(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜が形成された基板に電磁波を入射して上記電磁波の吸収スペクトルを測定するステップ（ａ）と、
上記吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｂ）とを備え、
上記ステップ（ｂ）では、上記吸収スペクトルにおける吸収ピークのピーク高さの変化とピーク位置のシフトとから上記成膜温度を算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項２】
膜が形成された基板に電磁波を入射して上記電磁波の吸収スペクトルを測定するステップ（ａ）と、
上記吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｂ）とを備え、
上記膜はフッ素添加シリコン酸化膜であり、
上記ステップ（ｂ）では、上記吸収スペクトルにおける酸化シリコン（ＳｉＯ2）の吸収ピークとフッ化シリコン（ＳｉＦ）の吸収ピークとの間隔の変化から上記成膜温度を算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の温度測定方法において、
上記ステップ（ａ）では、上記電磁波として赤外線を入射し、
上記ステップ（ｂ）では、上記赤外線の吸収スペクトルの形状から上記成膜温度を算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項４】
請求項３記載の温度測定方法において、
予め、膜の成膜温度に対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、
上記ステップ（ｂ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと、上記膜の上記赤外線吸収スペクトルとを比較して、上記成膜温度を算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項５】
請求項４記載の温度測定方法において、
上記ステップ（ｂ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと上記赤外線吸収スペクトルとの形状に基づいて多変量解析を行なって、上記成膜温度を算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項６】
膜が形成された基板に赤外線を入射して上記赤外線吸収スペクトルを測定するステップ（ａ）と、
上記赤外線吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｂ）とを備え、
上記膜はフッ素添加シリコン酸化膜であって、
予め、膜の成膜温度に対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、
上記ステップ（ｂ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトル及び上記膜の上記赤外線吸収スペクトル間のピーク部の最大吸収値の差と、最大吸収値を示す波長の差と、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の吸収ピークとフッ化シリコン（ＳｉＦ）の吸収ピークとの間隔の差とに起因するパターンのずれを比較して、上記成膜温度を算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項７】
請求項６記載の温度測定方法において、
上記ステップ（ｂ）では、上記パターンのずれに基づいて多変量解析を行なって、上記成膜温度を算出することを特徴とする膜の評価方法。
【請求項８】
請求項３〜７のうちいずれか１つに記載の温度測定方法において、
上記ステップ（ａ）では、上記膜及び基板の赤外線吸収スペクトルから予め測定しておいた上記基板の赤外線吸収スペクトルを差し引くことにより、上記膜のみの赤外線吸収スペクトルを求めることを特徴とする温度測定方法。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１つに記載の温度測定方法において、
上記ステップ（ａ）では、予め、上記基板を成膜装置内に配置して、上記基板上に上記膜を形成し、
上記ステップ（ｂ）では、上記膜の成膜温度を上記成膜装置内の温度として算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１０】
膜を構成要素として有する半導体装置の製造方法であって、
成膜装置内に配置された下地ウエハ上に上記膜を形成するステップ（ａ）と、
上記膜が形成されたウエハに赤外線を入射して赤外線吸収スペクトルを測定するステップ（ｂ）と、
上記赤外線吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｃ）と、
上記ステップ（ｃ）で算出された上記成膜温度に応じて上記成膜装置の設定条件を制御するステップ（ｄ）とを備え、
上記ステップ（ｃ）では、上記赤外線吸収スペクトルにおける吸収ピークのピーク高さの変化とピーク位置のシフトとから上記成膜温度を算出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
膜を構成要素として有する半導体装置の製造方法であって、
成膜装置内に配置された下地ウエハ上に上記膜を形成するステップ（ａ）と、
上記膜が形成されたウエハに赤外線を入射して赤外線吸収スペクトルを測定するステップ（ｂ）と、
上記赤外線吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｃ）と、
上記ステップ（ｃ）で算出された上記成膜温度に応じて上記成膜装置の設定条件を制御するステップ（ｄ）とを備え、
上記膜はフッ素添加シリコン酸化膜であり、
上記ステップ（ｃ）では、上記赤外線吸収スペクトルにおける酸化シリコン（ＳｉＯ2）の吸収ピークとフッ化シリコン（ＳｉＦ）の吸収ピークとの間隔の変化から上記成膜温度を算出することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法において、
予め、膜の成膜温度に対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、
上記ステップ（ｃ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと、上記ステップ（ｂ）で測定された上記膜の上記赤外線吸収スペクトルとを比較して、上記成膜温度を算出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、
上記ステップ（ｃ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと上記赤外線吸収スペクトルとの形状に基づいて多変量解析を行なって、上記成膜温度を算出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
膜を構成要素として有する半導体装置の製造方法であって、
成膜装置内に配置された下地ウエハ上に上記膜を形成するステップ（ａ）と、
