(57)【要約】【課題】本発明は、エッチング後の被エッチング材の目標厚みと、実際にエッチング後に得られる被エッチング材の厚みの代表値である処理後代表値との間で生じる誤差を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体ウエハ又は該半導体ウエハに形成された膜を被エッチング材とし、該被エッチング材の終点検出位置の厚みであるローカル厚みを算出し、該ローカル厚みから予め定められた相対エッチ量を減算することで、ローカルターゲット厚みを決めるターゲット設定工程と、該終点検出位置の厚みをモニタしつつ、該被エッチング材をエッチングし、該終点検出位置の該被エッチング材の厚みが該ローカルターゲット厚み以下となったと判定したところで、エッチングを終了するエッチング工程と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ又は前記半導体ウエハに形成された膜を被エッチング材とし、前記被エッチング材の終点検出位置の厚みを元にローカル厚みを算出し、前記ローカル厚みから予め定められた相対エッチ量を減算することで、ローカルターゲット厚みを決めるターゲット設定工程と、
前記終点検出位置の厚みをモニタしつつ、前記被エッチング材をエッチングし、前記終点検出位置の前記被エッチング材の厚みが前記ローカルターゲット厚み以下となったと判定したところで、エッチングを終了するエッチング工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程では、前記半導体ウエハを回転させながらエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ターゲット設定工程では、前記半導体ウエハを回転させることにより終点検出位置で得られる複数の箇所の厚みから前記ローカル厚みを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ターゲット設定工程では、前記終点検出位置と前記半導体ウエハの中心について対称である対称位置との前記被エッチング材の厚みの平均値をローカル厚みとして算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ターゲット設定工程では、前記半導体ウエハを予め定められた回転角だけ回転させる毎に、前記ローカル厚みを算出し前記ローカル厚みから前記相対エッチ量を減算する動作を行い、得られた複数の減算後の値について平均値を算出して前記ローカルターゲット厚みとすることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記相対エッチ量は、前記ターゲット設定工程又は前記ターゲット設定工程の前に、前記被エッチング材の複数箇所の厚みから前記被エッチング材の厚みの代表値である処理前代表値を算出し、前記処理前代表値からエッチング後の前記被エッチング材の目標厚みを減算して算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記複数箇所は半導体ウエハの中心をとおる直線上にあることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記複数箇所は、前記終点検出位置と、前記終点検出位置と前記半導体ウエハの中心について対称である対称位置とを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記相対エッチ量は、前記半導体ウエハが前記回転角だけ回転される毎に、前記半導体ウエハの中心をとおる直線上の複数箇所の厚みから前記被エッチング材の厚みの代表値を算出し、得られた複数の代表値について平均値を算出して処理前代表値とし、前記処理前代表値からエッチング後の前記被エッチング材の目標厚みを減算して算出することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記エッチング工程の後に、複数の箇所で前記被エッチング材の厚みを測定してそれらの値から前記被エッチング材の厚みの処理後代表値を算出し、エッチング後の前記被エッチング材の目標厚みとの差分を求めることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ターゲット設定工程又は前記ターゲット設定工程の前に測定した前記被エッチング材の複数箇所の厚みと、エッチング工程の後に測定した被エッチング材の複数箇所の厚み、又はそれぞれの複数箇所の差分値について、最大値、最小値、平均値又は標準偏差値の少なくともいずれか１つを求めることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記処理前代表値を算出する際に、前記半導体ウエハの中心からの距離に応じて被エッチング材の厚みの重み付けを変化させることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ又は半導体ウエハに形成された膜を被エッチング材