JP4900935B2 - 光学定数算出方法及び基板処理システム - Google Patents

Description

本発明は、光学定数算出方法及び基板処理システムに関し、特に、基板上に積層された複数の膜の光学定数算出方法に関する。

半導体デバイスの小型化が進む中、ウエハの表面における回路パターンをより微細に形成する必要が生じてきている。このような微細な回路パターンを形成するためには、半導体デバイスの製造過程において、複数の膜が積層されたウエハの表面構造、例えば、エッチング処理を施した後の各膜によって構成されるウエハの表面構造を正確に特定する必要がある。

従来、エッチング処理を施した後のウエハの表面構造を特定するため、劈開したウエハの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）によって観察して撮影するという方法が行われていたが、この方法では、観察対象であるウエハの断面を形成するため、ウエハ自体を切断（破壊）しなければならないという欠点があった。

そこで、非破壊でエッチング処理を施した後のウエハの表面構造を特定するため、レジストパターンの評価等に用いられていた反射率測定法（Reflectmetry）やエリプソメトリ法（Ellipsometry）等のスキャトロメトリ法（Scatterometry）をウエハの表面構造の特定に適用する方法が開発されている。（例えば、特許文献１参照）。

特に、スキャトロメトリ法としての反射率測定法では、ウエハの表面構造における光学定数であるｎ値（屈折率）及びｋ値（減衰定数）を用いて、ウエハの表面構造を非破壊で特定する。具体的には、事前にウエハの表面に積層された各膜、例えば、窒化膜、有機絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）、酸化膜、反射防止膜（ＢＲＡＣ膜）及びレジスト膜の光学定数（ｎ値及びｋ値）を算出する。次いで、算出された各膜の光学定数を用いてウエハの表面構造、例えば、溝形状を光学的に表したモデルを異なる溝形状毎に作成して記憶する。そして、表面構造特定対象としてのウエハの表面の反射率を測定し、該反射率に対応する溝形状のモデルを選び出すことにより、ウエハの表面構造（溝形状）を特定する（例えば、特許文献２参照。）
したがって、スキャトロメトリ法では、算出された各膜の光学定数が不正確である場合、ウエハの表面構造を正確に特定することができない。そのため、各膜の光学定数を正確に算出することが非常に重要である。

従来の光学定数の算出方法では、ウエハ表面への各膜の積層時において、各膜が成膜される度に成膜された膜の反射率等を測定して当該膜の光学定数を算出している。成膜された膜の光学定数を算出する際には成膜された膜の下地膜の光学定数を用いるが、この下地膜の光学定数は、各膜の積層時、具体的には、下地膜が成膜された時に算出されるのが常であった。
特開２００２−２６０９９４号公報 特開２００５−３３１８７号公報

しかしながら、ウエハ表面への各膜の積層時において、或る膜を成膜する際の加熱処理等によって既に光学定数が算出された下地膜の密度が変化することがある。通常、密度が変化すると光学定数が変化するため、下地膜の真の光学定数が成膜された膜の光学定数の算出に使用される下地膜の光学定数と異なることになる。したがって、既に算出された下地膜の光学定数を用いて算出される、成膜された膜の光学定数は不正確となる。

また、下地膜がエッチングされると、下地膜が変質してさらに光学定数が変化することがある。ここで、エッチングされた下地膜を含むウエハの表面構造を反射率測定法で特定する場合、下地膜の真の光学定数が反射率測定法で使用される下地膜の光学定数とは異なることになる。したがって、既に算出された下地膜の光学定数を用いて特定されるウエハの表面構造は不正確になる。

本発明の目的は、下地膜について正確な光学定数を算出することができ、もって基板の表面構造を正確に特定することができる光学定数算出方法及び基板処理システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の光学定数算出方法は、複数の膜が積層され、該複数の膜のうち少なくとも１つの下地膜は積層時において光学定数が変化する基板における各膜の光学定数算出方法であって、前記複数の膜が積層された後において、前記各膜が除去されて該各膜の下地膜が露出したときに、該露出した下地膜の光学定数を算出することを特徴とする。