上記膜が形成されたウエハに赤外線を入射して赤外線吸収スペクトルを測定するステップ（ｂ）と、
上記赤外線吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｃ）と、
上記ステップ（ｃ）で算出された上記成膜温度に応じて上記成膜装置の設定条件を制御するステップ（ｄ）とを備え、
上記膜はフッ素添加シリコン酸化膜であって、
予め、膜の成膜温度に対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、
上記ステップ（ｃ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトル及び上記ステップ（ｂ）で測定された上記膜の上記赤外線吸収スペクトル間のピーク部の最大吸収値の差と、最大吸収値を示す波長の差と、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の吸収ピークとフッ化シリコン（ＳｉＦ）の吸収ピークとの間隔の差とに起因するパターンのずれを比較して、上記成膜温度を算出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の半導体装置の製造方法において、
上記ステップ（ｃ）では、上記パターンのずれに基づいて多変量解析を行なって、上記成膜温度を算出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に搭載される各種のトランジスタや半導体メモリ等の半導体装置を製造するために利用することができる、膜の評価方法，温度測定方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、多層配線の層間絶縁膜には比誘電率の低いフッ素添加シリコン酸化膜（以下、ＦＳＧ膜と称する）が用いられている。このＦＳＧ膜の形成は、微細な配線間の埋め込みに適しているＨＤＰ−ＣＶＤ（High Density Plasma-Chemical Vapor Deposition）装置で成膜されることが一般的である。
【０００３】
しかしながら、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置は、静電チャックによりウエハを保持する構造となっていることから、成膜温度のモニタリングが不可能であるという不具合がある。さらに、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度は成膜時のＲＦパワー等により決定されるが、熱電対付きシリコン基板等による実温度の測定が困難であるため、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度は正確には分からない。
【０００４】
そこで、本出願人は、国際公開ＷＯ９９／５７１４６号公報に記載されたシリコン基板上のアモルファスシリコン層の回復レートによる温度測定技術を用いて、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度を測定していた。
【０００５】
なお、エリプソメトリ分光法に関連する文献としては、上記国際公開公報の他に、
▲１▼  Nuclear Insruments and Methods in Physics Research B19/20(1987)p.577-581
▲２▼  特開平０６−０７７３０１号公報
▲３▼  Siemens Forsch.-u.Entwickl.-Ber.Bd.10(1981)Nr.1,p.48-52
▲４▼  特開平０５−２４９０３１号公報
などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアモルファスシリコン層の回復レートによる成膜温度の測定方法では、予めシリコン基板上にアモルファスシリコン層を形成する工程が必要なことなど、事前準備が必要であった。また、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度を測定するには、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置のプロセスでの稼働を停止させて、温度測定専用の条件で膜の形成を行なう必要があった。つまり、ＣＶＤ装置をオフラインにする必要があった。
【０００７】
本発明の目的は、成膜装置をオフラインにすることなく、つまり、成膜装置の生産性を劣化させることなく、容易に成膜装置によって形成された膜の特性や成膜温度を測定することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜の評価方法は、膜が形成された基板に電磁波を入射して上記電磁波の吸収スペクトルを測定するステップ（ａ）と、上記吸収スペクトルの形状から上記膜の膜質に対応する特定の値を算出するステップ（ｂ）とを備えている。
【０００９】
この方法により、電磁波の吸収スペクトルを利用して、膜の特性を検知することができるので、成膜装置の制御や半導体装置などの膜の良否の判定に利用しうる資料が得られる。
【００１０】
上記ステップ（ａ）では、上記電磁波として赤外線を入射し、上記ステップ（ｂ）では、上記赤外線の吸収スペクトルの形状から上記特定の値を算出することができる。
【００１１】
その場合には、予め、膜の膜質のレベルに対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、上記ステップ（ｂ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと、上記膜の上記赤外線吸収スペクトルとを比較して、上記特定の値を算出することにより、簡便に特定の値を得ることができる。
【００１２】
上記ステップ（ｂ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと上記赤外線吸収スペクトルの形状に基づいて多変量解析を行なって、上記特定の値を算出することにより、ＰＬＳ法（Partial Least Squres Regression ）などの手法を利用して、高精度で特定の値を算出することが可能になる。
【００１３】
上記ステップ（ａ）では、上記膜及び基板の赤外線吸収スペクトルから予め測定しておいた上記基板の赤外線吸収スペクトルを差し引くことにより、上記膜のみの赤外線吸収スペクトルを求めることが好ましい。
【００１４】
本発明の温度測定方法は、膜が形成された基板に電磁波を入射して上記電磁波の吸収スペクトルを測定するステップ（ａ）と、上記吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｂ）とを備えている。
【００１５】
この方法により、電磁波の吸収スペクトルを利用して、膜の成膜温度を検知することができるので、成膜装置の制御や半導体装置などの膜の良否の判定に利用しうる資料が得られる。
【００１６】
上記ステップ（ａ）では、上記電磁波として赤外線を入射し、上記ステップ（ｂ）では、上記赤外線の吸収スペクトルの形状から上記成膜温度を算出することができる。
【００１７】
