KR102429079B1 - 플라스마 처리 방법 및 플라스마 처리에 이용하는 파장 선택 방법 - Google Patents

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Abstract

나머지 막두께나 에칭양을 높은 정밀도로 검출할 수 있는 파장 선택 방법 또는 플라스마 처리 방법을 제공하기 위하여, 진공 용기 내부의 처리실 내에 처리 대상의 웨이퍼를 배치하고, 상기 처리실 내에 처리용의 가스를 공급해서 생성한 플라스마를 이용해서 상기 웨이퍼의 표면에 미리 형성된 처리 대상의 막층을 처리하는 플라스마 처리 방법으로서, 상기 처리 대상의 막층의 처리 중에 발생하는 플라스마의 복수의 파장의 발광 중 상호 정보량이 큰 복수의 파장의 것에서 선택된 적어도 2개의 파장의 상기 발광의 시간 변화를 검출한 결과에 의거해서 상기 막층의 처리의 종점을 판정한다.

Description

플라스마 처리 방법 및 플라스마 처리에 이용하는 파장 선택 방법
본 발명은, 반도체 집적 회로를 제조하는 공정이 이용되고, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용해서 처리하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 처리 중에 검출된 처리실 내로부터의 발광을 이용해서 시료 표면의 막두께 또는 처리의 양을 검출하기 위한 파장의 선택 방법 또는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조하는 공정에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치하고, 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용해서, 시료 표면 상에 형성된 유전 재료나 마스크층을 포함하는 복수의 막층을 가진 막 구조를 에칭하여 반도체 디바이스의 회로의 패턴을 형성하는 처리, 소위 드라이에칭 처리가 실시되고 있다. 이와 같은 에칭 처리에 있어서는, 최근 증대하는 반도체 디바이스의 집적도를 실현하기 위하여, 당해 처리를 상기한 막층을 원하는 막두께 혹은 에칭 깊이에서 정지시켜서 회로의 패턴을 높은 정밀도로 실현하기 위하여, 에칭의 종점을 보다 정확하게 결정하여 처리의 조건을 적절하게 조절하는 것이 요구되고 있다.
일반적으로, 이와 같은 에칭 처리는, 진공 용기 내부의 처리실 내에 반도체 웨이퍼가 배치된 상태에서, 당해 처리실 내에 공급한 처리용의 가스에 전계 또는 자계가 공급되어 그 원자 또는 분자가 여기(勵起)되어서 플라스마가 형성되고, 이를 이용해서 시료 상의 막 구조 중의 처리 대상의 막의 처리가 행해진다. 처리 중에 있어서는 처리실 내의 플라스마의 발광에 포함되는 특정의 파장의 광의 강도는, 처리 대상의 특정의 막 또는 처리가 진행되고 있는 임의의 막의 에칭의 진행에 수반해서 변화한다.
그래서, 종래부터, 처리의 종점을 정밀도 좋게 검출하는 기술로서, 에칭 처리 중에 처리실로부터의 발광에 포함되는 당해 특정의 파장의 강도의 변화를 검출하고, 이 결과에 의거해서 처리의 종점을 검출하는 것이 알려져 있다. 그러나, 상기한 발광에는 통상적으로, 처리 중의 플라스마의 특성이나 막의 상태에 큰 상관을 갖는 반응에 의해 발생하는 특정의 파장의 발광 이외에도, 시간 경과에 수반하는 강도 변화를 수반하는 발광도 포함되어 있어, 종점의 판정 시에는 이와 같은 소위 베이스라인에 의해 발생한 검출 대상의 파장의 파형의 변동에 기인한 오검출을 저감 또는 억제할 필요가 있다.
이와 같은 노이즈에 대응해서 발광의 강도의 변화를 정밀도 좋게 검출하기 위한 기술로서는, 일본 특개2015-23104호 공보(특허문헌 1)가 있다. 이 종래 기술은, IIR(무한 임펄스 리스폰스) 필터에 의해, 발광의 강도의 신호로부터 시간 변화의 베이스라인 성분을 그 기울기의 시간 변화에 추종하면서 검출하고, 검출한 베이스라인의 성분을 발광의 강도의 신호로부터 제외함에 의해 변화의 성분을 추출하는 것이다.
일본 특개2015-23104호 공보
상기한 종래 기술에서는, 다음의 점에 대하여 고려가 불충분했기 때문에 문제가 발생하고 있었다.
즉, 특허문헌 1의 기술은, 발광의 강도의 신호로부터 베이스라인의 성분을 효과적으로 제거하는 것이지만, 종점 검출에 적합한 것으로서 미리 선택한 파장(기본 파장)의 광은, 처리실의 광을 투과시켜서 검출하는 창 부재나 내벽면에 부착해서 퇴적되는 물질에 의해, 강도가 약해지거나 혹은 세츄레이션이 일어나거나, 베이스라인이 커진다. 이 때문에, 기본 파장만을 사용해서 종점을 검출하려고 하면 검출의 정밀도가 손상되어 버릴 우려가 있었다. 이와 같은 문제를 해결해서 종점의 검출의 정밀도를 높이기 위해서는, 기본 파장 이외의 파장을 이용하는 등 복수의 파장의 광을 처리의 종점이나 에칭양, 나머지 막두께의 검출에 이용할 필요가 있다. 그러나, 상기 종래의 기술에서는, 이와 같은 종점의 판정에 이용하는 복수의 파장을 적절하게 선택하기 위한 기술에 대해서는, 하등 고려되어 있지 않았다.
