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JP2005079289A - End point detection method and film quality evaluation method - Google Patents

End point detection method and film quality evaluation method Download PDF

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JP2005079289A JP2003306927A JP2003306927A JP2005079289A JP 2005079289 A JP2005079289 A JP 2005079289A JP 2003306927 A JP2003306927 A JP 2003306927A JP 2003306927 A JP2003306927 A JP 2003306927A JP 2005079289 A JP2005079289 A JP 2005079289A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely detect the end point of processing such as etching or the like of a film to be treated by using an interference light that is measured after a light is emitted to the film to be treated. <P>SOLUTION: When dry etching of a low selection ratio is applied for a polysilicon film 103 as the film to be treated, a light is emitted to the polysilicon film 103, and an interference light is measured as lights reflecting respectively from a boundary between the polysilicon film 103 and a gate oxide film 102 as its base and from the surface of the polysilicon film 103. The end point of the dry etching of a low selection ratio is detected on a basis of the disturbance of a waveform of the measured interference light. Then, the etching mode is changed from a low selection-ratio mode to a high selection-ratio mode, and a remaining polysilicon film 103A is dry-etched to form a gate electrode 103B. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to an end point detection method and film quality evaluation method using interference light measured by irradiating light on a film to be processed.

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。   As the semiconductor device is miniaturized, the gate oxide film is thinned. As a result, in the dry etching of the polysilicon film that becomes the gate electrode, it is necessary to detect the end point of the etching before the gate oxide film is exposed. ing. For this reason, the end point of etching is detected before the gate oxide film is exposed by an end point detection method using interference light as disclosed in Patent Document 1, for example.

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。   First, an etching apparatus to which a conventional end point detection method is applied will be described with reference to FIG.

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。   The etching apparatus shown in FIG. 15 is installed at a predetermined interval above the processing chamber 10, a lower electrode 12 disposed on the bottom surface of the processing chamber 10 and serving as a sample stage on which the semiconductor substrate 11 is installed. The upper top plate 13 is provided. A coil 14 is installed on the upper top plate 13. The processing chamber 10 is provided with a gas supply unit (not shown) and a gas discharge unit 15 to which a vacuum exhaust device (not shown) is connected. A high-frequency power source 16 is connected to the lower electrode 12 and the coil 14 via a matching box (not shown), and power is applied from the high-frequency power source 16 to the lower electrode 12 and the coil 14. Etching is performed.

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。   As shown in FIG. 15, a window member 17 is attached to the upper top plate 13, and light from the light source 18 is irradiated on the semiconductor substrate 11 above the window member 17 and on the semiconductor substrate 11. A light receiving and emitting device 19 is installed to collect the reflected light reflected at. The light source 18 and the light receiving / emitting device 19 are connected via an optical fiber 20, and the light receiving / emitting device 19 and the spectroscope 21, and the spectroscope 21 and the end point detecting device 22 are connected via the optical fiber 20. Yes. Furthermore, the end point detection device 22 is connected to the control unit 23 of the etching apparatus. When the end point detection signal 24 is transmitted from the end point detection device 22 to the control unit 23, the control unit 23 transmits a signal 25 for stopping the application of power to the high frequency power source 16 in order to end the etching.

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。   Next, a conventional end point detection method will be described with reference to FIGS. 15 and 16A and 16B.

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。   As shown in FIGS. 15 and 16A, light from the light source (light source 18) is irradiated perpendicularly to the surface of the Si substrate (semiconductor substrate 11). However, a polysilicon film is formed on the Si substrate via a gate oxide film. A part of the irradiation light from the light source is reflected on the polysilicon film, while the other part of the irradiation light passes through the polysilicon film and is reflected at the interface between the gate oxide film and the polysilicon film. These reflected lights interfere with each other to form interference light, and the interference light is collected by the end point detection device 22 via the window member 17, the device 19, the optical fiber 20, and the spectrometer 21 in the upper top plate 13. Is done. Here, the waveform of the interference light (time change in the intensity of the interference light) changes depending on the remaining film thickness of the polysilicon film. Therefore, by monitoring the waveform of the interference light, the remaining film thickness of the polysilicon film is desired. When the value is reached, that is, the end point of etching can be detected.

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。   In FIG. 16A, the path of the irradiation light from the light source and the path of the reflected light from the polysilicon film and the like are shown tilted for convenience.

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。   Next, with reference to FIGS. 16A and 16B, the relationship between the remaining film thickness d of the polysilicon film being etched and the interference light will be described.

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。   As shown in FIG. 16A, since there is a path difference (2d) between the reflected light from the polysilicon film and the reflected light from the gate oxide film / polysilicon film interface, the light from the light source is When the light is irradiated perpendicularly to the substrate, the path difference 2d becomes the phase difference between the two reflected lights as they are, and interference light is generated. Therefore, as shown in FIG. 16B, when this phase difference is an integral multiple of the wavelength of the reflected light in the polysilicon film, the intensity of the interference light is the weakest. Further, when this phase difference is shifted by a half wavelength from an integral multiple of the wavelength of the reflected light in the polysilicon film, the intensity of the interference light becomes the strongest. That is, as the etching amount increases (etching time increases), the intensity of the interference light changes periodically, and its waveform is basically a sine wave.

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。   By the way, the relationship between the remaining film thickness d of the polysilicon film and the interference light is expressed by the following equations (1) to (3).

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。
Interference light intensity = A 2 + B 2 + 2AB × cos (ab) (1)
Phase difference (ab) = 2πn × (2d / λ) (2)
Residual film thickness d = d 0 −Rt (3)
Here, A and B are the amplitudes of the reflected lights, a and b are the initial phases of the reflected lights, n is an integer, d is the remaining film thickness of the polysilicon film, d 0 is the initial film thickness of the polysilicon film, R Is the etching rate of the polysilicon film, t is the etching time, and λ is the wavelength of light.

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。   Hereinafter, a conventional method for manufacturing a semiconductor device, specifically, a conventional method for forming a gate electrode will be described with reference to the process cross-sectional views of FIGS.

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。   First, as shown in FIG. 17A, a gate oxide film 32 is formed by thermal oxidation or the like on a semiconductor substrate 30 on which an element isolation 31 is formed, and then a film forming method such as a CVD (chemical vapor deposition) method. Then, a polysilicon film 33 is formed, and then a resist pattern 35 having a desired gate pattern is formed by using a photolithography technique.

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。   Next, as shown in FIG. 17B, dry etching is performed on the polysilicon film 33 using the resist pattern 35 as a mask using a dry etching technique. Here, the dry etching conditions are adjusted so that the selection ratio of the polysilicon film 33 to the gate oxide film 32 (underlayer) is lowered. Thereby, a favorable etching shape is obtained. FIG. 17B shows a state immediately after the etching end point is detected by the conventional end point detection method, and the polysilicon film 33A is a polysilicon film remaining when the end point is detected.

