(57)【要約】本発明は、エッチング終了後のウエハ基板に照射面積０．００００１ｃｍ２〜１ｃｍ２の強度またはエネルギーが時間的に変調された電子線を照射する手段と、該電子線照射によるウエハ基板に励起する基板電流強度または音波強度の該電子線とウエハ基板面の相対角度依存性を検出する手段、その検出手段によりエッチング結果、特にコンタクトホール形成の開口性および形状の良否を判定し、後続するウエハに対するエッチング処理の停止指示、エッチング処理条件の修正指示あるいは処理条件の自動修正を行う手段とを有することを特徴とするエッチング装置を提供するものである。
2004036639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチング工程を行うためのエッチング装置に、エッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線照射手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、電子線照射により該シリコン基板に誘起する電流を検出する手段と、該電子線照射手段と該シリコン基板面上の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とを備え、エッチング後に該電子線照射による基板電流量を測定し、正常なエッチング時の基板電流値と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項４】
ドライエッチングを行うためのエッチング装置に、エッチング室、ロードロック室、搬送室を有し、該ロードロック室または該搬送室のいずれか１ヶ所にエッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線を照射する手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、該電子線照射により該シリコン基板に誘起する電流を検出する手段と、該電子線照射手段と該シリコン基板の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とを備え、エッチング後のウエハ基板を大気に出す前に電子線照射を行い該電子線照射によるウエハ基板電流量を測定し、正常なエッチング時の基板電流値と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とするエッチング装置。
【請求項５】
請求の範囲第４項記載のエッチング装置において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項６】
請求の範囲第４項記載のエッチング装置において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項７】
ドライエッチングを行うためのエッチング装置に、エッチング室、ロードロック室、搬送室を有し、エッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線を照射する手段、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段、該電子線照射により該シリコン基板に誘起する電流を検出する手段、該電子線照射手段と該シリコン基板の相対位置を制御する手段、および電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とから成る評価室を備え、エッチング後のウエハ基板を大気に出す前に電子線照射を行い該電子線照射によるウエハ基板電流量を測定し、正常なエッチング時の基板電流値と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とするエッチング装置。
【請求項８】
請求の範囲第７項記載のエッチング装置において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項９】
請求の範囲第７項記載のエッチング装置において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項１０】
ドライエッチングを行うためのエッチング装置に、エッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より時間的に強度が変調された電子線を照射する手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、該時間的に強度が変調された電子線照射により該シリコン基板に誘起する音波を検出する手段と、該電子線照射手段と該シリコン基板の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とを備え、エッチング後に該電子線照射による音波を測定し、正常なエッチング時の音波と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とするエッチング装置。