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特開2024-122469半導体装置の製造方法、膜厚測定方法、及び温度測定方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024122469
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法、膜厚測定方法、及び温度測定方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240902BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/66 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023030028
(22)【出願日】2023-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】森山 誠
(72)【発明者】
【氏名】今村 翼
(72)【発明者】
【氏名】橋本 隆希
(72)【発明者】
【氏名】古林 愛
【テーマコード（参考）】
4M106
5F004
【Ｆターム（参考）】
4M106AA01
4M106BA05
4M106BA08
4M106CA48
4M106DH02
4M106DH03
4M106DH13
4M106DH32
4M106DJ02
4M106DJ20
5F004AA09
5F004BB13
5F004BB22
5F004BB25
5F004BB28
5F004CB09
5F004CB12
5F004DB00
(57)【要約】
【課題】基板に関する各種情報を高精度に取得すること。
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、被加工膜と、被加工膜の上方に形成されたマスクパターンと、を有する基板を用意し、マスクパターンから露出する被加工膜をエッチングする、ことを含み、被加工膜のエッチングは、予め基板の裏面に光を照射し、基板の裏面で反射された第１の反射光と、基板を透過して被加工膜の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた第１の干渉光を観測し、第１の反射光と、基板および被加工膜を透過して被加工膜の上面を透過することなく反射された第３の反射光とが干渉して生じた第２の干渉光を観測し、第１及び第２の干渉光に基づいて、被加工膜の厚さを算出し、第１及び第２の干渉光から算出した被加工膜の厚さに基づくエッチング条件で行う。
【選択図】図３
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、被加工膜と、被加工膜の上方に形成されたマスクパターンと、を有する基板を用意し、マスクパターンから露出する被加工膜をエッチングする、ことを含み、被加工膜のエッチングは、予め基板の裏面に光を照射し、基板の裏面で反射された第１の反射光と、基板を透過して被加工膜の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた第１の干渉光を観測し、第１の反射光と、基板および被加工膜を透過して被加工膜の上面を透過することなく反射された第３の反射光とが干渉して生じた第２の干渉光を観測し、第１及び第２の干渉光に基づいて、被加工膜の厚さを算出し、第１及び第２の干渉光から算出した被加工膜の厚さに基づくエッチング条件で行う。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工膜と、
前記被加工膜の上方に形成されたマスクパターンと、を有する基板を用意し、
前記マスクパターンから露出する前記被加工膜をエッチングする、ことを含み、
前記被加工膜のエッチングは、
予め前記基板の裏面に光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記被加工膜の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた第１の干渉光を観測し、
前記第１の反射光と、前記基板および前記被加工膜を透過して前記被加工膜の上面を透過することなく反射された第３の反射光とが干渉して生じた第２の干渉光を観測し、
前記第１及び第２の干渉光に基づいて、前記被加工膜の厚さを算出し、
前記第１及び第２の干渉光から算出した前記被加工膜の厚さに基づくエッチング条件で行う、
半導体装置の製造方法。
前記被加工膜の上方に形成されたマスクパターンと、を有する基板を用意し、
前記マスクパターンから露出する前記被加工膜をエッチングする、ことを含み、
前記被加工膜のエッチングは、
予め前記基板の裏面に光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記被加工膜の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた第１の干渉光を観測し、
前記第１の反射光と、前記基板および前記被加工膜を透過して前記被加工膜の上面を透過することなく反射された第３の反射光とが干渉して生じた第２の干渉光を観測し、
前記第１及び第２の干渉光に基づいて、前記被加工膜の厚さを算出し、
前記第１及び第２の干渉光から算出した前記被加工膜の厚さに基づくエッチング条件で行う、
半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記マスクパターンは、