또한, 종점의 판정에 이용하는 광의 파장을 선택하기 위하여 종래부터 이용되어 온 결정 계수에 의거하는 선택이나 주성분 분석이나 비음수 행렬 인자 분해를 이용하는 것에서는, 베이스라인의 영향 등으로 변화가 큰 파장이 추출되는 것에 지나지 않으며, 추출되는 파장이 종점이나 나머지 막두께의 검출에 적합한 파장이 아니어서, 마찬가지로 검출의 정밀도가 손상되어 버릴 우려가 있었다.
본 발명의 목적은, 이용하는 복수의 파장을 적절하게 선택해서 나머지 막두께나 에칭양을 높은 정밀도로 검출할 수 있는 플라스마 처리 방법 및 플라스마 처리에 이용하는 파장 선택 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 처리 대상의 웨이퍼를 배치하고, 상기 처리실 내에 처리용의 가스를 공급해서 생성한 플라스마를 이용해서 상기 웨이퍼의 표면에 미리 형성된 처리 대상의 막층을 처리하는 플라스마 처리 방법으로서, 상기 처리 대상의 막층의 처리 중에 발생하는 플라스마의 복수의 파장의 발광 중 상호 정보량이 큰 복수의 파장의 것에서 선택된 적어도 2개의 파장의 상기 발광의 시간 변화를 검출한 결과에 의거해서 상기 막층의 처리의 종점을 판정하는 플라스마 처리 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 플라스마 처리 장치의, 특히 에칭 처리 장치에 있어서, 기본 파장이 세츄레이션이나 베이스라인으로 가려져 버린 경우에도, 선형·비선형을 불문하고 에칭양이나 종점과 발광 강도 변화의 종속성이 높은 파장만을 기본 파장을 대체하는 파장으로서 선택할 수 있다. 이와 같이 해서 선택된 파장에 의거해서 피처리층의 실제의 에칭양이나 종점을 보다 고정밀도로 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 나타내는 파장 선택기의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도.
도 3은 도 1에 나타내는 종점 판정기를 모식적으로 나타내는 블록도.
도 4는 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 종점을 판정하는 동작의 흐름을 나타내는 플로차트.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 이용해서 설명한다.
본 실시형태는, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼 등 기판 형상의 시료 상면에 미리 배치된 마스크층과 처리 대상의 막층을 포함하는 복수 층 갖는 막 구조를 처리실 내에 형성된 플라스마를 이용해서 에칭할 때에, 시료의 표면의 막 구조에서 반사된 광을 포함하는 처리실 내로부터의 발광을 이용해서, 에칭의 양의 검출이나 에칭의 종점을 판정하는 플라스마 처리 장치와 그 운전 방법을 설명한다. 특히, 본 예에서는, 선형·비선형을 불문하고 에칭양이나 종점과 발광 강도 변화의 종속성이 높은 복수의 파장만을 기본 파장을 대체하는 파장으로서 선택하고, 막 구조의 처리 대상의 막층의 에칭의 양 또는 그 종점을 높은 정밀도로 검출하고, 막 구조가 에칭되어 형성되는 반도체 디바이스의 회로를 구성하는 패턴의 형상을 소기의 것에 가깝게 할 수 있는 플라스마 처리 방법이 개시된다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예를 도 1 내지 4를 이용해서 설명한다.
도 1을 이용해서, 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성을 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 도면이다. 특히, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)는, 내부에 배치된 처리실 내에 반송된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 에칭 처리해서 반도체 디바이스를 제조하는 공정에 이용되는 장치로서, 시료를 처리한 에칭양, 예를 들면 마스크나 처리 대상의 막층의 나머지 막두께나 에칭해서 형성한 홈 또는 구멍의 깊이를 검출하는 검출기를 구비하고, 검출기로부터의 출력에 의거해서 반도체 웨이퍼 등 시료의 처리가 조절되도록 구성된 플라스마 에칭 장치이다.
본 예의 플라스마 처리 장치(100)는, 내부에 원통형을 구비한 처리실(102)이 배치되고 원통형의 외형을 가진 진공 용기(101)와, 진공 용기(101)의 외부에 배치되고 처리실(102) 내부의 공간에 플라스마(103)를 형성하기 위하여 공급되는 전계 또는 자계를 형성하는 수단인 플라스마 형성 장치와, 진공 용기(101)의 아래쪽에서 이것과 연결되고 처리실(102) 내의 공간으로부터 가스의 원자, 분자나 플라스마(103)를 구성하는 이온이나 활성이 높은 입자 등을 배기하는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프 및 당해 배기의 유량 또는 속도를 조절하는 조절기를 포함하는 배기 장치를 구비해서 구성되어 있다.
또한, 처리실(102) 내의 플라스마(103)가 형성되는 공간의 아래쪽에는, 처리 대상의 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료(104)가 원형을 가진 그 상면에 놓이는 시료대(105)가 배치되어 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 본 실시예에서는, 처리실(102)의 내측에는 플라스마(103)를 형성해서 시료(104)를 처리하기 위한 처리용 가스를 도입하기 위한 가스 도입 구멍이 배치됨과 함께, 진공 용기(101)는 가스 도입 구멍과 처리용 가스의 가스원 사이를 연결하여 그 도중에 가스의 유량 또는 속도를 처리에 적합한 것으로 조절하는 유량 조절기가 배치된 가스 공급 경로를 구성하는 가스용의 관로가 접속되어 있다.
