TW202238719A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

使用形成在處理室內的電漿對配置在真空容器內部的該處理室內的處理對象的晶圓進行處理的電漿處理裝置及方法，在前述處理對象的晶圓的處理中的多個預定時刻從前述晶圓表面接收多個波長的光；將表示該接收到的多個波長的光強度的資料與表示事先獲取的前述多個波長的光強度的比較資料進行比較，並使用該比較結果對前述處理對象的晶圓的處理中的處理量進行檢測之情況下，係根據事先在前述多個晶圓中的每一個的處理中獲取的表示來自該每一個晶圓表面的光的前述多個波長的光強度的資料，來量化每個晶圓彼此之間的相似度，並且根據量化了的前述相似度選擇至少一個資料作為比較資料，並且將該比較資料與在前述處理對象的晶圓的處理中獲得的表示前述多個波長的光強度的資料進行比較，藉此來檢測前述處理量。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明關於電漿處理裝置及電漿處理方法。
在半導體器件的製造中，在半導體晶圓的表面上進行將組件形成為具有各種功能的電路組合和用於互連多個組件的佈線的工程。這些組件和佈線的形成，係藉由重複以下的處理來進行的：預先在半導體晶圓等基板狀樣品的表面上形成包括導體、半導體或絕緣體在內的各種材料的膜層的處理，以及去除這些膜層的不需要的部分的處理。例如，在去除這些不需要的部分的處理中，廣泛利用使用了電漿的乾蝕刻處理(製程)。
在這種使用電漿的蝕刻(也稱為電漿蝕刻)中，係藉由如下來進行：將用於處理的氣體導入設置在處理裝置的真空容器內的處理室中，並藉由從高頻電源供給的高頻電力向處理室內供給高頻電場，以激發導入氣體的原子或分子，然後電離或解離形成電漿，使樣品表面暴露於電漿並與其接觸，使電漿中的粒子與處理對象的膜層產生反應。此時，藉由基於電漿中的離子等帶電粒子的濺射等物理反應，或基於自由基(具有反應活性的粒子、活性種)的化學反應等，來進行處理對象的膜層的各向異性或各向同性的蝕刻。在晶圓的表面上，適當地選擇並應用如上所述各別具有不同特性的處理，來形成具有呈現上述各種功能的電路結構的組件和佈線。
如果電漿蝕刻的加工形狀與設計不同，則形成的各種組件可能無法實現其功能。因此，已經提出了許多用於監控和穩定蝕刻處理的製程監控技術。例如，藉由測量來自處理中的晶圓的反射光，來對晶圓上形成的膜的膜厚或對晶圓上形成的溝或孔的深度進行測量的製程監視器，被稱為膜厚/深度監視器，並被利用在蝕刻處理的終點判定等上。
專利文獻1中記載了使用該膜厚/深度監視器來提高加工精度的方法。在該方法中，使用以電漿光作為光源的膜厚/深度監視器在處理對象的膜即將被完全去除之前進行檢測，並結束該蝕刻處理。之後，藉由切換到選擇性地蝕刻處理對象部分與非處理對象部分的條件來進行蝕刻處理，藉此，可以縮短整體處理時刻的同時，消除晶圓面內的處理不均勻，實現完全去除處理對象膜。
另外，專利文獻2中記載了提高膜厚/深度監視器的膜厚和深度的測量精度的技術。在該方法中，使用外部光源代替電漿光作為光源來照射晶圓。藉此，減少了光源的光量變動，實現了膜厚/深度的高精度測量。這些薄膜厚度/深度監測器，係預先獲取在蝕刻過程中獲得的來自晶圓的反射光圖案作為資料庫(稱為 DB)，藉由將蝕刻過程中測量的來自晶圓的反射光與DB進行比較，可以估計該晶圓的加工狀態。因此，如果DB獲取時的晶圓的器件結構與評估對象的晶圓的器件結構不同時，或導致DB的反射光圖案與評估對象的反射光圖案不一致，存在無法實現準確的膜厚/深度測量的問題。
為了解決這個問題，專利文獻3揭示了一種對應於如上所述在晶圓之間的器件結構存在變動時的膜厚/深度的測量方法。在該現有技術中，當蝕刻對象膜的基底膜的膜厚對於每個晶圓不同時，預先獲取基底膜厚時和薄時的晶圓反射光圖案作為DB，藉由使用這兩個DB，可以對各種基底膜的膜厚的晶圓實現精確的膜厚/深度測量。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開平11-260799號公報 [專利文獻2]特表2004-507070號公報 [專利文獻3]特開2014-195005號公報
[發明所欲解決的課題]
然而，專利文獻3的現有技術具有以下問題。 亦即，在專利文獻3中，當已知晶圓上表面的膜的結構時，其使用的資料庫(DB)中的圖案資料係以來自蝕刻對象膜的基底膜厚度各自不同的多個晶圓的反射光所引起的干涉光強度的波長為參數。但是，在晶圓的膜結構未知時，則無法實現精確的膜厚/深度測量。
例如，當在多個晶圓之間的膜結構中除了蝕刻對象膜之外的膜的厚度和形狀存在變動(偏差)時，預先處理多個具有與這種晶圓等效的膜結構的測試晶圓，並獲得反射光引起的干涉光的資料作為基準資料，從這些資料中適當地選擇多個資料作為DB，並將該DB利用在製造半導體器件的晶圓的處理中的處理深度或殘留膜厚的終點判定上。
另一方面，當晶圓的膜結構未知時，難以根據晶圓之間的結構差異來選擇合適的資料。例如，當使用任意選擇的多個資料來檢測處理中的殘留膜厚和處理深度時，在具有與對應的膜結構不同結構的晶圓中，精度顯著降低。
因此，除非事先獲得與所生成晶圓的膜結構的形狀、尺寸、材質等的所有變動相對應的反射光引起的的干涉光強度資料，否則的話，使用具有這樣的資料的DB存在不能高精度地檢測殘留膜厚和處理深度的問題。作為膜結構的這種變動，不僅包括蝕刻對象膜的基底膜的厚度，而且還包括構成膜結構的遮罩層的厚度和寬度等尺寸、蝕刻對象膜的基底膜的形狀和尺寸、溝和凹槽的寬度和間距、以及蝕刻對象膜周圍的膜層的形狀和尺寸等結構，包括影響蝕刻對象膜的殘留膜厚和深度與來自晶圓的反射光引起的的干涉光強度之間的關係之變動的所有因素。
此外，由於晶圓上反射光的檢測位置和範圍而導致產生反射光的膜的結構可能會不同，在這種情況下，如上所述，在處理具有不同於對應於DB中包含的反射光引起的干涉光資料的膜結構的晶圓時，存在不能藉由使用來自該晶圓的反射光來高精度地檢測殘留膜厚和處理深度的問題。此外，即使在多個晶圓的每一個中蝕刻對象膜與周邊材料的蝕刻處理的選擇比有所變動時，反射光引起的干涉光強度也會發生變動。當不使用與具有這種選擇比變動的多個膜結構對應之反射光資料時，與上述同樣地，處理過程中的殘留膜厚和處理深度的檢測精度受到損害。
此外，當為了獲得晶圓的反射光而從配置在處理容器外部的光源向晶圓照射光時，光源的光譜發生變動或在處理中在處理容器中形成的電漿光強度隨時刻經過發生變化時，亦會出現與上面相同的問題。這個問題的原因不是晶圓表面的膜而是起因於光的變動，很難預先獲得這樣變動的圖案。因此，即使事先實際處理晶圓以獲取反射光資料，因為光波動與多個晶圓中的每一個之間的相關性很小，無法適當地選擇與反射光相關的資料，並且無法對應於這些變動而損害檢測殘留膜厚和處理深度的準確性。
如上所述，在現有技術中，如果無法充分獲得晶圓上的薄膜結構以及反射光的檢測位置和範圍、蝕刻對象與其他材料的選擇比和光源光譜的變動、以及電漿光隨時刻變化而產生的變動大小的資訊的話，不可能適當地選擇與這些變化和變動相對應的來自晶圓表面的反射光資料，存在使用晶圓的處理中的該反射光來檢測殘留膜厚和處理深度等處理量的檢測精度降低的問題。
本發明的目的在於提供一種電漿處理裝置及電漿處理方法，該電漿處理裝置及電漿處理方法能夠高精度地檢測晶圓處理中的處理對象的膜層的殘留膜厚等處理量。 [解決課題的手段]
為了解決上述問題，本發明的代表性電漿處理裝置之一是藉由以下來達成， 使用形成在處理室內的電漿對配置在真空容器內部的該處理室內的處理對象的晶圓進行處理的電漿處理裝置，該電漿處理裝置具備： 受光器，其在前述處理對象的晶圓的處理中的多個預定時刻從前述晶圓表面接收多個波長的光；及 檢測器，其將表示前述接收到的多個波長的光強度的資料與表示事先獲取的前述多個波長的光強度的比較資料進行比較，並使用比較結果對前述處理對象的晶圓的處理中的處理量進行檢測； 前述檢測器，係根據事先在前述多個晶圓中的每一個的處理中獲取的表示來自該每一個晶圓表面的光的前述多個波長的光強度的資料，來量化每個晶圓彼此之間的相似度，並且根據量化了的前述相似度選擇至少一個資料作為比較資料，並且將該比較資料與在前述處理對象的晶圓的處理中獲得的表示前述多個波長的光強度的資料進行比較，藉此來檢測出前述處理量。
本發明的代表性電漿處理方法之一是藉由以下來達成， 使用形成在處理室內的電漿對配置在真空容器內部的該處理室內的處理對象的晶圓進行處理的電漿處理方法，該電漿處理方法具備： 在前述處理對象的晶圓的處理中的多個預定時刻從前述晶圓表面接收多個波長的光的測量工程；及 將表示該接收到的多個波長的光強度的資料與表示事先獲取的前述多個波長的光強度的比較資料進行比較，並使用比較結果對前述處理對象的晶圓的處理中的處理量進行檢測的檢測工程； 在前述檢測工程中，係根據事先在前述多個晶圓中的每一個的處理中獲取的表示來自該每一個晶圓表面的光的前述多個波長的光強度的資料，來量化每個晶圓彼此之間的相似度，並且根據量化了的前述相似度選擇至少一個資料作為比較資料，並且將該比較資料與在前述處理對象的晶圓的處理中獲得的表示前述多個波長的光強度的資料進行比較，藉此來檢測前述處理量。 [發明效果]
根據本發明能夠提供電漿處理裝置及電漿處理方法，其可以高精度地檢測晶圓處理中的處理對象的膜層的殘留膜厚等處理量。 上述以外的課題、構成及效果可以由以下實施形態的說明來理解。
(實施形態的概要)