前記基板に照射される前記光を遮光する遮光層であり、
前記被加工膜のエッチングは、
前記基板および前記被加工膜を透過して前記遮光層の下面で反射された反射光を前記第３の反射光として前記被加工膜の厚さを算出して行う、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記基板に照射される前記光を遮光する遮光層であり、
前記被加工膜のエッチングは、
前記基板および前記被加工膜を透過して前記遮光層の下面で反射された反射光を前記第３の反射光として前記被加工膜の厚さを算出して行う、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記被加工膜は、
複数の第１の絶縁層と複数の第２の絶縁層とが１層ずつ交互に積層された膜である、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
複数の第１の絶縁層と複数の第２の絶縁層とが１層ずつ交互に積層された膜である、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記被加工膜を形成する前の前記基板の裏面に前記光を照射し、前記基板の裏面で反射された第４の反射光と、前記基板中を透過して前記基板のおもて面を透過することなく反射された第５の反射光とが干渉して生じた第３の干渉光を観測する、ことをさらに含み、
前記被加工膜のエッチングは、
前記第１及び第２の干渉光に加えて、前記第３の干渉光にも基づいて、前記被加工膜の厚さを算出して行う、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記被加工膜のエッチングは、
前記第１及び第２の干渉光に加えて、前記第３の干渉光にも基づいて、前記被加工膜の厚さを算出して行う、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
所定の間隔を空けて配され、所定波長の光を遮光する複数の遮光層と、
前記複数の遮光層の上方に位置し、複数の第１の絶縁層と複数の第２の絶縁層とが１層ずつ交互に積層された被加工膜と、
前記被加工膜の上方に位置し、複数の開口を有するマスクパターンと、を有する基板を用意し、
前記複数の開口から露出する前記被加工膜をエッチングする、ことを含み、
前記被加工膜のエッチングは、
前記被加工膜をエッチングしつつ前記基板の裏面に前記光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記複数の遮光層の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた干渉光を観測し、
前記干渉光に基づいて、エッチング処理中の前記基板の温度を算出し、
前記干渉光から算出した前記基板の温度に基づいて、エッチング処理中の前記基板の温度を調整して行う、
半導体装置の製造方法。
前記複数の遮光層の上方に位置し、複数の第１の絶縁層と複数の第２の絶縁層とが１層ずつ交互に積層された被加工膜と、
前記被加工膜の上方に位置し、複数の開口を有するマスクパターンと、を有する基板を用意し、
前記複数の開口から露出する前記被加工膜をエッチングする、ことを含み、
前記被加工膜のエッチングは、
前記被加工膜をエッチングしつつ前記基板の裏面に前記光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記複数の遮光層の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた干渉光を観測し、
前記干渉光に基づいて、エッチング処理中の前記基板の温度を算出し、
前記干渉光から算出した前記基板の温度に基づいて、エッチング処理中の前記基板の温度を調整して行う、
半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記複数の遮光層は、
前記基板に照射される前記光の波長未満の間隔で前記基板のおもて面に形成される、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記基板に照射される前記光の波長未満の間隔で前記基板のおもて面に形成される、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記複数の遮光層における前記光の透過率であって、次式で表される透過率Ｔは２０％未満である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【数4】
【請求項8】
前記複数の遮光層は、
カーボン、チタン、及びタングステン、並びにこれらの窒化物の少なくともいずれかを主成分とする層である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
カーボン、チタン、及びタングステン、並びにこれらの窒化物の少なくともいずれかを主成分とする層である、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
被加工膜が形成された基板を用意し、
前記基板の裏面に光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記被加工膜の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた第１の干渉光を観測し、
前記第１の反射光と、前記基板および前記被加工膜を透過して前記被加工膜の上面を透過することなく反射された第３の反射光とが干渉して生じた第２の干渉光を観測し、
