JP2005302771A - 半導体デバイスの製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハ上で加工により形成されたパターンについての加工精度および加工処理性能の安定度を向上させることである。
【解決手段】 処理室１内において、ウエハ５上で加工したパターンに対して所定角度で偏光された光を入射する入射部１０からパターンに入射して当該パターンから反射する所定角度に偏光された光を検出部１１により検出し、検出部１１により検出された光に基づいて、計測部１２により、パターンの形状および寸法を計測する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、半導体デバイスの製造装置に関し、特に、処理室内で半導体ウエハ上に加工したパターンを形成する処理を行なって半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造装置および製造方法に関するものである。

半導体の製造装置では、エッチング処理のような加工処理のプロセスについて、加工精度の高精度化および加工処理性能の安定化を図るために、予め多くの実験が行なわれた上で、最適な処理条件が決定され、その処理条件にしたがって加工処理が行なわれる。

このような半導体デバイスを製造する装置では、近年の集積回路の高集積化に伴って、さらなる加工寸法の微細化および高アスペクト比化が要求されている。このような要求に対応するためには、半導体デバイスを製造するときに、半導体ウエハ上で加工により形成されたパターンの形状および寸法を実際に計測することにより、処理条件が実際の処理に最適なものとなっているか否かを判断する必要があると考えられる。

半導体ウエハの形状等のプロファイルを製造時において実際に計測して加工性能を安定化させる従来の方法としては、次のようなものがある。従来の方法の一例としては、エッチング処理室でエッチングした試料をバッファ室を経由して、エッチング処理室の外部に設けられた評価室に搬送して実際のプロファイルを評価し、該プロファイルの評価結果が所望のプロファイルの許容範囲を外れた場合、後続の試料に適用するプロセス条件に対して、補正及びフィードバック制御を行なう方法がある（特許文献１）。この従来の方法では、評価室に設けられた測定系として、金属チップをプローブとした原子間力顕微鏡が用いられていた。

なお、処理室内で半導体ウエハ上に形成されたものに対して計測を行なう従来の技術としては、半導体ウエハ上に形成された金属膜等に対してレーザー光等の光を照射し、その反射光を検出することに基づいて膜厚を計測する装置がある（特許文献２，３）。
特開２０００−１７３９８４号公報（段落番号０００６、図１） 特開平２−１２４４０６号公報（第２頁、第１図） 特開平５−１４９７２０号公報（第４頁、第１図）

しかし、前述したような従来の方法では、次のような問題があった。評価室で実際のプロファイルを評価する従来の方法では、処理室内での処理が終了した試料を処理室外にある評価室で計測してプロファイルを評価する。処理室内での処理が終了した後の段階で試料の評価がされるので、評価された後に処理室で処理される後続の試料については評価を反映できるが、評価された試料自体については評価を反映できない。このため、このような従来の方法は、不良ウエハの発生を十分に抑制できるものではなく、加工精度の高精度化および加工処理性能の安定化が十分に達成できるものではなかった。また、従来の方法で計測に用いられる原子間力顕微鏡は、金属チップをプローブとして用いているために、エッチングの残留ガスで腐食するおそれがある等の理由で、処理中の試料を計測することが困難であった。

また、半導体ウエハ上に形成された金属膜等に対してレーザー光等の光を照射し、その反射光を検出することに基づいて膜厚を計測する従来の装置は、処理室内で膜厚が測定可能であるものの、半導体ウエハ上で加工により形成されたパターンの形状および寸法を計測できるものではなかった。

この発明の目的は、半導体ウエハ上で加工により形成されたパターンについての加工精度および加工処理性能の安定度を向上させることである。

この発明による半導体デバイスの製造装置は、処理室内で半導体ウエハ上に加工したパターンを形成する処理を行なって半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造装置である。この半導体デバイスの製造装置は、処理室内において、加工したパターンに対して、所定角度で偏光された電磁波を入射する入射部と、入射部から前記パターンに入射して当該パターンから出射される所定角度に偏光された電磁波を検出する検出部と、検出部により検出された電磁波に基づいて、加工したパターンの形状および寸法を計測する計測手段とを含むものである。

また、この発明による半導体デバイスの製造方法は、処理室内で半導体ウエハ上に加工したパターンを形成する処理を行なって半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法である。この半導体デバイスの製造方法は、処理室内において、前記加工したパターンに対して所定角度で偏光された電磁波を入射する入射部から前記パターンに入射して当該パターンから出射される前記所定角度に偏光された電磁波を検出部により検出し、当該検出部により検出された電磁波に基づいて、前記加工したパターンの形状および寸法を計測する計測ステップを含むものである。

この発明によれば、処理室内において、加工したパターンの形状および寸法を電磁波を用いて計測することにより、その計測結果に基づいて、計測されたパターンの加工精度を評価することができる。計測に用いられる光として所定角度で偏光された特定の光が用いられるので、計測結果が処理室内で発生する他の電磁波に影響を受けにくくなり、計測精度が向上する。さらに、半導体ウエハがまだ処理室内にある状態で加工形状および加工寸法が計測されるので、このような評価を、計測された半導体ウエハのさらなる加工の処理条件に反映することができる。さらに、このような評価を、計測された半導体ウエハの後に処理室で処理される後続の半導体ウエハについての加工の処理条件についても反映することができる。これにより、半導体ウエハ上で加工により形成されたパターンについての加工精度および加工処理性能の安定度を向上させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。図１を参照して、本発明によるエッチング装置を説明する。

図１を参照して、エッチング装置は、いわゆる２高周波・平行平板型エッチング装置（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＣＣＰ）であって、チャンバよりなる処理室１と、処理室１の内部に平行に対向するように配置された上部電極２と下部電極３とを備える。上部電極２には、第１の高周波電源７が接続されている。下部電極３には、第２の高周波電源６が接続されている。

また、図示を省略するが、処理室１には、処理室１の内部にエッチングのための反応ガスをガス供給器から供給するガス導入部が接続されているとともに、排気用ポンプを用いて処理室１の内部から外部へガスを排出するための排気口が設けられている。排気口はポンプ等を含むガス排気系（図示せず）に接続されている。ガス排気系の途中には、処理室１の内部の圧力を制御するための圧力制御機構が設置されている。

下部電極３上には、所謂ＸＹステージにより構成される可動ステージ４が設けられている。この可動ステージは、処理対象の基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハという）５を載置するステージであって、リニアモータにより駆動されることにより、ウエハ５を載置した状態でＸ軸，Ｙ軸方向の２次元方向（図中の矢印により示されるように水平方向）に移動することが可能な可動式のステージである。

このように構成されたエッチング装置では、処理室１の内部においては、下部電極２と上部電極３との間に高周波電圧が印加されることにより、プラズマが発生する。ガス導入部から処理室１の内部へと供給される反応ガスは、プラズマ中で分解、解離することにより活性種や反応性のイオンとなる。そして、これら活性種等によってウエハ５上に形成されたエッチング対象をエッチングする。エッチングに伴ってウエハ５から発生する反応生成物は、未反応のガスとともに前述の排気口から処理室１の外部へと排気される。

