KR102286360B1 - 에칭 처리 장치, 에칭 처리 방법 및 검출기 - Google Patents

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Abstract

에칭에 있어서의 처리 중의 웨이퍼의 막두께·깊이 측정에서는 광원의 광량 요동, 광이 통과하는 영역의 공기의 요동 등에 의해서 검출 광량에 변동이 발생하고, 막두께·깊이의 측정 정밀도가 저하하기 때문에, 에칭 처리 중의 각 시각에 측정하는 분광 스펙트럼으로부터 임의의 파장의 총광량 또는 평균 광량을 산출하고, 현시각보다 과거에 측정한 총광량 또는 평균 광량을 이용해서 추정되는 현시각의 추정 총광량 또는 추정 평균 광량을 산출하고, 현시각의 총광량과 추정 총광량의 비, 또는 평균 광량과 추정 평균 광량의 비인 변화율을 산출하고, 산출한 변화율을 이용해서 현시각의 각 파장의 광량을 보정하고, 보정한 각 파장의 광량을 이용해서 막두께·깊이 측정을 실시한다.

Description

에칭 처리 장치, 에칭 처리 방법 및 검출기
본 발명은 에칭 처리 장치, 에칭 처리 방법 및 검출기에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에 있어서, 웨이퍼의 표면 상에 다양한 컴포넌트나 그들을 상호 접속하는 배선 등이 형성된다. 이들은, 도체·반도체·절연체 등 각종 재료의 성막과, 불필요한 부분의 제거를 반복함으로써 형성할 수 있다. 불필요한 부분의 제거 프로세스로서, 플라스마를 이용한 드라이 에칭(플라스마 에칭)이 널리 사용되고 있다.
플라스마 에칭에서는, 에칭 처리 장치의 처리실 내에 도입한 가스를 고주파 전원 등으로 플라스마화하고, 웨이퍼를 플라스마화한 가스에 폭로함으로써 에칭 처리를 행한다. 이때, 플라스마 중의 이온에 의한 스퍼터링이나 라디칼에 의한 화학 반응 등에 의해서 이방성이나 등방성의 에칭이 행해지고, 이들을 구분해서 사용함으로써 웨이퍼 표면 상에는 각종 구조의 컴포넌트나 배선 등이 형성된다.
플라스마 에칭에 의한 가공 형상이 설계 형상과 다를 경우, 형성되는 각종 컴포넌트는 그 기능을 발휘할 수 없을 우려가 있다. 그래서, 가공 형상을 검출하기 위하여, 에칭 처리를 감시·안정화하는 프로세스 모니터 기술이 다수 제안되어 왔다. 예를 들면, 막두께·깊이 모니터라 불리는 프로세스 모니터가 알려져 있다. 이 프로세스 모니터는, 처리 중의 웨이퍼로부터의 반사광을 계측함에 의해, 웨이퍼 상에 성막된 막의 막두께나 웨이퍼 상에 형성된 홈이나 구멍의 깊이를 측정하는 것이고, 에칭 처리의 종점 판정 등에 이용되어 왔다.
특허문헌 1에는, 이 막두께·깊이 모니터를 이용한 가공 정밀도의 고정밀도화 기술이 기재되어 있다. 특허문헌 1의 기술에 의하면, 플라스마광을 광원으로 한 막두께·깊이 모니터를 이용해서 처리 대상의 막이 완전하게 제거되기 직전을 검지하고, 당해 에칭 처리를 종료한다. 그 후, 처리 대상 부분과 처리 비대상 부분을 높은 정밀도로 선택적으로 에칭하는 조건으로 전환해서 에칭 처리를 행함으로써, 전체의 처리 시간을 짧게 억제하면서, 웨이퍼 면내에서의 처리 불균일을 억제하고, 처리 대상막의 완전한 제거를 실현할 수 있다.
특허문헌 2에는, 막두께·깊이 모니터의 막두께나 깊이의 측정 정밀도의 고정밀도화 기술이 기재되어 있다. 특허문헌 2의 기술에 의하면, 웨이퍼에 조사하는 광원으로서 플라스마광 대신에 외부 광원을 사용한다. 이것에 의해, 광원의 광량 변동이 작아져서 고정밀도의 막두께·깊이의 측정을 실현할 수 있다.
그런데, 반도체 디바이스의 고기능화에 수반하여, 구조의 미세화나 레이아웃의 복잡화가 추진되고, 특히 첨단 디바이스의 에칭 프로세스에는 추가적인 고정밀도의 가공이 요구되고 있다. 첨단 디바이스의 에칭에서는, 에칭 처리되는 영역이 적은(저개구율) 경우나, 에칭 속도가 낮은(저에칭레이트) 경우가 있다. 이들 처리 공정의 종점 판정에서는, 종점 판정에 이용하는 지표인 각 파장의 광량 시간 변화(간섭 신호)가 작아진다. 그래서, 고정밀도의 종점 판정을 실현하기 위해서는, 시간 방향의 광량 요동인 노이즈를 저감할 필요가 있다.
광량 요동 노이즈의 하나로서 인식되는 현상으로서, 에칭 중에 측정 광량이 스텝 형상으로 변화하는 경우가 있다. 이러한 현상은, 광원인 플라스마광이나 외부광의 광량이 변화함에 의해서 발생한다.
특허문헌 3, 4에는, 이 스텝 형상의 노이즈를 제거하는 방법이 기재되어 있다. 예를 들면 특허문헌 3의 방법에서는, 에칭 중의 각 시각에 측정되는 분광 스펙트럼을 1시각 전과 비교하여, 전(全)파장에서 광량 변화가 동일 방향이며, 또한 그 변화량이 임계값을 초과한 경우에 광량 변동의 노이즈가 발생했다고 판단하고, 광량 보정을 실시한다.
광량의 보정은, 노이즈 발생 검출 시에 그 변화 배율을 산출하고, 현시각 이후의 측정 데이터에는 그 변화 배율을 나눗셈함으로써 실시한다. 이들에 의해 종점 판정의 고정밀도화가 실현되고 있다.
일본 특개평11-260799호 공보 일본 특표2004-507070호 공보 일본 특개2007-234666호 공보 일본 특개2008-218898호 공보 일본 특개평5-255850호 공보 일본 특개평8-236592호 공보
한편, 막두께·깊이 측정에 있어서의 간섭 신호의 노이즈는, 스텝 형상의 광량 변화(스텝 형상의 노이즈라 함)뿐만 아니라, 펄스 형상의 광량 변화(펄스 형상의 노이즈라 함)인 경우도 있다. 펄스 형상의 노이즈의 발생 원인의 하나로서, 측정하는 웨이퍼 반사광이 통과하는 영역의 공기의 요동이 있다. 특히 웨이퍼의 처리를 행하는 진공 챔버가 고온으로 가열되어 있을 경우, 챔버 부근과 광검출기 사이의 공기에 온도 구배가 발생하고, 그 고·저온의 공기가 대류함에 의해서 검출되는 광량에 변동이 발생한다.
이 펄스 형상의 노이즈는, 특허문헌 5, 6에 개시되어 있는 바와 같이 이미 알려져 있다. 펄스 형상 노이즈가 발생한 경우의 간섭 신호의 예를, 도 1에 나타낸다. 도면에는, 에칭 중에 측정하는 분광 스펙트럼 데이터에 있어서의 3 파장(λ1, λ2, λ3)에 관해서, 그들 광량의 시간 변화(간섭 신호)를 나타낸다. 이러한 간섭 신호에 있어서, 시각 20sec 부근에 펄스 형상의 광량 변동 노이즈가 발생하고 있고, 이 광량 변동 노이즈는 막두께·깊이 측정의 정밀도를 저하시킨다.
특허문헌 3의 방법을 이용해서 이 광량 변동 노이즈를 제거한 간섭 신호를, 도 2에 나타낸다. 이 도 2로부터는, 시각 20sec의 광량 변동 노이즈는 저감되어 있지만, 완전하게 제거되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 이와 같이 노이즈가 완전하게 제거되어 있지 않은 간섭 신호를 이용했을 경우, 정확한 막두께·깊이 측정을 실현할 수는 없다.
또한, 스텝 형상의 광량 변동 노이즈에 있어서도, 그 변화량이 작은 경우에는, 종래 기술에서는 광량 변동 노이즈의 제거가 불가능하다. 도 3에, 작은 변동의 스텝 형상 노이즈가 발생한 간섭 신호의 예를 나타낸다. 도 3에 있어서, 시각 15sec 내지 20sec 부근에 작은 스텝 형상 노이즈가 발생하고 있고, 파장 λ2 및 λ3에서는, 웨이퍼 에칭에 수반하는 광량 변화와 구별을 하기 어려운 상태이다.
이 광량 변동 노이즈에 대해서, 특허문헌 3의 방법을 이용해서 광량 변동 노이즈의 제거를 행한 간섭 신호를, 도 4에 나타낸다. 광량 변동량 노이즈가 명확하게 관측되는 파장 λ1의 간섭 신호에서는 노이즈가 제거되어 있지만, 노이즈 제거의 부작용으로서 파장 λ2의 간섭 신호에서는 광량이 점진적 상승, 파장 λ3의 간섭 신호에서는 광량이 점진적 하강으로 변화하는 보정 변형이 발생하고 있다.