請求項２記載の光学定数算出方法は、請求項１記載の光学定数算出方法において、前記複数の膜は、順に積層された窒化膜、有機絶縁膜、酸化膜、反射防止膜及びフォトレジスト膜であり、該フォトレジスト膜は開口部を有し、該開口部は前記反射防止膜の一部を露出させ、それぞれ単膜として前記基板上に形成された窒化膜及び酸化膜の光学定数を事前に算出し、前記複数の膜が積層された後に、前記フォトレジスト膜の第１の反射率及び前記露出する反射防止膜の一部の第２の反射率を測定し、前記露出する反射防止膜の一部及び前記酸化膜をプラズマで除去した後に、前記有機絶縁膜の第３の反射率を測定し、前記フォトレジスト膜及び前記反射防止膜を除去した後に、前記酸化膜の第４の反射率を測定し、前記第４の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び酸化膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、前記第３の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、前記第２の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記反射防止膜の光学定数を算出し、前記第１の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜、有機絶縁膜及び反射防止膜の光学定数に基づいて、フォトレジスト膜の光学定数を算出することを特徴とする。

請求項３記載の光学定数算出方法は、請求項１又は２記載の光学定数算出方法において、前記光学定数は屈折率及び減衰定数であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４記載の基板処理システムは、複数の膜が積層され、該複数の膜のうち少なくとも１つの下地膜は積層時において光学定数が変化する基板を処理する基板処理システムにおいて、前記複数の膜が積層された後において、前記各膜が除去されて該各膜の下地膜が露出したときに、該露出した下地膜の光学定数を算出することを特徴とする。

請求項５記載の基板処理システムは、請求項４記載の基板処理システムにおいて、前記基板の表面における前記各膜をプラズマエッチングによって除去するプラズマ処理装置と、前記基板の表面に光を投射したときの前記各膜からの反射光を観測する反射光測定装置とを備え、前記複数の膜は、順に積層された窒化膜、有機絶縁膜、酸化膜、反射防止膜及びフォトレジスト膜であり、該フォトレジスト膜は開口部を有し、該開口部は前記反射防止膜の一部を露出させ、それぞれ単膜として前記基板上に形成された窒化膜及び酸化膜の光学定数を事前に算出し、前記複数の膜が積層された後に、前記フォトレジスト膜の第１の反射率及び前記露出する反射防止膜の一部の第２の反射率を測定し、前記露出する反射防止膜の一部及び前記酸化膜をプラズマで除去した後に、前記有機絶縁膜の第３の反射率を測定し、前記フォトレジスト膜及び前記反射防止膜を除去した後に、前記酸化膜の第４の反射率を測定し、前記第４の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び酸化膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、前記第３の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、前記第２の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記反射防止膜の光学定数を算出し、前記第１の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜、有機絶縁膜及び反射防止膜の光学定数に基づいて、フォトレジスト膜の光学定数を算出することを特徴とする。

請求項６記載の基板処理システムは、請求項４又は５記載の基板処理システムにおいて、前記光学定数は屈折率及び減衰定数であることを特徴とする。

請求項１記載の光学定数算出方法及び請求項４記載の基板処理システムによれば、複数の膜が積層された後において、各膜が除去されて該各膜の下地膜が露出したときに、該露出した下地膜の光学定数が算出される。これにより、積層時において光学定数が変化する下地膜について、光学定数が変化した後に該下地膜の光学定数を算出することができる。すなわち、下地膜について正確な光学定数を算出することができ、もって基板の表面構造を正確に特定することができる。

請求項２記載の光学定数算出方法及び請求項５記載の基板処理システムによれば、窒化膜及び酸化膜の光学定数が事前に算出され、複数の膜が積層された後に第１の反射率及び第２の反射率が測定され、露出する反射防止膜の一部及び酸化膜がプラズマで除去された後に第３の反射率が測定され、フォトレジスト膜及び反射防止膜がプラズマで除去された後に第４の反射率が測定され、第４の反射率、並びに算出された窒化膜及び酸化膜の光学定数に基づいて、有機絶縁膜の光学定数が算出され、第３の反射率、並びに算出された窒化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、有機絶縁膜の光学定数が算出され、第２の反射率、並びに算出された窒化膜、酸化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、反射防止膜の光学定数が算出され、第１の反射率、並びに算出された窒化膜、酸化膜、有機絶縁膜及び反射防止膜の光学定数に基づいて、フォトレジスト膜の光学定数が算出される。有機絶縁膜は積層時に熱処理等によって変質するが、複数の膜が積層された後に有機絶縁膜の光学定数が算出されるため、熱処理等によって変質した有機絶縁膜の光学定数を算出することができる。また、有機絶縁膜は露出する反射防止膜の一部及び酸化膜がプラズマによって除去されるときにプラズマによっても変質するが、露出する反射防止膜の一部及び酸化膜がプラズマで除去された後に測定された第３の反射率等に基づいて、有機絶縁膜の光学定数が算出されるため、プラズマによって変質した有機絶縁膜の光学定数も算出することができる。すなわち、熱処理やプラズマによって変質した有機絶縁膜について正確な光学定数を算出することができ、もって基板の表面構造をより正確に特定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。

