等离子处理装置以及等离子处理方法与流程

1.本发明涉及等离子处理装置或者等离子处理方法。


背景技术：

2.在半导体器件的制造中，在晶片的表面上形成有各种零件、将它们相互连接的布线等。这些零件、布线能够通过重复导体、半导体、绝缘体等各种材料的成膜和不需要的部分的去除来形成。
3.作为不需要的部分的去除工艺，广泛使用利用了等离子的干式蚀刻(以下称为等离子蚀刻)。在等离子蚀刻中，通过高频电源等将导入到蚀刻装置的处理室内的气体等离子化，将晶片暴露在等离子化后的气体中，由此进行蚀刻处理。此时，通过基于等离子中的离子的溅射、基于自由基的化学反应等进行各向异性、各向同性的蚀刻，通过分开使用这些，在晶片表面上形成有各种构造的零件、布线。
4.在通过这样的蚀刻处理而得到的加工形状与设计形状不同的情况下，所制造的半导体无法发挥所希望的性能，因此为了使加工形状接近设计形状，需要对蚀刻处理进行监视、使其稳定化的工艺监视技术。
5.特别是，半导体器件近年来随着微细化的发展，微细化工艺增加，随之半导体器件的图案形成方法多样化，因此监视蚀刻刚开始后起的膜厚/深度变化的需求提高。
6.与此相对，例如有关于通过测量来自处理中的晶片的反射光来测定在晶片上成膜的膜的膜厚、形成于晶片上的槽、孔的深度的工艺监控的技术。工艺监控被称为膜厚/深度监控，用于蚀刻处理的终点判定等。
7.在专利文献1中公开了蚀刻的监视技术的一例。在专利文献1中公开了如下技术：在对沉积在晶片上的导体膜将在该导体膜上形成的光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模来实施等离子干式蚀刻处理的工序中，通过在干式蚀刻处理中，连续地监视从等离子检测出的所希望的波长的发光波形的从变化开始点a到变化结束点b，来测定被蚀刻面内的被蚀刻膜的蚀刻速度的均匀性，并基于该均匀性掌握被蚀刻膜的蚀刻量的最佳值。
8.此外，在专利文献2中公开了一种等离子处理装置，其具备：检测器，其检测来自蚀刻处理中的样品表面的多个波长的干涉光；图案比较单元，其对与在样品的处理中的任意时刻得到的所述干涉光相关的实际偏差图案数据、和与在该样品的处理前得到的其他样品的处理相关的多个波长的干涉光的数据即与所述膜的多个厚度分别对应的多个标准偏差图案进行比较，运算其偏差；偏差比较单元，其对它们之间的偏差与预先设定的偏差进行比较，输出与样品的该时间点的膜的厚度相关的数据；剩余膜厚度时间序列数据记录单元，其记录与所述膜的厚度相关的数据作为时间序列数据；以及终点判定器，其使用所述膜的厚度数据来判定给定量的蚀刻结束。
9.在先技术文献
10.专利文献
11.专利文献1：日本特开2003-243368号公报
12.专利文献2：日本特开2007-234666号公报


技术实现要素：

13.发明要解决的课题
14.在上述的现有技术中，产生了以下的问题。
15.首先，在专利文献1的技术中，为了提高蚀刻处理的可靠性，在蚀刻处理中连续地检测从等离子检测出的给定波长的发光波形的从变化开始点a到变化结束点b的电压，由此测定蚀刻膜的蚀刻速度的均匀性。此外，基于所得到的蚀刻速度确定蚀刻量的最佳值。
16.但是，在专利文献1的技术中，是以灵敏度高的所希望的波长的电压均匀地增减、所谓单调地变化为前提的，没有考虑像实际的蚀刻中的等离子发光的光量那样在处理中增减的光量，有可能难以高精度地检测膜厚。
17.进而，在专利文献2的技术中，使用预先取得的多个波长的干涉光的图案的数据库，将在处理中的任意时刻从晶片的表面得到的干涉光的图案与数据库中的图案进行比较，将与偏差最小的数据对应的膜厚的值按时间序列记录为膜厚信息，根据这些时间序列的膜厚的数据计算任意时刻的蚀刻量(深度、剩余膜厚、速度)等，来判定到达蚀刻处理的终点。
18.但是，在专利文献2的技术中，进行蚀刻量的检测，其前体在于，从蚀刻处理中形成有等离子而刚开始发光之后起，蚀刻处理以给定的值以上的速度进展且其剩余膜厚均匀地降低而变化。
19.因此，在蚀刻处理不均匀地进展的情况下，例如在从等离子的发光开始起的给定的初始的期间中处理未容易地进展的情况等下，膜厚的检测的精度有可能大幅受损。
20.如上所述，在进行包括刚开始等离子的发光之后的处理的初始在内的处理的期间，在发光的量、处理的进展的速度等的剩余膜厚、蚀刻量的检测的参数有偏差的条件下，这些蚀刻量的检测的精度受损，处理的成品率降低，这样的问题在现有技术中难以消除。
21.本发明的目的在于提供以高精度检测处理对象的膜的蚀刻量并提高处理的成品率的等离子处理装置或者等离子处理方法。
22.用于解决课题的手段
23.为了解决上述课题，代表性的本发明所涉及的等离子处理方法之一是通过如下来实现，一种等离子处理方法，在真空容器内部的处理室内配置处理对象的晶片，在所述处理室内形成等离子来对预先形成于所述晶片的表面的膜进行蚀刻，具有如下工序：在所述处理室内载置晶片，从形成所述等离子起到所述蚀刻结束为止的多个时刻，接受在所述晶片的表面反射的干涉光，并生成表示所述干涉光的强度的信号；对蚀刻前后的所述晶片的膜厚进行测定；基于所生成的所述信号来决定所述晶片的蚀刻开始时刻；以及基于所决定的所述蚀刻开始时刻来导出所述信号与所述膜厚的对应关系。
24.此外，代表性的本发明所涉及的等离子处理装置之一是通过如下来实现，一种等离子处理装置，在真空容器内部的处理室内配置处理对象的晶片，在所述处理室内形成等离子来对预先形成于所述晶片的表面的膜进行蚀刻，具有：检测装置，在从形成所述等离子起到所述蚀刻结束为止的多个时刻，接受在所述晶片的表面反射的干涉光，生成表示所述干涉光的强度的信号；以及判定器，基于多个时刻的所述信号的差分来决定蚀刻开始时刻。
25.发明效果
26.根据本发明，能够提供以高精度检测处理对象的膜的蚀刻量而提高处理的成品率的等离子处理装置或者等离子处理方法。
27.本发明的结构、作用、效果的详细内容通过以下的实施方式的说明来明确。
附图说明
28.图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的等离子处理装置的结构的概略的纵剖视图。
29.图2是示意性地表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的膜厚/深度判定部的结构的框图。
30.图3是示意性地表示比较例的蚀刻处理中的膜厚相对于时间的经过的变化以及检测出的膜厚的误差的变化的图表。
31.图4是示意性地表示比较例的蚀刻处理中的膜厚相对于时间的经过的变化以及检测出的膜厚的误差的变化的图表。
32.图5是表示在图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置开始晶片的蚀刻处理的时刻的前后得到的干涉光的光谱的例子的图表。
33.图6是表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的数据库部的数据和之后检测出的剩余膜厚的对应的图。
34.图7是表示在图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置中将包括干涉光的光谱的特征数据的膜厚/光谱数据存放于数据库部的动作的流程的流程图。
35.图8是示意性地表示在图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的剩余膜厚的检测中使用的干涉光的数据中的每个采样时刻的剩余膜厚以及误差的例子的图表。
36.图9是图表，在图1的实施方式的等离子处理装置中，在检测到蚀刻的进展开始的时刻比实际的时刻稍微延迟的情况下，表示在处理中检测出的剩余膜厚与实际的剩余膜厚的值以及它们之间的误差的关系。
37.图10是示意性地表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置所检测出的光谱的变化的量的图表。
38.图11是示意性地表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置所检测出的光谱的变化的量的图表。