処理室１の上壁には、ウエハ５上に形成されたパターンの形状および寸法を計測するために用いられる窓部（図示省略）が設けられている。具体的には、処理室１の上壁には、ウエハ５上のパターンに電磁波としての光を入射するための入射用窓と、そのパターンに入射して当該パターンからの反射により出射される光を検出するための検出用窓とが設けられている。

入射用窓の近傍には、ウエハ５上のパターンに対して所定角度で偏光された光を入射させる発光装置である入射部１０が、入射用窓を介して処理室１内に光を入射させることが可能な態様で設けられている。また、検出用窓の近傍には、ウエハ５上のパターンから反射することにより出射された、所定角度で偏光された光を検出する検出装置である検出部１１が、検出用窓を介して処理室１内からの光を受光することが可能な態様で設けられている。入射部１０は、入射用窓に直接臨む態様で設けられてもよく、または、光ファイバーを介して入射用窓に光を送る態様で入射用窓から離れて設けられてもよい。また、検出部１１は、検出用窓に直接臨む態様で設けられてもよく、または、光ファイバーを介して検出窓から光が送られる態様で検出用窓から離れて設けられてもよい。

入射部１０は、ランプ等の光源により発光した光を偏光板で所定角度に偏光させて出力するものである。入射部１０は、モータを含む走査機構を有することにより、ウエハ５上で光を所定方向に走査することが可能である。また、入射部１０は、ウエハ５上に形成されたパターンの延在方向に対して平行な角度で偏光された光と、ウエハ５上に形成されたパターンの延在方向に対して垂直な角度で偏光された光とを選択的に発生させることが可能なように構成されており、後述するように、光の走査方向に応じて、入射させる光の偏光角度を使い分ける。検出部１１は、入射部１０から出力される光と同じ角度に偏光された光のみを偏光板を介してＣＣＤ（charge-coupled device：電荷結合素子）等の受光素子により検出（受光）するものである。これにより、検出部１１により検出される光としては、入射部１０から出力される光と同じ偏光角度の光以外の光が除外されることとなる。

このエッチング装置においては、このような入射部１０からウエハ５上のパターンに対して光を入射させ、ウエハ５からの反射により出射される光を検出し、その検出した光の強度を解析することにより、ウエハ５上のパターンの加工形状および加工寸法を計測するとともに、その計測結果のデータに基づいて、エッチングの終了選択（正常な終了の選択）、追加エッチングの選択（エッチングを追加して実行する選択）、および、エッチングの中止選択（異常状態発生によるエッチング中止の選択）等の計測結果に基づく各種の制御を行なう。

図２は、図１に示されたエッチング装置を制御する制御装置の主要な構成を示すブロック図である。図２を参照して、マスフロー制御部（図中ＭＦＣ）８１〜８３により、ガス供給器（図示省略）による処理室１内への反応ガスの供給流量が制御される。圧力制御部９により、排気用ポンプ（図示省略）が動作させられて処理室１内部の圧力が制御される。可動ステージ駆動部４０により、可動ステージ４駆動用のリニアモータが駆動させられて、可動ステージ４の位置が制御される。

また、マスフロー制御部８１〜８３による反応ガスの供給制御、圧力制御部９による処理室１内部の圧力制御、可動ステージ駆動部４０による可動ステージの駆動制御、および、第１,第２の高周波電源７，６の制御等のエッチング動作に関する制御を統括的に行なうための制御部として、エッチング動作制御部１５が設けられている。このエッチング動作制御部１５は、たとえば、マイクロコンピュータにより構成される。

エッチング動作制御部１５は、エッチング動作制御用のプログラムを実行することにより、マスフロー制御部８１〜８３、圧力制御部９、可動ステージ駆動部４０、および、第１，第２の高周波電源７，６に適宜制御信号を与えることにより、設定された処理条件にしたがったエッチング動作を実行させる制御を行なう。

また、エッチング動作制御と、前述の加工形状および加工寸法の計測制御と、加工形状および加工寸法の計測結果に基づく制御とを含むエッチング装置全体の制御を統括的に行なう装置制御部１３が設けられている。この装置制御部１３は、たとえば、マイクロコンピュータにより構成され、制御用のプログラムを実行することにより各種の制御を行なう。計測部１２は、発光および走査等の入射部１０の動作を制御するとともに、検出部１１により検出された光を解析してウエハ５上のパターンの加工形状および加工寸法を計測するものである。

装置制御部１３は、エッチングを行なうときに、エッチング動作制御部１５にエッチング動作の実行を指示する制御信号を与えるとともに、計測部１２を介して、入射部１０にウエハ５上のパターンの計測を行なうための走査を実行させる制御を行なうための制御信号を与える。これにより、処理室１内に搬入されたウエハ５上の材料に対してエッチングが実行されるとともに、エッチングによりウエハ５上で形成されたパターンに対して計測用の光が入射される。そして、検出部１１により、ウエハ５上のパターンで反射して出射された光が検出され、検出信号が検出部１１から計測部１２に与えられる。そして、計測部１２は、たとえば、マイクロコンピュータよりなり、検出部１１からの検出信号に基づいて、検出した光の強度を解析する等の所定の解析処理を行なうことにより、ウエハ５上のパターンの加工形状および加工寸法を計測する。計測部１２で計測された結果を示す計測結果データは、装置制御部１３に与えられる。

装置制御部１３では、与えられた計測結果データに基づいて、前述したようなエッチングの終了選択、追加エッチングの選択、および、エッチングの中止選択等の計測結果に基づく各種の制御を行なう。装置制御部１３は、このような計測結果に基づく各種の制御を行なう場合に、エッチング動作制御部１５に、エッチングの終了を指示する制御信号、追加エッチングを指示する制御信号、または、エッチングの中止を指示する制御信号を与え、選択に応じた動作をエッチング動作制御部１５により実行させる。さらに、そのような各種制御を実行する選択をした際に、どのような選択が行なわれたかを示す情報を履歴情報として、ハードディスク装置よりなる記録部１４に記録する制御も行なう。

また、装置制御部１３では、エッチング処理対象のウエハ５を処理室１内に搬入する装置および処理室１外にウエハ５を搬出する装置を制御するが、これらの装置については、図２における図示を省略する。

次に、半導体デバイスの製造方法の一例を説明する。図３は、エッチング装置を用いてエッチングが行なわれる半導体デバイスの製造方法の一例（レジストトリミングプロセス）をプロセス別に示す断面図である。

図３の（ａ）にウエハ５のエッチング前の状態が示されている。シリコンウエハ（基板）５００上に、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、または、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）よりなるゲート絶縁膜５０１が形成されている。そして、そのゲート絶縁膜５０１上に、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、または、窒素（Ｎ）を注入した多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンよりなるゲート電極材料５１０が形成されている。そして、ゲート電極材料５１０上に、ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｃｏａｔ）、または、プラズマＣＶＤ−酸化窒化膜（ｐ−ＳｉＯＮ）を例とするＢＡＲＬ（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）よりなる反射防止膜５０２が形成されている。そして、反射防止膜５０２上にレジストパターン（ＡｒＦレジスト）５０３が形成されている。