としてエッチングする半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、その場楕円偏光法を統計的モデル化手法とともに使用することによって、半導体ウエハ表面にわたる空間的なエッチ速度パターンをプロセス条件の関数として推測することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１３０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体ウエハ又は半導体ウエハに形成された膜を被エッチング材としてエッチングする場合、エッチング後の被エッチング材の目標厚みと、実際にエッチング後に得られる被エッチング材の厚みの代表値である処理後代表値とを一致させることが望ましい。被エッチング材の特定の場所を終点検出位置として、エッチング中にその終点検出位置の厚さをモニタしてエッチングの終点を検出することがある。このエッチング方法では、エッチング前の終点検出位置における被エッチング材が厚ければ目標厚みに達するまでのエッチング量が増え、被エッチング材が薄ければ目標厚みに達するまでのエッチング量が減る。
【０００５】
終点検出位置における被エッチング材の厚さが目標厚みとなるまでエッチングする方法では、被エッチング材の厚みの面内ばらつきが考慮されていない。つまり、終点検出位置の被エッチング材が被エッチング材の他の部分と比べて厚ければ、エッチング量が過大となり、処理後代表値が目標厚みより小さくなってしまう。他方、終点検出位置の被エッチング材が被エッチング材の他の部分と比べて薄ければ、エッチング量が過小となり、処理後代表値が目標厚みより大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エッチング後の被エッチング材の目標厚みと、実際にエッチング後に得られる被エッチング材の厚みの代表値である処理後代表値との間で生じる誤差を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ又は該半導体ウエハに形成された膜を被エッチング材とし、該被エッチング材の終点検出位置の厚みを元にローカル厚みを算出し、該ローカル厚みから予め定められた相対エッチ量を減算することで、ローカルターゲット厚みを決めるターゲット設定工程と、該終点検出位置の厚みをモニタしつつ、該被エッチング材をエッチングし、該終点検出位置の該被エッチング材の厚みが該ローカルターゲット厚み以下となったと判定したところで、エッチングを終了するエッチング工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エッチング後の被エッチング材の目標厚みをそのままローカルターゲット厚みとするのではなく、被エッチング材の終点検出位置の厚みを元にローカル厚みを算出し、該ローカル厚みから予め定められた相対エッチ量を減算することで、ローカルターゲット厚みを決めるようにしているので、相対エッチ量を適切に定めることにより、目標厚みと処理後代表値との間で生じるずれを抑制することができるようになる。
尚、本発明では相対エッチ量を適切に定める方法も開示している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の終点検出位置等を示す図である。
【図２】被エッチング材の断面図である。
【図３】実施の形態２の終点検出位置等を示す図である。
【図４】装置構成を示す図である。
【図５】被エッチング材の断面図である。
【図６】装置構成を示す図である。
【図７】比較例に係る終点検出位置等を示す図である。
【図８】比較例に係る装置構成を示す図である。
【図９】比較例に係る被エッチング材の断面図である。
【図１０】ウエハ厚みの測定値を示す表である。
【図１１】実施の形態３に係る終点検出位置等を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係る終点検出位置等を示す図である。
【図１３】被エッチング材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ又は半導体ウエハに形成された膜を被エッチング材とし、その被エッチング材に対しエッチングを施すものである。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は、まず、ターゲット設定工程を実施し、次いで、エッチング工程を実施する。
【００１２】
ターゲット設定工程について説明する。ターゲット設定工程では、まず、被エッチング材の終点検出位置の厚みを元にローカル厚みを算出する。図１には、半導体ウエハ１又は半導体ウエハ１に形成された膜である被エッチング材２の終点検出位置５ａが示されている。半導体ウエハ１が被エッチング材２の場合、半導体ウエハ１は例えばＳｉウエハであり、Ｓｉウエハ自体が被エッチング材２という意味である。後記の処理前代表値と処理後代表値を算出する為の測定点６は半導体ウエハ１の面内に９点あり、そのうちの１つが終点検出位置５ａと重なっている例である。測定点６は縦に１列横に１列形成されることで、全体として十字に配置されている。終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みであるローカル厚みを周知の方法で算出する。
