(57)【要約】【課題】基板上に形成されたマスク材から影響を低減してエッチング量を高精度に検出できるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】予め作成された前記複数の膜層の少なくとも一方の膜からの波長をパラメータとする干渉光の強度のパターンと他方の膜からの光についての波長をパラメータとする強度のパターンと用いて検出された複数のパターンと、前記処理対象の膜の処理中に検出された前記処理室内からの光の強度のパターンとを比較して得られる差が最小となる前記複数のパターンのうちの一つに対応する膜厚さと目標の膜厚さとを比較して、前記処理対象の膜の厚さの前記目標の膜厚さに到達を判定するプラズマ処理装置。【選択図】  図１
2015023105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを真空容器内部の処理室内に配置して、前記ウエハ上に予め配置された処理対象の膜層及びこの膜層上のマスク層とを含む複数の膜層を有した膜構造を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
予め作成された前記複数の膜層の少なくとも一方の膜からの波長をパラメータとする干渉光の強度のパターンと他方の膜からの光についての波長をパラメータとする強度のパターンと用いて検出された複数のパターンと、前記処理対象の膜の処理中に検出された前記処理室内からの光の強度のパターンとを比較して得られる差が最小となる前記複数のパターンのうちの一つに対応する膜厚さと目標の膜厚さとを比較して、前記処理対象の膜の厚さの前記目標の膜厚さに到達を判定するプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
処理対象のウエハの処理の前に予め別のウエハ上の前記膜構造を処理して得られた前記処理対象の膜またはマスク層の各々からの光から検出される前記パターンを合成して得られた複数の合成パターンと、前記処理対象のウエハの前記処理対象の膜の処理中に得られた前記光の強度の前記パターンとを比較して、前記処理対象の膜の厚さの前記目標の膜厚さに到達を判定するプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の膜のうち前記処理中の膜厚さの変化の小さい方の膜層について、当該膜からの光についての前記波長をパラメータとする強度のパターンを予め算出して、この予め算出されたパターンと他方の膜からの光から得られる前記波長をパラメータとする強度のパターンとを用いて前記複数のパターンを作成するプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の膜のうち上方に配置された膜が光を透過する材料から構成されたマスク層であるプラズマ処理装置。
【請求項５】
ウエハ上に予め配置された処理対象の膜層及び、この膜層上のマスク層とを有する膜構造を、前記ウエハを真空容器内部の処理室内に配置して、前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理方法であって、
予め作成された前記複数の膜層の少なくとも一方の膜からの波長をパラメータとする干渉光の強度のパターンと他方の膜からの光についての波長をパラメータとする強度のパターンと用いて検出された複数のパターンと、前記処理対象の膜の処理中に検出された前記処理室内からの光の強度のパターンとを比較して得られる差が最小となる前記複数のパターンのうちの一つに対応する膜厚さと目標の膜厚さとを比較して、前記処理対象の膜の厚さの前記目標の膜厚さに到達を判定するプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ処理方法であって、
処理対象のウエハの処理の前に予め別のウエハ上の前記膜構造を処理して得られた前記処理対象の膜またはマスク層の各々からの光から検出される前記パターンを合成して得られた複数の合成パターンと、前記処理対象のウエハの前記処理対象の膜の処理中に得られた前記光の強度の前記パターンとを比較して、前記処理対象の膜の厚さの前記目標の膜厚さに到達を判定するプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のプラズマ処理方法であって、