前記第１及び第２の干渉光に基づいて、前記被加工膜の厚さを算出する、
膜厚測定方法。
前記基板の裏面に光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記被加工膜の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた第１の干渉光を観測し、
前記第１の反射光と、前記基板および前記被加工膜を透過して前記被加工膜の上面を透過することなく反射された第３の反射光とが干渉して生じた第２の干渉光を観測し、
前記第１及び第２の干渉光に基づいて、前記被加工膜の厚さを算出する、
膜厚測定方法。
【請求項10】
おもて面に、所定波長の光を遮光する複数の遮光層が所定の間隔を空けて形成され、複数の第１の絶縁層と複数の第２の絶縁層とが１層ずつ交互に積層された被加工膜が形成され、さらに、前記被加工膜の上方に複数の開口を有するマスクパターンが形成された基板を用意し、
前記複数の開口から露出する前記被加工膜をエッチングしつつ前記基板の裏面に前記光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記複数の遮光層の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた干渉光を観測し、
前記干渉光に基づいて、エッチング処理中の前記基板の温度を算出する、
温度測定方法。
前記複数の開口から露出する前記被加工膜をエッチングしつつ前記基板の裏面に前記光を照射し、
前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記複数の遮光層の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた干渉光を観測し、
前記干渉光に基づいて、エッチング処理中の前記基板の温度を算出する、
温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法、膜厚測定方法、及び温度測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の製造工程において、プラズマにより基板の被加工膜をエッチングする処理が行われる場合がある。プラズマを用いたエッチング処理においては、各種エッチング条件を高精度に制御して、所望の加工形状を得ることが望ましい。このため、基板上の被加工膜の膜厚およびエッチング処理中の基板温度等の各種情報を如何に精度よく取得するかが課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平８－３１６２７９号公報
【特許文献2】特開平７－００４９２１号公報
【特許文献3】特開２００１－１６０５７６号公報
【特許文献4】特表２０１７－５０７３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
１つの実施形態は、基板に関する各種情報を高精度に取得することが可能な半導体装置の製造方法、膜厚測定方法、及び温度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の半導体装置の製造方法は、被加工膜と、前記被加工膜の上方に形成されたマスクパターンと、を有する基板を用意し、前記マスクパターンから露出する前記被加工膜をエッチングする、ことを含み、前記被加工膜のエッチングは、予め前記基板の裏面に光を照射し、前記基板の裏面で反射された第１の反射光と、前記基板を透過して前記被加工膜の下面で反射された第２の反射光とが干渉して生じた第１の干渉光を観測し、前記第１の反射光と、前記基板および前記被加工膜を透過して前記被加工膜の上面を透過することなく反射された第３の反射光とが干渉して生じた第２の干渉光を観測し、前記第１及び第２の干渉光に基づいて、前記被加工膜の厚さを算出し、前記第１及び第２の干渉光から算出した前記被加工膜の厚さに基づくエッチング条件で行う。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態１にかかるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図。
【図2】実施形態１にかかる干渉計の構成の一例を示す模式図。
【図3】実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示する断面図。
【図4】実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示する断面図。
【図5】実施形態１にかかる干渉計により得られるデータの説明図。
【図6】実施形態１にかかる半導体装置の構成の一例を示す断面図。
【図7】実施形態１にかかるウェハのプラズマ処理の手順の一例を示すフロー図。
【図8】実施形態２にかかるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図。
【図9】実施形態２にかかるプラズマ処理装置が備える静電チャックの温度調整機構の一例を示す模式図。
【図10】実施形態２にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示する断面図。
【図11】実施形態２にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示する断面図。
【図12】実施形態２にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示する断面図。
