(57)【要約】【課題】基板が２種類の微小構造を有する場合であっても、微小構造における形状の寸法を厳密に制御することができる基板処理制御方法を提供する。【解決手段】メモリセル８３のＣＤ値毎にＲＣＷＡを用いてメモリセル８３からの反射率のスペクトルを計算して取得し、且つスカラー解析を用いてロジック部８２からの反射率のスペクトルを計算して取得し、これら２つの反射率のスペクトルを重畳してメモリセル８３のＣＤ値毎にレファレンススペクトルデータを取得し、エッチング中において、メモリセル８３及びロジック部８２からの反射光に基づいて実測スペクトルデータを算出し、実測スペクトルデータとほぼ一致するレファレンススペクトルデータのＣＤ値をメモリセル８３の測定されたＣＤ値として取得し、該測定されたＣＤ値が所望値に達した場合に、エッチングを終了する。【選択図】図５
2010034393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射される光の波長以下の寸法の形状を有する第１の微小構造及び照射される光の波長以上の寸法の形状を有する第２の微小構造が表面上に形成された基板へ前記第１の微小構造における形状の寸法が変化する所定の基板処理を施す基板処理装置において前記所定の基板処理を制御する基板処理制御方法であって、
前記形状の寸法が変化したときの前記第１微小構造からの反射光における第１の反射率のスペクトル及び前記第２の微小構造からの反射光における第２の反射率のスペクトルを各前記形状の寸法について予め計算して取得する反射率スペクトル計算ステップと、
前記取得された第１の反射率のスペクトル及び前記取得された第２の反射率のスペクトルを重畳して各前記形状の寸法についてのレファレンススペクトルデータを取得する反射率スペクトル重畳ステップと、
前記基板に光を照射しつつ前記基板の前記第１及び第２の微小構造からの反射光を実測し、該実測された反射光における反射率のスペクトルを実測スペクトルデータとして取得する反射率スペクトル実測ステップと、
前記実測スペクトルデータと各前記レファレンススペクトルデータを比較し、前記実測スペクトルデータに最も近似する前記レファレンススペクトルデータに対応する前記形状の寸法を、前記測定される前記形状の寸法として算出する形状寸法算出ステップと、
前記算出された形状の寸法が所望値に到達した場合に前記所定の基板処理を終了する基板処理終了ステップとを有し、
前記反射率スペクトル計算ステップでは、前記第１の微小構造からの反射光からＲＣＷＡを用いて前記第１の反射率のスペクトルを取得し、前記第２の微小構造からの反射光からスカラー解析を用いて前記第２の反射率のスペクトルを取得することを特徴とする基板処理制御方法。
【請求項２】
前記反射率スペクトル重畳ステップでは、前記第１の微小構造及び前記第２の微小構造の存在比率に応じて前記取得された第１の反射率のスペクトル及び前記取得された第２の反射率のスペクトルを重畳することを特徴とする請求項１記載の基板処理制御方法。
【請求項３】
前記第１の微小構造及び前記第２の微小構造は前記基板の表面上において重ならないことを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理制御方法。
【請求項４】
前記照射される光の前記基板の表面上における直径は２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理制御方法。
【請求項５】
照射される光の波長以下の寸法の形状を有する第１の微小構造及び照射される光の波長以上の寸法の形状を有する第２の微小構造が表面上に形成された基板へ前記第１の微小構造における形状の寸法が変化する所定の基板処理を施す基板処理装置において前記所定の基板処理を制御する基板処理制御方法をコンピュータに実行させるプログラムを記憶するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記基板処理制御方法は、
前記形状の寸法が変化したときの前記第１微小構造からの反射光における第１の反射率のスペクトル及び前記第２の微小構造からの反射光における第２の反射率のスペクトルを各前記形状の寸法について予め計算して取得する反射率スペクトル計算ステップと、
前記取得された第１の反射率のスペクトル及び前記取得された第２の反射率のスペクトルを重畳して各前記形状の寸法についてのレファレンススペクトルデータを取得する反射率スペクトル重畳ステップと、
前記基板に光を照射しつつ前記基板の前記第１及び第２の微小構造からの反射光を実測し、該実測された反射光における反射率のスペクトルを実測スペクトルデータとして取得する反射率スペクトル実測ステップと、
前記実測スペクトルデータと各前記レファレンススペクトルデータを比較し、前記実測スペクトルデータに最も近似する前記レファレンススペクトルデータに対応する前記形状の寸法を、前記測定される前記形状の寸法として算出する形状寸法算出ステップと、
前記算出された形状の寸法が所望値に到達した場合に前記所定の基板処理を終了する基板処理終了ステップとを有し、
