(57)【要約】【課題】プラズマ放電中の屈折率を反映した干渉波形を利用するための初期校正が実現でき、高信頼性の半導体製造装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】ドライエッチング装置としての処理室１１内の載置台１２に、実段差測定済みの溝２１が設けられた基準盤２０が準備される。可干渉光処理機構１７はプラズマ中において基準盤２０へ検査光Ｌ（Ｌｉｎ，Ｌｒｅ）を照射する。算定機構１８は干渉波形の屈折率を利用した段差測定のサンプルを取得する。補正演算機構１９は、基準盤２０の、算定機構１８で得られる測定段差を、基準盤２０の実段差測定値と比較し、その誤差が小さくなるよう近似させる制御を行う。この算定機構１８の制御補正を実施した後、実際のウェハプロセスにおける処理を稼動させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置される装備を有し真空中で少なくとも反応ガスが供給される処理室と、
前記反応ガスの供給された前記処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記試料に所定波長の検査光を照射し反射光を取得する可干渉光処理機構と、
少なくともプラズマを前記処理室内に発生させる環境下で前記試料に対する前記検査光の入射波と反射波の比に応じて前記試料に設けられる段差を測定する算定機構と、
前記検査光が照射される実段差測定可能な溝を有する基準盤と、
前記基準盤の前記算定機構で得られる測定段差を、前記基準盤の実段差測定値に近似させる補正演算機構と、
を具備したことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記基準盤はエッチング耐性の材料を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記基準盤において前記溝により設けられた段差は、深さが連続して変化または段階的に変化する構成となっていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記基準盤において前記溝のパターンは円弧状であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一つに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記基準盤における前記溝は複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一つに記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記基準盤は、前記試料が載置される前記電極のうちの一つであることを特徴とする請求項１〜５いずれか一つに記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記可干渉光処理機構からの検査光は、前記基準盤における前記溝に沿うように移動可能であることを特徴とする請求項１〜６いずれか一つに記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記基準盤の回転機構をさらに具備したことを特徴とする請求項１〜７いずれか一つに記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記請求項１〜８いずれかの半導体製造装置を利用して形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
試料の載置される処理室内が、供給される反応ガスの放電によってプラズマ化され、前記試料の表面を成膜または加工処理する半導体装置の製造方法であって、
プラズマによる処理中、前記試料に可干渉光処理機構からの検査光が照射され、干渉波形を利用した処理制御を行う工程と、
前記処理制御を行う前に、段差の変化する溝を有した基準盤によりプラズマ中での干渉波形を利用した段差測定を行う算定処理と、前記基準盤の実段差測定値を参照して前記算定処理を補正する初期校正工程と、
を具備し、
前記初期校正工程を前記処理制御に反映させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記初期校正工程は、前記基準盤において前記溝により設けられる変化する段差に関し、前記算定処理で得られる段差測定の変化の割合を、予め前記溝により得られた実段差測定の変化の割合に一致させるようにすることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記処理制御はエッチングの終点検出であることを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記処理制御は成膜の状態検出であることを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記請求項１０〜１３いずれかの半導体装置の製造方法を利用して形成されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造に係り、チャンバ内に放電用ガスを導入しプラズマ化することによりウェハ基板に対しエッチングや成膜等の表面処理を施す半導体製造装置及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造ラインには各種プラズマ処理装置が配設される。ドライエッチング装置もその一つであり、通常、エッチング処理室内はグロー放電領域でプラズマを発生させる。これにより、導入した反応ガスをプラズマ化し、所定のエッチング処理を施す。
