(57)【要約】  【課題】  被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光を用いて、被処理膜に対するエッチング等の加工の終点を確実に検出できるようにする。  【解決手段】  被処理膜であるポリシリコン膜１０３に対する低選択比のドライエッチングにおいて、ポリシリコン膜１０３に光を照射することにより、ポリシリコン膜１０３とその下地であるゲート酸化膜１０２との界面、及びポリシリコン膜１０３の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する。測定された干渉光の波形の乱れに基づき、低選択比のドライエッチングの終点検出を行なう。その後、エッチングモードを低選択比のモードから高選択比のモードに切り替えて、残存するポリシリコン膜１０３Ａに対してドライエッチングを行なってゲート電極１０３Ｂを形成する。【選択図】      図１
2005079289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理膜を加工する際に用いる終点検出方法であって、
前記被処理膜に光を照射することにより、前記被処理膜とその下地層との界面、及び前記被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、
前記測定された干渉光の波形の乱れに基づき、前記被処理膜に対する加工の終点を検出する工程とを備えていることを特徴とする終点検出方法。
【請求項２】
前記測定された干渉光の波形は正弦波であり、
前記乱れは、前記正弦波に生じたノイズであることを特徴とする請求項１に記載の終点検出方法。
【請求項３】
前記ノイズは、前記被処理膜中に存在するボイドに起因して発生することを特徴とする請求項２に記載の終点検出方法。
【請求項４】
被処理膜を加工する加工方法であって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の終点検出方法を用いて、前記被処理膜に対する加工の終点を検出することを特徴とする加工方法。
【請求項５】
前記被処理膜に対する加工の終点を、前記被処理膜の加工途中に検出することを特徴とする請求項４に記載の加工方法。
【請求項６】
前記被処理膜に対する加工においてプラズマエッチングを用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の加工方法。
【請求項７】
前記被処理膜に対する加工において化学的機械研磨を用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の加工方法。
【請求項８】
下地層上に形成された被処理膜に対してエッチングを行なうエッチング方法であって、
前記被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の終点検出方法を用いて前記エッチングの終点を検出する第１の工程と、
前記第１の工程よりも後に、前記被処理膜の前記下地層に対する選択比が前記第１の工程と比べて高くなる条件に切り替えて、前記被処理膜に対して引き続きエッチングを行なう第２の工程とを備えていることを特徴とするエッチング方法。
【請求項９】
被処理膜の膜質を評価する膜質評価方法であって、
下地層上に前記被処理膜を形成する工程と、
前記被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、前記被処理膜に光を照射することにより、前記被処理膜と前記下地層との界面、及び前記被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、
前記測定された干渉光の波形の乱れに基づき、前記被処理膜の膜厚方向における密度変化を評価する工程とを備えていることを特徴とする膜質評価方法。
【請求項１０】
前記測定された干渉光の波形は正弦波であり、
前記乱れは、前記正弦波に生じたノイズであることを特徴とする請求項９に記載の膜質評価方法。
【請求項１１】
前記ノイズは、前記被処理膜中に存在するボイドに起因して発生することを特徴とする請求項１０に記載の膜質評価方法。
【請求項１２】
不純物が導入された被処理膜の膜質を評価する膜質評価方法であって、
下地層上に前記被処理膜を形成する工程と、
前記被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、前記被処理膜に光を照射することにより、前記被処理膜と前記下地層との界面、及び前記被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、
前記測定された干渉光の波形の歪みに基づき、前記被処理膜の膜厚方向における前記不純物の濃度変化を評価する工程とを備えていることを特徴とする膜質評価方法。
【請求項１３】
前記測定された干渉光の波形は正弦波であり、
前記歪みは、前記正弦波に生じたずれであることを特徴とする請求項１２に記載の膜質評価方法。
【請求項１４】
前記ずれは、前記被処理膜中に存在する前記不純物に起因して発生することを特徴とする請求項１３に記載の膜質評価方法。
【請求項１５】
少なくとも一の元素を含む複数の元素からなる被処理膜の膜質を評価する膜質評価方法であって、
下地層上に前記被処理膜を形成する工程と、
前記被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、前記被処理膜に光を照射することにより、前記被処理膜と前記下地層との界面、及び前記被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、
前記測定された干渉光の波形の歪みに基づき、前記被処理膜の膜厚方向における前記一の元素の濃度変化を評価する工程とを備えていることを特徴とする膜質評価方法。
【請求項１６】
前記測定された干渉光の波形は正弦波であり、
前記歪みは、前記正弦波に生じたずれであることを特徴とする請求項１５に記載の膜質評価方法。
【請求項１７】
前記ずれは、前記被処理膜における前記一の元素の濃度に起因して発生することを特徴とする請求項１６に記載の膜質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光を用いた終点検出方法及び膜質評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴い、ゲート酸化膜が薄膜化され、その結果、ゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングでは、ゲート酸化膜が露出する前にエッチングの終点を検出することが必要となっている。このため、例えば特許文献１に示されるような、干渉光を用いた終点検出方法により、ゲート酸化膜が露出する前にエッチングの終点を検出している。
【０００３】
まず、従来の終点検出方法が適用されたエッチング装置について図１５を参照しながら説明する。
【０００４】
図１５に示すエッチング装置は、処理室１０と、処理室１０の底面に配置され且つ半導体基板１１を設置する試料台となる下部電極１２と、下部電極１２の上方に所定の間隔を置いて設置された上部天板１３とを備えている。上部天板１３の上にはコイル１４が設置されている。処理室１０には、ガス供給部（図示省略）と、真空排気装置（図示省略）が接続されたガス排出部１５とが設けられている。下部電極１２及びコイル１４にはそれぞれ、マッチングボックス（図示省略）を介して高周波電源１６が接続されており、高周波電源１６から下部電極１２及びコイル１４に電力が印加されることによって半導体基板１１のエッチングが行なわれる。
【０００５】
また、図１５に示すように、上部天板１３には窓部材１７が装着されていると共に、窓部材１７の上方には、光源１８からの光を半導体基板１１に照射し且つ半導体基板１１上で反射した反射光の収集を行なう受光発光装置１９が設置されている。光源１８と受光発光装置１９とは光ファイバー２０を介して接続されていると共に、光ファイバー２０を介して、受光発光装置１９と分光器２１、及び分光器２１と終点検出装置２２とがそれぞれ接続されている。さらに、終点検出装置２２は、エッチング装置の制御部２３と接続されている。終点検出装置２２から制御部２３に終点検出信号２４が送信されると、制御部２３は、エッチングを終了させるため、高周波電源１６に電力の印加を停止させる信号２５を送信する。
【０００６】