前記反射率スペクトル計算ステップでは、前記第１の微小構造からの反射光からＲＣＷＡを用いて前記第１の反射率のスペクトルを取得し、前記第２の微小構造からの反射光からスカラー解析を用いて前記第２の反射率のスペクトルを取得することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理制御方法及び記憶媒体に関し、特に、微小なラインアンドスペース構造が形成された基板に所定の処理を施す際の基板処理制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、基板としてのウエハから半導体デバイスを製造する際、エッチングによってラインアンドスペース構造が形成される。
【０００３】
図７は、エッチングによるラインアンドスペース構造の形成工程の代表的な例を示す図であり、図７（Ａ）及び７（Ｂ）は反射防止膜におけるラインアンドスペース構造の形成工程であり、図７（Ｃ）及び７（Ｄ）はフォトレジスト膜におけるラインアンドスペース構造の形成工程である。
【０００４】
図７（Ａ）及び７（Ｂ）では、シリコン基部７１上に順に積層された下地膜７２、反射防止膜（ＢＡＲＣ膜）７３、及び該反射防止膜７３を部分的に露出させるパターン構造を有するフォトレジスト膜７４を有するウエハにおいて、露出されるＢＡＲＣ膜７３がフォトレジスト膜７４をマスクとしてエッチングされる。このとき、ＢＡＲＣ膜７３は厚み方向（図中上下方向）だけでなく幅方向（図中左右方向）にもエッチングされ、結果として下地膜７２上にＢＡＲＣ膜７３の残部からなる狭小な複数のライン７５が形成される。
【０００５】
また、図７（Ｃ）及び７（Ｄ）では、シリコン基部７６上に順に積層された下地膜７７、有機膜７８、ＳｉＡＲＣ膜７９、及び所定のパターン構造を有するフォトレジスト膜８０を有するウエハにおいて、フォトレジスト膜８０のみがエッチングされる。このとき、フォトレジスト膜８０は厚み方向だけでなく幅方向にもエッチングされ、結果としてＳｉＡＲＣ膜７９上にフォトレジスト膜８０の残部からなる狭小な複数のライン８１が形成される。
【０００６】
近年、半導体デバイスの小型化が進む中、要求加工寸法の微細化が進み、さらに、より一層の高い加工精度が求められている。例えば、エッチングによって形成されるラインアンドスペース構造においてラインの幅（Critical Dimension値、以下「ＣＤ値」という。）が所望値よりも数ｎｍ異なるだけで半導体デバイスにおいて所望の性能を発揮することができないため、エッチングにおいてライン７５、８１のＣＤ値を厳密に制御することが求められている。
【０００７】
ところが、図７（Ａ）及び７（Ｂ）におけるエッチングはＢＡＲＣ膜７３が部分的にエッチングされて下地膜７２が露出したタイミングで終了され、また、図７（Ｃ）及び７（Ｄ）におけるエッチングは予め設定されたエッチング時間が経過すると終了される。すなわち、ラインに関連する寸法等を測定することなくエッチングが終了される。したがって、ライン７５、８１のＣＤ値を厳密に制御することができない。
【０００８】
そこで、ラインに関連する寸法等を白色光の反射光を用いて測定し、測定結果に基づいてエッチングを制御する方法が提案されている。例えば、テスト用のウエハにおいて計測し易い位置に計測用のラインアンドスペース構造を所定の処理条件のエッチングによって形成し、該形成されたラインアンドスペース構造のＣＤ値を測定し、該測定されたＣＤ値に基づいてエッチングの処理条件を変更する方法（フィードバック方法）や、エッチング前のウエハにおいてフォトレジスト膜のパターン構造の形状の寸法等を測定し、該測定された寸法等に基づいてエッチングの処理条件を変更する方法（フィードフォワード方法）が採用されている。
【０００９】
しかしながら、上述したフィードバック方法及びフィードフォワード方法のいずれにおいても形成されるラインの寸法を直接計測することがないため、品質保証上依然として問題がある。また、いずれの方法も測定専用の装置において測定を行うため、スループットが低下するという問題がある。
【００１０】
一方、被エッチング層のエッチング中にマスク層の膜厚を監視（測定）し、該監視されている膜厚が所定の厚さになった時点でエッチングを終了する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法ではマスク層の表面からの反射光及び該マスク層とシリコン層からの界面からの反射光の干渉がマスク層の膜厚によって変化することに基づいて、ウエハに光を照射してこれらの反射光を検出し、複数の波長の分光反射率（反射率のスペクトル）を求め、予め作製された検量線（反射率のスペクトル）に基づいてマスク層の膜厚を測定する。
【００１１】
要求加工寸法の微細化に対応した微小なラインアンドスペース構造では、同じＣＤ値の複数のラインが等間隔で配置されるが、各ラインのＣＤ値やスペースの幅は数１０ｎｍ程度まで小さくなっているため、この微小なラインアンドスペース構造は回折格子を形成する。回折格子ではラインのＣＤ値に相当する格子幅が変化すると反射光は位相シフトを起こして回折波となるため、微小なラインアンドスペース構造からの反射光もＣＤ値の変化に伴い反射光は位相シフトを起こし、反射率のスペクトルが変化する。したがって、上述した特許文献１の方法を応用すれば、ラインの寸法を直接計測してエッチングを制御する、すなわち、エッチングにおいてラインのＣＤ値の厳密な制御を行うことは容易であると考えられる。