이것은, 웨이퍼 에칭에 수반하는 광량 변화와, 스텝 형상의 광량 변동 노이즈를 잘라 나눌 수 없어, 이들을 합친 광량 변화를 노이즈로 검출해서 보정을 행해 버렸기 때문이다. 따라서, 스텝 형상의 노이즈에 있어서도, 종래의 광량 변동 노이즈의 보정 기술에서는 정확한 광량 변동 노이즈의 보정을 실현하는 것이 곤란하다.
이상 설명한 바와 같이, 고정밀도의 막두께·깊이 측정을 실현하기 위해서는 간섭 신호로부터 광량 변동 노이즈를 정확히 제거하는 것이 필수이다.
본 발명은 이러한 과제를 감안해서 이루어진 것이며, 간섭 신호로부터 광량 변동 노이즈를 제거함에 의해, 고정밀도의 막두께·깊이의 모니터링을 실시할 수 있는 에칭 처리 장치, 에칭 처리 및 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 대표적인 본 발명의 에칭 처리 장치는,
에칭 처리 중에, 처리 대상으로부터 출사된 복수의 파장의 광을 수광하고, 수광한 광의 강도에 따른 신호를 각각 출력하는 수광기와,
상기 수광기로부터 출력된 신호에 의거해서, 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는 막두께 결정부와,
상기 막두께 결정부가 결정한 상기 처리 대상의 막두께와, 임계값을 비교함에 의해, 상기 에칭 처리의 종점을 판정하는 판정기를 구비하고,
상기 막두께 결정부는, 소정의 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 파장마다의 신호를 평활화 연산해서 얻어지는 산출 광량값과, 상기 샘플링 시간보다 이전의 참조 시간에 있어서의 상기 산출 광량값으로부터 결정되는 참조 광량값에 의거해서, 변화율을 구하고,
상기 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 신호와, 상기 변화율에 의거해서, 파장마다 보정 광량값을 구하고,
또한 상기 보정 광량값에 의거해서, 상기 샘플링 시간에 있어서의 상기 처리 대상의 막두께를 결정함에 의해 달성된다.
대표적인 본 발명의 에칭 처리 방법은,
에칭 처리 중에, 처리 대상으로부터 출사된 복수의 파장의 광을 수광하고, 수광한 광의 강도에 따른 신호를 각각 출력하는 제1 공정과,
출력된 상기 신호에 의거해서, 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는 제2 공정과,
결정된 상기 처리 대상의 막두께와, 임계값을 비교함에 의해, 상기 에칭 처리의 종점을 판정하는 제3 공정을 구비하고,
상기 제2 공정에 있어서, 소정의 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 파장마다의 상기 신호를 평활화 연산해서 얻어지는 산출 광량값과, 상기 샘플링 시간보다 이전의 참조 시간에 있어서의 상기 산출 광량값으로부터 결정되는 참조 광량값에 의거해서, 변화율을 구하고,
상기 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 신호와, 상기 변화율에 의거해서, 파장마다 보정 광량값을 구하고,
또한 상기 보정 광량값에 의거해서, 상기 샘플링 시간에 있어서의 상기 처리 대상의 막두께를 결정함에 의해 달성된다.
대표적인 본 발명의 막두께를 검출하는 검출기는,
에칭 처리 중에, 처리 대상으로부터 출사된 복수의 파장의 광을 수광하고, 수광한 광의 강도에 따른 신호를 각각 출력하는 수광기와,
상기 수광기로부터 출력된 신호에 의거해서, 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는 막두께 결정부를 구비하고,
상기 막두께 결정부는, 소정의 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 파장마다의 신호를 평활화 연산해서 얻어지는 산출 광량값과, 상기 샘플링 시간보다 이전의 참조 시간에 있어서의 상기 산출 광량값으로부터 결정되는 참조 광량값에 의거해서, 변화율을 구하고,
상기 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 신호와, 상기 변화율에 의거해서, 파장마다 보정 광량값을 구하고,
또한 상기 보정 광량값에 의거해서, 상기 샘플링 시간에 있어서의 상기 처리 대상의 막두께를 결정함에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 간섭 신호로부터 광량 변동 노이즈를 제거함에 의해, 고정밀도의 막두께·깊이의 모니터링을 실시할 수 있다.
상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은, 펄스 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호의 일례를 나타내는 도면.
도 2는, 펄스 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호에 대해서, 종래 기술을 이용해서 광량 변동 노이즈의 제거를 행한 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 3은, 스텝 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호의 일례를 나타내는 도면.
도 4는, 스텝 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호에 대해서, 종래 기술을 이용해서 광량 변동 노이즈의 제거를 행한 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 5는, 본 실시형태에 관한 플라스마를 이용한 에칭 처리 장치의 일례를 나타내는 개략도.
도 6a는, 막두께·깊이 측정의 처리 방법을 실행하는 장치의 일례를 나타내는 블록도.
도 6b는, 간섭 신호의 광량 변동 보정의 처리 방법을 실행하는 장치의 일례를 나타내는 블록도.
도 7a는, 단시간폭의 펄스 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 7b는, 당해 간섭 신호를 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 계산 결과의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 7c는, 광량 변동 보정을 실시한 경우의, 당해 변화율을 이용한 각 파장의 보정 광량의 계산 결과를 나타내는 도면.
도 7d는, 미리 취득한 각 파장의 광량 1차 미분값과 막두께·깊이의 관계를 이용한 막두께 깊이 측정을 나타내는 도면.
도 7e는, 광량 변동 보정을 실시하지 않는 경우의, 각 파장의 광량 1차 미분값과 막두께·깊이의 관계를 이용한 막두께 깊이 측정을 나타내는 도면.
도 8a는, 광량 변동 보정을 실시한 경우의, 미리 취득한 각 파장의 광량과 막두께·깊이의 관계를 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 8b는, 광량 변동 보정을 실시하지 않는 경우의, 미리 취득한 각 파장의 광량과 막두께·깊이의 관계를 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 9a는, 장시간폭의 펄스 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 9b는, 당해 간섭 신호를 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 9c는, 당해 변화율을 이용한 각 파장의 보정 광량의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 9d는, 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 10a는, 웨이퍼 에칭에 수반하는 전파장의 광량 변화가 있으며, 또한 단시간폭의 펄스 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호를 포함하는 경우의 광량의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 10b는, 당해 간섭 신호를 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 계산 결과의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 10c는, 당해 변화율을 이용한 각 파장의 보정 광량의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 10d는, 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 11a는, 스텝 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 11b는, 당해 간섭 신호를 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 계산 결과의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 11c는, 당해 변화율을 이용한 각 파장의 보정 광량의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 11d는, 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 12a는, 각 파장의 광량의 평균에 의해 계산한 산출 광량 및 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 12b는, 각 파장의 광량의 가중 곱셈 또는 가중 평균에 의해 산출 광량을 계산하는 경우에 이용하는 각 파장의 가중값(가중 계수)과, 사용하는 파장의 수의 관계를 나타내는 그래프.
도 12c는, 각 파장의 광량의 가중 곱셈에 의해 계산한 산출 광량 및 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 도면.
도 12d는, 각 파장의 광량의 가중 평균에 의해 계산한 산출 광량 및 추정 산출 광량, 변화율의 계산 결과를 나타내는 도면.
도 13a는, 소정의 파장 범위를 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 13b는, 당해 변화율에 의해 계산한 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 13c는, 선택한 소수 개의 파장을 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 도면.
도 13d는, 당해 변화율에 의해 계산한 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 13e는, 선택한 단일 파장을 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 13f는, 당해 변화율에 의해 계산한 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 14a는, 암전류 레벨의 제거를 행하지 않는 각 파장의 광량을 이용한 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 도면.
도 14b는, 당해 변화율에 의해 계산한 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 15a는, 1차 직선 근사를 이용해서 과거의 산출 광량으로부터 추정 산출 광량, 변화율의 경시 변화를 나타내는 도면.
도 15b는, 당해 변화율에 의해 계산한 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
도 16a는, 추정 산출 광량의 계산에 이용하는 산출 광량의 시간을 현시점의 1시각 전으로부터 15sec 전까지로 한 경우에 있어서의 막두께·깊이의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 16b는, 추정 산출 광량의 계산에 이용하는 산출 광량의 시간을 현시점의 1시각 전으로부터 10sec 전까지로 한 경우에 있어서의 막두께·깊이의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 16c는, 추정 산출 광량의 계산에 이용하는 산출 광량의 시간을 현시점의 1시각 전으로부터 5sec 전까지로 한 경우에 있어서의 막두께·깊이의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 16d는, 추정 산출 광량의 계산에 이용하는 산출 광량의 시간을 현시점의 1시각 전으로부터 3sec 전까지로 변경한 경우에 있어서의 막두께·깊이의 측정 결과를 나타내는 도면.
도 17a는, 웨이퍼 에칭에 수반하는 전파장의 광량 변화가 있으며, 또한 단시간폭의 펄스 형상 광량 변동 노이즈를 포함하는 간섭 신호의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 17b는, 당해 간섭 신호로부터 계산한 산출 광량, 및 과거 특정 시각의 산출 광량으로부터 계산한 추정 산출 광량, 및 변화율의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 17c는, 당해 변화율을 이용한 각 파장의 보정 광량의 경시 변화를 나타내는 그래프.
도 17d는, 각 파장의 보정 광량을 이용한 막두께·깊이 측정 결과를 나타내는 도면.