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。   Next, as shown in FIG. 17C, dry etching is performed on the remaining polysilicon film 33A using the resist pattern 35 as a mask to form a gate electrode 33B. Here, the dry etching conditions are adjusted so that the selection ratio of the polysilicon film 33A to the gate oxide film 32 (underlayer) is increased. Thereby, the gate oxide film 32 functions as an etching stopper. FIG. 17C shows a state immediately after the two-stage etching for the polysilicon film 33 is completed.

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)。
特開2001−85388号公報
As described above, in the dry etching (low selection ratio) of the polysilicon film 33 shown in FIG. 17B, the etching end point is detected by the conventional end point detection method using the above-described interference light. That is, the etching end point is set to be detected in the required remaining film thickness of the polysilicon film 33. The etching end point can be detected at any location of the interference light waveform, and the wavelength of light used for end point detection can be set to an arbitrary value (see equations (1) to (3)).
JP 2001-85388 A

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)。   However, the following problems occur in the formation of the gate electrode using the conventional end point detection method. That is, if the conventional end point detection method is used when the void 34 (see FIG. 17A) is generated in the polysilicon film 33 in the above-described conventional example, the remaining film thickness of the polysilicon film 33 is a predetermined value. When the dry etching (low selection ratio) is finished at the point of time, the underlying gate oxide film 32 is exposed at the location where the void 34 is generated (see FIG. 17B). At this time, since the selection ratio of the polysilicon film 33 to the gate oxide film 32 is low, damage such as a penetration 36 occurs in the gate oxide film 32 (see FIG. 17C).

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。   In view of the above, an object of the present invention is to reliably detect an end point of processing such as etching on a film to be processed using interference light measured by irradiating the film to be processed with light. .

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。   In order to achieve the above object, the inventor of the present application has developed a new end point using interference light in place of the conventional end point detection method in which the time point when the film thickness of the film to be processed reaches a desired value is detected as the processing end point. As a result of examining the detection method, the following idea was obtained.

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。   The void that caused the film to be processed in the gate electrode formation using the conventional endpoint detection method is a hole or void generated in the crystal grain boundary, and is present not only in the polysilicon film but also in all kinds of deposited films. Yes. By the way, as a film forming method, a method is generally known in which a specific gas is allowed to flow, and then a raw material gas for depositing a desired film is allowed to flow. In this case, an initial film having a thickness of about several tens of nm is first formed on the underlayer. In addition, there are many cases where minute voids are present in the initial film, which causes a decrease in film density.

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。   Interference light generated by irradiating the film to be processed is not affected by the low-density initial film when the film thickness of the deposited film (film to be processed) is large. Change in the intensity of the interference light with respect to the processing time), that is, the waveform of the interference light is a sine wave. On the other hand, when the film thickness of the film to be processed becomes smaller than a certain film thickness, a slight disturbance occurs in the sine wave that is the waveform of the interference light due to the influence of the initial film.

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。   The inventor of the present application paid attention to this waveform disturbance (hereinafter referred to as noise). That is, for example, in dry etching of a film to be processed, if the time when noise generated in a sine wave that is a waveform of interference light is detected as an etching end point, before reaching the initial film in the film to be processed, in other words, The dry etching can be terminated before reaching the void generation location in the film to be processed. Thereby, damage to the underlayer can be prevented.

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。   Further, the inventor of the present application quantifies the relationship between the noise and the density of the film to be processed, for example, by using the above-described interference light during the dry etching of the film to be processed in the film thickness direction of the film to be processed. It was found that the density change can be evaluated.

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。   Furthermore, the present inventor, when the film to be processed is doped with impurities, for example, the etching rate of the film to be processed changes at the impurity doping site, so the sine wave that is the waveform of the interference light is distorted and the frequency is increased. Focused on changing. That is, by quantifying the relationship between the distortion of the sine wave and the impurity concentration, for example, by using the above-described interference light during dry etching of the film to be processed, the concentration change of the impurity in the film thickness direction of the film to be processed can be changed. It was found that it can be evaluated. The inventor of the present application has also found that the same technique can be applied to a case where the film to be processed is composed of multiple elements. That is, by quantifying the relationship between the distortion of the sinusoidal wave that is the waveform of the interference light and the impurity concentration of a certain element, for example, using the above-described interference light during dry etching of the film to be processed, It was found that the change in element concentration in the film thickness direction can be evaluated.

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。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge. Specifically, the end point detection method according to the present invention is an end point detection method used when processing a film to be processed. The step of measuring the interference light formed by the reflected light from each of the interface between the film to be processed and its underlayer and the surface of the film to be processed by irradiating light, and the waveform of the measured interference light And a step of detecting an end point of processing on the film to be processed based on the disturbance.

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。   According to the end point detection method of the present invention, the processing end point for the film to be processed is detected based on the disturbance of the waveform of the interference light measured by irradiating the film to be processed. For this reason, for example, when dry etching is performed on a film to be processed using a condition in which the selectivity of the film to be processed is low, in other words, before the etching reaches the initial film in the film to be processed, The dry etching can be terminated before the etching reaches the place where the void is generated in the film to be processed. Therefore, since damage to the underlying layer can be reliably prevented, damage to the gate insulating film can be eliminated by using the end point detection method of the present invention in, for example, dry etching of a polysilicon film serving as a gate electrode. .

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。   In the end point detection method of the present invention, the measured interference light waveform is, for example, a sine wave, and the disturbance of the interference light waveform is, for example, noise generated in the sine wave. In this case, the noise is generated due to, for example, voids existing in the film to be processed.

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。   The processing method according to the present invention is based on a processing method for processing a film to be processed, and detects the processing end point for the film to be processed using the end point detection method of the present invention.

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。   That is, according to the processing method of the present invention, when processing a film to be processed, since the end point detection method of the present invention is used, the processing end point of the film to be processed can be detected while reliably protecting the underlayer. it can. In the processing method of the present invention, the processing end point for the film to be processed may be detected during the processing of the film to be processed. Further, in the processing of the film to be processed, for example, plasma etching or chemical mechanical polishing may be used.

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。   The etching method according to the present invention is premised on a method of etching a film to be processed formed on a base layer. Specifically, a first step of performing etching on the film to be processed and detecting the end point of etching by using the end point detection method of the present invention, and below the film to be processed after the first step A second step of continuously etching the film to be processed by switching to a condition in which the selection ratio to the formation is higher than that of the first step.