在以下說明的本發明的電漿處理方法或電漿處理裝置的實施形態中，當對多個晶圓進行蝕刻等處理時獲取來自晶圓表面的反射光強度或表示該強度之變化的資料，並根據該每個晶圓的反射光強度的資料，將每個晶圓之間的相似度計算為數值。此外，使用這些計算出的相似度數值，以來自晶圓的光的波長為參數，選擇或計算和殘留膜厚或處理深度之間被建立有關係的多個資料，並使用這些資料來檢測處理中的殘留膜厚或深度。
從表面獲取反射光資料的多個晶圓可以是在同一處理工程中的多個(兩個或更多個)晶圓，例如，優選使用實施了量產作為產品的半導體器件的工程的晶圓(產品用晶圓)。此外，也可以不使用這些產品晶圓，而使用在與產品晶圓的處理條件相同的條件下進行處理的測試晶圓來取得上述反射光資料。或者，可以使用基於再現處理工程的反射光，特別是基於再現處理中產生的晶圓反射光的變動而模擬出的資料。
作為反射光資料，可以使用表示處理過程中晶圓表面的反射光強度隨時刻經過的值的多個資料(資料集)的組合。例如，來自蝕刻晶圓的反射光在每個時刻中被分離成多個預定波長中的每一個，並將表示針對每個波長檢測到的光強度的信號與每個時刻被賦予了相關性的所謂的時序列資料使用作為反射光資料。此外，可以將在每個時刻獲得的表示預定波長或每個預定波長範圍的光強度值的經時變化的資料用作反射光資料。
用於計算每個晶圓之間的相似度的資料，可以至少是表示反映蝕刻處理對象膜的殘留膜厚或深度的光強度的指標。例如，作為該資料，可以使用包括檢測到的膜層在內的晶圓表面的反射光量的值，或藉由對該光量進行數位信號處理而疊加的雜訊和偏移量(offset)被去除或減少而進行校正的值。如果光量的倍率或蝕刻速度對於多個晶圓中的每一個都有變動時，該資料可以是對以特定光量為基準而獲得的光量進行標準化的結果。
表示光強度的指標可以是以能夠比較多個晶圓中的每一個之間的差異的格式被格式化的資料。例如，當每個蝕刻處理過程中的殘留膜厚的值的範圍或蝕刻速率在多個晶圓之間不同時，將每個時刻檢測到的每個晶圓的光量轉換為殘留膜厚，並在該晶圓之間殘留膜厚相同的範圍內，使用光量資料作為表示光強度的指標。如果在每個晶圓的處理過程中檢測到的膜厚資料的數量(進行檢測的處理過程中的時刻點的數量)不同時，可以使用藉由樣條插值(Spline interpolation)等插值處理得到的資料，來進行樣點的插值/重採樣處理，並且將相同數量的資料點用作為表示光強度的指標。
當得到的反射光的波長范圍或波長的個數在晶圓之間不同時，可以進行與膜厚不同時相同的處理。作為表示光強度的指標，不僅是抽出以膜厚和波長作為參數的所謂二維資料，還可以是抽出特定殘留膜厚中或特定波長中的資料之一維資料。
使用在每個晶圓的處理中獲得的從表面反射的光的強度來計算晶圓之間的相似度，係藉由計算晶圓之間的光強度差的值來進行。例如，針對要計算相似度的所有對象的晶圓算出所獲得的二維或一維資料所表示的光強度的平均值，針對每個晶圓的光強度資料計算與該平均光強度之間的誤差絕對值或誤差平方等，可以使用這些總和的值作為相似度的指標。或者，可以使用從每個晶圓獲得的反射光的光強度與平均光強度值的餘弦相似度。
此外，可以將藉由所有晶圓的光強度資料的主成分分析計算的主成分值用作相似度的指標。此外，可以使用藉由對所有晶圓的光強度資料應用降維方法(Dimension Reduction method)獲得的值。具體可以使用Isomap、LLE、Laplacian unique map、Hessian unique map、光譜聚類(Spectrum clustering)、擴散映射圖(Diffusion map)、核PCA(Kernel PCA)等。
根據計算出的表示相似度的數值來選擇或計算的多個資料，是從相似度的數值不同的多個(兩個以上)晶圓中獲得的，並且選擇包括量化結果的特定軸的最小值和最大值或這些附近的晶圓。例如，可以在量化軸上以大致相等的間隔抽出包含量化軸的最小值和最大值並且具有夾在它們之間的數值的晶圓。
此外，藉由在DB中設定每個晶圓並估計其他晶圓的膜厚，計算出在每個晶圓的DB中可以測量膜厚/深度的晶圓範圍，確定能夠測量所有晶圓的膜厚/深度的晶圓組合，並且使用所確定的晶圓組合中的晶圓數量成為最小的組合來選擇多個DB。
這裡，是否能夠測量膜厚/深度的基準可以根據膜厚/深度的估計結果與實際測量結果之間的誤差是否收斂在任意目標誤差內來確定。此外，可以從所確定的晶圓組合中選擇多個DB，使得晶圓的數量為最小並且可以測量膜厚/深度的晶圓的總數為最大。此外，當包括明顯異常的晶圓資料時，可以將該晶圓從是否可以測量膜厚/深度的判定中排除。
使用藉由這些方法設定的多個DB來確定膜厚/深度的方法，是可以藉由將從評價對象晶圓獲得的反射光資料與多個DB進行比較來進行。例如，將評價對象晶圓的反射光與各個DB進行比較，計算出各個DB中的膜厚/深度的估計值，並將反射光與各DB的匹配誤差最小的DB的膜厚/深度的估計值設為當前時刻的膜厚/深度的值。匹配誤差不限於該時刻的誤差，也可以是包括過去時刻的總和。
根據本發明的實施形態，獲取多個晶圓被蝕刻時的反射光資料，根據每個晶圓的反射光資料的光強度來量化每個晶圓之間的相似度，並使用相似度的量化結果選擇多個DB，可以使用選定的DB來測量膜厚/深度。
以下，參照附圖說明本發明的實施形態的檢測殘留膜厚或處理深度的同時對處理對象的晶圓進行處理的電漿處理裝置及電漿處理方法。在本實施形態中，示出了對配置在真空容器內的處理室中的晶圓進行蝕刻處理，且具備用於檢測處理中的殘留膜厚/處理深度的手段的半導體製造裝置，說明在由該半導體製造裝置執行的蝕刻處理中檢測殘留膜厚或處理深度的工程。
[實施形態1] 以下，參照圖1至圖6具體說明本發明的實施形態。 圖1是示意性地表示本發明的實施形態的電漿處理裝置的概略構成的圖。特別是，圖1(a)表示本實施型態的電漿處理裝置的縱剖視圖的概要。
在圖示的電漿處理裝置中，從氣體導入機構(未圖示)導入真空處理室10內部的蝕刻氣體，係藉由使用高頻電源(未圖示)等產生的電力或微波而被激發、分解成電漿12，利用該電漿12對設置在樣品台14上的半導體晶圓等處理對象16進行蝕刻處理(電漿處理)。
控制部40進行向真空處理室10內的氣體導入、電漿12的產生及控制、藉由高頻電源等(未圖示)對處理對象施加電壓等，以可以實現所需要的蝕刻處理的方式在各機器之間進行同步和時序調整。當電漿12被脈衝化時，脈衝的形成也由控制部40控制。此時，電漿12，是根據使蝕刻氣體電漿化的高頻電源等電壓的施加和微波照射等而被進行調變，並藉由切換為接通/斷開(on/off)而使電漿成為脈衝化。此外，電漿也可以藉由時間調變蝕刻氣體的導入而成為脈衝化。
電漿處理裝置包括用於測量處理對象16的膜厚/深度的機構。從光源18發出的光經由光學系統50和導入透鏡20被導入真空處理室10內部，作為照射光22照射到處理對象16。光源部18使用具有從紫外到紅外的連續波長的連續光譜光，但是在使用特定波長測量膜厚/深度時，可以使用特定波長的光源。來自處理對象16的反射光24經由檢測透鏡26和光學系統50被導入檢測部28。
檢測部28由分光器構成，對導入的光進行分光，檢測各波長的光量。在使用特定波長測量膜厚/深度的情況下，檢測器不限於分光器，也可以使用光檢測器等。此時，若導入檢測部28的光僅為所希望的特定波長，則可以直接使用光檢測器，在導入連續光譜光時，可以在光檢測器的前段設置單色器等僅選擇特定波長的機構。
這裡，在圖1(a)中，用於將光導入真空處理室10的導入透鏡20和用於檢測反射光的檢測透鏡26設置在偏移的位置。在這種構成的情況下，為了最有效地檢測反射光24，較好是將導入透鏡20和檢測透鏡26傾斜設置， 使其朝向以處理對象16作為反射面的同一光線上。
導入透鏡20和檢測透鏡26的構成不限於圖1(a)，作為完全同軸的構成，導入透鏡20和檢測透鏡26可以共用一個。在這種情況下，較好是構成為透鏡的光線方向垂直於處理對象16，以便能夠檢測到作為垂直照射的結果而獲得的垂直反射光。此外，圖1(a)記載一對外部光導入系統和反射光24的檢測系統，但是在處理對象16的多個位置測量膜厚/深度時可以設置多個測量系統。
在圖1(a)中說明了光從作為光源的外部的光源部18入射的情況，但是當電漿12的光被用作光源時可以不使用光源部18。即使在將電漿12用作光源的情況下，從電漿12發出的光也被處理對象16反射，並且與使用光源部18時同樣地檢測出反射光24。檢測部28的資料被導入膜厚/深度計算部30以確定膜厚/深度。
從資料庫選擇部60將確定膜厚/深度的資料庫提供給膜厚/深度計算部30。當存在可以作為多個資料庫候選的晶圓的資料時，資料庫選擇部60藉由比較這些晶圓資料的光強度來量化每個候選的相似度。例如，使用來自光強度平均值的絕對誤差值或誤差平方的總和、餘弦相似度、主成分分析、Isomap、LLE、Laplacian unique map、Hessian unique map、光譜聚類、擴散映射圖、核PCA等進行相似度的量化。使用量化的每個晶圓的相似度進行資料庫選擇。
參照圖1(b)說明膜厚/深度計算部30的構成。在該圖中，圖1(a)所示的膜厚/深度計算部30的構成被劃分為用於執行每個功能的每個部分的方塊，是用線條或箭頭表示彼此之間的資料或資訊的交換和流動的方塊圖。
如圖所示，從檢測部28向膜厚/深度計算部30導入的各波長的光量的時序列資料D1，是由數位信號處理部100去除了各種雜訊和變動進行校正之後，作為時序列資料D2提供給波形比較器102。在數位信號處理部100中的信號處理，使用低通濾波器來去除每個波長的時刻軸上的雜訊。作為低通濾波器，例如可以使用二級巴特沃斯型低通濾波器(Secondary Butterworth type low-pass filter)，時序列資料D2可以藉由下式求出。
