장(λT)에서 네 개의 영(0)통과점이 검출되면, 목표 막두께(D)로 되어 있다는 것을 알 수 있다. Therefore, for example, considering the case where the film thickness D is measured as the target film thickness, the zero passing point of the guide wavelength λ G corresponding to the film thickness c corresponds to the film thickness D. It can be seen that it appears before the zero passing point of the target wavelength λ T. Thus, when three zero pass points are detected at the guide wavelength λ G and four zero pass points are detected at the target wavelength λ T , it can be seen that the target film thickness D is obtained. have.

이 실시예의 동작을 도 14의 플로우차트에 의해 설명한다. 먼저, 목표 막두께값과 막두께 패턴 데이터베이스로부터, 분광기의 가이드파장(λG)과 타겟파장(λT), 각 파장의 목표 영(0)통과회수(NG, NT)를 설정한다(단계 1400).The operation of this embodiment will be explained by the flowchart of FIG. First, from the target film thickness value and the film thickness pattern database, the guide wavelength λ G and the target wavelength λ T of the spectrometer and the target zero pass times N G and N T of each wavelength are set ( Step 1400).

다음으로, 가이드파장(λG)의 목표 영(0)통과회수(m)을 알기 위하여, 분광기(파장 λG)로부터의 출력신호를 제 1 단째의 디지털 필터에 의하여 평활화 시계열 데이터(Yi ,λG)를 산출한다(단계 1402). 또한, S-G법에 의하여 미분계수(di ,λG)를 산출한다(단계 1404). 다음으로, 제 2 단째의 디지털 필터에 의하여 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,λG)를 산출한다(단계 1406). 또한, (Di -1,λG)*(DiG)값 부호의 양음(±) 판정(음(-) = 참)에 의하여 미분계수의 영(0)통과를 검출한다(단계 1410). 그리고, 영(0)통과를 검출하였으면 미분계수의 영(0)통과회수를 가산(m = m + 1)하고(단계 1412), 목표 영(0)통과회수(NG)와의 비교를 행하여(단계 1414), 목표 영(0)통과회수(m)에 도달하였으면, 다음으로 타겟파장(λT)의 목표 영(0)통과회수(n)를 구하는 처리로 진행된다. Next, in order to know the target zero passage number (m) of the guide wavelength (λ G), spectroscopy smoothed time series by the output signal from the (wavelength λ G), the digital filter of the first stage (Y i, λ G ) is calculated (step 1402). Further, the differential coefficients d i and λ G are calculated by the SG method (step 1404). Next, the smoothed differential coefficient time series data Di and lambda G are calculated by the digital filter of the second stage (step 1406). In addition, a zero pass of the differential coefficient is detected by a positive (±) determination (negative (-) = true) of the (D i -1, λ G ) * (D i , λ G ) value codes (step 1410). If zero pass is detected, the zero pass count of the derivative is added (m = m + 1) (step 1412) and compared with the target zero pass count (N G ) ( In step 1414, if the target zero pass count m is reached, the process proceeds to the process of obtaining the target zero pass count n of the target wavelength λ T.

타겟파장(λT)의 목표 영(0)통과회수(n)를 구하기 위하여, 먼저 분광기(파장 λT)로부터의 출력신호를 제 1 단째의 디지털 필터에 의하여 평활화 시계열 데이터(Yi ,λT)를 산출한다(단계 1416). 다음으로, S-G법에 의하여 미분계수(diT)를 산출한다(단계 1418). 또한, 제 2 단째의 디지털 필터에 의하여 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,λT)를 산출한다(단계 1420). 다음으로, (Di -1,λT)*(Di ,λT)값 부호의 양음(±) 판정(음(-) = 참)에 의하여 미분계수의 영(0)통과를 검출한다(단계 1422). 그리고, 영(0)통과를 검출하였으면 미분계수의 영(0)통과회수를 가산(n = n + 1)하고(단계 1424), 목표 영(0)통과회수(NT)와의 비교를 행하여(단계 1426), 목표 영(0)통과회수(n)에 도달하였으면 목표 막두께로 되어 있으므로, 그 결과를 기 록, 출력하는 동시에 샘플링 종료의 설정을 행한다. In order to obtain the target zero passage number (n) of the target wavelength (λ T), the first spectroscope smoothed by an output signal from the (wavelength λ T) in the digital filter of the first level time-series data (Y i, λ T (Step 1416). Next, the calculating the differential coefficient (d i, λ T) by the SG method (step 1418). In addition, the smoothed differential coefficient time series data Di and lambda T are calculated by the second stage digital filter (step 1420). Next, the zero passage of the derivative is detected by the positive (±) determination (negative (-) = true) of the sign (D i -1, λ T ) * (D i , λ T ). Step 1422). If zero pass is detected, the zero pass count of the differential coefficient is added (n = n + 1) (step 1424), and the comparison with the target zero pass count (N T ) is performed ( Step 1426) If the target zero pass number n is reached, the target film thickness is achieved. Therefore, the result is recorded and output, and the sampling end is set.