【０００３】
エッチングの終点検出はプラズマ発光強度の観測によるもの、干渉波形を利用した終点検出（ＩＥＰ：Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ  Ｅｎｄ  Ｐｏｉｎｔ  ）の機構を有するもの等が知られている。ここでは、ＩＥＰ機構を有するエッチング装置に関する説明をする。ＩＥＰはエッチングにより推移する所定箇所の段差をモニタしながら、エッチング終点を検出する機構である。ＩＥＰでは干渉波形の入射波と反射波の比、屈折率に応じてエッチング段差を算定している。
【０００４】
図５は、ＩＥＰ機能に関する波形を示す特性図である。例えば、エッチングにより段差ｄが深くなる。これに比例して、ｄ＝λ／２ｎの間隔で干渉波形の山ができることを利用し（λ：入射波長、ｎ：プラズマ放電中の屈折率）、このｄの情報がエッチング段差測定の算定の基礎になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＩＥＰ機能を利用するエッチング装置等の半導体製造装置では、干渉波形の入射波と反射波の比、屈折率に応じてエッチ量を算定している。このため、波形の初期校正として、初期設定と同様の処理が奨励されている。例えば、鏡面基板を下部電極に準備し、ある箇所に可干渉光処理機構からの検査光を照射する。下部電極が全反射状態における反射強度を確認し、これを誤差ゼロとみなす。すなわち、入射波と反射波の差がなく、全反射を確認し、ロスがないことを確認して波形の初期校正とする。
【０００６】
しかしながら、上記のような波形の初期校正方法では、次のような問題がある。まず、基板のエッチングを懸念して無放電状態で校正している。従って、プラズマ放電中の屈折率は、真空中の屈折率と当然異なるため、正確には反映されない。よって、従来の校正方法では各プロセスで異なる放電中の屈折率に対応できない。結局、従来の校正方法は反射強度の零点調整を行なっているに過ぎず、段差により終点検出を行なう機構を利用する装置としては校正方法が適切とはいえない。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、プラズマ放電中の屈折率を反映した干渉波形を利用するための初期校正が実現でき、高信頼性の半導体製造装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造装置は、試料が載置される装備を有し真空中で少なくとも反応ガスが供給される処理室と、前記反応ガスの供給された前記処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、前記試料に所定波長の検査光を照射し反射光を取得する可干渉光処理機構と、少なくともプラズマを前記処理室内に発生させる環境下で前記試料に対する前記検査光の入射波と反射波の比に応じて前記試料に設けられる段差を測定する算定機構と、前記検査光が照射される実段差測定可能な溝を有する基準盤と、前記基準盤の前記算定機構で得られる測定段差を、前記基準盤の実段差測定値に近似させる補正演算機構と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明に係る半導体製造装置によれば、初期校正時に実段差測定可能な溝を有する基準盤が参照され、補正演算機構が作用する。すなわち、プラズマ放電中に算定機構によって得られる基準盤の段差測定のデータを、実際の基準盤における実段差測定の値と照らし合わせる。誤差が認められることになれば、補正演算機構によって算定機構での段差測定変化は補正される。
【００１０】
なお、上記本発明の半導体製造装置に係る、好ましい実施態様はそれぞれ次のようである。
前記基準盤はエッチング耐性の材料を含むことを特徴とする。プラズマ中、エッチング雰囲気に晒される場合、基準盤としてはエッチングされない方がよい。
前記基準盤において前記溝により設けられた段差は、深さが連続して変化または段階的に変化する構成となっていることを特徴とする。より複数の異なる段差のデータをサンプリングすれば精度は向上する。
前記基準盤において前記溝のパターンは円弧状であることを特徴とする。基準盤の回転または検査光の公転運動を考慮した場合、いずれの機構にも測定領域が容易に合わせられる。
前記基準盤における前記溝は複数設けられていることを特徴とする。より複数の異なる段差のデータ、より広範囲に及ぶデータをサンプリングすれば精度は向上する。
前記基準盤は、前記試料が載置される前記電極のうちの一つであることを特徴とする。電極が基準盤を兼ねることも考えられる。
前記可干渉光処理機構からの検査光は、前記基準盤における前記溝に沿うように移動可能であることを特徴とする。また、前記基準盤の回転機構をさらに具備したことを特徴とする。これらは、より複数の異なる領域の段差のデータを容易に取得するために有用である。