39.图12是关于图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置在晶片的处理中的各采样时刻检测的干涉光15的光谱示意性地表示与之前紧挨的采样时刻的干涉光15的光谱的差之和的伴随时间的经过的变化的图表。
40.图13是示意性地表示图1所示的实施方式的变形例所涉及的等离子处理装置所检测的干涉光的光谱差之和伴随时间的经过的变化的图表。
41.图14是示意性地表示在图13所示的本发明的变形例所涉及的等离子处理装置的剩余膜厚的检测中使用的干涉光的数据中的每个采样时刻的剩余膜厚以及误差的例子的图表。
42.图15是示意性地表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的信号处理部的结构的框图。
43.图16是示意性地表示图1所示的实施方式的变形例所涉及的等离子处理装置的结构的概略的纵剖视图。
44.图17是示意性地表示图16所示的变形例所涉及的等离子处理装置的动作的流程的时序图。
具体实施方式
45.以下使用附图来说明本发明的实施方式。
46.以下，使用图1至图15对本发明的实施方式进行说明。
47.图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的等离子处理装置的结构的概略的纵剖视图。本图所示的等离子处理装置10具备：至少一部分具备圆筒形状的真空容器11；以及配置于其内部并在被减压的内侧的空间形成等离子12的处理室19。
48.在处理室19的内部导入有从气体导入单元(未图示)导入的蚀刻用的处理气体，利用从高频电源(未图示)等供给的电力来形成给定的频带的高频电场、微波的电场，或者利用螺线管线圈等磁场的发生器来形成磁场。通过这些电场或者电场与磁场的相互作用，处理用气体的原子或者分子被激发，电离、解离而形成等离子12。
49.在处理室19内部，在形成等离子12的状态下，配置在处理室19内部的样品台13上表面上并被保持的作为处理对象的样品的半导体晶片(以下称为晶片)14与该等离子12内的反应性、活性高的粒子、离子等带电粒子接触，引发这些粒子与预先配置在晶片14表面的处理对象的膜层表面的材料的物理、化学作用蚀刻进展。
50.在本实施方式中，等离子处理装置10的各部的动作通过与它们能够通过有线电缆、无线进行数据通信地连接的控制部23来进行，所述动作有：向处理室19的内部的气体的导入；电场或者磁场的形成和由此引起的等离子12的生成、消失以及其强度、分布的调节；配置在样品台13内并在等离子12的形成中供给从而用于在晶片14上方形成偏置电位的高频电力的供给、停止等。
51.本实施方式的控制部23具有在内部进行上述通信的输入输出的接口、基于半导体器件的微处理器等运算器、以及在内部记录数据、软件的ram、rom或者硬盘驱动器、dvd-rom驱动器等存储装置，它们具备以能够通信的方式连接的结构。通过控制部23，能够进行包括各部的动作的量、开始、结束等的同步的动作的定时的调节，以使得在处理室19内在晶片14上的处理对象的膜层实现所希望的蚀刻处理的方式。此外，控制部23存放用于执行后述的图7的流程图的控制的程序，根据该程序来执行等离子处理装置10的控制。
52.在蚀刻处理中，在形成于处理室19内的等离子12中产生的光照射到晶片14。所照射的光在处理之前预先形成于晶片14表面的半导体器件的电路的膜构造被反射，在膜构造的最表面或者上下层叠的两个膜的界面和电路的图案的内侧的底面等多个面进行反射，这些照射并反射的光成为因该路径的长度之差而产生干涉的干涉光15。
53.干涉光15经过由具有透光性的材料构成且面向处理室19的内侧的窗构件，在具备安装于真空容器11的壁面的石英等具有透光性的材料制的窗以及配置于其上方的透镜的受光器16被受光。进而，干涉光15经由与受光器16光学连接的光纤等的光传递用的路径，被传输到与其连接的检测部17。检测部17具有将给定波段的波长的光分成每个预先确定的波长间隔的波长的光的分光器，在处理中的任意时刻，在检测部17中被分光的干涉光15被检
测为表示该任意时刻的各波长的干涉光的光量的干涉光15的光谱。由受光器16和检测部17构成检测装置。
54.在本实施方式中，按每个晶片14的处理中的预先确定的时刻的间隔(时间)，检测干涉光15的光谱。这些各采样时刻的信号作为表示干涉光15的光谱的时间序列的信号，从检测部17发送。
55.表示由检测部17检测出的任意时刻的干涉光15的光谱的信号被传输到信号处理部20，在信号处理部20中被转换或处理为能够更高精度地检测蚀刻量、终点的信号。具体而言，对输入到信号处理部20的信号进行光量偏移的处理、去除高频噪声等的处理。
56.进行了这样的处理的信号被传输至膜厚/深度判定部(判定器)21，根据所发送的信号来检测任意时刻的膜厚或者深度的值。在本实施方式中，也可以根据与各时刻对应的信号检测该时刻的蚀刻量，进而，也可以使用该时刻的蚀刻量和在该时刻之前的处理中的时刻检测出的蚀刻量，来检测精度更高的该时刻的蚀刻量。
57.表示检测出的蚀刻量的值的信号被发送到显示部22来进行显示或者报知。此外，在根据由膜厚/深度判定部21检测出的结果判定为在该处理中成为作为目标的蚀刻量或者剩余膜厚的情况下，控制部23向等离子处理装置10发信指令信号，停止处理用气体的供给或者等离子的形成，从而结束晶片14的蚀刻处理。
58.另外，等离子处理装置10当然不限于图1所示的结构。在此，也可以构成为等离子处理装置10包括作为外部装置示出的信号处理部20、膜厚/深度判定部、控制部23等。
59.图2是示意性地表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的膜厚/深度判定部的结构的框图。在本图中，示意性地示出连接了起到各功能的各块的膜厚/深度判定部21的结构。
60.如该图所示，表示在信号处理部20中被处理而成为适当的信号的形状的任意时刻的干涉光15的光谱的信号被发送到膜厚/深度判定部21，在比较部31中进行该信号的数据与预先得到的数据的比较。成为比较对象的数据预先存储并存放在与比较部31可通信地连接的数据库部30的存储装置内。
61.在数据库部30的存储装置中，例如将膜厚与干涉光15的给定的多个波长的光谱的时间序列的数据建立对应进行存储，其中，该膜厚是对具有与用于等离子处理装置10对晶片14进行处理而制造的半导体器件用的电路的膜构造相同或者可视为相同程度地近似的尺寸、种类的膜构造在与该晶片14的处理条件相同或者可视为相同程度地近似的条件下进行处理时得到的。
62.这样的数据可以是在同等的处理的条件下预先对具有与晶片14同等的膜构造的其他的晶片(作为测试用的晶片)进行处理时检测出的数据，或者也可以是模拟等的计算结果的数据。在本实施方式中，根据这样预先得到的数据，在处理中的剩余膜厚等多个蚀刻量的值与干涉光15的光谱的光量或者其微分值相对于波长的变化的变化的多个图案之间、或者与以波长为参数的干涉光15的光的量或者其微分值的多个图案之间建立对应，并存储于数据库部30的存储装置。
63.例如，测定上述的测试用的晶片的处理开始前的处理对象的膜厚和处理后的膜厚，使用膜厚的值和存储在数据库部30中的数据，在相同的处理对象中根据蚀刻的进展而变化的膜厚(多个蚀刻量)的各个值与干涉光15的光谱之间建立对应，将时间序列的图案的
数据与该建立对应的信息一起存放在数据库部30中。将表示膜厚与干涉光的光谱的特征数据的对应关系的数据称为膜厚/光谱数据。光谱的特征数据是指例如光谱的波形、与波长对应的强度、微分值的变化等表示该光谱的信息。在使用微分值的情况下，能够抑制原信号中包括的尖峰噪声等的影响，s/n比提高。
64.通过将这样的数据库部30内的膜厚/光谱数据与在晶片14的蚀刻处理时由信号处理部20处理而实际得到的任意时刻的干涉光的光谱进行比较，检测出与被判定为最接近实际数据的光量的图案对应的蚀刻量的值作为该任意时刻的晶片14的蚀刻量(剩余膜厚或者深度)。
65.另外，决定膜厚/深度的方法不限于上述方法。例如，在数据库部30的膜厚/光谱数据少的情况下，也可以通过基于膜厚/光谱数据中的多个光谱进行插补，来生成新的光谱，通过膜厚也设定为与其相应的值，，来增加膜厚/光谱数据。此外，也可以准备多个预先测定的测试用的晶片，按照多个条件的每一者设定膜厚/光谱数据。此外，在量产化时，也可以使用晶片14的蚀刻处理前后的膜厚检查结果追加到数据库部30，增加进行比较的膜厚/光谱数据。