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項記載のエッチング装置において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１０項記載のエッチング装置において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項１３】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、前記電子線照射手段による電子線と前記ウエハ基板面の相対角度制御手段により、電子線照射に伴うウエハ基板電流または音波の角度依存性を取得し、該角度依存による基板電流の最大値あるいは最低値を検出することによりウエハ毎あるいはウエハ上の各任意位置での電子線とウエハ基板表面の相対角度が等しい状態でのウエハ基板電流測定を補償することを特徴とするエッチング装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、プラズマの発光観測手段を付加し、電子線照射に伴うウエハ基板電流値評価または音波評価からエッチング結果に異状が示された場合に前記発光観測手段からの被測定ウエハ基板のエッチング処理中におけるプラズマの発光変化を参照して、あらかじめ取得してある発光データとエッチング結果のデータベースあるいは発光データの変化に対応させたエッチングモデルシュミレーション結果に従い、自動的に後に続くウエハ基板に対しての処理条件修正案提示または自動修正を行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項１５】
請求の範囲第１０項記載のエッチング装置において、電子線照射手段から放出される電子線とウエハ基板面の相対角度制御手段により、電子線照射に伴う音波の照射電子線とウエハ基板表面の角度依存性を得ることでエッチング結果の形状情報を抽出し、エッチング形状の良否を判定することを特徴とするエッチング装置。
【請求項１６】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、電子線照射によるエッチング結果の良否判定をウエハ面内の２５点以下の測定にて行うことを特徴とするエッチング装置
【請求項１７】
請求の範囲第１記載のエッチング装置において、電子線照射手段による電子線のエネルギーが１００ｅＶから３０ｋｅＶであることを特徴とするエッチング装置。
【請求項１８】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、電子線照射手段による電子線の照射面積を制御する手段が、必要な電子線照射面積に対応して開口したアパーチャー電極であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項１９】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、電子線とウエハ基板表面の相対角度を変化させる手段が、電子線照射手段、ウエハ基板設置手段のいずれか一方に設置された可動機構である事を特長とするエッチング装置。
【請求項２０】
請求の範囲第１項記載のエッチング装置において、電子線とウエハ基板表面の相対角度を変化させる手段が、電子線の軌道部に設置された電圧印加電極であることを特長とするエッチング装置。
【請求項２１】
ドライエッチング工程を含む半導体装置の製造方法であって、該ドライエッチング工程を行うエッチング装置に、エッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線を照射する手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、該電子線照射により該シリコン基板に誘起する電流を検出する手段と、該電子線照射手段と該シリコン基板面上の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とを備え、エッチング後に該電子線照射による基板電流量を測定し、正常なエッチング時の基板電流値と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のシリコン基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２２】
請求の範囲第２１項記載のエッチング装置において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２３】
請求の範囲第２１項記載のエッチング装置において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２４】