予め、膜の成膜温度に対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、上記ステップ（ｂ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと、上記膜の上記赤外線吸収スペクトルとを比較して、上記成膜温度を算出することにより、簡便に成膜温度を算出することができる。
【００１８】
上記ステップ（ｂ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと上記赤外線吸収スペクトルとの形状に基づいて多変量解析を行なって、上記成膜温度を算出することにより、ＰＬＳ法などの手法を利用して、高精度で成膜温度を算出することが可能になる。
【００１９】
上記ステップ（ａ）では、上記膜及び基板の赤外線吸収スペクトルから予め測定しておいた上記基板の赤外線吸収スペクトルを差し引くことにより、上記膜のみの赤外線吸収スペクトルを求めることが好ましい。
【００２０】
上記ステップ（ａ）では、予め、上記基板を成膜装置内に配置して、上記基板上に上記膜を形成し、上記ステップ（ｂ）では、上記膜の成膜温度を上記成膜装置内の温度として算出することにより、ウエハにセンサを貼り付ける等の手段を講じることなく、インラインで流れているウエハや、管理用ウエハを利用して迅速に成膜装置（チャンバ）内の温度を測定することができる。
【００２１】
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、膜を構成要素として有する半導体装置の製造方法であって、成膜装置内に配置された下地ウエハ上に上記膜を形成するステップ（ａ）と、上記膜が形成されたウエハに赤外線を入射して赤外線吸収スペクトルを測定するステップ（ｂ）と、上記赤外線吸収スペクトルの形状から上記膜の膜質に対応する特定の値を算出するステップ（ｃ）と、上記ステップ（ｃ）で算出された上記特定の値に応じて上記成膜装置の設定条件を制御するステップ（ｄ）とを備えている。
【００２２】
この方法により、電磁波の吸収スペクトルを利用して、インラインで非破壊的に膜の特性を検知し、その結果を成膜装置の制御に利用することができるので、生産性を低下させることなく、全ての成膜処理に対して特定の値の測定を行なって、成膜装置の条件を制御することが可能になる。
【００２３】
予め、膜の膜質のレベルに対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、上記ステップ（ｃ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと、上記ステップ（ｂ）で測定された上記膜の上記赤外線吸収スペクトルとを比較して、上記特定の値を算出することにより、簡便にプロセス制御を行なうことができる。
【００２４】
上記ステップ（ｃ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと上記赤外線吸収スペクトルとの形状に基づいて多変量解析を行なって、上記特定の値を算出することにより、正確にプロセス制御を行なうことができる。
【００２５】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、膜を構成要素として有する半導体装置の製造方法であって、成膜装置内に配置された下地ウエハ上に上記膜を形成するステップ（ａ）と、上記膜が形成されたウエハに赤外線を入射して赤外線吸収スペクトルを測定するステップ（ｂ）と、上記赤外線吸収スペクトルの形状から上記膜の成膜温度を算出するステップ（ｃ）と、上記ステップ（ｃ）で算出された上記成膜温度に応じて上記成膜装置の設定条件を制御するステップ（ｄ）とを備えている。
【００２６】
この方法により、電磁波の吸収スペクトルを利用して、インラインで非破壊的に膜の成膜温度を検知し、その結果を成膜装置の制御に利用することができるので、生産性を低下させることなく、全ての成膜処理に対して成膜温度の測定を行なって、成膜装置の温度制御が可能になる。
【００２７】
予め、膜の成膜温度に対応させて参照用赤外線吸収スペクトルを複数個準備しておき、上記ステップ（ｃ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと、上記ステップ（ｂ）で測定された上記膜の上記赤外線吸収スペクトルとを比較して、上記成膜温度を算出することにより、簡便にプロセス制御を行なうことができる。
【００２８】
上記ステップ（ｃ）では、上記参照用赤外線吸収スペクトルと上記赤外線吸収スペクトルとの形状に基づいて多変量解析を行なって、上記成膜温度を算出することにより、正確にプロセス制御を行なうことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下の実施形態においては、ＦＴ−ＩＲ法（Fourier-transform Infrared Spectroscopy）により膜が形成された基板の赤外線吸収スペクトルを測定し、ＰＬＳ法（Partial Least Squares Regression）により上記赤外線吸収スペクトルにパターン認識を基にした多変量解析を行なう手法を用いる。
【００３０】
−第１の実施形態−
図１（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置による成膜温度をパラメータとして、ＦＴ−ＩＲ法によるＦＳＧ膜（フッ素含有シリコン酸化膜）の赤外線吸収スペクトル図及びそのピーク部付近を拡大して示す図である。
【００３１】
図１（ａ），（ｂ）に示すＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトルは、シリコン基板上に成膜されたＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトルであり、以下の手順で測定される。
【００３２】
一般に、シリコン基板は赤外線を透過させる性質があるので、シリコン基板の一方の面に赤外線を入射すると、赤外線はシリコン基板によってある割合だけ吸収された後、シリコン基板を透過した赤外線がシリコン基板の他方の面から出力される。そこで、ＦＴ−ＩＲ法により、例えば直径５ｍｍ程度の赤外線干渉光をウエハの裏面又は表面に垂直方向から入射し、ウエハを透過した赤外線の強度と入射した赤外線の強度との干渉光を検知し、その強度の光路差に対する関数をフーリエ変換することにより、波数に対する関数を計算し、これを第１の赤外線吸収スペクトルとする。
【００３３】
次に、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置内にシリコン基板を設置して、シリコン基板上に、所定厚みのＦＳＧ膜を成膜する。その後、ＦＴ−ＩＲ法により、上述とほぼ同じ条件でウエハの同じ箇所に赤外線を入射し、ＦＳＧ膜及びシリコン基板に入射した赤外線の強度と、両者を透過させた赤外線の強度との比を各波長ごとに測定して、これを第２の赤外線吸収スペクトルとする。そして、第２の赤外線吸収スペクトルから第１の赤外線吸収スペクトルを差し引いて、ＦＳＧ膜のみの赤外線吸収スペクトルを算出する。このようにして、ＦＳＧ膜とシリコン基板とが合成された赤外線吸収スペクトルからシリコン基板の赤外線吸収スペクトルの差分を計算することにより、所望とするＦＳＧ膜のみの赤外線吸収スペクトルを求めることができる。