図１において、基板処理システム１０は、プロセスモジュール１１（プラズマ処理装置）と、ローダーモジュール１２と、プロセスモジュール１１及びローダーモジュール１２の間に配され、且つそれぞれに接続するロードロックモジュール１３と、システムコントローラ１４とを備える。

プロセスモジュール１１は減圧処理室を有し、該減圧処理室内に半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを収容し、該ウエハＷにエッチング処理を施す。

ローダーモジュール１２は筐体状構造物であり、両端にそれぞれオリエンタ１５及びメトロロジ１６（反射光測定装置）を有し、さらにロードロックモジュール１３が接続された側面とは反対の側面に複数のロードポート１７を有する。各ロードポート１７には複数のウエハＷを収容するウエハカセットがセットされる。ローダーモジュール１２内には移動自在な搬送アーム機構１８が配され、該搬送アーム機構１８はウエハカセットからウエハＷを取り出し、オリエンタ１５、ロードロックモジュール１３及びメトロロジ１６の間においてウエハＷを搬送する。オリエンタ１５は搬入されたウエハＷの位置を調整し、メトロロジ１６は搬入されたウエハＷの表面からの反射光を観測する。メトロロジ１６の構成、機能については後述する。

ロードロックモジュール１３は搬送室であり、搬送室内には搬送アーム機構１９が配され、該搬送アーム機構１９はプロセスモジュール１１及びローダーモジュール１２の間においてウエハＷを搬送する。

図２は、図１におけるメトロロジの構成を概略的に示す図である。

図２において、メトロロジ１６は、光源２０と、ハーフミラー２１と、集光レンズ２２と、分光器２３と、検出器（ディテクタ）２４とを備える。光源２０、ハーフミラー２１及び集光レンズ２２はウエハＷに対向するように直線上に配される。また、ハーフミラー２１、分光器２３及び検出器２４も直線上に配される。

メトロロジ１６は、ウエハＷの表面からの反射光を観測する。具体的には、光源２０から照射された白色光がハーフミラー２１を透過して集光レンズ２２によって集光されてウエハＷに入射する。該入射した白色光はウエハＷの表面において反射する。ウエハＷの表面からの反射光はハーフミラー２１によって進路が変更されて分光器２３を介して検出器２４に入射する。検出器２４は、入射された反射光を受光し、該反射光を電気信号に変換してシステムコントローラ１４に送信する。

図１に戻り、システムコントローラ１４は、基板処理システム１０の各構成要素の動作を制御する。また、システムコントローラ１４は、スキャトロメトリ法である反射率測定法によってウエハＷの表面構造を特定する。反射率測定法とは、ウエハＷに白色光を照射し、ウエハＷに入射する入射光の強度とウエハＷから反射される反射光の強度との比（反射率）からウエハＷの表面構造、例えば、溝（トレンチ）のＣＤ（Critical Dimension）値を特定する形状特定方法である。

図３は、表面構造が特定されるウエハの構成を概略的に示す断面図である。

図３において、ウエハＷはシリコン基材３０を有し、該シリコン基材３０上には、下から順に、窒化珪素膜３１、有機絶縁膜３２、酸化膜３３、反射防止膜３４及びフォトレジスト膜３５が積層されている。フォトレジスト膜３５は開口部３６を有し、該開口部３６は反射防止膜３４の一部を露出させる。

このウエハＷにはプロセスモジュール１１においてエッチング処理が施され、反射防止膜３４やフォトレジスト膜３５が除去されると共に、有機絶縁膜３２に後述のトレンチ３７が形成される。

また、システムコントローラ１４は、反射率測定法によってウエハＷの表面構造を特定する前に、ウエハＷの各膜の光学定数（ｎ値及びｋ値）を算出する。具体的には、メトロロジ１６から送信された各膜からの反射光の電気信号に基づいて反射率を算出し、該算出された反射率に基づいて窒化珪素膜３１、有機絶縁膜３２、酸化膜３３、反射防止膜３４及びフォトレジスト膜３５の光学定数（ｎ値及びｋ値）を算出する。