본 발명의 실시형태로서 막두께·깊이 측정 방법을 실시할 수 있는 에칭 처리 장치를, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 에칭 처리를 행하는 막두께·깊이 측정 장치를 구비한 반도체 제조 장치로서의 에칭 처리 장치의 구성을 설명한 후에, 이러한 에칭 처리 장치에 있어서의 에칭 처리 중의 막두께·깊이 측정 방법을 설명한다.
또, 도면 중의 그래프에 수치를 나타내는 광량의 단위는, 예를 들면 분광기의 카운트값이다.
[실시형태]
본 실시형태에서 사용하는 에칭 처리 장치의 개략 단면도를, 도 5에 나타낸다. 에칭 처리 장치(1)는 진공 처리실(단순히 처리실이라고도 함)(10)을 구비하고 있다. 진공 처리실(10)의 내부에 있어서, 도시를 생략한 가스 도입 장치로부터 도입된 에칭 가스가, 처리부(11)(간략 도시)를 이용해서 발생시킨 고주파 전력이나 마이크로파에 의해서 여기(勵起)·분해되어 플라스마(12)로 되고, 이 플라스마(12)에 의해, 시료대(14)에 설치된 반도체 웨이퍼 등의 처리 대상(16)이 에칭 처리(플라스마 처리)된다.
진공 처리실(10) 내에의 가스의 도입, 플라스마(12)의 생성 및 제어, 도시하지 않는 고주파 전원 등에 의해서 행해지는 처리 대상에의 전압 인가 등은, 제어부(40)의 제어에 의해 행해지고, 원하는 에칭 처리가 실현되도록, 각 기기 간에서의 동기·타이밍 조정이 실시된다.
플라스마(12)를 펄스화할 경우, 펄스화의 제어도 제어부(40)에 의해서 행해진다. 구체적으로는, 플라스마(12)는, 제어부(40)의 제어에 의한 고주파 전원 등에 의한 전압 인가, 마이크로파 조사 등의 변조에 의해서 펄스화된다. 또한, 에칭 가스의 도입을 시간 변조함에 의해서도, 플라스마의 펄스화는 실시된다.
에칭 처리 장치(1)는, 처리 대상(16)의 표면에 형성된 막의 두께(막두께라 함)·미세 구조의 깊이(깊이라 함)를 측정하는 측정 장치를 구비하고 있다. 이 측정 장치는, 광원부(18)와, 검출기(DET)를 갖는다. 검출기(DET)는, 검출부(수광기)(28)와, 막두께·깊이 산출부(막두께 결정부)(30)를 갖는다.
광원부(18)로부터 사출된 광은, 광파이버 등 및 도입 렌즈(20)를 통해서 처리실(10) 내에 도입되며, 도입 렌즈(20)를 통과한 조사광(22)이 처리 대상(16)에 조사되고, 그 표면에서 반사된다.
또, 광원부(18)는, 자외로부터 적외까지의 광대역 파장의 연속광(연속 스펙트럼광)을 이용하지만, 특정 파장의 광을 이용해서 막두께·깊이 측정을 실시하는 경우에는, 특정 파장의 광원을 이용하면 된다.
처리 대상(16)으로부터 반사된 반사광(24)은, 검출 렌즈(26)에서 집광되고, 광파이버 등을 통해서 검출부(28)에 도입된다. 검출부(28)는 분광기로 구성되며, 도입된 광을 분광하고, 파장마다의 광량을 검출한다. 특정 파장을 이용해서 막두께·깊이 측정을 행할 경우, 검출부(28)는, 분광기로 한정되지 않으며 포토디텍터 등을 이용해도 된다.
이때, 검출부(28)에 도입되는 광이 원하는 특정 파장만이면, 직접 포토디텍터를 이용하면 되고, 광대역 파장의 연속광이 도입되는 경우에는, 포토디텍터 전단(前段)에 모노크로미터 등으로 특정 파장만을 선택하는 기구를 설치하면 된다.
도 5에서는 처리실(10)에 광을 도입하는 도입 렌즈(20)와, 반사광을 검출하는 검출 렌즈(26)는, 서로 다른 위치에 설치하고 있다. 이 구성의 경우, 반사광(24)을 가장 효율적으로 검출하기 위해서는, 도입 렌즈(20)의 광축과 검출 렌즈(26)의 주(主)광선축이 처리 대상(16)을 반사면으로 해서 일치하도록, 서로 경사시켜서 설치하는 것이 바람직하다.
도입 렌즈(20)와 검출 렌즈(26)의 구성은 도 5로 한정된 것은 아니며, 완전 동축 구성으로서, 도입 렌즈(20)와 검출 렌즈(26)를 하나로 공용해도 된다. 이 경우, 공용 렌즈의 광축은 처리 대상(16)에 수직인 방향으로 하여, 수직 조사광에 의한 수직 반사광을 검출할 수 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에서는 1세트의 측정계로서, 광원부(18)의 도입계와 반사광(24)의 검출계를 기재하고 있지만, 처리 대상(16)의 복수의 위치에서 막두께·깊이를 측정하는 경우에는, 복수 세트의 측정계를 설치하면 된다.
또한 도 5에서는, 광원으로서 외부의 광원부(18)로부터 광을 입사한 경우에 대하여 설명했지만, 광원으로서 플라스마(12)의 광을 이용할 수도 있다. 그 경우에는, 광원부(18)는 사용하지 않아도 된다. 플라스마(12)를 광원으로서 이용하는 경우도, 플라스마(12)로부터 방출된 광은 처리 대상(16)으로부터 반사되고, 반사광(24)이 광원부(18)를 이용한 경우와 마찬가지로 분광기에서 검출된다.
검출부(28)의 데이터는, 막두께·깊이 산출부(30)에 입력되어 막두께·깊이가 결정된다. 막두께·깊이 산출부(30)의 기능 블록의 구성을, 도 6a에 나타낸다. 소정의 샘플링 시간 사이에, 검출부(28)로부터 막두께·깊이 산출부(30)에 입력된 각 파장의 광량의 시계열 데이터(D0)는, 후술하는 광량 변동 보정기(110)에서 처리된다.
그 처리 결과로서 출력되는 신호(D1)는, 제1 디지털 필터(100)에 의해서 평활화 처리되고, 제1 평활화 시계열 데이터(D2)로서 미분기(102)에 공급된다. 미분기(102)에서는, 예를 들면 S-G법(Savitzky-Golay method)을 이용해서 미분계수값(1차 미분값 또는 2차 미분값)인 미분 시계열 데이터(D3)를 산출한다. 미분 시계열 데이터(D3)는, 제2 디지털 필터(104)에 공급된다. 제2 디지털 필터(104)에서는, 미분 시계열 데이터(D3)를 평활화 처리하고, 제2 평활화 시계열 데이터(D4)를 구한다. 제2 평활화 시계열 데이터(D4)는 미분 비교기(106)에 공급된다.
다음으로, 각 데이터(D2, D3, D4)의 산출에 대하여 설명한다. 제1 디지털 필터(100)로서는, 예를 들면 2차 버터워스형의 로우패스 필터를 이용한다. 2차 버터워스형의 로우패스 필터에 의해 제1 평활화 시계열 데이터(D2)는, 다음 식에 의해 구해진다.
D2(i)=b1·D1(i)+b2·D1(i-1)+b3·D1(i-2)-[a2·D2(i-1)+a3·D2(i-2)]
여기에서, Dk(i)는 각 데이터 Dk의 시각 i의 데이터를 나타내고, 계수 b, a는 샘플링 주파수 및 컷오프 주파수에 따라 수치가 서로 다르다. 또한 디지털 필터의 계수값은 예를 들면, a2=-1.143, a3=0.4128, b1=0.067455, b2=-0.013491, b3=0.067455(샘플링 주파수 10Hz, 컷오프 주파수 1Hz)이다.
미분계수값의 시계열 데이터(D3)는 미분기(102)에 의해, 예를 들면 5점의 시계열 데이터(D2)의 다항식 적합 평활화 미분법을 이용해서 이하와 같이 산출된다.
[수학식 1]
Figure 112020015144438-pct00001
여기에서 중량 계수 w에 관해서, 1차 미분 계산에서는, 예를 들면 w-2=-2, w-1=-1, w0=0, w1=1, w2=2가 이용된다. 또한, 2차 미분 계산에서는, 예를 들면 w-2=2, w-1=-1, w0=-2, w1=-1, w2=2가 이용된다.
상기 미분계수값의 시계열 데이터(D3)를 이용한 제2 평활화 시계열 데이터(D4)의 산출에 있어서의 제2 디지털 필터(104)로서는, 예를 들면 2차 버터워스형 로우패스 필터에 의해 이하와 같이 산출된다.
D4(i)=b1·D3(i)+b2·D3(i-1)+b3·D3(i-2)-[a2·D4(i-1)+a3·D4(i-2)]
미분 비교기(106)에 입력된 제2 평활화 시계열 데이터(D4)는, 각 파장마다 서로 다른 주기와 진폭의 성분을 포함하는 미분 파형 패턴을 갖는다. 그래서, 이 도출한 미분 파형 패턴을, 미리 취득 완료한 막두께·깊이와 미분 파형 패턴을 관련지은 미분 파형 패턴 데이터베이스(108)와 비교(대조)한다.