66.此外，在上述的膜厚/深度判定部21中，比较部31可以由一个以上的半导体器件或者其电路构成，另外也可以是一个半导体器件内部的一部分电路。数据库部30可以具备ram、rom、或者硬盘驱动器、dvd-rom驱动器等存储装置、以及在该存储装置与比较部31之间能够以有线或者无线方式通信地连接且能够进行数据的发送接收的接口。数据库部30可以与比较部31一起安装于等离子处理装置10，也可以配置于远程的部位。
67.(比较例)
68.图3、4是示意性地表示比较例的蚀刻处理中的膜厚相对于时间的经过的变化以及检测出的膜厚的误差的变化的图表。
69.图3的(a)是表示比较例所涉及的蚀刻处理的期间中检测的处理对象的膜层的剩余膜厚与实际的剩余膜厚的关系的图表。图3的(b)是表示在(a)所示的蚀刻中检测出的剩余膜厚与实际的剩余膜厚的差(膜厚误差)的变化的图表。在这些图中，横轴是蚀刻时间，将蚀刻处理的开始时刻没为0，将蚀刻处理的结束时刻设为te，将处理开始前的剩余膜厚的值设为di，将处理结束后的剩余膜厚的值设为de。
70.在此，预先进行如下工序：将具有与半导体器件制造用的晶片14同等的膜的构造的测试用的晶片14在与对半导体器件制造用进行处理时的晶片同等的处理的条件下进行处理，或者在计算上进行模拟，获得以干涉光15的波长为参数的强度(光谱)的数据。
71.在该工序中，将在处理室19内形成等离子12或者向配置于样品台13内部的偏置电位形成用的电极供给高频电力的时间点视为处理开始时刻，从该开始的时刻起在以后的每个采样时刻检测来自晶片14表面的干涉光15，计算出该时刻的剩余膜厚。进而，与计算出的时刻的剩余膜厚的值一起，使用该时刻之前的处理中的采样时刻的膜厚的值，来最终计算出该时刻的剩余膜厚的值。此时，在各采样时刻的最终的剩余膜厚的计算中，使用利用了至少一个该时刻之前的时刻的剩余膜厚的值的递归分析的方法。
72.进而，在比较例中，使用预先得到的处理中的各时刻的干涉光的光谱的特征数据，从而在为了制造半导体器件而进行到处理的终点为止的晶片14的蚀刻处理中的剩余膜厚的计算中，将处理对象的膜层开始蚀刻的时刻视为形成等离子或者开始供给偏置形成用的
高频电力的时刻。但是，实际上，在形成等离子12、进而刚开始将高频电力供给到样品台13内的电极的时刻之后起的处理的初始，等离子12的强度和其分布、偏置电位的大小、其分布不稳定，处理的速度(速率)、实质上开始处理的进展的时间点在每个晶片14中偏差，若是由多个工序构成的处理，则在各工序中产生偏差。
73.换句话说，在实际的晶片14的蚀刻处理中，在形成等离子12且刚开始发光之后起，蚀刻及其进展并不是稳定地进展。具体而言，关于如图3的(a)的实线41所示的实际的剩余膜厚的值，在形成等离子12以后，也是直到状态稳定从而蚀刻的进展稳定为止，根据膜种类、处理的条件而需要给定的时间(本例中从时刻0到ti的时间)，从而使得在纵轴的附近膜厚d的值大致固定，该期间之间，处理对象的膜层的蚀刻实质上不进展。因此，实际的蚀刻的开始时刻移位ti。
74.但是，在比较例中，作为视为处理的开始的时间点的剩余膜厚的值，视为开始前的处理的对象的剩余膜厚从值di稳定地均匀地降低至判定为到达处理的终点时的剩余膜厚de，使用该时刻之前的时刻的剩余膜厚的值来递归地计算处理中的任意时刻的剩余膜厚。因此，比较例中检测出的各时刻的剩余膜厚d的值如图3的(a)的虚线40示意性地表示为穿过时刻0(纵轴上)的厚度de的直线那样，在从时刻0到时刻te的处理的期间中的各个时刻之前的时刻的值被插补。
75.其结果是，在比较例中，如图3的(b)所示，产生检测出的剩余膜厚的值与实际的剩余膜厚的值之间的偏离(膜厚误差)，这在等离子12的形成或者偏置电位形成用的高频电力的向样品台13的供给刚开始之后起给定的时间(时刻ti)最大。
76.在图3中，判定为蚀刻的处理到达终点的时刻(结束时刻)的剩余膜厚的值作为de而一致。但是，在用于进出存放于数据库部30的数据的测试用的晶片14的处理中，由于数据库部30的数据的膜构造的基底层、掩模层等各层的膜厚、形状、尺寸等构造的参数的值遍及比实际的晶片14的值更宽的范围，因此通常设定得比实际的工序的终点深。因此，若在检测出成为终点的目标的剩余膜厚dt的时刻tt结束蚀刻处理，则剩余膜厚与dt不一致而产生误差。其结果，如图3的(b)的实线42所示，产生以蚀刻开始时刻ti为峰值而检测出的剩余膜厚的误差，在结束蚀刻处理的估计时刻tt也产生膜厚误差。不过，由于存在蚀刻时间越长、膜厚误差看起来越小的倾向，因此在长时间蚀刻中，膜厚误差小。
77.但是，从蚀刻处理的开始到结束的时间越短，该影响越不能忽视。图4的(a)是表示短时间蚀刻中的、相对于数据库制作时的蚀刻时间的比较例的膜厚估计与实际的膜厚的关系的图表，图4的(b)是表示长时间蚀刻中的比较例的膜厚误差的图表。由于各附图标记与图3相同，因此省略其说明。在短时间蚀刻的情况下，蚀刻开始时刻ti的移位的影响相对变大，因此以目标的剩余膜厚dt结束处理的情况下的时刻tt的剩余膜厚的误差如图4的(b)所示那样产生变大的问题。
78.图5是表示在图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置开始晶片的蚀刻处理的时刻的前后得到的干涉光的光谱的例子的图表。图5的(a)表示在横轴采用波长(频率)并重叠按给定的多个波长(频率)的每一者绘制从在处理室19内形成等离子12的时刻到开始处理对象的膜层的蚀刻的时刻ti为止的各采样时刻的干涉光15的强度的值而得到的光谱的结果。图5的(b)表示将在时刻ti以后的各采样时刻得到的干涉光15的光谱重叠的结果。
79.如图5的(a)所示，在时刻ti之前几乎看不到干涉光15的光谱的变化。另一方面，如
图5的(b)所示，在时刻ti以后的各采样时刻得到的干涉光15的光谱中观察到在相同波长下明显成为不同的值的部分，在绘制了值的线彼此之间在上下方向上产生差，可知光谱变化。
80.干涉光15的光谱所表示的光的强度信息表示构成膜构造的膜层的剩余膜厚，其中该膜构造构成配置于晶片14表面的电路图案，因此可知，在时刻ti以后，等离子12的状态稳定而处理对象的膜层的蚀刻进展了给定的阈值以上，能够视为在时刻ti开始了蚀刻。
81.这样，判定在各采样时刻的干涉光15中的光谱或者其波形彼此之间是否存在给定的阈值以上的变化的量，将判定为变化成为阈值以上的采样时刻视为蚀刻处理公开的时刻，由此能够判定蚀刻的处理的开始时刻。
82.图6是表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的数据库部的数据和此后检测出的剩余膜厚的对应的图。特别是，在图6中，将在处理开始后的任意时刻得到的干涉光15的光谱的特征数据与数据库部30中存放的膜厚/光谱数据进行对照，在膜厚/深度判定部21的比较部31中比较的结果，将与判定为差最小的光谱对应的膜厚在比较例和本实施方式中比较地示出。
83.在图6中，示出了将具有与实施制造半导体器件的蚀刻处理的晶片14同等的结构的测试用的晶片14上的处理对象的膜配置在处理室19内并进行蚀刻处理时得到的、或者通过模拟等计算该蚀刻处理而得到的来自晶片14的干涉光15的光谱。
84.在图6的数据中，开始进行蚀刻处理的工序，将在处理室19内形成等离子12的时刻、或者对样品台13内的电极供给高频电力而形成将等离子12中的离子等带电粒子引诱至晶片14的偏置电位或计算中设想为形成该偏置电位的时刻设为上述工序的期间的时刻0。
85.在图6中，将该工序的期间的时刻0和此后的各采样时刻的干涉光15的光谱描绘而作为图表表示的波形、和将比较例的所涉及的等离子处理装置以及本实施方式的等离子处理装置10检测为与各时刻对应的值的剩余膜厚的值与横轴所采用的工序的期间中的时刻建立对应地表示。
86.另外，在本实施方式中，将采样时刻彼此的间隔(采样间隔)设为0.1秒(sec)。此外，将蚀刻处理开始前的处理对象的膜的厚度设为di，将成为蚀刻的处理的终点的目标的剩余膜厚设为de。