次に、従来の終点検出方法について図１５及び図１６（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０００７】
図１５及び図１６（ａ）に示すように、光源（光源１８）からの光は、Ｓｉ基板（半導体基板１１）の表面に対して垂直に照射される。但し、Ｓｉ基板上には、ゲート酸化膜を介してポリシリコン膜が形成されている。光源からの照射光の一部分はポリシリコン膜上で反射される一方、該照射光の他の部分はポリシリコン膜を透過して、ゲート酸化膜とポリシリコン膜との界面で反射される。これらの反射光は互いに干渉し合って干渉光を形成し、該干渉光は、上部天板１３中の窓部材１７、装置１９、光ファイバー２０及び分光器２１を経由して終点検出装置２２に回収される。ここで、干渉光の波形（干渉光の強度の時間変化）は、ポリシリコン膜の残存膜厚によって変化するため、干渉光の波形をモニタリングすることにより、ポリシリコン膜の残存膜厚が所望の値になった時点、つまりエッチングの終点を検出できる。
【０００８】
尚、図１６（ａ）において、光源からの照射光の経路、及びポリシリコン膜等からの反射光の経路をそれぞれ便宜的に傾斜させて図示している。
【０００９】
次に、図１６（ａ）、（ｂ）を参照しながら、エッチング中のポリシリコン膜の残存膜厚ｄと、干渉光との関係について説明する。
【００１０】
図１６（ａ）に示すように、ポリシリコン膜からの反射光と、ゲート酸化膜／ポリシリコン膜界面からの反射光との間には経路差（２ｄ）があるため、光源からの光が基板に対して垂直に照射される場合には、この経路差２ｄがそのまま２つの反射光同士の間の位相差となって干渉光が発生する。従って、図１６（ｂ）に示すように、この位相差が、ポリシリコン膜中における反射光の波長の整数倍であるときに干渉光の強度が最も弱くなる。また、この位相差が、ポリシリコン膜中における反射光の波長の整数倍から半波長ずれたときに干渉光の強度は最も強くなる。すなわち、エッチング量の増大（エッチング時間の増大）に伴って、干渉光の強度は周期的に変化し、その波形は基本的に正弦波となる。
【００１１】
ところで、ポリシリコン膜の残存膜厚ｄと干渉光との関係は次の式（１）〜（３）のように表される。
【００１２】
干渉光の強度＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ×ｃｏｓ（ａ−ｂ）・・・（１）
位相差（ａ−ｂ）＝２πｎ×（２ｄ／λ）            ・・・（２）
残存膜厚ｄ  ＝ｄ0 −Ｒｔ                          ・・・（３）
ここで、Ａ、Ｂは各反射光の振幅、ａ、ｂは各反射光の初期位相、ｎは整数、ｄはポリシリコン膜の残存膜厚、ｄ0 はポリシリコン膜の初期膜厚、Ｒはポリシリコン膜のエッチングレート、ｔはエッチング時間、λは光の波長である。
【００１３】
以下、従来の半導体装置の製造方法、具体的には従来のゲート電極の形成方法について図１７（ａ）〜（ｃ）の工程断面図を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、図１７（ａ）に示すように、素子分離３１が形成された半導体基板３０上に、熱酸化等によりゲート酸化膜３２を形成した後、ＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法等の成膜方法によりポリシリコン膜３３を形成し、その後、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のゲートパターンを持つレジストパターン３５を形成する。
【００１５】
次に、図１７（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いてレジストパターン３５をマスクとしてポリシリコン膜３３に対してドライエッチングを行なう。ここで、ポリシリコン膜３３のゲート酸化膜３２（下地層）に対する選択比が低くなるようにドライエッチング条件を調節する。これにより、良好なエッチング形状が得られる。尚、図１７（ｂ）は、従来の終点検出方法によりエッチング終点を検出した直後の状態を示しており、ポリシリコン膜３３Ａは、該終点検出時に残存するポリシリコン膜である。
【００１６】
次に、図１７（ｃ）に示すように、ドライエッチング技術を用いてレジストパターン３５をマスクとして、残存するポリシリコン膜３３Ａに対してドライエッチングを行なってゲート電極３３Ｂを形成する。ここで、ポリシリコン膜３３Ａのゲート酸化膜３２（下地層）に対する選択比が高くなるようにドライエッチング条件を調節する。これにより、ゲート酸化膜３２がエッチングストッパーとして機能する。尚、図１７（ｃ）は、ポリシリコン膜３３に対する２段階エッチングが終了した直後の状態を示している。
【００１７】
前述のように、図１７（ｂ）に示すポリシリコン膜３３のドライエッチング（低選択比）においては、前述の干渉光を用いた従来の終点検出方法によりエッチング終点を検出する。すなわち、求められるポリシリコン膜３３の残存膜厚においてエッチング終点を検出できるように設定する。尚、エッチング終点の検出は干渉光波形のいかなる箇所においても行なうことができると共に、終点検出に用いる光の波長も任意の値に設定できる（式（１）〜（３）参照）。
【特許文献１】特開２００１−８５３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の終点検出方法を用いたゲート電極形成においては次のような問題が生じる。すなわち、前述の従来例においてポリシリコン膜３３中にボイド３４（図１７（ａ）参照）が発生していた場合に従来の終点検出方法を用いると、ポリシリコン膜３３の残存膜厚が所定値に達した時点でドライエッチング（低選択比）を終了する前に、ボイド３４の発生箇所において下地のゲート酸化膜３２が露出してしまう（図１７（ｂ）参照）。このとき、ポリシリコン膜３３のゲート酸化膜３２に対する選択比が低いため、ゲート酸化膜３２に例えば突き抜け３６等の損傷が発生してしまう（図１７（ｃ）参照）。
【００１９】
前記に鑑み、本発明は、被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光を用いて、被処理膜に対するエッチング等の加工の終点を確実に検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するために、本願発明者は、被処理膜の膜厚が所望の値になった時点を加工終点として検出する従来の終点検出方法に代わる、干渉光を用いた新たな終点検出方法を検討した結果、次のような着想を得た。
【００２１】
従来の終点検出方法を用いたゲート電極形成において被処理膜の原因となったボイドは、結晶粒界に発生する孔又は空隙であって、ポリシリコン膜のみならず、あらゆる種類の堆積膜において存在しうる。ところで、成膜方法としては、特定のガスを流しておき、続いて所望の膜を堆積するための原料ガスを流す方法が一般的に知られている。この場合、まず数１０ｎｍ程度の厚さを持つ初期膜が下地層上に形成される。また、この初期膜中には微小なボイドが存在する場合が多く、それによって膜密度の低下が生じる。
【００２２】
被処理膜に光を照射することにより生じる干渉光は、堆積膜（被処理膜）の膜厚が大きいときには、この低密度の初期膜による影響を受けないので、膜厚変化（つまりエッチング時間等の加工時間）に対する干渉光の強度の変化、つまり干渉光の波形は正弦波となる。一方、被処理膜の膜厚がある一定の膜厚よりも小さくなると、初期膜による影響に起因して、干渉光の波形である正弦波に若干の乱れが発生する。
【００２３】
本願発明者は、この波形の乱れ（以下、ノイズと称する）に着目した。すなわち、例えば被処理膜のドライエッチングにおいて、干渉光の波形である正弦波に生じるノイズを検知した時点をエッチング終点として検出すれば、被処理膜中の初期膜に到達する前に、言い換えると、被処理膜におけるボイドの発生箇所に到達する前に、ドライエッチングを終了させることができる。これにより、下地層の損傷を防止することができる。
【００２４】
また、本願発明者は、このノイズと被処理膜の密度との関係を定量化しておくことにより、例えば被処理膜のドライエッチング時に前述の干渉光を用いて、被処理膜の膜厚方向における密度変化を評価できることを見出した。
【００２５】