보다 구체적으로는, 미분 비교기(106)와, 산출된 제2 평활화 시계열 데이터(D4)의 미분 파형 패턴과 가장 가까운 미분 파형 패턴을, 미분 파형 패턴 데이터베이스(108) 중에서 특정하고, 그 가장 가까운 미분 파형 패턴에 대응지어서 기억된 막두께·깊이를, 처리 대상의 막두께·깊이로서 결정한다. 결정된 막두께·깊이는, 막두께·깊이 산출부(30)의 외부에 공급되며, 예를 들면 도시하지 않은 모니터에 표시되거나, 혹은 메모리에 기억된다.
또한, 결정된 막두께·깊이는, 제어부(40)(도 5)로 보내진다. 판정기로서의 제어부(40)는, 결정된 막두께·깊이를, 기억된 임계값과 비교해서, 에칭 처리의 종점에 도달했다고 판단했을 때는, 에칭 처리 장치(1)의 에칭 처리를 정지시킨다.
도 6a의 막두께·깊이 산출부(30)에서는, 처리 대상의 막두께에 대한 각 파장의 광량 변화의 1차 미분값 또는 2차 미분값을 미리 취득하고 있는 경우이다. 즉, 각 검출 결과의 시각에 대한 파장마다 광량의 1차 미분값 또는 2차 미분값을 취득하고, 그것과 미리 취득하고 있는 데이터를 비교함으로써 당해 시각의 막두께를 특정하고 있다. 그러나, 막두께·깊이 특정의 방법은 이것으로 한정된 것은 아니다.
예를 들면, 처리 대상의 막두께·깊이와 파장마다의 반사율의 데이터를 미리 취득해 두고, 검출 결과와 조사한 외부광의 파장마다의 광량을 이용해서 파장마다의 반사율을 산출하고, 산출한 파장마다의 반사율과 미리 취득하고 있는 반사율의 데이터를 비교함으로써, 당해 측정에 있어서의 막두께·깊이를 특정하도록 해도 된다.
또한, 처리 대상의 막두께·깊이와 파장마다의 광량 데이터를 미리 취득해 두고, 검출 결과로부터 파장마다의 광량을 취득하고, 그것과 미리 취득하고 있는 광량 데이터를 비교함으로써, 당해 시각의 막두께를 특정하도록 해도 된다.
또한, 처리 대상의 막두께와 각 파장의 광량 변화의 1차 미분값 또한 2차 미분값을 광량으로 규격화한 1차 미분 규격화값 또는 2차 미분 규격화값의 데이터를 미리 취득해 두고, 검출 결과로부터 파장마다의 광량 변화의 1차 미분 규격화값 또는 2차 미분 규격화값을 취득하고, 그것과 미리 취득하고 있는 데이터를 비교함으로써 당해 시각의 막두께를 특정하도록 해도 된다.
여기에서, 검출부(28)로부터 막두께·깊이 산출부(30)에 입력된 각 파장의 광량의 시계열 데이터(D0)에, 광량 변동 노이즈가 포함되어 있던 경우의 보정에 대하여, 이하에 설명한다.
광량 변동 노이즈를 제거하는 원리는, 이하와 같다. 복수의 파장의 광량에는, 처리 대상으로부터의 반사에 의한 간섭 성분과, 전파장에서 공통인 광량 변동 노이즈 성분이 포함된다. 간섭 성분은, 파장 간에서 비동기(위상, 주파수, 진폭이 서로 다르다)이기 때문에, 예를 들면 총광량 산출에 의해 상쇄할 수 있다.
그 결과, 총광량의 시계열 데이터로부터, 전파장에 공통인 광량 변동 노이즈가 관측된다. 그래서, 과거 총광량 데이터로부터 산출되는 현시점에서의 추정 총광량(추정 산출 광량이라 함)과 측정 총광량(산출 광량이라 함)의 비를, 변화율로서 계산한다. 이 변화율을 이용해서 광량 변동의 보정을 행할 수 있다. 이하, 구체적으로 광량 변동 노이즈의 제거에 대하여 설명한다.
우선, 광량 변동 보정기(110)의 기능 블록의 구성을, 도 6b에 나타낸다. 전술한 바와 같이, 소정의 샘플링 시간 사이에, 검출부(28)로부터 입력되는 각 파장의 광량의 시계열 데이터(D0)에 의해, 산출 광량 계산부(202)에 있어서 당해 시각의 산출 광량이 계산된다.
산출 광량의 계산 방법에는, 특정 파장의 광량의 곱셈(총합), 평균, 각 파장에 설정한 가중 계수를 이용한 가중 곱셈, 가중 평균 등이 이용된다. 이들 계산 방법에 의해 광량을 처리하는 것을 평활화 연산이라 한다. 특정 파장으로서는, 관측되는 전파장, 지정한 파장 범위의 전파장, 임의로 선택한 복수 또는 하나의 파장이 이용된다. 계산에 이용하는 각 파장의 광량은, 측정 광량 그 자체를 이용해도 된다.
단, 광량 변동 노이즈에 의해서 분광기의 암전류(暗電流) 레벨(광입력이 없는 상태에서 분광기로부터 출력되는 신호 레벨, 암전류 노이즈라고도 함)을 제외한 측정 광량이 배율 변동하는 것을 고려하면, 측정 광량으로부터 암전류 레벨을 감산한 광량값을 이용하는 편이 고정밀도의 광량 보정을 실현할 수 있으므로 바람직하다.
이들로 한정되지 않으며, 각 파장의 광량 시계열 데이터를 이용해서 LPF(Low Pass Filter)를 부가한 광량값, 당해 시각과 1시각 전의 광량차나 광량 변화율, 직전 수 시각을 이용해서 산출되는 평균 광량 변화(미분값)나 그 당해 시각의 광량에서의 규격화값을 이용할 수도 있다.
이들 방법으로 산출되는 산출 광량(D0-1)은, 추정 산출 광량 계산부(204)에 공급되어 추정 산출 광량이 산출된다. 이 추정 산출 광량을 참조 광량값으로 한다. 추정 산출 광량 계산부(204)에는, 도시하지 않는 기억부에 의해서 현재 및 과거의 산출 광량이 기억되어 있고, 추정 산출 광량 계산부(204)에서는 과거의 산출 광량을 이용해서 추정 산출 광량이 계산된다.
추정 산출 광량의 계산 방법에는, 과거 산출 광량의 평균값이나, 다항식 근사로 산출되는 현시각(샘플링 시간)의 산출 광량값이나, LPF를 부가한 (고주파 성분을 제거한) 산출 광량값이 이용된다. 이들 계산에 이용되는 산출 광량의 과거 시간(샘플링 시간 이전의 참조 시간으로 함)은, 샘플링 시간 직전의 특정 시간(과거 수 초 등), 특정 시각으로부터 직전 시각의 전(全)시각(에칭 개시 직후로부터 직전 시각 등), 특정 시각 또는 특정 시간(에칭 개시 5초 후나 에칭 개시 직후로부터 10초까지 등)이 이용된다. 참조 시간은, 샘플링 시간과 연속하고 있어도 되고, 샘플링 시간과 불연속해도 되며, 광량 변동 보정기(110)에 있어서 임의로 선택할 수 있다.
과거 산출 광량의 평균값을 예로 들면, 평균화에 이용하는 시간을 길게 하는 것은 이동 평균 범위를 늘리는 것에 상당하기 때문에, 평균화 시간을 늘림에 따라서 산출 광량의 시계열 데이터로부터 제거되는 변동의 컷오프 주파수가 낮아져 가는 것에 상당한다. 즉 평균화 시간을 조정함으로써, 그것에 의해서 계산되는 추정 산출 광량의 시간 변화를 어디까지 억제할지를 조정 가능하다.
과거 특정 시각으로부터 직전 시각까지의 평균을 이용하는 경우는, 강하게 LPF를 적용하는 것에 상당한다. 또한, 과거 특정 시각 또는 특정 시간을 이용하는 경우는, 그 시간이 짧아짐에 따라서 고주파 변동 성분을 남기는 것에 상당한다. 한편, 평균값이 아닌 다항식 근사를 이용할 경우, 다항식의 차수가 올라감에 따라서 LPF의 컷오프 주파수는 높아진다. 이들은 제거하고 싶은 광량 변동 노이즈의 주파수에 따라서 구분하면 된다.
이들 방법에 의해서 산출된 추정 산출 광량(D0-2) 및 현시각의 산출 광량(D0-1)은, 변화율 계산부(206)에 공급되고, 변화율(D0-3)이 계산된다. 변화율의 계산 방법에는, 산출 광량을 추정 산출 광량으로 나눗셈하는 방법이 이용된다[시각마다 (D0-3)=(D0-1)/(D0-2)].
단, 각 파장의 광량으로서 전술의 광량 변화율이나 평균 광량 변화의 규격화값을 이용하는 경우에는, 산출 광량으로부터 추정 산출 광량을 감산하는 방법이 이용된다.
산출된 변화율(D0-3)은, 각 파장 보정 광량 계산부(208)에 공급되고, 현시각의 각 파장의 측정 광량 또는 암전류 레벨을 제거한 측정 광량을 변화율(D0-3)로 나눗셈하여, 각 파장의 보정 광량(보정 광량값)이 계산된다. 계산된 각 파장의 보정 광량(D1)은, 광량 변동 보정기(110)로부터 출력되고, 또한 제1 디지털 필터(100)에 공급되고, 막두께·깊이 데이터의 산출에 사용된다.
(실시예 1)
이러한 플라스마 처리 장치를 이용한 막두께·깊이의 측정 동작 및 그 결과를, 도 7a∼7e를 이용해서 설명한다. 도 7a에는, 에칭 중의 분광 계측에 의해서 취득되는 각 파장의 광량 변화의 일례가 나타나 있고, 본 예에서는 시각 20sec 근방에 반값폭 0.2sec 정도의 광량 변동 노이즈가 발생하고 있다.