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。   According to the etching method of the present invention, the end point of etching is detected using the end point detection method of the present invention when dry etching is performed on the film to be processed under the condition that the selective ratio of the film to be processed is low. To do. For this reason, before the etching reaches the initial film in the film to be processed, in other words, the dry etching with a low selectivity can be terminated before the etching reaches the void generation site in the film to be processed. Therefore, a good etching shape can be obtained by dry etching with a low selectivity while reliably preventing damage to the underlayer. In addition, after detecting the end point of dry etching with a low selectivity, the remaining portion of the film to be processed including the initial film or void is subjected to high etching with a high selectivity, thus preventing damage to the underlying layer. However, the remaining portion of the film to be processed can be etched.

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。   A first film quality evaluation method according to the present invention is a film quality evaluation method for evaluating a film quality of a film to be processed, and includes a step of forming a film to be processed on an underlayer, etching the film to be processed Irradiating the film to be treated with light, measuring the interference light formed by the reflected light from the interface between the film to be treated and the underlayer and the surface of the film to be treated, and the measured interference And a step of evaluating a density change in the film thickness direction of the film to be processed based on the disturbance of the light waveform.

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。   According to the first film quality evaluation method, in the film thickness direction of the film to be processed, based on the disturbance of the waveform of interference light measured by irradiating the film to be processed with light when etching the film to be processed. Evaluate density change. That is, by quantifying the relationship between the disturbance of the waveform of the interference light and the density of the film to be processed, the density change in the film thickness direction of the film to be processed can be performed using the above-described interference light when etching the film to be processed. evaluate. For this reason, compared with the conventional film quality evaluation using refractive index measurement, stress measurement, electrical characteristic measurement, or the like, for example, density measurement in the film thickness direction of a polysilicon film serving as a gate electrode can be performed easily and at low cost. .

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。   In the first film quality evaluation method, the measured interference light waveform is, for example, a sine wave, and the disturbance of the interference light waveform is, for example, noise generated in the sine wave. In this case, the noise is generated due to, for example, voids existing in the film to be processed.

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。   A second film quality evaluation method according to the present invention is a film quality evaluation method for evaluating the film quality of a film to be processed into which an impurity has been introduced. The film quality evaluation method includes: a step of forming a film to be processed on an underlayer; Etching, and irradiating light to the film to be processed to measure interference light formed by reflected light from the interface between the film to be processed and the underlayer and the surface of the film to be processed; And a step of evaluating a change in impurity concentration in the film thickness direction of the film to be processed based on the measured distortion of the waveform of the interference light.

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。   According to the second film quality evaluation method, in the film thickness direction of the film to be processed based on the waveform distortion of the interference light measured by irradiating the film to be processed with light when etching the film to be processed. The change in impurity concentration is evaluated. That is, by quantifying the relationship between the distortion of the interference light waveform and the impurity concentration, the above-described interference light is used to evaluate the change in impurity concentration in the film thickness direction of the film to be processed during etching of the film to be processed. To do. For this reason, compared with the conventional film quality evaluation using CIMS or the like, it is possible to easily and inexpensively measure the impurity concentration (for example, phosphorus concentration) in the film thickness direction of the polysilicon film serving as the gate electrode.

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。   In the second film quality evaluation method, the waveform of the measured interference light is, for example, a sine wave, and the distortion of the waveform of the interference light is, for example, a shift generated in the sine wave. In this case, the deviation occurs due to, for example, impurities present in the film to be processed.

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。   A third film quality evaluation method according to the present invention is a film quality evaluation method for evaluating the film quality of a film to be processed comprising a plurality of elements including at least one element, the method comprising: forming a film to be processed on an underlayer; In addition to etching the film to be processed and irradiating the film to be processed with light, interference formed by reflected light from each of the interface between the film to be processed and the underlayer and the surface of the film to be processed A step of measuring light, and a step of evaluating the concentration change of one element in the film thickness direction of the film to be processed based on the measured distortion of the waveform of the interference light.

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。   According to the third film quality evaluation method, in the film thickness direction of the film to be processed based on the distortion of the waveform of interference light measured by irradiating the film to be processed with light when etching the film to be processed. Evaluate the concentration change of one element. That is, by quantifying the relationship between the distortion of the waveform of interference light and the concentration of one element, one element in the film thickness direction of the film to be processed can be obtained by using the above-mentioned interference light during etching of the film to be processed. Evaluate changes in concentration. For this reason, compared with the film quality evaluation using the conventional SIMS analysis etc., the germanium density | concentration measurement in the film thickness direction of a silicon germanium film | membrane can be performed easily and at low cost, for example.

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。   In the third film quality evaluation method, the measured interference light waveform is, for example, a sine wave, and the distortion of the interference light waveform is a shift generated in the sine wave. In this case, the deviation occurs due to, for example, the concentration of one element in the film to be processed.

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。   According to the present invention, the processing end point for the film to be processed is detected by using the disturbance of the waveform of the interference light measured by irradiating the film to be processed with light. For this reason, even when voids are generated in the film to be processed, it is compared with the conventional end point detection method, that is, the method of detecting when the film thickness of the film to be processed reaches a desired value as the processing end point. Thus, the end point of the processing can be detected while reliably protecting the underlayer.

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。   In addition, according to the present invention, when the film to be processed is etched, the above-described interference light is used to perform film quality evaluation such as density change, impurity concentration change or element concentration change in the film thickness direction. Therefore, various film quality evaluations can be performed easily and at low cost.

(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。
(First embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing an electronic device according to the first embodiment, specifically a method for forming a gate electrode, using the end point detection method of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   FIG. 1A to FIG. 1C are cross-sectional views showing respective steps of the electronic device manufacturing method according to the first embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 1A, a gate oxide film 102 is formed on a semiconductor substrate 100 on which an element isolation 101 has been formed using a film forming method such as thermal oxidation, and then the gate oxide film 102 is formed. On top of this, a polysilicon film 103 is formed using a film forming method such as a CVD method. At this time, a void 104 is formed in the polysilicon film 103, particularly in the initial film which is a portion immediately above the gate oxide film 102. Thereafter, a resist pattern 105 having a desired gate pattern is formed on the polysilicon film 103 by using a photolithography technique.

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。 Next, as shown in FIG. 1B, dry etching is performed on the polysilicon film 103 using the resist pattern 105 as a mask, using a dry etching technique. Specifically, for example, using an inductively coupled plasma (ICP) type etching apparatus, the applied power for generating plasma is 350 W, the sample stage applied power is 100 W, the pressure is 0.4 Pa, the Cl 2 flow rate is 20 ml / min, Dry etching is performed using conditions such as an HBr flow rate of 25 ml / min, a CF 4 flow rate of 25 ml / min, and an O 2 flow rate of 3 ml / min (conditions in which the selectivity of the polysilicon film 103 to the gate oxide film 102 is low). .