【特許文献１】特開２００６−８６１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、スループットの低下を防止するためには、反射光の測定をエッチング装置にて行うために反射光のモニタ装置をエッチング装置に設ける必要がある。エッチング装置は複雑な構成を有するため、モニタ装置の設置場所は限られる。したがって、ウエハ上の微小なラインアンドスペース構造からの反射光の測定に好適な箇所にモニタ装置を移動することができない。
【００１３】
また、半導体デバイスとしてのチップでは、通常、図８に示すように、２種類の微小なラインアンドスペース構造を有する。比較的各ラインのピッチが大きい（疎な）ラインアンドスペース構造はロジック部８２であり、比較的各ラインのピッチが小さい（密な）ラインアンドスペース構造はメモリセル８３であるが、上述したようにモニタ装置を移動することができないため、該モニタ装置とウエハ上のチップを極限まで近づけることができず、モニタ装置からの照射光のスポット径が大きくなりロジック部８２及びメモリセル８３のそれぞれに照射光が照射される場合がある。また、モニタ装置をメモリセル８３のみに対向させてメモリセル８３からの反射光のみを受光するようにモニタ装置を配置することができない場合がある。その結果、モニタ装置がメモリセル８３の反射光だけでなくロジック部８２からの反射光も受光する場合がある。
【００１４】
上述した特許文献１の方法は単一の膜厚のマスク膜からの反射光を検出して膜厚を測定することを前提とし、複数の膜厚が混在するマスク膜からの反射光を検出して膜厚を測定することを考慮していないため、ロジック部８２及びメモリセル８３の両方から反射光が発生するチップにおいて、特許文献１の方法を応用しても、受光された反射光における複数の波長の分光反射率を単一のラインアンドスペース構造からの反射光の検出を考慮して予め作製された検量線と比較することになるが、上記分光反射率と予め作製された検量線では前提とするラインアンドスペース構造の数が異なるため、正確な比較を行うことは不可能である。したがって、エッチングにおいてラインアンドスペース構造のラインのＣＤ値を厳密に制御することは困難である。
【００１５】
本発明の目的は、基板が２種類の微小構造を有する場合であっても、微小構造における形状の寸法を厳密に制御することができる基板処理制御方法及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理制御方法は、照射される光の波長以下の寸法の形状を有する第１の微小構造及び照射される光の波長以上の寸法の形状を有する第２の微小構造が表面上に形成された基板へ前記第１の微小構造における形状の寸法が変化する所定の基板処理を施す基板処理装置において前記所定の基板処理を制御する基板処理制御方法であって、前記形状の寸法が変化したときの前記第１微小構造からの反射光における第１の反射率のスペクトル及び前記第２の微小構造からの反射光における第２の反射率のスペクトルを各前記形状の寸法について予め計算して取得する反射率スペクトル計算ステップと、前記取得された第１の反射率のスペクトル及び前記取得された第２の反射率のスペクトルを重畳して各前記形状の寸法についてのレファレンススペクトルデータを取得する反射率スペクトル重畳ステップと、前記基板に光を照射しつつ前記基板の前記第１及び第２の微小構造からの反射光を実測し、該実測された反射光における反射率のスペクトルを実測スペクトルデータとして取得する反射率スペクトル実測ステップと、前記実測スペクトルデータと各前記レファレンススペクトルデータを比較し、前記実測スペクトルデータに最も近似する前記レファレンススペクトルデータに対応する前記形状の寸法を、前記測定される前記形状の寸法として算出する形状寸法算出ステップと、前記算出された形状の寸法が所望値に到達した場合に前記所定の基板処理を終了する基板処理終了ステップとを有し、前記反射率スペクトル計算ステップでは、前記第１の微小構造からの反射光からＲＣＷＡを用いて前記第１の反射率のスペクトルを取得し、前記第２の微小構造からの反射光からスカラー解析を用いて前記第２の反射率のスペクトルを取得することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の基板処理制御方法は、請求項１記載の基板処理制御方法において、前記反射率スペクトル重畳ステップでは、前記第１の微小構造及び前記第２の微小構造の存在比率に応じて前記取得された第１の反射率のスペクトル及び前記取得された第２の反射率のスペクトルを重畳することを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の基板処理制御方法は、請求項１又は２記載の基板処理制御方法において、前記第１の微小構造及び前記第２の微小構造は前記基板の表面上において重ならないことを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の基板処理制御方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理制御方法において、前記照射される光の前記基板の表面上における直径は