【００１３】
被エッチング材２の厚みを測定する方法としては、被エッチング材２を透過する波長の光を照射して表面と裏面から反射する光の干渉光の強度と屈折率から被エッチング材の厚みを測定する方法がある。また、被エッチング材２を透過する波長の光が使えない場合、透過する性質がない光を照射して、レジスト等でエッチングを保護されている部分とエッチングされている部分から反射する光の光路差による干渉光の強度からエッチングされている被エッチング材２の厚みを測定する方法等がある。
【００１４】
図２は、被エッチング材２の断面図である。図２には、エッチング前の被エッチング材２の表面１１と、エッチング後の被エッチング材２の表面１２が示されている。前工程の加工精度により、被エッチング材２の厚みはある程度ばらついている。図２の例では終点検出位置５ａでは比較的被エッチング材２が厚く形成されている。表面１１における終点検出位置５ａでの被エッチング材２の厚さはローカル厚みＢ１である。処理前代表値Ｂ２は、エッチング前における表面１１の複数箇所で測定した厚みを代表する値である。例えば、エッチング前の図１の９つの測定点６における被エッチング材２の厚みの平均値である。処理前代表値Ｂ２は、ターゲット設定工程又はターゲット設定工程の前に、被エッチング材２の複数箇所の厚みから求めた被エッチング材２の厚みの代表値であればよいので、必ずしも平均値に限定されない。
【００１５】
相対エッチ量１５は、ターゲット設定工程又はターゲット設定工程の前に、処理前代表値Ｂ２からエッチング後の被エッチング材２の目標厚みＡ１を減算して算出する。目標厚みＡ１は、被エッチング材２全体におけるエッチング後の理想的な厚みである。相対エッチ量１５として、例えば予め定められた相対エッチ量をそのまま用いてもよい。処理後代表値Ａ２は、エッチング後における表面１２の複数箇所で測定した厚みを代表する値であり、算出することが必須ではないが結果を判断するのに有効である。例えば、エッチング後の図１の９つの測定点６における被エッチング材２の厚みの平均値である。処理後代表値Ａ２は、処理後に被エッチング材２の複数箇所の厚みから求めた被エッチング材２の厚みの代表値であればよいので、必ずしも平均値に限定されない。
【００１６】
ローカルターゲット厚みＴは、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制するために必要な、終点検出位置５ａにおけるエッチングの終点検出厚みである。ターゲット設定工程では、ローカル厚みＢ１を算出した後、そのローカル厚みＢ１から前記のような算出方法で予め定められた相対エッチ量１５を減算することで、ローカルターゲット厚みＴを算出する。
【００１７】
次いで、エッチング工程を実施する。エッチング工程では、終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みをモニタしつつ、被エッチング材２をエッチングする。そして、終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みがローカルターゲット厚みＴ以下となったと判定したところでエッチングの終点と捉えて、エッチングを終了する。エッチング工程を実施することで、図２の被エッチング材２の表面１１は表面１２までエッチングされる。
【００１８】
エッチングの均一性が良いほど、表面１１の形状と表面１２の形状は類似する。つまり、図２に示すように、ローカル厚みＢ１と処理前代表値Ｂ２との差分Δｔ１は、ローカルターゲット厚みＴと処理後代表値Ａ２との差分Δｔ２とほぼ同等になる。エッチングにより被エッチング材２のすべての場所において相対エッチ量１５とほぼ同じ厚みがエッチングされ、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制することができる。
【００１９】
仮に、エッチング工程において終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みが目標厚みＡ１となるまでエッチングしてしまうと、処理後代表値Ａ２は、目標厚みＡ１よりも小さい値となる。そのため、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制することができない。しかし、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によれば、ローカルターゲット厚みＴを設定することで、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制することができる。
【００２０】