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。   In the present embodiment, in dry etching with a low selection ratio with respect to the polysilicon film 103, the polysilicon film 103 is irradiated with light, whereby the interface between the polysilicon film 103 and the gate oxide film 102, and the surface of the polysilicon film 103. The intensity of interference light (for example, wavelength 600 nm) formed by the reflected light from each of the above is measured. FIG. 2 shows the change of the measured value with respect to the etching time (that is, the remaining film thickness of the polysilicon film 103 to be processed), that is, the waveform of interference light. Here, the waveform shown in FIG. 2 is basically a sine wave, but with the progress of etching, in other words, as the remaining film thickness of the polysilicon film 103 decreases, the waveform is affected by the void 104 in the initial film. Is disturbed and noise appears. In the present embodiment, the etching end point is detected when the noise intensity change reaches 5% of the intensity predicted as a sine wave.

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。   FIG. 1B shows a state immediately after the etching end point is detected by the end point detection method of the present invention, and the polysilicon film 103A is a polysilicon film remaining when the end point is detected.

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。 Next, as shown in FIG. 1C, the etching mode is switched from the low selection ratio mode to the high selection ratio mode, and the resist pattern 105 is used as a mask to dry the slightly remaining polysilicon film 103A. Etching is performed to form the gate electrode 103B. Here, the polysilicon film 103A other than the gate electrode formation region is removed. Specifically, for example, an inductively coupled plasma etching apparatus is used, the applied power for generating plasma is 250 W, the applied power of the sample stage is 50 W, the pressure is 10 Pa, the HBr flow rate is 50 ml / min, and the O 2 flow rate is 1 ml / Dry etching is performed using conditions such as min and He flow rates of 50 ml / min (conditions in which the selectivity of the polysilicon film 103 to the gate oxide film 102 is increased). At this time, the gate oxide film 102 which is the base layer is exposed at the portion where the void 104 is generated in the polysilicon film 103 as compared with the portion where the void 104 is not present. However, since the etching rate of the gate oxide film 102 is extremely low, the gate electrode 103B can be formed with almost no damage to the gate oxide film 102.

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。   As described above, according to the first embodiment, the low-selection for the polysilicon film 103 is based on the disturbance of the interference light waveform measured by irradiating the polysilicon film 103, which is the film to be processed, with light. The end point of the ratio dry etching is detected. Specifically, the etching end point is detected when the intensity change of the noise generated in the sine wave that is the waveform of the interference light becomes 5%. For this reason, before the etching reaches the initial film in the polysilicon film 103, in other words, before the etching reaches the generation point of the void 104 in the polysilicon film 103, the dry etching with a low selectivity is terminated. Can do. Therefore, a good etching shape can be obtained by dry etching with a low selection ratio while reliably preventing damage to the gate oxide film 102 which is the base layer. Further, after the end point of the dry etching with a low selectivity is detected, the remaining polysilicon film 103A including the initial film or the void is subjected to the high etching with the high selectivity so that the gate oxide film 102 is reliably prevented from being damaged. However, the remaining polysilicon film 103A can be etched.

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。   In the first embodiment, the wavelength of the interference light used for detecting the etching end point is not particularly limited, and can be set to an arbitrary value.

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。   In the first embodiment, the etching end point is detected when the change in the intensity of the noise generated in the sine wave that is the waveform of the interference light reaches 5%. However, the present invention is not limited to this. The end point of etching may be detected when a change in the intensity of noise reaches an arbitrary value in accordance with the density of the voids 104 existing in FIG.

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。   Further, in the first embodiment, the dry etching of the polysilicon film in the gate electrode forming step is targeted. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained for all dry etching that must protect the underlying layer of the film to be processed. Can be expected. Further, the present invention is not limited to dry etching, and the same effect can be obtained when other processing such as chemical mechanical polishing is performed on the film to be processed.

(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a film quality evaluation method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing respective steps of the film quality evaluation method according to the second embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 3A, after a silicon oxide film 201 is formed on a semiconductor substrate 200 by using a film forming method such as thermal oxidation, for example, a CVD method or the like is formed on the silicon oxide film 201. The polysilicon film 202 is formed using the film forming method. At this time, a void 203 is formed in the polysilicon film 202, particularly in the initial film which is a portion immediately above the silicon oxide film 201.

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。 Next, as shown in FIG. 3B, dry etching is performed on the polysilicon film 202 using a dry etching technique. Specifically, for example, an inductively coupled plasma etching apparatus is used, the applied power for generating plasma is 350 W, the applied power of the sample stage is 100 W, the pressure is 0.4 Pa, the Cl 2 flow rate is 20 ml / min, and the HBr flow rate is Dry etching is performed using conditions such as 25 ml / min, CF 4 flow rate of 25 ml / min, and O 2 flow rate of 3 ml / min.

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。   In the present embodiment, in the dry etching for the polysilicon film 202, the polysilicon film 202 is irradiated with light so that the interface between the polysilicon film 202 and the silicon oxide film 201 and the surface of the polysilicon film 202 are respectively irradiated. The intensity of interference light (for example, wavelength 600 nm) formed by the reflected light is measured. FIG. 4A shows the change of the measured value with respect to the etching time (that is, the remaining film thickness of the polysilicon film 202 to be processed), that is, the waveform of interference light. Here, the waveform shown in FIG. 4A is basically a sine wave, but as the etching progresses, in other words, as the remaining film thickness of the polysilicon film 202 decreases, the crystallinity of the polysilicon film 202 is shown. The waveform is disturbed due to the influence of the variation (specifically, the void 203 in the initial film), and noise appears.

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。   In the present embodiment, by quantifying the relationship between the disturbance of the interference light waveform, that is, the sine wave noise and the density of the polysilicon film in advance, the measurement result shown in FIG. The density change in the film thickness direction of the polysilicon film 202 that is the film to be processed can be evaluated. FIG. 4B shows the evaluation result.

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。   As described above, according to the second embodiment, the waveform of the interference light measured by irradiating the polysilicon film 202 with light when the polysilicon film 202 that is the film to be processed is etched. Based on this disturbance, the density change in the thickness direction of the polysilicon film 202 is evaluated. That is, by quantifying the relationship between the disturbance of the interference light waveform and the density of the polysilicon film, the density change in the film thickness direction of the polysilicon film can be achieved by using the above-mentioned interference light during the etching of the polysilicon film. evaluate. On the other hand, according to the conventional film quality evaluation method using refractive index measurement, stress measurement, electrical property measurement, etc., the change in the film thickness direction of each measured value is very small. Assessment of changes is very difficult. That is, according to the present embodiment, compared with the conventional film quality evaluation method, for example, density measurement in the film thickness direction of a polysilicon film serving as a gate electrode can be performed easily and at low cost.