추가로 또한, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)에는, 진공 용기(101) 외부에 배치되고 처리실(102) 내에서 실행되는 플라스마(103)를 이용한 시료(104)의 처리 중에 발생하는 플라스마(103)의 발광이나 시료(104) 표면으로부터의 간섭광 등의 처리실(102) 내측으로부터의 광을 수광해서 그 강도나 변화를 검출하여 시료(104)의 표면에 배치된 에칭 처리 대상의 막층의 나머지 막두께나 에칭양(예를 들면, 홈이나 구멍의 깊이)을 검출하는 에칭양 검출기(110)가 구비되어 있다. 또한, 처리 중의 처리실(102)로부터의 광을 에칭양 검출기(110)에 전달하기 위하여, 처리실(102)을 둘러싸는 진공 용기(101)의 측벽이나 처리실(102) 위쪽의 진공 용기(101)의 덮개 부분을 구성하는 부재에 배치된 관통 구멍 내에, 석영 등의 투광성을 갖는 재료로 구성된 창 부재가, O링 등의 시일재에 의해 내외가 기밀하게 봉지(封止)되어서 배치되어 있다.
이와 같은 플라스마 처리 장치(100)에서는, 진공 용기(101)의 측벽은, 도시하지 않은 다른 진공 용기로서, 그 내부에 처리 대상의 시료(104)가 당해 내부에 배치된 로봇의 암(arm) 상에 유지되어 반송되는 감압된 공간인 진공 반송실을 구비한 진공 반송 용기에 연결되어 있다. 처리되어 있지 않은 시료(104)는, 진공 반송실 내를 로봇의 암 상에 유지되어 반송되고, 암의 신장에 의해, 진공 반송실과 처리실(102) 사이를 연통하는 통로의 내측을 통과해서 암에 놓인 시료(104)가 처리실(102) 내에 반입된다.
처리실(102) 내에 반입된 시료(104)는 시료대(105)에 넘겨 받아 시료대(105) 상부를 덮는 유전체제의 막의 원형을 가진 상면에 놓인다. 시료(104)가 통과한 통로의 진공 반송실측의 개구가 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해서 폐색되어 처리실(102) 내가 기밀하게 봉지되면, 유전체제의 막 내의 전극에 공급된 직류 전력에 의해 일어난 정전기력에 의해 당해 유전체제의 막 상에 유지된다. 그 후, 가스원으로부터의 처리용 가스가 가스 도입 구멍으로부터 처리실(102) 내에 유량 조절기에 의해 유량 또한 속도가 적절하게 조절되어 공급됨과 함께, 시료대(105)의 아래쪽에 배치되고 처리실(102)에 면해서 배치된 배기용의 개구를 통해서 배기 장치를 구성하는 진공 펌프의 동작에 의해 처리실(102) 내의 가스가 외부에 배출된다.
처리실(102)에 공급되는 처리용 가스의 유량 또는 속도와 진공 펌프의 동작에 의한 배기용의 개구로부터의 배기의 유량 또는 속도의 밸런스에 의해, 처리실(102) 내측의 압력이 시료(104)의 처리에 적합한 범위 내의 값으로 조절된다. 플라스마 형성 장치가 형성하는 전계 또는 자계가 처리실(102) 내에 공급되고, 처리용의 가스의 원자 또는 분자가 여기되어 처리실(102) 내의 시료대(105) 또는 그 상면에 놓여서 유지된 시료(104)의 위쪽의 공간에 플라스마(103)가 형성된다.
시료대(105) 내부에는, 도시되어 있지 않은 금속제의 원판 또는 원통형을 가진 전극이 배치되고, 진공 용기(101) 외부의 마찬가지로 도시하고 있지 않은 고주파 전원과 전기적으로 접속되어 있다. 플라스마(103)가 형성된 상태에서, 플라스마 형성 장치의 전계와 서로 다른 주파수의 고주파 전력이 고주파 전원으로부터 시료대(105) 내에 배치된 전극에 공급되어, 시료(104) 상면 위쪽의 처리실(102) 내에, 플라스마(103)의 전위에 따른 바이어스 전위가 형성된다.
당해 바이어스 전위와 플라스마의 전위의 전위차에 따라서, 플라스마(103) 중의 이온 등의 하전 입자가 시료(104) 상면 위쪽으로 유인되어, 시료(104)의 상면에 미리 배치된 유기 재료에 의해 구성된 마스크층과 처리 대상의 막층을 포함하는 복수의 막층을 갖는 막 구조의 표면과 충돌함으로써, 시료(104) 표면의 막층의 에칭 처리가 진행되고, 플라스마(103) 중의 라디칼 등의 반응성이 높은 활성종의 원자 또는 분자와 처리 대상의 막층의 표면 사이의 물리적 또는 화학적 반응이 촉진되고, 처리 대상의 막층의 하전 입자가 유인되는 방향에 대한 이방성의 처리가 촉진되는 처리 대상의 막층의 처리 중에는, 플라스마(103) 중의 활성종이나 상기 물리적 또는 화학적인 반응을 포함하는 플라스마(103)와 시료(104) 표면의 상호 작용에 의해 생성된 반응 생성물에 기인해서 광이 방사된다.
본 실시예에서는, 이와 같은 처리 중에 처리실(102) 내에서 발생하는 발광을 에칭양 검출기(110)에 의해 당해 처리 중에 검출해서, 처리의 양(예를 들면, 처리 대상의 막 혹은 당해 막 위쪽에 배치된 포토레지스트 등의 마스크층의 나머지 막두께나, 처리 대상의 막에 형성되는 홈이나 구멍의 에칭 깊이)을 높은 정밀도로 검출해서, 처리의 종점의 판정 혹은 공급되는 처리용 가스의 유량이나 처리실(102) 내의 압력, 플라스마를 형성하기 위한 전계 또는 자계의 강도의 값과 그 분포 등 처리의 조건이 조절 가능하게 구성되어 있다. 에칭양 검출기(110)는, 창 부재의 외측에 배치되고 창 부재를 통과한 처리실(102) 내로부터의 광을 수광하는 수광기와, 광파이버(106) 등의 전달기를 통해서 수광기로부터 전달된 광을 소정의 주파수 또는 파장의 복수의 스펙트럼으로 분해하는 분광기(111)를 구비하고 있다. 특히, 본 실시예에서는, 분광기(111)의 내부에는 도시하고 있지 않은 측정용 광원(예를 들면 할로겐 광원)이 구비되고, 이로부터 방사된 다파장의 광은 광파이버(106)를 통해서 창 부재를 통과하여 처리실(102) 내의 시료대(105) 상면에 배치된 시료(104) 표면의 막 구조에 대해서 도입된다.