２０ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項５記載の記憶媒体は、照射される光の波長以下の寸法の形状を有する第１の微小構造及び照射される光の波長以上の寸法の形状を有する第２の微小構造が表面上に形成された基板へ前記第１の微小構造における形状の寸法が変化する所定の基板処理を施す基板処理装置において前記所定の基板処理を制御する基板処理制御方法をコンピュータに実行させるプログラムを記憶するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記基板処理制御方法は、前記形状の寸法が変化したときの前記第１微小構造からの反射光における第１の反射率のスペクトル及び前記第２の微小構造からの反射光における第２の反射率のスペクトルを各前記形状の寸法について予め計算して取得する反射率スペクトル計算ステップと、前記取得された第１の反射率のスペクトル及び前記取得された第２の反射率のスペクトルを重畳して各前記形状の寸法についてのレファレンススペクトルデータを取得する反射率スペクトル重畳ステップと、前記基板に光を照射しつつ前記基板の前記第１及び第２の微小構造からの反射光を実測し、該実測された反射光における反射率のスペクトルを実測スペクトルデータとして取得する反射率スペクトル実測ステップと、前記実測スペクトルデータと各前記レファレンススペクトルデータを比較し、前記実測スペクトルデータに最も近似する前記レファレンススペクトルデータに対応する前記形状の寸法を、前記測定される前記形状の寸法として算出する形状寸法算出ステップと、前記算出された形状の寸法が所望値に到達した場合に前記所定の基板処理を終了する基板処理終了ステップとを有し、前記反射率スペクトル計算ステップでは、前記第１の微小構造からの反射光からＲＣＷＡを用いて前記第１の反射率のスペクトルを取得し、前記第２の微小構造からの反射光からスカラー解析を用いて前記第２の反射率のスペクトルを取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の基板処理制御方法及び請求項５記載の記憶媒体によれば、所定の基板処理によって形状の寸法が変化したときの第１の微小構造からの反射光における第１の反射率のスペクトル及び第２の微小構造からの反射光における第２の反射率のスペクトルを各形状の寸法について予め計算して取得し、さらに、取得された２つの反射率のスペクトルを重畳して各形状の寸法についてのレファレンススペクトルデータを取得した後、第１及び第２の微小構造からの実測された反射光における反射率のスペクトルを実測スペクトルデータとして取得し、実測スペクトルデータに最も近似するレファレンススペクトルデータに対応する形状の寸法を、測定される形状の寸法として算出し、該算出された形状の寸法が所望値に到達した場合に所定の基板処理を終了する。実測スペクトルデータでは第１の反射率のスペクトル及び第２の反射率のスペクトルが重畳されているが、各レファレンススペクトルデータにおいても第１の反射率のスペクトル及び第２の反射率のスペクトルが重畳されているので、実測スペクトルデータと各レファレンススペクトルデータが前提とする微小構造の数が同じになり、これにより、実測スペクトルデータと各レファレンススペクトルデータの正確な比較を行うことが可能となる。また、スペクトルを用いると反射光の重畳を複数のスペクトルの和で表すことができるため、計算されて取得された各レファレンススペクトルデータの正確性を向上することができる。その結果、基板が第１の微小構造及び第２の微小構造、すなわち、２種類の微小構造を有する場合であっても、微小構造における形状の寸法を正確に測定することができ、もって、微小構造における形状の寸法を厳密に制御することができる。
【００２２】
また、反射率スペクトル計算ステップでは、照射される光の波長以下の寸法の形状を有する第１の微小構造からの反射光からＲＣＷＡを用いて上記第１の反射率のスペクトルを取得し、照射される光の波長以上の寸法の形状を有する第２の微小構造からの反射光からスカラー解析を用いて上記第２の反射率のスペクトルを取得する。照射される光の波長以下の寸法の形状からの反射光はスカラー解析を用いて正確に解析することができないが、ＲＣＷＡを用いて正確に解析することができる。一方、スカラー解析はＲＣＷＡよりも単純であるので解析時間が短い。したがって、ＲＣＷＡ及びスカラー解析を使い分けることによって各レファレンススペクトルデータの正確性をさらに向上することができるとともに、各レファレンススペクトルデータの取得に要する時間が無駄に長くなるのを防止することができる。
【００２３】
請求項２記載の基板処理制御方法によれば、第１の微小構造及び第２の微小構造の存在比率に応じて、取得された第１の反射率のスペクトル及び取得された第２の反射率のスペクトルを重畳して各形状の寸法についてのレファレンススペクトルデータを取得するので、各レファレンススペクトルデータの正確性をより向上することができる。
【００２４】