【００３４】
以下の説明においても、特に断りがない限り、ＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトルは同様の手順で測定する。ただし、本発明における赤外線吸収スペクトルの測定対象となる薄膜は、ＦＳＧ膜に限定されるものではなく、薄半導体装置の製造方法もＨＤＰ−ＣＶＤ装置に限定されるものではない。また、薄膜の下地となる基板は、シリコン基板に限定されるものではない。さらに、赤外線吸収スペクトルの測定方法は、ＦＴ−ＩＲ法に限定されるものではない。
【００３５】
さらに、シリコン基板の厚み，リン濃度，酸素濃度を同一にすれば、第２の赤外線吸収スペクトルのみの測定でも、第２の赤外線吸収スペクトルから第１の赤外線吸収スペクトルを差し引いたときと同様の結果が得られる。
【００３６】
また、本発明の赤外線吸収スペクトルの測定は、ＦＴ−ＩＲ装置として、ニューリーインスツルメンツ（株）製の半導体用赤外分光解析装置（ＩＲ−ＥＰＯＣＨ  ２０００）を用いて行なっている。
【００３７】
ここで、図１（ａ），（ｂ）からわかるように、ＦＳＧ膜の成膜温度が異なると、赤外線吸収スペクトルの形状が異なっており、特に、ピーク部の最大吸収及び最大吸収を示す波長が異なっている。本発明者は、上述の従来のアモルファスシリコン膜の回復レートによる温度測定技術以外に、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度をモニタリングする方法がないか種々の検討を重ねた結果、薄膜の成膜温度（この実施形態では、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度）によって、赤外線吸収スペクトル（この実施形態では、ＦＴ−ＩＲ法による赤外線吸収スペクトル）が異なることを見いだした。
【００３８】
以下、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度によってＦＴ−ＩＲ法の赤外線吸収スペクトルが異なる理由について説明する。
【００３９】
ＨＤＰ−ＣＶＤ装置により形成されたＦＳＧ膜は、成膜温度を高くすると、より完全なシリコン酸化膜になると推定される。つまり、同一膜厚で異なった成膜温度のＦＳＧ膜をＦＴ−ＩＲ法で分析すると、完全なシリコン酸化膜によるＳｉ−Ｏボンド等の吸収総量を示すピーク高さの変化（αａ）（図１（ａ）参照）と、成膜温度の相違に基づく膜質の相違によるＳｉ−Ｏボンド等のピーク位置のシフト（αｂ）（図１（ｂ）参照）とが存在することを突き止めた。
【００４０】
図２は、図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線吸収スペクトルにおけるピーク部の最大吸収を示す波長と、最大吸収値とを表にして示す図である。同図に示す範囲では、成膜温度が高くなるほど最大吸収が大きくなり、成膜温度が高くなるほど最大吸収を示す波数が大きくなる。
【００４１】
すなわち、本発明者は、異なる成膜温度でＦＳＧ膜を成膜すると、Ｓｉ−Ｏボンド等のピーク高さとピーク位置、即ち吸収ピークの形状が異なるポイントに着目し、従来にないＦＴ−ＩＲ法を用いた新たな手法でＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度を検出できることを導きだした。異なる成膜温度で吸収スペクトルの形状が異なる理由は、酸化シリコン中のＳｉ−Ｏ，Ｓｉ＝Ｏ，Ｓｉ≡Ｏ等の結合の存在割合が成膜温度によって異なるためと推定される。
【００４２】
次に、異なった赤外線吸収スペクトルで薄膜の成膜温度を解析する手順について説明する。ここでは、異なった赤外線吸収スペクトルから成膜温度を解析するために、ＰＬＳ法によるパターン認識を基にした解析技術を用いる。
【００４３】
図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、パターン認識を基にした多変量解析技術の解法モデルにおける参照用赤外線吸収スペクトル図、被測定膜の赤外線吸収スペクトル図（以下、被測定膜の赤外線吸収スペクトル図という）、及びＰＬＳ法による成膜温度決定方法を示す図である。図３（ａ），（ｂ）において、ピークＯはＳｉＯ2 等の吸収によるピークを示し、ピークＦはＳｉＦの吸収によるピークを示している。同図に示すように、ピークＯ，Ｆ同士の間隔は、成膜温度に応じて変化している。
【００４４】
まず、図３（ａ）に示すように、予め、ＦＴ−ＩＲ法により、互いに異なる成膜温度（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）で形成された複数（本実施形態では３つ）のＦＳＧ膜の参照用赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴ1 ，ＳＰＴ2 ，ＳＰＴ3 を測定し、これをデータベースとして記憶装置に格納しておく。
【００４５】
次に、図３（ｂ）に示すように、被測定膜の赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴA を測定する。
【００４６】
図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ順に、３８０℃，４３０℃，４８０℃で成膜されたＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトル図、及び測定対象のＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトル図である。すなわち、図４（ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）に示す成膜温度が互いに異なる３つのＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴ1 ，ＳＰＴ2 ，ＳＰＴ3 の具体例であり、図４（ｄ）は、図３（ｂ）に示す被測定膜の赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴA の具体例である。
【００４７】
次に、パターン解析により、３つの参照用赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴ1 ，ＳＰＴ2 ，ＳＰＴ3 と、被測定膜の赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴA との偏差の自乗和Χi2を下記式（１）
Χi2＝Σ（ＳＰＴi −ＳＰＴA ）2                           （１）
から求める。式（１）の右辺のΣ（ＳＰＴi −ＳＰＴA ）2 は、参照用赤外線吸収スペクトルパターン及び被測定膜の赤外線吸収スペクトルパターン間の各波長における吸収の差を２乗したものを、各波長について積算したもの，つめり、偏差の自乗和である。そして、式（１）のΧi2には、参照用赤外線吸収スペクトルパターン及び被測定膜の赤外線吸収スペクトルパターン間のピーク部の最大吸収値の差や、最大吸収値を示す波長の差と、図３（ａ）に示すピークＯ，Ｆの間隔の差などに起因するパターンのずれが含まれている。
【００４８】