본 실시예에서는, 창 부재는 처리실(102)의 위쪽에서 시료(104) 상면에 대향해서 배치된 처리실(102)의 천장면을 구성하는 부재에 형성된 관통 구멍 내에 배치되며 플라스마(103)에 면해서 배치되고, 측정용 광원으로부터 방사된 방사광은 당해 창 부재를 통과해서 처리실(102) 내에 진입하여 시료(104) 상면에 수직 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 각도로 입사한다. 시료(104) 상면에 도달한 방사광은 시료(104) 상면에 미리 배치된 막 구조의 복수의 막층의 경계면에서 처리실(102)을 향해서 반사되고 다시 창 부재를 통과하여 광파이버(106)를 통해서 에칭양 검출기(110)의 수광기 및 이것에 광학적으로 또는 전기적으로 접속된 분광기(111)에 전달된다.
시료(104) 표면에 수직으로 입사해서 막 구조가 서로 다른 깊이 방향의 위치에 배치된 복수의 막층끼리의 사이의 복수의 경계에서 반사된 방사광은, 상호 간섭해서 이들의 깊이 위치의 사이의 거리에 따른 강도를 갖는 간섭광으로 된다. 복수의 파장이 포함되는 방사광에 의한 이와 같은 간섭광의 각각의 파장의 광의 강도는, 분광기(111)에 도입되어 각 파장마다 분해되어 검출된다.
본 실시예의 에칭양 검출기(110)에서는, 시료(104)의 처리 중에 검출된 간섭광의 강도의 신호로부터, 이하에 기술하는, 기본 파장의 대체로 되는 복수 파장을 선택하는 기능을 구비하고, 시료(104) 상의 처리 대상의 막층, 예를 들면 폴리실리콘막의 에칭 깊이나 나머지 막두께 혹은 마스크층의 나머지 막두께를 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 에칭 처리의 종점에의 도달의 판정을 높은 정밀도로 행할 수 있다.
분광기(111)에서 검출된 소정의 복수의 파장의 간섭광의 강도를 나타내는 신호는, 처리실(102) 내로부터의 복수의 파장의 광의 시간 파형에 포함되는 성분으로서, 발광 강도 신호라 부른다. 발광 강도 신호는, 분광기(111)와 전기적으로 접속된 발광 강도 데이터베이스(112)에 송신되어, 저장된다. 발광 강도 신호는, 종점 판정부(114)에도 송신된다.
발광 강도 데이터베이스(112)에 저장된 복수의 웨이퍼를 처리했을 때에 얻어진 발광 강도 신호는, 파장 선택부(113)에 송신된다. 파장 선택부(113)에서는, 복수 웨이퍼의 발광 강도 신호로부터, 각 파장의 강도 변화에 대해서 기본 파장의 강도 변화와의 상호 정보량이 계산된다. 또한, 상호 정보량의 크기에 따라서, 에칭양이나 종점의 판정에 사용하는 파장이 선택된다. 파장 선택부(113)에 있어서 선택된 파장 및 파장마다의 상호 정보량은, 종점 판정부(114)에 송신된다.
종점 판정부에서는, 파장 선택부(113)에 있어서 선택된 파장을 이용해서, 분광기(111)로부터 수신한 발광 강도 신호로부터, 에칭양을 검출하여 종점의 판정을 행한다. 또한, 파장 선택부(113)에 있어서 산출된 파장마다의 상호 정보량을 곱셈한 발광 강도 신호에 의거해서, 에칭양을 검출하여 종점의 판정을 행해도 된다. 이와 같은 에칭양 혹은 종점의 판정의 기술로서는, 예를 들면, 일본 특개2007-234666호 공보 등의 종래 공지의 기술을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 종점 판정부(114)에서 검출된 시료(104)의 에칭양은, CRT나 액정의 모니터 등을 구비해서 구성된 표시기(115)에 송신되어 표시된다.
다음으로, 본 실시예의 파장 선택부(113)의 구성에 대하여 도 2를 이용해서 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 에칭양 검출기(110)를 구성하는 파장 선택부(113)의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 2에 있어서, 발광 강도 데이터베이스(112)로부터 출력되어 파장 선택부(113)에 송신된 복수의 웨이퍼를 처리했을 때의 발광 강도 신호는, 우선 차분 산출기(201)에 송신되고, 여기에서 복수 웨이퍼에 대한 파장마다의 시간 파형의 시간 차분이 산출된다. 시간 차분을 이용함에 의해, 각 파장의 시간 파형이 갖는 장기적인 트렌드 성분의 영향이 적은 시간 파형이 얻어진다.
차분 산출기(201)에서 검출된 복수 웨이퍼에 대한 파장마다의 간섭광의 강도의 시간 차분값을 나타내는 신호는 정규화 처리기(202)에 송신되고, 이들 시간 차분 신호의 웨이퍼 및 시간에 걸친 평균값, 웨이퍼 및 시간에 걸친 표준 편차값, 및 복수 웨이퍼에 대한 시간 차분 신호로부터 전(全)웨이퍼 및 시간에 걸친 평균값을 뺀 전웨이퍼 및 시간에 걸친 표준 편차값으로 나눈 값(정규화 차분 신호)이 산출된다. 이에 의해, 장기적인 트렌드 성분의 영향이 한층 더 경감되는 것을 기대할 수 있고, 또한, 파장마다의 강도의 대소의 차이의 영향이 경감된다.