そして、システムコントローラ１４は、算出された各膜の光学定数を用いてウエハの表面構造、例えば、トレンチを光学的に表したモデルを異なるＣＤ値のトレンチ毎に作成して記憶する。さらに、システムコントローラ１４は、表面構造特定対象としてのウエハＷの表面の反射率を算出（測定）し、該反射率に対応するトレンチのモデルを選び出すことにより、トレンチのＣＤ値を特定する。また、システムコントローラ１４は特定されたトレンチのＣＤ値に基づいてプロセスモジュール１１におけるエッチング処理のレシピを修正する。

なお、上述した各膜の光学定数の算出やトレンチの形状の特定は、システムコントローラ１４ではなく、メトロロジ１６が備える制御部（図示しない）が行ってもよい。また、システムコントローラ１４が特定するウエハＷの表面構造は、トレンチのＣＤ値だけでなく、トレンチの深さや傾き、若しくは各膜の膜厚さであってもよい。

一般に、光学定数を決定するためのパラメータは多岐に亘るので、光学定数を算出する際には多くのパラメータを固定する必要がある。そのため、光学測定の算出は１つの膜毎に行われる。

従来、各膜の反射率は、ウエハ表面への各膜の積層時において当該膜が成膜される度に測定されていた。そして、成膜された膜の光学定数は当該膜の反射率及び成膜された膜の下地膜の光学定数に基づいて算出されていた。例えば、酸化膜３３の光学定数は、酸化膜３３の反射率、有機絶縁膜３２及び窒化珪素膜３１の光学定数に基づいて算出されていた。なお、有機絶縁膜３２の光学定数は、有機絶縁膜３２が成膜された時に算出されていた。

しかしながら、有機絶縁膜３２は、その上に酸化膜３３が成膜される際の加熱処理や、酸化膜３３又は有機絶縁膜３２に施されるプラズマによるエッチング処理によって密度が変化する。密度が変化すると有機絶縁膜３２の光学定数は変化する。したがって、有機絶縁膜３２については、有機絶縁膜３２が成膜された時の光学定数と、酸化膜３３の加熱処理や酸化膜３３又は有機絶縁膜３２のエッチング処理後における光学定数とが異なる。

従来は、トレンチ３７を光学的に表したモデルは有機絶縁膜３２が成膜された時の光学定数を用いて作成される一方、表面構造特定対象としてのウエハＷにおけるトレンチのＣＤ値を特定する際には、酸化膜３３の加熱処理や酸化膜３３又は有機絶縁膜３２のエッチング処理によって有機絶縁膜３２が変質している。すなわち、モデルの作成に用いられる有機絶縁膜３２の光学定数と、トレンチのＣＤ値の特定時における有機絶縁膜３２の真の光学定数とは異なるため、トレンチのＣＤ値の特定時において計測された反射率に対応するトレンチのモデルを選び出しても、トレンチのＣＤ値を正確に求めることができない。

本実施の形態に係る光学定数算出方法では、これに対応して、システムコントローラ１４は、ウエハＷの各膜をエッチング処理によって除去する際に各膜の光学定数を算出する。具体的には、事前処理として、シリコン基材３０上に窒化珪素膜３１が単膜として成膜されたウエハＷ’及びシリコン基材３０上に酸化膜３３が単膜として成膜されたウエハＷ”を準備し、システムコントローラ１４は、ウエハＷ’における窒化珪素膜３１の反射率を算出し、該反射率から窒化珪素膜３１の光学定数を算出し（図４（Ａ））、ウエハＷ”における酸化膜３３の反射率を算出し、該反射率から酸化膜３３の光学定数を算出する（図４（Ｂ））。

さらに、システムコントローラ１４は、各膜が積層されたウエハＷにおける、フォトレジスト膜３５の反射率（第１の反射率）及び開口部３６によって露出された反射防止膜３４の一部の反射率（第２の反射率）を算出（測定）し（図４（Ｃ））、露出された反射防止膜３４の一部及びその下方の酸化膜３３をプラズマによるエッチング処理によって除去した後、露出した有機絶縁膜３２の反射率（第３の反射率）を算出（測定）する（図４（Ｄ））。このとき、露出した有機絶縁膜３２はプラズマによって変質している（図中網掛けで示す）。

次いで、システムコントローラ１４は、フォトレジスト膜３５及び反射防止膜３４をアッシング処理によって除去した後、酸化膜３３の反射率（第４の反射率）を算出（測定）する（図４（Ｅ））。