이와 같은 관측 광량에 광량 변동이 있는 경우에 대해서도, 본 실시예에서는 광량 변동의 영향을 받지 않고, 고정밀도의 막두께·깊이 측정을 실시할 수 있다. 웨이퍼 반사광의 분광 계측, 측정 신호의 신호 처리 및 그들의 동작 제어는, 모두 도 5에 있어서의 제어부(40) 및 막두께·깊이 산출부(30)에 의해서 행해진다.
본 실시예에서는 웨이퍼 조사를 행하는 광원으로서 백색 LED를 이용하고, 웨이퍼 반사광은 파장 250㎚∼950㎚을 2000파장으로 분할해서 계측하는 구성으로 했다. 측정의 샘플링 속도는 0.1sec이고, 에칭 시간 30sec에 있어서 막두께 추정을 행했다. 웨이퍼의 초기 막두께는 100㎚이고, 30sec 에칭 후의 막두께는 0㎚이다.
도 7a에는, 각 시각에 계측되는 각 파장의 광량을 파장 λ1, λ2, λ3에 관해서 나타내고 있다. 관측되는 각 파장의 광량을 이용해서, 도 6b의 산출 광량 계산부(202)에서 계산되는 각 시각의 산출 광량을, 도 7b의 실선으로 나타낸다.
여기에서, 산출 광량의 산출은, 관측되는 전파장의 합계에 의해서 계산했다. 또한, 각 파장의 광량은, 측정 광량으로부터 분광기의 암전류 레벨을 제거한 결과를 이용했다. 산출 광량의 시간 변화에는 광량 변동 노이즈가 관측되어 있고, 각 파장의 웨이퍼 에칭에 수반하는 광량 변화는, 거의 관측되어 있지 않은 것을 확인할 수 있다.
이 산출 광량을 이용해서, 도 6b의 추정 산출 광량 계산부(204)에서 계산되는 각 시각의 추정 산출 광량을 도 7b의 단파선으로 나타낸다. 여기에서, 추정 산출 광량의 산출은, 시각 0sec로부터 직전 시각까지의 평균값을 계산함으로써 행했다. 추정 산출 광량에는 산출 광량에서 관측되는 광량 변동 노이즈가 거의 관측되지 않고, 산출 광량이 거의 일정하다는 광량 변동 노이즈가 없는 상태의 산출 광량이 추정되어 있다.
도 6b의 변화율 계산부(206)에서 변화율을 계산한 결과를, 도 7b의 장파선으로 나타낸다. 여기에서, 변화율은 각 시각의 산출 광량을 추정 산출 광량으로 나눗셈함으로써 산출했다. 변화율은 광량 변동이 발생하고 있지 않은 부분에서는 거의 1이지만, 광량 변동이 발생하고 있는 시각에서는 1 이외로 된다.
도 6b의 각 파장 보정 광량 계산부(208)에서 각 파장의 보정 광량을 계산한 결과를, 도 7c에 나타낸다. 도면 중에는 파장 λ1, λ2, λ3에 관해서만 나타내고 있다. 각 파장의 광량 변동으로부터 광량 변동 노이즈가 제거되고, 웨이퍼 에칭에 수반하는 각 파장 고유의 광량 변동만이 관측되는 것을 알 수 있다.
도 7a와 도 7c를 비교하면 명백하지만, 파장마다의 신호 파형에 있어서의 주기 및 진폭이 보정 전과 보정 후에 거의 변하지 않는 것이고, 이 특성에 의해 막두께·깊이를 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 여기서부터, 본 실시형태에 의해서 광량 변동 노이즈를 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
상기 방법으로 산출한 각 파장의 보정 광량을 이용해서 막두께·깊이의 측정을 행한 결과를, 도 7d에 나타낸다. 도면 중의 실선은 각 시각에 있어서 특정한 측정 막두께이고, 단파선은 실제 막두께, 장파선은 측정 막두께와 실제 막두께의 오차이다.
여기에서, 막두께·깊이의 특정은, 미리 취득한 보정 광량의 1차 미분값과 막두께·깊이가 상관지어진 데이터베이스를 이용하여, 산출한 보정 광량의 1차 미분값과 데이터베이스를 비교함으로써 행했다. 각 시각의 측정 막두께와 실제 막두께는 일치하고 있고, 그 오차는 각 시각에서 제로이다.
여기서부터, 본 실시형태를 이용함으로써, 광량 변동 노이즈를 제거한 경우에도, 에칭 중의 모든 시각에 있어서 정확한 막두께 추정을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
(비교예)
참고로서, 도 6a의 광량 변동 보정기(110)를 통과시키지 않고 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 7e에 나타낸다. 도 7e에 의하면, 광량 변동 노이즈가 발생하고 있는 시각 20sec 부근에 있어서 측정 막두께와 실제 막두께에 괴리가 발생하고 있고, 정확한 막두께 측정이 실현되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
이 결과로부터, 도 7e와 도 7d를 비교하면 명백하지만, 본 실시예를 이용함으로써, 종래 방법으로는 정확한 막두께 측정을 할 수 없는 광량 변동 노이즈가 발생한 경우에 있어서도, 정확한 막두께 측정을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
(변형예)
여기에서, 본 실시형태에서는 막두께·깊이의 특정 방법으로서 보정 광량의 1차 미분값을 이용했다. 그러나, 그 이외에도, 보정 광량 그 자체를 이용하는 방법이나, 보정 광량을 광원 광량으로 규격화해서 산출하는 반사율을 이용하는 방법이나, 보정 광량의 1차 미분값 또는 2차 미분값을 당해 시각의 보정 광량으로 규격화하는 규격화 1차 미분값 또는 규격화 2차 미분값을 이용하는 방법을 이용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 도 7c에 나타내는 바와 같이 광량 변동 노이즈를 제거하고, 각 파장의 웨이퍼 에칭에 수반하는 광량 변동만을 남길 수 있기 때문에, 이상의 막두께·깊이의 특정 방법의 어느 것을 이용한 경우에 있어서도, 정확한 막두께 측정을 실현하는 것이 가능하다.
예로서 보정 광량 그 자체를 이용한 경우의 막두께 추정 결과를, 도 8a에 나타낸다. 도 8b에는 도 6a의 광량 변동 보정기(110)를 통과시키지 않고 막두께 측정을 실시한 결과를 나타낸다.
도 8b에 의하면, 광량 변동 노이즈가 발생하고 있는 시각 20sec 부근에 있어서 측정 막두께 오차가 발생하고, 정확한 막두께 측정이 실현되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 한편, 도 8a에 의하면, 측정 막두께 오차가 발생하고 있지 않다.
이들 결과로부터, 본 실시예의 광량 변동 노이즈의 보정을 이용함으로써, 보정 광량 그 자체를 이용한 방법에 의한 막두께·깊이 측정에 있어서도, 정확한 막두께 측정을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
또, 본 실시예에서 이용한 광원, 분광 측정, 측정 조건, 웨이퍼 조건은 일례이며, 이들 이외의 구성·조건에 대해서도 본 발명이 적용 가능한 것은 명백하다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 광량 변동 노이즈의 시간폭이 도 7a보다도 긴 경우에 있어서, 본 실시형태를 이용해서 막두께·깊이 측정을 행한 결과에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 했다.
본 실시예에 이용하는 에칭 중의 각 파장의 광량 변화를 도 9a에 나타낸다. 본 실시예의 관측 광량에는 시각 20sec 부근에 반값폭 5sec 정도의 광량 변동 노이즈가 있다. 이러한 신호를 이용해서 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을 계산한 결과를, 도 9b에 나타낸다.
실시예 1과 마찬가지로, 본 실시형태의 계산 처리에 의해 광량 변동 노이즈의 변화율을 산출할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 산출한 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 계산한 결과를 도 9c에 나타낸다. 추정 산출 광량은, 완만하게 변화하고 있지만, 본 실시예의 광량 보정에 의해 각 파장의 측정 광량으로부터 광량 변동 노이즈가 제거되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이 보정 광량을 이용해서 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 9d에 나타낸다. 추정 산출 광량이, 완만하게 변화하고 있으므로, 각 파장의 광량은 약간 점진적 상승으로 되어 있지만, 파장마다의 신호 파형의 주기 및 진폭이, 보정 전과 보정 후에 거의 변하지 않는다. 따라서, 본 실시예에서도 실시예 1과 마찬가지로 정확한 막두께 측정이 되어 있고, 광량 변동의 시각폭이 넓은 경우에 있어서도 본 실시형태를 이용함으로써 광량 변동 노이즈는 보정 가능하고, 정확한 막두께 추정을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 웨이퍼 에칭에 수반하여 전광량이 변화하는 프로세스에 있어서, 도 7a의 광량 변동 노이즈가 발생한 경우에 대해서, 본 실시형태를 이용해서 막두께·깊이 측정을 행한 결과에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 했다.
본 실시예에 이용하는 에칭 중의 각 파장의 광량 변화를, 도 10a에 나타낸다. 본 실시예의 관측 광량은 에칭이 진행함에 따라서 전파장에서 광량이 저하하고, 시각 20sec 부근에는 반값폭 0.2sec 정도의 광량 변동 노이즈가 있다.