その結果、図３（ｃ）に示すように、偏差の自乗和を示す３つの点Χ12，Χ22，Χ32が求められるので、この３点Χ12，Χ22，Χ32を通る曲線ＬA （この例では、簡単のために二次曲線としている）が定まる。そこで、この曲線ＬA から偏差の自乗和Χ2 が最小になる温度ＴA を求めて、この温度をＦＳＧ膜の成膜温度として推定する。以下、この手順について、例示しながら具体的に説明する。
【００４９】
図１２（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、構築したデータベースの設定内容の例を表で示す図、及び計算結果を示す図である。ＰＬＳ法における解法は、コンピュータを用いた数値計算法により解を得て、ＰＬＳ法による重回帰分析を行なった特のデータベース内温度とデータベースのＰＬＳモデルとの正確度が１．０に近づくよう各パラメータを調整する方法である。今回、発明者が行なった数値計算の結果によると、最大波数１６００ｃｍ-1から最小波数７００ｃｍ-1の赤外線吸収スペクトルを用い、赤外線吸収スペクトルの分割点数を４６７点に設定したとき、正確度（Correct Coefficient ）が最も高くなり、正確度０．９８を得ることができた。
【００５０】
図１３は、構築したデータベース内の温度と分析温度との検証結果を表にして示す図である。同図には、それぞれ、データベース内温度（図３（ａ）に示すスペクトルパターンＳＰＴi に対応する成膜温度Ｔi に相当），分析温度（図３（ｃ）に示す成膜温度ＴA に相当），差異（データベース内温度と分析温度との差分），エラー率（差分をデータベース内温度で割り算して得られた商に１００を乗じたもの），スペクトル残差（図３（ｃ）内のΧ2 に相当）及び分析値の信頼性が表示されている。
【００５１】
同図において、スペクトル残差及び分析値の信頼性が小さな値ほど好ましく、分析温度の信頼性は高くなる。そして、同図に示されるように、スペクトル残差及び分析温度の信頼性を示す数値は、データベース内の設定温度に対して十分に小さいので、実用上、問題はないと判断することができる。さらに、今回作成されたデータベースを用いて検証した結果では、ＦＳＧ膜の成膜温度のエラー率が±１．０％以下という結果が得られている。すなわち、今回の計算結果から３８４．２℃から５０４．５℃の温度領域において、±１．０％以下の精度で温度の推定ができるＰＬＳモデルを得ることができた。
【００５２】
−第２の実施形態−
上述の例では、理解を容易にするために、成膜温度のみをパラメータとして推定する方法について説明した。しかし、現実のプロセスでは、形成される薄膜の膜厚，不純物濃度（例えばフッ素濃度）などが一定ではなく、ウエハ間及びウエハ内でこれらのパラメータのばらつきが存在している。そして、膜厚や不純物濃度などのばらつきによって、成膜温度の推定精度が悪化するおそれがある。したがって、現実のプロセスにおいては、目的が成膜温度の推定であっても、膜厚，不純物濃度などのパラメータを含めた多変量解析を行なう必要がある。
【００５３】
次に、薄膜の成膜温度だけでなく、膜質や膜厚をも含めた多次元のパラメータの推定を行なう方法について説明する。ここでは、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置で成膜したＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトルパターンを例にとって説明する。
【００５４】
図５は、ＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトルパターンからなるデータベースの構築方法を示す図である。まず、ＦＳＧ膜の膜質を決定する成膜条件として、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度、ＦＳＧ膜に含まれるフッ素濃度及びＦＳＧ膜の膜厚について、それぞれが複数の条件（例えば、３通り）を設定した成膜条件のマトリックスを作成する。そのマトリックスの全条件でＦＳＧ膜を成膜し、ＦＴ−ＩＲ法により赤外線吸収スペクトルを測定して、赤外線吸収スペクトルパターンのデータベースを構築する。
【００５５】
図５に示す例では、３種類の膜厚３００ｎｍ，６００ｎｍ，９００ｎｍと、３種類の成膜温度３７０℃，４３０℃，４９０℃と、３種類のフッ素濃度０．４％，１．４％，２．４％とについて、合計２７個の赤外線吸収スペクトルパターンがデータベース化されている。また、同図には、膜厚が６００ｎｍ，成膜温度が約３７０℃で、フッ素濃度がそれぞれ約１．４％，２．４％である条件ｋ２，ｋ３についての赤外線吸収スペクトルパターンが例示されている。
【００５６】
次に、図５に示すような多数のデータベースを用いて、被測定膜が示す赤外線吸収パターンから被測定膜の膜厚，成膜温度，フッ素濃度を算出する。その際、図３（ａ），（ｂ）に示す手順と同様の手順で多変量解析を行なうことにより、最終的に、多次元空間において図３（ｃ）に示すような偏差の自乗和を示す多数の点Χi2が得られる。この場合には、多次元空間での解析を行なう必要があるので、図３（ｃ）に示すようなグラフ表示はできない。そして、これらの多数の点Χi2を通ることが最も確からしい多次元図形を求め、この多次元図形中の最小値を示す点における膜厚，成膜温度，フッ素濃度を、被測定膜の膜厚，成膜温度，フッ素濃度と算出することになる。
【００５７】
なお、上述の推定方法の変わりに、横軸が成膜温度，膜厚，フッ素濃度である３つのグラフを作成し、各グラフにおいて、多数の点Χi2を通る二次曲線の最小値を示す横軸Χ位置を、被測定膜の成膜温度，膜厚，フッ素濃度と近似することも可能である。
【００５８】
以上のように、パターン認識を基にした多変量解析技術の解法モデルを用いて、被測定膜の赤外線吸収スペクトルパターンが、構築したデータベースのどの赤外線吸収スペクトルパターンに近いか推定し、多変量解析技術により成膜温度、フッ素濃度及び膜厚を求めることができる。
【００５９】
図６は、多変量解析による被測定膜（ＦＳＧ膜）の成膜温度を推定する手順を示すフローチャート図である。
【００６０】
まず、ステップＳＴ１１で、参照用赤外線吸収スペクトルパターン（例えば図６に示す２７個の条件についてのパターン）を作成し、これをデータベースとして記憶装置に格納しておく。
【００６１】
次に、ステップＳＴ１２で、ＦＴ−ＩＲ法により、被測定膜の赤外線吸収パターンを測定する。ただし、本発明における赤外線吸収パターンの測定には、ＦＴ−ＩＲ法以外の方法を用いることができる。
【００６２】
次に、ステップＳＴ１３で、多変量解析を行なう。図２（ａ）〜（ｃ）に示す例では、３つの参照用赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴ1 ，ＳＰＴ2 ，ＳＰＴ3 と、被測定膜の赤外線吸収スペクトルパターンＳＰＴA との偏差の自乗和に相当するΧi2を求めているが、本実施形態においては、２７個の参照用赤外線吸収スペクトルパターンと、被測定膜の赤外線スペクトルパターンとの各波長における吸収値の偏差の自乗を各波長について積算した解析（多変量解析）を行なう。
【００６３】