エッチング工程を含む半導体装置の製造方法であって、ドライエッチング工程を行うためのエッチング装置に、エッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線照射手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、電子線照射により該ウエハ基板に誘起する電流を検出する手段と、該電子線照射手段と該ウエハ基板面上の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とを備え、エッチング後に該電子線照射による基板電流量を測定し、正常なエッチング時の基板電流値と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
請求の範囲第２４項記載の半導体装置の製造方法において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
請求の範囲第２４項記載の半導体装置の製造方法において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
エッチング工程を含む半導体装置の製造方法であって、ドライエッチングを行うためのエッチング装置に、エッチング室、ロードロック室、搬送室を有し、該ロードロック室または該搬送室のいずれか１ヶ所にエッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線を照射する手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、該電子線照射により該シリコン基板に誘起する電流を検出する手段と、該電子線照射手段と該シリコン基板の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とを備え、エッチング後のウエハ基板を大気に出す前に電子線照射を行い該電子線照射によるウエハ基板電流量を測定し、正常なエッチング時の基板電流値と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
請求の範囲第２７項記載のエッチング装置において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２９】
請求の範囲第２７項記載のエッチング装置において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項３０】
エッチング工程を含む半導体装置の製造方法であって、ドライエッチングを行うためのエッチング装置に、エッチング室、ロードロック室、搬送室を有し、エッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線を照射する手段、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段、該電子線照射により該シリコン基板に誘起する電流を検出する手段、該電子線照射手段と該シリコン基板の相対位置を制御する手段、および電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とから成る評価室を備え、エッチング後のウエハ基板を大気に出す前に電子線照射を行い該電子線照射によるウエハ基板電流量を測定し、正常なエッチング時の基板電流値と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３１】
請求の範囲第３０項記載の半導体装置の製造方法において、前記フィードバックは瞥告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３２】
請求の範囲第３０項記載の半導体装置の製造方法において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３３】
エッチング工程を含む半導体装置の製造方法であって、ドライエッチングを行うためのエッチング装置に、エッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より時間的に強度が変調された電子線を照射する手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、該時間的に強度が変調された電子線照射により該シリコジ基板に誘起する音波を検出する手段と、該電子線照射手段と該シリコン基板の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段とを備え、エッチング後に該電子線照射による音波を測定し、正常なエッチング時の音波と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対してフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
請求の範囲第３３項記載の半導体装置の製造方法において、前記フィードバックは警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示またはエッチング条件の自動修正いずれかを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３５】