前記複数の膜のうち前記処理中の膜厚さの変化の小さい方の膜層について、当該膜からの光についての前記波長をパラメータとする強度のパターンを予め算出して、この予め算出されたパターンと他方の膜からの光から得られる前記波長をパラメータとする強度のパターンとを用いて前記複数のパターンを作成するプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理方法であって、
前記複数の膜のうち上方に配置された膜が光を透過する材料から構成されたマスク層であるプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された半導体ウエハなどの基板上の試料を、処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に係り、特に、試料表面からの光を用いて処理中の膜厚さ或いは深さを判定しつつ処理を行うプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの製造では、ウエハの表面上に形成された様々な材料の層、及び、特に誘電材料の層の除去、又はパターン形成に、ドライエッチングが広く使用されている。このドライエッチング装置では、真空容器内部の処理室内に導入された処理ガスをプラズマ化させイオンやラジカルとし、このイオンやラジカルをウエハと反応させることにより、ウエハのエッチング加工を行う。
【０００３】
半導体ウエハのドライエッチング処理において、プラズマ光における特定波長の発光強度が、被処理材のエッチング進行に伴って変化する。そこで、半導体ウエハのエッチング終点検出方法の１つとして、従来から、ドライエッチング処理中にプラズマからの特定波長の発光強度の変化を検出し、この検出結果に基づいて被処理材がエッチングにより完全に除去されたエッチング終点を検出する方法がある。
【０００４】
またウエハ上にマスク材を塗布後、例えば、シリコン基板をエッチングし、ウエハ上の素子を電気的に分離するための溝をシリコンに形成する工程がある。この場合、シリコン基板を決められた深さ量だけエッチングし処理を終了させることが重要となる。
【０００５】
この方法として発光分光を利用してプラズマ光を観測すると、エッチングの進行に伴い、シリコンの深さが増加することにより分光された光は、干渉波形を形成し、この干渉信号を利用して深さを計測する方法がある。
【０００６】
特許文献１では、外部からの既知の光を入射し、ウエハから反射した３つの光の波長を観測し、周波数解析を行い、エッチング深さを算出する方法が知られている。
【０００７】
特許文献２では、プラズマ光が被処理材によって反射した干渉光を観測し、干渉波形を波長帯域によりマスク成分と段差成分を分離させ、エッチング深さを算出する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−０３４５８２号公報
【特許文献２】特開２００３−８３７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ウエハ上に形成する各素子間を分離するために、シリコンに作成する溝の深さを、決められた深さ量だけエッチングし、処理を終了させることが重要である。
【００１０】
しかしながら特許文献１では、以下の点について、問題が生じている。ウエハから反射する光が被エッチング膜（シリコン）の表層とエッチング底部との干渉のみを考慮している。実際には、シリコン上部に形成された、例えばレジストマスクの表層からも反射するため、レジストマスクの残膜量を考慮する必要がある。そのため、この方式では、被エッチング膜（シリコン）の深さを正確に検出することが出来ない。
【００１１】
また特許文献２では、以下の点について問題が生じている。例えば、全ての波長でマスク成分の干渉波形と段差成分の干渉波形が重なり合っている場合、マスク成分と段差成分を波長帯域で分離できない。そのため、この方式では、被エッチング膜（シリコン）の深さを正確に検出することが出来ない場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、基板上に形成されたマスク材から影響を低減してエッチング量を高精度に検出できるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、マスク材からの干渉波形を理論的に作成した理論マスク干渉波形パターンと、実際のエッチングで取得した実干渉波形パターンとから抽出した実段差波形パターンを合成した合成波形パターンを作成する。エッチング処理中に半導体ウエハの表面から得られる干渉光の複数の波長の各々について時間微分を求め、干渉波形の微分値のパターンを求め、そのパターンと合成波形パターンとを比較し、被処理材の深さ値を精密に検出するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