이 실시예에서는 가이드파장(λG)과 타겟파장(λT)의 영(0)통과회수에 의하여 막두께를 판정하므로, 경계면으로부터의 거리가 비교적 큰 값이더라도 피처리재의 막두께를 정확하게 측정할 수 있다.In this embodiment, since the film thickness is determined by the zero pass times of the guide wavelength λ G and the target wavelength λ T , even if the distance from the interface is relatively large, the film thickness of the workpiece can be accurately measured. Can be.

발명자들의 실험에 의하면, 절연막의 가공을 예로 들면, 다파장에 대한 1차 미분파형 패턴, 2차 미분파형 패턴의 영(0)통과점은 도 15에 나타낸 바와 같은 특성이 있다. 즉, 막두께가 큰 범위에서는 1차 미분파형 패턴, 2차 미분파형 패턴 중 어느 쪽에나 영(0)통과점이 나타난다. 그러나, 막두께가 얇아지면 1차 미분파형 패턴에는 영(0)통과점이 나타나지 않게 된다. 따라서, 막두께가 큰 범위에서는 1차 미분파형 패턴, 2차 미분파형 패턴 중 어느 한쪽의 파장을 가이드파장(λG) 또는 타겟파장(λT)으로 해도 된다. 그러나, 막두께가 얇은 범위에서는 1차 미분파형 패턴의 파장을 가이드파장(λG)으로 하고, 2차 미분파형 패턴의 파장을 타겟파장(λT)으로 하는 것이 바람직하다. 도 15의 특성을 이용하여, 예를 들어 절연막을 가공하고자 하는 경우에는 가이드파장(λG)을 475nm으로 하고, 나머지의 막두께가 50nm인 경우, 타겟파장(λT)은 2차 미분파형 패턴의 파장 455nm, 또는 1차 미분파형 패턴의 파장 475nm으로 한다. 나머지의 막두께가 15nm 이하인 경우, 타겟파장(λT)은 2차 미분파형 패턴을 이용한다. 나머지의 막두께가 15nm∼35nm인 경우, 타겟파장 (λT)은 1차 미분파형 패턴의 m = 1, 35nm∼100nm인 경우, 1차 미분파형 패턴의 m = 2를 채용한다. According to the experiments of the inventors, taking the processing of the insulating film as an example, the zero passing point of the first differential wave pattern and the second differential wave pattern for multiple wavelengths has the characteristics as shown in FIG. That is, in the range where the film thickness is large, a zero passing point appears in either the first differential waveform pattern or the second differential waveform pattern. However, when the film thickness becomes thin, the zero passing point does not appear in the first differential wave pattern. Therefore, in the range where the film thickness is large, the wavelength of either the primary differential waveform pattern or the secondary differential waveform pattern may be the guide wavelength λ G or the target wavelength λ T. However, in the range where the film thickness is thin, it is preferable that the wavelength of the primary differential wave form pattern be the guide wavelength λ G , and the wavelength of the secondary differential wave form pattern be the target wavelength λ T. Using the characteristics of FIG. 15, for example, when the insulating film is to be processed, the guide wavelength λ G is set to 475 nm, and when the remaining film thickness is 50 nm, the target wavelength λ T is the second differential wave pattern. It is set as the wavelength of 455nm, or the wavelength of 475nm of a 1st order differential waveform pattern. When the remaining film thickness is 15 nm or less, the target wavelength lambda T uses a second order differential waveform pattern. When the remaining film thickness is 15 nm to 35 nm, the target wavelength lambda T adopts m = 1 of the first differential waveform pattern, and m = 2 of the primary differential waveform pattern when 35 nm to 100 nm.