そして、次のようにエッチングが行なわれる。（ｂ）に示されるように、レジストパターン５０３をエッチングマスクとして反射防止膜５０２をエッチングする。そのとき同時（特に反射防止膜５０２のオーバーエッチ時）に、（ｃ）に示されるように、レジストパターン５０３を細らせるようにエッチングを行なう。次に、処理条件を変更して、（ｄ）に示されるようにゲート電極材料５１０をエッチングし、（ｅ）に示されるようなゲート電極５１のパターンが形成される。ウエハ５においては、たとえば、以上に説明したようなエッチングが行なわれることにより、ゲート電極等のパターンが形成される。

次に、たとえば、図３に示されるように形成されるゲート電極５１のパターンの加工形状および加工寸法を計測する方法を具体的に説明する。図４は、ゲート電極５１のパターンの加工形状および加工寸法を模式的に示す斜視図である。

図４を参照して、ウエハ上のゲート電極５１のパターンに対して入射部から入射する光（図中矢印）は、（ｃ）に示されるように、偏光板１００を通過することにより、ゲート電極５１のパターンに対して所定の角度をなす偏光面内で振動するように偏光される。

そして、（ａ）に示されるように、ゲート電極５１のラインパターンの延在方向に対して平行な偏光面１０１ａ内で振動するような偏光角度に偏光された光を、そのラインパターンに対して垂直な方向Ｓ１に走査することにより、ゲート電極５１のラインパターンの幅の加工寸法およびラインパターンスペース（パターン間のスペース）幅の加工寸法を計測することができる。また、（ｂ）に示されるように、ゲート電極５１のラインパターンの延在方向に対して垂直な偏光面１０１ｂ内で振動するような偏光角度に偏光された光を、そのラインパターンの延在方向に対して水平な方向Ｓ２に走査することにより、ゲート電極５１のラインパターンの側壁の加工形状（平滑度）を計測することができる。

次に、図４の（ａ）のような走査を行なった場合の計測結果を説明する。図５は、光をラインパターンに対して垂直な方向Ｓ１に走査したときの計測結果をグラフ形式で示す図である。図５においては、ゲート電極５１をラインパターンが延びる方向から側面視した場合の光の走査状態が（ａ）に示されており、その光の走査に対応して検出部１１により検出された光の強度と走査位置との関係を示すグラフが（ｂ）に示されている。

図５を参照して、（ａ）に示されるようにゲート電極５１のラインパターンに対して垂直な方向Ｓ１に光が走査されていくと、この走査された範囲において、入射光Ｐ１に応じた反射光Ｐ２が出射されていく。そして、そのような反射光Ｐ２が検出部１１により検出されていくと、（ｂ）に示されるような検出結果が得られる。ラインパターンが形成されている場所と、ラインパターンが形成されていない場所とでは、光の反射率が異なるため、検出部１１により検出される反射光Ｐ２の強度が異なる。

具体的に、ラインパターンが形成されている場所は検出された光の強度が高く、ラインパターンが形成されていない場所は検出された光の強度が低くなる。したがって、走査位置と検出された光の強度との関係をグラフ化すると、異方性が強い形状に加工されたラインパターンを計測した場合には、（ｂ）の図中の実線で示されるような矩形状のスペクトルが得られる。一方、テーパー状のような異方性が弱い形状に加工されたラインパターンを計測した場合には、（ｂ）の図中の破線で示されるような、矩形状にならないスペクトルが得られる。なお、前述のような完全な矩形状のスペクトルが生じる計測結果は、理論上の理想的な計測結果であり、実際の計測では異方性が強い形状に加工されたラインパターンであっても、光の回折による強度の変化およびエッチング深さによる強度の変化に起因して、完全な矩形状をなすスペクトルが得られない場合もあるため、そのような強度の変化を考慮した解析を行なうことにより、正確な計測を行なう必要がある。

このように、光の走査位置にパターンがあるか否かと、光の検出強度との間に相関関係があるため、検出データを解析することにより、検出強度のレベルに基づいて、ラインパターンの幅ａおよびラインパターンスペースの幅ｂ等の各種加工寸法を計測することができる。前述の計測部１２では、このような計測原理に基づいて、検出データを解析することにより、ラインパターンの幅ａおよびラインパターンスペースの幅ｂ等の各種加工寸法を計測する。

次に、前述した光の干渉による光の検出強度の変化の一例を説明する。図６は、光の干渉により、検出される光の波長の変化に応じて光の検出強度が変化する状態が示されている。図６は、検出される光の波長と、光の検出強度との関係を示すグラフである。図６では、光の波長の長さに応じて検出強度が変化する状態が示されている。たとえば、エッチング深さ（図中Ｄｅｐｔｈ）と同じ波長、エッチング深さの１／２の波長、エッチング深さの１／４の波長等に検出強度が強くなるピークがあるため、計測時において、適宜そのような波長を選択して計測すれば、より正確に加工寸法を計測することができる。

次に、図４の（ｂ）のような走査を行なった場合の計測結果を説明する。図７は、光をラインパターンに対して水平な方向Ｓ２に走査したときの計測結果を示すグラフ形式で示す図である。図７においては、ゲート電極５１を平面視した場合光の走査状態が（ａ）に示されており、その光の走査に対応して検出部１１により検出された光の強度と走査位置との関係を示すグラフが（ｂ）に示されている。

図７を参照して、（ａ）に示されるようにゲート電極５１のラインパターンに対して平行な方向Ｓ２に光が走査されていくと、この走査された範囲において、入射光に応じた反射光が出射される。そして、そのような反射光が検出部１１により検出されていくと、（ｂ）に示されるような検出結果が得られる。ラインパターンの側壁が平滑である場合には、側壁の形状が一定であるため、図中の実線で示されるように、光の検出強度が一定となる。一方、ラインパターンの側壁が平滑ではなく粗い（ぎざつき（ＬＥＲ：Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）がある場合には、側壁の形状が一定ではないため、図中の破線で示されるように、光の検出強度が一定とならず、ばらつきが生じる。

このように、光の走査位置の形状と、光の検出強度との間に相関関係があるため、検出データを解析することにより、検出強度のレベルに基づいて、ラインパターンの側壁の平滑さ等の各種加工形状を計測することができる。前述の計測部１２では、このような計測原理に基づいて、検出データを解析することにより、ラインパターンの側壁の平滑さ等の各種加工形状を計測する。

次に、図２に示される構成のエッチング装置によるエッチング処理のプロセスの制御方法を説明する。図８は、複数ステップでエッチングを行なう場合に用いられる制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。装置制御部１３では、以下に示す制御を実行することにより、エッチング処理のプロセスの制御を行なう。

まず、ステップＳ（以下、単にＳという）１により、たとえば図３の（ａ）のような構成のウエハ５を処理室１内に搬入する処理が行なわれる。そして、Ｓ２により、エッチングの放電を開始するまでに、前述したような光を用いた計測により、たとえば図３の（ａ）のレジストパターン５０３のようなレジストの寸法を計測する処理が行なわれる。

次に、Ｓ３により、エッチング動作制御部１５に制御信号を与えて、たとえば図３に示されるような反射防止膜５０２およびレジストパターン５０３をエッチングする第１ステップのエッチングを実行させる処理が行なわれる。そして、Ｓ４により、たとえば図４〜図７に示したような光を用いた計測方法により、エッチングにより加工されたウエハ５上のパターンの加工形状および加工寸法を計測する処理が行なわれる。