다음으로, 정규화 처리기(202)에서 산출된 복수 웨이퍼에 대한 정규화 차분 신호는 시간 평활화기(203)에 송신된다. 시간 평활화기(203)는, 수신한 복수 웨이퍼에 대한 정규화 차분 신호에 대해서, 시간 방향으로 평활화된 신호(시간 평활화 신호)를 산출한다. 이에 의해, 고주파 노이즈의 영향이 경감된다.
다음으로, 시간 평활화기(203)에서 산출된 복수 웨이퍼에 대한 시간 평활화 신호는 상호 정보량 산출기(204)에 송신된다. 상호 정보량 산출기(204)는, 수신한 복수 웨이퍼에 대한 시간 평활화 신호에 의거해서, 각 파장의 강도 변화에 대한 기본 파장의 강도 변화와의 상호 정보량을 산출한다. 본 실시예에서는, 종점 검출에 적합한 기본 파장이 막의 조성의 정보에 의거해서 사전에 적어도 하나 판명되어 있는 것을 전제로 한다.
다음으로, 상호 정보량 산출기(204)에서 산출된 파장마다의 상호 정보량은 파장 선택기(205)에 송신된다. 파장 선택기(205)는, 수신한 상호 정보량이 큰 파장을 선택한다. 예를 들면, 상호 정보량이 큰 순서대로 규정 개수의 파장을 선택해도 되고, 상호 정보량이 규정의 문턱값 이상인 파장을 선택해도 된다.
다음으로, 도 2에 나타낸 각각의 블록에 있어서 실시되는 처리의 상세를 설명한다.
우선, 본 실시예에서는, 편의상, 시료(104)의 처리 중의 소정의 기간에 있어서의 임의의 시각 t에서 분광기(111)로부터 출력된 처리실(102)로부터의 각각의 파장의 광의 강도의 변화를 나타내는 시간 파형의 신호를, 각각의 웨이퍼, 각각의 파장에 대하여 y_m, n, t로 나타낸다. m은 웨이퍼를 나타내는 인덱스로서, 처리한 순서대로 값이 증감하도록 부여되어 있어도 되고, 또한 적절하게 선택된 웨이퍼만 픽업해서 인덱스를 재할당한 것이어도 된다. n은 파장을 나타내는 인덱스로서, 본 실시예에서는, 단파장으로부터 장파장까지 규칙적으로 값이 증감하도록 부여되어 있어도 되고, 또한 적절하게 선택된 복수의 파장을 픽업해서 인덱스를 재할당한 것이어도 된다. t는 시간 인덱스로 한다.
차분 산출기(201)에서는, y_m, n, t로부터 웨이퍼마다 파장마다 차분값 Δy_m, n, t가 산출된다. 산출의 수순의 예로서는, 예를 들면 Δy_m, n, t=y_m, n, t-y_{m, n, t-1}과 같이 산출하는 것을 생각할 수 있다. 여기에서, 최초의 샘플점에 있어서는, Δy_m, n, t=0으로 한다.
이 차분은, 1차 회귀 계수의 기울기로 대용해도 되고, 마찬가지로 2차 차분, 2차 회귀 계수의 기울기로 대용해도 된다. 또한, 시간마다의 신호가 1단위 시간마다 얻어지는 경우는, 차분 산출에 대해서도 1샘플씩 행하는 구성을 취할 수 있다.
모든 시간의 샘플이 한번에 얻어지는 경우(오프라인 처리)에는, 모든 시간의 차분값을 배치(batch) 처리로 구하는 구성으로 해도 된다. 이와 같이, 샘플마다 데이터가 얻어지는 경우는, 샘플마다 처리를 행하고, 한번에 샘플이 얻어지는 경우는 처리도 한번에 행하는 구성을, 본 발명 중의 여러 가지 처리에서 마찬가지로 취하는 것으로 한다.
정규화 처리기(202)에 있어서는, 웨이퍼마다 파장마다의 차분값 Δy_m, n, t에 대한 전웨이퍼 및 시간에 걸친 평균값 μ_n이, 앙상블 평균 형식으로 구해진다. 또한, 전웨이퍼 및 시간에 걸친 표준 편차값 σ_n이, (Δy_m, n, t-μ_n)2의 앙상블 평균의 평방근으로서 산출된다. 또한, 정규화 차분 신호가 z_m, n, t=(Δy_m, n, t-μ_n)/σ_n으로서 산출된다.
시간 평활화기(203)에 있어서는, 웨이퍼마다 파장마다의 정규화 차분 신호 z_m, n, t에 대해서, 시간 방향으로 평활화한 신호(시간 평활화 신호) s_m, n, t가 산출된다. 시간 평활화의 수순의 예로서는, 예를 들면, s_m, n, t=(z_{m, n, t-1}+z_m, n, t+z_{m, n, t+1})/3과 같이 3점 평균으로 산출할 수 있다. 여기에서, 최초의 샘플점에 있어서는, s_m, n, t=(z_m, n, t+z_{m, n, t+111})/2로 한다. 최후의 샘플점에 있어서는, s_m, n, t=(z_{m, n, t-1}+z_m, n, t)/2로 한다.
이 시간 평활화는, 3점 평균, 5점 평균, 7점 평균 등 임의의 샘플 개수의 평균 처리여도 되고, 중앙값 필터링으로 대용해도 되고, 저역 통과 필터의 콘볼루션 연산이어도 되고, 스플라인 평활화여도 된다.