이상으로 설명한 본 발명의 막두께 측정장치에 의하면, 반도체디바이스의 제조공정 등에 있어서의 피처리재의 막두께를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 이 시스템을 이용하여, 피처리재의 에칭을 높은 정밀도로 실시하는 방법을 제공할 수 있다. 이하에, 이와 같은 반도체장치의 제조공정에 대하여 설명한다. According to the film thickness measuring apparatus of this invention demonstrated above, the film thickness of the to-be-processed material in the manufacturing process of a semiconductor device, etc. can be measured correctly. Therefore, by using this system, it is possible to provide a method of performing the etching of the workpiece with high accuracy. Hereinafter, the manufacturing process of such a semiconductor device is demonstrated.

먼저, 도 16은 도 1 내지 도 4에 의해 설명한 본 발명의 제 1 실시예를 채용한 에칭장치의 구성예이다. 표시기(17)의 피처리재의 막두께의 데이터는 플라즈마 발생장치(20)에 보내어져서, 진공용기 내의 플라즈마의 발생조건을 제어하는 데에 이용된다. 예를 들어 도 17a에 나타낸 바와 같은 피처리재에 대하여, 본 발명의 막두께 측정장치에 의하여 구한 막두께, 즉 피에칭재의 에칭 진행상황에 따라 진공용기 내의 플라즈마의 발생조건을 변경함으로써, 도 17b에 나타낸 바와 같은 적절한 형상의 에칭처리를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시예에 있어서도 구성요소 12∼16은 CPU, 메모리 등을 갖는 컴퓨터에 의하여 구성해도 된다.First, FIG. 16 is a structural example of an etching apparatus employing the first embodiment of the present invention described with reference to FIGS. Data of the film thickness of the target material of the indicator 17 is sent to the plasma generating apparatus 20, and used to control the conditions for generating plasma in the vacuum vessel. For example, with respect to the material to be treated as shown in Fig. 17A, by changing the generation conditions of plasma in the vacuum vessel according to the film thickness determined by the film thickness measuring apparatus of the present invention, that is, the etching progress of the etching target material, Fig. 17B. It is possible to perform an etching process of an appropriate shape as shown in FIG. In the present embodiment, the components 12 to 16 may be configured by a computer having a CPU, a memory, and the like.

이하에 에칭처리의 순서에 대하여 간단하게 설명한다. The procedure of the etching process is briefly described below.