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、上述のいずれかの特徴を有する半導体製造装置を利用して形成されることを特徴とする。必要な膜の加工について信頼性が向上し高信頼性の半導体装置の実現に寄与する。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、試料の載置される処理室内が、供給される反応ガスの放電によってプラズマ化され、前記試料の表面を成膜または加工処理する半導体装置の製造方法であって、プラズマによる処理中、前記試料に可干渉光処理機構からの検査光が照射され、干渉波形を利用した処理制御を行う工程と、前記処理制御を行う前に、段差の変化する溝を有した基準盤によりプラズマ中での干渉波形を利用した段差測定を行う算定処理と、前記基準盤の実段差測定値を参照して前記算定処理を補正する初期校正工程と、を具備し、前記初期校正工程を前記処理制御に反映させることを特徴とする。
【００１３】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、初期校正工程を導入することによって、算定処理は、所望のプラズマ中において基準盤の溝による実段差測定値を基にした補正が可能である。
なお、前記初期校正工程は、前記基準盤において前記溝により設けられる変化する段差に関し、前記算定処理で得られる段差測定の変化の割合を、予め前記溝により得られた実段差測定の変化の割合に一致させるようにすることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の半導体装置の製造方法において、前記処理制御はエッチングの終点検出であることを特徴とする。また、前記処理制御は成膜の状態検出であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、上述のいずれかの特徴を有する半導体装置の製造方法を利用して形成されることを特徴とする。必要な膜の加工について信頼性が向上し高信頼性の半導体装置の実現に寄与する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置を説明するものであり、プラズマ処理装置としてドライエッチング装置の要部を示すブロック図である。処理室１１内には、試料の載置される載置台１２が配されている。試料は、例えばエッチング処理したい半導体ウェハ等が考えられる。載置台１２は試料に高周波バイアスを印加するため高周波電源１３につながる。処理室１１上にはプラズマ発生機構１４が設けられ、例えば図示しないコイルやスパイラル状の電極が配備される。処理室１１は導入される反応ガス等のガス供給系１５、さらに排気系１６につながっている。
【００１７】
可干渉光処理機構１７は、処理室１１内の所定部に検査光Ｌ（Ｌｉｎ）を照射し反射光を取得するために配備されている。算定機構１８は、少なくとも処理室１１内にプラズマが発生している環境下で試料表面の実効的な段差を測定、厳密にいえば算定する。すなわち、算定機構１８はいわゆるＩＥＰ機構と同様の機能を有する。算定機構１８は、試料表面の所定の段差領域に対する検査光Ｌの入射波Ｌｉｎと反射波Ｌｒｅの比、つまり屈折率に応じた段差測定機能を有する。例えば、エッチングにより段差ｄが深くなる。これに比例して、ｄ＝λ／２ｎの間隔で干渉波形の山ができることを利用し（λ：入射波長、ｎ：プラズマ放電中の屈折率）、このｄの情報がエッチング段差測定の算定の基になる（図５参照）。
【００１８】
この実施形態では、載置台１２に試料として基準盤２０を準備した構成を示している。基準盤２０は、実段差測定可能な溝２１が設けられている。溝２１は、プラズマ中において基準盤２０への検査光Ｌ（Ｌｉｎ，Ｌｒｅ）による段差測定のサンプルを取得するために必要な異なる深さが用意されている。好ましくは、予め溝２１による実際の段差が計測済みの基準盤２０が準備される。さらに、補正演算機構１９が算定機構１８に関係して設けられる。補正演算機構１９は基準盤２０の、算定機構１８で得られる測定段差を、基準盤２０の実段差測定値と比較し、その誤差が小さくなるよう近似させる制御を行う。算定機構１８は補正演算機構１９により補正された制御でもってＩＥＰ機能をより高精度に作用させ、エッチング処理制御に寄与する。
【００１９】
図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ基準盤（２０）の一具体例を示す平面図及び２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面を図である。図１を参照して説明する。基準盤２０はプラズマ中で使用されるので、石英系や酸化アルミ等、耐プラズマ性、すなわちエッチング耐性の材料が用いられることが好ましい。溝２１は、円弧状のパターンを有し、深さがある傾きをもって連続的に変化する構成である。基準盤２０の回転移動２０１、または可干渉光処理機構１７における検査光位置の公転移動１７１によって、検査光Ｌの照射スポットが変化する溝２１による段差を連続的に捉える。前者であれば、可干渉光処理機構１７において基準盤２０の溝２１に沿うように検査光Ｌが移動可能な機能を有する。後者であれば、載置台１２の回転機構を有して実現される。両者とも複数の異なる領域の段差のデータを容易に取得するために有用な構成である。溝２１は、複数設けられていてもよい。例えば、さらに基準盤２０の中心寄りにも溝２１と同様の溝２２（破線）を設け、検査光Ｌが照射されるようにしてもよい。
【００２０】
図３は、基準盤に関する測定段差変化の特性図である。図１、図２を参照して装置の初期校正方法を説明する。まず、処理に応じた所定の反応ガスによるプラズマ中で、算定機構１８を利用して基準盤２０の溝２１による段差を測定（算定）する。溝２１は深さが異なり、上記基準盤２０の回転移動２０１、または可干渉光処理機構１７における検査光位置の公転移動１７１によって、複数段差がサンプリングされる。これにより、上述の図５に示すｄの変化から段差測定結果が比例線３１のように得られたとする。そこで、実際の基準盤２０の溝２１が作る段差測定値（実段差測定値）が分かっているので、その比例線３２と比べれば、誤差が生じていることが確認できる。補正演算機構１９はこの誤差を認識し、算定機構１８で得られる測定段差の変化の割合を、予め補正演算機構１９内に記録してある実段差測定の変化の割合に一致させるように算定機構１８の制御をする。すなわち、ＩＥＰの機能を補正するのである。