被処理材の上に形成されたマスク材の影響を考慮し、正確に被処理材の深さ値を検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が処理を行う膜構造の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において図２で示す膜構造を処理する際に取得した波長をパラメータとする干渉光の強度のデータを示すグラフである。
【図５】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置におけるパターンを作成する流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を、図面を用いて以下説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１を図１から図５を用いて以下説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【００１９】
本実施例のプラズマ処理装置１は、真空容器２と、深さモニタ装置９とを備えている。真空容器２は、その内部に図示を省略したガス導入手段から導入されたエッチングガスがマイクロ波電力等により分解しプラズマ３となり、このプラズマ３により試料台５上の半導体ウエハなどの被処理材４がエッチングされる。
【００２０】
本実施例の深さモニタ装置９は、光ファイバ７と、分光器１０と、第１デジタルフィルタ１１と、微分器１２と、第２デジタルフィルタ１３と、微分波形比較器１４と、微分波形パターンデータベース１５と、微分波形パターン合成器１６と、理論マスク微分波形パターンデータベース１７と、実段差微分波形パターンデータベース１８と、マスク厚値、段差値時系列データ記録器２１と、回帰分析器２２と、終点判定器２３と、表示器２４とを備えている。
【００２１】
なお、図１は、深さモニタ装置９の機能的な構成を示したものであり、光ファイバ７と分光器１０と表示器２４を除いた深さモニタ装置９の実際の構成は、ＣＰＵや、マスク材残存膜厚測定処理プログラムまたはシリコンのエッチング深さ測定処理プログラムや干渉光の微分波形パターンデータベース１５や、理論マスク微分波形パターンデータベース１７や、実段差微分波形パターンデータベース１８等の各種データを保持したＲＯＭや測定データ保持用のＲＡＭおよび外部記憶装置等からなる記憶装置、データの入出力装置、および通信制御装置により構成することができる。
【００２２】
被処理材４からの干渉光は光ファイバ７を介して深さモニタ装置９の分光器１０に導かれ、その状態に基づきシリコンのエッチング深さ測定またはマスク材の残存膜厚測定やエッチング処理の終点判定の処理を行う。
【００２３】
分光器１０では、入射したプラズマ光は分光され、多波長の干渉光の発光強度は、それぞれ特定波長毎に発光強度に応じた電流検出信号となり電圧信号へ変換される。分光器１０によりサンプリング信号として出力された複数の特定波長（ｊ個）の信号は、時系列データｙｉ，ｊとして図示を省略したＲＡＭ等の記憶装置に収納される。
【００２４】
時刻ｉにおける時系列データｙｉ，ｊは次に、第１デジタルフィルタ回路１１により平滑化処理され平滑化時系列データＹｉ，ｊとして図示を省略したＲＡＭ等の記憶装置に収納される。
【００２５】
この平滑化時系列データＹｉ，ｊを基に、微分器１２により微係数値（１次微分値あるいは２次微分値）の時系列データｄｉ，ｊが算出され、図示を省略したＲＡＭ等の記憶装置に収納される。
【００２６】