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。   In the second embodiment, the wavelength of interference light used for film quality evaluation is not particularly limited, and can be set to an arbitrary value.

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。   In the second embodiment, the film quality evaluation of the polysilicon film is targeted. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be expected when film quality evaluation of various types of films is targeted. The same effect can be obtained when the film quality is evaluated using interference light while performing chemical mechanical polishing on the film to be processed instead of dry etching.

(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。
(Modification of the second embodiment)
Hereinafter, a film quality evaluation method according to a modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   The difference between this modification and the second embodiment is as follows. That is, in the second embodiment, when etching a film to be processed after film formation, the film quality of the film to be processed is evaluated using interference light generated by irradiating the film with light. It was. On the other hand, in this modification, when the film to be processed is formed, the film quality of the film to be processed is evaluated using interference light generated by irradiating the film with light.

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。   FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views showing respective steps of a film quality evaluation method according to a modification of the second embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 5A, a silicon oxide film 201 is formed on a semiconductor substrate 200 by using a film forming method such as thermal oxidation.

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。   Next, as shown in FIG. 5B, a polysilicon film 202 is formed on the silicon oxide film 201 by using a film forming method such as a CVD method. At this time, a void 203 is formed in the polysilicon film 202, particularly in the initial film which is a portion immediately above the silicon oxide film 201.

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。   In this modification, by irradiating the polysilicon film 202 with light while forming the polysilicon film 202, the interface between the polysilicon film 202 and the silicon oxide film 201 and the surface of the polysilicon film 202 are each applied. The intensity of interference light (for example, wavelength 600 nm) formed by the reflected light is measured. FIG. 6A shows the change of the measured value with respect to the deposition time (that is, the deposited film thickness of the polysilicon film 202 to be processed), that is, the waveform of interference light. Here, the waveform shown in FIG. 6A is basically a sine wave, but at the initial stage of deposition, in other words, when the initial film is formed, the crystallinity variation (specifically, the initial stage) of the polysilicon film 202 is changed. The waveform is disturbed by the influence of voids 203) in the film, and noise appears.

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。   In this modification, the relationship between the disturbance of the interference light waveform, that is, the sine wave noise, and the density of the polysilicon film is quantified in advance, and the measurement result shown in FIG. It is possible to evaluate the density change in the film thickness direction of the polysilicon film 202 which is a treatment film. FIG. 6B shows the evaluation result.

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。   As described above, according to the modification of the second embodiment, the waveform of the interference light measured by irradiating the polysilicon film 202 with light when depositing the polysilicon film 202 to be processed is disturbed. Based on the above, the density change in the thickness direction of the polysilicon film 202 is evaluated. That is, by quantifying the relationship between the disturbance of the interference light waveform and the density of the polysilicon film, the density change in the film thickness direction of the polysilicon film can be determined using the above-described interference light during the deposition of the polysilicon film. evaluate. On the other hand, according to the conventional film quality evaluation method using refractive index measurement, stress measurement, electrical property measurement, etc., the change in the film thickness direction of each measured value is very small. Assessment of changes is very difficult. That is, according to this modification, it is possible to easily and inexpensively measure the density in the film thickness direction of a polysilicon film that becomes a gate electrode, for example, as compared with the conventional film quality evaluation method.

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。   In the modification of the second embodiment, the wavelength of the interference light used for the film quality evaluation is not particularly limited and can be set to an arbitrary value.

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。   In the modification of the second embodiment, the film quality evaluation of the polysilicon film is targeted. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be expected when the film quality evaluation of various types of films is targeted. .

(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。
(Third embodiment)
Hereinafter, a film quality evaluation method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing respective steps of the film quality evaluation method according to the third embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 7A, after a silicon oxide film 301 is formed on a semiconductor substrate 300 by using a film forming method such as thermal oxidation, for example, a CVD method or the like is formed on the silicon oxide film 301. The polysilicon film 302 is formed using the film forming method. Thereafter, for example, phosphorus 303 is doped into the polysilicon film 302 using, for example, ion implantation.

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。 Next, as shown in FIG. 7B, dry etching is performed on the polysilicon film 302 by using a dry etching technique. Specifically, for example, an inductively coupled plasma etching apparatus is used, the applied power for generating plasma is 200 W, the applied power of the sample stage is 50 W, the pressure is 1.5 Pa, the Cl 2 flow rate is 20 ml / min, and the HBr flow rate is Dry etching is performed using conditions such as 180 ml / min and O 2 flow rate of 1 ml / min.

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。   In the present embodiment, in the dry etching for the polysilicon film 302, the polysilicon film 302 is irradiated with light so that the interface between the polysilicon film 302 and the silicon oxide film 301 and the surface of the polysilicon film 302 are respectively removed. The intensity of interference light (for example, wavelength 600 nm) formed by the reflected light is measured. FIG. 8A shows the change of the measured value with respect to the etching time (that is, the remaining film thickness of the polysilicon film 302 to be processed), that is, the waveform of interference light. Here, when phosphorus is not injected into the polysilicon film 302, the waveform of the interference light is basically a sine wave, but in practice, due to the influence of the phosphorus 303 injected into the polysilicon film 302, The measured interference light waveform deviates from the sine wave. Specifically, as shown in FIG. 8A, the interference light waveform of the phosphorus-doped polysilicon film 302 (solid line in FIG. 8A) is the interference light waveform of the non-doped polysilicon film (FIG. It becomes a distorted waveform shifted from the middle of the broken line a). This occurs for the following reasons. That is, as the concentration of phosphorus in the polysilicon film increases, an etchant having a positive charge is likely to be drawn into the polysilicon film having a negative charge by phosphorus, so that the etching rate of the phosphorus-doped polysilicon film increases. Therefore, the frequency of the interference light waveform of the phosphorus-doped polysilicon film is higher than the frequency of the interference light waveform of the non-doped polysilicon film.

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。   In the present embodiment, the relationship between the waveform distortion of the interference light, that is, the deviation generated in the sine wave and the phosphorus concentration is quantified in advance, and the measurement result shown in FIG. Changes in the concentration of phosphorus 303 in the film thickness direction of the polysilicon film 302 that is a treatment film can be evaluated. FIG. 8B shows the evaluation result.