Figure 02_image001
這裡，Dk(i)表示每個資料Dk的任意採樣時刻i的資料。係數a和b根據採樣頻率和截止頻率有不同的數值。此外，數位濾波器的係數值例如為a2 = -1.143，a3 = 0.4218，b1 = 0.067455，b2 = -0.013491，b3 = 0.067455 (採樣頻率10 Hz，截止頻率1 Hz)。
當去除表示在每個採樣時刻獲得的光強度的資料Dk的特定波長範圍內的雜訊時，可以藉由使資料Dk通過低通濾波器來執行濾波，或者可以使用SG方法(Savitzky-Goray-Method)。此外，在針對資料Dk去除每個波長的光量偏移並檢測光量隨時刻經過的變化(時刻變化)的情況下，信號處理可用於計算多個時刻i的資料Dk(i)之間的光量(光強度)的差值或每個時刻i的光強度的變化率(微分值)。例如，藉由使用在每個採樣時刻i獲得的資料Dk(i)和在預定點之前和之後的採樣時刻的資料並應用SG方法，藉由對資料Dk(i)進行多項式化和平滑化並計算微分值，可以獲得每個採樣時刻i的微分值的時序列資料D2(i)。
此類資料的處理可稱為多項式擬合平滑微分法(Polynomial Fit Smoothing Differentiation)，由以下公式給出。
[數1]
Figure 02_image003
這裡，關於加權係數wj，在一階微分計算中例如使用w-2=-2、w-1=-1、w0=0、w1=1、w2=2。此外，在二階微分計算中例如使用w-2 = 2、w-1 = -1、w0 = -2、w1 = -1、w2 = 2。
此外，在任何採樣時刻的資料Dk(i)中，當資料中要檢測對象的所有波長的光量值以相同比例時刻變化時，可以應用藉由所有波長的光量的平均值或絕對值的總和值來對每個波長的光量的值進行標準化的處理。
在本實施形態中，從數位信號處理部100輸出的時序列資料D2 (i)由波形比較器102接收，在該波形比較器102中，利用運算部與波形圖案資料庫122中儲存的資料即表示預先取得的膜厚/深度與各波長的光量之間的相關關係的至少1個圖案資料進行比較。這裡，圖案是指光譜圖案。
在波形比較器102中，針對以波形圖案資料庫122中的膜厚或處理深度或處理開始後的時刻的多個值與多個波長的光強度的值被賦予關聯對應的波長作為參數的圖案資料，與時序列資料D2的每個採樣時刻i的資料D2(i)進行比較，檢測出每個膜厚或處理深度或處理開始後的每個時刻的多個波長的光量(光強度)的圖形資料中與資料D2(i)的圖案之間的差異為最小者，並且將其作為最接近的圖案資料。
作為具有最小差異的圖案的資料，例如可以使用在多個波長的資料之間具有最小標準偏差的資料。將該最接近的圖案的資料所對應的膜厚或處理深度計算為該採樣時刻i的殘留膜厚或處理深度。由波形比較器102計算出的各採樣時刻i的殘留膜厚或處理深度的值被傳送到膜厚/深度記憶部104，作為時序列資料D3(i)並被儲存在可以資料通信地連接到膜厚/深度記憶部104的諸如硬碟、半導體RAM或ROM等記憶裝置中。
波形圖案資料庫122中的每個波長的光量資料是由數位信號處理部100執行的信號處理時被處理的資料。這裡，當波形圖案資料庫122中存在多個膜厚/深度以及各波長的光量的圖案資料的資料庫時，可以將使用各個資料庫確定的膜厚/深度D3提供給膜厚/深度記憶部104。
膜厚/深度記憶部104將膜厚/深度的時序列資料D4提供給最佳膜厚/深度確定器106。
最佳膜厚/深度確定器106使用從最佳資料庫確定器124提供的資料來確定最佳的膜厚/深度，並將最佳的膜厚/深度輸出到膜厚/深度計算部30的外部。例如從最佳膜厚/深度確定器106輸出由最佳資料庫確定器124提供的資料庫編號所確定的膜厚/深度。
這裡，最佳資料庫確定器124使用從波形比較器102和/或膜厚/深度記憶部104提供的資料來確定最佳資料庫。例如，將從波形比較器102提供的每個資料庫的最接近的圖案與當前圖案進行圖案匹配的結果，選擇彼此之間差異最小的圖案的資料作為“最佳”資料，並將其作為在檢測殘留膜厚/處理深度時使用的圖案資料。對於圖案資料的選擇，不僅可以使用在處理中的當前時刻i獲得的光強度資料，而且還可以使用相對於過去時刻的該光強度資料藉由圖案匹配獲得的差值的合計。在這種情況下，選擇與在包括過去時刻在內的以多個時刻中波長作為參數的光強度的圖案資料具有最小差異的圖案資料。
此外，例如使用從膜厚/深度記憶部104提供的每個資料庫的膜厚/深度的時序列資料，並將時刻與膜厚/深度之間的相關係數為最小的資料庫確定為最佳資料庫亦可。
波形圖案資料庫122可以使用從一致性資料庫計算器120提供的包含多個資料者作為資料庫。例如，在一致性資料庫計算器120中，使用時序列資料D1和/或時序列資料D2以及從波形圖案資料庫122提供的資料，來生成包含與表示在當前時刻i獲得的光強度的資料的圖案一致或圖案匹配結果的差值在預定允許範圍內的圖案資料的資料庫，並將該資料庫傳送供給至波形圖案資料庫122。此外，例如可以將在一致性資料庫計算器120中根據預定的運算所生成的資料庫提供給波形圖案資料庫122。作為用於計算資料庫的預定的運算，可以使用線性插值兩個資料庫的方法或用多項式內插兩個或多個資料庫的運算處理。
在圖1(b)的膜厚/深度計算部30中，不僅在波形圖案資料庫122中存在多個資料庫的情況下，而且在僅使用一個資料庫的情況下，根據在處理中的任意時刻i檢測到的來自處理對象16的反射光的強度來檢測殘留膜厚或處理深度，並輸出表示其的資料。當波形圖案資料庫122中僅儲存一個資料庫時，不使用一致性資料庫計算器120和最佳資料庫確定器124，並且從膜厚/深度計算部30直接輸出表示在膜厚/深度記憶部104中檢測或計算出的膜厚/深度的值的資料。
圖1(a)所示的電漿處理裝置係使用從膜厚/深度計算部30輸出的表示膜厚/深度的信號來進行終點判定。即，在接收到來自膜厚/深度計算部30的信號的終點判定器中，將該信號所表示的殘留膜厚或處理深度的值與預定的目標膜厚或處理深度的值進行比較，如果判定在預定的允許範圍內則判定處理已到達終點，如果超出允許範圍則判定未到達終點。當判定已經到達目標的殘留膜厚或處理深度時，藉由諸如監視器、燈或信號機(未示出)等警報器來通知上述到達，同時，藉由接收到表示到達的信號的控制部40向電漿處理裝置發送信號以便停止蝕刻處理或變更處理條件。
在電漿處理裝置中，根據接收到的蝕刻停止信號來停止對已檢測出該膜厚或處理深度的處理對象16的表面的對象膜層的蝕刻處理，或者在改變處理條件之後實施對下一個處理對象16的處理工程。藉由該動作，本實施形態的電漿處理裝置能夠利用膜厚/深度的檢測結果來判定終點。
針對使用上述實施形態的電漿處理裝置一邊檢測膜厚/深度一邊進行蝕刻處理的對象即處理對象16的表面上層疊有多個預先形成的膜的膜結構，參照圖 2 進行說明。圖2是示意表示的縱剖視圖，是概略表示在圖1所示的實施形態中進行處理的處理對象即半導體晶圓的上表面上預先層疊有包含處理對象的膜層的多個膜的膜結構的構成。
如圖2(a)的左圖所示，在該處理對象16的表面的處理前的膜結構中，在Si基板1的上表面上以基底膜2和處理對象膜3作為下層和上層在上下方向上堆疊以形成膜。在處理對象膜3的上表面上方未被覆蓋的部分、區域的處理對象的膜層上配置有遮罩4，該遮罩4是從用於形成預定電路圖案的樹脂或處理對象的膜的材料中具有高選擇比的材料構成。
作為蝕刻處理這樣的膜結構的結果，如圖2(a)的右圖所示，在處理後的膜結構中形成去除了處理對象膜3的一部分的結構。另一方面，在要進行這種蝕刻處理的實際的膜結構中，遮罩4的膜厚大小存在如圖2(b)所示的變動。亦即，對於作為多個處理對象16的晶圓，在處理前(處理的初始階段)的遮罩層的膜層可能存在比平均厚度更薄(厚度更小)或比平均厚度更厚(厚度更大)之情況。
參照圖3說明遮罩膜厚的變動對處理對象16的處理的殘留膜厚/深度或終點判定的影響。圖3是示意性地表示對具有圖2所示的膜結構的多個處理對象的晶圓進行蝕刻處理時獲得的反射光以及從反射光檢測出的殘留膜厚值的變動的例子的曲線圖。
圖3(a)是表示在處理對象16的晶圓表面上的處理對象膜的殘留膜厚相同但遮罩的初始膜厚不同的情況下，來自多個晶圓的反射光量的曲線。在該圖中，縱軸是將反射光量換算成晶圓反射率時的值。根據圖3(a)可知，即使處理對象膜的殘留膜厚的值相同時，由於遮罩的膜厚變動，反射率的大小也不同。即，可以看出表示殘留膜厚的多個波長的反射光強度的分佈和輪廓(光譜)對應於遮罩的厚度而不同。
對於在上述膜結構的遮罩的初始膜厚上具有變動的多個處理對象16的晶圓，當使用具備具有平均初始膜厚的遮罩的膜結構之一個晶圓來進行處理時，在處理過程中的每個採樣時刻獲得的，預先取得表示來自晶圓的多個波長的反射光量的值的圖案與從這些圖案檢測出的每個時刻的殘留膜厚或處理深度之間的相關關係的圖案資料，將僅使用該一個資料對多個處理對象16的晶圓在處理中進行膜厚/深度檢測並判定終點的結果，表示在圖3(b)。
在本例中，對遮罩的膜厚不同的多個晶圓進行蝕刻處理，將作為終點判定的目標的殘留膜厚設定為130nm。圖中，縱軸為殘留膜厚，在各晶圓的蝕刻處理後，使用電子顯微鏡藉由破壞性檢查等測量殘留膜厚的結果的值在圖中以點表示。
如該圖所示，當使用從預先獲取的一個晶圓的處理中得到的一個圖案資料進行檢測所檢測到的殘留膜厚或處理深度來判定終點時，可以看出，處理後實際的處理對象的膜的厚度相對於每個晶圓的目標膜厚(130nm)而變動，並且損害了基於蝕刻處理的膜結構的加工精度。