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は、その特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、測定点６および終点検出位置５ａの配置は適宜変更することができる。また、エッチング工程の後に、複数の箇所で被エッチング材の厚みを測定してそれらの値から被エッチング材の厚みの処理後代表値を算出し、目標厚みＡ１との差分を求めることとしてもよい。また、ターゲット設定工程又はターゲット設定工程の前に測定した被エッチング材の複数箇所の厚みと、エッチング工程の後に測定した被エッチング材の複数箇所の厚み、又は差し引きで得られる複数箇所の差分値について、最大値、最小値、平均値又は標準偏差値の少なくともいずれか１つを求めることとしてもよい。また、処理前代表値Ｂ２を算出する際に、半導体ウエハ中心からの距離に応じて被エッチング材の厚みの重み付けを変化させてもよい。
【００２１】
被エッチング材は、例えばＳｉ若しくはＳｉを含有するものとしてもよいし、Ｃ若しくはＣを含有するものとしてもよいし、金属若しくは金属を含有するものとしてもよい。被エッチング材は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、Ｃ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ又はＧａＮなどとすることができる。エッチング工程では、ドライエッチング又はウェットエッチングなどの周知のエッチング技術を利用する。これらの変形は本発明における実施の形態に係る半導体装置の製造方法に適宜応用することができる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態２に係る半導体装置の製造方法は実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。図３には、実施の形態２における終点検出位置５ａ等が示されている。中心５ｃは半導体ウエハの中心位置である。複数の測定点６は、中心５ｃをとおる直線上に一列に並んでいる。複数の測定点６の一部は、終点検出位置５ａ、中心５ｃ及び対称位置５ｂと重なっている。対称位置５ｂは、終点検出位置５ａと半導体ウエハの中心５ｃについて対称となる位置である。つまり、対称位置５ｂと終点検出位置５ａは半導体ウエハの中心５ｃについて点対称となっている。
【００２３】
実施の形態２のターゲット設定工程では、終点検出位置５ａと対称位置５ｂとの被エッチング材の厚みを測定し、それらの平均値をローカル厚みとして算出する。そして、ローカル厚みから予め定められた相対エッチ量を減算することで、ローカルターゲット厚みを算出する。
【００２４】
図４には、実施の形態２における装置構成例が示されている。半導体ウエハ１は回転の原点にあるステージ８に載置されている。ステージ８の上方には、走査機構７によって移動可能に設けられた厚み計センサ５がある。両方向矢印７ａは走査機構７の動作によって厚み計センサ５で測定することができる範囲を示す。ステージ８の隣にはエッチング液吐出ノズル３を備えたノズルスキャンアーム９が示されている。厚み計センサ５、走査機構７、ノズルスキャンアーム９、及びステージ８を制御用コントローラ１０ａで制御して、厚み計センサ５単独あるいは走査機構７又はステージ８と組み合わせた被エッチング材２の厚み測定、ノズルスキャンアーム９とステージ８によるエッチング処理を行う。
【００２５】
図３における被エッチング材２の厚み測定は、制御用コントローラ１０ａが走査機構７を制御して測定位置に厚み計センサ５を位置決めして厚み計コントローラ１０ｂに測定を指示し、厚み計コントローラ１０ｂが干渉光の強度と屈折率から被エッチング材２の厚みを測定して厚みの値を制御用コントローラ１０ａに返すことで成されている。この動作を各測定点６、終点検出位置５ａ、対称位置５ｂについて行うのである。ターゲット設定工程では、制御用コントローラ１０ａが上記の厚み測定によって得られた終点検出位置５ａと対称位置５ｂでの厚みの平均値をローカル厚みとして算出する。
【００２６】
また、制御用コントローラ１０ａは、上記の厚み測定によって得られた複数の測定点６の厚みの代表値である処理前代表値を算出する。処理前代表値は、例えば複数の測定点６での被エッチング材２の厚みの平均値である。もちろん複数の測定点６の一部に終点検出位置５ａと対称位置５ｂが重なっていても全く問題ない。
【００２７】
図５は、被エッチング材２の断面図である。表面１１について、終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みは、対称位置５ｂの被エッチング材２の厚みより小さい。ローカル厚みＢ１は終点検出位置５ａと対称位置５ｂとの被エッチング材２の厚みの平均値である。処理前代表値Ｂ２は、ローカル厚みＢ１より小さい値となっている。
【００２８】