次に、Ｓ５により、Ｓ４により計測されたパターンの形状および寸法が、第１ステップのエッチングの処理終了条件として製品規格等に基づいて設定された終了許容範囲内にあるか否かを判定する終了判定の処理が行なわれる。Ｓ５により終了許容範囲内にあると判定された場合は、Ｓ６により、第１ステップのエッチングの処理（第１処理）を終了させることを選択し、Ｓ７により、第１ステップのエッチングの処理（第１処理）を終了させたこと、および、エッチング時のエッチング処理条件を示す情報である第１処理終了情報を記録部１４に記録させる処理が行なわれる。その後、第２ステップのエッチングを実行するために、後述するＳ１２に進む。

一方、Ｓ５により終了許容範囲内にないと判定された場合は、Ｓ８により、追加エッチングの実行が済んだか否かが判定される。ここで、追加エッチングとは、Ｓ５により終了許容範囲内にないと判定された場合に、パターンの寸法および形状を終了許容範囲内に収めるために、エッチング処理条件を補正して追加的に実行するエッチングをいう。なお、図示は省略しているが、Ｓ５により終了許容範囲内にないと判定された場合において、Ｓ４で計測されたパターンの寸法が、エッチング過剰（削り過ぎ）の値になっている場合には、追加エッチングをしても削り過ぎを元には戻せず、終了許容範囲に収めることができないので、Ｓ８には進まずにエッチングの処理が中止されることとなる。つまり、Ｓ８に進むのは、Ｓ４で計測されたパターンの寸法が、エッチング不足の値になっている場合に限られる。

Ｓ８により追加エッチングの実行が済んでいない、つまり、１回目のエッチング時であると判定された場合は、Ｓ１０により、追加エッチングを実行することを選択する処理が行なわれる。この選択が行なわれるときには、Ｓ４により得られた計測データと、前述の処理終了条件との関係に基づいて、追加エッチングによりパターンの形状および寸法が前述の終了許容範囲内に収まるようにエッチング処理条件が変更される。そして、Ｓ１１により、第１ステップのエッチングの処理について追加エッチングを選択したことおよび追加エッチング時のエッチング処理条件を示す情報である追加エッチング情報を記録部１４に記録させる処理が行なわれる。このように記録された追加エッチング情報により示されるエッチング処理条件は、この後に処理を受ける対象となる後続のウエハのエッチング処理条件に反映される。つまり、後続のウエハについては、追加エッチングの必要がないように、追加エッチング情報に基づいてエッチング処理条件が変更される。

その後、Ｓ３に進み、Ｓ３〜Ｓ５が実行されることにより、追加エッチングの処理の実行、追加エッチング後のパターンの加工形状および加工寸法の計測、および、追加エッチング後の終了判定が行なわれる。

追加エッチングによりパターンの形状および寸法が前述の終了許容範囲内にあると判定された場合は、第２ステップのエッチングを実行するために、Ｓ６およびＳ７を経て後述するＳ１２に進む。一方、追加エッチングによってもパターンの形状および寸法が前述の終了許容範囲内にならないと判定された場合は、Ｓ８に進むことになる。追加エッチングの実行が済んでいる場合には、Ｓ８からＳ９に進み、Ｓ４による計測されたパターンの形状および寸法が、第１ステップのエッチングについて予め定められた再処理許容範囲（追加エッチングを再度実行することによって前述の処理終了条件を満たすことが可能となると認められる範囲）を超えた処理中止条件（追加エッチングを実行することによっても前述の処理終了条件を満たすことが不可能であると認められるような異常な計測値）に該当するか否かが判定される。

Ｓ９により処理中止条件に該当しないと判定された場合は、Ｓ１０に進み、前述のような追加エッチングが実行される。一方、Ｓ９により処理中止条件に該当すると判定された場合は、Ｓ２１に進み、エッチングの処理を中止させることを選択し、Ｓ２２により、第１ステップのエッチングにおいてエッチングの処理を中止させたこと、および、エッチング時のエッチング処理条件を示す情報である処理中止情報を記録部１４に記録させる処理が行なわれる。その後、Ｓ２３に進み、ウエハを処理室１から搬出させる処理が行なわれる。この場合には、異常な状態であるので、エッチングが完了しないままエッチングが中止される。

第１ステップのエッチングが終了した場合には、Ｓ１２により、エッチング動作制御部１５に制御信号を与えて、たとえば図４に示されるようなレジストパターン５０３のエッチング後にゲート電極材料５１０をエッチングする第２ステップのエッチングを実行させる処理が行なわれる。そして、Ｓ１３により、第２ステップのエッチング処理後のパターンについてＳ４と同様の計測処理が行なわれる。そして、Ｓ１３により計測されたパターンの形状および寸法が、第２ステップのエッチングの処理終了条件として設定された終了許容範囲内にあるか否かを判定する終了判定の処理が行なわれる。Ｓ１４により終了許容範囲内にあると判定された場合は、Ｓ１５により、第２ステップのエッチングの処理（第２処理）を終了させることを選択し、Ｓ１６により、第２ステップのエッチングの処理（第２処理）を終了させたこと、および、エッチング時のエッチング処理条件を示す情報である第２処理終了情報を記録部１４に記録させる処理が行なわれる。その後、Ｓ２１に進み、ウエハを処理室１から搬出させる処理が行なわれ、一連のエッチング処理が正常に終了する。

一方、Ｓ１４により終了許容範囲内にないと判定された場合は、Ｓ１７により、第２ステップのエッチングにおいて、Ｓ８の場合と同様に、追加エッチングの実行が済んだか否かが判定される。なお、図示は省略しているが、図示は省略しているが、Ｓ１４により終了許容範囲内にないと判定された場合において、Ｓ１４で計測されたパターンの寸法が、エッチング過剰（削り過ぎ）の値になっている場合には、追加エッチングをしても寸法を終了許容範囲に収めることができないので、Ｓ１７には進まずにエッチングの処理が中止されることとなる。つまり、Ｓ１７に進むのは、第１ステップのエッチングの場合と同様に、Ｓ１４で計測されたパターンの寸法が、エッチング不足の値になっている場合に限られる。

Ｓ１７により追加エッチングの実行が済んでいない、つまり、１回目のエッチング時であると判定された場合は、Ｓ１９により前述のＳ１０と同様に、追加エッチングを実行することを選択する処理が行なわれる。そして、Ｓ２０により、第２ステップのエッチングの処理について追加エッチングを選択したことおよび追加エッチング時のエッチング処理条件を示す情報である追加エッチング情報を記録部１４に記録させる処理が行なわれる。その後、Ｓ１２に進み、Ｓ１２〜Ｓ１５が実行されることにより、追加エッチングの処理の実行、追加エッチング後のパターンの加工形状および加工寸法の計測、および、追加エッチング後の終了判定が行なわれる。

追加エッチングによりパターンの形状および寸法が前述の終了許容範囲内にあると判定された場合は、第２ステップのエッチングを終了させるために、Ｓ１５およびＳ１６を経て後述するＳ２３に進む。一方、追加エッチングによってもパターンの形状および寸法が前述の終了許容範囲内にならないと判定された場合は、Ｓ１７に進む。追加エッチングの実行が済んでいる場合には、Ｓ１７からＳ１８に進み、Ｓ１３による計測されたパターンの形状および寸法が、第２ステップのエッチングについて予め定められた再処理許容範囲（追加エッチングにより終了許容範囲まで加工できると認められる範囲として設定された範囲）を超えた処理中止条件（追加エッチングを実行することによっても前述の処理終了条件を満たすことが不可能であると認められるような異常な計測値）に該当するか否かが判定される。