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。   As described above, according to the third embodiment, the waveform of the interference light measured by irradiating the polysilicon film 302 with light when the polysilicon film 302 that is the film to be processed is etched. Based on this distortion, the change in impurity concentration in the thickness direction of the polysilicon film 302 is evaluated. That is, by quantifying the relationship between the waveform distortion of the interference light and the impurity concentration, the change in the impurity concentration in the thickness direction of the polysilicon film is evaluated by using the above-described interference light during the etching of the polysilicon film. To do. On the other hand, according to the conventional film quality evaluation method using CIMS (chemical ionization mass spectrometry) or the like, there is a problem that it is expensive and requires a lot of time for analysis. That is, according to the present embodiment, the impurity concentration (for example, phosphorus concentration) measurement in the film thickness direction of the polysilicon film that becomes the gate electrode, for example, can be performed easily and at a lower cost than the conventional film quality evaluation method.

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。   In the third embodiment, phosphorus 303 is implanted into the polysilicon film 302 after deposition of the polysilicon film 302 that is a film to be processed. Instead, the polysilicon film 302 is deposited while depositing the polysilicon film 302. Alternatively, phosphorus 303 may be doped. Further, the impurity implanted into the polysilicon film 302 is not particularly limited. Specifically, p-type boron may be implanted instead of the n-type phosphorus 303. In this case, as the boron concentration in the polysilicon film increases, the etchant having a positive charge is less likely to be drawn into the polysilicon film having a positive charge by the boron, so that the etching rate of the boron-doped polysilicon film is reduced. Therefore, the frequency of the interference light waveform of the boron-doped polysilicon film is lower than the frequency of the interference light waveform of the non-doped polysilicon film.

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。   In the third embodiment, the wavelength of interference light used for film quality evaluation is not particularly limited, and can be set to an arbitrary value.

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。   In the third embodiment, the film quality evaluation of the polysilicon film is targeted. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be expected when film quality evaluation of various types of films is targeted. The same effect can be obtained when the film quality is evaluated using interference light while performing chemical mechanical polishing on the film to be processed instead of dry etching.

(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。
(Modification of the third embodiment)
Hereinafter, a film quality evaluation method according to a modification of the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   The point that this modification is different from the third embodiment is as follows. That is, in the third embodiment, when etching a film to be processed after film formation, the film quality of the film to be processed is evaluated using interference light generated by irradiating the film to be processed with light. It was. On the other hand, in this modification, when the film to be processed is formed, the film quality of the film to be processed is evaluated using interference light generated by irradiating the film with light.

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。   FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views showing respective steps of a film quality evaluation method according to a modification of the third embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide film 301 is formed on a semiconductor substrate 300 by using a film forming method such as thermal oxidation.

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。   Next, as shown in FIG. 9B, a polysilicon film 302 is formed on the silicon oxide film 301 by using a film forming method such as a CVD method.

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。   At this time, for example, phosphorus 303 is doped in the polysilicon film 302 while forming the polysilicon film 302.

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。   Furthermore, in this modification, by irradiating the polysilicon film 302 with light while forming the polysilicon film 302, the interface between the polysilicon film 302 and the silicon oxide film 301 and the surface of the polysilicon film 302 are exposed. The intensity of interference light (for example, wavelength 600 nm) formed by the reflected light from each is measured. FIG. 10A shows the change of the measured value with respect to the deposition time (that is, the deposited film thickness of the polysilicon film 302 as the film to be processed), that is, the waveform of interference light. Here, when phosphorus is not injected into the polysilicon film 302, the waveform of the interference light is basically a sine wave, but in practice, due to the influence of the phosphorus 303 injected into the polysilicon film 302, The measured interference light waveform deviates from the sine wave. Specifically, as shown in FIG. 10A, the interference light waveform of the phosphorus-doped polysilicon film 302 (solid line in FIG. 10A) is the interference light waveform of the non-doped polysilicon film (FIG. 10A). It becomes a distorted waveform shifted from the middle of the broken line a).

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。   In this modification, the relationship between the distortion of the waveform of the interference light, that is, the deviation generated in the sine wave and the phosphorus concentration is quantified in advance, and the measurement result shown in FIG. Changes in the concentration of phosphorus 303 in the film thickness direction of the polysilicon film 302 that is a treatment film can be evaluated. FIG. 10B shows the evaluation result.

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。   As described above, according to the modification of the third embodiment, the waveform distortion of the interference light measured by irradiating the polysilicon film 302 with light when depositing the polysilicon film 302 as the film to be processed. Based on the above, the change in impurity concentration in the thickness direction of the polysilicon film 302 is evaluated. That is, by quantifying the relationship between the waveform distortion of the interference light and the impurity concentration, the change in the impurity concentration in the thickness direction of the polysilicon film is evaluated by using the above-described interference light during the etching of the polysilicon film. To do. On the other hand, according to the conventional film quality evaluation method using CIMS or the like, there is a problem that it is expensive and requires a lot of time for analysis. That is, according to this modification, it is possible to easily and inexpensively measure the impurity concentration (for example, phosphorus concentration) in the film thickness direction of the polysilicon film serving as the gate electrode, for example, as compared with the conventional film quality evaluation method.

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。   In the modification of the third embodiment, the impurity implanted into the polysilicon film 302 is not particularly limited. Specifically, p-type boron may be implanted instead of the n-type phosphorus 303.

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。   In the modification of the third embodiment, the wavelength of the interference light used for the film quality evaluation is not particularly limited and can be set to any value.

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。   In the modification of the third embodiment, the film quality evaluation of the polysilicon film is targeted. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be expected when the film quality evaluation of various types of films is targeted. .

(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。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a film quality evaluation method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views showing respective steps of the film quality evaluation method according to the fourth embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 11A, a silicon oxide film 401 is formed on a semiconductor substrate 400 by using a film forming method such as thermal oxidation, and then, for example, a CVD method or the like is formed on the silicon oxide film 401. The silicon germanium film 402 is formed using the film forming method.

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。 Next, as shown in FIG. 11B, dry etching is performed on the silicon germanium film 402 using a dry etching technique. Specifically, for example, an inductively coupled plasma etching apparatus is used, the applied power for generating plasma is 200 W, the applied power of the sample stage is 50 W, the pressure is 1.5 Pa, the Cl 2 flow rate is 20 ml / min, and the HBr flow rate is Dry etching is performed using conditions such as 180 ml / min and O 2 flow rate of 1 ml / min.

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。   In the present embodiment, in the dry etching for the silicon germanium film 402, the silicon germanium film 402 is irradiated with light, so that the interface between the silicon germanium film 402 and the silicon oxide film 401 and the surface of the silicon germanium film 402 are respectively emitted. The intensity of interference light (for example, wavelength 600 nm) formed by the reflected light is measured. FIG. 12A shows the change of the measured value with respect to the etching time (that is, the remaining film thickness of the silicon germanium film 402 as the film to be processed), that is, the waveform of interference light. Here, the waveform of the interference light is basically a sine wave, but the waveform of the interference light is distorted by the germanium concentration in the silicon germanium film. Specifically, as shown in FIG. 12A, the interference light waveform of the silicon germanium film 402 to be evaluated (solid line in FIG. 12A) is the interference light waveform of the silicon germanium film having a known germanium concentration ( It becomes a distorted waveform shifted from the middle of the broken line in FIG. This occurs for the following reasons. That is, since the etching rate of the silicon germanium film changes depending on the germanium concentration, the frequency of the interference light waveform of the silicon germanium film 402 to be evaluated is equal to the frequency of the interference light waveform of the silicon germanium film having a known germanium concentration. Compared to change.