이러한 신호를 이용해서 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을 계산한 결과를, 도 10b에 나타낸다. 실시예 1과 마찬가지로 본 실시형태의 계산 처리에 의해 광량 변동 노이즈의 변화율을 산출할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
여기에서, 추정 산출 광량에 있어서 과거 전시각의 평균값을 이용하고 있기 때문에, 웨이퍼 에칭에 수반하는 전파장의 광량 변동도 광량 변동의 일부로서 파악함에 의해, 산출한 변화율에는 에칭에 수반하는 광량 변화도 약간 관측되는 것으로 된다.
산출한 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 계산한 결과를, 도 10c에 나타낸다. 변화율이, 완만하게 감소하고 있으므로, 각 파장의 광량은 약간 점진적 하강으로 되어 있지만, 파장마다의 신호 파형의 주기 및 진폭이, 보정 전과 보정 후에 거의 변하지 않는다. 따라서, 본 실시예의 광량 보정에 의해 각 파장의 측정 광량으로부터 광량 변동 노이즈가 제거되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이 보정 광량을 이용해서 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 10d에 나타낸다. 다른 실시예와 마찬가지로 정확한 막두께 측정이 되어 있고, 본 실시예를 이용함으로써 에칭에 수반하는 전파장의 광량 변동이 있던 경우에 있어서도, 그 광량 변동은 남기면서, 광량 변동 노이즈는 보정 가능하고, 정확한 막두께 추정을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 스텝 형상의 광량 변동 노이즈가 발생한 경우에 대해서, 본 실시형태를 이용해서 막두께·깊이 측정을 행한 결과에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는, 실시예 1과 같은 것으로 했다.
본 실시예에 이용하는 에칭 중의 각 파장의 광량 변화를, 도 11a에 나타낸다. 본 실시예의 관측 광량에는 시각 15sec 내지 20sec 사이에 스텝 형상의 광량 변동 노이즈가 있다. 이러한 신호를 이용해서 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을 계산한 결과를, 도 11b에 나타낸다. 본 실시형태의 계산에 의해 광량 변동 노이즈의 변화율을 산출할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
산출한 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 계산한 결과를, 도 11c에 나타낸다. 변화율이 15sec 이후에, 완만하게 증대하고 있으므로, 각 파장의 광량은 15sec 이후, 약간 상승 경향으로 되어 있지만, 파장마다의 신호 파형의 주기 및 진폭이, 보정 전과 보정 후에 거의 변하지 않는다. 따라서, 본 실시예의 광량 보정에 의해 각 파장의 측정 광량으로부터 광량 변동 노이즈가 제거되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이 보정 광량을 이용해서 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 11d에 나타낸다. 다른 실시예와 마찬가지로 정확한 막두께 측정이 되어 있고, 본 실시예를 이용함으로써 스텝 형상의 광량 변동이 있던 경우에 있어서도, 광량 변동 노이즈를 보정 가능하고, 정확한 막두께 추정을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 산출 광량의 산출에 있어서 각 파장 광량의 평균, 가중 곱셈, 가중 평균을 이용한 경우에 대해서, 본 실시형태를 이용해서 막두께·깊이 측정을 행한 결과에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 했다.
실시예 1의 도 7a의 측정 광량 데이터를 이용하여, 전파장의 광량 평균값을 산출 광량으로서 계산하고, 추정 산출 광량, 변화율을 산출한 결과를, 도 12a에 나타낸다. 산출 광량의 계산에 평균값을 이용한 경우도 변화율에는 광량 변동 노이즈가 관측되어 있고, 그 값은 실시예 1의 도 7b와 같은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 방법을 이용한 경우에 있어서도, 정확한 막두께 측정을 실시할 수 있는 것은 명백하다.
또한, 산출 광량의 산출에 가중 곱셈을 이용한 경우의 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을, 도 12c에 나타낸다. 여기서, 각 파장의 가중에는, 도 12b에 나타내는 바와 같은 파장 번호에 대응지은 가중 계수를 사용했다.
본 실시예에서는, 이 가중값은 측정 개시 시의 각 파장의 광량의 역수로 했다. 산출 광량의 계산에 가중 곱셈을 이용한 경우도, 변화율에는 광량 변동 노이즈가 관측되어 있고, 그 값은 실시예 1의 도 7b에 나타내는 것과 같은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 방법을 이용한 경우에 있어서도, 정확한 막두께 측정을 실시할 수 있는 것은 명백하다.
또한, 산출 광량의 산출에 가중 평균을 이용한 경우의 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을, 도 12d에 나타낸다. 여기서, 각 파장의 가중에는, 도 12b에 나타내는 관계를 사용했다. 산출 광량의 계산에 가중 곱셈을 이용한 경우도, 변화율에는 광량 변동 노이즈가 관측되어 있고, 그 값은 실시예 1의 도 7b에 나타내는 것과 같은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 방법을 이용한 경우에 있어서도, 정확한 막두께 측정을 실시할 수 있는 것은 명백하다.
이상의 결과로부터, 산출 광량의 계산에 평균, 가중 곱셈, 가중 평균을 이용한 본 실시예에 의해서도 광량 변동 노이즈를 보정하는 것이 가능하고, 정확한 막두께 추정을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 관한 산출 광량의 계산 방법은 실시예 1에의 적용으로 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재되는 다른 실시예 및 기재하고 있지 않은 유사한 실시형태에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
(실시예 6)
본 실시예에서는 산출 광량의 산출에 있어서 사용하는 파장을 특성 파장 범위, 선택 소수 파장, 단일 파장으로 한 경우에 있어서, 본 실시형태를 이용해서 막두께·깊이 측정을 행한 결과에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 했다.
실시예 1의 도 7a의 측정 광량 데이터를 이용하여, 파장 범위 250㎚ 내지 500㎚의 광을 사용해서 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을 산출한 결과를, 도 13a에 나타낸다. 산출 광량의 계산에 특정 파장 범위를 이용한 경우도 변화율에는 광량 변동 노이즈가 관측되어 있고, 그 값은 실시예 1의 도 7b에 나타내는 것과 거의 같은 것을 확인할 수 있다.
이 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 산출하고, 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 13b에 나타낸다. 막두께 추정 오차는 전시각에서 제로이고, 본 방법을 이용함에 의해서도 정확한 막두께 추정이 되어 있는 것을 확인할 수 있다. 상기한 파장 범위 이외에도, 임의의 파장 범위를 선택할 수 있다.
파장 250㎚, 450㎚, 650㎚, 850㎚의 4 파장을 사용해서 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을 계산한 결과를, 도 13c에 나타낸다. 산출 광량의 계산에 선택 소수 파장을 이용한 경우에는 파장수가 적기 때문에, 계산에 이용한 파장의 에칭에 기인하는 광량 변화가 변화율에는 약간 관측되게 되지만, 광량 변동 노이즈는 실시예 1의 도 7b와 거의 마찬가지로 관측되어 있다. 상기한 파장 이외에도, 임의의 파장 및/또는 파장의 수를 선택할 수 있다.
이 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 산출하고, 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 13d에 나타낸다. 막두께 추정 오차는 전시각에서 제로이고, 본 방법을 이용함에 의해서도 정확한 막두께 추정이 되어 있는 것을 확인할 수 있다.
에칭에 기인하는 광량 변화가 작은 파장 950㎚만(단일 파장)을 사용해서 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을 계산한 결과를, 도 13e에 나타낸다. 계산에 이용한 파장의 에칭에 기인하는 광량 변화가 변화율에는 관측되게 되지만, 광량 변동 노이즈는 실시예 1의 도 7b에 나타내는 것과 거의 마찬가지로 관측되어 있다.
이 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 산출하고, 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 13f에 나타낸다. 광량 변동 발생 시각 20sec에 있어서 막두께 추정 오차는 제로이고, 본 방법에 의해서 광량 변동 노이즈가 제거되고, 정확한 막두께 측정이 실현되어 있는 것을 알 수 있다.
한편, 다른 시각에서는, 최대 0.6㎚ 이하의 막두께 측정 오차가 발생하고 있고, 이것은 변화율에 선택한 파장의 에칭 기인의 광량 변동이 관측되고, 그 변화율에서 보정 광량을 산출한 것에 의한 보정 광량 변형이 발생한 영향이다.
이와 같이, 산출 광량의 계산에 이용하는 파장수를 감소시킴에 의해서 막두께 측정 오차가 발생하기 때문에, 사용하는 파장수는 많은 편이 바람직하지만, 발생하는 막두께 측정 오차는 본 실시형태를 이용하지 않는 실시예 1의 도 7d에 비해서 충분히 작다.
따라서, 사용하는 파장수가 적은 경우에 있어서도 본 실시형태를 이용하는 것은 막두께 측정의 고정밀도화에 유효하고, 요구되는 막두께 측정 정밀도에 따라서 사용하는 파장수는 감소시켜서 사용하면 된다.
본 실시예에 관한 산출 광량의 계산 방법은 실시예 1에의 적용으로 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재되는 다른 실시예 및 기재하고 있지 않은 유사한 실시형태에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
(실시예 7)
본 실시예에서는 산출 광량의 산출에 이용하는 각 파장의 광량으로서 측정 광량 그 자체, 1시각 전과의 변화율(또는 1차 미분값의 당해 측정 광량에서의 규격화값)을 사용한 경우에 있어서, 본 실시형태를 이용해서 막두께·깊이 측정을 행한 결과에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 했다.