【図13】実施形態２にかかる遮光層およびその上下の構成を示す模式図。
【図14】実施形態２にかかるプラズマ処理中のウェハの状態を示す模式図。
【図15】実施形態２にかかるウェハのプラズマ処理の手順の一例を示すフロー図。
【図16】実施形態２の変形例にかかる遮光層の候補となり得る材質の光学特性を示すグラフ。
【図17】実施形態２の変形例にかかる遮光層の透過率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【0008】
［実施形態１］
以下、図面を参照して実施形態１について詳細に説明する。
以下、図面を参照して実施形態１について詳細に説明する。
【0009】
（プラズマ処理装置の構成例）
図１は、実施形態１にかかるプラズマ処理装置１の構成の一例を模式的に示す断面図である。プラズマ処理装置１は、例えばウェハ１００上に形成された被加工膜をプラズマによりエッチング処理するプラズマエッチング装置として構成されている。
図１は、実施形態１にかかるプラズマ処理装置１の構成の一例を模式的に示す断面図である。プラズマ処理装置１は、例えばウェハ１００上に形成された被加工膜をプラズマによりエッチング処理するプラズマエッチング装置として構成されている。
【0010】
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、ウェハ１００を処理する処理容器であるチャンバ１１を備える。チャンバ１１は例えばアルミニウム製であり、気密に封止することが可能である。
【0011】
チャンバ１１の上部には、ガス供給口１３が設けられている。ガス供給口１３には、配管を通じて図示しないガス供給装置が接続され、ウェハ１００を処理する際に使用される処理ガスが供給される。
【0012】
ガス供給口１３の下方には、上部電極として機能するシャワーヘッド１８が設けられている。シャワーヘッド１８には、板厚方向にシャワーヘッド１８を貫通する複数のガス吐出口１８ｇが設けられている。ガス供給口１３から供給された処理ガスは、ガス吐出口１８ｇを介してチャンバ１１内に導入される。シャワーヘッド１８の下方には、シャワーヘッド１８に対向するように静電チャック２０が配置されている。
【0013】
静電チャック２０は、チャンバ１１内で処理対象のウェハ１００を静電的に吸着して支持するとともに、ウェハ１００の温度を調整可能に構成され、また、下部電極としても機能する。チャンバ１１の側面には図示しないウェハ１００の搬入出口が設けられており、ウェハ１００はこの搬入出口より図示しない搬送アームによってチャンバ１１内の静電チャック２０に載置される。
【0014】
静電チャック２０は、チャンバ１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１２上に支持されている。支持部１２は、シャワーヘッド１８から所定の距離を隔てたチャンバ１１の中央付近に、シャワーヘッド１８と平行に対向するように静電チャック２０を支持する。このような構造によって、シャワーヘッド１８と静電チャック２０とは、１対の平行平板電極を構成している。
【0015】
また、静電チャック２０は、ウェハ１００を静電吸着するチャック機構を備える。チャック機構は、給電板としてのチャック電極２４、給電線４５、及び電源４６を備える。チャック電極２４には、給電線４５を介して電源４６が接続されている。このような機構によって、電源４６からチャック電極２４に直流電力が供給されて、静電チャック２０上面が静電的に帯電される。
【0016】
静電チャック２０には給電線４１が接続されている。給電線４１には、ブロッキングコンデンサ４２、整合器４３、及び高周波電源４４が接続されている。プラズマ処理の際には、高周波電源４４から静電チャック２０に所定の周波数の高周波電力が供給される。このような機構によって、静電チャック２０が下部電極としても機能する。
【0017】
静電チャック２０の外周には、静電チャック２０の側面および底面の周縁部を覆うようにインシュレータリング１５が配置されている。インシュレータリング１５の上方には、静電チャック２０の外周を取り囲むように外周リング１６が設けられている。外周リング１６は、ウェハ１００のプラズマ処理時に、電界がウェハ１００の周縁部で鉛直方向、つまり、ウェハ１００の面に垂直な方向に対して偏向しないように電界を調整する。
【0018】
インシュレータリング１５とチャンバ１１の側壁との間には、バッフルプレート１７が設けられている。バッフルプレート１７は、板厚方向にバッフルプレート１７を貫通する複数のガス排出孔１７ｅを有する。
【0019】
チャンバ１１のバッフルプレート１７よりも下部にはガス排気口１４が設けられている。ガス排気口１４には、チャンバ１１内の雰囲気を排気する真空ポンプ１４ｐが接続されている。
【0020】
チャンバ１１内の静電チャック２０及びバッフルプレート１７と、シャワーヘッド１８とで仕切られた領域は、プラズマ処理室６１となる。シャワーヘッド１８で仕切られたチャンバ１１内上部の領域はガス供給室６２となる。静電チャック２０及びバッフルプレート１７で仕切られたチャンバ１１内下部の領域はガス排気室６３となる。
【0021】
プラズマ処理装置１は、電源４６、整合器４３、高周波電源４４、及びガス供給装置等のプラズマ処理装置１の各部を制御する制御部５０を備える。制御部５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えるコンピュータとして構成されている。制御部５０が、プラズマ処理装置１用途向けの機能を有するＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｕｒｃｕｉｔ）等として構成されていてもよい。