微係数値の時系列データｄｉ，ｊは、第２デジタルフィルタ回路１３により、平滑化処理され平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊとして図示を省略したＲＡＭ等の記憶装置に収納される。そして、この平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊから干渉光強度の微分値の波長依存性を示す（波長ｊをパラメータとする）実パターンが求められる。
【００２７】
ここで、平滑化微係数時系列データＤｉの算出について説明する。デジタルフィルタ回路１２としては、例えば２次バタワース型のローパスフィルタを用いる。２次バタワース型のローパスフィルタにより平滑化時系列データＹｉは式（１）により求められる。
【００２８】
Ｙｉ  ＝  ｂ１・ｙｉ  ＋  ｂ２・ｙｉ−１  ＋  ｂ３・ｙｉ−２  ?  ［  ａ２・Ｙｉ−１  ＋  ａ３・Ｙｉ−２］      ・・・（１）
ここで係数ａ、ｂはサンプリング周波数およびカットオフ周波数により数値が異なる。またデジタルフィルタの係数値は例えば  ａ２＝−１．１４３、ａ３＝０．４１２８、ｂ１＝０．０６７４５５、ｂ２＝−０．０１３４９１、ｂ３＝０．０６７４５５（サンプリング周波数１０Ｈｚ、カットオフ周波数１Ｈｚ）である。
【００２９】
２次微係数値の時系列データｄｉは微分器１３により５点の時系列データＹｉの多項式適合平滑化微分法を用いて式（２）から以下のように算出される。
【００３０】
ｊ＝２
ｄｉ  ＝  Σｗｊ・Ｙｉ＋ｊ        ・・・（２）
ｊ＝−２
ここで重み係数ｗに関して  ｗ−２＝２、ｗ−１＝−１、ｗ０＝−２、ｗ１＝−１、ｗ２＝２である。
【００３１】
前記微係数値の時系列データｄｉを用いて平滑化微係数時系列データＤｉはデジタルフィルタ回路１４としては、例えば２次バタワース型ローパスフィルタにより式（３）から以下のように算出される。
【００３２】
Ｄｉ  ＝  ｂ１・ｄｉ  ＋  ｂ２・ｄｉ−１  ＋  ｂ３・ｄｉ−２  ?  ［  ａ２・Ｄｉ−１  ＋  ａ３・Ｄｉ−２］      ・・・（３）
一方、微分波形パターンデータベース１５には、あらかじめエッチングした干渉パターンと理論マスクパターンと作成した前記各波長に対する干渉光強度の微分波形パターンデータベースＤｇ（ｋ，ｍ）１５が設定されている。
【００３３】
微分波形パターンデータベースＤｇ（ｋ、ｍ）１５は理論マスク微分波形パターンデータベースＤｍ（ｌ）１７と、実段差微分波形パターンデータベースＤｓ（ｌ）１８とを、微分波形パターン合成器１６によって合成し得られる。なお、微分波形パターンデータベースＤｇ（ｋ、ｍ）１５と、理論マスク微分波形パターンデータベースＤｍ（ｌ）１７と、実段差微分波形パターンデータベースＤｓ（ｌ）１８は、図示を省略したＲＡＭ等の記憶装置に収納される。ここでｋ、ｍは任意の時刻を示す変数である。
【００３４】
理論マスク微分波形パターンデータベース１７と実段差微分波形パターンデータベースの作成方法については図５を用いて後述する。微分波形パターン合成器１６では、Ｄｍ（ｌ）とＤｓ（ｌ）とを加算し組み合わせた微分波形パターンを持っている。
【００３５】
具体的には
Ｄｇ（０，０）＝  Ｄｍ（０）＋Ｄｓ（０）、Ｄｇ（０，１）＝Ｄｍ（０）＋Ｄｓ（１），Ｄｇ（０，２）＝Ｄｍ（０）＋Ｄｓ（２），・・・，Ｄｇ（０，ｌ）＝Ｄｍ（０）＋Ｄｓ（ｌ），Ｄｇ（１，０）＝Ｄｍ（１）＋Ｄｓ（０），・・・，Ｄｇ（ｌ，ｌ）＝Ｄｍ（ｌ）＋Ｄｇ（ｌ）
のパターンを作成する。本実施例は、上記のパターンを、は、膜厚さを判定しようとする時系列の任意の時刻ｔを含む複数の時刻の列｛ｌ｝の各々に対応するＤｍ（ｌ）及びＤｓ（ｌ）のパターンデータ各々を組み合わせて作成する。
【００３６】
本実施例では、当該合成パターンの作成に使用するｌの範囲として、例えば膜厚さを判定しようとする時系列の現在の時刻ｔから正方向および負方向に全処理時間の１０％の範囲のものを選択する。このＤｇは（ｌ＋１）×（ｌ＋１）のパターンを予めメモリ上へ保持しておいてもよいし、各サンプリングでエッチングの深さ量に対応した付近のＤｇだけを保持しておいても良い。
【００３７】
微分波形比較器１４では上記微分波形パターンデータベースＤｇ１５と現在求められた平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊとが比較され現在のパターンと最も近いＤｇ（ｋ，ｍ）を求める。このｋ，ｍにより現在のマスク厚値および段差値が決定され、マスク厚値、段差値時系列データ記録器２１にこの値を保存する。なお決定されたマスク厚値を瞬時マスク厚値と呼び、段差値を瞬時段差値と呼ぶ。ここで得られた瞬時マスク厚値をＭｉとし、瞬時段差値をＳｉとする。