실시예 1의 도 7a의 측정 광량 데이터를 이용하여, 각 파장의 측정 광량 그 자체(암전류 레벨을 제거하지 않은 광량)로부터 산출 광량, 추정 산출 광량, 변화율을 산출한 결과를, 도 14a에 나타낸다. 본 방법에 있어서도 변화율에는 광량 변동 노이즈가 관측되어 있고, 그 값은 실시예 1의 도 7b에 나타내는 것과 같은 것을 확인할 수 있다.
이 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 산출하고, 막두께 측정을 실시한 결과를, 도 14b에 나타낸다. 광량 변동의 발생 시각 20sec에 있어서 약간의 막두께 측정 오차가 발생하고 있지만, 대체로 정확히 막두께 측정이 실현되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이 막두께 측정 오차는, 각 파장의 광량으로부터 암전류 레벨은 광량 변동 노이즈에 의해서 변동하지 않는 성분이기 때문에, 정확히 변화율을 산출할 수 없었던 것에 의한 오차이다. 그러나, 실시예 1의 도 7d에 비해서 막두께 측정 오차는 대폭으로 저감되어 있고, 막두께 측정에 충분한 정밀도를 필요로 하지 않고, 간이한 데이터 처리 구성으로 본 실시형태를 실현하는 경우에 본 실시예는 적합하다.
본 실시예에 관한 산출 광량의 계산 방법은 실시예 1에의 적용으로 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재되는 다른 실시예 및 기재하고 있지 않은 유사한 실시형태에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
(실시예 8)
본 실시예에서는 추정 산출 광량의 산출에 있어서 다항식 근사를 이용해서 본 실시형태의 막두께·깊이 측정을 행한 결과에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 했다.
실시예 1의 도 7a의 측정 광량 데이터를 이용하여, 산출 광량을 1차 직선 근사함으로써 추정 산출 광량, 변화율을 산출한 결과를, 도 15a에 나타낸다. 구체적인 계산 방법으로서, 예를 들면 본 실시예에서는 시각 0sec로부터 직전 시각까지의 전산출 광량의 시간 변화를 1차 함수로 피팅하고, 그 피팅 함수를 이용해서 현시각의 산출 광량을 추정하는 방법으로 추정 산출 광량을 계산했다.
본 계산 방법을 이용한 경우에 있어서도 실시예 1의 도 7d와 동등한 광량 변동이 산출한 변화율에는 관측되어 있다. 본 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 계산하고, 막두께 측정을 행한 결과를 도 15b에 나타낸다. 모든 시각에 있어서 측정 막두께 오차는 제로이고, 본 계산 방법을 이용함에 의해서도 광량 변동 노이즈를 보정할 수 있고, 정확한 막두께 측정을 실현 가능한 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 관한 산출 광량의 계산 방법은 실시예 1에의 적용으로 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재되는 다른 실시예 및 기재하고 있지 않은 유사한 실시형태에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
(실시예 9)
본 실시예에서는, 추정 산출 광량의 산출에 이용하는 산출 광량의 시간(참조 시간)을 직전으로부터 특정 범위의 시각으로 변경한 경우에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 했다.
실시예 1의 도 7a의 측정 광량 데이터를 이용하여, 추정 산출 광량의 계산에 이용하는 산출 광량의 시간을 직전으로부터 15sec 사이, 10sec 사이, 5sec 사이, 3sec 사이로 변경한 경우에 있어서의, 막두께 측정 결과를 도 16a, 16b, 16c, 16d에 각각 나타낸다.
과거 15sec 사이를 사용한 경우에는, 실시예 1의 도 7d에 나타내는 것과 마찬가지로 정확한 막두께 측정이 실현되어 있는 것이 확인되어 있고, 사용하는 과거 시간 범위를 짧게 한 경우에도 본 실시형태에 의해서 정확한 막두께 측정을 실현 가능하다.
한편, 과거 시간 범위를 10sec 사이, 5sec 사이, 3sec 사이로 짧게 해감에 따라서, 막두께 측정 오차가 커지는 것을 알 수 있다. 이것은, 사용하는 과거 시간 범위를 짧게 함에 의해서, 산출 광량으로부터 추정 산출 광량을 계산할 때의 고주파 변동 제거(LPF와 마찬가지) 효과가 저하하고 있는 것을 나타내고 있다.
따라서, 본 실시형태의 계산 방법에 있어서의 사용하는 과거 시간 범위는 긴 편이 좋지만, 충분한 과거 시간 범위를 확보할 수 없는 경우에 있어서도, 본 실시형태를 사용하지 않는 실시예 1의 도 7e의 막두께 측정 결과에 비해 대폭으로 정밀도를 개선하는 것이 가능하다.
본 실시예에 관한 산출 광량의 계산 방법은 실시예 1에의 적용으로 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재되는 다른 실시예 및 기재하고 있지 않은 유사한 실시형태에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
(실시예 10)
본 실시예에서는, 추정 산출 광량의 산출에 이용하는 산출 광량의 시간을 특정의 시간에 고정한 경우에 대하여 기술한다. 이들 이외의 조건에 관해서는 실시예 1과 같은 것으로 하고, 측정 신호에 관해서는 실시예 2의 에칭에 기인해서 전파장의 광량이 감소하는 예를 이용했다.
도 17a는 실시예 2와 마찬가지의 전파장의 광량이 감소하는 신호를 나타내고, 이 신호를 이용해서, 추정 산출 광량의 계산에 이용하는 산출 광량을 시각 0sec로부터 5sec까지로 고정한 경우에 있어서 계산되는 추정 산출 광량 및 변화율을, 도 17b에 나타낸다.
본 방법에서는 추정 광량은 항상 일정값으로 되기 때문에, 변화율에는 광량 변동 노이즈 이외에 에칭에 기인하는 전파장의 광량 변화가 관측되는 것으로 된다. 본 변화율을 이용해서 각 파장의 보정 광량을 계산한 결과를, 도 17c에 나타낸다.
변화율에 에칭 기인의 광량 변화도 포함되므로, 광량 변동 노이즈 이외에 보정 광량으로부터는 전파장에서 공통의 에칭 기인의 광량 변화도 제거되어 있는 것을 알 수 있다. 이 보정 광량을 이용한 막두께 측정 결과를 도 17d에 나타낸다. 모든 시각에 있어서 측정 막두께 오차는 제로이고, 정확한 막두께 측정이 실현되어 있는 것을 알 수 있다.
본 실시예의 경우, 에칭 기인의 광량 변화를 제거해도 정확한 막두께 측정이 실현되어 있지만, 이 에칭 기인의 광량 변화에 의거해서 막두께 측정을 실시하고 있는 경우에 있어서는, 이 광량 변화는 제거해야만 하는 것은 아니고, 실시예 3의 계산 방법을 이용함으로써 에칭 기인의 광량 변화를 남기도록 광량 변동 노이즈의 보정을 실시하는 편이 바람직하다.
한편, 에칭 기인의 광량 변화를 제거해도 되는 경우에 있어서는, 본 방법은 과거 짧은 시각을 참조함으로써 광량 변동 노이즈를 정확히 제거하는 것이 가능한 점에서 매우 유용하다. 산출 광량의 시간은, 임의로 선택 가능하다.
본 실시예에 관한 산출 광량의 계산 방법은 실시예 1에의 적용으로 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재되는 다른 실시예 및 기재하고 있지 않은 유사한 실시형태에 적용한 경우에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.
각 파장의 광량을 이용한 산출 광량의 계산은, 처리 대상의 에칭 진행에 기인하는 각 파장의 광량의 변화가 산출 광량에 있어서 관측되기 어렵게 되어 있는 것이면 바람직하며, 예를 들면 복수의 파장의 광량을 합계할 수 있다. 또한, 복수의 파장의 광량을 평균해도 되고, 미리 설정한 각 파장의 가중 계수를 이용한 가중 곱셈 또는 가중 평균을 행해도 된다.
산출 광량의 계산에 이용하는 특정 파장으로서, 측정되는 전파장을 이용해도 되고, 또한 특정 파장 범위의 전파장이나, 특정 파장 범위 내에서 선택한 복수 파장을 이용해도 된다. 계산에 이용하는 파장수가 저하함에 따라, 산출 광량에는 계산에 이용한 각 파장의 웨이퍼 에칭 진행에 기인하는 광량 변화가 관측되고, 상기 광량 변동 보정에 의해서 각 파장의 광량 변화에 변형이 발생한다.
그러나, 이 광량 변화는 각 파장의 광량 변화(신호 강도)보다도 작기 때문에, 상기 광량 변동 보정에 의해서 웨이퍼 에칭 진행에 기인하는 각 파장의 광량 변화가 완전하게 제거되어 버리는 경우는 없다. 따라서, 상기 광량 변동 보정에 의해서 발생하는 광량 변화의 변형이 허용할 수 있는 범위이면, 계산에 이용하는 파장수는 적어도 된다. 또한, 특정 파장에 있어서 웨이퍼 에칭 진행에 기인하는 광량 변화가 대략 제로인 경우에는, 그 특정 파장 내의 1파장 또는 소수의 파장을 이용해도 된다.
산출 광량의 계산에 이용하는 각 파장의 광량은, 검출기에의 입사 광량에 비례하는 관측값인 것이 바람직하며, 예를 들면 측정 광량으로부터 분광기의 암전류 레벨을 뺀 광량값을 이용해도 된다. 측정 광량에 비해 암전류 레벨이 충분히 작은 경우에는, 측정 광량 그 자체를 이용해도 된다.