さらに、本願発明者は、被処理膜中に不純物がドーピングされている場合、例えば被処理膜のエッチング速度が不純物のドーピング箇所で変化するため、干渉光の波形である正弦波が歪んで周波数が変化することに着目した。すなわち、この正弦波の歪みと不純物濃度との関係を定量化しておくことにより、例えば被処理膜のドライエッチング時に前述の干渉光を用いて、被処理膜の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価できることを見出した。また、本願発明者は、同様の手法を、被処理膜が多元素から構成されている場合にも適用できることを見出した。すなわち、干渉光の波形である正弦波の歪みと、ある元素の不純物濃度との関係を定量化しておくことにより、例えば被処理膜のドライエッチング時に前述の干渉光を用いて、被処理膜の膜厚方向における元素の濃度変化を評価できることを見出した。
【００２６】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る終点検出方法は、被処理膜を加工する際に用いる終点検出方法であって、被処理膜に光を照射することにより、被処理膜とその下地層との界面、及び被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、測定された干渉光の波形の乱れに基づき、被処理膜に対する加工の終点を検出する工程とを備えている。
【００２７】
本発明の終点検出方法によると、被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光の波形の乱れに基づき、被処理膜に対する加工の終点を検出する。このため、例えば被処理膜の下地層に対する選択比が低い条件を用いて被処理膜に対してドライエッチングを行なう場合にも、被処理膜中の初期膜にエッチングが到達する前に、言い換えると、被処理膜におけるボイドの発生箇所にエッチングが到達する前に、ドライエッチングを終了させることができる。従って、下地層の損傷を確実に防止することができるので、例えばゲート電極となるポリシリコン膜のドライエッチングにおいて本発明の終点検出方法を用いることにより、ゲート絶縁膜の損傷を解消することができる。
【００２８】
本発明の終点検出方法において、測定された干渉光の波形は例えば正弦波であり、干渉光の波形の乱れは、該正弦波に生じた例えばノイズである。この場合、該ノイズは、例えば、被処理膜中に存在するボイドに起因して発生する。
【００２９】
本発明に係る加工方法は、被処理膜を加工する加工方法を前提とし、本発明の終点検出方法を用いて、被処理膜に対する加工の終点を検出する。
【００３０】
すなわち、本発明の加工方法によると、被処理膜を加工する際に、本発明の終点検出方法を用いるため、下地層を確実に保護しながら、被処理膜に対する加工の終点を検出することができる。尚、本発明の加工方法において、被処理膜に対する加工の終点を、被処理膜の加工途中に検出してもよい。また、被処理膜の加工においては、例えばプラズマエッチング又は化学的機械研磨を用いてもよい。
【００３１】
本発明に係るエッチング方法は、下地層上に形成された被処理膜に対してエッチングを行なう方法を前提とする。具体的には、被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、本発明の終点検出方法を用いてエッチングの終点を検出する第１の工程と、第１の工程よりも後に、被処理膜の下地層に対する選択比が第１の工程と比べて高くなる条件に切り替えて、被処理膜に対して引き続きエッチングを行なう第２の工程とを備えている。
【００３２】
本発明のエッチング方法によると、被処理膜の下地層に対する選択比が低い条件を用いて被処理膜に対してドライエッチングを行なう際に、本発明の終点検出方法を用いてエッチングの終点を検出する。このため、被処理膜中の初期膜にエッチングが到達する前に、言い換えると、被処理膜におけるボイドの発生箇所にエッチングが到達する前に、低選択比のドライエッチングを終了させることができる。従って、下地層の損傷を確実に防止しながら、低選択比のドライエッチングによって良好なエッチング形状を得ることができる。また、低選択比のドライエッチングの終点を検出した後、初期膜又はボイドを含む被処理膜の残存部分に対しては、高選択比のドライエッチングを行なうため、下地層の損傷を確実に防止しながら、被処理膜の残存部分に対してエッチングを行なうことができる。
【００３３】
本発明に係る第１の膜質評価方法は、被処理膜の膜質を評価する膜質評価方法であって、下地層上に被処理膜を形成する工程と、被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、被処理膜に光を照射することにより、被処理膜と下地層との界面、及び被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、測定された干渉光の波形の乱れに基づき、被処理膜の膜厚方向における密度変化を評価する工程とを備えている。
【００３４】
第１の膜質評価方法によると、被処理膜に対してエッチングを行なう際に被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光の波形の乱れに基づき、被処理膜の膜厚方向における密度変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の乱れと被処理膜の密度との関係を定量化しておくことにより、被処理膜のエッチング時に前述の干渉光を用いて、被処理膜の膜厚方向における密度変化を評価する。このため、従来の屈折率測定、応力測定又は電気特性測定等を用いた膜質評価と比べて、例えばゲート電極となるポリシリコン膜の膜厚方向における密度測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【００３５】
第１の膜質評価方法において、測定された干渉光の波形は例えば正弦波であり、干渉光の波形の乱れは該正弦波に生じた例えばノイズである。この場合、該ノイズは、例えば、被処理膜中に存在するボイドに起因して発生する。
【００３６】
本発明に係る第２の膜質評価方法は、不純物が導入された被処理膜の膜質を評価する膜質評価方法であって、下地層上に被処理膜を形成する工程と、被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、被処理膜に光を照射することにより、被処理膜と下地層との界面、及び被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、測定された干渉光の波形の歪みに基づき、被処理膜の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価する工程とを備えている。
【００３７】
第２の膜質評価方法によると、被処理膜に対してエッチングを行なう際に被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光の波形の歪みに基づき、被処理膜の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の歪みと不純物濃度との関係を定量化しておくことにより、被処理膜のエッチング時に前述の干渉光を用いて、被処理膜の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価する。このため、従来のＣＩＭＳ等を用いた膜質評価と比べて、例えばゲート電極となるポリシリコン膜の膜厚方向における不純物濃度（例えばリン濃度）の測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【００３８】
第２の膜質評価方法において、測定された干渉光の波形は例えば正弦波であり、干渉光の波形の歪みは、該正弦波に生じた例えばずれである。この場合、該ずれは、例えば、被処理膜中に存在する不純物に起因して発生する。
【００３９】
本発明に係る第３の膜質評価方法は、少なくとも一の元素を含む複数の元素からなる被処理膜の膜質を評価する膜質評価方法であって、下地層上に被処理膜を形成する工程と、被処理膜に対してエッチングを行なうと共に、被処理膜に光を照射することにより、被処理膜と下地層との界面、及び被処理膜の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光を測定する工程と、測定された干渉光の波形の歪みに基づき、被処理膜の膜厚方向における一の元素の濃度変化を評価する工程とを備えている。
【００４０】