Ｓ１８により処理中止条件に該当しないと判定された場合は、Ｓ１９に進み、前述のような追加エッチングが実行される。一方、Ｓ１８により処理中止条件に該当すると判定された場合は、Ｓ２１に進み、エッチングの処理を中止させることを選択し、Ｓ２２により、第２ステップのエッチングにおいてエッチングの処理を中止させたこと、および、エッチング時のエッチング処理条件を示す情報である処理中止情報を記録部１４に記録させる処理が行なわれる。その後、Ｓ２３に進み、ウエハを処理室１から搬出させる処理が行なわれる。この場合には、異常な状態であるので、エッチングが完了しないままエッチングが中止される。

以上に説明したように、複数ステップのエッチングのそれぞれのプロセスにおいて、エッチングにより加工されたパターンの加工形状および加工寸法の計測が行なわれる。そして、計測データが終了許容範囲内にある場合には各ステップの処理が終了し、計測データが終了許容範囲内にない場合には、追加エッチングが行なわれる。その追加エッチングにより加工されたパターンについても加工形状および加工寸法の計測が行なわれる。そして、計測データが終了許容範囲内にある場合には各ステップの処理が終了する。一方、計測データが終了許容範囲内にない場合には、計測データが処理中止条件値になっていないことを条件として追加エッチングが行なわれ、一方、計測データが処理中止条件値になっていることを条件として処理が中止される。

このような制御が実行されることにより、各ステップのエッチング処理が終了する前にパターンの加工形状および加工寸法が計測されて評価される。これにより、処理条件を変更して追加エッチングを実行する等のフィードバック制御を行なうことが可能となり、処理室１内でエッチング処理の対象となっているウエハについてパターンの加工精度および加工処理性能を向上させることができる。また、計測値が終了許容範囲を満たさず追加エッチングが行なわれた場合には、その追加エッチングのエッチング処理条件が、以後に処理される後続のウエハに対するエッチング処理条件に反映されるので、後続のウエハについてのパターンの加工精度および加工処理性能を向上させることができる。

次に、図２に示される構成のエッチング装置によるエッチング処理のプロセスの制御方法の一例として、単一ステップでエッチングを行なう場合に行なわれる制御を説明する。図９は、単一ステップでエッチングを行なう場合に用いられる制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。

ステップＳ３１により、前述のＳ１と同様にウエハ５を処理室１内に搬入する処理が行なわれた後、Ｓ３２により、前述のＳ２と同様にレジストの寸法を計測する処理が行なわれる。その後、Ｓ３３〜Ｓ４４の処理が行なわれる。Ｓ４４の処理は、前述のＳ２３と同様にウエハ５を処理室１から搬出する処理である。Ｓ３３〜Ｓ４３の処理は、単一ステップでエッチングを対象として、前述のＳ３〜Ｓ１１、Ｓ２１、および、Ｓ２２の処理、または、前述のＳ１２〜Ｓ２２の処理と同様の処理である。これらの処理の内容は、前述したため、説明を繰返し行なわない。

このように、単一ステップでエッチングを行なう場合には、前述した複数ステップでエッチングを行なう場合に行なわれる制御のうち、１ステップでエッチングを行なう場合の制御と同様の制御が行なわれるのである。

また、前述したような可動ステージ４は、たとえば、計測精度の向上を目的として、パターンの計測箇所を増やす場合に駆動される。つまり、ウエハ５を水平方向に任意に移動させることが可能となるので、ウエハ５上において光が走査される領域の数を適宜増やすことができる。

なお、入射部１０から入射させる光は、可視光であってもよく、赤外線および紫外線等の不可視光であってもよい。また、入射部１０から入射させる光としては、ウエハ５に与える影響を小さくするために、たとえば、可視光等の振動数が小さくエネルギーが低い光を用いるのが好ましいと考えられる。また、入射部１０に用いる光源としては、たとえば、ランプ光源、レーザービーム光源、赤外線光源、および、紫外線光源等のどのような光源を用いてもよい。

また、前述したエッチングにおけるエッチング処理条件は、追加エッチングの機会が確保されていることを考慮して、過度のエッチングが生じ得ないような条件に設定してもよい。つまり、追加エッチングを行なうことが可能なため、１回目のエッチングにおいて、やり直しが効かないような過度のエッチングが生じ得ないように、エッチング条件を設定してもよい。

また、この実施の形態においては、ハードディスク装置よりなる記録部１４に各種の情報を記録する例を示した。しかし、これに限らず、各種情報を、記録部１４に記録するとともに、紙に印刷することにより記録するようにしてもよい。

また、この実施の形態においては、入射部１０から入射させる光として、偏光された光を用いる例を示した。しかし、これに限らず、入射部１０から入射させる光としては、前述したように偏光することに加えて、エッチング時におけるプラズマ発光の光の検出をキャンセルできるように変調（周波数の調整、波長の調整等による変調）した光を用いるようにしてもよい。このようにすれば、加工形状および加工寸法の計測において、処理室１内での他の光（たとえば、エッチング時におけるプラズマ発光）による影響をより一層受け難くなり、計測が容易となる。

以上のような実施の形態によれば、次のような効果を得ることができる。

（１） 図２等に示されるように、処理室１内において、加工したパターンに対して、所定角度で偏光された光を入射し、パターンで反射することにより出射される所定角度に偏光された光を検出部１１により検出し、その検出された光の強度に基づいて、図５および図７に示されるように、パターンの加工形状および加工寸法が計測される。このように、処理室１内において、パターンの加工形状および加工寸法を光を用いて計測することにより、その計測結果に基づいて、計測されたウエハの加工精度を評価することができる。さらに、計測に用いられる光として所定角度で偏光された特定の光が用いられるので、計測結果が処理室１内で発生する他の光に影響を受けにくくなり、計測精度が向上する。さらに、ウエハがまだ処理室１内にある状態で加工形状および加工寸法が計測されるので、このような評価を、計測されたウエハのさらなる加工の処理条件に反映することができる。さらに、このような評価を、計測されたウエハの後に処理室で処理される後続のウエハについての加工の処理条件についても反映することができる。これにより、ウエハ上で加工により形成されたパターンについての加工精度および加工処理性能の安定度を向上させることができる。

（２） 図１等に示されるように、半導体ウエハを載せて水平方向に移動させることが可能な可動ステージ４を設けたことにより、パターンの計測箇所を増やすことができる。このため、計測箇所の増加に基づいて、計測誤差を減らして計測精度を向上させることができる。

（３） 図８のＳ５，Ｓ１４、および、図９のＳ３５等に示されるように、計測されたパターンの加工形状および加工寸法が、処理終了条件として設定された終了許容範囲内にあるか否かが判定され、終了許容範囲内にあると判定された場合に、Ｓ６，Ｓ１５に示されるように、エッチングの処理を終了することが選択される。このように、計測された加工形状および加工寸法を評価して、その評価に基づいて処理を終了させることができるので、パターンについての加工精度および加工処理性能の安定度をより一層向上させることができる。また、Ｓ７，Ｓ１６、および、Ｓ３７に示されるように、エッチング処理を終了する選択をしたことを示す終了情報が記録されるので、その情報を、後で行なわれるパターンの加工処理の条件に反映することができ、パターンについての加工精度および加工処理性能の安定度をさらに向上させることができる。