【0022】
ウェハ１００のプラズマ処理時には、制御部５０の制御にしたがって、静電チャック２０上に処理対象であるウェハ１００が載置され、チャック機構によって吸着される。また、ガス排気口１４に接続される真空ポンプ１４ｐでチャンバ１１内が真空引きされる。チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からガス供給室６２に処理ガスが供給され、シャワーヘッド１８のガス吐出口１８ｇを介してプラズマ処理室６１に供給される。
【0023】
また、制御部５０の制御にしたがって、上部電極であるシャワーヘッド１８を接地した状態で、下部電極である静電チャック２０に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室６１内にプラズマを生成させる。下部電極側には高周波電圧による自己バイアスにより、プラズマとウェハ１００との間に電位勾配が生じ、プラズマ中のイオンが静電チャック２０へと加速されることになり、異方性エッチング処理が行われる。
【0024】
（干渉計の構成例）
上述の実施形態１のプラズマ処理装置１においては、例えば種々の材質および膜厚を有する被加工膜をエッチングして、所望の形状に加工する処理が行われる。被加工膜は、所定の材質で所定の膜厚をターゲットとして形成される。しかし、被加工膜の膜厚は、個々のウェハ１００ごとにばらつく場合がある。
上述の実施形態１のプラズマ処理装置１においては、例えば種々の材質および膜厚を有する被加工膜をエッチングして、所望の形状に加工する処理が行われる。被加工膜は、所定の材質で所定の膜厚をターゲットとして形成される。しかし、被加工膜の膜厚は、個々のウェハ１００ごとにばらつく場合がある。
【0025】
そこで、実施形態１の構成においては、以下に示す干渉計３を用いて、被加工膜の膜厚をウェハ１００ごとに予め測定し、膜厚の測定結果に基づいて処理時間等のエッチング条件を適正化したうえでエッチング加工を行う。
【0026】
図２は、実施形態１にかかる干渉計３の構成の一例を示す模式図である。実施形態１の干渉計３は、光の干渉に基づいて、測定対象となるウェハ１００に形成された被加工膜の膜厚を測定することが可能である。
【0027】
図２に示すように、干渉計３は、光源３１、光カプラ３２、コリメータレンズ３３、載置台３４、センサヘッド３５、分光器３６、光ファイバケーブル３７、及び演算装置３０を備える。
【0028】
光ファイバケーブル３７は、光源３１、光カプラ３２、コリメータレンズ３３、センサヘッド３５、及び分光器３６のそれぞれの間を接続する。
【0029】
光源３１は、低コヒーレントなレーザ光を照射するレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等である。コヒーレンスは光波の可干渉性の度合いを示す指標であって、低コヒーレンス光は、コヒーレンス長、つまり、干渉縞を生じさせる光路長差が小さい光である。このような光を用いて測定を行うことで、その光のコヒーレンス長に応じた分解能で測定対象物を観測することができる。
【0030】
このような光源３１を有することで、実施形態１の干渉計３は、低コヒーレンス光干渉計（ＬＣＩ：Ｌｏｗ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）として構成されている。
【0031】
なお、光源３１が照射する光は赤外光であって、例えば波長が１２００ｎｍ以上、より好ましくは、１２５０ｎｍ以上１３５０ｎｍ以下の光を用いることができる。
【0032】
光カプラ３２は、光源３１からの光を分波および合波する受動光デバイスである。光カプラ３２は、光源３１からの光をコリメータレンズ３３へと出射する。
【0033】
コリメータレンズ３３は、平行光が得られるよう収差補正されたレンズである。コリメータレンズ３３は、光カプラ３２からの光を１点に集中させて出射する。
【0034】
センサヘッド３５は、光ファイバケーブル３７の先端部に設けられ、ウェハ１００を載置可能な載置台３４に設けられた貫通孔内に挿入されている。これにより、載置台３４に載置されたウェハ１００の裏面に、光源３１、光カプラ３２、及びコリメータレンズ３３を経由してきた光を照射する。
【0035】
ウェハ１００裏面に照射された光は、ウェハ１００自体、あるいは、ウェハ１００上方に設けられた被加工膜等で反射される。ウェハ１００の各部で反射された複数の反射光は、互いに干渉し合い、複数種類の干渉光としてセンサヘッド３５により検出され、コリメータレンズ３３、及び光カプラ３２を経由して分光器３６へと出射される。
【0036】
分光器３６は、センサヘッド３５により検出された干渉光を波長ごとに分光して得られる干渉スペクトルを測定する。分光器３６によって得られる干渉スペクトルは、波長ごとの干渉光の強度を示している。つまり、干渉スペクトルは、横軸を光の波長とし、縦軸を光の強度とするグラフで表される。分光器３６は、測定した干渉スペクトルを演算装置３０へと出力する。
【0037】
演算装置３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えるコンピュータとして構成されており、干渉スペクトルに基づき各種演算を実行する。演算装置３０は、例えば逆高速フーリエ変換（ｉＦＦＴ：ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により相関信号を得て、相関信号のピークが示すウェハ１００各部における光路長から、ウェハ１００各部の厚さ等を算出する。