這樣，當遮罩的初始膜厚對於每個處理對象16存在較大的變動時，如果使用從特定晶圓的處理中獲得的資料作為一個示例來檢測膜厚/深度時，在終點判定的準確性和加工的準確性以及因此的處理的良率會受到損害，有可能無法製造高集成度的半導體器件。
因此，在本實施形態的電漿處理裝置中，使用在每個處理對象16的晶圓的處理中得到的來自反射光的多個圖案資料對膜厚/深度進行檢測，並根據檢測出的殘留膜厚或處理深度來判定處理的終點。在本實施形態中，與圖3(b)的例子所示者同樣地，針對由相同材料的膜層在上下方向上被層疊的具有相同類型的膜結構的多個處理對象16的晶圓進行蝕刻，並且在該多個處理對象16的晶圓的處理中的多個時刻中將從晶圓表面獲得的多個波長的反射光強度的資料與殘留膜厚(或處理工程開始後的時刻)賦予了關連性並生成多個圖案資料，針對該多個圖案資料預先計算晶圓之間的相似度作為數值。
圖4(a)是以對處理對象16的晶圓實施了蝕刻處理時的處理中的殘留膜厚和多個波長作為參數時，將來自晶圓的反射光的強度值與圖案之間的關係以映射方式表示的曲線。
在該圖中，表示在處理中檢測到的反射光強度的資料，並不是與殘留膜厚被賦予相關聯而檢測者，而是在處理工程開始之後的處理中的每個採樣時刻作為多個波長的反射光光譜獲得者。在將每個採樣時刻轉換為殘留膜厚的處理中，從初始(時刻0)膜厚和最終(最終時刻)膜厚的值，藉由線性插值分配每個時刻的膜厚的值。對於每個晶圓處理可以得到如圖4(a)所示的映射資料，但是由於每個晶圓的處理後膜厚和蝕刻速率不同，所以圖中橫軸上取的膜厚範圍和點數可能不同。
因此，在本實施形態中，使用預先取得的多個處理對象16的晶圓的上述反射光資料，設定這些所有晶圓共同的膜厚範圍。藉此，在該膜厚範圍內作成表示對於每1nm膜厚的預定的多個波長的光強度的圖案資料。如果預先獲得的資料的值可以用於任意膜厚的值，則使用該資料的值，如果預先獲得的資料中不包括該膜厚時，則使用根據前後膜厚的資料藉由插值處理計算出的值。插值處理例如使用樣條插值。
這樣，對於這些膜結構的遮罩的初始厚度不同的多個晶圓，藉由根據需要使用插值處理來作成以處理中的波長作為參數的反射光的圖案資料。從作成的這些圖案資料中，抽出與如上述使用任何一個相同的圖案資料來判定終點時的處理後的實際殘留膜厚為最小的晶圓相對應的資料。以該資料作為基準並與其他晶圓對應的圖案資料進行比較，並且根據圖案資料計算晶圓之間的相似度。
圖4(b)示出了以這種方式，以某個殘留膜厚中的波長作為參數計算出的光強度資料(膜厚光譜)的示例。圖4(b)的膜厚光譜是圖4(a)中的特定的一個膜厚的光譜。
圖5是表示根據在由圖1所示的本實施型態的電漿處理裝置處理的多個晶圓的每一個的處理中檢測出的反射光所得到的膜厚的光譜和每個光譜之間的誤差總和的例子的曲線。在圖5(a)中，從多個晶圓中的每一個獲得的預定膜厚的光譜被疊加並顯示。如圖所示，每個晶圓對應的膜厚光譜在多個波長處呈現不同的數值。圖5(b)表示在各波長中各膜厚的光譜值與其平均值之差的值(誤差量)。在該圖中，晶圓之間的相似度被顯示為作為誤差量大小的數值。
進一步地，針對每個晶圓計算所有波長的誤差的絕對值之總和，將這些值與每個晶圓的遮罩的初始膜厚賦予相關聯的結果如圖5(c)。圖中的縱軸是表示誤差總和的量的值，橫軸是每個晶圓的蝕刻處理工程開始前的遮罩的膜厚(初始的殘留膜厚)的值。
在本例中，假設構成每個晶圓的膜結構的每個膜層的規格的變動，例如遮罩的初始膜厚的變動的大小是未知的，如圖5(c)所示，上述計算出的每個晶圓的相似度的值對應於遮罩的初始膜厚。在該圖中，為方便起見，將每個晶圓的遮罩的初始厚度的值與該每個晶圓的任意膜厚的光譜中的多個波長中的每一個的誤差總和的值賦予關聯對應而繪製。每個晶圓的膜厚光譜中的多個預定波長的誤差的總和顯示出與該每個晶圓的遮罩的初始膜厚具有高度相關性。從該圖中可以看出，利用各個晶圓的膜厚的光譜的相似度可以檢測出各個晶圓的膜結構之間的結構上差異的大小。
接下來，將多個晶圓以預定順序重新排列，並分配代碼或編號以對它們進行排序。例如，將多個晶圓按從每個晶圓計算出的誤差總和值的升序排列。圖6(a)示出了以這種方式重新排列和排序的多個晶圓中的每個晶圓的編號與誤差總和之間的關係。如上所述，誤差總和與遮罩的初始膜厚具有高度相關性，因此在本例中，晶圓編號越小，掩膜初始膜厚越厚，晶圓編號越大，掩膜初始膜厚越小，按這樣的順序排列。
在本實施形態中，選擇以這種方式排序的多個晶圓中被賦予最大編號的晶圓，被賦予最小編號的晶圓，以及這些晶圓之間的編號的晶圓且其誤差總和的最大編號和最小編號的晶圓之間的誤差總和的差異為相等的晶圓，並且將與這三個選擇的晶圓相對應的如上述根據需要藉由插值計算出的以波長為參數的反射光強度的圖案的三個資料，使用作為資料庫。藉由以這種方式選擇作為資料庫使用的反射光中的光譜圖案的資料，能夠將與具有變動的遮罩的初始膜厚的最小和最大對應的反射光資料作為資料庫使用。
使用這樣選擇得到的資料庫來選擇比較資料，藉由將該比較資料與實測資料進行比較來檢測晶圓的膜厚/深度，並根據結果來判定終點，其結果表示於圖6 (b)。在本例中，藉由圖1(a)所示的最佳資料庫確定器124來選擇與每個資料庫的匹配殘差成為最小的圖案資料。另外，在本例中，和圖3(b)同樣，使用了具有不同的遮罩的初始膜厚的多個晶圓。
如圖所示，所有晶圓處理後的殘留膜厚都在目標130nm左右，誤差大小亦在預定的允許範圍內的0.5nm以下，可見，可以實現高精度加工目標的處理對象的膜層。根據該結果，根據上述本實施形態，可以理解即使在包括處理對象的膜層的晶圓上的膜結構的尺寸、形狀、材料等的變動是未知的情況下，處理過程中的殘留膜厚或處理深度等與處理有關的量(以下稱為處理量)也可以被高精度地檢測出，並且使用檢測出的結果可以高精度地判定處理的終點。
上述多個晶圓之間的膜結構的形狀、尺寸、材料等的變動是在處理中檢測處理量的應力因素之一，本實施形態不限於上述類型的變動，在多個晶圓之間，例如蝕刻處理對象膜的基底膜厚度、溝槽寬度或深度、處理對象膜下方的膜的結構和周邊的結構等膜結構特性的變動、檢測反射光的位置和範圍的變動、蝕刻對象膜與其他膜的材料的選擇比的變動、光源光譜的變動、電漿光的經時變化的變動等處理條件產生變動之情況下都可以適用。此外，顯然地，本實施形態的光強度指標、每個晶圓的資料整形和信號處理、晶圓相似度的量化方法以及選擇多個資料庫的方法不限於上述。 在本實施型態中，將從多個排序了的晶圓中選出的三個晶圓的資料用作為資料庫，但資料庫的數量不限於三個。例如，藉由將排序了的晶圓編號的最大、最小、以及將這些編號分割成大致相等間隔的編號的三個以上的晶圓的反射光的強度圖案的資料使用作為資料庫，顯然可以得到和本實施形態同樣的效果。也可以在資料庫中使用多個晶圓的資料，該多個晶圓是具有排序了的晶圓的誤差總和的最大值、最小值、以及將這些值分割成實質上相等間隔的誤差總和的值者，藉此也可以獲得與本實施形態相同的效果。
以下，說明使用來自晶圓的特定波長的反射光的強度相對於時刻經過的變化(時刻變化)的值作為每個晶圓的相似度的數值的例子。在該例中依根據使用多個資料檢測到的晶圓的處理中的處理量來判定處理的終點。除此之外的條件都和上述實施形態1中的條件相同。
圖7是示出由圖1所示的實施形態的電漿處理裝置的變形例對圖2所示的膜結構進行處理時獲得的表示來自晶圓表面的光量的曲線圖。圖7(a)是表示在晶圓處理中來自晶圓表面的反射光的特定波長的光的強度隨時刻變化的一例的曲線圖。在該圖中，光強度的變化以橫軸表示處理中的殘留膜厚作為表示時刻變化的參數。
與上述實施形態同樣地，圖7(a)示出了對於表示在處理多個晶圓期間獲得的每個晶圓的反射光光譜的資料，藉由分配膜厚、確定膜厚範圍和插值處理光譜資料而獲得的插值處理資料在特定波長中由於膜厚而導致的光強度變化的一例。可以看出，光強度根據膜厚以振動的方式變化。
圖7(b)是表示在圖7(a)所示的特定波長的反射光的光強度的時刻變化中各晶圓的誤差與遮罩膜厚相對於所有晶圓的平均值的相關關係的一例的曲線圖。和上述實施形態的特定膜厚中的晶圓之間的光譜比較同樣地，抽出每個晶圓的相同波長的光量的時刻變化，從每個晶圓的平均值計算誤差平方的總和的結果如圖7(b)所示。從該圖中可以看出，即使使用光量的時刻變化之情況下，每個晶圓的誤差總和也與掩膜膜厚度具有高度相關性，可以從每個晶圓的光譜相似度中闡明結構的差異。
圖8示出了藉由以誤差總和的值的升序對多個晶圓中的每一個進行編號和排序來繪製該晶圓的編號與誤差總和的值之間的關係的結果。如圖7(b)所示，誤差總和的值與遮罩的膜厚具有高相關性，晶圓的編號越小掩膜的膜厚越大，編號越大掩膜的膜厚越小。由此，如圖8所示，誤差總和的值按照晶圓編號的順序均勻地增加。
在本例中，，使用這樣排序的結果，從多個晶圓之中選擇編號最大的晶圓、編號最小的晶圓、以及彼等之間的晶圓且誤差總和的值(圖8中縱軸上的值)相等或接近視為相等的間隔的晶圓等3個晶圓，並將這些所選擇的晶圓的資料使用作為波形圖案資料庫122的資料。藉由使用這樣的資料，可以對應於初始遮罩膜厚存在變動的最小值和最大值，使用來自晶圓的反射光高精度地進行處理量的檢測。
使用包含這樣選擇並確定了的多個資料而構成的資料庫在處理過程中對處理量進行檢測，並根據該處理量的檢測結果來進行終點判定，其結果是與實施形態1的圖6(a)同樣地，處理後的膜厚對於所有晶圓都在130nm的目標附近，並且誤差為0.5nm以下。因此，可知在本實施形態的使用多個資料的處理量檢測中，即使在結構變動未知的情況下也能夠檢測出正確的處理量，能夠以高精度實現終點判定。