なお、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の反射率は、フォトレジスト膜３５及び反射防止膜３４をアッシング処理によって除去した後（図４（Ｅ））に算出（測定）してもよく、若しくは、有機絶縁膜３２にプラズマによるエッチング処理によってトレンチ３７を形成した後（図４（Ｆ））に算出してもよい。

次いで、酸化膜３３の下方には有機絶縁膜３２及び窒化珪素膜３１が存在すること（図４（Ｅ））から、システムコントローラ１４は、酸化膜３３の反射率、並びに窒化珪素膜３１及び酸化膜３３の光学定数に基づいて、有機絶縁膜３２の光学定数を算出する。ここで、光学定数が算出される有機絶縁膜３２は酸化膜３３で覆われているので、プラズマによって変質していない。但し、各膜の積層時における酸化膜３３の加熱処理によって変質している。したがって、ここでは、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数が算出される。

また、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の下方には加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２及び窒化珪素膜３１が存在すること（図４（Ｅ））から、システムコントローラ１４は、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の反射率、並びに窒化珪素膜３１及び加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数に基づいて、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の光学定数を算出する。

さらに、反射防止膜３４の下方には、酸化膜３３、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２及び窒化珪素膜３１が存在すること（図４（Ｃ））から、システムコントローラ１４は、反射防止膜３４の一部の反射率、並びに窒化珪素膜３１、酸化膜３３及び加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数に基づいて、反射防止膜３４の光学定数を算出する。

また、フォトレジスト膜３５の下方には、反射防止膜３４、酸化膜３３、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２及び窒化珪素膜３１が存在すること（図４（Ｃ））から、システムコントローラ１４は、フォトレジスト膜３５の反射率、並びに窒化珪素膜３１、酸化膜３３、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２及び反射防止膜３４の光学定数に基づいて、フォトレジスト膜３５の光学定数を算出する。

上述した本実施の形態に係る光学定数算出方法によれば、各膜が積層されたウエハＷからフォトレジスト膜３５及び反射防止膜３４が除去された後に測定される酸化膜３３の反射率、並びに窒化珪素膜３１及び酸化膜３３の光学定数に基づいて、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数が算出され、露出された反射防止膜３４の一部及びその下方の酸化膜３３がプラズマによるエッチング処理によって除去された後に測定される有機絶縁膜３２の反射率、並びに窒化珪素膜３１及び加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数に基づいて、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の光学定数が算出される。すなわち、有機絶縁膜３２は積層時に酸化膜３３の加熱処理によって変質するが、各膜が積層された後に有機絶縁膜３２の光学定数が算出されるため、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数を算出することができる。また、有機絶縁膜３２は露出された反射防止膜３４の一部及びその下方の酸化膜３３がプラズマによるエッチング処理によって除去されるときにプラズマによっても変質するが、露出する反射防止膜３４の一部及び酸化膜３３がプラズマで除去された後に測定された有機絶縁膜３２の反射率等に基づいて、有機絶縁膜３２の光学定数が算出されるため、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の光学定数を算出することができる。すなわち、加熱処理やプラズマによって変質した有機絶縁膜３２についても正確な光学定数を算出することができる。

上述した光学定数算出方法では、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２等に基づいて、反射防止膜３４の光学定数及びフォトレジスト膜３５の光学定数が算出されるので、反射防止膜３４やフォトレジスト膜３５について正確な光学定数を算出することができる。

また、上述した光学定数算出方法では、各膜の反射率に基づいて光学定数が算出されるため、ウエハＷを切断する必要がなく、コストを削減することができる。

図５は、図１におけるシステムコントローラが実行するウエハの表面構造特定処理のフローチャートである。

図５において、まず、ウエハＷ’における窒化珪素膜３１の反射率から窒化珪素膜３１の光学定数を算出し、且つウエハＷ”における酸化膜３３の反射率から酸化膜３３の光学定数を事前に算出する（ステップＳ５１）。

次いで、各膜が積層された光学定数算出用のウエハＷにおいて、フォトレジスト膜３５の反射率、露出された反射防止膜３４の一部の反射率、露出された反射防止膜３４の一部及びその下方の酸化膜３３のエッチング処理による除去後に露出した有機絶縁膜３２の反射率、フォトレジスト膜３５及び反射防止膜３４のアッシング処理による除去後の酸化膜３３の反射率を測定する（ステップＳ５２）。