87.如图6所示，在本实施方式的数据中，表示从干涉光15得到的光谱的图表的波形在从时刻0到ti视作没有变化程度同等，波形从紧跟时刻ti后的采样时刻(ti 0.1秒)起变化。
88.即，在本实施方式中，判定为在时刻0以后的采样时刻得到的光谱的预先确定的波长(频率)的值的变化或者光谱波形、与该时刻以前的任意的采样时刻(在本实施方式中为前一个的采样时刻)的光谱波形之差的量(差分)小于给定的阈值，判定为是处理对象的膜的蚀刻未进展的未处理的状态。作为其结果，从时刻0到时刻ti的剩余膜厚被检测为与蚀刻处理前的值的di相同的值，从时刻0到ti的期间被视为处理对象的膜未处理的期间。
89.在时刻(ti 0.1)[秒]中，检测到上述给定的阈值以上的光谱的值或者波形的变化的量的结果是，判定为在该时刻(ti 0.1)开始了蚀刻的处理，即，将时刻(ti 0.1)判定为开始蚀刻期间的时刻。进而，在本实施方式中，在时刻te判定为剩余膜厚的值达到作为目标的终点的剩余膜厚de，视为在时刻(ti 0.1)以后到时刻te为止的期间(蚀刻处理进展的期间)中的剩余膜厚视作每单位采样时间变化用剩余膜厚的变化量(di-de)除以采样时刻的个数而得到的值δd’，计算出各时刻的剩余膜厚。例如，时刻(ti 0.1)下的剩余膜厚的计算值为
(di-δd’)，时刻tt＝(ti 0.1)
×
m[秒]下的剩余膜厚为(di-δd’)
×
m。
[0090]
另一方面，在比较例中，将包括从时刻0到时刻ti之间的未处理的期间的到时刻te为止的时间视为蚀刻处理的期间，使用将剩余膜厚的值di、de的差除以该时刻0至te为止的采样时刻的个数(工序的期间
÷
采样间隔)而得到的每单位采样间隔的剩余膜厚的变化δd，来将时刻0.1[秒]的膜厚计算为(di-δd)，若0～ti的期间的采样时刻设为n个，则将时刻ti的剩余膜厚计算为(di-δd)
×
n，进而将时刻tt的膜厚计算为di-δd
×
(n m)。
[0091]
这样，在比较例中使用的表示多个干涉光15的光谱、强度的图案的数据中，在视为进行蚀刻处理的期间中包含未处理的期间。因此，在与这样的数据建立了对应的剩余膜厚的值中产生了误差。进而，若使用这样的数据在用于半导体器件的量产的晶片14的处理中检测剩余膜厚，则实际的剩余膜厚产生与所希望的值之间的偏离(膜厚误差)，对处理对象的膜进行处理的工序或者实际的蚀刻进展的处理的时间越短，则上述误差的影响越大，处理的成品率越受损。
[0092]
因此，在本实施方式中，如上所述，在开始工序的时刻0以后，直至判定为在各采样时刻得到的光谱波形(或者与光谱的预先确定的波长(频率)对应的强度的变化)与该时刻以前的任意的时刻(在本例中为前一个的采样时刻)的光谱波形之差大于给定的阈值的时刻(ti 0.1)为止，对表示这样的光谱的波形的变化的干涉光15，判定为是处理对象的膜的蚀刻未进展的未处理的状态，使用表示从时刻(ti 0.1)到时刻te的蚀刻处理进展的期间的干涉光15的光谱的上述数据来检测剩余膜厚。
[0093]
图7是表示在图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置中将包括干涉光的光谱的特征数据的膜厚/光谱数据存放于数据库部的动作的流程的流程图。在本实施方式中，如上所述，在量产半导体器件的晶片14的处理开始前，预先将具有与该晶片14同等的结构的测试用的晶片14中的处理对象的膜层的蚀刻处理的进展所伴随的多个波长的干涉光15的光谱的特征数据与膜层的剩余膜厚建立对应进行存放。
[0094]
在图7中示出了预先进行的取得这样的数据并在膜厚/深度判定部21内的数据库部30中作为膜厚/光谱数据进行存放为止的动作的流程。当该动作的流程开始时，首先，在步骤s701中，测定与在量产半导体器件的工序中使用的晶片14相同的结构(也包括形成于表面的膜在内的尺寸、构造)相同或者可视为相同的程度地近似的同等的测试用的晶片14的处理的工序开始之前的处理对象的膜层的剩余膜厚di，并存放并存储在控制部23内部的存储装置内。
[0095]
在本步骤中，膜厚的测定可以使用截面sem(scanning electron microscope，扫描电子显微镜)、ocd(optical critical dimension，光学邻接尺寸)、afm(atomic force microscope，原子力显微镜)等以往已知的测定技术中的任一种。另外，在实际在处理室19内进行蚀刻处理而取得数据的情况下，作为测试用的晶片14，优选使用在量产中使用的晶片相同的批次的晶片。
[0096]
接下来，在步骤s702中，将测试用的晶片14运送到真空容器11内部的处理室19内，载置并固定在样品台13上。
[0097]
在步骤s703中，在与量产用的晶片14相同或者视为相同的程度地近似的条件下开始蚀刻处理的工序。即，处理室19内被维持在给定的范围内的真空度的压力，使用供给到处理室19的处理用的气体形成等离子12，向样品台13内部的电极供给偏置电位形成用的高频
电力而开始工序。另外，在本实施方式中，将该工序开始的时刻确定为该工序的期间中的时刻0。
[0098]
在本实施方式的等离子处理装置10中，在开始对处理对象的膜进行处理的工序的时间点、以及开始后，在膜厚/深度判定部21中，在给定的间隔的每个采样时刻，使用经由受光器16受光的来自晶片14的干涉光15的光谱来判定处理对象的膜层的剩余膜厚是否达到了预先确定的目标值，在未到达的情况下，继续蚀刻处理直到判定为达到了预先确定的目标值为止。
[0099]
即，在检测部17中检测出在各采样时刻经由受光器16受光的来自晶片14的多个波长的干涉光15的光谱之后，由信号处理部20进行处理并传输到膜厚/深度判定部21，将各时刻的多个波长的干涉光15的光谱的特征数据与该时刻(包括处理开始时间点)建立对应地存储在内部的数据库部30内的存储装置内部(步骤s704)。
[0100]
另外，在本实施方式中，对象的膜层的剩余膜厚是否到达成为目标的值的判定是通过判定从开始处理起是否经过了设想为达到预先决定的目标的膜厚的时间、或者是否达到了采样时刻的个数来进行的。
[0101]
当判定为经过了设想达到所希望的膜厚的时间时，进入步骤s705，结束测试用的晶片14的蚀刻处理。进而，在步骤s706中，将测试用的晶片14从处理室19搬出。
[0102]
然后，在步骤s707中，通过与步骤s701同样的工序来测定测试用的晶片14的处理对象的膜层的剩余膜厚de，并存放并存储在控制部23内的存储装置内。通过到此为止的步骤，取得对测试用的晶片14的处理对象的膜层进行蚀刻前后的剩余膜厚、和对该膜层进行蚀刻的工序的期间中的各采样时刻的干涉光15的光谱的特征数据。
[0103]
在本实施方式中，根据所取得的干涉光15的特征数据，来检测表示工序的开始时刻起的干涉光15的各波长的光的强度的变化、或者表示光的强度相对于干涉光15的波长的变化的变化的光谱的波形的变化。
[0104]
在步骤s708中，通过膜厚/深度判定部21内的比较部31对该变化的量与给定的阈值的大小进行比较，判定为变化的量超过了阈值的时刻被检测为蚀刻的进展开始的时刻。
[0105]
在步骤s709中，在从时刻0到该蚀刻开始的时刻(图6的时刻(ti 0.1)秒)为止的蚀刻处理未进展的未处理的期间的各采样时刻，将剩余膜厚检测为di并与各时刻的数据建立对应。进而，将蚀刻开始的时刻以后的各采样时刻的剩余膜厚的值，作为基于蚀刻处理的开始时刻的膜厚di和终点的膜厚de的值在各采样时刻线性地进行插补而得到的值，与各时刻的光谱的特征数据建立对应地存储并存放于数据库部30。这样，干涉光15的光谱的特征数据与剩余膜厚的值之间建立了对应的膜厚/光谱数据被存放在数据库部30中而构建数据库，流程结束。
[0106]
另外，优选膜厚/深度判定部21对蚀刻开始时刻以及其以前的光谱分配蚀刻处理前的膜厚，对蚀刻结束时刻的光谱分配蚀刻处理后的膜厚，对其间的光谱分配通过相对于蚀刻时间的线性插补导出的膜厚，从而生成膜厚/光谱数据(膜厚与光谱的对应关系)。
[0107]