接著，作為用來將預處理的每個晶圓的相似度表示為數值的參數，說明使用晶圓上的膜結構中包含的處理對象的殘留膜厚與來自該膜結構的反射光的多個波長的二維資料(映射)之間的相關性的示例。除了用於計算多個晶圓之間的相似度的參數的條件以外，都構成為和上述實施形態或圖7、圖8所示的實施形態的條件相同。
和上述實施形態同樣地，藉由分配膜厚、確定膜厚範圍、並將光譜資料插值到多個已處理晶圓中的每一個的光譜資料而獲得的膜厚、波長和強度的插值處理資料的示例如圖9所示。圖9是以映射示出了由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的另一變形例對具備圖2所示膜結構的晶圓進行了蝕刻處理時處理中的殘留膜厚與以多個波長作為參數時的來自晶圓的反射光強度值的圖案之間的關係的曲線。
該圖中所示的資料，是和將圖4(a)的映射的一部分切去獲得的同樣的曲線。從該圖的資料來看，插值處理資料中計算出的所有晶圓的平均值與每個晶圓的絕對誤差值之總和的結果，係類似於圖4的上述實施形態的特定膜厚的晶圓之間的光譜比較，獲得了與圖5(c)同樣的的遮罩膜厚與誤差量之間的相關性。
因此，藉由使用這樣的誤差量，能夠確定與圖6(a)相同的波形圖案資料庫122的資料庫，結果，和圖6(b)同樣地對於遮罩變動可以實現高精度的膜厚估計。因此，在本例中，即使在包括處理對象的膜在內的膜結構的特性的變動未知的情況下，也能夠檢測出正確的處理量，實現高精度的終點判定。
接著，說明對預先處理的多個晶圓各自的反射光資料進行低通濾波、微分值計算、光量標準化等信號處理，根據藉由該信號處理得到的資料，使用藉由將每個晶圓的相似度表示為數值而獲得的表示反射光的光強度的資料，來檢測處理中的處理量，並藉由該處理量的檢測結果進行終點判定的例。在本例中，除了實施上述信號處理的條件以外都和圖1~圖9所示的實施形態或變形例為相同的構成。
和實施形態同樣地，對於在每個晶圓的處理中的多個採樣時刻獲得的光譜資料，在藉由賦予殘留膜厚的關聯對應、確定殘留膜厚範圍、和插值處理光譜資料獲得的資料的每個時刻，以反射光的多個波長的光量的平均值對多個波長中的每一個波長的光量實施標準化。此外，對於每個晶圓，從藉由標準化獲得的資料中抽出特定波長的光強度相對於殘留膜厚變化的變化。對於每個抽出的晶圓的光量的時刻變化，在時刻方向上計算基於LPF、S-G方法的一階微分值。其結果的一個例子如圖10所示。
圖10表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的另一變形例對具備圖2所示膜結構的晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的處理對象的膜的殘留膜厚的變化與特定波長的光強度的一階微分值的變化之間的關係的一例的曲線。圖10所示的反射光的特定波長的光的光強度的量的時刻變化，係具有在膜厚方向上對圖7(a)進行微分的形狀。針對所有晶圓的平均值與該光量的時刻變化的微分值之間的誤差平方和的總和進行計算的結果，獲得了與圖7(b)中相同的誤差總和與遮罩膜厚之間的相關性。
因此，藉由使用該誤差量，能夠選擇與圖8相同的波形圖案資料庫122的資料，結果，發現和圖6(b)同樣地即使對於遮罩的變動也可以實現高精度的膜厚估計。因此，在本例中，可知即使在結構變動未知的情況下也能夠檢測出正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
接著，使用關於波長軸進行了資料整形的晶圓的反射光的資料，使用藉由將預先處理的多個晶圓之間的相似度表示為數值而獲得的反射光的光強度的資料來檢測處理中的處理量，並使用該處理量的檢測結果進行終點判定的示例。在本例中，除了實施上述信號處理以外的條件都和圖1~圖9所示的實施形態或變形例相同的構成。
在本例中，和上述例同樣地，對於在進行了處理的多個晶圓中的每一個的處理中的每個採樣時刻獲得的反射光的光譜資料，實施了賦予殘留膜厚關聯對應、確定殘留膜厚的範圍、對時刻軸(膜厚軸)方向的光譜資料的插值處理。此外，關於波長軸，對波長方向的資料進行了插值處理使得在240~840nm的波長中的波長步長(Wavelength step)為 5 nm，並縮減了資料。圖11示出了與作為結果獲得的多個晶圓中的任何一個晶圓的最薄的殘留膜厚相對應的光譜資料的示例。
圖11是表示藉由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的酨另一變形例，對具備圖2所示膜結構的晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的處理對象膜成為預定的殘留膜厚時的多個波長的反射光的強度的一例的曲線。該光譜具有藉由切除圖4(b)中的一部分光譜而獲得的形狀。
在本例中，亦使用該光譜的資料，和上述實施形態同樣地，對多個晶圓中的每一個之間的結構的相似度進行排序來選擇資料，使用所選擇的資料來檢測處理中的晶圓的殘留膜厚並且進行了終點判定。其結果，得到與上述實施型態相同的晶圓處理後的殘留膜厚的變動。因此，在本例中，可知即使在結構變動未知的情況下也能夠檢測出正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
接著，說明使用主成分分析的主成分值作為參數而將預先處理了的每個晶圓的相似度表示為數值的例子。除了使用主成分分析來表示晶圓之間的相似度之外都和圖1~圖12所示的實施形態或變形例為相同的構成。
和上述實施形態同樣地，對於在多個晶圓中的每一個的處理中的多個採樣時刻獲得的表示反射光的光譜的資料，實施了賦予處理對象的殘留膜厚關聯對應、確定殘留膜厚的範圍、對光譜資料的插值處理，從每個晶圓抽出對應於相同的殘留膜厚的反射光的光譜資料。使用抽出的每個晶圓的光譜進行主成分分析，每個晶圓的遮罩膜層的初始膜厚與第一主成分、第二主成分之間的關係如圖12(a)和12(b)所示。
圖12是表示藉由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料，並對該光強度的多個資料進行主成分分析而獲得的第一及第二主成分值與每個晶圓的遮罩層的初始厚度之間的關係的一例的曲線。
在這些圖中可以發現，圖12(a)所示的第一主成分值和圖12(b)所示的第二主成分值均與遮罩層的初始膜厚具有高相關性。另外，第一主成分值相對於遮罩的初始膜厚的值，具有包含最小值的二次函數的增減變化。因此，遮罩層的初始膜厚不能由表示具有圖12(a)所示的相關性的多個晶圓的反射光的光譜的資料的第一主成分值唯一確定。
另一方面，圖12(b)所示的第二主成分值相對於遮罩的初始膜厚的變化， 如線性函數一樣實質上以恆定的斜率變化。由此，利用該圖所示的第二主成分值與遮罩層的初始膜厚的對應關係，可以針對多個晶圓中的每一個檢測遮罩層的初始膜厚以及基於初始膜厚的晶圓的相似度。因此，在本例中，根據在處理多個晶圓中的每一個期間在每個採樣時刻獲得的反射光資料計算第二主成分值，並且使用基於該第二主成分值獲得的每個晶圓之間的相似度對多個晶圓進行排序。此外，根據該排序結果來選擇表示反射光的多個波長的光強度的圖案的資料，將所選擇的晶圓的資料用作為波形圖案資料庫122的資料。
在本例中，使用這些波形圖案資料庫122的多個資料，根據在任意晶圓的處理中得到的表示來自晶圓的反射光的光強度的資料，檢測處理中的每個採樣時刻的處理量並進行處理終點的判定。結果，和圖6(b)同樣地，處理後的殘留膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且誤差亦為0.5nm以下。因此，在本例中，明確可知即使在膜結構的特性變動未知的情況下也能夠檢測出正確的處理量，並且能夠實現高精度的終點判定。
接著，說明當構成晶圓的膜結構的遮罩層的初始膜厚和配置在處理對象膜下方的基底膜的膜厚存在變動時，使用流形學習(Manifold learning)來量化來自多個預先處理的晶圓的干涉光資料的相似度的示例。在該示例中，除了藉由使用流形學習來量化相似度的條件之外，都和圖1~圖12所示的實施形態或變形例為相同的構成。
在本例中，亦和上述例同樣地，對於事先處理了的多個晶圓的每一個的處理中的多個採樣時刻得到的用來表示反射光光譜的資料，進行與處理對象的殘留膜厚的關聯對應、殘留膜厚範圍的確定、光譜資料的插值處理，並從每個晶圓抽出相同的殘留膜厚的光譜資料。
此外，在本例中，使用該抽出的光譜資料並使用流形學習的非線性降維方法即Isometric Mapping 量化了每個晶圓的相似度。在Isometric Mapping中，每個晶圓的光譜被用作為每個資料點，並藉由K-最近鄰算法(K-nearest neighbor algorithm)計算每個資料點的鄰域關係作為使用該資料點的值。
接下來，使用計算出的鄰域關係的值，計算K個鄰域曲線上的每個資料點之間的測地距離(Geodesic Distance)，並以這些測地距離的值作為成分來作成測地距離矩陣。對於作成的測地距離矩陣，每個資料點藉由多維縮放(MDS：Multi Dimensional Scaling)投影到低維空間。藉由上述順序，根據對應的光譜資料的相似度將每個晶圓映射到一個低維空間，並且可以利用映射結果來選擇用於估計殘留膜厚等處理量的資料庫中的多個資料。
在本例中，根據相似度來映射使用等距特徵映射(Isometric Mapping)預先處理的多個晶圓中的每一個的反射光的光譜資料。此外，圖13示出了在映射的低維空間中將對應於每個晶圓的多個資料的離散度最大化的第一成分與每個晶圓的遮罩層的初始膜厚度之間的相關性繪製的結果。