次いで、酸化膜３３の反射率、並びに窒化珪素膜３１及び酸化膜３３の光学定数に基づいて、有機絶縁膜３２の光学定数を算出する（ステップＳ５３）。このとき、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２について正確な光学定数を算出することができる。

次いで、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の反射率、並びに窒化珪素膜３１及び加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数に基づいて、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２の光学定数を算出する（ステップＳ５４）。これにより、プラズマによって変質した有機絶縁膜３２について正確な光学定数を算出することができる。

次いで、反射防止膜３４の一部の反射率、並びに窒化珪素膜３１、酸化膜３３及び加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数に基づいて、反射防止膜３４の光学定数を算出し（ステップＳ５５）、フォトレジスト膜３５の反射率、並びに窒化珪素膜３１、酸化膜３３、加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２及び反射防止膜３４の光学定数に基づいて、フォトレジスト膜３５の光学定数を算出する（ステップＳ５６）。これにより、反射防止膜３４やフォトレジスト膜３５について正確な光学定数を算出することができる。

次いで、算出された各膜の光学定数を用いてトレンチを光学的に表したモデルを異なるＣＤ値のトレンチ毎に作成して記憶する（ステップＳ５７）。

次いで、表面構造特定対象としてのウエハＷの表面反射率を測定し（ステップＳ５８）、該反射率に対応するトレンチのモデルを選び出すことにより、トレンチのＣＤ値を特定する（ステップＳ５９）。

図５の処理によれば、各膜の正確な光学定数を用いてトレンチを光学的に表したモデルを作成し、該作成されたモデルを選び出すことによってトレンチのＣＤ値を特定するため、正確なＣＤ値を特定することができる。

複数のウエハＷのそれぞれについてトレンチのＣＤ値を特定する場合には、最初のウエハＷについて図５の処理における全てのステップを行い、以後のウエハＷについては図５の処理におけるステップＳ５８及びＳ５９を行えばよい。なお、ウエハＷの枚数に余裕がある場合には、各膜の光学定数算出用のウエハＷを準備し、該ウエハＷについて図５の処理におけるステップＳ５１〜Ｓ５７を行ってもよい。

上述した基板処理システム１０では、メトロロジ１６がハーフミラー２１を有する構成であったが、メトロロジ１６の構成はこれに限られない。

図６は、図１におけるメトロロジの変形例の構成を概略的に示す図である。

図６において、メトロロジ１６’は、光源６０と、偏光子６１と、補償板６２と、検出子６３と、分光器６４と、検出器６５とを備える。光源６０、偏光子６１及び補償板６２はウエハＷの表面に対する所定の迎角の直線上に配される。また、検出子６３、分光器６４及び検出器６５は、直線上且つウエハＷに対する垂直軸に関して光源６０、偏光子６１及び補償板６２と対称に配される。

メトロロジ１６’も、ウエハＷの表面からの反射光を観測する。具体的には、光源６０から照射された白色光が偏光子６１、補償板６２を透過してウエハＷに入射する。該入射した白色光はウエハＷの表面において反射する。ウエハＷの表面からの反射光は検出子６３、分光器６４を介して検出器６５に入射する。検出器６５は、入射された反射光を受光し、該反射光を電気信号に変換してシステムコントローラ１４に送信する。

上述した基板処理システム１０では、メトロロジ１６がローダーモジュール１２に接続されるが、メトロロジ１６とローダーモジュール１２とを分離して、メトロロジ１６を基板処理システム１０とは別の場所に配してもよい。

また、上述した図５の表面構造特定処理では、スキャトロメトリ法として反射率測定法が用いられたが、スキャトロメトリ法としてはウエハＷに白色光を照射することにより得られた反射光の位相、強度等から表面構造を特定できるものであればよく、例えば、エリプソメトリ法を用いてもよい。

また、上述した本実施の形態に係る光学定数算出方法はウエハＷだけでなく、積層後に変質する膜を有するウエハであれば、適用することができ、この場合にも、変質する膜の正確な光学定数を算出することができる。

また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータや外部サーバに供給し、コンピュータ等のＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータ等に供給されてもよい。