使用图8，对在图7中得到的干涉光15的数据中的各采样时刻的剩余膜厚的值和误差的大小进行说明。图8是示意性地表示在图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的剩余膜厚的检测中使用的干涉光的数据中的每个采样时刻的剩余膜厚以及误差的例子的图表。
[0108]
图8的(a)示出了通过存放在数据库部30中的膜厚度/光谱数据得到的剩余膜厚度与实际的剩余膜厚度之间的关系。图8的(b)表示图8的(a)所示的两个剩余膜厚的值之间的差(膜厚误差)。
[0109]
在图8的(a)中，横轴是开始晶片14的蚀刻处理的工序的时间点以后的时间，纵轴是处理对象的膜层的剩余膜厚或者深度、以及使用数据检测出的剩余膜厚(深度)的值与实际的值之间的误差的大小。各附图标记与图3所示的附图标记相同，因此省略说明。
[0110]
在图8的(a)中，如实线41所示，从形成等离子12而开始蚀刻处理的工序的时刻0起，产生直到等离子12的强度稳定而处理对象的膜层的蚀刻的进展即将开始之前的时刻ti为止的未处理的状态即未处理期间。因此，在该未处理期间，实际的剩余膜厚大致固定或者其变化在给定的阈值内。在本实施方式中，即使在产生这样的未处理期间的情况下，也是根据干涉光15的光谱的变化来检测蚀刻处理的进展开始的时刻，使用该时刻以后的时刻的光谱的特征数据来检测剩余膜厚。
[0111]
例如，对在对量产用的晶片14进行处理的工序的期间中的任意的时刻检测出的实际的干涉光15的光谱的特征数据和存放于数据库部的去除了上述的未处理期间的期间的采样时刻的干涉光15的光谱的特征数据进行比较，检测出这些各时刻的特征数据中的与实际数据之差最小的特征数据所对应的剩余膜厚的值，作为该时刻的膜厚。
[0112]
或者，在从量产用的晶片14的处理的工序的开始(时刻0)起的给定的初始的期间中的采样时刻，在判定为干涉光15的光谱的特征数据的变化比预先确定的阈值小的情况下，判定为该时刻是未处理的期间中，视为剩余膜厚是工序开始前的值di。
[0113]
进而，也可以在之后检测到在变化的大小超过了阈值的时刻开始了蚀刻处理的基础上，通过比较部31对在该开始的时刻(在上述例子中为时刻(ti 0.1)秒)以后的任意的采样时刻检测出的干涉光15的光谱的特征数据和数据库部30内的膜厚/光谱数据进行比较，在该膜厚/光谱数据中，将该时刻的剩余膜厚作为瞬时膜厚来提取与检测出的光谱的特征数据对应的膜厚，并且使用该瞬时膜厚的值以及在该任意的时刻的过去的蚀刻处理中的采样时刻检测出的剩余膜厚来进行递归分析，从该递归分析计算该任意时刻的剩余膜厚作为计算膜厚。在这种情况下，用在递归分析中的过去的采样时刻的剩余膜厚是在时刻(ti 0.1)秒以后的多个时刻检测出且存储并存放在数据库部30或控制部23中的计算膜厚的值。
[0114]
这样，能够根据干涉光15的光谱的特征数据来判定是蚀刻未处理的状态还是蚀刻处理的进展开始。由此，使用未处理的期间后的蚀刻处理开始的时间点以后的干涉光15的光谱的特征数据，在蚀刻的开始以后的各取样时刻计算剩余膜厚，由此，即使在通过递归分析计算剩余膜厚的情况下，也在晶片14的处理的工序的期间的各时刻，以高精度检测表示为图8的(a)的虚线43的剩余膜厚的值。其结果是，如图8的(b)中实线42所示，膜厚误差、即实际的剩余膜厚之间的误差减少。
[0115]
图9是图表，该图表表示在图1的实施方式的等离子处理装置中，在检测到蚀刻的进展开始的时刻比实际的时刻稍微延迟的情况下，示出在处理中检测出的剩余膜厚和实际的剩余膜厚的值以及它们之间的误差的关系。图9的(a)的横轴表示时间，表示伴随时间的经过的剩余膜厚的值的变化的图表，图9的(b)是表示伴随时间的经过的误差的变化的图表。
[0116]
如图9的(a)所示，在前后相邻的采样时刻彼此之间开始蚀刻的进展的情况下，该
等离子处理装置10的膜厚/深度判定部21或者控制部23能够判定进展的时刻最早也要成为下一个采样时刻，从而比实际的时刻稍迟。
[0117]
在该情况下，实线41所示的实际的剩余膜厚的变化与虚线43所示的检测出的膜厚的变化之间产生偏离，产生误差。但是，与图3、4所示的实线40、虚线41之间的差的大小相比能够减小，因此如图9的(b)的实线42所示，能够减小膜厚误差。
[0118]
另外，在图9中说明了蚀刻开始时刻的判定延迟的情况，但在判定提前的情况下也能够得到同样的效果，这是不言自明的。
[0119]
接下来，说明在本实施方式中检测干涉光15的光谱的变化的结构。图10以及图11是示意性地表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置所检测出的光谱的变化的量的图表。
[0120]
在这些图10的(a)至图11的(c)的图中，在横轴采用波长来表示等离子处理装置10检测的干涉光15的连续的两个采样时刻的光谱波形的差。各图中，在横轴采用波长，在纵轴采用光谱差(光的强度之差)来表示对处理对象的膜层进行蚀刻处理的工序开始并在以后的六个采样时刻(时刻t＝0.1、0.3、ti、(ti 0.1)、(ti 0.2)、(ti 0.3)[秒])检测出的干涉光15的多个波长的光的强度与在之前紧挨的采样时刻的光的强度之差。
[0121]
如这些图所示，可知在形成等离子12而刚开始蚀刻工序的时刻之后的0.1秒、0.3秒中，与时刻ti以后的情况相比，遍及给定的多个波长的范围而光谱差较小。其理由在于处理对象的膜层的蚀刻不进展，干涉光15所包括的多个波长的光的强度变化少，作为使干涉光15的强度随着时间的经过而变化的主要原因，认为仅是因为，等离子12的强度或者分布的变动、在等离子处理装置10中使用的电路中流动的高频的噪声等的大小相对较小的因素。
[0122]
另一方面，如图11的(c)所示，在时刻ti秒，在多个波长光谱差变大。这样的变化表示通过等离子12而用于形成晶片14上的电路图案的处理对象的膜层的蚀刻充分进展，开始该蚀刻。而且，在时刻ti以后，在(ti 0.1)、(ti 0.2)、(ti 0.3)[秒]的各个中，光谱差与表示ti之前的时刻的差的图10的(a)、(b)的情况相比变大，特别是随着时间的经过，光谱差的量(例如，各频率之差的总和)变大。
[0123]
另外，虽然未图示，但在时刻(ti 0.3)秒以后的采样时刻，虽然存在光谱差的形状的偏差，但没有观察到绝对值的变化，判断为正稳定地对对象材料进行了蚀刻。根据这些结果，能够将与之前紧挨的时刻的光谱的光谱差的大小比给定的阈值大的时刻ti检测为处理对象的膜层的蚀刻处理开始的时刻。
[0124]
如上所述，通过使用连续的两个时刻的光谱差对干涉光15的光谱的波形或者多个波长的光的强度变化进行检测，能够准确地检测处理对象的膜层的蚀刻开始的时刻。
[0125]
另外，检测光谱的变化的结构并不限定于上述结构。例如，也可以计算连续的两个时刻的特定的波长的光谱比(强度的比)，通过与给定的阈值进行比较来观测光谱变化。此外，也可以使用以给定时刻(例如形成等离子12而刚产生了发光之后)的光谱为基准而计算出的各时刻的光谱的差分、比。
[0126]
接下来，对定量地检测蚀刻处理开始的时刻的其他方法进行说明。在该方法中，计算在等离子处理装置10开始对晶片14进行蚀刻处理的工序之后的各采样时刻检测出的干涉光15的光谱与之前紧挨的采样时刻的干涉光15的光谱的差，将检测出将该差在各采样时
刻相加而得到的合计值超过了给定的值的时刻检测为处理对象的膜层的蚀刻开始的时刻。
[0127]
图12是关于图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置在晶片的处理中的各采样时刻检测的干涉光15的光谱示意性地表示与之前紧挨的采样时刻的干涉光15的光谱的差(以下称为光谱差)之和随时间的经过的变化的图表。图12的横轴表示晶片14的蚀刻处理的工序开始的时间点以后的时间，纵轴表示光谱差之和的值。
[0128]
在此，关于在开始上述工序以后的任意的采样时刻得到的干涉光15的光谱，光谱差是与其之前紧挨的采样时刻的干涉光15的光谱的差。如图10、11所示，在前后两个采样时刻得到的干涉光15的每个波长的强度存在在干涉光15的多个各波长下增加的强度和减少的强度，这些光的强度的差为在各波长下不同地存在正和负的值的差。在本实施方式中，将计算这些差的绝对值之和或者各差的2次方值之和的值作为“光谱差之和”，在开始处理晶片14的工序的时刻以后的各采样时刻计算该光谱差之和。光谱差之和能成为光谱的特征数据。