請求の範囲第３３項記載の半導体装置の製造方法において、前記電子線照射手段による電子線の照射面積０．００００１ｃｍ２以上で１ｃｍ２以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３６】
請求の範囲第３０項記載の半導体装置の製造方法において、前記エッチング工程はウエハ基板表面の絶縁膜にコンタクトホールを複数形成するためのエッチングであり、コンタクトホール形成部への電子線照射に伴うウエハ基板電流値からコンタクトホールの開口具合の良否を判定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３７】
請求の範囲第３０項記載の半導体装置の製造方法において、電子線照射によるエッチング結果の良否判定をウエハ面内の２５点以下の測定にて行う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】
【技術分野】  本発明は、各種半導体記憶素子、ＭＰＵおよびシステムＬＳＩに代表される半導体装置を製造するための半導体製造装置およびその装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。特に、半導体基板表面の各種材料をリソグフィー技術により描画されたパターンに従いエッチング処理を行うエッチング装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】  エッチング処理では、パターニングされた寸法に忠実に従い加工しなければならない。また絶縁膜層のコンタクトホール加工では、アスペクト比１５以上で開口径φ０．１３マイクロメートル以下の深孔を確実かつ安定に開口（下地材料の確実な露出および下地開口部寸法の確保）する必要がある。しかし、要求される寸法精度や加工の難易度は年々高まっており、従来の抜き取り検査による評価およびその評価結果に伴うエッチング条件の修正では、歩留まり向上や装置稼働率向上が困難となりつつある。また近年では半導体装置の製造も、少量多品種化してきており、従来の少品種大量生産時に比べ無駄にするウエハ数を極端に少なくすることが求められる。
従来のエッチングでは、エッチング装置にエッチング結果の良否を判定する手段は付属しておらず、例えばＨ．Ｎｉｓｈｉｙａｍａ  ｅｔ．ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４３４４，ｐ１２，２００１に記載されているような走査電子顕微鏡式評価装置等、別な装置にてエッチング処理後の一部のウエハを抜取りにて評価をしていた。
また、特開２０００−１７４０７７号公報に記載のように、照射する電子線のスポットを大きくすることで複数のコンタクトホールに一括照射し、エッチングによる平均的な開口具合を評価する方法が知られている。
前述した走査電子顕微鏡式評価装置では、コンタクトホールの開口不良は評価できるが、形状に関する情報を得ることは困難であり、形状不良に伴う不良発生を検知できない。
Ｈ．Ｎｉｓｈｉｙａｍａ  ｅｔ．ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４３４４，ｐ１２，２００１に記載の技術によれば、例えば、コンタクトホールの評価等ではウエハ基板全面の個々のコンタクトホールを全数評価し、開口不良の発生を評価するため評価時間が数時間もかかり、また評価装置も非常に高額である。さらに評価時間が長いことから不良が発見されてもその時点で既に複数のウエハが同一な処理にてエッチングされており、大量の不良ウエハを発生させてしまう。
特開２０００−１７４０７７号公報に記載された方法では、検査時間が短縮され、また装置も比較的安価とできる特徴を有する。しかし、開口具合のみの評価で形状情報が得られない。また、電子線照射に伴う基板電流評価のみのため、コンタクトホールの下地状態（絶縁性、多層配線時の上層部など）によっては測定困難な場合があった。
【発明の開示】
本発明の目的は半導体装置の製造歩留まり向上を図るのに適したエッチング装置を提供することにある。
本発明の他の目的は半導体装置の製造歩留まり向上を図る半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明では、ドライエッチングを行うためのエッチング装置に、ドライエッチング処理後のウエハ基板の被エッチング部にウエハ基板上部からウエハ基板表面の法線方向より電子線を照射する手段と、該電子線照射手段による電子線の電子線密度または電子線エネルギーのいずれか一方を時間的に変調する手段と、該電子線照射により該シリコン基板に誘起する電流または音波を検出する手段と、該電子線照射手段と該シリコン基板面上の相対位置を制御する手段と、電子線照射手段から照射される電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段と、エッチング後に該電子線照射による基板電流量または音波を測定し、正常なエッチング時の基板電流値または音波と比較することでエッチング処理の良否を判定し、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対して、警告またはエッチング処理の停止またはエッチング条件の修正指示を与える手段とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、大幅に検査機能の小型化と簡略化が図れ、コンタクトホールエッチングの評価を高速に行うことが可能となり、検査に関わるコストの大幅低減と後続するウエハ処理に対して瞬時にエッチング処理の停止または処理条件の修正指示を与えることが可能となり、不良ウエハの大幅低減が可能となる。