圖13示出了對於由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料，使用Isometric Mapping(等距特徵映射)得到的每個資料間的距離離散度的最大值與每個晶圓的遮罩層的初始厚度之間的關係的一例的曲線圖。可以確認，藉由等距特徵映射的第一成分顯示出與遮罩膜厚之間的高度相關性。
在本例中，這些晶圓基於獲得的第一成分值根據每個晶圓之間的相似度值進一步排序，並根據其結果選擇反射光光譜的資料庫作為波形圖案資料庫122的資料。使用這些多個資料，在任意晶圓的處理中的多個採樣時刻檢測處理量，並使用該處理量的檢測結果來判定終點，其結果係和圖6(b)同樣地，處理後的殘留膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且誤差為0.5nm以下。因此，在本例中可以確認，即使在膜結構的特性的變動量未知的情況下，也能夠檢測出正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
在上述實施形態或變形例中，如圖6或圖8所示，根據在多個預先處理了的晶圓中的每一個的處理中獲得的用來表示來自晶圓的反射光資料之間的相似度的參數值的大小，對該多個晶圓實施編號和排序，針對多個晶圓從對應於該編號而變化的每個參數值與該參數值的平均值之間的差值(誤差)或誤差總和的值之中，選出最大值和最小值以及彼等之間的差值實質上相等的參數值所對應之晶圓的反射光資料，並且將該反射光資料使用作為檢測任意的晶圓的處理中的多個採樣時刻的處理量。
代替選擇上述這樣的資料，當從與上述預先處理了的多個晶圓相關的資料中選擇對應於某個晶圓的反射光資料作為要用於檢測處理量的資料時， 可以使用在預定容許範圍內的誤差能夠檢測出處理量的晶圓的範圍內的資訊，來選擇波形圖案資料庫122的資料。
在本例中，在選擇波形圖案資料庫122中的資料之前，對於作為資料庫候選的多個晶圓的處理中獲得的多個波長的反射光的光強資料，以任意一個晶圓所對應的資料作為基準資料，以殘留的其他晶圓作為檢測對象，藉由模擬等方法計算出該處理中的預定的處理量(例如終點等特定的殘留膜厚)作為估計膜厚。此外，針對檢測對象的其他晶圓中的每一個，計算特定的殘留膜厚的實際值與估計膜厚度之間的誤差。
藉由將多個晶圓中的每一個晶圓作為基準資料用晶圓，並將其他晶圓作為檢測對象的晶圓來重複上述誤差的計算，對於多個晶圓中的每一個，可以獲得以此為基準且以檢測到的其他晶圓中的每一個的預定的殘留膜厚的誤差值為成分的表格或矩陣。這種表格的一例如圖14所示。
圖14是表示使用由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行蝕刻處理時，使用處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料的每個資料，進行檢測得到的以其他晶圓的預定的殘留膜厚的誤差的值為成分的資料表格的一例的表格。在本例中，使用圖14所示的表格來選擇波形圖案資料庫122中的資料。
另外，在本例中，當圖14所示的表格的估計膜厚的誤差在規定的允許範圍內(例如1nm以下)時，判定為能夠檢測出殘留膜厚。亦即，使用每一個分別被分配有一個編號(資料庫晶圓編號)的n個晶圓之中的任一個晶圓所對應的反射光資料來檢測出其他(n-1)個晶圓的估計厚度的誤差，並藉由將檢測到的其他(n-1)個晶圓的估計厚度的誤差與允許範圍的上限值即1 nm進行比較，從而對於上述任意一個晶圓，可以獲得被判定為使用其他(n-1)個晶圓之中的該一個晶圓的資料(比較資料)能夠檢測到殘留膜厚的晶圓的組合。換言之，對於n個膜厚估計對象的晶圓可以選擇資料庫晶圓的組合，並藉由該資料庫晶圓的組合能夠在上述允許範圍內的誤差內對膜厚進行檢測。
這種資料庫晶圓的組合存在有多種，這些組合就是圖15所示的資料表格。圖15是表示資料庫晶圓的組合的表格，從該組合的表格中能夠檢測出從圖14所示本發明實施形態的另一變形例的資料表格中選出的n個晶圓的殘留膜厚。這裡，圖15的表格從多個組合中使用的資料庫晶圓的數量最少的一個開始依次排列。例如，如果選擇圖15中資料庫晶圓的數量最少的最上面的組合時，則與資料庫晶圓對應的反射光資料被選擇作為波形圖案資料庫122的資料。
使用這樣選擇的波形圖案資料庫122的資料，對任意晶圓的處理中的處理量進行檢測並實施終點判定的結果，和圖6(b)同樣地，處理後的膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且誤差為0.5nm或更小。因此，在本例中，即使在膜結構的特性的變動量未知的情況下，也能夠檢測出正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
接下來，說明使用圖1(b)的一致性資料庫計算器120在晶圓處理中的多個採樣時刻檢測處理量並判定處理終點的例。此外，在該例中，除了使用一致性資料庫計算器120之外的條件，都構成為和上述圖1至圖15中所示的實施形態或變形例相同。
和實施形態1同樣地選擇資料庫，並將所選擇的晶圓的資料確定為波形圖案資料庫122的資料庫。使用確定的多個資料庫並藉由處理量監視進行終點判定，在本實施形態中，使用圖1(b)的一致性資料庫計算器120對於在膜厚估計中使用的波形圖案資料庫122的資料庫進行計算，並且將其用於膜厚估計。具體順序如下所述。
從膜厚估計對象的晶圓獲得測量的1個時刻的光譜，該光譜在數位信號處理部100中進行信號處理後得到的資料D2被供給到一致性資料庫計算器120。在一致性資料庫計算器120中還從波形圖案資料庫122供給多個資料庫，例如以任意混合比α混合每兩組資料庫DBn和DBm來生成混合資料庫DBnm(α)(=α×DBn+(1-α)×DBm)。在一致性資料庫計算器120中將資料D2與混合資料庫DBnm(α)進行比較，並確定與資料D2之間的誤差為最小的資料庫編號n和m的組合以及混合率α。
將已確定的混合資料庫DBnm(α)供給至波形圖案資料庫122，在波形比較器102中使用包含混合資料庫DB nm (α)的波形圖案資料庫122的資料庫來確定當前時刻的膜厚。此外，在當前時刻使用的混合資料庫DB nm (α)、和資料庫編號n和m的組合以及混合比α一起被供給到最佳資料庫確定器124。
最佳資料庫確定器124中的最佳資料庫的確定，和實施形態1同樣地可以選擇與測量光譜之間的誤差為最小的資料庫。此外，在本實施形態中，由於生成具有與每個時刻的測量光譜接近的光譜的混合資料庫，因此可以將每個時刻的混合資料庫確定為最佳資料庫。
根據所確定的最佳資料庫並由最佳膜厚/深度確定器106來確定每個時刻的膜厚。在本實施形態中將每個時刻的混合資料庫作為最佳資料庫來實施膜厚估計的結果，係和實施形態1的圖6(b)同樣地，處理後的膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且與實施形態1相比，減小了膜厚估計誤差。
如本實施形態那樣，藉由一致性資料庫計算器120生成接近於膜厚估計對象晶圓的光譜的資料庫，則與在資料庫中設定預先處理了的晶圓資料相比，可以更準確地估算膜厚。由以上可知，即使在本實施形態的使用多個資料庫的處理量監視中，即使在結構變動量未知的情況下也能夠測量正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
在上述例中，針對晶圓的膜結構的特性的資訊未知時檢測晶圓處理中的處理量的技術進行了說明。接著，說明與晶圓的處理對象膜以外的膜結構的特性有關的資訊在該晶圓的處理開始前已取得之情況。在本例中，除了該點以外的條件都設為和實施形態1相同的構成。
在本例中，作為處理對象膜以外的膜結構的特性的資訊，例如，在處理開始前取得每個晶圓的遮罩層的初始膜厚的情況下，使用該遮罩層的初始膜厚的資訊來確定儲存在在波形圖案資料庫122中並且用於檢測處理量的資料。首先，按照每個晶圓的掩膜層的初始厚度值的大小對晶圓進行排序，按照厚度從大到小的順序分配晶圓編號，為多個晶圓中的每一個確定類似於圖6(a)中的橫軸上的晶圓編號。與上述實施形態同樣地，選擇掩膜層初始膜厚的最大值和最小值以及將它們之間以實質上相等的間隔劃分的值的每個值所對應之編號的晶圓的反射光資料作為波形圖案資料庫122的資料。
使用所選擇的多個資料，針對處理對象晶圓的處理中的處理量進行檢測，並根據該結果實施了終點判定，結果是和上述實施形態的圖6(b)同樣地，處理後的膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且誤差為0.5nm以下。因此，在本實施形態的使用多個資料庫的處理量監視中，顯然地，即使在結構變動未知的情況下也可以測量準確的處理量，並且可以實現高精度的終點判定。
圖19表示如本實施形態那樣在處理前能夠取得該晶圓的資訊、特別是與膜結構的特性有關的資訊的情況下，管理處理裝置與處理裝置之間的資訊的監視系統的構成的例。圖19是示意性地表示圖1所示的實施形態的電漿處理裝置的監視系統的概略構成的方塊圖。
在該圖所示例中，藉由處理裝置A中的檢測器(未圖示)，檢測加工狀態1中的某個晶圓的處理前的包含遮罩的初始膜厚在內的膜結構的尺寸等特性，並將表示該檢測結果的資料提供給處理裝置A，利用該資料在處理裝置A中處理晶圓。在該加工狀態1中的某個晶圓的膜結構的特性資訊，以及處理中的處理對象的膜層的處理量等處理狀態的資訊，可以傳送到可通信地連接到每個處理裝置的監視系統例如監視裝置A或B，藉此，資訊也可以被可通信地連接到這些監視裝置的其他處理裝置例如處理裝置B、C、D等使用。