[0129]
如图12所示，在利用了等离子12的处理晶片14的工序刚开始之后的采样时刻计算出的光谱差之和的值小，在随着时间的经过而慢慢增大后，急剧增大。进而，在之后的时刻增加的比例慢慢降低，不断向给定的值渐近。在本实施方式中，检测上述光谱差之和的值急剧增大的时刻，视为开始蚀刻的时刻。通过膜厚/深度判定部21或者比较部31进行这样的光谱差以及光谱差之和的计算和蚀刻的进展开始的时刻的检测。
[0130]
在图12的(a)所示的例子中，等离子处理装置10的膜厚/深度判定部21在各采样时刻使用阈值50，将检测出光谱差之和超过了阈值50的采样时刻判定为开始蚀刻处理的时刻ti。
[0131]
这样的阈值根据处理对象的膜层的材料、处理的条件而变动，从由等离子处理装置10的使用者预先对测试用的晶片14进行处理时得到的干涉光15的光谱的特征数据适当地选择并确定视为蚀刻开始的时刻的光谱差之和的值。
[0132]
在图12的(b)所示的例子中，在各采样时刻计算光谱差之和的相对于时间的变化率(斜率)，使用特定期间中的变化率51的平均值来判定蚀刻处理开始的时刻ti。例如，在导出包括成为对象的测定点的平均斜率51的直线之后，将该直线与横轴相交的点ti判定为开始蚀刻处理的时间点。由此，能够定量地求出蚀刻开始时刻。另外，判定ti的方法并不限定于平均斜率直线与横轴的交点。也可以与图12的(a)的阈值组合而设为阈值与平均斜率直线的交点。
[0133]
如上所述，通过在各时刻绘制连续的两个时刻的光谱误差之和，在阈值、平均斜率这样的任意的条件下设定时刻ti，能够定量地判定蚀刻开始时刻。另外，取和的波长范围只要是具有灵敏度的任意波长区域，则可以是任意的区域。此外，为了准确地掌握光谱误差之和的变化，也可以将纵轴设为对数刻度，或者使描绘平滑化。
[0134]
另一方面，在光谱差之和跨相对长的期间内变化的情况下，认为处理对象的膜层的蚀刻的进展以其速度、程度慢慢增大的方式变化。在这样的情况下，认为只是用上述实施方式中说明的结构检测蚀刻处理的开始的时刻，将剩余膜厚的值和其终点的检测的判定移位到该开始的时刻前的未处理的期间以后，是难以应对的。接下来，示出在这样的情况下用于精度良好地检测剩余膜厚的变形例。
[0135]
图13是示意性地表示图1所示的实施方式的变形例的等离子处理装置检测出的干
涉光的光谱差之和伴随时间的经过的变化的图表。在本变形例中，如上述那样在光谱差之和的值在用于对晶片14进行处理的工序开始后，在相对较长的期间慢慢增大的情况下，使用多个阈值来检测蚀刻的处理的开始的时刻。
[0136]
即，如图13所示，在本变形例中，也与图12所示的例子同样地，在处理晶片14的工序刚开始之后的采样时刻计算的光谱差之和的值在随着时间的经过而慢慢增大后，急剧增大，在之后的时刻增加的比例慢慢降低，向给定的值不断渐近。在图所示的图表的值渐近给定的值的状态下，认为开始稳定的蚀刻。这是因为，这样的光谱差之和使相对于时间的变化率(增加率)降低而开始渐近给定的值的是达到阈值50的采样时刻开始。
[0137]
在本变形例中，与这样的阈值50一起，将光谱差之和的值开始增大的采样时刻的光谱差之和的值作为第二阈值52，预先设定两个阈值，作为光谱的特征数据而存储并存放在控制部23或者膜厚/深度判定部21内的存储装置中。该第二阈值52被设想是处理对象的膜层的蚀刻的速度增大而蚀刻明显开始进展时的光谱差之和的值。
[0138]
在本变形例中，膜厚/深度判定部21将蚀刻差之和达到阈值50的采样时刻判定为开始蚀刻的时刻ti，进而将蚀刻差之和的值达到阈值52的采样时刻判定为蚀刻的速度开始变化(开始变化)的时刻tj，检测两个蚀刻的速度的变化点。
[0139]
换言之，可以说在用曲线近似图13所示的蚀刻差之和中的相对于时间的变化率时存在两个拐点。在该情况下，将时间上先行的第一拐点的时刻tj设为蚀刻开始时刻，并且将时间上后行的第二拐点的时刻设为ti。
[0140]
图14是示意性地表示在图13所示的本发明的变形例所涉及的等离子处理装置的剩余膜厚的检测中使用的干涉光的数据中的每个采样时刻的剩余膜厚以及误差的例子的图表。图14的(a)表示从数据库部30中存放的膜厚/光谱数据得到的剩余膜厚与实际的剩余膜厚的关系。图14的(b)表示图14的(a)所示的两个剩余膜厚的值之间的差(膜厚误差)。
[0141]
在图14中，横轴是开始晶片14的蚀刻处理的工序的时间点以后的时间，纵轴是处理对象的膜层的剩余膜厚或者深度、以及使用数据检测出的剩余膜厚(深度)的值与实际的值之间的误差的大小。各附图标记与图3、图13所示的附图标记相同，因此省略说明。
[0142]
如图14的(a)所示的实线41那样，在对晶片14进行处理的工序中刚开始蚀刻之后起的给定期间，等离子的状态等处理的条件变得不稳定，检测出的剩余膜厚也存在变化变大的情况。在这样的情况下，如虚线43所示，在从刚开始工序后(时刻0)到采样时刻tj的期间，是干涉光15的光谱的变化比给定的阈值小的未处理的状态，即，剩余膜厚与开始前的状态相同而固定。另一方面，时刻ti以后(第二区间)成为以等离子的特性稳定且偏差小的范围内的稳定的速度使剩余膜厚变化(减少)的稳定期间。进而，在本变形例中，在该稳定期间与初始的未处理的期间之间的时刻tj至时刻ti的时间(第一区间)中，视为以小于上述稳定期间中的剩余膜厚的减少率(速度)的速度进展蚀刻，设定该较小的蚀刻的速度。即，第二区间的蚀刻速度比第一区间的蚀刻速度大。
[0143]
在本变形例中，在如此地等离子的条件从初始的状态稳定化而晶片14的蚀刻处理的速度稳定的速度变化为止的蚀刻的条件过渡的期间，使用视为成为比稳定的状态下的蚀刻速度小的值的蚀刻速度的数据。由此，与图8的实施方式相比，在量产半导体器件的晶片14的处理中，即使在过渡的期间相对长的情况下，也如图14的(b)的实线42所示，检测出的处理对象的膜层的剩余膜厚与实际的剩余膜厚之间的误差狭小化。
[0144]
另外，在本变形例中，作为所使用的阈值而预先设定有两个值，但当然并不限定于两个。此外，阈值的值根据晶片14的处理对象的膜层的种类、处理室19内的压力等处理的条件而不同，因此不限于图13所示的例子。此外，也可以使用与光谱差之和相对于时间变化的斜率的平均值等阈值不同的种类的值，也可以进一步检测两个以上的值以及与它们分别对应的两个以上的时刻，来判定剩余膜厚。
[0145]
如上所述，在本变形例中，在开始对晶片14的处理对象的膜层进行处理的工序之后，开始处理对象的膜层的蚀刻的进展，在蚀刻速度慢慢变化直到蚀刻的速度稳定为止的情况下，检测与预先确定的多个蚀刻速度的阈值对应的多个时刻。进而，在预先存放于数据库部30内的本变形例中使用的干涉光15的数据中，针对以这些时刻划分的多个期间的每个期间设定检测出的蚀刻速度的范围，并且设定伴随时间的经过的剩余膜厚的变化，以使这些多个期间的蚀刻速度的范围的上下限值随着时间的经过而均匀增加。由此，在处理实际的量产用的晶片14的工序中，减少与剩余膜厚的实际值的差，以高精度实现剩余膜厚或者深度的检测、达到目标膜厚的判定。
[0146]
使用图15，来说明上述实施方式或者变形例所涉及的等离子处理装置10对在受光器16受光的干涉光15的信号进行处理的动作。图15是示意性地表示图1所示的实施方式所涉及的等离子处理装置的信号处理部的结构的框图。
[0147]
在图15中，表示在受光器16受光的干涉光15的信号经过光纤传输到检测部17，检测出预先设定的多个波长的每个波长的强度，将其作为表示为光谱的信号(光谱信号)s1传输到信号处理部20。
[0148]
光谱信号s1被导入光量变动校正部60，被实施降低信号所包括的来自等离子12的光的强度的变动、从处理室19内经由受光器16的光的传输路径中的光学的透射率的随时间变化等表示光量的变动的分量的校正，成为信号s2。信号s2经过第一数字滤波器61而被平滑化处理，等离子的发光的强度的波动、电噪声引起的高频噪声分量被降低而成为信号s3。
[0149]