맨처음에, 피처리재에 관한 에칭처리조건의 설정을 행한다. 이 중에는 에칭처리되는 피처리재의 각 층의 막마다 처리패턴에 따른 목표 막두께값과 막두께마다의 소정의 파장 영역(적어도 세 개의 파장영역)의 미분패턴추출(Pi)과 판정값(σ0)이 포함된다. 다음으로, 피처리재를 전극 위에 반입하여 진공용기를 감압배기한 다. 그리고, 진공용기 내에 소정의 처리가스를 도입하여, 플라즈마를 발생시켜 피처리재의 에칭을 개시한다. 동시에, 간섭광의 샘플링을 개시하는 에칭의 진행에 따라 변화되는 다파장의 발광강도가, 광검출기에 의하여 발광강도에 따른 전압의 광검출신호로서 검출된다. 분광기(11)의 광검출신호는 디지털변환되어, 샘플링신호(yi ,j)를 취득한다. 다음으로, 분광기로부터의 다파장 출력신호(yi ,j)를 평활화하여 시계열 데이터(Yi ,j)를 산출한다. 다음으로, 미분처리(S-G법)에 의하여 신호파형의 계수(1차 또는 2차)(di)를 구하고, 다시 평활화 미분계수 시계열 데이터(Di ,j)를 산출한다. 그리고, σ= Σ(Di ,j-pj)2 값의 산출을 행하는 동시에 σ≤σ0의 판정을 행하여, σ≤σ0인 경우, 피처리재의 막두께가 소정값이 된 것으로 하여 에칭처리를 종료하여, 처리가스를 배기하고 피처리재를 진공용기로부터 반출한다. Initially, the etching process conditions regarding a to-be-processed material are set. Among the etching treatment target material differential pattern extraction of a predetermined wavelength range (at least three different wavelength regions) of the target for each film thickness values and the film thickness according to a processing pattern for each layer in each layer (P i) and the decision value (σ 0 ) is included. Next, the material to be processed is carried in on the electrode to evacuate the vacuum vessel under reduced pressure. Then, a predetermined processing gas is introduced into the vacuum vessel to generate a plasma to start etching of the workpiece. At the same time, the light emission intensity of the multi-wavelength that changes with the progress of etching to start sampling the interference light is detected by the photodetector as the light detection signal of the voltage according to the light emission intensity. The light detection signal of the spectroscope 11 is digitally converted to obtain a sampling signal y i , j . Next, the multi-wavelength output signals y i , j from the spectrometer are smoothed to calculate time series data Y i , j . Next, coefficients (primary or secondary) d i of the signal waveform are obtained by differential processing (SG method), and smoothed differential coefficient time series data D i , j are further calculated. Then, σ = Σ (D i , j -p j ) 2 value is calculated and σ ≤ σ 0 is determined, and when σ σ σ 0 , the film thickness of the material to be treated is etched as a predetermined value. The process ends, the process gas is exhausted, and the material to be processed is taken out of the vacuum vessel.

예를 들어 막두께를 도 2a의 C값으로 하고자 하는 경우에는 미리 각 막두께(A, B, C)에 대응하는 미분값의 파장 의존성을 나타내는 표준패턴을 설정하고, 복수의 파장에 있어서 실제패턴의 표준패턴에 대한 일치율이 판정값(σ0) 이내에 도달함으로써, 피처리재의 나머지의 막두께가 순차적으로 A, B가 된 것을 검출하여 처리가스 공급 등 플라즈마에 의한 처리조건을 적절하게 제어하면서 처리를 진행시켜, 막두께가 정확하게 C가 되도록 제어하여 에칭처리를 종료한다. For example, when the film thickness is intended to be the C value of Fig. 2A, a standard pattern indicating the wavelength dependence of the derivative value corresponding to each film thickness (A, B, C) is set in advance, and the actual pattern at a plurality of wavelengths is set. When the matching ratio with respect to the standard pattern of? Reaches within the determination value (σ 0 ), it is detected that the remaining film thicknesses of the material to be processed are sequentially A and B, and the treatment is performed while appropriately controlling the processing conditions by plasma such as processing gas supply. Is advanced to control the film thickness to be exactly C, thereby completing the etching process.

경우에 따라서는, 소정의 막두께, 예를 들어 막두께 A가 된 것을 검지한 상태에서 일단 에칭처리를 정지하고, 필요한 처리, 조작을 행한 후, 에칭처리를 재개 하도록 해도 된다. 또는 막두께를 연속적으로 정확하게 측정하면서, 막두께에 따라 에칭처리조건을 연속적으로 변경하는 처리를 행하도록 해도 된다. In some cases, the etching process may be stopped once in a state where a predetermined film thickness, for example, the film thickness A has been detected, the necessary processing and operations are performed, and then the etching process may be resumed. Alternatively, the treatment may be performed to continuously change the etching treatment conditions in accordance with the film thickness while continuously and accurately measuring the film thickness.

또, 본 발명의 다른 실시예의 계측방법을 채용하여 동일한 플라즈마 에칭 제어를 행해도 된다. 또, 본 발명은 플라즈마 CVD, 스퍼터, CMP(chemical mechanical polishing) 또는 열CVD 등의 처리에도 적용할 수 있다. In addition, the same plasma etching control may be performed by employing the measuring method of another embodiment of the present invention. The present invention can also be applied to processes such as plasma CVD, sputtering, chemical mechanical polishing (CMP) or thermal CVD.