【００３８】
回帰分析器２２において、時刻ｉ以前の瞬時マスク厚値、及び瞬時段差値を用いた回帰直線近似より時刻ｉの現在の計算マスク厚値ＶＭｉ、及び現在の計算段差値ＶＳｉを求める。なお過去時刻における瞬時マスク厚値を用いて回帰直線近似より求めた現在のマスク厚値を計算マスク厚値と呼び、過去時刻における瞬時段差値を用いて回帰直線近似より求めた現在の段差値を計算マスク厚値と呼ぶ。
【００３９】
ここで回帰直線近似による計算マスク厚値ＶＭｉ、及び計算段差値ＶＳｉの算出について説明する。過去の瞬時マスク厚値、又は瞬時段差値（例えば、過去３０点分）を用いて、１次回帰直線Y=Xa×ｔ＋Ｘｂ（Ｙ：瞬時マスク厚値、もしくは瞬時段差値、Ｘａ：絶対値がエッチング速度、ｔ：エッチング時間、Ｘｂ：初期マスク厚値、もしくは初期段差値）を求め、１次回帰直線に現在の時刻を挿入することにより、現在の計算マスク厚値ＶＭｉ、及び現在の計算段差値ＶＳｉを算出する。次の時刻の瞬時マスク厚値、又は瞬時段差値が入力される度に、再度１次回帰直線を求める。
【００４０】
さらに、計算段差値ＶＳｉから計算マスク厚値ＶＭｉを減算することにより、計算深さ値ＶＤｉを求める。この計算深さ値ＶＤｉが予め設定された目標深さ以下であるかどうかを終点判定器２３で判定し、エッチングを終了する。以上の処理により求められた被処理材のエッチング量の結果は、表示器２４により表示される。
【００４１】
図２は、図１で示す実施例が処理を行う膜構造の構成を模式的に示す縦断面図である。
図２（ａ）は、エッチング処理開始直後のマスク層２０１と、シリコン層２０２とを備える膜構造を模式的に示す。
図２（ｂ）は、図１のプラズマ処理装置９にて、プラズマ処理された後の、マスク層２０７と、シリコン層２０８とを備える膜構造を模式的に示す。
【００４２】
エッチング処理開始直後のウエハ図２（ａ）に対してプラズマ発光２０３が入射されると、マスク層２０１の表面による反射光２０４と、マスク層２０１とシリコン層２０２の境界による反射光２０５、シリコン層２０２の表面による反射光２０６が発生する。
【００４３】
また、エッチング処理中のウエハ図２（ｂ）に対してプラズマ発光２０３が入射され、マスク層２０７の表面による反射光２１０と、マスク層２０７とシリコン層２０８の境界による反射光２１１、シリコン層２０８の表面による反射光２１２が発生する。
図２（ｂ）において、段差値２１３をＶＳとし、マスク厚２１４をＶＭとし、深さ値２１５をＶＤとする。
【００４４】
図３は、図２で示すマスク層２０１、シリコン層２０２を併せ持つウエハを、プラズマ処理した際の、被処理層の深さを判定する手順を示すフローチャートである。
【００４５】
最初に、目標シリコン深さ値（目標エッチング量）と、マスクデータベースＤｍ（ｌ）と段差データベースＤｓ（ｌ）の設定を行う（ステップ４０２）。なお、ステップ４０２の詳細については、図５を用いて後述する。
【００４６】
次のステップにおいて、ウエハからの干渉光のサンプリング（たとえば０．２５〜０．５秒毎に）を開始する。（ステップ４０３）すなわち、エッチング処理開始に伴い、サンプリング開始命令が出される。エッチングの進行に従って変化する多波長の発光強度が、光検出器（分光器１０）により発光強度に応じた電圧の光検出信号として検出される。分光器１０の各波長ｊ毎の光検出信号は、デジタル変換され、サンプリング信号ｙｉ，ｊを取得する。
【００４７】
次に、分光器１０からの多波長出力信号ｙｉ，ｊを第１段目のデジタルフィルタ１１により平滑化し、平滑化時系列データＹｉ，ｊを算出する（ステップ４０４）すなわち、第１段目のデジタルフィルタによりノイズを低減し、平滑化時系列データＹｉ，ｊを求める。
【００４８】
次に、微分器１２において、一般的な微分法により平滑化時系列データＹｉ，ｊを微分して、各波長毎の微係数ｄｉ，ｊを算出する（ステップ４０５）。例えばＳ−Ｇ法（Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙ  ｍｅｔｈｏｄ）や差分法を用いて擬似的に微分を行っても良い。この微分処理により各波長毎の信号波形の微係数（１次または２次）ｄｉ，ｊを求める。
【００４９】