（４） 計測されたパターンの加工形状および加工寸法が、終了許容範囲内にないと判定された場合に、図８のＳ１０，Ｓ１９、および、図９のＳ４０等に示されるように、エッチングを再度行なう追加エッチングを実行することが選択される。このように、計測された加工形状および加工寸法の評価に基づいて、追加エッチングを実行させることができるので、パターンについての加工精度および加工処理性能の安定度をより一層向上させることができる。また、Ｓ１１，Ｓ２０、および、Ｓ４１に示されるように、追加エッチングを実行する選択をしたことを示す追加エッチング情報が記録されるので、その情報を、追加エッチング実行後に行なわれるパターンの加工処理の条件（計測されたウエハおよび後続のウエハのそれぞれの条件）に反映することができ、パターンについての加工精度および加工処理性能の安定度をさらに向上させることができる。

（５） 図８のＳ９，Ｓ１８、および、図９のＳ３９等に示されるように、追加エッチングを実行した場合に、追加エッチング後に再度計測されたパターンの加工形状および加工寸法が、予め定められた再処理許容範囲を超えた処理中止条件に該当するか否かが判定され、処理中止条件に該当すると判定された場合に、Ｓ２１，Ｓ４２に示されるように、エッチングの処理を中止することが選択される。このように、追加エッチング後に計測された加工形状および加工寸法の評価に基づいて、エッチングの処理を中止することができるので、異常状態の発生等により正常なエッチングができない場合において、無駄な処理が行なわれるのを防ぐことができる。また、Ｓ２２，Ｓ２０、および、Ｓ４１に示されるように、エッチングの処理を中止したことを示す終了情報が記録されるので、その情報を、後で行なわれる異常状態の分析に利用することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。実施の形態２においては、ウエハ上に製品用のパターン以外に、パターンの加工形状および加工寸法判定専用の判定用パターンを形成しておき、その判定用パターンのみを対象として、パターンの加工形状および加工寸法を計測する例を説明する。

図１０は、実施の形態２による判定用パターンの構成を示す平面図である。図１０を参照して、製品用のパターンは、（ｂ）に示されるように、ゲート電極５１等のパターンが複雑であり、パターンの加工形状および加工寸法を判定するための計測がしにくい場合がある。このため、ウエハ上の一部の領域において、（ａ）に示されるような単純なパターンにより構成される判定用パターン５１ｔを形成しておき、製品パターンの計測は行なわずに、判定用パターンのみを、実施の形態１で説明したようなパターンの加工形状および加工寸法の判定のための計測に用いる。

このような判定用パターンをパターンの加工形状および加工寸法の判定のために用いることにより、加工形状および加工寸法の計測が容易となり、計測精度が向上するとともに、計測の再現性が向上する。このような判定用パターンは、製品パターンが極めて複雑であるウエハ、および、パターンの形成領域に空き領域があるウエハについて用いることが考えられる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３を説明する。実施の形態３においては、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）型エッチング装置を対象として、前述したようなパターンの加工形状および加工寸法の計測、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する例を説明する。

図１１は、実施の形態３による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置（誘導結合プラズマ型エッチング装置）の断面模式図である。図１１を参照して、誘導結合プラズマエッチング装置においては、処理室１内に上部電極が設けられておらず、その代わりに、処理室１の上部外側に、コイル７０が設置されている。このコイル７０には、第１の高周波電源７が接続されている。

誘導結合プラズマ型エッチング装置においては、処理室１の内部に反応ガスを供給しながら、第１の高周波電源７によりコイル７０に高周波電流を印加することによって、処理室１の内部に高周波誘導磁界を発生させ、この結果生じる誘導電界により処理室１内の電子が加速される。これにより、処理室１の内部にプラズマが発生する。一方、下部電極３に第２の高周波電源６により高周波電流を印加することにより、ウエハ５側に高周波バイアスを印加することができる。したがって、誘導結合プラズマ型エッチング装置では、プラズマ密度と高周波バイアスとを独立に制御できる。

この実施の形態３の場合は、実施の形態１の場合と同じ態様で、入射部１０および検出部１１が設けられる。そして、実施の形態１の場合と同様の制御が行なわれる。これにより、誘導結合プラズマ型エッチング装置においても、実施の形態１の場合と同様に、パターンの加工形状および加工寸法の計測およびその計測結果に基づく各種制御を実行することができ、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態３の場合には、実施の形態２に示したような判定用パターンを用いることにより、実施の形態２の場合と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４を説明する。実施の形態４においては、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）型のエッチング装置を対象として、前述したようなパターンの加工形状および加工寸法の計測、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する例を説明する。

図１２は、実施の形態４による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置（電子サイクロトロン共鳴型エッチング装置）の断面模式図である。図１２を参照して、電子サイクロトロン共鳴型エッチング装置においては、処理室１内に上部電極が設けられておらず、その代わりに、マイクロ波導入部（図示省略）から極超短波帯域の高周波であるマイクロ波（図中μ波）が導入される。また、処理室１の上部外側には、処理室１内に磁界を形成するためのコイル７１が設置されている。このコイル７１には、直流電流が供給される。

処理室１の内部においては、処理室１内に導入されるマイクロ波に起因する電界とコイル７１により形成される磁界とを利用した電子サイクロトロン共鳴により、プラズマが発生し、エッチングが実行される。

この実施の形態４の場合は、実施の形態１の場合と同じ態様で、入射部１０および検出部１１が設けられる。そして、実施の形態１の場合と同様の制御が行なわれる。これにより、電子サイクロトロン共鳴型エッチング装置においても、実施の形態１の場合と同様に、パターンの加工形状および加工寸法の計測およびその計測結果に基づく各種制御を実行することができ、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態４の場合には、実施の形態２に示したような判定用パターンを用いることにより、実施の形態２の場合と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５を説明する。実施の形態５においては、前述した各種エッチング装置において、ウエハ５上のパターンに対して斜め方向から光を入射し、斜め方向に反射した光を受光することにより、前述したようなパターンの加工形状および加工寸法の計測、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する例を説明する。ここでは、このような計測を実施の形態１に示した２高周波・平行平板型エッチング装置で行なう例を説明する。

図１３は、実施の形態５による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。前述の入射用窓は、処理室１の側壁における上側に設けられる。また、前述の検出用窓は、処理室１の側壁の上側において、入射用窓が設けられた位置と対向する位置に設けられる。入射部用窓の近傍には、入射部１０が、ウエハ５上のパターンに、ウエハ５に対して斜め方向の角度から光を入射させることが可能な態様で設けられている。また、検出用窓の近傍には、検出部１１が、ウエハ５上のパターンからウエハ５に対して斜め方向の角度に反射する光を受光することが可能な態様で設けられている。