第３の膜質評価方法によると、被処理膜に対してエッチングを行なう際に被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光の波形の歪みに基づき、被処理膜の膜厚方向における一の元素の濃度変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の歪みと一の元素の濃度との関係を定量化しておくことにより、被処理膜のエッチング時に前述の干渉光を用いて、被処理膜の膜厚方向における一の元素の濃度変化を評価する。このため、従来のＳＩＭＳ分析等を用いた膜質評価と比べて、例えばシリコンゲルマニウム膜の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【００４１】
第３の膜質評価方法において、測定された干渉光の波形は例えば正弦波であり、干渉光の波形の歪みは、該正弦波に生じたずれである。この場合、該ずれは、例えば、被処理膜における一の元素の濃度に起因して発生する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によると、被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光の波形の乱れを用いて、被処理膜に対する加工の終点を検出する。このため、被処理膜中にボイドが発生しているような場合にも、従来の終点検出方法、つまり被処理膜の膜厚が所望の値になった時点を加工終点として検出する方法と比べて、下地層を確実に保護しながら加工の終点を検出することができる。
【００４３】
また、本発明によると、被処理膜に対してエッチングを行なう際に前述の干渉光を用いて、被処理膜の膜厚方向における密度変化、不純物濃度変化又は元素濃度変化等の膜質評価を行なうため、各種膜質評価を容易且つ低コストで行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の終点検出方法を用いた、第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法、具体的にはゲート電極の形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
図１（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の各工程を示す断面図である。
【００４６】
まず、図１（ａ）に示すように、素子分離１０１が形成された半導体基板１００上に、例えば熱酸化等の成膜方法を用いてゲート酸化膜１０２を形成した後、ゲート酸化膜１０２の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法を用いてポリシリコン膜１０３を形成する。このとき、ポリシリコン膜１０３中には、特にゲート酸化膜１０２の直上部分である初期膜中にはボイド１０４が形成される。その後、ポリシリコン膜１０３の上に、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のゲートパターンを持つレジストパターン１０５を形成する。
【００４７】
次に、図１（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、レジストパターン１０５をマスクとしてポリシリコン膜１０３に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型エッチング装置を用いると共に、プラズマ発生のための印加電力が３５０Ｗ、試料台印加電力が１００Ｗ、圧力が０．４Ｐａ、Ｃｌ2 流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ、ＨＢｒ流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ4 流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が３ｍｌ／ｍｉｎ等の条件（ポリシリコン膜１０３のゲート酸化膜１０２に対する選択比が低くなる条件）を用いてドライエッチングを行なう。
【００４８】
本実施形態では、ポリシリコン膜１０３に対する低選択比のドライエッチングにおいて、ポリシリコン膜１０３に光を照射することにより、ポリシリコン膜１０３とゲート酸化膜１０２との界面、及びポリシリコン膜１０３の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光（例えば波長６００ｎｍ）の強度を測定する。図２は、該測定値のエッチング時間（つまり被処理膜であるポリシリコン膜１０３の残存膜厚）に対する変化、つまり干渉光の波形を示している。ここで、図２に示す波形は基本的に正弦波であるが、エッチングの進行に伴い、言い換えると、ポリシリコン膜１０３の残存膜厚の減少に伴い、初期膜中のボイド１０４の影響によって波形が乱れてノイズが現れる。本実施形態では、このノイズの強度変化が、正弦波として予測される強度の５％に達したときにエッチング終点を検出する。
【００４９】
尚、図１（ｂ）は、本発明の終点検出方法によりエッチング終点を検出した直後の状態を示しており、ポリシリコン膜１０３Ａは、該終点検出時に残存するポリシリコン膜である。
【００５０】
次に、図１（ｃ）に示すように、エッチングモードを低選択比のモードから高選択比のモードに切り替えて、レジストパターン１０５をマスクとして、わずかに残存するポリシリコン膜１０３Ａに対してドライエッチングを行なってゲート電極１０３Ｂを形成する。ここで、ゲート電極形成領域以外のポリシリコン膜１０３Ａは除去される。具体的には、例えば誘導結合プラズマ型エッチング装置を用いると共に、プラズマ発生のための印加電力が２５０Ｗ、試料台印加電力が５０Ｗ、圧力が１０Ｐａ、ＨＢｒ流量が５０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が１ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅ流量が５０ｍｌ／ｍｉｎ等の条件（ポリシリコン膜１０３のゲート酸化膜１０２に対する選択比が高くなる条件）を用いてドライエッチングを行なう。このとき、ポリシリコン膜１０３におけるボイド１０４の発生箇所では、ボイド１０４のない部分と比べて、下地層であるゲート酸化膜１０２が早く露出してしまう。しかしながら、ゲート酸化膜１０２のエッチング速度が極めて小さいため、ゲート酸化膜１０２をほとんど損傷させることなく、ゲート電極１０３Ｂを形成することができる。
【００５１】
以上に説明したように、第１の実施形態によると、被処理膜であるポリシリコン膜１０３に光を照射することにより測定される干渉光の波形の乱れに基づき、ポリシリコン膜１０３に対する低選択比のドライエッチングの終点を検出する。具体的には、干渉光の波形である正弦波に生じるノイズの強度変化が５％になったときにエッチング終点を検出する。このため、ポリシリコン膜１０３中の初期膜にエッチングが到達する前に、言い換えると、ポリシリコン膜１０３におけるボイド１０４の発生箇所にエッチングが到達する前に、低選択比のドライエッチングを終了させることができる。従って、下地層であるゲート酸化膜１０２の損傷を確実に防止しながら、低選択比のドライエッチングによって良好なエッチング形状を得ることができる。また、低選択比のドライエッチングの終点検出の後、初期膜又はボイドを含む残存ポリシリコン膜１０３Ａに対しては、高選択比のドライエッチングを行なうため、ゲート酸化膜１０２の損傷を確実に防止しながら、残存ポリシリコン膜１０３Ａに対してエッチングを行なうことができる。
【００５２】
尚、第１の実施形態において、エッチング終点の検出に用いる干渉光の波長は特に限定されるものではなく、任意の値に設定できる。
【００５３】
また、第１の実施形態において、干渉光の波形である正弦波に生じるノイズの強度変化が５％に達したときにエッチング終点の検出を行なったが、これに限られず、ポリシリコン膜１０３中に存在するボイド１０４の粗密に応じて、ノイズの強度変化が任意の値に達したときにエッチング終点の検出を行なってもよい。
【００５４】
また、第１の実施形態において、ゲート電極形成工程におけるポリシリコン膜のドライエッチングを対象としたが、これに限られず、被処理膜の下地層を保護しなければならないドライエッチング全般について同様の効果を期待できる。また、ドライエッチングに限られず、化学的機械研磨等の他の加工を被処理膜に施す場合にも同様の効果が得られる。