次に、ステップＳＴ１４で、パターン解析の結果に基づいて、成膜温度などを算出する。第１の実施形態では、図３（ｃ）に示す３つの点Χ12，Χ22，Χ32を通る曲線ＬA から偏差の自乗和Χ2 が最小になる温度ＴA を求めて、この温度をＦＳＧ膜の成膜温度として算出しているが、本実施形態では、多次元空間において図３（ｃ）に示すような偏差の自乗和を示す２７個の点Χi2が得られるので、各点Χi2を通ることが最も確からしい多次元図形を求め、その多次元図形の最小値を示す点の成膜温度を被測定膜の成膜温度と算出する。
【００６４】
図７は、本実施形態の方法で推定したＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度と、上記国際公開ＷＯ９９／５７１４６号公報に記載された方法を応用した方法で測定した成膜温度との相関関係を示す図である。ここで、上記ＷＯ９９／５７１４６号公報に記載された方法を用いると、５００℃以下においてはアモルファス層の回復レートの把握が困難となるので、それを応用した別の方法を用いている。図７に示すように、本発明の成膜温度と従来の方法を応用して得られた成膜温度とは、ほぼ１：１の相関関係が得られており、ＦＴ−ＩＲ法によるＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度の測定結果は良好であることが分かる。
【００６５】
本実施形態によると、ＦＴ−ＩＲ法による薄膜の膜厚，不純物濃度，成膜温度などをパラメータとする多変量解析を行なうことにより、薄膜の成膜温度を精度よく測定することが可能となる。特に、上述のように、国際公開ＷＯ９９／５７１４６号公報に記載された方法では、５００℃以下の範囲での成膜温度の測定は困難となるが、本発明の方法では、５００℃以下の範囲での成膜温度を測定でき、しかも、容易かつ迅速（具体的には、２〜３分程度）に測定することができるという利点がある。
【００６６】
ただし、本発明による温度測定によって測定可能な成膜温度の範囲は、５００℃以下に限定されるものではない。国際公開ＷＯ９９／５７１４６号公報に記載された方法とほぼ同じ温度範囲を含め、さらに、より低温の範囲においても成膜温度を測定しうる。本発明は、最近のように、半導体プロセスの低温化が進む中で、特に半導体装置の配線工程で実施されるプロセス温度３５０℃〜５００℃の範囲で温度測定をすることができるという著効を発揮することができる。
【００６７】
また、この方法では、成膜装置をプロセスと同じ条件で使用しながら、赤外線吸収スペクトルのインラインでの条件からモニターから容易に成膜温度が測定できるため、生産性を低下させることなく、全ての成膜処理に対して成膜温度を測定することが可能となる。
【００６８】
−第３の実施形態−
次に、本発明による薄膜の評価方法の応用例として、生産ラインでの薄半導体装置の製造方法について説明する。
【００６９】
図８は、第３の実施形態において形成した半導体装置の構造を示す断面図である。シリコン基板１１には、活性領域を区画するトレンチ分離領域１２が設けられており、トレンチ分離領域１２で囲まれる活性領域には、多数のＭＩＳＦＥＴ１３が設けられている。各ＭＩＳＦＥＴ１３のソース・ドレイン領域（図示せず）及びゲート電極の各上部には、サリサイドプロセスによって形成されたシリサイド層１４ａ，１４ｂがそれぞれ設けられている。
【００７０】
本実施形態の製造方法においては、まず、多数のＭＩＳＦＥＴ１３が設けられているシリコン基板１１の上に、ＢＰＳＧ膜からなる第１の層間絶縁膜２０を堆積する。この第１の層間絶縁膜２０の厚みは約８００ｎｍである。
【００７１】
次に、第１の層間絶縁膜２０を貫通して、各ソース・ドレイン領域や各ゲート電極のシリサイド層１４ａ，１４ｂに到達するコンタクトホールを形成し、コンタクトホールをタングステン（Ｗ）で埋めてプラグ２４を形成する。図８にはゲート電極上のプラグは図示されていないが、図８に示す断面とは異なる断面に、ゲート電極に接続されるプラグが設けられている。各プラグ２４の径は、約０．２５μｍである。
【００７２】
次に、第１の層間絶縁膜２０の上にＡｌ膜を堆積した後、Ａｌ膜をパターニングすることにより、各プラグに接続されるＡｌ配線３３（１層目配線）を形成する。Ａｌ配線３３の厚みは、約４００ｎｍである。その後、第１の層間絶縁膜２０及びＡｌ配線３３の上に、第２の層間絶縁膜３０を堆積する。第２の層間絶縁膜３０は、ＦＳＧ膜からなる下部膜３１と、Ｐ−ＴＥＯＳ膜（プラズマＴＥＯＳ膜）からなる上部膜３２とによって構成されている。下部膜３１の厚みは、約５００ｎｍであり、上部膜３２の厚みは、約３００ｎｍである。
【００７３】
ここで、本発明では、第２の層間絶縁膜３０の下部膜３１を堆積する前に、ウエハの測定したい領域（測定領域）に赤外線ビームを入射して、下部膜３１の下地となる基板全体の赤外線吸収スペクトルを測定しておく。そして、ＨＤＰ−ＣＶＤ法により下部膜３１を堆積する。このとき、ＦＳＧ膜からなる下部膜３１の成膜条件は、成膜装置のチャンバ内圧力が６ｍTorr（約０．８Ｐａ）、プラズマＣＶＤ装置のＲＦパワーが９００Ｗ／２３００Ｗ、バイアスパワーが２３５０Ｗ、ウエハ裏面のＨｅ圧力がＩＮ側で２ｍTorr（約０．２７Ｐａ）、アルゴンガスのＴＯＰ流量が９（ｍｌ／ｍｉｎ）、アルゴンガスのＳＩＤＥ流量が４６（ｍｌ／ｍｉｎ）、酸素のＴＯＰ流量が５３（ｍｌ／ｍｉｎ）、酸素のＳＩＤＥ流量が７３（ｍｌ／ｍｉｎ）、シランのＴＯＰ流量が４（ｍｌ／ｍｉｎ）、シランのＳＩＤＥ流量が４０（ｍｌ／ｍｉｎ）、４フッ化シランの流量が２８ｍｌ／ｍｉｎ）である。
【００７４】
そして、下部膜３１を堆積した後に、ウエハの測定領域に赤外線を入射して、赤外線吸収スペクトルを測定する。そして、両赤外線吸収スペクトルの差分から下部膜３１単独の赤外線吸収スペクトルを測定する。さらに、第２の実施形態で説明した参照用赤外線吸収スペクトルパターン（図５参照）を用いて、成膜温度，膜厚，フッ素濃度をパラメータとして、下部膜３１の赤外線吸収スペクトルパターンの多変量解析を行なう。これにより、下部膜３１の成膜温度，膜厚，フッ素濃度を測定し、下部膜３１の堆積条件が適正であるか否かを判定することができる。
【００７５】
次に、第２の層間絶縁膜３０の上部膜３２を堆積した後、第２の層間絶縁膜３０に第１の層間絶縁膜２０上のＡｌ配線３３に到達するビアホールを形成し、ビアホールをタングステン（Ｗ）で埋めて、プラグ３４を形成する。第２の層間絶縁膜３０の上部膜３２の厚みは約３００ｎｍであり、プラグ３４の径は約０．３μｍである。
【００７６】
その後、第２の層間絶縁膜３０の上に、上述と同様の手順により、Ａｌ配線４３（２層目配線）と、第３の層間絶縁膜４０とを形成する。第３の層間絶縁膜４０は、ＦＳＧ膜からなる下部膜４１と、Ｐ−ＴＥＯＳ膜からなる上部膜４２とを有しており、下部膜４１を形成する際に、赤外線吸収スペクトルを利用した多変量解析を行なって、成膜温度，膜厚，フッ素濃度などの管理を行なう。
【００７７】
その後、第３の層間絶縁膜４０の上に、上述と同様の手順により、Ａｌ配線５３（３層目配線）と、第４の層間絶縁膜５０とを形成する。第４の層間絶縁膜５０は、ＦＳＧ膜からなる下部膜５１と、Ｐ−ＴＥＯＳ膜からなる上部膜５２とを有しており、下部膜５１を形成する際に、赤外線吸収スペクトルを利用した多変量解析を行なって、成膜温度，膜厚，フッ素濃度などの管理を行なう。
【００７８】
その後、第４の層間絶縁膜５０の上に、Ａｌ配線６３（４層目配線）と、Ｐ−ＳｉＮ膜からなるパッシベーション膜６０とを形成する。