また、変調電子線を用いること、および電子線とウエハ基板面の角度制御機構による基板電流または音波の該角度依存性評価を行うことにより、常に安定し、再現性の良い評価が得られる。
さらに、形状異状に対する情報も得ることができ、コンタクトホールの開口性不良だけでなく形状不良に関してもエッチング処理の停止または処理条件の修正、さらにはエッチング処理条件の自動修正を行うことができ、より高い歩留まりと装置稼働率を得ることが可能となる。
そしてさらに、本発明はエッチング結果の評価手段をエッチング装置のロードロック室または搬装室または専用に設けられた真空評価室に設置することを特徴とする。
かかる発明によれば、ウエハ基板の真空中での搬装途中で評価を行うことが可能となり、エッチング装置および評価装置からのウエハの大気開放、真空排気を含む出し入れの時間を短縮することが可能となる。したがって、評価を含むエッチング処理時間を大幅に短縮することが可能となる。
さらに、大気開放なしで評価まで終了するため、次世代の真空一貫処理によるプロセスのモジュール処理化への適用も可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明におけるエッチング結果を評価するための装置の基本構成図である。
図２は本発明の原理説明図である。
図３は本発明の他の原理説明図である。
図４は電子線照射に伴うウエハ基板電流または音波の電子線とウエハ基板面相対角度依存性における正常エッチング時、開口不良時の比較を示す特性図である。
図５は本発明の第２の検出原理説明図である。
図６は本発明の他の第２の検出原理説明図である。
図７は本発明におけるエッチング結果の形状異常検出原理説明図である。
図８は電子線照射に伴うウエハ基板電流または音波の電子線とウエハ基板面相対角度依存性における正常エッチング時、開口不良時および形状異常時の比較を示す特性図である。
図９はウエハ面内における評価点の説明図である。
図１０は本発明におけるエッチング装置内でのエッチング結果の検査部の平面図である。
図１１は本発明における自動修正の説明図である。
図１２は本発明が適用される半導体装置の製造過程を示す断面図である。
図１３は本発明が適用される半導体装置の他の製造過程を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】  本発明の実施の形態を図１に示す。図１は本発明の実施の形態におけるエッチング処理後のウエハ基板のエッチング結果を評価する部分を特に説明する図である。ここでのエッチング処理はプラズマを用いたドライエッチング処理を言う。
本実施の形態では、ウエハ基板設置機構１上にウエハ基板２が設置されており、該ウエハ基板２上部に電子線照射機構３が配置されている。電子線照射機構３は加速電極４、電子銃５、アパーチャー６、偏向電極７で構成される。また電子銃５および加速電極４間には加速電圧変調機構９および加速電源１０が接続されており、加速電源１０により印加される電圧で電子線８が放出され、かつ加速電圧変調機構９により電子線のエネルギーが時間的に変調される構造となっている。さらに電子線８は偏向電圧電源１１により偏向電極７に印加される電圧により偏向され、ウエハ基板面垂直方向に対して電子線の入射角度を制御できる構造となっている。ウエハ基板設置機構には、電流検出機構（または音波検出機構）１３が設置されており、電子線照射に伴うウエハ基板に誘起される基板電流（または音波）をウエハ基板２の裏面より検出する構造となっている。電流検出機構（または音波検出機構）１３により検出されたウエハ基板電流（または音波）は検査結果解析機構１４にて解析され、その結果に伴いエッチング結果の良否が判定され後続するエッチングの停止指示、エッチング処理条件の修正指示、またはエッチング処理条件の自動修正が行われる。また、電子線照射機構３には移動機構１２が設置されており、電子線８をウエハ基板２面の任意の位置に照射でき、ウエハ基板全面にて検査が可能な構造となっている。
次に、図１の実施の形態における実際の具体的動作を説明する。図１の実施の形態では、電子銃５から放出する電子線のエネルギーは加速電源１０の電圧を５ｋＶとし、さらに加速電圧変調機構９により電子線８のエネルギーを１ｋＨｚの周期で変調した。電子線８のウエハ基板２への照射スポット径はアパーチャー６により制御される。本実施の形態では照射径０．５ｍｍ（照射面積：０．００１９６ｃｍ２）とした。電子線照射に伴う基板電流を検出する場合における、電子線がウエハ基板上に形成されたコンタクトホールに照射された場合の状態説明図を図２及び図３に示す。図２は正常なエッチングが行われた場合のコンタクトホールに電子線照射が行われた状態を示す概略図である。図３は開口不良を起こしたエッチング結果に電子線照射が行われた状態を示す概略図である。