다음으로, 도 18은 본 발명의 제 1 실시예를 채용한 에칭장치의 다른 구성예이다. 표시기(17)의 피처리재의 막두께의 데이터는 제어장치(18)에 의해 처리되어, 플라즈마 발생장치(20), 가스공급장치(21), 웨이퍼 바이어스 전원(22)에 보내어져서, 진공용기 내의 플라즈마의 발생조건을 제어하는 데에 이용된다. 예를 들어 절연막의 구멍가공과 같이 피에칭재의 막두께가 상당히 두꺼운 경우, 도 19a, 19b, 19c에 나타낸 바와 같이 에칭을 2단계의 처리로 나누어, 본 발명의 막두께 측정장치에 의하여 측정한 막두께, 즉 피에칭재의 에칭의 진행상황에 따라(도 19b), 진공용기 내의 각종 처리조건을 변경함으로써, 도 19c에 나타낸 바와 같이 처리속도를 빠르게 하고, 또한 베이스재에 대한 오버에칭이 없는 적절한 형상의 에칭처리를 행할 수 있게 된다. 이 경우에도 본 발명의 다른 실시예를 채용하여 동일한 제어를 행해도 된다. 또한, 본 실시예에 있어서도 구성요소 12∼16은 CPU, 메모리 등을 가지는 컴퓨터에 의하여 구성해도 된다.Next, FIG. 18 is another structural example of the etching apparatus which employ | adopted 1st Embodiment of this invention. The data of the film thickness of the target material of the indicator 17 is processed by the control device 18 and sent to the plasma generating device 20, the gas supply device 21, and the wafer bias power supply 22, and the inside of the vacuum container. It is used to control the plasma generating conditions. For example, when the film thickness of the material to be etched is considerably thick, such as the hole processing of the insulating film, as shown in Figs. 19A, 19B and 19C, the film is measured by the film thickness measuring apparatus of the present invention by dividing the etching into two steps. By varying the processing conditions in the vacuum vessel according to the thickness, that is, the progress of etching of the etching target material (FIG. 19B), a suitable shape is made faster as shown in FIG. 19C, and there is no overetching on the base material. Can be etched. Also in this case, the same control may be performed by employing another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the components 12 to 16 may be configured by a computer having a CPU, a memory, or the like.

또한, 이상으로 설명한 각 실시예는 광원을 가지는 분광기로부터 다파장의 방사광을 방출하고, 피처리물로부터의 반사광의 간섭광을 이용하여 막두께를 측정하는 것이다. 한편, 광원을 가지지 않는 분광기를 이용하여, 플라즈마에 의하여 방출되는 다파장의 방사광을 광원으로 이용해도 된다. 예를 들어 도 20에 나타낸 바와 같이 플라즈마광에 의한 피처리재 위의 간섭광을 상면으로부터 관찰하기 위하여 진공용기(2)의 상부벽에 설치한 포트로부터 광섬유에 의하여 간섭광을 제 1 분광계(11A)로 유도하고, 분광기 진공용기(2)의 측벽에 설치한 다른 포트로부터 광섬유에 의하여 플라즈마광의 상태를 관찰하기 위하여 이것을 제 2 분광계(11B)로 유도하고, 양 분광계의 빛을 제산기(19)로 처리한 것을 미분기에 유도하여, 이하에 이미 설명한 방법으로 처리하도록 해도 된다. 또한, 분광계(11A, 11B)는 광원을 가지지 않는다. 또, 도 20에 있어서도 구성요소 13, 15, 16, 19는 CPU, 메모리 등을 가지는 컴퓨터에 의하여 구성해도 된다.In each of the embodiments described above, a multi-wavelength radiated light is emitted from a spectrometer having a light source, and the film thickness is measured by using interference light of reflected light from an object to be processed. On the other hand, you may use the multi-wavelength emission light emitted by a plasma as a light source using the spectroscope which does not have a light source. For example, as shown in FIG. 20, in order to observe the interference light on the target material by the plasma light from the upper surface, the interference light is intercepted by the optical fiber from the port provided on the upper wall of the vacuum chamber 2 by the first spectrometer 11A. In order to observe the state of the plasma light by the optical fiber from the other port provided on the side wall of the spectrometer vacuum vessel 2, and guide the light of both spectrometers to the divider 19. May be induced to the differentiator and treated by the method already described below. In addition, the spectrometers 11A and 11B do not have a light source. 20, the components 13, 15, 16, and 19 may be configured by a computer having a CPU, a memory, and the like.