さらに、第２段目のデジタルフィルタ１３により平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊを算出する（ステップ４０６）。
【００５０】
次に、マスクデータベースＤｍ（ｌ）と段差データベースＤｓ（ｌ）を組み合わせて、合成データベースＤｇ（ｋ，ｍ）を作成する（ステップ４０７）。具体的には、Ｄｇ（０，０）＝  Ｄｍ（０）＋Ｄｓ（０）、Ｄｇ（０，１）＝Ｄｍ（０）＋Ｄｓ（１），・・・，Ｄｇ（ｌ，ｌ）＝Ｄｍ（ｌ）＋Ｄｇ（ｌ）の（ｌ＋１）×（ｌ＋１）のパターンを作り出す。上記の通り、ここで組み合わせに使用するｌの範囲は、例えば現在の時刻から正方向および負方向に全処理時間の１０％の範囲を持つ。
【００５１】
そして、微分波形比較器１４において、マッチングパターン偏差値（最小）σｓ＝√（Σ（Ｄｉ，ｊ−Ｄｇ（ｋ，ｍ）ｊ）２／ｊ）値の算出を行い、平滑化微係数時系列データＤｉ，ｊに対するマッチングパターン偏差値（最小）σｓが最小値となる合成データベースＤｇ（ｋ，ｍ）を決定する（ステップ４０８）。
【００５２】
ここでＤｇ（ｋ，ｍ）のｋはマスクデータベースＤｍ（ｋ）であり、Ｄｇ（ｋ，ｍ）のｍは段差データベースＤｓ（ｍ）に相当する。なお、ｋ（ｋ＝０，・・・，ｌ）、ｍ（ｍ＝０，・・・，ｌ）はサンプリング時刻を示す数である。マスクデータベースＤｍ（ｋ）は時刻ｋにおける波長依存性を示す理論マスク干渉波形パターンで構成されており、段差データベースＤｓ（ｍ）は時刻ｍにおける波長依存性を示す実段差干渉波形パターンで構成されている。すなわちｋ，ｍが前記微分波形比較器１４にて決定されることにより、現在の瞬時マスク厚値Ｍｉ及び瞬時段差値Ｓｉが決定される。
【００５３】
過去の瞬時マスク厚時系列データＭｉより、回帰分析を行い現在の計算マスク厚値ＶＭｉを算出する。さらに過去の瞬時段差値時系列データＳｉより回帰分析を行い現在の計算段差値ＶＳｉを算出する。
【００５４】
計算段差値ＶＳｉから計算マスク厚ＶＭｉを減算することで、計算深さ値ＶＤｉを算出する。（ステップ４１１）
計算深さ値ＶＤｉと、目標シリコン深さ値を比較することで、エッチング量の判定を行い（ステップ４１２）、現在の計算深さ値ＶＤｉが目標シリコン深さ値に達していたら、該当のエッチングを終了させ、サンプリングを終了する（ステップ４１３）。現在の計算深さ値ＶＤｉが目標シリコン深さ値に達していない場合はステップ４０４に戻る。
【００５５】
図４は、図１で示す実施例に係るプラズマ処理装置にて、図２で示す膜構造の構成を模式的に示した試料を処理する際に、取得できる各波長の干渉波形データを、正の微分値は赤色、零近傍の微分値は緑色、負の微分値は青色となるように図で表したものである。縦軸に波長、横軸に時間を示す。
【００５６】
図４（ａ）は理論マスク干渉波形を示す。図４（ｂ）は図２に示す膜構造のウエハを実際にエッチングした際に得られた実干渉波形を図で示す。また図４（ｂ）において５０７、５０８は実干渉波形における、シリコンがエッチングされていることにより生じる干渉波形の段差成分を示し、５０９，５１０は実干渉波形における、マスク残膜がエッチングによって減少することにより発生する干渉波形のマスク成分を示す。図４（ｃ）は上記図４（ｂ）からウエハの開口率に応じた比率で、図４（ａ）を減算した実段差干渉波形を、図で示したものである。
【００５７】
図４（ｃ）の実段差干渉波形を例に図の説明を行う。最初に光路差の定義式は以下の式（４）で表される。
２ｄｎ／ｃｏｓθ＝ｍλ・・・（４）
（ｍ＝０、１、２．．．、すなわちｍが整数の時最大値をとる。なお屈折率ｎ、入射角θ、膜厚ｄとする。）
エッチング処理前は段差による光路差はマスク厚分である。エッチング処理が進むにつれて光路差は増加する。この時、式（４）から分かるように最大値をとる光路差２ｄは波長に依存することが分かる（単純化のためθ＝０とする）、すなわち短波長側の波長周期に比べ、長波長側の波長周期が長くなるため、実段差干渉波形図４（ｃ）のように波長が長くなるに従い、正の微分値５１４と、零近傍の微分値５１５と，負の微分値５１６とが、右肩下がりになっていくことが分かる。
【００５８】
理論マスク干渉波形図４（ａ）については、実段差干渉波形図４（ｃ）とは逆にエッチング処理が進むにつれ、マスク厚さは減少する。つまり、光路差は減少する。よって理論マスク干渉波形図４（ａ）のように波長が長くなるに従い、正の微分値５０４と、零近傍の微分値５０５と，負の微分値５０６とが、右肩上がりになっていく。