まず、正常なエッチング状態に電子線を照射した場合について説明する。
図２に示すように、ウエハ基板１６上の絶縁膜１５にエッチング処理により形成させたコンタクトホール１７に電子線１８を照射するとコンタクトホール底に到達した電子線によりキャリア１９が誘起される。この誘起されたキャリアの量に対応する基板電流２０が基板１６の裏面に到達する。基板裏面に到達した電流はウエハ基板１６の電流検出機構により検出される。図４に示すように、正常なエッチングの場合には、電流検出機構により検出された基板電流の角度依存性は“Ａ”となる。図４では偏向電極７に電圧を印加し、電子線８のウエハ基板面への入射角度を変えた場合における測定結果を示している。また、基板電流の測定は加速電圧変調機構９により変調された電子線８のエネルギーの変化に同調させて検出することで感度を向上させている。
次に、同様にして開口不良の場合におけるコンタクトホールに電子線を照射した場合の状態を図３に示す。
図３では、コンタクトホール２５の一部が孔底部において開口不良２８を引き起こしており、その状態で電子線２６の照射を受けることでウエハ基板に励起するキャリア２７の濃度が図２の場合に比べ低くなっている様子を示している。開口不良２８部では孔底の基板面に電子線が到達できないため、キャリア２７の誘起が起こりにくくなり図３に示した状態となる。
図３に示した開口不良の場合、電流検出機構３０で検出される基板電流２９は図４に示すようになる。すなわち、電流検出機構により検出された基板電流の角度依存性は“Ｂ”となる。図２の状態の場合に比べ、角度依存性が相似形のまま強度が開口率に対応して減衰した結果となる。図４に示したように、正常なエッチング状態における基板電流と開口不良時の基板電流値を比較することでエッチング結果の良否を判定できる。
また、図４に示すように、基板電流の電子線とウエハ基板面の角度依存性を得て、基板電流のピークを検出することで、常にコンタクトホールに対して垂直方向からの電子線照射を補償することができ、安定した基板電流評価を実施することが可能となる。
【実施例２】  次に、図５及び図６に電子線照射に伴う音波検出によるエッチング結果の良否判定の説明を示す。
図２及び図３のウエハ基板電流を測定する場合には、コンタクトホール底面部とウエハ基板が導通状態である必要があり、また電流検出を行うウエハ基板裏面が導電性の状態（絶縁性の膜が形成されていない状態）である必要がある等の制約がある。この問題を解決する手段が図５及び図６を参照し、説明する音波による検出方法である。図５は図２と同様に正常なエッチング状態に電子線を照射した場合における音波検出の概略図である。図６は図３と同様に開口不良が生じた状態に電子線を照射した場合における音波検出の概略図である。
まず、図５に示すように、電子線照射により、コンタクトホール３５の底部に電子線３６が到達すると、到達部の温度上昇が生じる。電子線３６は図１の説明で記したように、エネルギーが時間的に変調されている。よって、電子線３６の到達による温度上昇はこの変調に対応して周期的に起り、コンタクトホール底部の電子線到達部では極微小な膨張と収縮を繰り返すこととなる。この膨張と収縮により音波３７が発生し、ウエハ基板３４の裏面に到達する。この音波３７を音波検出機構３８で検出する。
次に、図６の開口不良時の状態を説明する。開口不良４４が発生しているコンタクトホール４２底には、絶縁膜およびエッチング時に堆積するカーボン系の膜が残留する。電子線照射により発生する音波の根源である熱膨張量は材料により異なるため、開口不良を引き起こしたコンタクトホール底と、正常に開口しているコンタクトホール低では音波の発生量が異なる。結果として、電子線照射に伴う音波検発生量は開口不良時には減少し、図３で示したのと同様な結果が、音波検機構４７で検出される。また、図４に示した基板電流の電子線とウエハ基板面の相対角度依存性においても、コンタクトホール底面に到達する電子線による効果という共通のメカニズムのため同様な角度依存性が音波を用いた場合でも得られる。
以上の如くコンタクトホールの開口不良の検出が行われる。
【実施例３】  次に、図７を参照し、コンタクトホールの形状異状の検出方法を説明する。
図７（ａ）は、正常にエッチングが行えたコンタクトホールに電子線を種々の照射角度を入射させた場合の様子を示す。また、図７（ｂ）はテーパ状に形状異状となったコンタクトホールに図７（ａ）と同様の電子線照射を行った場合の様子を示す。
図７（ａ）の場合、電子線照射の角度依存に伴うコンタクトホール底でのキャリア誘起（あるいは音波誘起）は、図８に示すように正常なエッチング時における基板電流の角度依存性“Ａ”となる。開口不良の場合には、正常時の角度依存性“Ａ”とは相似な依存性で強度のみが開口率に従い、減衰した依存性“Ｂ”となる。