相対エッチ量１５は、ターゲット設定工程又はターゲット設定工程の前に、処理前代表値Ｂ２からエッチング後の被エッチング材の目標厚みＡ１を減算して算出する。算出処理は制御用コントローラ１０ａで行う。目標厚みＡ１は、レシピ等で予め定めた値であることが多いが、処理前代表値Ｂ２の範囲に応じて異なる目標厚みＡ１を定めた複数のレシピを自動的に選択する機能も当然使用できる。ターゲット設定工程では、図５に示すように、ローカル厚みＢ１から相対エッチ量１５を減算することで、ローカルターゲット厚みＴを算出する。
【００２９】
エッチング工程では、被エッチング材２に対し枚葉ウェットエッチングを施す。図６は、エッチング工程における装置の動作を示す図である。エッチング工程では、厚み計センサ５で終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みをモニタしつつ、ステージ８により半導体ウエハ１を回転させながらノズルスキャンアーム９のノズル３から被エッチング材２にエッチング液を供給する。エッチング液を供給して被エッチング材２をウェットエッチングしつつ、ノズル３をノズルスキャンアーム９の回転往復動作によるスキャン動作９ａでスキャンする。そして、厚み計コントローラ１０ｂから連続的に返される終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みのうち回転の原点と１８０°の位置に最も近い厚みの平均値を連続的に算出し、その値がローカルターゲット厚みＴ以下となったと判定したところで、制御用コントローラ１０ａがエッチング終点を検出し、エッチングを終了する。その後、ステージ８は回転の原点に戻る。
【００３０】
エッチング処理により図５の表面１１は表面１２にまで後退する。エッチング処理の後に、走査機構７を駆動させて厚み計センサ５により被エッチング材２の厚みを測定する。具体的には、図４の両矢印の範囲で被エッチング材２の厚みを測定することで、図３のすべての測定点６における被エッチング材２の厚みを得る。測定された厚みから処理後代表値Ａ２を算出する。図５には処理後代表値Ａ２と目標厚みＡ１がほぼ同等になったことが開示されている。処理後代表値Ａ２を得ることで、処理後代表値Ａ２と目標厚みＡ１との差分を抽出したり、エッチングする前後で測定した複数箇所のウエハ位置での厚み値又は差し引きで得られる複数箇所の差分値について最大値、最小値、平均値、標準偏差値の少なくともいずれかを抽出したりすることができるようになる。これらの値は、エッチングの品質管理に利用できる。
【００３１】
ここで、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法の意義の理解を容易にするために、比較例を説明する。比較例については本発明の実施の形態２との相違点を中心に説明する。図７は、比較例における終点検出位置５ａを示す図である。終点検出位置５ａは被エッチング材の厚みを代表する位置に設けることが重要である。図８は比較例におけるエッチング工程を説明する図である。比較例では、厚み計センサ５により終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚さをモニタしつつ、半導体ウエハ１を回転させ、ノズル３から被エッチング材２にエッチング液を吐出して被エッチング材２をエッチングする。比較例では、枚葉ウェットエッチングで被エッチング材２をエッチングする。
【００３２】
反応律速の系ではノズル３を半導体ウエハ１のほぼ中心直上に固定しても良好な均一性を有するエッチング条件を容易に見出すことができるが、供給律速の系ではアームをスキャン動作９ａさせてノズル３から吐出されるエッチング液４を被エッチング材２の全体にバランスよく広げなければ良好なエッチングの均一性を実現できない。供給律速の系でエッチングの均一性を良くするには、エッチング液のエッチレートと流量、半導体ウエハ回転数、及びノズル３のスキャン動作９ａの適正化が不可欠である。更にエッチングの均一性を安定させるためには、エッチング液４の劣化によるエッチレートの変動をエッチング液の成分を補充する等で抑制する必要がある。
【００３３】
比較例では終点検出位置５ａを固定しつつ半導体ウエハ１を回転させるので、半導体ウエハ１の回転中心から一定の距離にある円周上で終点を検出することになる。この円周上の終点検出位置５ａが被エッチング材２の厚みを代表する位置であることが重要である。また、被エッチング材２の厚みの面内分布の安定性およびエッチングの均一性を良くしておく必要がある。
【００３４】
図９は、比較例における被エッチング材２の断面図である。比較例では、終点検出位置５ａにおける被エッチング材２の厚みが目標厚みＡ１に到達するまでエッチングを行う。具体的にはエッチ量１４だけエッチングする。そのため、表面１１における終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みが処理前代表値Ｂ２からずれていると、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制することができない。図９には、エッチング前の終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みが処理前代表値Ｂ２より大きいので、過剰なエッチングが行われ、処理後代表値Ａ２が目標厚みＡ１より小さくなってしまったことが示されている。比較例の場合、エッチング前の終点検出位置５ａの被エッチング材２の厚みが処理前代表値Ｂ２から乖離していると、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制することはできない。