【0038】
（半導体装置の製造方法）
次に、図３～図６を用いて、実施形態１の半導体装置の製造方法の一例について説明する。実施形態１の半導体装置の製造方法は、上述の干渉計３を用いた被加工膜の膜厚測定、及び上述のプラズマ処理装置１を用いた被加工膜のエッチング処理を含む。
次に、図３～図６を用いて、実施形態１の半導体装置の製造方法の一例について説明する。実施形態１の半導体装置の製造方法は、上述の干渉計３を用いた被加工膜の膜厚測定、及び上述のプラズマ処理装置１を用いた被加工膜のエッチング処理を含む。
【0039】
図３及び図４は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示する断面図である。図３及び図４には主に、干渉計３による被加工膜１１０の膜厚測定およびプラズマ処理装置１によるエッチング処理の様子を示す。
【0040】
図３（ａ）に示すように、シリコンウェハ等のウェハ１００の上方に、被加工膜１１０及びＣＶＤ－カーボン層１２０をこの順に形成する。ウェハ１００と被加工膜１１０との間には、単層または積層膜を有していてよい。
【0041】
被加工膜１１０は、例えば複数の異種層が多層に積層された膜である。被加工膜１１０は、一例として、第１の絶縁層としての窒化シリコン（ＳｉＮ）層ＮＬと第２の絶縁層としての酸化シリコン（ＳｉＯ）層ＯＬとが１層ずつ交互に積層された膜である。被加工膜１１０に含まれる窒化シリコン層ＮＬと酸化シリコン層ＯＬとの層数は、それぞれが５０層～４００層程度であり得る。
【0042】
ＣＶＤ－カーボン層１２０は、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって形成されるカーボンを主体とする有機層である。このようなＣＶＤ－カーボン層１２０の一例として、アプライドマテリアルズ製ＡＰＦ(Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ Ｆｉｌｍ)が挙げられる。
【0043】
また、上述の干渉計３を用いて被加工膜１１０の膜厚測定を行う。すなわち、被加工膜１１０とＣＶＤ－カーボン層１２０とが形成されたウェハ１００を、上述の載置台３４上に載置し、センサヘッド３５を介して光源３１からのレーザ光等をウェハ１００裏面に照射する。
【0044】
ウェハ１００裏面に照射されたレーザ光の一部は、ウェハ１００の裏面で反射され、反射光３８ｓとして干渉計３のセンサヘッド３５により検出される。レーザ光の他の一部は、ウェハ１００を透過して、被加工膜１１０の下面、つまり、ウェハ１００のおもて面と接する面で反射され、反射光３８ｐとしてセンサヘッド３５により検出される。レーザ光のさらに他の一部は、ウェハ１００及び被加工膜１１０を透過して、ＣＶＤ－カーボン層１２０の下面、つまり、被加工膜１１０の上面と接する面で反射され、反射光３８ｃとしてセンサヘッド３５により検出される。
【0045】
干渉計３の分光器３６は、これらの反射光３８ｓ，３８ｐ，３８ｃが互いに干渉して得られる干渉波のスペクトルを測定する。干渉計３の演算装置３０は、分光器３６で測定された干渉スペクトルに基づき種々の演算を行って、被加工膜１１０の膜厚を算出する。
【0046】
すなわち、ウェハ１００裏面での反射光３８ｓと被加工膜１１０の下面での反射光３８ｐとの干渉光３９ｓｐからは、ウェハ１００の光路長が求まる。光路長は、所定の物質中を光が進む時間と同時間内に真空中を進む距離であり、対象となる物質の屈折率と距離との積で表される。したがって、ウェハ１００の光路長はウェハ１００の屈折率と厚さとに依存するため、既知の材質から構成されるウェハ１００の光路長からは、ウェハ１００の厚さを求めることができる。
【0047】
また、ウェハ１００裏面での反射光３８ｓとＣＶＤ－カーボン層１２０の下面での反射光３８ｃとの干渉光３９ｓｃからは、ウェハ１００と被加工膜１１０との合算の光路長が求まる。この合算の光路長から、上述のウェハ１００の光路長の影響を差し引けば、被加工膜１１０単体での光路長が求まり、既知の材質から構成される被加工膜１１０の光路長から、被加工膜１１０の膜厚を求めることが可能である。
【0048】
なお、このような膜厚測定は、ウェハ１００面内の複数ポイントにおいて行われることが好ましい。１つのウェハ１００から複数の測定データを得た場合、これらの測定データの平均値等を被加工膜１１０の膜厚として用いることができる。
【0049】
図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤ－カーボン層１２０の上方に、さらに酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）層１３０及びレジストパターン１４０ｐをこの順に形成する。酸窒化シリコン層１３０は、例えばプラズマＣＶＤ等により形成される。レジストパターン１４０ｐは、レジスト層のスピンコート並びに露光および現像により形成され、後述するプラズマ処理によって被加工膜１１０に形成したい形状に応じたパターンを有する。図３（ｂ）の例では、被加工膜１１０に貫通孔を形成するため、レジストパターン１４０ｐは、ホール状の複数の開口を含むパターンを有するものとする。
【0050】
この後、レジストパターン１４０ｐをマスクとして酸窒化シリコン層１３０をエッチング加工し、酸窒化シリコン層１３０にレジストパターン１４０ｐが有するパターンを転写する。また、パターンが転写された酸窒化シリコン層１３０をマスクとしてＣＶＤ－カーボン層１２０をエッチング加工し、ＣＶＤ－カーボン層１２０に酸窒化シリコン層１３０のパターンを更に転写する。