【００７９】
この実施形態においては、ＢＰＳＧ膜からなる第１の層間絶縁膜２０や、Ｐ−ＴＥＯＳ膜からなる第２〜第４の層間絶縁膜の各上部膜３２，４２，５２や、Ｐ−ＳｉＮ膜からなるパッシベーション膜６０の成膜温度の測定の際には、赤外線吸収スペクトルを利用した多変量解析を行なってはいない。その理由は、ＢＰＳＧ膜，Ｐ−ＴＥＯＳ膜，Ｐ−ＳｉＮ膜は、高密度プラズマを利用するＨＤＰ−ＣＶＤ装置ではなく、通常のプラズマもしくは熱反応を利用するＣＶＤ装置を用いているので、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置のようにいぇはを静電チャックし、ウエハ裏面のＨｅでクリーニングする機構がないので、例えば通常のプラズマＣＶＤ装置の下部電極に熱電対を埋め込み、下部電極の温度を測定することにより、ウエハ温度を間接的に測定することができるからである。ただし、ＢＰＳＧ膜，Ｐ−ＴＥＯＳ膜，Ｐ−ＳｉＮ膜などを形成する際にも、赤外線吸収スペクトルを利用した多変量解析を行なうことにより、不純物濃度（ＢＰＳＧ膜におけるボロン，リンなど）や、膜厚の測定も可能になるので、工程管理を厳密に行なうことが可能になる。
【００８０】
また、トレンチ分離領域１２も、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置を用いて堆積されたＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）によって構成されることがあるので、赤外線吸収スペクトルを利用した多変量解析を行なうことができる。
【００８１】
図９は、本実施形態の製造工程のうち、ＦＳＧ膜の形成前後の処理手順を示すフローチャート図である。
【００８２】
まず、ステップＳＴ２１で、下地ウエハの赤外線吸収スペクトルを測定する。この下地ウエハとは、第２の層間絶縁膜３０の下部膜３１を形成する際には、第１の層間絶縁膜２０やプラグ２４が既に形成されたウエハであり、第３の層間絶縁膜４０の下部膜４１を形成する際には、第２の層間絶縁膜３０やプラグ３４が既に形成されたウエハであり、第４の層間絶縁膜５０の下部膜５１を形成する際には、第３の層間絶縁膜４０やプラグ４４が既に形成されたウエハである。
【００８３】
次に、ステップＳＴ２２で、上述の条件でＨＤＰ−ＣＶＤ装置を用いて、ＦＳＧ膜（この例では、各下部膜３１，４１，５１）を堆積する。
【００８４】
次に、ステップＳＴ２３で、ＦＳＧ膜を堆積した後のウエハの赤外線吸収スペクトルを測定する。つまり、ＦＳＧ膜と下地ウエハとを通過した赤外線の吸収スペクトルを測定する。
【００８５】
次に、ステップＳＴ２４で、ステップＳＴ２３で測定された赤外線吸収スペクトルと、ステップＳＴ２１で測定された赤外線吸収スペクトルとの差を各波長ごとに算出して、ＦＳＧ膜単独の赤外線吸収スペクトルパターンを作成する。
【００８６】
次に、ステップＳＴ２５で、予めデータベースに格納されている参照用赤外線吸収スペクトルパターン（例えば図５に示すような成膜温度，膜厚，フッ素濃度をパラメータとする多数のスペクトルパターン）を用いて、第２の実施形態で説明した方法により、多変量解析を行なう。その結果、図３（ｃ）に示す曲線を多次元図形ないし多次元関数に置き換えたグラフ又は関数が得られる。
【００８７】
次に、ステップＳＴ２６で、ステップＳＴ２５で得られた多次元関数又は多次元図形から、その最小値を与えるＦＳＧ膜の成膜温度，膜厚，フッ素濃度などを推定する。
【００８８】
次に、ステップＳＴ２７で、ステップＳＴ２６で推定された成膜温度，膜厚，フッ素濃度が適正範囲内あるか否かを判別する。成膜温度が低すぎると、そのＦＳＧ膜の下方にある層間絶縁膜に形成されたプラグとそのプラグに接触する下方の導体層との接触状態（具体的にはコンタクト抵抗）が悪化するおそれがある。また、成膜温度が低すぎると、以下のような不具合もある。
【００８９】
図１０は、ＦＳＧ膜のエッチングレートの成膜温度依存性を示す図である。同図において、縦軸は熱酸化膜とのエッチングレート比としてエッチングレートを現している。同図に示すように、成膜温度が低すぎると、エッチングレートが高くなるので、工程上、エッチング時間等の管理が困難になる。つまり、薄膜のエッチングレートが大きくなると、オーバーエッチングを生じるなどの不具合が生じるからである。
【００９０】
言い換えると、ＦＳＧ膜等の膜質として、エッチングレートを多変量解析のパラメータに組み入れることもできることになる。
【００９１】
一方、成膜温度が高すぎると、ＦＳＧ膜の下方で既に形成されているＡｌ膜の特性が劣化するおそれがある。したがって、ＦＳＧ膜の成膜温度には適正範囲があり、この例では、３８０℃以上で４８０℃以下の範囲に入っていることが好ましい。また、膜厚が大きすぎるとビアホールの形成やプラグの埋込が困難になり、膜厚が薄すぎると、層間絶縁膜を挟む配線間の容量が増大したり層間絶縁膜の絶縁性が劣化するおそれがあるので、膜厚にも適正範囲がある。さらに、フッ素濃度が低すぎると層間絶縁膜の比誘電率を十分小さくすることができず、フッ素濃度が高すぎるとＦの拡散によるＡｌ膜の剥がれが生じるおそれがあるので、フッ素濃度にも適正範囲がある。
【００９２】
その結果、成膜温度，膜厚，フッ素濃度などが適正範囲にあれば、そのままで次工程に進む一方、成膜温度，膜厚，フッ素濃度などが適正範囲になければ、ステップＳＴ２７に移行して、ＨＤＰ−ＣＶＤにおける条件を変更してから、ＦＳＧ膜をエッチングにより除去して、再度ＦＳＧ膜の堆積を行なう。
【００９３】
なお、ステップＳＴ２７の条件変更の後で、そのまま次工程に進んでもよい。その場合にも、第２の層間絶縁膜３０の下部膜３１を形成した後に、第３の層間絶縁膜４０の下部膜４１を形成する際には、適正な条件でＦＳＧ膜の堆積を行なうことができる。
【００９４】
このように、半導体装置のプロセスにおいて、ＦＳＧ膜の成膜温度，膜厚，フッ素濃度などのパラメータを適正範囲に維持することが容易となるので、半導体装置の製造工程の管理を厳密かつ容易に行なうことができる。しかも、薄膜の形成をやり直すことにより、歩留まりの向上を図ることもできる。
【００９５】
なお、図１に示すＦＴ−ＩＲ法の赤外線吸収スペクトルは、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置で成膜したＦＳＧ膜のみの赤外線吸収スペクトルのデータを示したが、ＦＳＧ膜とシリコン基板とが合成された赤外線吸収スペクトルの場合でも、図７と同様に、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度を測定できることが確認されている。
【００９６】
さらに、本方法によると、差分を算出することにより、薄膜の赤外線吸収スペクトル成分のみを検出することができるため、インラインモニターだけでなく、基板の裏面構造が複雑な実デバイスの成膜温度も的確に測定することができる。
【００９７】