상호 정보량 산출기(204)에 있어서는, 웨이퍼마다 파장마다의 시간 평활화 신호 s_m, n, t로부터, 기본 파장 n_0에서의 강도 변화에 대한 각 파장 n에서의 강도 변화의 상호 정보량 I_n이 산출된다. 상호 정보량 계산의 수순으로서는, 우선, 기본 파장 n_0에 대하여, 전웨이퍼 m, 전시간 t에 걸친 s_{m, n_0, t}를 오름차순으로 나열한다. 이 오름차순 리스트를 L(n_0)로 한다.
다음으로, 파장 n에 대하여, 전웨이퍼 m, 전시간 t에 걸친 s_m, n, t를 오름차순으로 배열한다. 이 오름차순 리스트를 L(n)로 한다. 이산화 샘플수 G에 규정의 최소 이산화 샘플수 G_min을 대입한다. 그리고, 오름차순으로 나열된 L(n_0)의 요소를 G개의 그룹으로 등(等)분할한다.
등분할 후의 리스트를 LG(n_0)로 한다. 오름차순으로 나열된 L(n)의 요소를 G개의 그룹으로 등분할한다. 등분할 후의 리스트를 LG(n)로 한다. 여기에서, LG(n_0)의 그룹의 인덱스를 g로 하고, LG(n)의 그룹의 인덱스를 h로 한다.
c(g)는 LG(n_0)의 그룹 g의 요소수로 하고, c(h)는 LG(n)의 그룹 h의 요소수로 한다. c(g, h)는, s_{m, n_0, t}가 LG(n_0)의 그룹 g에 속하며, 또한 s_m, n, t가 LG(n)의 그룹 h에 속하는, m과 t의 세트의 개수로 한다. 여기에서, 상호 정보량은,
I_G, n=Σ_g Σ_h c(g, h)/(MT)×
{log(c(g, h)/(MT))-
log(c(g)/(MT))-log(c(h)/(MT))}
로서 산출된다. 단, M은 전웨이퍼수, T는 전(全)시간 인덱스수이다.
다음으로, G에 1을 가산하고, 마찬가지의 처리에 의해, I_{G+1, n}을 산출한다. 이와 같이, G를 규정의 최소 이산화 샘플수 G_min으로부터 최대 이산화 샘플수 G_max까지 증가시키면서, I_{G_min, n}, I_{G_min+1, n}, ···, I_{G_max, n}을 계산한다. I_{G_min, n}, I_{G_min+1, n}, ···, I_{G_max, n} 중에서, 최대의 I_G, n을 최종적인 상호 정보량 I_n으로서 출력한다.
파장 선택기(205)에 있어서는, 파장마다의 상호 정보량 I_n에 대해서, I_n이 큰 n으로부터 순서대로 규정의 개수만큼 복수 개 선택한다. I_n이 규정의 문턱값 이상인 n을 복수 개 선택해도 된다.
다음으로, 본 실시예의 종점 판정부(114)의 구성에 대하여 도 3을 이용해서 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 에칭양 검출기(110)를 구성하는 종점 판정부(114)의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 3에 있어서, 분광기(111)로부터 출력되어 종점 판정부(114)에 송신된 파장마다의 발광 강도 신호는, 우선 차분 산출기(301)에 송신되고, 여기에서 파장마다의 시간 파형의 시간 차분이 산출된다. 시간 차분을 이용함에 의해, 각 파장의 시간 파형이 갖는 장기적인 트렌드 성분의 영향이 적은 시간 파형이 얻어진다.
차분 산출기(301)에서 검출된 파장마다의 간섭광의 강도의 시간 차분값을 나타내는 신호는 정규화 처리기(302)에 송신되고, 시간 차분 신호로부터 전웨이퍼 및 시간에 걸친 평균값을 뺀 전웨이퍼 및 시간에 걸친 표준 편차값으로 나눈 값(정규화 차분 신호)이 산출된다. 이에 의해, 장기적인 트렌드 성분의 영향이 한층 더 경감되는 것을 기대할 수 있고, 또한, 파장마다의 강도의 대소의 차이의 영향이 경감된다. 또, 시간 차분 신호의 웨이퍼 및 시간에 걸친 평균값, 웨이퍼 및 시간에 걸친 표준 편차값으로서, 파장 선택부(113)의 정규화 처리기(202)에서 미리 계산된 값을 사용한다.
다음으로, 정규화 처리기(302)에서 산출된 정규화 차분 신호는 시간 평활화기(303)에 송신된다. 시간 평활화기(303)는, 수신한 정규화 차분 신호에 대해서, 시간 방향으로 평활화된 신호(시간 평활화 신호)를 산출한다. 이에 의해, 고주파 노이즈의 영향이 경감된다.
다음으로, 시간 평활화기(303)에서 산출된 시간 평활화 신호는 상호 정보량 곱셈기(304)에 송신된다. 상호 정보량 곱셈기(304)는, 수신한 파장마다의 시간 평활화 신호에 대해서, 파장마다의 상호 정보량을 곱셈한 신호(상호 정보량 곱셈 후 신호)를 산출한다. 이에 의해, 상호 정보량에 따른 가중치를 부여하고, 에칭양이나 종점과 발광 강도 변화의 종속성이 낮은 파장의 영향이 경감된다. 상호 정보량 곱셈기(304)는 동시에, 파장마다의 상호 정보량 곱셈 후 신호에 대해서, 파장 선택부(113)로부터 보내지는 선택 파장의 신호만을 남기고, 그 이외의 파장의 신호를 소거한다. 이에 의해, 더 높은 선택성을 얻을 수 있다.