請求項３記載の基板処理制御方法によれば、第１の微小構造及び第２の微小構造は基板の表面上において重ならないので、第１の微小構造からの反射光及び第２の微小構造からの反射光は干渉しない。その結果、実測スペクトルデータは第１の微小構造からの反射光及び第２の微小構造からの反射光を重畳した反射光における反射率のスペクトルとなるため、実測スペクトルデータは第１の反射率のスペクトル及び第２の反射率のスペクトルが重畳されているレファレンススペクトルデータと正確に比較されることができ、もって、微小構造における形状の寸法をより正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、本発明の実施の形態に係る基板処理制御方法が適用される基板処理装置について説明する。この基板処理装置は基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗにプラズマを用いたエッチングを施すように構成されている。この基板処理装置１０では、ウエハＷの表面上に、図８に示すようなラインアンドスペース構造であるロジック部８２及びメモリセル８３を形成する。なお、このウエハＷにおいてメモリセル８３及びロジック部８２は該ウエハＷの表面上において重ならない。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る基板処理制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２８】
図１において、基板処理装置１０は、例えば、アルミニウム等の導電性材料からなる処理室１１と、ウエハＷを載置する載置台として処理室１１内の底面に配設される下部電極１２と、該下部電極１２の上方に所定の間隔を隔てて配設されたシャワーヘッド１３とを備える。
【００２９】
処理室１１の下部には真空排気装置（図示しない）が接続された排気部１４が接続され、下部電極１２には整合器１５を介して高周波電源１６が接続され、シャワーヘッド１３の内部のバッファ室１７には処理ガス導入管１８が接続され、該処理ガス導入管１８には処理ガス供給装置１９が接続されている。シャワーヘッド１３はその下部において、バッファ室１７と、シャワーヘッド１３及び下部電極１２の間の空間である処理空間Ｓとを連通させる複数のガス穴２０を有する。シャワーヘッド１３は、処理ガス導入管１８からバッファ室１７に導入された処理ガスを、複数のガス穴２０を介して処理空間Ｓに供給する。
【００３０】
この基板処理装置１０では、排気部１４によって処理室１１内を所定の真空度まで減圧した後、下部電極１２から処理空間Ｓに高周波電圧を印加した状態で、シャワーヘッド１３から処理空間Ｓへ処理ガスを供給し、処理空間Ｓにおいて処理ガスからプラズマを発生させる。該発生したプラズマは、ウエハＷのマスク膜８４ａ，８４ｂによって覆われていない部分の被エッチング層８５ａ，８５ｂをエッチングし、ロジック部８２やメモリセル８３を形成する。
【００３１】
処理室１１内のシャワーヘッド１３には下部電極１２に載置されたウエハＷを上方から観測するためのモニタ装置２１が配設されている。モニタ装置２１は円筒状の部材からなり、シャワーヘッド１３を貫通する。モニタ装置２１の上端には石英ガラス等の透明体からなる窓部材２２が設けられている。また、処理室１１の上方にはモニタ装置２１の上端と集光レンズ２３を介して対向する光ファイバ２４が配置されている。
【００３２】
光ファイバ２４は、メモリセル８３のラインの幅（ＣＤ値）を測定するＣＤ値測定装置２５に接続されている。ＣＤ値測定装置２５は、光ファイバ２４にそれぞれ接続された白色光源２６及び分光部２７と、該分光部２７に接続された光検出部２８と、該光検出部２８に接続された演算部２９と、該演算部２９に接続された記憶部３０とを備え、基板処理装置１０のコントローラ（図示しない）の制御下で作動する。白色光源２６としては、例えば、Ｘｅフラッシュランプ光やハロゲンランプ光が用いられる。また、分光部２７としては、例えば、プリズムが用いられる。なお、コントローラは、ＣＤ値測定装置２５だけでなく、基板処理装置１０の各構成要素、例えば、高周波電源１６にも接続され、各構成要素の動作を制御する。
【００３３】
ＣＤ値測定装置２５では、白色光源２６が白色光を光ファイバ２４、集光レンズ２３及びモニタ装置２１を介して下部電極１２上のウエハＷに向けて照射し、分光部２７はウエハＷからの反射光を光ファイバ２４等を介して受光する。さらに、分光部２７は受光した反射光を波長毎に分光し、光検出部２８は波長毎の反射光の反射率を検出し、各波長における反射率を電気信号に変換して演算部２９に送信する。演算部２９は受信した電気信号に基づいて反射率のスペクトルを図２に示す実測スペクトルデータとして算出し、該実測スペクトルデータを記憶部３０に予め記憶された後述のレファレンススペクトルデータと比較することによってメモリセル８３のＣＤ値を測定する。
【００３４】
メモリセル８３のＣＤ値を厳密に制御するためには、エッチング中においてメモリセル８３のＣＤ値を測定する必要がある。ここで、近年の要求加工寸法の微細化に応えるためメモリセル８３のＣＤ値やスペースの幅は数１０ｎｍ程度である。したがって、白色光が照射されるとメモリセル８３は回折格子として機能する。回折格子ではラインのＣＤ値に相当する格子幅が変化すると反射光は位相シフトを起こすため、メモリセル８３のＣＤ値が変化すると該メモリセル８３からの反射光も位相シフトを起こし、該反射光における各波長の反射率が変化する。すなわち、メモリセル８３のＣＤ値が変化すると反射率のスペクトルも変化する。