【００３５】
しかしながら、実施の形態１、２に係る半導体装置の製造方法は、終点検出位置５ａにおいて目標厚みＡ１を実現するものではなく、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制するために終点検出位置５ａにおいて実現すべき厚みであるローカルターゲット厚みＴを設定するものである。本発明の実施の形態２では、終点検出位置５ａと対称位置５ｂとの被エッチング材２の厚みの平均値であるローカル厚みＢ１から相対エッチ量１５を減算することで、ローカルターゲット厚みＴを算出した。したがって、図５の断面図に示すように被エッチング材２の厚みに傾斜がある場合、終点検出位置５ａの厚みだけからローカル厚みを定義する場合よりも、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制することができる。
【００３６】
図１０は、Ｓｉウエハのエッチング前後の厚み測定値の例を示す図である。前測とはエッチング前の測定であり、後測とはエッチング後の測定である。ウエハ面内４９点で測定した結果から、エッチングの前においても後においてもウエハの厚みにはある程度のばらつきがあることが分かる。よって、実施の形態２のように複数の位置における測定値からローカル厚みを求めることが好ましい。
【００３７】
実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体装置の製造方法は実施の形態２との共通点が多いので実施の形態２との相違点を中心に説明する。図１１には、実施の形態３における終点検出位置５ａ等が示されている。実施の形態３では実施の形態２で説明した終点検出位置５ａと対称位置５ｂと測定点６での厚み測定を、例えば４５°のピッチ回転１６ａ毎に４回行っている。終点検出位置５ａと対称位置５ｂと測定点６の厚みは４回分あり、測定点６は、直線的に設けられた複数の測定点６ａと、直線的に設けられた複数の測定点６ｂと、直線的に設けられた複数の測定点６ｃと、直線的に設けられた複数の測定点６ｄを含む。もちろん複数の測定点６ａの一部に１つの終点検出位置５ａ、中心５ｃ、及び１つの対称位置５ｂが重なっていても全く問題がない。測定点６ｂ、６ｃ、６ｄも同様である。
【００３８】
実施の形態３のターゲット設定工程では、半導体ウエハ１を予め定められた４５°のピッチ回転１６ａ毎に、ローカル厚みを算出しローカル厚みから相対エッチ量を減算する動作を行う。実施の形態３では、半導体ウエハ１を載置したステージ８が回転の原点にある状態で、図４で示した厚み計センサ５で、一直線に並んだ複数の測定点６ａの厚みを測定し、測定点６ａと重なっている終点検出位置５ａと対称位置５ｂにおける被エッチング材２の厚みからそれらの平均値であるローカル厚みを算出する。そして、半導体ウエハ１を回転角４５°だけ回転させて、一直線に並んだ複数の測定点６ｂの厚みを測定し、測定点６ｂと重なっている終点検出位置５ａと対称位置５ｂにおける被エッチング材２の厚みからそれらの平均値であるローカル厚みを算出する。
【００３９】
さらに、半導体ウエハ１を回転角４５°だけ回転させて、一直線に並んだ複数の測定点６ｃの厚みを測定し、測定点６ｃと重なっている終点検出位置５ａと対称位置５ｂにおける被エッチング材２の厚みからそれらの平均値であるローカル厚みを算出する。最後に、半導体ウエハ１を回転角４５°だけ回転させて、一直線に並んだ複数の測定点６ｄの厚みを測定し、測定点６ｄと重なっている終点検出位置５ａと対称位置５ｂにおける被エッチング材２の厚みからそれらの平均値であるローカル厚みを算出する。
【００４０】
このようにして、異なる場所についての４つのローカル厚みを算出する。そして、４つのローカル厚みのそれぞれから相対エッチ量を減算し、減算後の値の平均値をローカルターゲット厚みＴとする。つまり、４つのローカルターゲット厚みを求めてからそれらの平均をエッチング工程に用いるローカルターゲット厚みＴとする。複数のローカルターゲット厚みを平均して得られたローカルターゲット厚みは平均ローカルターゲット厚みという。終点検出位置５ａで得られた４つの厚みと対称位置５ｂで得られた４つの厚みは、中心５ｃから等距離にある位置の厚みであり、平均ローカルターゲット厚みは環状に並んだ８つの位置の厚みを反映した値となっている。
【００４１】
相対エッチ量１５は、ターゲット設定工程又はターゲット設定工程の前に、測定点６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄそれぞれについて厚みの代表値を算出し、それらの４つの代表値の平均値である処理前代表値を算出し、その処理前代表値からエッチング後の被エッチング材の目標厚みを減算して相対エッチ量を算出する。