【0051】
図４（ａ）に示すように、上記エッチング処理により、ＣＶＤ－カーボン層１２０にパターンが転写されたマスクパターン１２０ｐが、被加工膜１１０の上方に形成される。なお、上記エッチング処理により、レジストパターン１４０ｐ及び酸窒化シリコン層１３０は順次消失している。
【0052】
図４（ｂ）に示すように、例えば上述のプラズマ処理装置１によって、マスクパターン１２０ｐの開口から露出する被加工膜１１０をエッチングして貫通させる。これにより、被加工膜１１０に複数の貫通孔１１１が形成される。貫通孔１１１の底面からはウェハ１００のおもて面が露出する。
【0053】
なお、上述の酸窒化シリコン層１３０のエッチング、及びＣＶＤ－カーボン層１２０のエッチングもまた、プラズマ処理装置１により行われてもよい。この場合、酸窒化シリコン層１３０、ＣＶＤ－カーボン層１２０、及び被加工膜１１０のエッチングを連続して一括で行ってもよい。
【0054】
上記のように被加工膜１１０をエッチングして貫通孔１１１を形成する際には、干渉計３による膜厚測定結果を用いる。すなわち、被加工膜１１０をエッチング加工する際には、干渉計３により得られた被加工膜１１０の膜厚に基づいて、被加工膜１１０がより確実に貫通し、また、露出したウェハ１００のおもて面が不必要にエッチング除去されないよう、エッチング時間等が調整されたエッチング条件が用いられる。
【0055】
ここで、干渉計３により得られるデータのより詳細な例を図５に示す。
【0056】
図５は、実施形態１にかかる干渉計３により得られるデータの説明図である。図５（ａ）は、干渉計３により得られるウェハ１００の光路長のスペクトルデータの一例である。図５（ｂ）～図５（ｅ）は、図５（ａ）の各スペクトルデータを取得した際のウェハ１００の状態を示している。
【0057】
より詳細には、図５（ｂ）はウェハ１００単体の断面図である。図５（ｃ）は、被加工膜１１０及びＣＶＤ－カーボン層１２０が形成された後のウェハ１００の断面図である。図５（ｄ）はＣＶＤ－カーボン層１２０にパターンが転写されてマスクパターン１２０ｐが形成された後のウェハ１００の断面図である。図５（ｅ）は、被加工膜１１０のエッチング加工が完了して貫通孔１１１が形成された後のウェハ１００の断面図である。
【0058】
すなわち、図５（ｃ）のウェハ１００から得られるスペクトルデータは、上述の実施形態１の半導体装置の製造工程において、被加工膜１１０の膜厚測定に用いられるデータに相当する。一方、図５（ｂ）（ｄ）（ｅ）のウェハ１００から得られるスペクトルデータは、参考までに図５（ａ）中に示している。
【0059】
図５（ａ）に示すように、干渉計３によって、各状態のウェハ１００からは、横軸を光路長とし、縦軸を強度とするスペクトルデータが得られる。干渉計３により得られるスペクトルは、ウェハ１００の状態によって大きく異なる。
【0060】
例えばロット投入時のウェハ１００単体の状態では、所定の光路長においてピークを１つ有するスペクトルデータが得られる。この光路長のピークは、ウェハ１００裏面での反射光と、ウェハ１００のおもて面を透過することなく反射された反射光との干渉光から得られる。
【0061】
ウェハ１００単体では、ウェハ１００上には被加工膜１１０等は未形成であり、ウェハ１００のおもて面は、例えば空気等の干渉計３による測定時の雰囲気と接している。光の反射と透過とは屈折率の異なる物質同士の接触面で起こるため、このように、ウェハ１００単体の場合でも、ウェハ１００の表裏面で反射された反射光による干渉光が観測される。このように、ウェハ１００単体でのスペクトルデータが有するピークは、ウェハ１００の光路長を示している。
【0062】
また、被加工膜１１０とＣＶＤ－カーボン層１２０とが形成済みのウェハ１００からは、２つのピークを有するスペクトルデータが得られる。
【0063】
これらのピークのうち１つは、上述の図３（ａ）に示したウェハ１００裏面での反射光３８ｓと被加工膜１１０の下面での反射光３８ｐとの干渉光３９ｓｐから得られる、ウェハ１００の光路長を示すピークである。
【0064】
ウェハ１００の光路長を示すピークの強度が、単体のウェハ１００から得られるピークよりも低下しているのは、ウェハ１００上方に形成された被加工膜１１０が、ウェハ１００のおもて面における光の反射を弱めるためであると考えられる。つまり、ウェハ１００から被加工膜１１０へと一部の光が透過することにより、ウェハ１００のおもて面での反射光３８ｓが減衰するものと推定される。
【0065】
スペクトルデータが有する２つのピークのうち、もう一方のピークは、ウェハ１００裏面での反射光３８ｓとＣＶＤ－カーボン層１２０の下面での反射光３８ｃとの干渉光３９ｓｃから得られる、ウェハ１００と被加工膜１１０との合算の光路長を示すピークである。
【0066】
なお、ＣＶＤ－カーボン層１２０は、波長が１２００ｎｍ以上の赤外光において、物質中の光の減衰を表す消衰係数、及び光の屈折率が共に大きいという性質を有する。つまり、ＣＶＤ－カーボン層１２０は、例えば赤外光の透過率が低く、反射率が高い遮光層として機能しうる。
【0067】
このため、干渉計３の光源３１からウェハ１００裏面に照射され、ウェハ１００と被加工膜１１０とを透過した光の多くが、被加工膜１１０とＣＶＤ－カーボン層１２０との界面において、被加工膜１１０の上面を透過することなく反射される。よって、被加工膜１１０の下面での反射光３８ｐは、比較的高い強度で検出されると考えられる。