为了降低所包括的dc偏置分量，信号s3被导入微分器62而成为进行了微分处理的信号s4。信号s4经过第二数字滤波器63而被实施平滑化的处理，成为降低了通过微分器62的处理产生的噪声分量的信号s5。所获得的信号s5作为信号处理光谱被传输至膜厚/深度判定部21。
[0150]
接下来，对上述信号处理部20中的第一数字滤波器61、第二数字滤波器63中的滤波和微分器62中的微分的处理进行说明。在本例的第一数字滤波器61中，例如使用2阶巴特沃斯型的低通滤波器。传输到第一数字滤波器61的信号s2被内部的2阶巴特沃斯型的低通滤波器变换为通过下式(1)求出的信号s3。
[0151]
s3(i)＝b1*s2(i) b2*s2(i-1) b3*s2(i-2)-[a2*s2(i-1) a3*s2(i-2)]
ꢀꢀꢀ
(1)
[0152]
在此，本例的第一数字滤波器61的低通滤波器的特征在于，不是对时间轴方向(相对于时间的变化)进行处理，而是对波长轴(频率)方向(相对于频率的变化)进行处理。上述式的sk(i)表示给定的信号的波长i的信号的数据，系数bk和ak是根据信号的采样频率(1/采样间隔)和对低通滤波器设定的截止频率而导出的低通滤波系数。
[0153]
这样的滤波的处理在前两个数据为正确的值时能够输出正确的计算结果，但在时间方向上进行滤波的处理的情况下，在t＝0秒(sec)，即，在形成等离子12而对晶片14的处理对象的膜层进行处理的工序刚开始之后，没有数据，因此信号s3的值精度受损。
[0154]
另一方面，在波长方向上进行滤波处理的情况下，若将进行检测的频率(波长)的范围(频带)的上下限各自的2点除外，就是在全波长下形成等离子12，能够在晶片14的处理刚开始之后以高精度稳定地进行处理。
[0155]
在微分器62中，对信号s3使用以往已知的数据处理的方法，例如s-g(savitzky-golay)法，进行信号的平滑化。s-g法是使用将设为平滑化的对象的数据与前后或者高低方向的附近的多个数据近似为多项式曲线而得到的多项式来使数据平滑化的方法。进而，能够使用该多项式的系数计算并输出微分值。作为一个例子，对于信号s3，使用各数据和其前后各两个数据计5个值，将进行了基于s-g法的平滑化以及微分值的计算的信号作为信号s4输出时，信号s4通过下式(2)求出。
[0156]
s4(i)＝c(-2)*s3(i-2) c(-1)*s3(i-1) c(0)*s3(i) c(1)*s3(i 1) c(2)*s3(i 2)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0157]
在此，1次微分特征在于，如上述那样，不是在时间轴方向而是在波长轴方向上进行微分处理。在上述式中，sk(i)表示信号的给定的波长i的值，系数c(k)是由任意阶数的微分中的多项式阶数和窗的数量决定的权重系数。上述微分器62将使用表示干涉光15的光谱的信号中的成为检测对象的任意一个频率(波长)的值和其前后各两个频率的值的数据而计算的微分值作为结果而输出。
[0158]
在时间轴方向上进行微分的情况下，由于使用与平滑化对象的数据对应的采样时刻之后的采样时刻的两个数据，因此在经过两个采样间隔的量之前，无法进行对象的数据的平滑化的处理，产生延迟。因此，与第一数字滤波器61中的滤波的处理同样地，在形成等离子12而刚开始对象的膜层的处理的工序的时刻(时刻0)之后，不存在该时刻之前的数据而无法进行平滑化或者微分的处理。
[0159]
另一方面，在波长轴方向上进行平滑化或者微分的处理的情况下，原则上过去的采样时刻的数据在该处理中不需要，能够将多个波长的范围的上下限除外，从上述工序开始的时刻0以高精度进行处理。第二数字滤波器63的滤波处理的流程与第一数字滤波器61相同，因此省略说明。
[0160]
这样，在上述实施方式或者变形例中，对于检测出的干涉光15的光谱信号s1，在信号处理部20中在波长方向上进行滤波处理、平滑化或者微分处理，由此，在形成等离子12而刚开始晶片14表面的处理对象的膜层的处理之后起，噪声的除去、微分处理以高精度稳定地进行，s/n比提高。因此，被传输所输出的信号s5的膜厚/深度判定部21中的剩余膜厚的检测精度提高。
[0161]
另外，滤波的处理不限于上述那样的巴特沃斯型的低通滤波器，也可以使用其他的低通滤波器。此外，微分器62中的信号的处理不限于基于使用了包括上述那样的对象的数据以及前后的数据在内的5点的数据的基于s-g法的平滑化以及计算1次微分的结构，也可以使用2次微分、高次微分，进而点数也不限定于五个。此外，作为平滑化的方法，也可以使用s-g法以外的技术。
[0162]
此外，信号处理的顺序、次数并不限定于图15所示的结构，也可以调换处理的顺序，根据与所要求的信号的质量相应地选择的次数，信号处理部20的结构可以与图15的结构不同。此外，为了取出开始处理的对象光谱的干涉分量，例如也可以预先测定硅基板、背景的光谱，使用其相对比。
[0163]
此外，上述的例子具有如下结构：不仅在刚开始对晶片14的对象的膜层进行处理的高低之后，还在蚀刻未进展的初期的期间、对象的膜的蚀刻的进展开始的时刻(时刻ti)以后的工序的期间中，对表示所得到的干涉光15的光谱的信号关于频率(波长轴)方向进行信号处理。在这种情况下，关于在膜厚/深度判定部21的比较部31中为了检测剩余膜厚、深度而比较的预先存放于数据库部30中的膜厚/光谱数据，是将任意的采样时刻的干涉光15的多个频率(波长)的光的强度关于频率方向进行微分而得到的值的图案和对象膜的剩余膜厚的多个值建立对应而存储的数据。
[0164]
另一方面，在信号处理部20中，也可以是如下结构：在开始对晶片14进行处理的工序直到检测到蚀刻的进展为止的初始的期间，对检测出的干涉光15的光谱在频率方向上对信号进行处理，在开始蚀刻处理的时刻ti以后的处理的期间中，在时间轴方向上对信号进行处理。或者，也可以在工序刚开始后和初始的期间中，对检测出的干涉光15的光谱关于时间轴方向和频率(波长轴)方向的各个方向并行地处理，将分别得到的作为结果的信号对膜厚/深度判定部21输出。在这种情况下，关于在膜厚/深度判定部21的比较部31中为了检测剩余膜厚、深度而比较的预先存放于数据库部30中的膜厚/光谱数据，是对任意的采样时刻的干涉光15的多个波长的光的强度关于时间轴方向进行微分而得到的值的(以波长为参数)图案和对象膜的剩余膜厚的多个值建立对应而存储的数据。
[0165]
在以上的实施方式或者变形例中，通过具备说明的结构，在预先存储并存放于数据库部30内的膜厚/光谱数据中，多个采样时刻的干涉光15的图案与剩余膜厚的建立对应的精度提高。因此，使用该数据根据从量产用的晶片14的处理中的干涉光15得到的光谱来检测剩余膜厚的精度提高。
[0166]
此外，由于能够精度良好地取得目标的剩余膜厚的值，因此不需要以往需要的、对根据检测用的数据计算出的剩余膜厚与实际的剩余膜厚之差进行校正的工序，结果，处理晶片14的成本降低。此外，在为了进行晶片14的处理而形成等离子12从而刚开始该处理的工序之后起初始的期间，能够高精度地检测剩余膜厚或者其变化。因此，相对于对处理对象的膜层的蚀刻量超过给定的阈值而开始进展的时刻进行检测并设想在上述初始的期间蚀刻也进展来检测剩余膜厚的现有技术，能够高精度地检测蚀刻量、深度。
[0167]
此外，在能够检测被搬入的未处理的晶片14的处理对象的膜层的剩余膜厚等的初始的状态、例如在比较部31或者控制部23中判定为检测出的干涉光15的光谱的特征数据与数据库部30内的膜厚/光谱数据的偏离大的情况下，能够向等离子处理装置10的使用者或者管理系统报告或者警告，进而处理晶片14的工序。
[0168]
另外，在上述的实施方式或者变形例中所示的装置的结构、晶片14的处理的条件、检测干涉光15的条件等是一个例子，显然也能够对这些以外的结构/条件应用本发明。此外，上述的例子是对晶片14的处理对象的膜层的剩余膜厚进行检测的例子，但当然也能够应用于半导体器件的电路的构造的线与空间形状的槽深度、孔形状的孔深度等。
[0169]
在上述说明的实施方式或者变形例中，具备如下结构：在配置于真空容器11的上部的受光器16受光从形成于处理室19内部的等离子12辐射的光在包括构成晶片14表面的膜构造的膜层的表面或者上下层叠的两个膜层的边界面的高度的位置不同的多个表面反射而形成的干涉光，作为干涉光15。