【００４２】
エッチング工程では、半導体ウエハ１を回転させながらエッチングを行いつつ、終点検出位置５ａにてエッチング対象の厚みを連続して測定する。そして、被エッチング材２の厚みのうち回転の原点、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°の位置に最も近い厚みの平均値を連続的に算出し、その値が平均ローカルターゲット厚み以下になったと判定した場合にエッチングの終点を検出してエッチングを終了する。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法によれば、エッチング対象の厚みの分布にうねりがある場合に、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制できる。
【００４３】
実施の形態４．
実施の形態４に係る半導体装置の製造方法は実施の形態２、３と類似点が多いので、実施の形態２、３との相違点を中心に説明する。図１２には、連続回転１６ｂによって終点検出位置５ａで厚みを捉えることができる終点検出回転軌跡５ｄ等が示されている。ターゲット設定工程では半導体ウエハ１を回転させながらローカル厚みを測定する。より詳細に言えば、半導体ウエハ１を回転させながら終点検出位置５ａで被エッチング材２の厚みを例えば１回転分複数の測定点で測定し、平均化又は最頻値抽出等により、終点検出回転軌跡５ｄ上の厚みを代表するローカル厚みを得ることができる。尚、回転を止めることなく、ローカルターゲット厚みＴを算出後、引き続きエッチング工程に進めることもできる。  
【００４４】
ローカルターゲット厚みＴを算出するために用いる相対エッチ量は、当然ながら、ターゲット設定工程又はターゲット設定工程の前に算出する。相対エッチ量は、例えば、中心５ｃをとおる直線上の複数箇所の被エッチング材２の厚みから被エッチング材の厚みの代表値である処理前代表値Ｂ２を算出し、処理前代表値Ｂ２から目標厚みＡ１を減算して算出する。
【００４５】
図１３には、エッチング前の被エッチング材２の表面１１と、エッチング後の被エッチング材２の表面１２が示されている。表面１１の厚みのうねりが大きいほど、ローカル厚みの算出の元になる厚みの測定位置によってローカル厚みが大きく変化する。エッチング工程では半導体ウエハ１を回転させるので、エッチング中は、終点検出回転軌跡５ｄにおける被エッチング材２の厚みをモニタしていることになる。したがって、エッチング前に算出するローカル厚みも終点検出回転軌跡５ｄにおける測定で得ることが好ましい。そこで、本発明の実施の形態４では半導体ウエハ１を回転させながらローカル厚みを算出することとしたので、半導体ウエハ１の回転角度によって異なる値となるローカル厚みを平準化できる。したがって、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制できる。
【００４６】
ターゲット設定工程及びエッチング工程において、半導体ウエハ１を回転させながら被エッチング材２の厚みを複数の測定点で測定し、平均値を求めローカル厚みとしてもよいし、最頻値をローカル厚みとしてもよい。ターゲット設定工程における膜の厚みの測定方法と、エッチング工程における膜の厚みの測定方法を一致させることにより、相対エッチ量１５を正確に反映させたエッチングが可能となり、目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制できる。
【００４７】
ここまでの全ての実施の形態について、処理前代表値Ｂ２の算出方法は特に限定されない。例えば、ウエハ面内で等間隔に配置された複数の箇所で測定した厚みを単純に平均して処理前代表値Ｂ２としたり、ウエハ中心からの距離に応じて測定する箇所の密度を変化させて測定値を平均して処理前代表値Ｂ２としたり、ウエハ中心からの距離に応じて測定値の重み付けを変化させて処理前代表値Ｂ２としたりすることができる。
【００４８】
実施の形態２−４において、半導体ウエハ１を回転させながらエッチングを行うが、連続的に算出する被エッチング材２の厚みの平均値が１回でもローカルターゲット厚みＴ以下となったところでエッチングを終了させるのではなく、移動平均により被エッチング材２の厚みの推移を平準化した厚みで判定することで外乱による厚みの飛び値とうねりの影響を緩和でき、さらに目標厚みＡ１と処理後代表値Ａ２との間で生じる誤差を抑制できる。なお、ここまでで説明した各実施の形態における技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  半導体ウエハ、  ２  被エッチング材、  ５ａ  終点検出位置、  ６  測定点、  １１，１２  表面、  １５  相対エッチ量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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