다음으로, 상호 정보량 곱셈기(304)에서 산출된 상호 정보량 곱셈 후 신호는 에칭양 추정기(305)에 송신된다. 에칭양 추정기(305)는, 상호 정보량 곱셈 후 신호의 각 시각 t에 있어서의 전파장의 값을 나열한 벡터에 대해서, 에칭양과 링크해서 미리 보존된 상호 정보량 곱셈 후 신호의 각 시각의 전파장의 값을 나열한 벡터와의 유사도를 산출하고, 가장 유사도가 높은 벡터에 링크된 에칭양을 출력한다. 벡터끼리의 유사도로서, 예를 들면, 코사인 유사도를 이용해도 되고, 유클리드 거리의 역수를 이용해도 된다.
에칭양 추정기(305)는, 다른 방법으로서, 상호 정보량 곱셈 후 신호의 각 시각 t에 있어서의 전파장의 값을 나열한 벡터에 대해서, 상호 정보량 곱셈 후 신호의 시각 t-D에 있어서의 전파장의 값을 나열한 벡터와의 유사도를 산출한다. 단, D는 규정의 양의 상수이다. 또한, 산출한 시각마다의 유사도에 대해서, 시간 차분값의 절대값을 계산한다. 또한, 시간 차분 절대값의 시간 방향의 누적값을 에칭양으로서 출력한다.
다음으로, 에칭양 추정기(305)에서 산출된 에칭양은 종점 판정기(306)에 송신된다. 종점 판정기(306)는, 시간마다의 에칭양에 따라서, 현시각이 종점인지의 여부를 판정한다. 종점인지의 여부의 판정에는, 예를 들면, 그 시각의 에칭양이 규정의 문턱값 이상인 것으로 판정해도 되고, 그 시각의 에칭양의 시간 차분값의 절대값이 문턱값 이상인 것으로 판정해도 되고, 그 시각의 에칭양의 시간 2차 차분이 제로크로스를 갖는 것으로 판정해도 된다.
본 실시예의 에칭 처리의 플로차트를 도 4에 나타낸다. 도 4는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 에칭양을 판정하는 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
본 실시예에서는, 플라스마 처리 장치(100)가 시료(104)를 처리하기 전 또는 시료(104)의 표면에 미리 배치된 마스크층과 처리 대상의 막층을 포함하는 막 구조를 에칭 처리하는 처리의 개시 또는 처리 중에 얻어진 데이터를 처리하기 전에, 파라미터를 최초로 설정한다(스텝401). 본 실시예에서는, 운전의 개시 전에 설정하는 구성을 구비하고 있다.
다음으로, 처리실(102) 내에 플라스마가 형성되고 고주파 전원으로부터의 고주파 전력에 의해 시료(104) 표면 위쪽에 바이어스 전위가 형성되어 시료(104)의 상기 처리 대상의 막층의 에칭 처리가 개시된 후, 처리실(102) 내로부터의 광의 검출이 개시된다(스텝402). 본 실시예에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 처리실(102) 내로부터의 광을 수광하여 분광해서 얻어진 소정의 복수의 파장의 스펙트럼의 각 파장의 광의 강도의 변화를 샘플링 간격 Δt의 시각 t마다 검출한다. 간격 Δt마다 검출된 복수의 파장의 광 각각의 강도의 신호로부터 그 시간 차분 Δy_n, t가 차분 계산에 의해 산출된다(스텝403).
다음으로, 얻어진 시간 차분의 신호 Δy_n, t에 대해서 정규화 차분 신호 z_n, t가 산출된다(스텝404). 또한, 정규화 차분 신호 z_n, t에 대해서 시간 평활화 신호 s_n, t가 산출된다(스텝405). 얻어진 시간 평활화 신호 s_n, t에 대해서 상호 정보량 I_n이 곱셈되어, 상호 정보량 곱셈 후 신호가 산출된다(스텝406). 상호 정보량 곱셈 후 신호에 의거해서, 에칭양이 추정된다(스텝407).
이와 같이 해서 추정된 에칭양에 따라서 종점 판정이 실행되고(스텝408), 원하는 에칭양에 도달했다고 판정된 경우에는, 처리실(102) 내로부터의 광의 검출을 종료함과 함께 플라스마가 소화되고 이것에 의한 시료(104) 표면의 처리 대상의 막층의 에칭 처리가 종료된다(스텝409). 에칭양이 원하는 값에 도달하지 않았다고 판단된 경우에는, 다음의 당해 막층의 에칭이 계속되고 다음의 시각 t+Δt에 있어서 처리실(102) 내로부터의 광의 검출이 에칭양 검출기(110)에 의해 실시된다.
상기 에칭의 종점이나 에칭양의 판정은, 처리 대상의 막층의 아래쪽의 경계에 접해서 배치된 하막층으로부터의 반응 생성물에 따른 파장의 플라스마로부터의 발광의 강도의 변화를 검출하는 것 등의 종래부터 알려진 수단, 방법의 기술을 이용할 수 있다. 또한, 시료(104) 표면에 미리 배치된 복수의 막층을 포함하는 막 구조의 복수의 경계면으로부터의 간섭광의 강도의 변화를 검출하고, 이 검출 결과와 미리 취득된 나머지 막두께의 값과 파장을 파라미터로 하는 간섭광의 강도 또는 그 미분값의 값의 패턴을 비교해서 나머지 막두께 혹은 초기의 막두께로부터의 에칭양을 검출하는 종래의 기술을 이용할 수 있다.
또, 본 실시예는, 예를 들면, 처리 대상의 막층이 서로 다른 재료로 구성되고 상호 경계를 접해서 상하로 적층된 2개의 막층을 갖고, 그들 2개의 막층을 구성하는 상기 재료 또는 당해 재료와 상기 처리용의 가스의 화합물로부터의 발광이 상호 정보량이 큰 복수의 파장을 포함하는 경우에 유효하다.