此外，各處理裝置中的各晶圓的處理條件等資訊也可經由監控系統用於後續處理裝置。因此，在各處理裝置中可根據該處理前的處理或測量的資訊，來選擇與本例同樣的資料庫，藉由在各處理裝置中利用該晶圓的加工狀態的資訊來選擇資料庫，可以實現高精度的加工。
接下來，說明當用來檢測處理中的晶圓的反射光的晶圓上的位置或範圍發生變動時，選擇用於檢測處理量的反射光資料的示例。除該點以外的條件都和圖1~圖15所示的實施形態或變形例相同的構成。
圖16是示意表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行蝕刻處理時，對於來自晶圓的反射光進行檢測的晶圓表面的位置的俯視圖。特別是，該圖在一個虛擬晶圓上顯示了兩個不同的電漿處理裝置檢測到晶圓上的反射光的位置。
如本例那樣，在多個電漿處理裝置的每一個中檢測反射光的位置、檢測的波長或光強度的範圍不同的情況下，如圖2(b)所示，檢測到的遮罩的初始膜厚可能會發生變動，這種變動會導致每個裝置中的蝕刻對象膜的膜厚與來自其的反射光光譜之間的相關性發生變化。 此外，由於反射光光譜的波長或強度範圍也不同，圖2(a)所示圖案的可檢測範圍內的比例、其他圖案的比例發生了變化，因此有可能蝕刻對象膜的膜厚與反射光的光譜之間的關係因晶圓而發生變動。
本發明人等設置了10台電漿處理裝置，該10台電漿處理裝置具備與圖1所示的實施形態的電漿處理裝置相同的構成而且反射光的檢測位置不同，和實施形態同樣地，對於由每個電漿處理裝置預先處理後的多個晶圓中的每個晶圓在處理中獲得的反射光的光譜資料，實施了與殘膜厚度之間的對應關聯、殘留膜厚的範圍的確定、光譜資料的插值處理，並將多個晶圓中相同的殘留膜厚所對應的反射光光譜資料予以抽出。使用抽出的資料，藉由與實施形態相同的方法計算由每個電漿處理裝置處理後的晶圓的光譜的誤差量，並針對電漿處理裝置的每個識別號繪製了與該誤差量之間的關係，其結果如圖17所示。
圖17是示意表示由圖1所示實施形態的再另一變形例的多個電漿處理裝置對具備圖2所示膜結構的多個晶圓的每一個進行蝕刻處理時，使用處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料的每個資料檢測到的其他晶圓的預定的殘留膜厚的誤差總和，並將該誤差總和對應於多個電漿處理裝置的每一個進行表示的曲線。可以看出，誤差總和的值因每個電漿處理裝置而不同，相同的殘留膜厚對應的反射光譜也因每個電漿處理裝置而不同。在本例中，將與該誤差量的最大值、最小值及其中間值對應的電漿處理裝置的晶圓的反射光的資料，儲存在波形圖案資料庫122中並且被選為用來檢測處理量的資料。
使用所選擇的多個資料，對任意晶圓的處理中的多個採樣時刻的處理量進行檢測，並使用檢測結果實施了終點判定，結果是和實施形態的圖6(b)同樣地，處理後的膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且誤差為0.5nm以下。因此，即使在裝置之間在膜厚與光譜的關係不同的情況下，在本例中也能夠測量正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
接著，說明晶圓上的膜結構的處理對象的膜層與其他膜層的材料的選擇比發生時，選擇對處理量進行檢測時使用的反射光的資料之例。除除了該點以外的條件都和圖1至17所示實施形態或變形例設為相同的構成。
在本例中，晶圓上的包含蝕刻對象的膜層的膜結構係和圖2(a)所示者同樣，遮罩層的初始膜厚度在多個晶圓之間實質上相同。另一方面，在本例中，在每個晶圓的處理中，遮罩層與處理對象的膜層之間的選擇比有變動。因此，當每個晶圓的處理對象的膜層的殘留膜厚相同時，遮罩層的刮削量可能在這些晶圓之間不同，導致每個晶圓的遮罩的殘留膜厚可能不同。在這種情況下，即使多個晶圓的處理對象的膜層的殘留膜厚相同時，來自這些晶圓表面的反射光的光譜資料也會不同，出現與上述實施形態中遮罩層的初始膜厚有變動時相同的問題。
在本例中，和圖1的實施形態同樣地對於事先處理後的多個晶圓的每一個的處理中得到的反射光的光譜資料，實施與殘留膜厚之間的關聯對應、膜厚範圍的確定、光譜資料的插值處理，並且從多個晶圓的每一個的處理中的資料抽出相同的殘留膜厚的光譜資料。針對抽出的光譜資料計算其與所有晶圓的平均值之間的誤差值，並將計算出的誤差值與每個晶圓的遮罩的膜厚賦予相關聯的結果，和圖5(c)同樣地在誤差與遮罩的殘留膜厚之間獲得了高度相關性。根據誤差量對晶圓進行重新排列和排序，並根據重新排列的結果，和實施形態同樣地選擇與多個晶圓對應的反射光的光譜資料作為波形圖案資料庫122的資料。
使用選擇的多個資料實施了終點判定的結果，是和實施形態的圖6(b)同樣地處理後的膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且誤差為0.5nm以下。因此，可以確認即使在裝置間膜厚與光譜的關係不同的情況下，在本例中也能夠測量出正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
接著，針對使用在圖1(b)所示的最佳資料庫確定器124的最佳資料庫確定中檢測到的殘留膜厚的時刻推移的示例進行說明。除了該點以外的條件都和實施形態1設為相同的構成。
在圖1所示膜厚/深度計算部30中使用資料庫檢測到的蝕刻中的各採樣時刻的殘留膜厚的時刻變化，例如是圖18的資料1和資料2。圖18是示意表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的晶圓進行蝕刻處理時，使用處理中來自晶圓的反射光檢測到的晶圓上的處理對象的膜層中的殘留膜厚的經時變化的例的曲線。在本例中，根據各資料所示的檢測到的殘留膜厚與處理中的時刻之間呈現的線性方式的相關性來估計殘餘膜厚。
例如，在處理中的每個採樣時刻中，根據在該時刻為止的處理過程中的多個過去時刻檢測到的多個殘留膜厚的值和該過去的時刻計算得出相關係數，並且選擇相關係數大的資料作為最佳資料庫的資料。例如，在獲得如圖18所示的兩個資料1和2所示的實質上可以表示為線性的相互關係的情況下，資料1的相關係數的絕對值為0.99，而資料2的相關係數的絕對值為0.95。因此，在本例中，選擇相關係數大的資料1作為最佳資料庫的資料。
使用這樣選出的反射光光譜的資料來作為最佳資料庫的資料，並對任意晶圓的處理中的多個採樣時刻的處理量進行檢測，並使用檢測結果實施了終點判定，結果是和實施形態的圖6(b)同樣地，處理後的膜厚對於所有晶圓都接近130nm的目標，並且誤差為0.5nm以下。因此，在本例中，可知即使在結構變動未知的情況下也能夠測量出正確的處理量，能夠實現高精度的終點判定。
10:處理室 12:電漿 14:樣品台 16:處理對象 18:光源部 20:導入透鏡 22:照射光 24:反射光 26:檢測透鏡 28:檢測部 30:膜厚/深度計算部 40:控制部 50:光學系統 60:資料庫選擇部 100:數位信號處理部 102:波形比較器 104:膜厚/深度記憶部 106:最佳膜厚/深度確定器 120:一致性資料庫計算器 122:波形圖案資料庫 124:最佳資料庫確定器 D1:檢測部供給的時系列資料 D2:數位信號處理部供給的時系列資料 D3:波形比較器供給的膜厚/深度資料 D4:膜厚/深度記憶部供給的膜厚/深度資料
[圖1]圖1是示意性地表示本發明的實施形態的電漿處理裝置的構成的概要的圖，圖1(a)是其整體圖，圖1(b)是表示膜厚/深度計算部的構成。 [圖2]圖2是示意性地表示在圖1所示實施形態的處理對象即半導體晶圓的上表面上預先配置且層疊有包含處理對象的膜層的多層膜的膜結構的構成的概略的縱剖視圖。 (a) 表示處理前後的狀態，(b)表示膜厚不均勻(變動)的狀態。 [圖3]圖3是示意性地表示對具有圖2所示膜結構的多個處理對象晶圓進行蝕刻處理時的反射光和從反射光檢測出的殘留膜厚值的例子的曲線圖，(a)表示波長與反射強度的關係，(b)表示在處理多個晶圓時檢測膜厚/深度並進行終點判定的結果。 [圖4]圖4示出了由圖1所示實施形態對具備圖2所示膜結構的晶圓實施了蝕刻處理後的處理中的殘留膜厚，和以多個波長作為參數時的來自晶圓的反射光強度值的圖案的曲線，(a)表示映射，(b)表示膜厚光譜。 [圖5]圖5是表示在由圖1所示的本實施形態的電漿處理裝置進行處理厚的多個晶圓的每一個的處理中檢測到的反射光的光譜，和每個光譜之間的差的總和之例的曲線圖，(a) 表示光強度與波長之間的關係，(b) 表示誤差與波長之間的關係，(c) 表示誤差總和與遮罩膜厚之間的關係。 [圖6]圖6是表示在由圖1所示的本實施形態的電漿處理裝置進行處理厚的多個晶圓的每一個的處理中檢測到的反射光的光譜的誤差總和的曲線圖，(a) 表示誤差總和與晶圓編號之間的關係， (b) 表示處理後膜厚與處理晶圓個數之間的關係。 [圖7]圖7是表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的變形例對圖2所示的膜結構進行處理時得到的來自晶圓表面的光量的曲線圖，(a) 表示光強度和厚度之間的關係，(b) 表示誤差總和與遮罩膜厚之間的關係。 [圖8]圖8是表示在由圖7所示的變形例對具有圖2所示膜結構的多個晶圓進行了處理時處理中獲得的反射光的資料的誤差的總和的值按照每個晶圓的編號表示的曲線。 [圖9]圖9是以映射方式來表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的另一變形例對具備圖2所示膜結構的晶圓進行了蝕刻處理時處理中的殘留膜厚，與以多個波長作為參數時的來自晶圓的反射光強度值的圖案之間的關係的曲線。 [圖10]圖10表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的另一變形例對具備圖2所示膜結構的晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的處理對象的膜的殘留膜厚的變化，與特定波長的光強度的一階微分值的變化之間的關係的一例的曲線。 [圖11]圖11是表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的處理對象的膜為預定的殘留膜厚時的多個波長的反射光強度的一例的曲線。 [圖12]圖12是表示藉由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料，並對該光強度的多個資料進行主成分分析而獲得的第一及第二主成分值與每個晶圓的遮罩層的初始厚度之間的關係的一例的曲線，(a)是表示第一主成分與遮罩膜厚之間的關係，(b)是表示第二主成分與遮罩膜厚之間的關係。 [圖13]圖13是表示對於由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行了蝕刻處理時處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料，使用Isometric Mapping(等距特徵映射)得到的每個資料間的距離離散度的最大值與每個晶圓的遮罩層的初始厚度之間的關係的一例的曲線圖。 [圖14]圖14是表示使用由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行蝕刻處理時，使用處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料的每個資料，進行檢測得到的以其他晶圓的預定的殘留膜厚的誤差的值為成分的資料表格的一例的表格。 [圖15]圖15是表示資料庫晶圓的組合的表格，從該組合表格能夠檢測出從圖14所示本發明實施形態的另一變形例的資料表格選出的n個晶圓的殘留膜厚。 [圖16]圖16是示意表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的多個晶圓進行蝕刻處理時，對於來自晶圓的反射光進行檢測的晶圓表面的位置的俯視圖。 [圖17]圖17是示意表示由圖1所示實施形態的再另一變形例的多個電漿處理裝置對具備圖2所示膜結構的多個晶圓的每一個進行蝕刻處理時，使用處理中得到的來自晶圓表面的膜結構的反射光的光強度的多個資料的每個資料檢測到的其他晶圓的預定的殘留膜厚的誤差總和，並將該誤差總和對應於多個電漿處理裝置的每一個進行表示的曲線。 [圖18]圖18是示意表示由圖1所示實施形態的電漿處理裝置的再另一變形例對具備圖2所示膜結構的晶圓進行蝕刻處理時，使用處理中來自晶圓的反射光檢測到的晶圓上的處理對象的膜層中的殘留膜厚的經時變化的例的曲線。 [圖19]圖19是示意表示對圖1所示實施形態的電漿處理裝置進行監視的系統的概略構成的方塊圖。
10:處理室
12:電漿
14:樣品台
16:處理對象
18:光源部
20:導入透鏡
22:照射光
24:反射光
26:檢測透鏡
28:檢測部
30:膜厚/深度計算部
40:控制部
50:光學系統
60:資料庫選擇部
100:數位信號處理部
102:波形比較器
104:膜厚/深度記憶部
106:最佳膜厚/深度確定器
120:一致性資料庫計算器
122:波形圖案資料庫
124:最佳資料庫確定器
D1:檢測部供給的時系列資料
D2:數位信號處理部供給的時系列資料
D3:波形比較器供給的膜厚/深度資料
D4:膜厚/深度記憶部供給的膜厚/深度資料

Claims (12)

  1. 一種電漿處理裝置，係使用形成在處理室內的電漿對配置在真空容器內部的該處理室內的處理對象的晶圓進行處理的電漿處理裝置，該電漿處理裝置具備： 受光器，其在前述處理對象的晶圓的處理中的多個預定時刻從前述晶圓的表面接收多個波長的光；及 檢測器，其將表示前述接收到的多個波長的光強度的資料與表示事先獲取的前述多個波長的光強度的比較資料進行比較，並使用該比較結果對前述處理對象的晶圓的處理中的處理量進行檢測； 前述檢測器，係根據事先在前述多個晶圓中的每一個的處理中獲取的表示來自該每一個晶圓表面的光的前述多個波長的光強度的資料，來量化每個晶圓彼此之間的相似度，並且根據量化了的前述相似度選擇至少一個資料作為比較資料，並且將該比較資料與在前述處理對象的晶圓的處理中獲得的表示前述多個波長的光強度的資料進行比較，藉此來檢測出前述處理量。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中， 前述檢測器，係從在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長中的光強度的多個資料，藉由使用每個波長中的每個膜厚的光譜值與前述光譜的平均值之間的差值作為誤差來量化前述相似度，並且以前述誤差的總和為最大的晶圓、前述誤差的總和為最小的晶圓、以及將它們之間的差值實質上等分的晶圓的光譜圖案作為資料庫，根據前述資料庫選擇資料來作為前述比較資料。
  3. 如請求項1之電漿處理裝置，其中， 將在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長的光強度的多個資料的該光強度與這些光強度的平均值之間的差或該差的平方值用作為表示前述相似度的指標。
  4. 如請求項1之電漿處理裝置，其中， 將針對多個資料進行主成分分析而獲得的主成分值用作為表示前述相似度的指標，該多個資料是在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長的光強度的多個資料。
  5. 如請求項1之電漿處理裝置，其中， 將針對多個資料進行降維方法的結果得到的降維成分的值用作為表示前述相似度的指標，該多個資料是在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長的光強度的多個資料。
  6. 如請求項1之電漿處理裝置，其中， 從在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長中的光強度的多個資料選出的至少1個資料為，在該至少1個資料與其他資料之間具有在事先確定的預定的允許範圍內的相似度者。
  7. 一種電漿處理方法，係使用形成在處理室內的電漿對配置在真空容器內部的該處理室內的處理對象的晶圓進行處理的電漿處理方法，該電漿處理方法具備： 在前述處理對象的晶圓的處理中的多個預定時刻從前述晶圓表面接收多個波長的光的測量工程；及 將表示該接收到的多個波長的光強度的資料與表示事先獲取的前述多個波長的光強度的比較資料進行比較，並使用該比較結果對前述處理對象的晶圓的處理中的處理量進行檢測的檢測工程； 在前述檢測工程中，係根據事先在前述多個晶圓中的每一個的處理中獲取的表示來自該每一個晶圓表面的光的前述多個波長的光強度的資料，來量化每個晶圓彼此之間的相似度，並且根據量化了的前述相似度選擇至少一個資料作為比較資料，並且將該比較資料與在前述處理對象的晶圓的處理中獲得的表示前述多個波長的光強度的資料進行比較，藉此來檢測前述處理量。
  8. 如請求項7之電漿處理方法，其中， 從在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長中的光強度的多個資料，藉由使用每個波長中的每個膜厚的光譜值與前述光譜的平均值之間的差值作為誤差來量化前述相似度，並且以前述誤差的總和為最大的晶圓、前述誤差的總和為最小的晶圓、以及將它們之間的差值實質上等分的晶圓的光譜圖案作為資料庫，根據前述資料庫選擇資料來作為前述比較資料。
  9. 如請求項7之電漿處理方法，其中， 將在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長的光強度的多個資料的該光強度與這些光強度的平均值之間的差或該差的平方值用作為表示前述相似度的指標。
  10. 如請求項7之電漿處理方法，其中， 將針對多個資料進行主成分分析而獲得的主成分值用作為表示前述相似度的指標，該多個資料是在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長的光強度的多個資料。
  11. 如請求項7之電漿處理方法，其中， 將針對多個資料進行降維方法的結果得到的降維成分的值用作為表示前述相似度的指標，該多個資料是在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長的光強度的多個資料。
  12. 如請求項7之電漿處理方法，其中， 從在前述多個晶圓的每一個的處理中事先獲取的表示前述多個波長中的光強度的多個資料選出的至少1個資料為，在該至少1個資料與其他資料之間具有在事先確定的預定的允許範圍內的相似度者。
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