【００５５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る膜質評価方法について図面を参照しながら説明する。
【００５６】
図３（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【００５７】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板２００上に、例えば熱酸化等の成膜方法を用いてシリコン酸化膜２０１を形成した後、シリコン酸化膜２０１の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法を用いてポリシリコン膜２０２を形成する。このとき、ポリシリコン膜２０２中には、特にシリコン酸化膜２０１の直上部分である初期膜中にはボイド２０３が形成される。
【００５８】
次に、図３（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜２０２に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ型エッチング装置を用いると共に、プラズマ発生のための印加電力が３５０Ｗ、試料台印加電力が１００Ｗ、圧力が０．４Ｐａ、Ｃｌ2 流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ、ＨＢｒ流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ4 流量が２５ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が３ｍｌ／ｍｉｎ等の条件を用いてドライエッチングを行なう。
【００５９】
本実施形態では、ポリシリコン膜２０２に対するドライエッチングにおいて、ポリシリコン膜２０２に光を照射することにより、ポリシリコン膜２０２とシリコン酸化膜２０１との界面、及びポリシリコン膜２０２の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光（例えば波長６００ｎｍ）の強度を測定する。図４（ａ）は、該測定値のエッチング時間（つまり被処理膜であるポリシリコン膜２０２の残存膜厚）に対する変化、つまり干渉光の波形を示している。ここで、図４（ａ）に示す波形は基本的に正弦波であるが、エッチングの進行に伴い、言い換えると、ポリシリコン膜２０２の残存膜厚の減少に伴い、ポリシリコン膜２０２の結晶性のばらつき（具体的には初期膜中のボイド２０３）の影響によって波形が乱れてノイズが現れる。
【００６０】
本実施形態では、この干渉光の波形の乱れ、つまり正弦波のノイズと、ポリシリコン膜の密度との関係を予め定量化しておくことにより、図４（ａ）に示す測定結果を用いて、被処理膜であるポリシリコン膜２０２の膜厚方向における密度変化を評価することができる。図４（ｂ）は該評価結果を示している。
【００６１】
以上に説明したように、第２の実施形態によると、被処理膜であるポリシリコン膜２０２に対してエッチングを行なう際にポリシリコン膜２０２に光を照射することにより測定される干渉光の波形の乱れに基づき、ポリシリコン膜２０２の膜厚方向における密度変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の乱れとポリシリコン膜の密度との関係を定量化しておくことにより、ポリシリコン膜のエッチング時に前述の干渉光を用いて、ポリシリコン膜の膜厚方向における密度変化を評価する。それに対して、屈折率測定、応力測定又は電気特性測定等を用いた従来の膜質評価方法によると、各測定値の膜厚方向における変化が微小であるため、被処理膜の膜厚方向における密度変化の評価は非常に困難である。すなわち、本実施形態によると、従来の膜質評価方法と比べて、例えばゲート電極となるポリシリコン膜の膜厚方向における密度測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【００６２】
尚、第２の実施形態において、膜質評価に用いる干渉光の波長は特に限定されるものではなく、任意の値に設定できる。
【００６３】
また、第２の実施形態において、ポリシリコン膜の膜質評価を対象としたが、これに限られず、様々な種類の膜の膜質評価を対象とする場合にも同様の効果を期待できる。また、ドライエッチングに代えて、化学的機械研磨を被処理膜に施しながら干渉光を用いて膜質評価を行なった場合にも同様の効果が得られる。
【００６４】
（第２の実施形態の変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の変形例に係る膜質評価方法について図面を参照しながら説明する。
【００６５】
本変形例が第２の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第２の実施形態においては、成膜後の被処理膜に対してエッチングを行なう際に、被処理膜に光を照射することにより生じる干渉光を用いて被処理膜の膜質評価を行なった。それに対して、本変形例においては、被処理膜の成膜を行なう際に、被処理膜に光を照射することにより生じる干渉光を用いて被処理膜の膜質評価を行なう。
【００６６】
図５（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態の変形例に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【００６７】
まず、図５（ａ）に示すように、半導体基板２００上に、例えば熱酸化等の成膜方法を用いてシリコン酸化膜２０１を形成する。
【００６８】
次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２０１の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法を用いてポリシリコン膜２０２を形成する。このとき、ポリシリコン膜２０２中には、特にシリコン酸化膜２０１の直上部分である初期膜中にはボイド２０３が形成される。
【００６９】
本変形例では、ポリシリコン膜２０２を成膜しながら、ポリシリコン膜２０２に光を照射することにより、ポリシリコン膜２０２とシリコン酸化膜２０１との界面、及びポリシリコン膜２０２の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光（例えば波長６００ｎｍ）の強度を測定する。図６（ａ）は、該測定値の堆積時間（つまり被処理膜であるポリシリコン膜２０２の堆積膜厚）に対する変化、つまり干渉光の波形を示している。ここで、図６（ａ）に示す波形は基本的に正弦波であるが、堆積初期には、言い換えると、初期膜の形成時には、ポリシリコン膜２０２の結晶性のばらつき（具体的には初期膜中のボイド２０３）の影響によって波形が乱れてノイズが現れる。
【００７０】
本変形例では、この干渉光の波形の乱れつまり正弦波のノイズと、ポリシリコン膜の密度との関係を予め定量化しておくことにより、図６（ａ）に示す測定結果を用いて、被処理膜であるポリシリコン膜２０２の膜厚方向における密度変化を評価することができる。図６（ｂ）は該評価結果を示している。
【００７１】
以上に説明したように、第２の実施形態の変形例によると、被処理膜であるポリシリコン膜２０２の堆積時にポリシリコン膜２０２に光を照射することにより測定される干渉光の波形の乱れに基づき、ポリシリコン膜２０２の膜厚方向における密度変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の乱れとポリシリコン膜の密度との関係を定量化しておくことにより、ポリシリコン膜の堆積時に前述の干渉光を用いて、ポリシリコン膜の膜厚方向における密度変化を評価する。それに対して、屈折率測定、応力測定又は電気特性測定等を用いた従来の膜質評価方法によると、各測定値の膜厚方向における変化が微小であるため、被処理膜の膜厚方向における密度変化の評価は非常に困難である。すなわち、本変形例によると、従来の膜質評価方法と比べて、例えばゲート電極となるポリシリコン膜の膜厚方向における密度測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【００７２】
尚、第２の実施形態の変形例において、膜質評価に用いる干渉光の波長は特に限定されるものではなく、任意の値に設定できる。
【００７３】