상기한 방법에 의하면, 독립된 광원이 불필요하며, 또한 플라즈마광이 변화되더라도 항상 안정되고 정확한 막두께의 계측이 가능하다. 또한, 피처리의 처리매수가 증가함에 따라 플라즈마 처리장치가 경시적으로 변화되어 처리시간이 길어지는 것을 검지할 수 있으므로, 유지보수(maintenance)의 지시를 내릴 수도 있다.According to the above method, an independent light source is not necessary, and stable and accurate measurement of the film thickness can be always performed even if plasma light changes. Further, as the number of treatment targets increases, the plasma processing apparatus can be changed over time to increase the processing time, thereby instructing maintenance.

다음으로, 본 발명에 있어서의 막두께 정밀도를 향상시키는 실시예에 대하여 설명한다. 실제의 에칭처리에서는 에칭처리중에 플라즈마가 변동되는 경우가 있다. 그 때문에, 측정되는 막두께값의 정밀도가 나빠지는 경우가 생긴다. 도 21은 베이스산화막 2.5nm의 폴리실리콘에칭시의 막두께 변화를 나타낸 것으로서, ●표시는 본 발명의 패턴비교에 의하여 구한 각 시각의 막두께 측정값을 나타낸다. 에칭 초기에 폴리실리콘의 두께가 두껍고 폴리실리콘으로부터의 간섭광 강도가 약한 경우, 또는 에칭처리중에 플라즈마변동이 있었을 경우, 막두께 측정값의 불균일이 자 주 생긴다. 이와 같은 경우, 막두께 정밀도를 향상하기 위하여 이하의 처리를 행한다. 이하의 처리는 상기 컴퓨터의 소프트웨어에 의해 행한다.Next, the Example which improves the film thickness precision in this invention is described. In the actual etching treatment, the plasma may change during the etching treatment. Therefore, the precision of the film thickness value measured may worsen. Fig. 21 shows the change in film thickness during polysilicon etching of 2.5 nm of the base oxide film, where? Indicates the film thickness measured value at each time obtained by the pattern comparison of the present invention. When the thickness of the polysilicon is thick at the beginning of etching and the interference light intensity from the polysilicon is weak, or when there is a plasma variation during the etching process, non-uniformity of the film thickness measurement value often occurs. In such a case, the following processing is performed to improve the film thickness precision. The following processing is performed by the software of the computer.

① 막두께 산출 개시는 폴리실리콘의 두께가 얇고(예를 들어 175nm 이하), 또한 플라즈마변동이 적은 시각(T1), 예를 들어 에칭처리 개시로부터 30초가 경과했을 때부터 행한다. 시각(T1) 이후에는 ② 과거의 막두께 측정값(Exp. Value)을 이용하여 회귀직선을 산출한다. ③ 그 회귀직선에서 벗어나 있는 막두께 측정값은 노이즈로 한다(예를 들어 노이즈로 취급하지 않는 막두께 측정값의 허용값은 ±1Onm으로 한다). ④ 노이즈를 제외한 막두께 측정값으로부터 회귀직선을 다시 산출한다. ⑤ 다시 산출한 그 회귀직선으로부터 현재의 막두께값을 산출하여, 막두께 산출값(Fitted Value)으로 한다. 이하에, 소정 시간이 경과할 때마다 상기 처리 ② 내지 ⑤를 반복하여 행하여 각 시각의 막두께 산출값을 구하고, 이 막두께 산출값이 최종 목표 막두께값(Thf)에 일치할 때까지 상기의 처리를 행한다. 또한, 막두께 산출값이 최종 목표 막두께값(Thf)에 도달하면 에칭처리를 종료한다.(1) The film thickness calculation start is performed from the time when the thickness of the polysilicon is thin (for example, 175 nm or less) and the plasma variation is small (T1), for example, 30 seconds have passed since the start of the etching process. After time T1, regression line is calculated by using the past film thickness measurement value (Exp. Value). (3) The film thickness measurement value which is out of the regression line shall be noise (for example, the allowable value of the film thickness measurement value not treated as noise shall be ± 1 Onm). (4) Recalculate the regression line from the measured film thickness excluding noise. (5) The current film thickness value is calculated from the regression line, which is calculated again, to be the filmed value (Fitted Value). Each time a predetermined time elapses, the above processes (2) to (5) are repeated to obtain a film thickness calculated value at each time, until the film thickness calculated value matches the final target film thickness value (Thf). The process is performed. In addition, when the film thickness calculated value reaches the final target film thickness value Thf, the etching process is terminated.