【００５９】
実干渉波形図４（ｂ）は、図２に示す膜構造のウエハを実際にエッチングした際に得られた波形であり、理論マスク干渉波形図４（ａ）と実段差干渉波形図４（ｃ）が重なり合ったような図となる。
【００６０】
よって実段差干渉波形は、実干渉波形から理論マスク干渉波形を抜き出すことにより、導出される。
【００６１】
図５は、理論マスク干渉波形を算出し、実干渉波形から理論マスク干渉波形を減算することにより、実段差干渉波形を抽出することを示すフローチャートである。
【００６２】
まず、被処理層の物性値等が記載されている文献、例えば「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄｓ」（Ｅｄｗａｒｄ  Ｄ．  Ｐａｌｉｃ（Ｎａｖａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ｄ．Ｃ．），Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｉｎｃ．  １９８５）からマスク素材の波長λｉに対応する屈折率ｎｉを取得する（ステップ６０２）。
【００６３】
次に、製品ウエハと同じ構成のサンプルウエハのエッチング処理を行い、実干渉波形を得る（ステップ６０３）。実際に，エッチング処理を行ったウエハの初期マスク膜厚、最終マスク膜厚、エッチング処理時間ｔからエッチング速度Ｒｍを算出する（ステップ６０４）。ここで、エッチング速度Ｒｍは、Ｒｍ＝（初期マスク膜厚―最終マスク膜厚）／tにより算出される。
【００６４】
すなわち処理を行う前に取得するマスクの初期膜厚と、エッチング処理中に得られた干渉波形データ及び、処理後のウエハをＳＥＭで測定することにより得られるウエハの最終膜厚を用いることで、エッチング処理を行った際のマスクの削れ量とエッチング処理時間ｔよりエッチング速度（エッチングレート）を求めることができる。
【００６５】
次に、ステップ６０２で得られたλｉ及びｎｉと、ステップ６０４で得られたＲｍ、初期マスク膜厚から、マスクの理論干渉波形Ｉｍを算出する（ステップ６０５）このような理論干渉波形Ｉｍは、従来より知られている技術（例えばフレネルの振幅反射係数を用いる方法等）を用いて求めることができる。
【００６６】
次に、マスク実干渉波形と実段差干渉波形が合わさった実干渉波形から、理論マスク干渉波形を減算することにより、実段差干渉波形を抽出する（ステップ６０６）。実干渉波形から理論マスク干渉波形を減算する場合、例えば、実干渉波形を取得したウエハの開口率から減算する理論マスク干渉波形の割合を決定する。
【００６７】
最後に、ステップ６０６で求めた実段差干渉波形と、ステップ６０５で求めた理論マスク干渉波形をデータベースとして保持する（ステップ６０７）。このとき、データベースは、例えばＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置や外部記憶装置等に収納される。
【符号の説明】
【００６８】
１      プラズマ処理装置
２      真空処理室
３      プラズマ
４      被処理材
５      試料台
７      光ファイバ
９      深さモニタ装置
１０    分光器
１１    第１デジタルフィルタ
１２    微分器
１３    第２デジタルフィルタ
１４    微分波形比較器
１５    微分波形パターンデータベース
１６    微分波形パターン合成器
１７    理論マスク微分波形パターンデータベース
１８    実段差微分波形パターンデータベース
２１    マスク厚値、段差値時系列データ記録器
２２    回帰分析器
２３    終点判定器
２４    表示器
２０１  マスク層
２０２  シリコン層
２０３  プラズマ発光
２０４  反射光
２０５  反射光
２０６  反射光
２０７  マスク層
２０８  シリコン層
２１０  反射光
２１１  反射光
２１２  反射光
２１３  段差値
２１４  マスク厚
２１５  深さ値。
【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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