また、上記各実施形態においては、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置で成膜したＦＳＧ膜を用いて説明したが、他のシリコン酸化膜、例えばリン添加シリコン酸化膜（ＰＳＧ膜）やボロン・リン添加シリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜），シリコン窒化膜等を成膜する場合にも適用できる。さらに、ＦＳＧ膜等のシリコン酸化膜の成膜にはＨＤＰ−ＣＶＤ装置を用いて説明したが、他の成膜装置、例えば通常のプラズマＣＶＤ装置（Ｐ−ＣＶＤ）や減圧ＣＶＤ装置（ＬＰ−ＣＶＤ）等を用いて成膜する場合にも適用できる。
【００９８】
−第４の実施形態−
本実施形態では、成膜温度の測定を利用してチャンバー内の温度を測定する方法について説明する。
【００９９】
上述のように、ＦＳＧ膜等の赤外線吸収スペクトルを利用して、成膜温度を測定することができるので、チャンバーの温度を測定することができる。そして、チャンバーの温度がわかると、ＣＶＤだけでなく、半導体装置の製造工程における各種処理のために利用することが可能になる。
【０１００】
従来のチャンバー内における温度測定は、熱電対付きウエハの裏面に取り付けた温度センサにより行なわれてきた。しかし、熱電対付きウエハを用いても、ウエハの裏面の温度はわかるものの、ウエハの表面の温度、つまりアモルファス領域が熱処理を受けている実際の温度を測定することはできなかった。また、温度の測定範囲にも限界があり、ある程度高温になると測定が困難になる。
【０１０１】
また、上記従来の国際公開ＷＯ９９／５７１４６号公報に記載されている技術の場合、５００℃以下になると、アモルファス状態からの回復レートが不明となる。それは、低温では、アモルファス状態からの回復は極めて初期の段階で終了し、それ以上時間を費やしても回復が進まないからである。
【０１０２】
それに対し、本発明の赤外線吸収スペクトルを利用する方法の場合には、ＣＶＤが可能な温度範囲であれば、どの温度でも測定することができる利点がある。特に、国際公開ＷＯ９９／５７１４６号公報に記載されている技術では測定が困難な５００℃以下の範囲において効果が大きいといえる。
【０１０３】
図１１は、ＨＤＰ−ＣＶＤ装置を用いて形成されたＦＳＧ膜について得られたウエハ面内の温度分布を示すデータである。赤外線ビームは径が５ｍｍ程度であるので、ウエハ内の多数の箇所について赤外線吸収スペクトルを測定することができる。その場合、膜を形成する前のウエハについて赤外線吸収スペクトルを測定した個所と、膜を形成した後の上について赤外線吸収スペクトルを測定した個所とがほぼ一致している必要があるが、現在の赤外線測定装置の位置決め精度は非常に向上しているので、実用上の不具合はなかった。
【０１０４】
同図に示すように、本発明の赤外線吸収スペクトルを利用した多変量解析を行なうことにより、ウエハ面内の温度分布を測定することができることから、これを利用して、ＣＶＤ装置のチャンバ内の温度分布を測定することができる。この温度の測定に用いられるウエハは、製造ラインを流れている製品用ウエハでもよいし、工程管理のために用いる管理用ウエハでもよい。
【０１０５】
−その他の実施形態−
上記各実施形態においては、被測定膜に赤外線を入射して、ＦＴ−ＩＲ法により、赤外線吸収スペクトルを測定することにより、被測定膜の評価を行なったが、多の分光法、例えば分散型赤外分光法，レーザーラマン分光法，Ｘ線光電子分光法などを用いて、薄膜を構成する原子間の結合状態を観測する吸収スペクトルを測定する場合にも、本発明を適用することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明によると、成膜装置のインラインモニターから成膜温度や膜の特性が測定できるため、生産性を低下させることなく、全ての成膜処理に対して成膜温度を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＦＴ−ＩＲ法によるＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトル図及びそのピーク部付近を拡大して示す図である。
【図２】図１（ａ），（ｂ）に示す赤外線吸収スペクトルにおけるピーク部の最大吸収を示す波長と、最大吸収値とを表にして示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、参照用赤外線吸収スペクトル図、被測定膜の赤外線吸収スペクトル図、及びＰＬＳ法による成膜温度決定方法を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ順に、３８０℃，４３０℃，４８０℃で成膜されたＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトル図、及び測定対象のＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトル図である。
【図５】ＦＳＧ膜の赤外線吸収スペクトルパターンからなるデータベースの構築方法を示す図である。
【図６】多変量解析による被測定膜（ＦＳＧ膜）の成膜温度を推定する手順を示すフローチャート図である。
【図７】第２の実施形態の方法で推定したＨＤＰ−ＣＶＤ装置の成膜温度と、従来の方法を応用した方法で測定した成膜温度との相関関係を示す図である。
【図８】第３の実施形態において形成した半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態の製造工程のうち、ＦＳＧ膜の形成前後の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１０】ＦＳＧ膜のエッチングレートの成膜温度依存性を示す図である。
【図１１】ＨＤＰ−ＣＶＤ装置を用いて形成されたＦＳＧ膜について得られたウエハ面内の温度分布を示すデータである。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、構築したデータベースの設定内容の例を表で示す図、及び計算結果を示す図である。
【図１３】構築したデータベース内の温度と分析温度との検証結果を表にして示す図である。
【符号の説明】
１１  シリコン基板
１２  トレンチ分離領域
１３  ＭＩＳＦＥＴ
１４  シリサイド層
２０  第１の層間絶縁膜
２４  プラグ
３０  第２の層間絶縁膜
３１  下部膜
３２  上部膜
３３  Ａｌ配線
３４  プラグ
４０  第３の層間絶縁膜
４１  下部膜
４２  上部膜
４３  Ａｌ配線
４４  プラグ
５０  第４の層間絶縁膜
５１  下部膜
５２  上部膜
５３  Ａｌ配線
５４  プラグ
６０  パッシベーション膜
６３  Ａｌ配線
【図１】
0003720007.tif 000002
【図２】
0003720007.tif 000003
【図３】
0003720007.tif 000004
【図４】
0003720007.tif 000005
【図５】
0003720007.tif 000006
【図６】
0003720007.tif 000007
【図７】
0003720007.tif 000008
【図８】
0003720007.tif 000009
【図９】
0003720007.tif 000010
【図１０】
0003720007.tif 000011
【図１１】
0003720007.tif 000012
【図１２】
0003720007.tif 000013
【図１３】
0003720007.tif 000014