또한, 처리 대상의 막층이 하층의 제1 막층과 상층의 제2 막층과 당해 제2 막층이 상기 제1 막층 위쪽에 형성될 때에 이들 사이에 끼워져서 형성된 제3 막층을 갖고, 상기 제1 막층 및 제2 막층 혹은 상기 제2 막층 및 제3 막층이 상기 2개의 막층을 구성하는 경우에도, 본 실시예는 유효하다. 왜냐하면, 이와 같은 경우, 에칭양을 추정하기 위하여 이용해야 할 파장의 강도 변화와 기본 파장의 강도 변화는 반드시 선형의 상관 관계를 갖는다고 한정할 수는 없으며, 종속 관계를 가져도 그 관계가 비선형인 경우가 있기 때문이다. 비선형의 경우, 상관 계수 등의 지표로 종속성의 높이를 측정할 수는 없지만, 상호 정보량이면 종속성의 높이를 측정할 수 있다는 이점이 있다.
또, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
또한, 상기한 각 구성, 기능, 처리부, 처리 수단 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적 회로로 설계하는 것 등에 의해 하드웨어로 실현해도 된다. 또한, 상기한 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하여, 실행함에 의해 소프트웨어로 실현해도 된다. 각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 메모리나, 하드디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치, 또는, IC 카드, SD 카드, DVD 등의 기록 매체에 넣을 수 있다.
또한, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선이 개시된 것이라고 한정할 수는 없다. 실제의 장치에서는, 이를 구성하는 많은 부품의 개개나 이들이 조합되어서 구성된 한 그룹의 유닛끼리가 상호 접속되어 있다.
100 : 플라스마 처리 장치
101 : 진공 용기
102 : 처리실
103 : 플라스마
104 : 시료
105 : 시료대
106 : 광파이버
110 : 에칭양 검출기
111 : 분광기
112 : 발광 강도 데이터베이스
113 : 파장 선택부
114 : 종점 판정부
115 : 표시기

Claims (9)

  1. 진공 용기 내부의 처리실 내에 처리 대상의 웨이퍼를 배치하고, 상기 처리실 내에 처리용의 가스를 공급해서 생성한 플라스마를 이용해서 상기 웨이퍼의 표면에 미리 형성된 처리 대상의 막층을 처리하는 플라스마 처리 방법으로서,
    상기 처리 대상의 막층의 처리 중에 발생하는 플라스마의 복수의 파장의 발광 중 상호 정보량이 큰 복수의 파장의 것에서 선택된 적어도 2개의 파장의 상기 발광의 시간 변화를 검출한 결과에 의거해서 상기 막층의 처리의 종점을 판정하고,
    상기 2개의 파장 각각의 상호 정보량의 값과 상기 발광의 강도를 곱한 값의 시간 변화 또는 상기 발광의 강도의 시간 변화의 값을 곱한 값을 이용해서 상기 막층의 처리의 종점을 판정하는, 플라스마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 대상의 막층이 서로 다른 재료로 구성되고 상호 경계를 접해서 상하로 적층된 2개의 막층을 갖고, 상기 적어도 2개의 파장이, 상기 2개의 막층을 구성하는 상기 재료 또는 당해 재료와 상기 처리용의 가스의 화합물로부터의 발광 중 상기 상호 정보량이 큰 복수의 파장의 것에서 선택된 플라스마 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리 대상의 막층이 하층의 제1 막층과 상층의 제2 막층과 당해 제2 막층이 상기 제1 막층 위쪽에 형성될 때에 이들 사이에 끼워져서 형성된 제3 막층을 갖고, 상기 제1 막층 및 제2 막층 혹은 상기 제2 막층 및 제3 막층이 상기 2개의 막층을 구성하는 플라스마 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종점이 판정된 후에 상기 처리 대상의 막층을 처리하는 조건을 변경해서 당해 처리 대상의 막층을 처리하는 플라스마 처리 방법.
  6. 진공 용기 내부의 처리실 내에 처리 대상의 웨이퍼를 배치하고, 상기 처리실 내에 처리용의 가스를 공급해서 생성한 플라스마를 이용해서 상기 웨이퍼의 표면에 미리 형성된 처리 대상의 막층을 처리하는 플라스마 처리의 종점의 판정에 이용하는 당해 처리 중의 플라스마로부터 발생하는 발광의 소정의 파장을 선택하는 파장의 선택 방법으로서,
    상기 처리 대상의 막층의 처리 중에 발생하는 플라스마의 복수의 파장의 발광 중 상기 종점에의 도달 전후의 기간 중에 있어서 상호 정보량이 큰 복수의 파장의 것에서 적어도 2개의 파장을 선택하고,
    상기 막층의 처리의 종점의 판정은, 상기 2개의 파장 각각의 상호 정보량의 값과 상기 발광의 강도를 곱한 값의 시간 변화 또는 상기 발광의 강도의 시간 변화의 값을 곱한 값을 이용하여 이루어지는, 파장의 선택 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리 대상의 막층이 서로 다른 재료로 구성되고 상호 경계를 접해서 상하로 적층된 2개의 막층을 갖고, 상기 2개의 막층을 구성하는 상기 재료 또는 당해 재료와 상기 처리용의 가스의 화합물로부터의 발광 중 상기 상호 정보량이 큰 복수의 파장의 것에서 상기 적어도 2개의 파장을 선택하는 파장의 선택 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리 대상의 막층이 하층의 제1 막층과 상층의 제2 막층과 당해 제2 막층이 상기 제1 막층 위쪽에 형성될 때에 이들 사이에 끼워져서 형성된 제3 막층을 갖고, 상기 제1 막층 및 제2 막층 혹은 상기 제2 막층 및 제3 막층이 상기 2개의 막층을 구성하는 파장의 선택 방법.
  9. 삭제
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