このようにウエハ５に対して斜め方向に光を入射および反射させる場合でも、検出した光に基いてパターンの加工形状および加工寸法の計測を行なう方法、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する方法は、実施の形態１の場合と同様である。これにより、このようにウエハ５に対して斜斜め方向に光を入射および反射させる場合においても、実施の形態１の場合と同様に、パターンの加工形状および加工寸法の計測およびその計測結果に基づく各種制御を実行することができ、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、ウエハ５に対して斜め方向に光を入射および反射させる場合には、サイドエッチ形状およびノッチ形状についても、有効な計測値を得ることができる。

また、実施の形態５の場合には、実施の形態２に示したような判定用パターンを用いることにより、実施の形態２の場合と同様の効果を得ることができる。

なお、ここでは、ウエハ５に対して斜め方向に光を入射および反射させることによりパターンの加工形状および加工寸法の計測を行なう方法を適用するエッチング装置として、２高周波・平行平板型エッチング装置を説明した。しかし、これに限らず、このような計測を行なう方法は、前述した誘導結合プラズマ型エッチング装置および電子サイクロトロン共鳴型エッチング装置のようなその他のエッチング装置にも適用することが可能である。

（実施の形態６）
次に、実施の形態６を説明する。実施の形態６においては、前述した光の代わりに、電磁波であるＸ線を用いて前述したようなパターンの加工形状および加工寸法の計測、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する例を説明する。ここでは、このような計測を実施の形態１に示した２高周波・平行平板型エッチング装置で行なう例を説明する。

図１４は、実施の形態６による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。処理室１の下壁および上壁には、ウエハ５上に形成されたパターンの形状および寸法を計測するために用いられる窓部（図示省略）が設けられている。具体的には、処理室１の下壁には、ウエハ５上のパターンに対してＸ線を入射するための入射用窓が設けられている。また、処理室１の上壁には、ウエハ５（パターン）に入射して当該ウエハ５（パターン）を透過して当該ウエハ５（パターン）から出射されるＸ線を検出するための検出用窓が設けられている。

入射部用窓の近傍には、ウエハ５上のパターンに対して所定角度で偏光されたＸ線を入射させるＸ線発生装置である入射部１０ａが、入射用窓を介して処理室１内にＸ線を入射させることが可能な態様で設けられている。また、検出用窓の近傍には、ウエハ５上のパターンを透過することにより出射される、所定角度で偏光されたＸ線を検出する検出装置である検出部１１ａが、検出用窓を介して処理室１内からのＸ線を検出することが可能な態様で設けられている。

入射部１０ａは、実施の形態１に示した光の場合と同様に、Ｘ線を偏光板で所定角度に偏光させて出力するものである。入射部１０ａは、モータを含む走査機構を有することにより、ウエハ５上でＸ線を所定方向（実施の形態１に示した光の場合と同様の方向）に走査することが可能である。また、入射部１０ａは、ウエハ５上に形成されたパターンの延在方向に対して平行な角度で偏光されたＸ線と、ウエハ５上に形成されたパターンの延在方向に対して垂直な角度で偏光されたＸ線とを選択的に発生させることが可能なように構成されており、実施の形態１の場合と同様に、Ｘ線の走査方向に応じて、入射させるＸ線の偏光角度を使い分ける。検出部１１ａは、入射部１０ａから出力されるＸ線と同じ角度に偏光されたＸ線のみを偏光板を介して検出するものである。

このエッチング装置においては、このような入射部１０ａからウエハ５上のパターンに対して、実施の形態１に示した光の場合と同様にＸ線を入射させ、透過により出射されるＸ線を検出し、その検出したＸ線の強度を、実施の形態１の場合と同様に解析することにより、ウエハ５上のパターンの加工形状および加工寸法を計測するとともに、その計測結果のデータに基づいて、前述したエッチングの終了選択、追加エッチングの選択、および、エッチングの中止選択等の計測結果に基づく各種の制御を実施の形態１の場合と同様に行なう。

このようにウエハ５に対してＸ線を入射および透過させる場合でも、検出したＸ線に基いてパターンの加工形状および加工寸法の計測を行なう方法、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する方法は、実施の形態１の場合と同様である。これにより、このように、ウエハ５に対してＸ線を入射および透過させる場合においても、実施の形態１の場合と同様に、パターンの加工形状および加工寸法の計測およびその計測結果に基づく各種制御を実行することができ、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態６の場合には、実施の形態２に示したような判定用パターンを用いることにより、実施の形態２の場合と同様の効果を得ることができる。

なお、この実施の形態６では、処理室１の下壁側に入射部１０ａを設けるとともに処理室１の上壁側に検出部１１ａを設ける例を示した。しかし、これに限らず、処理室１の上壁側に入射部１０ａを設けるとともに処理室１の下壁側に検出部１１ａを設け、ウエハ５の上方からＸ線を入射するようにしてもよい。

また、この実施の形態においては、入射部１０ａから入射させるＸ線として、偏光されたＸ線を用いる例を示した。しかし、これに限らず、入射部１０ａから入射させるＸ線としては、前述したように偏光することに加えて、処理室内において発生する可能性がある他のＸ線をキャンセルできるように変調（周波数の調整、波長の調整等による変調）したＸ線を用いるようにしてもよい。このようにすれば、加工形状および加工寸法の計測において、処理室１内における他のＸ線の光により一層影響を受け難くなり、計測が容易となる。

（変形例）
次に、変形例として、前述した実施の形態で用いた光またはＸ線の代わりに、電子線を用いて、前述したようなパターンの加工形状および加工寸法の計測、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する例を説明する。

この例では、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ:ＳＥＭ）の原理を用いて電子線によりパターンの加工形状および加工寸法の計測を行なう。電子線を用いる場合は、ウエハ５上のパターンに対して電子線を入射させる電子銃等の電子線発生装置である入射部が、図１に示される入射部１０と同様の態様で配置される。この場合の入射部は、モータを含む走査機構を有することにより、ウエハ上で電子線を所定方向（実施の形態１に示した光の場合と同様の方向）に走査することが可能である。また、ウエハ５上のパターンから反射することにより出射された電子線を検出する検出装置である検出部が、図１に示される入射部１０と同様の態様で配置される。

このエッチング装置においては、このような入射部からウエハ上のパターンに対して、実施の形態１に示した光の場合と同様に電子線を入射させ、出射される電子線を検出し、その検出した電子線の強度を、実施の形態１の場合と同様に解析することにより、ウエハ上のパターンの加工形状および加工寸法を計測するとともに、その計測結果のデータに基づいて、前述したエッチングの終了選択、追加エッチングの選択、および、エッチングの中止選択等の計測結果に基づく各種の制御を実施の形態１の場合と同様に行なう。

このようにウエハ５に対して電子線を入射し反射した電子線を検出する場合でも、検出した電子線に基いてパターンの加工形状および加工寸法の計測を行なう方法、ならびに、その計測結果に基づく各種制御を実行する方法は、実施の形態１の場合と同様である。これにより、このように、ウエハに対して電子線を入射させて出射される電子線を検出する場合においても、実施の形態１の場合と同様に、パターンの加工形状および加工寸法の計測およびその計測結果に基づく各種制御を実行することができ、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、電子線を用いる場合においては、可動ステージ４を設けることにより、チャージアップダメージを低減することができる。