また、第２の実施形態の変形例において、ポリシリコン膜の膜質評価を対象としたが、これに限られず、様々な種類の膜の膜質評価を対象とする場合にも同様の効果を期待できる。
【００７４】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る膜質評価方法について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図７（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【００７６】
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板３００上に、例えば熱酸化等の成膜方法を用いてシリコン酸化膜３０１を形成した後、シリコン酸化膜３０１の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法を用いてポリシリコン膜３０２を形成する。その後、例えばイオン注入等を用いて例えばリン３０３をポリシリコン膜３０２にドーピングする。
【００７７】
次に、図７（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜３０２に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ型エッチング装置を用いると共に、プラズマ発生のための印加電力が２００Ｗ、試料台印加電力が５０Ｗ、圧力が１．５Ｐａ、Ｃｌ2 流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ、ＨＢｒ流量が１８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が１ｍｌ／ｍｉｎ等の条件を用いてドライエッチングを行なう。
【００７８】
本実施形態では、ポリシリコン膜３０２に対するドライエッチングにおいて、ポリシリコン膜３０２に光を照射することにより、ポリシリコン膜３０２とシリコン酸化膜３０１との界面、及びポリシリコン膜３０２の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光（例えば波長６００ｎｍ）の強度を測定する。図８（ａ）は、該測定値のエッチング時間（つまり被処理膜であるポリシリコン膜３０２の残存膜厚）に対する変化、つまり干渉光の波形を示している。ここで、ポリシリコン膜３０２にリンが注入されていない場合には、干渉光の波形は基本的に正弦波となるが、実際にはポリシリコン膜３０２に注入されているリン３０３の影響によって、測定された干渉光の波形は正弦波からずれる。具体的には、図８（ａ）に示すように、リンドープドポリシリコン膜３０２の干渉光波形（図８（ａ）の実線）は、ノンドープドポリシリコン膜の干渉光波形（図８（ａ）の破線）の途中からずれた歪んだ波形になる。これは次のような理由によって起きる。すなわち、ポリシリコン膜におけるリンの濃度が大きくなるに伴って、正電荷を持つエッチャントが、リンによって負電荷を持つポリシリコン膜に引き込まれやすくなるため、リンドープポリシリコン膜のエッチング速度が大きくなるので、リンドープポリシリコン膜の干渉光波形の周波数がノンドープドポリシリコン膜の干渉光波形の周波数と比べて高くなる。
【００７９】
本実施形態では、この干渉光の波形の歪み、つまり正弦波に生じたずれと、リン濃度との関係を予め定量化しておくことにより、図８（ａ）に示す測定結果を用いて、被処理膜であるポリシリコン膜３０２の膜厚方向におけるリン３０３の濃度の変化を評価することができる。図８（ｂ）は該評価結果を示している。
【００８０】
以上に説明したように、第３の実施形態によると、被処理膜であるポリシリコン膜３０２に対してエッチングを行なう際にポリシリコン膜３０２に光を照射することにより測定される干渉光の波形の歪みに基づき、ポリシリコン膜３０２の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の歪みと不純物濃度との関係を定量化しておくことにより、ポリシリコン膜のエッチング時に前述の干渉光を用いて、ポリシリコン膜の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価する。それに対して、ＣＩＭＳ（chemical ionization mass spectrometry ：化学イオン化質量分析）等を用いた従来の膜質評価方法によると、高コストであり且つ分析に多大な時間を要するという問題がある。すなわち、本実施形態によると、従来の膜質評価方法と比べて、例えばゲート電極となるポリシリコン膜の膜厚方向における不純物濃度（例えばリン濃度）測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【００８１】
尚、第３の実施形態において、被処理膜であるポリシリコン膜３０２の堆積後にポリシリコン膜３０２にリン３０３を注入したが、これに代えて、ポリシリコン膜３０２を堆積しながらポリシリコン膜３０２にリン３０３をドーピングしてもよい。また、ポリシリコン膜３０２に注入する不純物は特に限定されるものではない。具体的には、ｎ型のリン３０３に代えて、ｐ型のボロンを注入してもよい。この場合、ポリシリコン膜におけるボロンの濃度が大きくなるに伴って、正電荷を持つエッチャントが、ボロンによって正電荷を持つポリシリコン膜に引き込まれにくくなるため、ボロンドープポリシリコン膜のエッチング速度が小さくなるので、ボロンドープポリシリコン膜の干渉光波形の周波数がノンドープドポリシリコン膜の干渉光波形の周波数と比べて低くなる。
【００８２】
また、第３の実施形態において、膜質評価に用いる干渉光の波長は特に限定されるものではなく、任意の値に設定できる。
【００８３】
また、第３の実施形態において、ポリシリコン膜の膜質評価を対象としたが、これに限られず、様々な種類の膜の膜質評価を対象とする場合にも同様の効果を期待できる。また、ドライエッチングに代えて、化学的機械研磨を被処理膜に施しながら干渉光を用いて膜質評価を行なった場合にも同様の効果が得られる。
【００８４】
（第３の実施形態の変形例）
以下、本発明の第３の実施形態の変形例に係る膜質評価方法について図面を参照しながら説明する。
【００８５】
本変形例が第３の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第３の実施形態においては、成膜後の被処理膜に対してエッチングを行なう際に、被処理膜に光を照射することにより生じる干渉光を用いて被処理膜の膜質評価を行なった。それに対して、本変形例においては、被処理膜の成膜を行なう際に、被処理膜に光を照射することにより生じる干渉光を用いて被処理膜の膜質評価を行なう。
【００８６】
図９（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【００８７】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板３００上に、例えば熱酸化等の成膜方法を用いてシリコン酸化膜３０１を形成する。
【００８８】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜３０１の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法を用いてポリシリコン膜３０２を形成する。
【００８９】
このとき、ポリシリコン膜３０２を成膜しながら、ポリシリコン膜３０２中に例えばリン３０３をドーピングする。
【００９０】
さらに、本変形例では、ポリシリコン膜３０２を成膜しながら、ポリシリコン膜３０２に光を照射することにより、ポリシリコン膜３０２とシリコン酸化膜３０１との界面、及びポリシリコン膜３０２の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光（例えば波長６００ｎｍ）の強度を測定する。図１０（ａ）は、該測定値の堆積時間（つまり被処理膜であるポリシリコン膜３０２の堆積膜厚）に対する変化、つまり干渉光の波形を示している。ここで、ポリシリコン膜３０２にリンが注入されていない場合には、干渉光の波形は基本的に正弦波となるが、実際にはポリシリコン膜３０２に注入されているリン３０３の影響によって、測定された干渉光の波形は正弦波からずれる。具体的には、図１０（ａ）に示すように、リンドープドポリシリコン膜３０２の干渉光波形（図１０（ａ）の実線）は、ノンドープドポリシリコン膜の干渉光波形（図１０（ａ）の破線）の途中からずれた歪んだ波形になる。