다음으로, 본 발명에 있어서의 에칭처리상태 감시에 관한 실시예에 대하여 설명한다. 상기한 각 시각에서의 막두께 산출값의 데이터열(列)을 상기 컴퓨터 내의 메모리 또는 외부기록기에 수납하는 동시에, 이 수용한 데이터열을 웨이퍼처리번호와 관련지어 데이터베이스화한다. 이 데이터베이스에서, 에칭처리 종료시간이 예정 에칭처리 종료시간에 대하여 예를 들어 ±5%를 초과하였을 경우, 또는 에칭처리중의 적당한 시간(예를 들어 시각 T2)에 있어서의 막두께 산출값이 이 시각(T2)에서의 목표막 두께값(도 21의 Th2)에 대하여 예를 들어 ±5%를 초과하였을 경우, 이 웨이퍼처리번호의 에칭처리가 이상이라는 것을 나타내는 경고를 발한다. Next, the Example regarding the monitoring of the etching process state in this invention is demonstrated. The data string of the film thickness calculated value at each time described above is stored in a memory or an external recorder in the computer, and the received data string is databased in association with the wafer processing number. In this database, the calculated value of the film thickness when the end time of the etching process exceeds, for example, ± 5% with respect to the scheduled end time of etching, or at a suitable time (for example, time T2) during the etching process. When the target film thickness value (Th2 in Fig. 21) is exceeded, for example, by ± 5% at time T2, a warning is issued indicating that the etching process of this wafer process number is abnormal.

이 방법에 의하면, 막두께 측정값에 불균일이 있더라도 정밀도 좋게 막두께를 산출할 수 있어, 목표로 하는 막두께를 정확하게 판정하는 에칭처리를 행할 수 있다. 또, 에칭처리의 상태 감시를 행할 수 있어, 웨이퍼의 불량처리매수를 최소한도로 억제할 수 있다.According to this method, even if there is a variation in the film thickness measurement value, the film thickness can be calculated with high accuracy, and the etching process for accurately determining the target film thickness can be performed. In addition, the state of the etching process can be monitored, and the number of defects processed on the wafer can be minimized.

본 발명에 의하면, 플라즈마처리, 특히 플라즈마 에칭처리에 있어서, 피처리층의 실제 두께를 온라인으로 정확하게 측정할 수 있는 피처리재의 막두께 측정방법 및 그것을 사용한 피처리재의 처리방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, in the plasma treatment, in particular, the plasma etching treatment, it is possible to provide a method for measuring the film thickness of the target material which can accurately measure the actual thickness of the target layer online, and a method of treating the target material using the same.

또, 반도체디바이스의 각 층을 온라인으로 소정 두께로 높은 정밀도로 제어할 수 있는 에칭공정을 제공할 수 있다.Moreover, the etching process which can control each layer of a semiconductor device online with high precision with a predetermined thickness can be provided.

또한, 피처리층의 실제 두께를 온라인으로 정확하게 측정할 수 있는 피처리재의 막두께 측정장치를 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide an apparatus for measuring the film thickness of a material to be able to accurately measure the actual thickness of the layer to be processed online.