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。   In the present embodiment, the relationship between the distortion of the waveform of the interference light, that is, the deviation generated in the sine wave and the germanium concentration is quantified in advance, and the measurement result shown in FIG. A change in germanium concentration in the film thickness direction of the silicon germanium film 402 as a treatment film can be evaluated. FIG. 12B shows the evaluation result.

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。   As described above, according to the fourth embodiment, the waveform of the interference light measured by irradiating the silicon germanium film 402 with light when the silicon germanium film 402 as the film to be processed is etched. Based on the distortion, the change in the germanium concentration in the film thickness direction of the silicon germanium film 402 is evaluated. That is, by quantifying the relationship between the distortion of the waveform of the interference light and the germanium concentration, the change in germanium concentration in the film thickness direction of the silicon germanium film is evaluated using the above-described interference light during the etching of the silicon germanium film. To do. On the other hand, according to the conventional film quality evaluation method using SIMS (secondary ion mass spectrometry) or the like, there is a problem that the cost is high and the analysis requires a lot of time. That is, according to this embodiment, the germanium concentration measurement in the film thickness direction of the silicon germanium film can be performed easily and at a lower cost than the conventional film quality evaluation method.

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。   In the fourth embodiment, the germanium concentration in the silicon germanium film 402 is set as the evaluation target. However, it goes without saying that the silicon concentration can be set as the evaluation target instead.

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。   In the fourth embodiment, the wavelength of interference light used for film quality evaluation is not particularly limited, and can be set to any value.

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。   In the fourth embodiment, the film quality evaluation of the silicon germanium film is targeted. However, the present invention is not limited to this, and the film quality evaluation of other types of films made of a plurality of elements (specifically, measurement of element concentration) is performed. The same effect can be expected when the target is used. The same effect can be obtained when the film quality is evaluated using interference light while performing chemical mechanical polishing on the film to be processed instead of dry etching.

(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。
(Modification of the fourth embodiment)
Hereinafter, a film quality evaluation method according to a modification of the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that this modification is different from the fourth embodiment as follows. That is, in the fourth embodiment, when etching a film to be processed after film formation, the film quality of the film to be processed is evaluated using interference light generated by irradiating the film with light. It was. On the other hand, in this modification, when the film to be processed is formed, the film quality of the film to be processed is evaluated using interference light generated by irradiating the film with light.

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。   FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing respective steps of a film quality evaluation method according to a modification of the fourth embodiment.

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。   First, as shown in FIG. 13A, a silicon oxide film 401 is formed on a semiconductor substrate 400 by using a film forming method such as thermal oxidation.

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。   Next, as shown in FIG. 13B, a silicon germanium film 402 is formed on the silicon oxide film 401 by using a film forming method such as a CVD method.

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。   In this modification, the silicon germanium film 402 is irradiated with light while the silicon germanium film 402 is formed, so that each of the interface between the silicon germanium film 402 and the silicon oxide film 401 and the surface of the silicon germanium film 402 is formed. The intensity of interference light (for example, wavelength 600 nm) formed by the reflected light is measured. FIG. 14A shows the change of the measured value with respect to the deposition time (that is, the deposited film thickness of the silicon germanium film 402 as the film to be processed), that is, the waveform of interference light. Here, the waveform of the interference light is basically a sine wave, but the waveform of the interference light is distorted by the germanium concentration in the silicon germanium film. Specifically, as shown in FIG. 14A, the interference light waveform of the silicon germanium film 402 to be evaluated (solid line in FIG. 14A) is the interference light waveform of the silicon germanium film having a known germanium concentration ( It becomes a distorted waveform shifted from the middle of the broken line in FIG. This occurs for the following reasons. That is, since the etching rate of the silicon germanium film changes depending on the germanium concentration, the frequency of the interference light waveform of the silicon germanium film 402 to be evaluated is equal to the frequency of the interference light waveform of the silicon germanium film having a known germanium concentration. Compared to change.

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。   In this modification, the relationship between the distortion of the waveform of the interference light, that is, the deviation generated in the sine wave and the germanium concentration is quantified in advance, and the measurement result shown in FIG. A change in germanium concentration in the film thickness direction of the silicon germanium film 402 as a treatment film can be evaluated. FIG. 14B shows the evaluation result.

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。   As described above, according to the modification of the fourth embodiment, the distortion of the waveform of the interference light measured by irradiating the silicon germanium film 402 with light during the deposition of the silicon germanium film 402 as the film to be processed. Based on the above, the change in the germanium concentration in the film thickness direction of the silicon germanium film 402 is evaluated. That is, by quantifying the relationship between the distortion of the waveform of the interference light and the germanium concentration, the change in the germanium concentration in the film thickness direction of the silicon germanium film is evaluated using the above-described interference light during the deposition of the silicon germanium film. To do. On the other hand, according to the conventional film quality evaluation method using SIMS or the like, there is a problem that it is expensive and requires a lot of time for analysis. That is, according to this modification, the germanium concentration measurement in the film thickness direction of the silicon germanium film can be performed easily and at a lower cost than the conventional film quality evaluation method.

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。   In the modification of the fourth embodiment, the germanium concentration in the silicon germanium film 402 is an object to be evaluated, but it goes without saying that the silicon concentration can be an object to be evaluated instead.

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。   In the modification of the fourth embodiment, the wavelength of the interference light used for the film quality evaluation is not particularly limited and can be set to any value.

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。   In the modification of the fourth embodiment, the film quality evaluation of the silicon germanium film is targeted. However, the present invention is not limited to this, and the film quality evaluation of other types of films composed of a plurality of elements (specifically, the element concentration The same effect can be expected when measuring).

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。   As described above, the present invention relates to a technique using interference light that is measured by irradiating light on a film to be processed. This is particularly useful when applied to the evaluation of film quality.