また、コンピュータ等が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ等に挿入された機能拡張ボードやコンピュータ等に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施例
まず、ステップＳ５１を実行して窒化珪素膜３１及び酸化膜３３の光学定数を算出し、ウエハＷの積層時において、有機絶縁膜３２が成膜されたときに、有機絶縁膜３２の反射率を測定し、該有機絶縁膜３２の反射率及び窒化珪素膜３１の光学定数に基づいて、成膜時の有機絶縁膜３２の光学定数を各波長について算出した。そして、算出されたｎ値（屈折率）及びｋ値（減衰定数）をそれぞれ図７及び図８のグラフに示した（図中の「ｉ」に対応する。）。

また、ステップＳ５３を実行して加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数を各波長について算出した。そして、算出されたｎ値及びｋ値をそれぞれ図７及び図８のグラフに示した（図中の「ii」に対応する。）。

さらに、ステップＳ５４を実行してプラズマによって変質した有機絶縁膜３２の光学定数を各波長について算出した。そして、算出されたｎ値及びｋ値をそれぞれ図７及び図８のグラフに示した（図中の「iii」に対応する。）。

図７及び図８のグラフより、有機絶縁膜３２の光学定数は加熱処理やプラズマ処理によって変化することが確認された。

そして、ステップＳ５５を実行して反射防止膜３４の光学定数を各波長について算出し、算出されたｎ値を図９のグラフに示した（図中の「ｉ」に対応する。）。また、ステップＳ５６を実行してフォトレジスト膜３５の光学定数を各波長について算出し、算出されたｎ値を図１０のグラフに示した（図中の「ｉ」に対応する。）。

次いで、ステップＳ５７及びＳ５８を実行し、さらに、表面構造特定対象としての複数のウエハＷについてＳ５８及びＳ５９を実行し、トレンチのＣＤ値を特定した。また、これらの反射率測定法によってＣＤ値が特定された複数のウエハＷについて、ＳＥＭによってトレンチのＣＤ値（ＣＤ−ＳＥＭ値）を測定した。そして、反射率測定法によるＣＤ値及びＣＤ−ＳＥＭ値を図１１のグラフに「●」でプロットすることにより、反射率測定法によるＣＤ値及びＣＤ−ＳＥＭ値の関係を示した。

比較例
ウエハＷの積層時において、各膜が成膜されたときに、窒化珪素膜３１の反射率、有機絶縁膜３２の反射率、酸化膜３３の反射率、反射防止膜３４の反射率及びフォトレジスト膜３５の反射率を測定し、これらの反射率を用いて成膜時の各膜の光学定数を各波長について算出した。このとき、算出された反射防止膜３４のｎ値を図９のグラフに示し（図中の「ii」に対応する。）、また、算出されたフォトレジスト膜３５のｎ値を図１０のグラフに示した（図中の「ii」に対応する。）。

図９及び図１０のグラフより、実施例と比較例のｎ値及びｋ値が異なることが分かった。これは、実施例では加熱処理によって変質した有機絶縁膜３２の光学定数に基づいて反射防止膜３４やフォトレジスト膜３５の光学定数が算出される一方、比較例では成膜時の有機絶縁膜３２の光学定数に基づいて反射防止膜３４やフォトレジスト膜３５の光学定数が算出されたためであると考えられた。

次いで、成膜時の各膜の光学定数を用いてトレンチを光学的に表したモデルを異なるＣＤ値のトレンチ毎に作成して記憶し、さらに、表面構造特定対象としての複数のウエハＷの表面反射率を測定し、該反射率に対応するトレンチのモデルを選び出す（反射率測定法）ことにより、各ウエハＷにおけるトレンチのＣＤ値を特定した。また、これらの反射率測定法によってＣＤ値が特定された複数のウエハＷについて、ＳＥＭによってトレンチのＣＤ値（ＣＤ−ＳＥＭ値）を測定した。そして、反射率測定法によるＣＤ値及びＣＤ−ＳＥＭ値を図１１のグラフに「◆」でプロットすることにより、反射率測定法によるＣＤ値及びＣＤ−ＳＥＭ値の関係を示した。

図１１のグラフにおいて、実施例のＣＤ値及びＣＤ−ＳＥＭ値の回帰直線の標準誤差は１．６５ｎｍであり、比較例のＣＤ値及びＣＤ−ＳＥＭ値の回帰直線の標準誤差は６．７９ｎｍであった。これにより、実施例のＣＤ値が真のＣＤ値に近いことが分かった。すなわち、本発明の光学定数算出方法によって各膜について正確な光学定数を算出することができ、さらに、正確なＣＤ値を特定することができることが分かった。