Claims (4)

진공처리실 내에 배치된 처리대상의 반도체 웨이퍼 표면의 막에 대하여 상기 진공처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 실시되는 상기 반도체 웨이퍼의 에칭 처리상황을 검출하는 반도체 웨이퍼처리의 검출방법에 있어서,A method of detecting a semiconductor wafer process, wherein the etching process status of the semiconductor wafer is detected by using a plasma formed in the vacuum process chamber with respect to a film on the surface of a semiconductor wafer to be disposed in the vacuum process chamber. 상기 플라즈마를 이용한 처리 중에 광원 유닛으로부터의 광을 상기 반도체 웨이퍼 표면에 조사하는 단계와,Irradiating the surface of the semiconductor wafer with light from a light source unit during the treatment using the plasma; 상기 진공처리실 내의 상기 플라즈마에 면하여 상기 반도체 웨이퍼 표면으로부터 얻어지는 복수의 파장의 간섭광이 투과하는 포트를 거쳐 상기 간섭광을 수광하는 단계와,Receiving the interference light through a port through which the interference light of a plurality of wavelengths obtained from the surface of the semiconductor wafer passes through the plasma in the vacuum processing chamber; 상기 수광하는 단계에서 수광한 상기 복수의 파장의 간섭광을 이용하여 얻어지는 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼처리의 검출방법.And detecting an etching process state of the film on the surface of the semiconductor wafer based on information obtained by using the interference light of the plurality of wavelengths received in the light receiving step. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼와 대략 동일한 구성을 가지는 반도체 웨이퍼를 상기 진공처리실 내에 배치하여 상기 광원 유닛으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 반도체 웨이퍼로부터 얻어진 광을 수광하는 단계와,Arranging a semiconductor wafer having a configuration substantially the same as that of the semiconductor wafer to be processed in the vacuum processing chamber and irradiating light to the semiconductor wafer from the light source unit to receive light obtained from the semiconductor wafer; 상기 수광하는 단계에서 수광한 상기 광을 이용하여 얻어지는 정보와, 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼의 상기 처리 중에 수광하여 얻어진 상기 정보에 의거하 여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼처리의 검출방법.Detecting the etching treatment state of the film on the surface of the semiconductor wafer based on the information obtained by using the light received in the light receiving step and the information obtained by receiving the light during the processing of the semiconductor wafer to be processed. And a semiconductor wafer process detecting method. 진공용기 내의 시료대 위에 배치되는 처리대상의 반도체 웨이퍼 표면의 막에 대하여 상기 진공용기 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 실시되는 에칭 처리상황을 검출하는 반도체 웨이퍼처리의 검출장치에 있어서,A semiconductor wafer processing detecting apparatus for detecting an etching process performed by using a plasma formed in a vacuum container with respect to a film on a surface of a semiconductor wafer to be disposed on a sample table in a vacuum container. 상기 플라즈마를 이용한 처리 중에 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 광을 조사하는 발광 유닛과,A light emitting unit for irradiating light onto the surface of the semiconductor wafer during the processing using the plasma; 상기 반도체 웨이퍼 표면으로부터의 복수의 파장의 간섭광을 상기 진공처리실 내의 상기 플라즈마에 면한 포트를 거쳐 수광하는 수광장치와,A light receiving device for receiving interference light of a plurality of wavelengths from the surface of the semiconductor wafer through a port facing the plasma in the vacuum processing chamber; 상기 수광장치에서 수광한 상기 복수의 파장의 간섭광을 이용하여 얻어지는 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 검출장치를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼처리의 검출장치.And a detection device for detecting an etching process state of the film on the surface of the semiconductor wafer on the basis of information obtained by using the interference light of the plurality of wavelengths received by the light receiving device. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 진공처리실 내에 배치되어 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼와 대략 동일한 구성을 가지는 반도체 웨이퍼에 대하여 상기 광원 유닛으로부터 상기 반도체 웨이퍼에 광을 조사하여 상기 반도체 웨이퍼로부터 얻어진 광을 수광하여 얻어진 정보와, 상기 처리대상의 반도체 웨이퍼의 상기 처리 중에 수광하여 얻어진 상기 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼 표면의 상기 막의 에칭 처리상황을 검출하는 것 을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 검출장치. Information obtained by receiving light obtained from the semiconductor wafer by irradiating light onto the semiconductor wafer from the light source unit with respect to the semiconductor wafer disposed in the vacuum processing chamber and having a configuration substantially the same as that of the semiconductor wafer to be processed; And detecting an etching process state of the film on the surface of the semiconductor wafer on the basis of the information obtained by receiving the light during the processing of the semiconductor wafer.
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