【００３５】
そこで、図３に示すように、シミュレーションによって予めＣＤ値毎に反射率のスペクトルを計算してレファレンススペクトルデータとして取得しておけば、実測された反射率のスペクトル（実測スペクトルデータ）（図２）と各ＣＤ値のレファレンススペクトルデータ（図３中の各データ）とを比較することにより、エッチング中においてメモリセル８３のＣＤ値を算出することができる。具体的には、実測スペクトルデータとほぼ一致するレファレンススペクトルデータのＣＤ値をメモリセル８３のＣＤ値として算出する。
【００３６】
ところで、上述したように、基板処理装置１０ではモニタ装置２１の設置場所は限られるため、白色光源２６からの白色光のウエハＷの表面上におけるスポット径が２０ｍｍ程度となり、また、モニタ装置２１をメモリセル８３のみに対向するように配置することができない。その結果、分光部２７が受光する反射光にはメモリセル８３からの反射光だけでなくロジック部８２からの反射光が重畳される場合がある。
【００３７】
この場合、各レファレンススペクトルデータにおいても反射光の重畳を考慮する必要がある。換言すると、実測スペクトルデータが前提とするラインアンドスペース構造の数は２であるため、レファレンススペクトルデータを実測スペクトルデータと比較するためには、レファレンススペクトルデータが前提とするラインアンドスペース構造の数を２とする必要がある。
【００３８】
本実施の形態では、これに対応して、シミュレーションによって予めＣＤ値毎にレファレンススペクトルデータを計算して取得する際に、メモリセル８３からのＣＤ値毎の反射率のスペクトルだけでなくロジック部８２からの反射率のスペクトルを算出してこれらの反射率のスペクトルを重畳する。
【００３９】
また、メモリセル８３のＣＤ値は数１０ｎｍであるが、照射される白色光の波長は数１００ｎｍであるため、メモリセル８３のＣＤ値は照射される白色光の波長以下である。したがって、メモリセル８３のＣＤ値はメモリセル８３からの反射光の波長の大部分よりも小さい。一方、ロジック部８２におけるラインの幅やスペースの幅は数１０００ｎｍであるため、ロジック部８２におけるラインの幅は照射される白色光の波長以上である。したがって、ロジック部８２におけるラインの幅はロジック部８２からの反射光の波長の殆どよりも大きい。
【００４０】
一般に回折波の（周波数）解析において、測定対象物の寸法が回折波の波長以上の場合には反射率及び光路差のみに基づいて実行可能なスカラー解析を用いることができるが、測定対象物の寸法が回折波の波長以下の場合、スカラー解析を用いることができず、電磁気的な厳密計算であるＲＣＷＡ（Rigorous Coupling Wave Analysis:厳密結合波解析）を用いる必要がある（ＲＣＷＡについては米国特許出願第０９／７７０，９９７号明細書（「厳密結合波解析における内挿計算のキャッシング」）を参照。）。ＲＣＷＡは測定対象物の寸法が回折波の波長以下の場合にも用いることができるが、ＲＣＷＡではベクトルの固有値を求めるため、計算に時間を要する。
【００４１】
そこで、本実施の形態では、ＣＤ値毎のレファレンススペクトルデータの取得において、メモリセル８３からの反射光に関して反射率のスペクトル（以下、「メモリセル８３からの反射率のスペクトル」という。）（第１の反射率スペクトル）を計算して取得する際にＲＣＷＡを用いるとともに、ロジック部８２からの反射光に関して反射率のスペクトル（以下、「ロジック部８２からの反射率のスペクトル」という。）（第２の反射率スペクトル）を計算して取得する際にスカラー解析を用いる。
【００４２】
また、ウエハＷの表面上における白色光のスポットにはメモリセル８３及びロジック部８２の両方が存在する場合において、ロジック部８２及びメモリセル８３の存在比率は、ウエハＷの表面上に形成されるチップの種類に応じて変化する。ロジック部８２及びメモリセル８３の存在比率が変化すると、分光部２７が受光する反射光におけるロジック部８２からの反射光の光量とメモリセル８３からの反射光の光量との比率が変化する。すなわち、ロジック部８２及びメモリセル８３の存在比率の変化に応じて実測スペクトルデータが変化する。したがって、レファレンススペクトルデータにおいてもロジック部８２及びメモリセル８３の存在比率の変化を考慮する必要がある。
【００４３】
本実施の形態では、これに対応して、シミュレーションによって予めレファレンススペクトルデータを取得する際に、メモリセル８３からの反射率のスペクトルにロジック部８２からの反射率のスペクトルを単純和せず、スポットにおけるロジック部８２及びメモリセル８３の存在比率に応じて重畳する。具体的には下記式（１）によって各レファレンススペクトルデータＳＲを算出する。
【００４４】
【数１】
2010034393.tif 000003
【００４５】
ＩＭは各波長におけるメモリセル８３からの反射率、ＩＬは各波長におけるロジック部８２からの反射率、ｆはスポットにおけるメモリセル８３の存在比率（％）、１００−ｆはスポットにおけるロジック部８２の存在比率（％）である。上記式（１）によれば、例えば、存在比率ｆが６０％から３０％に変化すると、図４に示すように、レファレンススペクトルデータＳＲが、スポットにおいてロジック部８２のみが存在する場合のレファレンススペクトルデータに近づくように変化する。なお、本実施の形態では、同じメモリセル８３のＣＤ値においてメモリセル８３の存在比率を変化させて各存在比率におけるレファレンススペクトルデータを取得する。