また、このように電子線を用いて計測を行なう変形例の場合には、実施の形態２に示したような判定用パターンを用いることにより、実施の形態２の場合と同様の効果を得ることができる。

なお、前述した各実施の形態および変形例においては、可動ステージ４を設ける例を示した。しかし、これに限らず、可動ステージ４は設けなくてもよい。

また、前述した各実施の形態においては、パターンの加工形状および加工寸法を計測する光またはＸ線として、所定角度に偏光した光またはＸ線を用いる例を示した。しかし、これに限らず、たとえば、光の波長等またはＸ線の波長等の偏光角度以外のその他の特徴的な成分を用いて、計測用の光またはＸ線であることを特定できるようにしてもよい。

また、前述した各実施の形態および変形例においては、ウエハ上に加工により形成された加工寸法および加工形状の計測対象のパターンとしてゲート電極を一例として説明した。しかし、これに限らず、計測対象のパターンは、ゲート電極に限らず、その他のパターンも対象とするものである。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。 図１に示されたエッチング装置を制御する制御装置の主要な構成を示すブロック図である。 エッチング装置を用いてエッチングが行なわれる半導体デバイスの製造方法の一例（レジストトリミングプロセス）をプロセス別に示す断面図である。 ゲート電極のパターンの加工形状および加工寸法を模式的に示す斜視図である。 光をラインパターンに対して垂直な方向に走査したときの計測結果を示すグラフ形式で示す図である。 光の干渉により、検出される光の波長の変化に応じて光の検出強度が変化する状態が示されている。 光をラインパターンに対して水平な方向に走査したときの計測結果を示すグラフ形式で示す図である。 複数ステップでエッチングを行なう場合に用いられる制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。 単一ステップでエッチングを行なう場合に用いられる制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。 実施の形態２による判定用パターンの構成を示す平面図である。 実施の形態３による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。 実施の形態４による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。 実施の形態５による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。 実施の形態６による半導体デバイスの製造装置および製造方法を実現するエッチング装置の断面模式図である。

符号の説明

５ ウエハ、５１ ゲート電極、１０，１０ａ 入射部、１１，１１ａ 検出部、１２ 計測部、４ 可動ステージ、１３ 装置制御部、１４ 記録部、１５ エッチング動作制御部。

Claims (13)

1. 処理室内で半導体ウエハ上に加工したパターンを形成する処理を行なって半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造装置であって、
   前記処理室内において、前記加工したパターンに対して、所定角度で偏光された電磁波を入射する入射部と、
   前記入射部から前記パターンに入射して当該パターンから出射される前記所定角度に偏光された電磁波を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された電磁波に基づいて、前記加工したパターンの形状および寸法を計測する計測手段とを含む、半導体デバイスの製造装置。
2. 処理室内において前記半導体ウエハを載せるステージであって、水平方向に移動させることが可能な可動ステージをさらに含む、請求項１に記載の半導体デバイスの製造装置。
3. 前記計測手段により計測されたパターンの形状および寸法が、処理終了条件として設定された終了許容範囲内にあるか否かを判定する終了判定手段と、
   前記終了判定手段での判定において前記終了許容範囲内にあると判定された場合に、前記パターンを形成する処理を終了することを選択する終了選択手段と、
   前記終了選択手段によりパターンを形成する処理を終了する選択がされたことを示す情報を記録する終了情報記録手段とをさらに含む、請求項１または２に記載の半導体デバイスの製造装置。
4. 前記終了判定手段での判定において前記終了許容範囲内にないと判定された場合に、前記パターンを形成するための処理条件を変更して前記パターンを形成する処理を再度行なうことを選択する再処理選択手段と、
   前記再処理選択手段による選択がされたことを示す情報を記録する再処理情報記録手段とをさらに含む、請求項３に記載の半導体デバイスの製造装置。
5. 前記再処理選択手段による選択に基づき処理条件を変更してパターンを形成する処理が再度行なわれた場合に、前記計測手段により再度計測されたパターンの形状および寸法が、予め定められた再処理許容範囲を超えた処理中止条件に該当するか否かを判定する中止判定手段と、
   前記中止判定手段での判定において前記処理中止条件に該当すると判定された場合に、前記パターンを形成する処理を中止することを選択する中止選択手段と、
   前記終了選択手段によりパターンを形成する処理を中止する選択がされたことを示す情報を記録する中止情報記録手段とをさらに含む、請求項４に記載の半導体デバイスの製造装置。
6. 前記電磁波は、光であり、
   前記検出部は、前記入射部から前記パターンに入射して当該パターンから反射する前記所定角度に偏光された光を検出する、請求項１から５のいずれかに記載の半導体デバイスの製造装置。
7. 前記電磁波は、Ｘ線であり、
   前記検出部は、前記入射部から前記パターンに入射して当該パターンを透過する前記所定角度に偏光されたＸ線を検出する、請求項１から５のいずれかに記載の半導体デバイスの製造装置。
8. 処理室内で半導体ウエハ上に加工したパターンを形成する処理を行なって半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法であって、
   前記処理室内において、前記加工したパターンに対して所定角度で偏光された電磁波を入射する入射部から前記パターンに入射して当該パターンから出射される前記所定角度に偏光された電磁波を検出部により検出し、当該検出部により検出された電磁波に基づいて、前記加工したパターンの形状および寸法を計測する計測ステップを含む、半導体デバイスの製造方法。
9. 前記計測ステップにより計測されたパターンの形状および寸法が、処理終了条件として設定された終了許容範囲内にあるか否かを判定する終了判定ステップと、
   前記終了判定ステップでの判定において前記終了許容範囲内にあると判定された場合に、前記パターンを形成する処理を終了することを選択する終了選択ステップと、
   前記終了選択ステップによりパターンを形成する処理を終了する選択がされたことを示す情報を記録する終了情報記録ステップとをさらに含む、請求項８に記載の半導体デバイスの製造方法。
10. 前記終了判定ステップでの判定において前記終了許容範囲内にないと判定された場合に、前記パターンを形成するための処理条件を変更して前記パターンを形成する処理を再度行なうことを選択する再処理選択ステップと、
    前記再処理選択ステップによる選択がされたことを示す情報を記録する再処理情報記録ステップとをさらに含む、請求項９に記載の半導体デバイスの製造方法。
11. 前記再処理選択ステップによる選択に基づき処理条件を変更してパターンを形成する処理が再度行なわれた場合に、前記計測ステップにより再度計測されたパターンの形状および寸法が、予め定められた再処理許容範囲を超えた処理中止条件に該当するか否かを判定する中止判定ステップと、
    前記中止判定ステップでの判定において前記処理中止条件に該当すると判定された場合に、前記パターンを形成する処理を中止することを選択する中止選択ステップと、
    前記終了選択ステップによりパターンを形成する処理を中止する選択がされたことを示す情報を記録する中止情報記録ステップとをさらに含む、請求項１０に記載の半導体デバイスの製造方法。
12. 前記電磁波は、光であり、
    前記検出部は、前記入射部から前記パターンに入射して当該パターンから反射する前記所定角度に偏光された光を検出する、請求項８から１１のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
13. 前記電磁波は、Ｘ線であり、
    前記検出部は、前記入射部から前記パターンに入射して当該パターンを透過する前記所定角度に偏光されたＸ線を検出する、請求項８から１１のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。

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