一方、図７（ｂ）に示す形状異常（テーパ）状態では、個々のコンタクトホール低部の面積が小さくなっていることから、照射する電子線の角度を変化させた場合、コンタクトホール低部に電子線が到達できる角度範囲が小さくなる。その結果、図８に示すように、形状異常時における基板電流の角度依存性“Ｃ”に示す結果となる。電子線照射に伴う基板電流または音波の強度変化のみでは開口不良と形状異状とを区別することはできないが、図７、図８より照射する電子線の角度依存性を得ることで開口不良と形状異状区別して検出することが可能となる。図７では説明のため単一なコンタクトホールへの電子線の入射状態を表しているが、実際には図２及び図３あるいは図５及び図６示した説明図と同様に、電子線の照射領域を図１の実施の形態における０．１９６ｃｍ２とすることで複数のコンタクトホールに照射し、平均的な情報として得ている。
【実施例４】  次に、図９を参照し、図１における移動機構１２によるウエハ基板面の評価方法を示す。本実施の形態は実施例１の移動機構１２を詳しく説明するものである。
図９に示すようにウエハ全面を全て評価するのでなく、例えばウエハ中心部１点とウエハエッジ部１点および中心とエッジの中間部１点の計３点程度を評価し、該３点で不良が検出されなければ良品と判断することで必要十分な評価が行える。
図９では３点のみの評価を示しているが、評価点をウエハ面全域における２５点程度に増加することで不良検出精度がさらに向上する。しかしながら、２５点より多い測定になると評価時間が長くなり、量産性が低下する。このため、２５点以下の評価にて良否を判定することで、不良検出精度と量産性の両立が図れる。
本発明では、個々の微細なエッチング構造を評価するのでなく、それら連続する微細構造の平均的でかつ必要最小限な情報からエッチングの結果の良否を判定し、さらにウエハ面内の２５点以下の評価で判断することで、評価機構の小型化低コスト化および評価時間の短縮を図ることを特徴としている。
図１乃至図８を参照して説明した実施の形態では、照射する電子線の照射領域を０．１９６ｃｍ２としたが、照射領域を０．００００１ｃｍ２〜１ｃｍ２の範囲でも同様の効果があることは言うまでもない。照射領域が０．００００１ｃｍ２より小さい場合には、エッチング結果における微細構造の平均的情報を得るのには不十分となり、そして感度も不足する。また、照射領域を０．００００１ｃｍ２より小さくし、測定に十分な強度の電子線を照射するには、電子線を収束させる電子レンズ系が必要となり装置の大型化、高コスト化をまねく。一方、照射領域を１ｃｍ２より大きくすると、デバイスの連続する構造より照射領域が大きくなる場合が多くなり、正確な情報が得にくくなる。従って、前記した照射領域０．００００１ｃｍ２〜１ｃｍ２が最適な範囲となる。
図１乃至図８を参照して説明した実施の形態では、照射する電子線の加速電圧５ｋＶ（電子線のエネルギー５ｋｅＶ）としたが、１００Ｖ〜３０ｋＶ（電子線のエネルギー１００ｅＶ〜３０ｋｅＶ）としも同様の効果がることは言うまでもない。１００Ｖより小さい場合には、基板電流の励起や音波発生が不十分な場合がある。また、コンタクトホールの深さによっては十分孔底に到達できない場合がある。一方、３０ｋＶより大きい場合は、電子線の照射によるウエハのダメージや、電子線の透過力が強すぎることによる開口不良の検出感度低下などが生じる。
図１乃至図８を参照して説明した実施の形態では、電子線のエネルギーを時間的に変調する方法である。しかしながら、電子線の強度を変調しても同様の効果がある。電子線の強度を変調する手段としては、チョッパによる電子線の間欠的遮断や、図１の実施の形態におけるアパーチャー６の上部に電子線偏向用の電極を設け、該電子線の偏向によりアパーチャーを通過する電子線強度を変調させる手段がある。
図１乃至図８を参照して説明した実施の形態では、電子線とウエハ基板面の相対角度を制御する手段を図１における偏向電極７としたが、図１における電子線照射機構３またはウエハ基板設置機構１のいずれかを機械的に可動し、電子線とウエハ基板の相対角度を制御しても同様な効果がある。
【実施例５】  図１で示したエッチング結果の評価機構が搭載されたエッチング装置（エッチング室を２室有備えた２チャンバ方式）を図１０に示す。
図１０において、ウエハ基板、例えば直径が３００ｍｍ（±０．２ｍｍ）のウエハ基板は、ウエハカセット室６６より、真空排気されたロードロック室（ウエハ投入側）６５を介して、搬送室６４中のロボットアーム６７にてエッチング室６２またはエッチング室６３に搬装される。そして、ウエハ基板の主面は所定パターンのプラズマエッチング処理がなされる。エッチング後のウエハ基板は再びロボットアーム６７にてロードロック室（ウエハアウト側）６８に運ばれる。そして、大気開放後、そのウエハ基板はウエハカセット室６６内のウエハカセットに戻される。
この一連のエッチング装置シーケンスの中で、図１０に示したロードロック室（ウエハアウト側）６８において図１に示した評価機構を配置し、エッチング結果の良否を判定することで、無駄時間を最小限にできる。エッチング結果の良否により、後に続く他のウエハ基板のエッチング処理に対して、警告またはエッチング処理の停止がエッチング処理あるいは搬送室へフィドバックされる。
なお、図１に示した評価機構は、点線図示したように搬送室６４内のウエハ出口付近に評価処理部６９あるいは専用評価室（評価専用チャンバ）７１を配置させてもよい。評価機構を備えたエッチング装置の小型化のためには、その評価機構はロードロック室（ウエハアウト側）６８に設置するのがよい。