【００９１】
本変形例では、この干渉光の波形の歪み、つまり正弦波に生じたずれと、リン濃度との関係を予め定量化しておくことにより、図１０（ａ）に示す測定結果を用いて、被処理膜であるポリシリコン膜３０２の膜厚方向におけるリン３０３の濃度の変化を評価することができる。図１０（ｂ）は該評価結果を示している。
【００９２】
以上に説明したように、第３の実施形態の変形例によると、被処理膜であるポリシリコン膜３０２の堆積時にポリシリコン膜３０２に光を照射することにより測定される干渉光の波形の歪みに基づき、ポリシリコン膜３０２の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の歪みと不純物濃度との関係を定量化しておくことにより、ポリシリコン膜のエッチング時に前述の干渉光を用いて、ポリシリコン膜の膜厚方向における不純物の濃度変化を評価する。それに対して、ＣＩＭＳ等を用いた従来の膜質評価方法によると、高コストであり且つ分析に多大な時間を要するという問題がある。すなわち、本変形例によると、従来の膜質評価方法と比べて、例えばゲート電極となるポリシリコン膜の膜厚方向における不純物濃度（例えばリン濃度）測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【００９３】
尚、第３の実施形態の変形例において、ポリシリコン膜３０２に注入する不純物は特に限定されるものではない。具体的には、ｎ型のリン３０３に代えて、ｐ型のボロンを注入してもよい。
【００９４】
また、第３の実施形態の変形例において、膜質評価に用いる干渉光の波長は特に限定されるものではなく、任意の値に設定できる。
【００９５】
また、第３の実施形態の変形例において、ポリシリコン膜の膜質評価を対象としたが、これに限られず、様々な種類の膜の膜質評価を対象とする場合にも同様の効果を期待できる。
【００９６】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る膜質評価方法について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【００９８】
まず、図１１（ａ）に示すように、半導体基板４００上に、例えば熱酸化等の成膜方法を用いてシリコン酸化膜４０１を形成した後、シリコン酸化膜４０１の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法を用いてシリコンゲルマニウム膜４０２を形成する。
【００９９】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ドライエッチング技術を用いてシリコンゲルマニウム膜４０２に対してドライエッチングを行なう。具体的には、例えば誘導結合プラズマ型エッチング装置を用いると共に、プラズマ発生のための印加電力が２００Ｗ、試料台印加電力が５０Ｗ、圧力が１．５Ｐａ、Ｃｌ2 流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ、ＨＢｒ流量が１８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ2 流量が１ｍｌ／ｍｉｎ等の条件を用いてドライエッチングを行なう。
【０１００】
本実施形態では、シリコンゲルマニウム膜４０２に対するドライエッチングにおいて、シリコンゲルマニウム膜４０２に光を照射することにより、シリコンゲルマニウム膜４０２とシリコン酸化膜４０１との界面、及びシリコンゲルマニウム膜４０２の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光（例えば波長６００ｎｍ）の強度を測定する。図１２（ａ）は、該測定値のエッチング時間（つまり被処理膜であるシリコンゲルマニウム膜４０２の残存膜厚）に対する変化、つまり干渉光の波形を示している。ここで、干渉光の波形は基本的に正弦波となるが、シリコンゲルマニウム膜中のゲルマニウム濃度によって干渉光の波形が歪む。具体的には、図１２（ａ）に示すように、評価したいシリコンゲルマニウム膜４０２の干渉光波形（図１２（ａ）の実線）は、既知のゲルマニウム濃度を持つシリコンゲルマニウム膜の干渉光波形（図１２（ａ）の破線）の途中からずれた歪んだ波形になる。これは次のような理由によって起きる。すなわち、ゲルマニウム濃度に依存して、シリコンゲルマニウム膜のエッチング速度が変化するため、評価したいシリコンゲルマニウム膜４０２の干渉光波形の周波数が、既知のゲルマニウム濃度を持つシリコンゲルマニウム膜の干渉光波形の周波数と比べて変化する。
【０１０１】
本実施形態では、この干渉光の波形の歪み、つまり正弦波に生じたずれと、ゲルマニウム濃度との関係を予め定量化しておくことにより、図１２（ａ）に示す測定結果を用いて、被処理膜であるシリコンゲルマニウム膜４０２の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価することができる。図１２（ｂ）は該評価結果を示している。
【０１０２】
以上に説明したように、第４の実施形態によると、被処理膜であるシリコンゲルマニウム膜４０２に対してエッチングを行なう際にシリコンゲルマニウム膜４０２に光を照射することにより測定される干渉光の波形の歪みに基づき、シリコンゲルマニウム膜４０２の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の歪みとゲルマニウム濃度との関係を定量化しておくことにより、シリコンゲルマニウム膜のエッチング時に前述の干渉光を用いて、シリコンゲルマニウム膜の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価する。それに対して、ＳＩＭＳ（secondary ion mass spectrometry ：２次イオン質量分析）等を用いた従来の膜質評価方法によると、高コストであり且つ分析に多大な時間を要するという問題がある。すなわち、本実施形態によると、従来の膜質評価方法と比べて、シリコンゲルマニウム膜の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【０１０３】
尚、第４の実施形態において、シリコンゲルマニウム膜４０２におけるゲルマニウム濃度を評価対象としたが、これに代えて、シリコン濃度を評価対象とできることは言うまでもない。
【０１０４】
また、第４の実施形態において、膜質評価に用いる干渉光の波長は特に限定されるものではなく、任意の値に設定できる。
【０１０５】
また、第４の実施形態において、シリコンゲルマニウム膜の膜質評価を対象としたが、これに限られず、複数の元素からなる他の種類の膜の膜質評価（具体的には元素濃度の測定）を対象とする場合にも同様の効果を期待できる。また、ドライエッチングに代えて、化学的機械研磨を被処理膜に施しながら干渉光を用いて膜質評価を行なった場合にも同様の効果が得られる。
【０１０６】
（第４の実施形態の変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の変形例に係る膜質評価方法について図面を参照しながら説明する。尚、本変形例が第４の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第４の実施形態においては、成膜後の被処理膜に対してエッチングを行なう際に、被処理膜に光を照射することにより生じる干渉光を用いて被処理膜の膜質評価を行なった。それに対して、本変形例においては、被処理膜の成膜を行なう際に、被処理膜に光を照射することにより生じる干渉光を用いて被処理膜の膜質評価を行なう。
【０１０７】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態の変形例に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【０１０８】
まず、図１３（ａ）に示すように、半導体基板４００上に、例えば熱酸化等の成膜方法を用いてシリコン酸化膜４０１を形成する。
【０１０９】
次に、図１３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜４０１の上に、例えばＣＶＤ法等の成膜方法を用いてシリコンゲルマニウム膜４０２を形成する。
【０１１０】