【００２１】
上記のような基準盤２０を用い、補正演算機構１９を伴う算定機構１８の制御補正を実施した後、実際のウェハプロセスにおける処理を稼動させる。すなわち、装置の初期校正は、実際のプラズマプロセスを経て完了する形態をとっている。これにより、ＩＥＰはより正常に機能することが期待できる。すなわち、エッチング装置ならば、精度の良好な、高信頼性のエッチング終点検出が可能である。
【００２２】
上記実施形態の半導体製造装置によれば、初期校正時に実段差測定可能な溝を有する基準盤２０が参照され、補正演算機構１９が作用する。すなわち、プラズマ放電中に算定機構１８によって得られる基準盤２０の段差測定のデータを、実際の基準盤２０における実段差測定の値と照らし合わせる。誤差が認められることになれば、補正演算機構１９によって算定機構１８での段差測定変化は補正される。これにより、プラズマ放電中の屈折率を反映した干渉波形を利用するための初期校正が実現でき、干渉波形の屈折率を利用した段差測定方法の信頼性が大幅に向上する。もって、干渉波形を利用した表面状態の検出を行う半導体製造装置は高信頼性が得られ、精度の良好な半導体装置の量産が期待できる。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ基準盤の他の具体例を示す平面図及び４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。図１を参照して説明する。図１や図２に示す基準盤２０に代えて準備されるものであり、基準盤４０の溝４１の深さは段階的に変化する構成となっている。この場合、可干渉光処理機構１７は、検査光Ｌの位置が基準盤２０における溝４１に沿うように移動できる機能を有する。溝４１は、複数設けられていてもよい。例えば、さらに基準盤４０の中心寄りにも溝４１と同様の溝４２（破線）を設け、検査光Ｌが照射されるようにしてもよい。また、図示しないが、このような溝４１を図２のごとく円弧状パターンをもって配備してもよい。
【００２４】
上記図４の基準盤に関しても、同様に図１の半導体製造装置における初期校正が実施される。すなわち、処理に応じた所定の反応ガスによるプラズマ中、算定機構１８を利用して基準盤４０の溝４１による段差を測定（算定）する。各種類の溝４１によって、それぞれの段差がサンプリングされる。一方溝４１の実段差は測定済みである。これにより、前記図３と同様に、算定機構１８で得られる測定段差の変化の割合を、予め補正演算機構１９に記録してある実段差測定の変化の割合に一致させるように算定機構１８の制御、すなわちＩＥＰの機能を補正する。このような基準盤４０を用い、補正演算機構１９を伴う算定機構１８の制御補正を実施した後、実際のウェハプロセスにおける処理を稼動させる。
【００２５】
上記実施形態において、基準盤はその他、算定機構１８の効率的な段差データを取得するためのあらゆる形態を取り得る。基準盤が支持台１２を兼ねることも考えられる。
また、このようなプラズマ放電中の屈折率を反映した干渉波形を利用するための初期校正の実現は、エッチング装置に限らず、ＣＶＤ装置やスパッタ装置等、プラズマを利用した成膜装置にも応用が期待できる。すなわち、成膜の状態検出に干渉波形の屈折率を利用していれば、本発明に係る初期校正方法を実施することによって、より精度の高い段差測定の算定が可能である。
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマ中の干渉波形の屈折率を利用して処理制御するエッチング装置や成膜装置等のプラズマ処理装置は、実段差測定可能な溝を有する基準盤が準備される。この基準盤を用いて実際の処理環境下において初期校正される。すなわち、実際の処理環境下のプラズマ放電中に算定機構によって得られる基準盤の段差測定のデータを、実際の基準盤における実段差測定の値と照らし合わせる。誤差が認められることになれば、補正演算機構によって算定機構での段差測定変化は補正される。このような制御補正実施後にエッチングや成膜等、実質的な製品に対する処理制御に作用させる。この結果、プラズマ放電中の屈折率を反映した干渉波形を利用するための初期校正が実現でき、高信頼性の半導体製造装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の要部ブロック図。
【図２】基準盤の一具体例を示す平面図及び２Ｂ−２Ｂ線断面図。
【図３】基準盤に関する測定段差変化の特性図。
【図４】基準盤の他の具体例を示す平面図及び４Ｂ−４Ｂ線断面図。
【図５】ＩＥＰ機能に関する波形を示す特性図。
【符号の説明】
１１…処理室、１２…載置台、１３…高周波電源、１４…プラズマ発生機構、１５…ガス供給系、１６…排気系、１７…可干渉光処理機構、１８…算定機構、１９…補正演算機構、２０，４０…基準盤、２１，２２，４１，４２…溝。
【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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