本発明の実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。 図１におけるメトロロジの構成を概略的に示す図である。 表面構造が特定されるウエハの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る光学定数算出方法を説明するための工程図である。 図１におけるシステムコントローラが実行するウエハの表面構造特定処理のフローチャートである。 図１におけるメトロロジの変形例の構成を概略的に示す図である。 各波長について算出された有機絶縁膜のｎ値を示すグラフである。 各波長について算出された有機絶縁膜のｋ値を示すグラフである。 各波長について算出された反射防止膜のｎ値を示すグラフである。 各波長について算出されたフォトレジスト膜のｎ値を示すグラフである。 反射率測定法によるＣＤ値及びＣＤ−ＳＥＭ値の関係を示すグラフである。

符号の説明

Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
１１ プロセスモジュール
１４ システムコントローラ
１６ メトロロジ
３０ シリコン基材
３１ 窒化珪素膜
３２ 有機絶縁膜
３３ 酸化膜
３４ 反射防止膜
３５ フォトレジスト膜
３６ 開口部

Claims (6)

1. 複数の膜が積層され、該複数の膜のうち少なくとも１つの下地膜は積層時において光学定数が変化する基板における各膜の光学定数算出方法であって、
   前記複数の膜が積層された後において、前記各膜が除去されて該各膜の下地膜が露出したときに、該露出した下地膜の光学定数を算出することを特徴とする光学定数算出方法。
2. 前記複数の膜は、順に積層された窒化膜、有機絶縁膜、酸化膜、反射防止膜及びフォトレジスト膜であり、該フォトレジスト膜は開口部を有し、該開口部は前記反射防止膜の一部を露出させ、
   それぞれ単膜として前記基板上に形成された窒化膜及び酸化膜の光学定数を事前に算出し、
   前記複数の膜が積層された後に、前記フォトレジスト膜の第１の反射率及び前記露出する反射防止膜の一部の第２の反射率を測定し、
   前記露出する反射防止膜の一部及び前記酸化膜をプラズマで除去した後に、前記有機絶縁膜の第３の反射率を測定し、
   前記フォトレジスト膜及び前記反射防止膜を除去した後に、前記酸化膜の第４の反射率を測定し、
   前記第４の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び酸化膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、
   前記第３の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、
   前記第２の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記反射防止膜の光学定数を算出し、
   前記第１の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜、有機絶縁膜及び反射防止膜の光学定数に基づいて、フォトレジスト膜の光学定数を算出することを特徴とする請求項１記載の光学定数算出方法。
3. 前記光学定数は屈折率及び減衰定数であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学定数算出方法。
4. 複数の膜が積層され、該複数の膜のうち少なくとも１つの下地膜は積層時において光学定数が変化する基板を処理する基板処理システムにおいて、
   前記複数の膜が積層された後において、前記各膜が除去されて該各膜の下地膜が露出したときに、該露出した下地膜の光学定数を算出することを特徴とする基板処理システム。
5. 前記基板の表面における前記各膜をプラズマエッチングによって除去するプラズマ処理装置と、前記基板の表面に光を投射したときの前記各膜からの反射光を観測する反射光測定装置とを備え、
   前記複数の膜は、順に積層された窒化膜、有機絶縁膜、酸化膜、反射防止膜及びフォトレジスト膜であり、該フォトレジスト膜は開口部を有し、該開口部は前記反射防止膜の一部を露出させ、
   それぞれ単膜として前記基板上に形成された窒化膜及び酸化膜の光学定数を事前に算出し、
   前記複数の膜が積層された後に、前記フォトレジスト膜の第１の反射率及び前記露出する反射防止膜の一部の第２の反射率を測定し、
   前記露出する反射防止膜の一部及び前記酸化膜をプラズマで除去した後に、前記有機絶縁膜の第３の反射率を測定し、
   前記フォトレジスト膜及び前記反射防止膜を除去した後に、前記酸化膜の第４の反射率を測定し、
   前記第４の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び酸化膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、
   前記第３の反射率、並びに前記算出された窒化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記有機絶縁膜の光学定数を算出し、
   前記第２の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜及び有機絶縁膜の光学定数に基づいて、前記反射防止膜の光学定数を算出し、
   前記第１の反射率、並びに前記算出された窒化膜、酸化膜、有機絶縁膜及び反射防止膜の光学定数に基づいて、フォトレジスト膜の光学定数を算出することを特徴とする請求項４記載の基板処理システム。
6. 前記光学定数は屈折率及び減衰定数であることを特徴とする請求項４又は５記載の基板処理システム。

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