半導体装置の製造歩留まりを向上及びエッチング装置の稼働率向上を図るためには、エッチングの評価結果は迅速に後続のウエハへフィードバックし、適切なレシピ調整を行うことが重要である。
図１１は、図１０に示したエッチング装置においてフィードバック機能を付加して図示したエッチング装置の全体構成図である。図１１に示したエッチング装置は、図１乃至図９を参照し説明したエッチング結果の評価手段および評価方法にて、後続するウエハへの処理停止指示またはエッチング処理条件の修正指示またはエッチング処理条件の自動修正を行う。図１１の実施の形態では、エッチング結果の評価をロードロック室（ウエハアウト側）７７で行う構成となっている。エッチング室は２室有する２チャンバ方式である。エッチング室７２，７３にはエッチング処理中のプラズマを観測する発光分光測定器８１、８２が接続されている。図１乃至図９で説明したエッチング結果の評価結果で不良（開口不良、形状不良）が判定された場合、制御部７９にて後続するエッチング処理の停止を指示する。また、制御部７９ではエッチング不良発生時のプラズマ発光解析を行い不良の種類（開口不良または形状不良）とを総合的に判断し、後続するウエハ処理の処理条件の修正を指示あるいは自動修正することで、歩留まりおよびエッチング装置の稼働率向上が可能となる。さらに処理条件修正の精度を高める場合には、エッチングシュミレータまたはデータベース８０を付加し、エッチング結果の評価結果および発光分光測定器（８１、８２）による発光分光結果をエッチングシュミレータまたはデータベースと照らし合わせることで高精度な処理条件修正を自動で行う。
処理条件の修正例としては、エッチングガスにＡｒ、Ｃ４Ｆ６、Ｏ２の混合ガスを用いてシリコン酸化膜のコンタクトホールエッチングを行う場合には、開口不良および形状不良ともにＯ２の添加量を増加、Ａｒ流量の増加あるいはＣ４Ｆ６流量の低減等があり、これらの修正を他のエッチング結果（選択比、エッチング速度、エッチング均一性）を損なわないように高精度に行うためにエッチングシュミレータまたはデータベース８０が必要となる。
【実施例６】  本実施の形態は、前記実施例５で述べたエッチング装置を用いた半導体装置の製造過程を説明するものである。
図１２及び図１３に本発明による半導体装置の製造過程の具体例をそれぞれ示す。図１２は絶縁膜（具体的にはＴＥＯＳ膜）に対するＨＡＲＣ（Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｎｔａｃｔ  ｈｏｌｅ）と呼ばれるコンタクトホール形成工程の断面図を示す。ＨＡＲＣ形成は孔径０．１３μｍから将来的には０．１μｍ以下で深さ２μｍと非常に深い孔を形成する必要がある。この時のドライエッチング加工では孔底での開口不良、テーパ形状等による形状不良によりコンタクト不良が発生し、歩留まり低下を引き起こしやすい。また、図１３はＳＡＣ（セルフアラインコンタクト）と呼ばれるコンタクトホール形成工程の断面図を示す。ＳＡＣ形成は、ゲート電極８９を保護するシリコン窒化膜８８をエッチングせずにシリコン酸化膜８７をドライエッチングし、シリコン基板８６にコンタクトを取る工程である。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の選択性を得るには高度な堆積制御が必要であり、エッチング条件が微妙に変化することでコンタクト部の開口不良あるいはテーパ形状等の形状不良を引き起こす。
しかしながら、このような図１２あるいは図１３に示したコンタクトホール形成工程に、実施例１あるいは実施例２で述べたエッチング結果の評価方法が適用される。これにより、大幅な歩留まり向上とエッチング装置稼働率向上が可能となる。また、エッチング結果を評価し、補償することからエッチング条件の実質的マージンが拡大、超高精度な加工条件が適用できるようになり、エッチング精度の大幅向上も可能となる。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、半導体装置の製造過程、特に絶縁膜のホール形成工程において有効であり、高速かつ比較的簡便な構成にてエッチング直後にエッチング結果の良否が判定でき、さらに後続するウエハ処理を停止または条件の自動修正が可能となる。これにより半導体装置製造の歩留まり向上とエッチング装置の稼働率向上が可能となり、大幅な製造コスト削減が可能となる。
さらに、本発明によれば、エッチング処理条件のマージンを大幅に拡大できるため、通常では不安定で用いることが出来ない極高精度なエッチング処理条件でも量産に適用できるようになり、半導体装置の性能向上が可能となる。
【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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【国際調査報告】
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