[0170]
另一方面，近年来，随着半导体器件的集成度的提高，电路的图案的槽的宽度、孔
径变小，实施晶片14表面的蚀刻的膜层的暴露于处理室19或者等离子12的面积减少，为了处理而形成的等离子12的发光的强度也有降低的倾向。因此，在等离子12用作发光源的这些例子中，等离子12的发光的强度整体变小，由此，干涉光15中包括的等离子12的变动、噪声的分量的比例相对变大，即干涉光15的光谱的s/n比变差，给使用干涉光15的剩余膜厚、深度的检测精度带来不良影响的可能性变大。
[0171]
参照图16，针对上述的课题，说明即使在等离子12的发光的强度小的情况下也能够抑制干涉光15的光谱的s/n比的变差从而稳定且高精度地进行检测的等离子处理装置的例子。图16是示意性地表示图1所示的实施方式的变形例所涉及的等离子处理装置的结构的概略的纵剖视图。
[0172]
本例的等离子处理装置160与图1所示的实施方式的等离子处理装置10的差异在于具备如下结构：在等离子处理装置160中，在真空容器11上部具备光源部70，从处理室19的上方的外部向在配置于内部的样品台13上表面配置的晶片14的表面照射光。带有与图1所示的实施方式相同的附图标记的要素具有与该实施方式相同的结构、功能，只要不需要，以下就省略说明。
[0173]
本变形例的光源部70具有如下结构：作为光源例如具有led、氙灯、卤素灯等灯，在设为该光源而检测到膜厚/深度判定部21中的剩余膜厚或者深度的基础上，能够向晶片14表面照射所需范围的波长以及光量的光。从光源部70的灯发光并辐射的光在与光源部70连接的光纤等由具有透光性的材料构成的光传递用的路径中传递，从安装在真空容器11的上部其下端部面向处理室19的内部的照射透镜71向晶片14的给定的范围作为照射光72进行照射。
[0174]
照射光72与从等离子12发出的光一起在晶片14的表面的膜构造的多个面反射而成为干涉光15并被受光器16受光，经由配置在其上方而连结的光纤等的光传递用的路径被传输到检测部17。检测部17以及信号处理部20、膜厚/深度判定部21、显示部22以及控制部23的结构以及功能、动作与图1所示的实施方式相同。
[0175]
在此，从光源部70辐射并向晶片14照射的照射光72的光的强度优选比等离子12的发光的强度充分强。等离子12的发光根据处理的条件而在刚形成等离子12之后变得不稳定，有时产生大的强度的变动。于是，这在开始蚀刻的进展的时刻ti之前的初始的未处理的期间中的采样时刻，被检测为干涉光15的光谱的变化，妨碍精度良好地检测蚀刻的进展开始的时刻。
[0176]
另一方面，在本变形例中，使用能够辐射足够强度的照射光72的光源部70，在对晶片14的处理对象进行处理的膜层的工序的期间中照射比等离子12的光量大的光量的外部光。由此，干涉光15的强度由基于该照射光的部分成为支配性的，能够减轻等离子12的发光或者强度的变动对多个波长的干涉光15的强度的变动造成的影响，抑制对使用了其的剩余膜厚、深度的检测带来不良影响。
[0177]
使用图17，说明在图16所示的等离子处理装置160中抑制干涉光15的光谱的s/n的变差的动作的例子。图17是示意性地表示图16所示的变形例所涉及的等离子处理装置的动作的流程的时序图。特别是在图17中，用实线表示等离子12的发光、来自光源部70的照射光72和由受光器16受光的干涉光15的光的量的伴随时间的经过的增减作为图表。
[0178]
在本变形例中，等离子处理装置160的结构与图16相同。另一方面，关于等离子12
的形成以及来自光源部70的照射光72的照射、受光器16中的干涉光15的受光，来自与它们收发信号的控制部23的指令信号的动作不同。
[0179]
在本变形例中，从形成等离子12的时间t＝0起切换给定的启用(on)的期间和与其接续的停用(off)的期间，以给定的周期重复进行等离子12的形成和由此产生的发光，来进行对处理对象的膜层进行蚀刻处理的工序。进而，在光源部70中，照射光72的照射在时刻0以前开始，连续进行发光直到在膜厚/深度判定部21或控制部23中检测出到达处理处置的膜层的蚀刻处理的终点为止。
[0180]
另一方面，受光器16被调节为：与周期性地重复的等离子12的发光的启用期间和停用期间相反，即，在等离子12的停用期间受光干涉光15(受光器16启用)，在等离子12的启用的期间不受光(受光器16停用)。
[0181]
通过进行这样的动作，在等离子12没有发光或其光量小的状态的期间，由照射光72产生的干涉光15在受光器16被受光。由于在受光器16受光的来自等离子12的光量为零或充分小，因此能够减少由等离子12引起的噪声的分量，其结果是，能够进行稳定的剩余膜厚或者深度的检测以及终点的到达的判定。
[0182]
另外，图17所示的时序图只不过是一个例子，能够进行其他的启用/停用的控制。无论在哪种情况下，都优选在等离子启用时，受光器16成为停用，在等离子12停用时，能够实现照射光72和受光器16启用的状态。
[0183]
另外，在上述说明的例子中，记载了检测对1张晶片14表面的处理对象的膜层连续地进行处理的情况下的剩余膜厚、深度的结构，但在其他处理的工序中也能够应用上述的结构。例如，对于将多个工序作为1个循环进行反复蚀刻的循环蚀刻工序、进行多个蚀刻处理的多步工序，也能够通过同样的处理进行稳定的膜厚追随。
[0184]
根据本发明，使用在处理室内形成的等离子对配置在真空容器内部的处理室内的处理对象进行蚀刻处理的等离子处理装置能够至少具备：受光器，其在蚀刻处理中的给定的多个时刻接受来自处理室内的光；以及判定器，其使用根据受光器的输出检测出的预先确定的多个波长的光谱数据、蚀刻处理前后的膜厚量、光谱数据和膜厚量，判定处理对象的蚀刻量，判定器根据光谱数据的光谱变化来判定蚀刻开始时刻，导出与光谱数据对应的膜厚量，来判定处理对象的蚀刻量。
[0185]
此外，根据本发明，等离子处理装置的判定器能够根据光谱数据中的连续的两个时刻的光谱的差分来判定蚀刻开始时刻。
[0186]
此外，根据本发明，等离子处理装置的判定器能够使用光谱的差分的给定的波段的和来判定蚀刻开始时刻。
[0187]
此外，根据本发明，等离子处理装置的判定器能够从光谱的差分之和的时间变化导出蚀刻速度的变化，来判定蚀刻速度变化时刻。
[0188]
此外，根据本发明，等离子处理装置的判定器能够对蚀刻开始时刻以及其以前的光谱分配蚀刻处理前的膜厚，对蚀刻结束时刻的光谱分配蚀刻处理后的膜厚，对其间的光谱通过相对于蚀刻时间的线性插补来分配膜厚。
[0189]
此外，根据本发明，等离子处理装置的光谱数据能够在由受光器检测之后，在波长方向上进行给定的信号处理。
[0190]
另外，上述的实施方式只不过是本发明的实施方式的一部分的例子，本发明的实
施方式不限于上述。
[0191]
以上，基于实施方式具体地说明了由本发明人完成的发明，但本发明并不限定于上述实施方式，当然能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的实施方式，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，此外，也能够在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。此外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
[0192]
附图标记说明
[0193]
10：等离子处理装置
[0194]
11：真空容器
[0195]
12：等离子
[0196]
13：样品台
[0197]
14：晶片
[0198]
15：干涉光
[0199]
16：受光器
[0200]
17：检测部
[0201]
19：处理室
[0202]
20：信号处理部
[0203]
21：膜厚/深度判定部(判定器)
[0204]
22：显示部
[0205]
23：控制部
[0206]
30：数据库部
[0207]
31：比较部
[0208]
60：光量变动校正部
[0209]
61：第一数字滤波器
[0210]
62：微分器
[0211]
63：第二数字滤波器。