현시각보다 과거의 산출 광량으로부터의 추정 산출 광량의 계산은, 예를 들면 과거 산출 광량의 평균이어도 되고, 다항식 근사에 의해 추정되는 현시각의 산출 광량이어도 된다.
평균이나 다항식 근사에 이용하는 과거 산출 광량의 범위는, 현시각으로부터 특정 범위의 과거 시간이어도 되며, 예를 들면, 임의로 결정한 과거 특정 시각으로부터 현시각보다 1시각 전의 모든 과거 시간을 이용해도 된다. 또한, 상기와 같이 경시에 따라서 추정 산출 광량의 계산에 이용하는 과거 시간을 반드시 변경할 필요는 없고, 항상 과거 특정 시간(참조 시간)을 고정해서 이용해도 된다. 과거 특정 시간을 고정하면, 추정 산출 광량은 항상 일정하게 된다.
추정 산출 광량의 산출에는 전술의 다양한 방법이 있지만, 어느 방법에서도 과거 산출 광량의 시간 변화로부터 고주파 성분(고속의 산출 광량 변화)을 제거하고, 산출 광량이 없었던 경우의 현시각의 산출 광량을 추정 산출 광량으로서 계산하고 있다. 따라서, 계산에 이용하는 과거 시간에 의한 광량 변동 보정에의 영향은, 광량 변동의 컷오프 주파수가 변화하는 것에 상당한다.
산출 광량과 추정 산출 광량을 이용한 변화율의 계산은, 산출 광량을 추정 산출 광량으로 나눗셈함으로써 실시된다.
변화율을 이용한 각 파장의 보정 광량의 계산은, 각 파장의 광량을 변화율로 나눗셈함으로써 실시된다.
이들 방법에 의해서 취득되는 각 파장의 보정 광량을 이용한 처리 대상 웨이퍼의 막두께·깊이의 특정 방법은, 각 파장의 보정 광량을 미리 취득해 둔 각 파장의 광량과 막두께·깊이가 관련지어진 데이터와 비교함으로써 행하면 된다.
처리 대상의 막두께·깊이와 각 파장의 광량이 관련지어진 데이터베이스를 미리 취득하고 있을 경우, 각 파장의 보정 광량과 미리 취득하고 있는 데이터베이스를 비교함으로써, 당해 시각의 막두께·깊이를 특정하면 된다.
처리 대상의 막두께·깊이와 각 파장의 반사율이 관련지어진 데이터베이스를 미리 취득하고 있을 경우, 각 파장의 보정 광량과 조사한 외부광의 각 파장의 광량을 이용해서 각 파장의 반사율을 산출하고, 산출한 각 파장의 반사율과 미리 취득하고 있는 데이터베이스를 비교함으로써, 당해 측정에 있어서의 막두께·깊이를 특정하면 된다.
처리 대상의 막두께·깊이와 각 파장의 광량 변화의 1차 미분값 또는 2차 미분값이 관련지어진 데이터베이스를 미리 취득하고 있을 경우, 각 파장의 보정 광량의 1차 미분값 또는 2차 미분값을 취득하고, 그것과 미리 취득하고 있는 데이터베이스를 비교함으로써 당해 시각의 막두께·깊이를 특정하면 된다.
처리 대상의 막두께·깊이와 각 파장의 광량 변화의 1차 미분값 또는 2차 미분값의 광량에서의 규격화값이 관련지어진 데이터베이스를 미리 취득하고 있을 경우, 각 파장의 보정 광량의 1차 미분값 또는 2차 미분값을 취득하고, 그것과 미리 취득하고 있는 데이터베이스를 비교함으로써, 당해 시각의 막두께·깊이를 특정하면 된다.
또, 본 발명은 상기한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시형태에 있어서의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태에 있어서의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것도 가능하다.
1: 에칭 처리 장치 10: 처리실
12: 플라스마 14: 시료대
16: 처리 대상 18: 광원부
20: 도입 렌즈 22: 조사광
24: 반사광 26: 검출 렌즈
28: 검출부 30: 막두께·깊이 산출부
40: 제어부 100: 제1 디지털 필터
102: 미분기 104: 제2 디지털 필터
106: 미분 비교기 108: 미분 파형 패턴 데이터베이스
110: 광량 변동 보정기 202: 산출 광량 계산부
204: 추정 산출 광량 계산부 206: 변화율 계산부
208: 각 파장 보정 광량 계산부

Claims (15)

  1. 에칭 처리 중에, 처리 대상으로부터 출사된 복수의 파장의 광을 수광하고, 수광한 광의 강도에 따른 신호를 각각 출력하는 수광기와,
    상기 수광기로부터 출력된 신호에 의거해서, 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는 막두께 결정부와,
    상기 막두께 결정부가 결정한 상기 처리 대상의 막두께와, 임계값을 비교함에 의해, 상기 에칭 처리의 종점을 판정하는 판정기를 구비하고,
    상기 막두께 결정부는, 소정의 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 파장마다의 신호를 평활화 연산해서 얻어지는 산출 광량값과, 상기 샘플링 시간보다 이전의 참조 시간에 있어서의 상기 산출 광량값으로부터 결정되는 참조 광량값에 의거해서, 변화율을 구하고,
    상기 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 신호와, 상기 변화율에 의거해서, 파장마다 보정 광량값을 구하고,
    또한 상기 보정 광량값에 의거해서, 상기 샘플링 시간에 있어서의 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는,
    에칭 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 수광기로부터의 파장마다의 신호를, 총합, 평균, 가중 곱셈, 또는 가중 평균함에 의해 상기 평활화 연산을 행해서, 상기 산출 광량값을 구하는,
    에칭 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 산출 광량값을 평균화한 광량값, 상기 산출 광량값을 다항식 근사함에 의해 얻어진 상기 샘플링 시간에 있어서의 광량값, 또는 상기 산출 광량값으로부터 고주파 성분을 제거해서 얻어진 광량값을, 상기 참조 광량값으로서 결정하는,
    에칭 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 보정 광량값의 미분 파형 패턴을 구하고, 상기 보정 광량값의 미분 파형 패턴을, 광량값의 미분 파형 패턴과 막두께가 미리 대응지어진 데이터베이스에 대조함에 의해, 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는,
    에칭 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 산출 광량값을 구하기 위하여 사용하는 광의 파장의 수를 변경 가능한,
    에칭 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 수광기의 출력에 있어서 암전류(暗電流) 노이즈를 제거하는,
    에칭 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 수광기의 출력에 있어서 암전류 노이즈를 제거하지 않는,
    에칭 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산출 광량값은, 일정하거나, 혹은 점차 감소하는,
    에칭 처리 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 수광기로부터의 신호에 포함되는 펄스 형상의 노이즈 성분 또는 스텝 형상의 노이즈 성분을 제거하는,
    에칭 처리 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 참조 시간의 타이밍과 길이의 적어도 한쪽을 변경 가능한,
    에칭 처리 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 막두께 결정부는, 상기 참조 시간을 고정하는,
    에칭 처리 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수광기는, 광원부로부터 출사되고 상기 처리 대상에서 반사된 광을 수광하는,
    에칭 처리 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    진공 용기 내부에서 플라스마를 발생시키고, 상기 처리 대상을 에칭 처리하는 처리부를 갖고,
    상기 수광기는, 상기 플라스마로부터 출사되고 상기 처리 대상에서 반사된 광을 수광하는,
    에칭 처리 장치.
  14. 에칭 처리 중에, 처리 대상으로부터 출사된 복수의 파장의 광을 수광하고, 수광한 광의 강도에 따른 신호를 각각 출력하는 제1 공정과,
    출력된 상기 신호에 의거해서, 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는 제2 공정과,
    결정된 상기 처리 대상의 막두께와, 임계값을 비교함에 의해, 상기 에칭 처리의 종점을 판정하는 제3 공정을 구비하고,
    상기 제2 공정에 있어서, 소정의 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 파장마다의 상기 신호를 평활화 연산해서 얻어지는 산출 광량값과, 상기 샘플링 시간보다 이전의 참조 시간에 있어서의 상기 산출 광량값으로부터 결정되는 참조 광량값에 의거해서, 변화율을 구하고,
    상기 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 신호와, 상기 변화율에 의거해서, 파장마다 보정 광량값을 구하고,
    또한 상기 보정 광량값에 의거해서, 상기 샘플링 시간에 있어서의 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는,
    에칭 처리 방법.
  15. 에칭 처리 중에, 처리 대상으로부터 출사된 복수의 파장의 광을 수광하고, 수광한 광의 강도에 따른 신호를 각각 출력하는 수광기와,
    상기 수광기로부터 출력된 신호에 의거해서, 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는 막두께 결정부를 구비하고,
    상기 막두께 결정부는, 소정의 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 파장마다의 신호를 평활화 연산해서 얻어지는 산출 광량값과, 상기 샘플링 시간보다 이전의 참조 시간에 있어서의 상기 산출 광량값으로부터 결정되는 참조 광량값에 의거해서, 변화율을 구하고,
    상기 샘플링 시간의 각 시각마다에 있어서의 상기 수광기로부터의 신호와, 상기 변화율에 의거해서, 파장마다 보정 광량값을 구하고,
    또한 상기 보정 광량값에 의거해서, 상기 샘플링 시간에 있어서의 상기 처리 대상의 막두께를 결정하는,
    검출기.
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