(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。(A)-(c) is sectional drawing which shows each process of the manufacturing method of the electronic device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the waveform of the interference light measured at the time of the etching of the polysilicon film in the manufacturing method of the electronic device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (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。(A) And (b) is sectional drawing which shows each process of the film quality evaluation method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. (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。(A) is a figure which shows the waveform of the interference light measured at the time of the etching of the polysilicon film in the film quality evaluation method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, (b) uses the measurement result shown to (a). It is a figure which shows the result of having evaluated the density change in the film thickness direction of a polysilicon film. (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。(A) And (b) is sectional drawing which shows each process of the film quality evaluation method which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention. (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。(A) is a figure which shows the waveform of the interference light measured at the time of film-forming of the polysilicon film in the film quality evaluation method which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention, (b) is shown to (a). It is a figure which shows the result of having evaluated the density change in the film thickness direction of a polysilicon film using a measurement result. (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。(A) And (b) is sectional drawing which shows each process of the film quality evaluation method which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. (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。(A) is a figure which shows the waveform of the interference light measured at the time of the etching of the polysilicon film in the film quality evaluation method which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, (b) uses the measurement result shown to (a). It is a figure which shows the result of having evaluated the change of the impurity concentration in the film thickness direction of a polysilicon film. (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。(A) And (b) is sectional drawing which shows each process of the film quality evaluation method which concerns on the modification of the 3rd Embodiment of this invention. (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。(A) is a figure which shows the waveform of the interference light measured at the time of film-forming of the polysilicon film in the film quality evaluation method which concerns on the modification of the 3rd Embodiment of this invention, (b) is shown to (a). It is a figure which shows the result of having evaluated the change of the impurity concentration in the film thickness direction of a polysilicon film using a measurement result. (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。(A) And (b) is sectional drawing which shows each process of the film quality evaluation method which concerns on the 4th Embodiment of this invention. (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。(A) is a figure which shows the waveform of the interference light measured at the time of the etching of the silicon germanium film | membrane in the film quality evaluation method which concerns on the 4th Embodiment of this invention, (b) uses the measurement result shown to (a). It is a figure which shows the result of having evaluated the change of the germanium density | concentration in the film thickness direction of a silicon germanium film | membrane. (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。(A) And (b) is sectional drawing which shows each process of the film quality evaluation method which concerns on the modification of the 4th Embodiment of this invention. (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。(A) is a figure which shows the waveform of the interference light measured at the time of film-forming of the silicon germanium film | membrane in the film quality evaluation method which concerns on the modification of the 4th Embodiment of this invention, (b) is shown to (a). It is a figure which shows the result of having evaluated the change of the germanium concentration in the film thickness direction of a silicon germanium film | membrane using a measurement result. 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。It is a figure which shows the structure of the etching apparatus to which the conventional end point detection method was applied. (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。(A) And (b) is a figure which shows the relationship between the residual film thickness of the polysilicon film in the etching using the conventional end point detection method, and interference light. (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。(A)-(c) is sectional drawing which shows each process of the manufacturing method of the semiconductor device using the conventional end point detection method.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor substrate 101 Element isolation 102 Gate oxide film 103 Polysilicon film 103A Polysilicon film 103B gate electrode 104 Void 105 Resist pattern 200 Resist pattern 200 Semiconductor substrate 201 Silicon oxide film 202 Polysilicon film 203 Void 300 Semiconductor substrate 301 Silicon oxide Film 302 Polysilicon film 303 Phosphorus 400 Semiconductor substrate 401 Silicon oxide film 402 Silicon germanium film

Claims (17)

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。
An end point detection method used when processing a film to be processed,
Irradiating the film to be processed with light, measuring the interference light formed by the reflected light from the interface between the film to be processed and its underlayer and the surface of the film to be processed;
And a step of detecting an end point of processing on the film to be processed based on the measured disturbance of the interference light waveform.
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。
The waveform of the measured interference light is a sine wave,
The end point detection method according to claim 1, wherein the disturbance is noise generated in the sine wave.
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。   The end point detection method according to claim 2, wherein the noise is generated due to a void existing in the film to be processed. 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。
A processing method for processing a film to be processed,
A processing method for detecting an end point of processing for the film to be processed using the end point detecting method according to claim 1.
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。   The processing method according to claim 4, wherein an end point of processing for the processing target film is detected during processing of the processing target film. 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。   6. The processing method according to claim 4, wherein plasma etching is used for processing the film to be processed. 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。   6. The processing method according to claim 4, wherein chemical mechanical polishing is used in processing the film to be processed. 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。
An etching method for etching a film to be processed formed on an underlayer,
A first step of performing etching on the film to be processed and detecting an end point of the etching using the end point detection method according to any one of claims 1 to 3.
After the first step, a second condition in which the selective ratio of the film to be processed to the base layer is switched to a condition that is higher than that in the first step, and the etching is continuously performed on the film to be processed. An etching method comprising: a step.
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。
A film quality evaluation method for evaluating a film quality of a film to be processed,
Forming the film to be processed on the underlayer;
Etching is performed on the film to be processed, and light is applied to the film to be processed, so that reflected light from each of the interface between the film to be processed and the base layer and the surface of the film to be processed Measuring the formed interference light; and
And a step of evaluating a density change in the film thickness direction of the film to be processed based on the measured disturbance of the interference light waveform.
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。
The waveform of the measured interference light is a sine wave,
The film quality evaluation method according to claim 9, wherein the disturbance is noise generated in the sine wave.
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。   The film quality evaluation method according to claim 10, wherein the noise is generated due to a void existing in the film to be processed. 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。
A film quality evaluation method for evaluating the film quality of a film to be treated into which impurities are introduced,
Forming the film to be processed on the underlayer;
Etching is performed on the film to be processed, and light is applied to the film to be processed, so that reflected light from each of the interface between the film to be processed and the base layer and the surface of the film to be processed Measuring the formed interference light; and
And a step of evaluating a change in the concentration of the impurity in the film thickness direction of the film to be processed based on the measured waveform distortion of the interference light.
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。
The waveform of the measured interference light is a sine wave,
The film quality evaluation method according to claim 12, wherein the distortion is a shift generated in the sine wave.
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。   The film quality evaluation method according to claim 13, wherein the deviation occurs due to the impurities present in the film to be processed. 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。
A film quality evaluation method for evaluating the film quality of a film to be processed comprising a plurality of elements including at least one element,
Forming the film to be processed on the underlayer;
Etching is performed on the film to be processed, and light is applied to the film to be processed, so that reflected light from each of the interface between the film to be processed and the base layer and the surface of the film to be processed Measuring the formed interference light; and
And a step of evaluating a concentration change of the one element in the film thickness direction of the film to be processed based on the measured waveform distortion of the interference light.
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。
The waveform of the measured interference light is a sine wave,
The film quality evaluation method according to claim 15, wherein the distortion is a shift generated in the sine wave.
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。   The film quality evaluation method according to claim 16, wherein the deviation occurs due to a concentration of the one element in the film to be processed.
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