【００４６】
以上のように、メモリセル８３のＣＤ値毎、且つメモリセル８３の存在比率毎に取得されたレファレンススペクトルデータは、少なくともエッチング開始前迄に記憶部３０へ記憶される。
【００４７】
図５は、本実施の形態に係る基板処理制御方法としてのエッチング制御処理のフローチャートである。
【００４８】
図５において、まず、ウエハＷの表面上における白色光のスポットにおいてエッチングによって形成されることが予想されるメモリセル８３やロジック部８２のシミュレーション用モデルを作成し、該シミュレーション用モデルを用いて、上述したように、メモリセル８３のＣＤ値毎にＲＣＷＡを用いてメモリセル８３からの反射率のスペクトルを計算して取得し、且つスカラー解析を用いてロジック部８２からの反射率のスペクトルを計算して取得し（ステップＳ５１）（反射率スペクトル計算ステップ）、さらに、同じメモリセル８３のＣＤ値に関してメモリセル８３の存在比率毎に、上記式（１）に基づいてメモリセル８３からの反射率のスペクトルとロジック部８２からの反射率のスペクトルとをスポットにおけるロジック部８２及びメモリセル８３の存在比率に応じて重畳し、これにより、メモリセル８３のＣＤ値毎且つメモリセル８３の存在比率毎にレファレンススペクトルデータを取得し（反射率スペクトル重畳ステップ）、さらに、該取得された各レファレンススペクトルデータを記憶部３０に記憶する（ステップＳ５２）。
【００４９】
次いで、基板処理装置１０においてウエハＷのエッチングを開始し（ステップＳ５３）、さらに、白色光源２６が白色光をウエハＷに向けて照射し、分光部２７が白色光のスポットにおけるメモリセル８３やロジック部８２からの反射光を受光し（ステップＳ５４）、分光部２７及び演算部２９は、受光した反射光を波長毎に分光して実測スペクトルデータを算出する（ステップＳ５５）（反射率スペクトル実測ステップ）。
【００５０】
次いで、演算部２９は、算出された実測スペクトルデータと記憶部３０に記憶された各レファレンススペクトルデータを比較し、実測スペクトルデータとほぼ一致するレファレンススペクトルデータのＣＤ値をメモリセル８３の推定ＣＤ値（測定される形状の寸法）として算出する（ステップＳ５６）（形状寸法算出ステップ）。
【００５１】
ここで、算出された推定ＣＤ値は、シミュレーション用モデルに基づいたレファレンスデータから計算された値であるため、推定ＣＤ値と実際のＣＤ値との間に誤差が生じる場合がある。本実施の形態では、これに対応して、エッチングの開始に先立ち、他のウエハＷ等を用いて推定ＣＤ値と実際のＣＤ値の相関関係（図６）を求め、該相関関係を用いて推定ＣＤ値を補正し、該補正された推定ＣＤ値を測定されたＣＤ値として取得する（ステップＳ５７）。
【００５２】
次いで、ステップＳ５８において、コントローラは測定されたＣＤ値が所望値に到達したか否かを判別し、測定されたＣＤ値が所望値に達していない場合には、ステップＳ５４に戻り、測定されたＣＤ値が所望値に達した場合には、ウエハＷのエッチングを終了した（ステップＳ５９）（基板処理終了ステップ）後、本処理を終了する。
【００５３】
図５のエッチング制御処理によれば、実測スペクトルデータではメモリセル８３からの反射率のスペクトル及びロジック部８２からの反射率のスペクトルが重畳されているが、各レファレンススペクトルデータにおいてもメモリセル８３からの反射率のスペクトル及びロジック部８２からの反射率のスペクトルが重畳されているので、実測スペクトルデータと各レファレンススペクトルデータが前提とするラインアンドスペース構造の数が同じになり、これにより、実測スペクトルデータと各レファレンススペクトルデータの正確な比較を行うことが可能となる。また、スペクトルを用いると反射光の重畳を複数のスペクトルの和で表すことができるため、計算されて取得された各レファレンススペクトルデータの正確性を向上することができる。その結果、ウエハＷがメモリセル８３及びロジック部８２、すなわち、２種類のラインアンドスペース構造を有する場合であっても、メモリセル８３のＣＤ値を正確に測定することができ、もって、メモリセル８３のＣＤ値を厳密に制御することができる。
【００５４】
また、図５のエッチング制御処理では、照射される白色光の波長以下のＣＤ値を有するメモリセル８３からの反射光からＲＣＷＡを用いて上記メモリセル８３からの反射率のスペクトルを取得し、照射される白色光の波長以上のラインの幅を有するロジック部８２からの反射光からスカラー解析を用いて上記ロジック部８２からの反射率のスペクトルを取得する。照射される白色光の波長以下の寸法の形状からの反射光はスカラー解析を用いて正確に解析することができないが、ＲＣＷＡを用いて正確に解析することができる。一方、スカラー解析はＲＣＷＡよりも単純であるので解析時間が短い。したがって、ＲＣＷＡ及びスカラー解析を使い分けることによって各レファレンススペクトルデータの正確性をさらに向上することができるとともに、各レファレンススペクトルデータの取得に要する時間が無駄に長くなるのを防止することができる。