本変形例では、シリコンゲルマニウム膜４０２を成膜しながら、シリコンゲルマニウム膜４０２に光を照射することにより、シリコンゲルマニウム膜４０２とシリコン酸化膜４０１との界面、及びシリコンゲルマニウム膜４０２の表面のそれぞれからの反射光によって形成される干渉光（例えば波長６００ｎｍ）の強度を測定する。図１４（ａ）は、該測定値の堆積時間（つまり被処理膜であるシリコンゲルマニウム膜４０２の堆積膜厚）に対する変化、つまり干渉光の波形を示している。ここで、干渉光の波形は基本的に正弦波となるが、シリコンゲルマニウム膜中のゲルマニウム濃度によって干渉光の波形が歪む。具体的には、図１４（ａ）に示すように、評価したいシリコンゲルマニウム膜４０２の干渉光波形（図１４（ａ）の実線）は、既知のゲルマニウム濃度を持つシリコンゲルマニウム膜の干渉光波形（図１４（ａ）の破線）の途中からずれた歪んだ波形になる。これは次のような理由によって起きる。すなわち、ゲルマニウム濃度に依存して、シリコンゲルマニウム膜のエッチング速度が変化するため、評価したいシリコンゲルマニウム膜４０２の干渉光波形の周波数が、既知のゲルマニウム濃度を持つシリコンゲルマニウム膜の干渉光波形の周波数と比べて変化する。
【０１１１】
本変形例では、この干渉光の波形の歪み、つまり正弦波に生じたずれと、ゲルマニウム濃度との関係を予め定量化しておくことにより、図１４（ａ）に示す測定結果を用いて、被処理膜であるシリコンゲルマニウム膜４０２の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価することができる。図１４（ｂ）は該評価結果を示している。
【０１１２】
以上に説明したように、第４の実施形態の変形例によると、被処理膜であるシリコンゲルマニウム膜４０２の堆積時にシリコンゲルマニウム膜４０２に光を照射することにより測定される干渉光の波形の歪みに基づき、シリコンゲルマニウム膜４０２の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価する。すなわち、干渉光の波形の歪みとゲルマニウム濃度との関係を定量化しておくことにより、シリコンゲルマニウム膜の堆積時に前述の干渉光を用いて、シリコンゲルマニウム膜の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価する。それに対して、ＳＩＭＳ等を用いた従来の膜質評価方法によると、高コストであり且つ分析に多大な時間を要するという問題がある。すなわち、本変形例によると、従来の膜質評価方法と比べて、シリコンゲルマニウム膜の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度測定を容易且つ低コストで行なうことができる。
【０１１３】
尚、第４の実施形態の変形例において、シリコンゲルマニウム膜４０２におけるゲルマニウム濃度を評価対象としたが、これに代えて、シリコン濃度を評価対象とできることは言うまでもない。
【０１１４】
また、第４の実施形態の変形例において、膜質評価に用いる干渉光の波長は特に限定されるものではなく、任意の値に設定できる。
【０１１５】
また、第４の実施形態の変形例において、シリコンゲルマニウム膜の膜質評価を対象としたが、これに限られず、複数の元素からなる他の種類の膜の膜質評価（具体的には元素濃度の測定）を対象とする場合にも同様の効果を期待できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上に説明したように、本発明は、被処理膜に光を照射することにより測定される干渉光を用いた技術に関し、被処理膜に対してエッチング等の加工を行なう場合における終点検出や種々の膜質評価等に適用する場合に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法におけるポリシリコン膜のエッチング時に測定された干渉光の波形を示す図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る膜質評価方法におけるポリシリコン膜のエッチング時に測定された干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定結果を用いてポリシリコン膜の膜厚方向における密度変化を評価した結果を示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態の変形例に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２の実施形態の変形例に係る膜質評価方法におけるポリシリコン膜の成膜時に測定された干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定結果を用いてポリシリコン膜の膜厚方向における密度変化を評価した結果を示す図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る膜質評価方法におけるポリシリコン膜のエッチング時に測定された干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定結果を用いてポリシリコン膜の膜厚方向における不純物濃度の変化を評価した結果を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態の変形例に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第３の実施形態の変形例に係る膜質評価方法におけるポリシリコン膜の成膜時に測定された干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定結果を用いてポリシリコン膜の膜厚方向における不純物濃度の変化を評価した結果を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の第４の実施形態に係る膜質評価方法におけるシリコンゲルマニウム膜のエッチング時に測定された干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定結果を用いてシリコンゲルマニウム膜の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価した結果を示す図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態の変形例に係る膜質評価方法の各工程を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明の第４の実施形態の変形例に係る膜質評価方法におけるシリコンゲルマニウム膜の成膜時に測定された干渉光の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す測定結果を用いてシリコンゲルマニウム膜の膜厚方向におけるゲルマニウム濃度の変化を評価した結果を示す図である。
【図１５】従来の終点検出方法が適用されたエッチング装置の構成を示す図である。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、従来の終点検出方法を用いたエッチング中におけるポリシリコン膜の残存膜厚と干渉光との関係を示す図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は、従来の終点検出方法を用いた半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１００    半導体基板
１０１    素子分離
１０２    ゲート酸化膜
１０３    ポリシリコン膜
１０３Ａ  終点検出時に残存するポリシリコン膜
１０３Ｂ  ゲート電極
１０４    ボイド
１０５    レジストパターン
２００    半導体基板
２０１    シリコン酸化膜
２０２    ポリシリコン膜
２０３    ボイド
３００    半導体基板
３０１    シリコン酸化膜
３０２    ポリシリコン膜
３０３    リン
４００    半導体基板
４０１    シリコン酸化膜
４０２    シリコンゲルマニウム膜
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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