【００５５】
さらに、図５のエッチング制御処理では、メモリセル８３及びロジック部８２の存在比率に応じてメモリセル８３からの反射率のスペクトル及び取得されたロジック部８２からの反射率のスペクトルを重畳して各レファレンススペクトルデータを取得するので、各レファレンススペクトルデータの正確性をより向上することができる。
【００５６】
また、上述したウエハＷでは、メモリセル８３及びロジック部８２は該ウエハＷの表面上において重ならないので、メモリセル８３からの反射光及びロジック部８２からの反射光は干渉しない。その結果、実測スペクトルデータはメモリセル８３からの反射光及びロジック部８２からの反射光を重畳した反射光における反射率のスペクトルとなるため、実測スペクトルデータはメモリセル８３からの反射率のスペクトル及びロジック部８２からの反射率のスペクトルが重畳されているレファレンススペクトルデータと正確に比較されることができ、もって、メモリセル８３のＣＤ値をより正確に測定することができる。
【００５７】
上述した図５のエッチング制御処理は、エッチング中においてラインアンドスペース構造のＣＤ値を厳密に制御するために実行されるが、図５のエッチング制御処理による制御対象はこれに限られず、例えば、エッチングによって形成されるホールの径を厳密に制御してもよい。具体的には、白色光のスポットにおいて径が異なる２種類のホールが存在する場合に白色光の波長以下の径を有するホールの径を厳密に制御することができる。
【００５８】
また、上述した図５のエッチング制御処理は、白色光のスポットにおいて２種類のラインアンドスペース構造が存在する場合に実行されるが、白色光のスポットにおいて３種類以上のラインアンドスペース構造が存在する場合に適用することができる。この場合、３種類以上のラインアンドスペース構造のそれぞれからの反射光における反射率のスペクトルが重畳されてレファレンススペクトルデータが取得され、該レファレンススペクトルデータが実測スペクトルデータと比較される。
【００５９】
なお、上述した本実施の形態では、基板処理装置１０においてエッチングが施される基板は半導体デバイス用のウエハであったが、エッチングが施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。
【００６０】
また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ（例えば、コントローラ）に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【００６１】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６２】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００６３】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００６４】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００６５】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理制御方法が適用される基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る基板処理制御方法において用いられる実測スペクトルデータを示す図である。
【図３】本実施の形態に係る基板処理制御方法において用いられるレファレンススペクトルデータを示す図である。
【図４】メモリセル及びロジック部の存在比率が変化したときのレファレンススペクトルデータの変化の様子を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る基板処理制御方法としてのエッチング制御処理のフローチャートである。
【図６】推定ＣＤ値と実際のＣＤ値の相関関係を示す断面図である。
【図７】エッチングによるラインアンドスペース構造の形成工程の代表的な例を示す図であり、図７（Ａ）及び７（Ｂ）は反射防止膜におけるラインアンドスペース構造の形成工程であり、図７（Ｃ）及び７（Ｄ）はフォトレジスト膜におけるラインアンドスペース構造の形成工程である。
【図８】半導体デバイスとしてのチップにおけるロジック部及びメモリセルの構造を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｗ  ウエハ
１０  基板処理装置
２５  ＣＤ値測定装置
２７  分光部
２８  光検出部
２９  演算部
３０  記憶部
８２  ロジック部
８３  メモリセル  
【図１】
2010034393.tif 000004
【図２】
2010034393.tif 000005
【図３】
2010034393.tif 000006
【図４】
2010034393.tif 000007
【図５】
2010034393.tif 000008
【図６】
2010034393.tif 000009
【図７】
2010034393.tif 000010
【図８】
2010034393.tif 000011