【0068】
また、ＣＶＤ－カーボン層１２０に、酸窒化シリコン層１３０を介してレジストパターン１４０ｐが転写されたマスクパターン１２０ｐ形成後のウェハ１００からも、パターン転写前のＣＶＤ－カーボン層１２０を有するウェハ１００と略同様のスペクトルデータが得られる。
【0069】
ただし、マスクパターン１２０ｐは複数の開口を有する。このため、被加工膜１１０の上面を透過することなく反射される反射光には、被加工膜１１０を透過してマスクパターン１２０ｐの非開口部分に到達し、被加工膜１１０と接するＣＶＤ－カーボン層１２０の下面で反射された光と、被加工膜１１０を透過してマスクパターン１２０ｐの開口に到達し、開口から露出した被加工膜１１０の上面と接する空気等により反射された光とが含まれる。
【0070】
ＣＶＤ－カーボン層１２０にパターンが転写される前後でウェハ１００から得られるスペクトルデータが完全には一致しないのは、このためであると考えられる。
【0071】
また、マスクパターン１２０ｐを介したエッチング加工により被加工膜１１０に複数の貫通孔１１１が形成された後のウェハ１００からは、ウェハ１００の光路長付近にピークを１つ有するスペクトルデータが得られる。
【0072】
ウェハ１００のおもて面全体が被加工膜１１０で覆われていたエッチング加工前と比較して、エッチング加工後には、ウェハ１００のおもて面の一部が露出した状態となる。つまり、被加工膜１１０のエッチング加工後のウェハ１００は、図５（ｂ）に示す状態と図５（ｃ）に示す状態とが混在した状態である。
【0073】
このため、ウェハ１００裏面での反射光３８ｓと被加工膜１１０の下面での反射光３８ｐとの干渉光３９ｓｐと、ウェハ１００裏面での反射光３８ｓとＣＶＤ－カーボン層１２０の下面での反射光３８ｃとの干渉光３９ｓｃとが、互いに強め合ったり弱め合ったりしつつ、これらの干渉光３９ｓｐ，３９ｓｃに起因する２つのピーク位置が近づく結果、図５（ａ）に示すような１つのピークを有するスペクトルデータが得られると考えられる。
【0074】
以上のように、各加工段階のウェハ１００において、スペクトルデータは、干渉光３９ｓｐに基づきウェハ１００の光路長を示すピークを有するとともに、一部において干渉光３９ｓｃに基づきウェハ１００及び被加工膜１１０の合算の光路長を示すピークを有することとなる。
【0075】
上記のように、これらの２つのピーク位置が移動することから、ウェハ１００面内、ウェハ１００ごと、あるいはロットごとの被加工膜１１０の膜厚差は、例えばスペクトルデータから得られる被加工膜１１０の光路長差として検出されうる。
【0076】
ただし、被加工膜１１０等が形成されたウェハ１００からは、各構成における光の反射と減衰とを含めた複雑な要因で、スペクトルのピーク位置および強度等が定まる。また、被加工膜１１０自体、絶縁層ＮＬ，ＯＬの多層構造を有しており、絶縁層ＮＬと絶縁層ＯＬとの多数の界面ごとに反射と透過とが繰り返される。このように１層ごとに透過成分と反射成分とに分岐を繰り返した光は複雑な挙動を示し、それがスペクトルデータのピーク位置および強度等にも反映される。
【0077】
したがって、干渉計３の演算装置３０は、被加工膜１１０の膜厚ごとのスペクトルデータのデータベース等を保有していてもよい。実際に被加工膜１１０の膜厚を算出するにあたり、演算装置３０は、上記のデータベースを参照しつつ、測定対象のウェハ１００から得られたスペクトルデータに基づいて、被加工膜１１０の膜厚を同定することができる。
【0078】
これ以降も、様々な膜の形成、エッチング加工、その他の処理が繰り返されて、実施形態１の半導体装置が製造される。図６に、実施形態１の半導体装置１０の構成例を示す。
【0079】
【0080】
図６に示すように、半導体装置１０は、紙面下側から順に、電極膜ＥＬ、ソース線ＳＬ、及び複数のワード線ＷＬを備える。また、半導体装置１０は、複数のワード線ＷＬの上方に、半導体基板ＳＢに設けられた周辺回路ＣＢＡを備える。なお、以下の説明においては、半導体基板ＳＢが配置される側を半導体装置１０の上方側とする。
【0081】
電極膜ＥＬ上には、絶縁膜１６０を介してソース線ＳＬが配置されている。絶縁膜１６０中には複数のプラグＰＧが配置され、プラグＰＧを介してソース線ＳＬと電極膜ＥＬとが電気的な導通を保っている。これにより、半導体装置１０の外部から、電極膜ＥＬ及びプラグＰＧを介してソース線ＳＬにソース電位を印加することができる。
【0082】
ソース線ＳＬ上には複数のワード線ＷＬが積層されている。半導体装置１０において、複数のワード線ＷＬが配置された領域は素子領域ＥＲに相当する。複数のワード線ＷＬの中央部にはメモリ領域ＭＲが配置され、メモリ領域ＭＲの両端部には階段領域ＳＲが配置されている。
【0083】
なお、図６の例では、半導体装置１０が、ワード線ＷＬの積層構造を素子領域ＥＲに１つだけ有することとしているが、半導体装置１０が、メモリ領域ＭＲ及び階段領域ＳＲがそれぞれ設けられたワード線ＷＬの積層構造を、素子領域ＥＲに複数有していてもよい。
【0084】
メモリ領域ＭＲには、ワード線ＷＬを積層方向に貫通する複数のピラーＰＬが配置されている。ピラーＰＬとワード線ＷＬとの交差部には複数のメモリセルが形成される。これにより、半導体装置１０は、例えばメモリ領域ＭＲにメモリセルが３次元に配置された３次元不揮発性メモリとして構成される。
【0085】
階段領域ＳＲでは、複数のワード線ＷＬが階段状に加工されて終端している。複数のワード線ＷＬによって構成される各段のテラス部分には、各階層のワード線ＷＬに接続するコンタクトＣＣがそれぞれ配置される。
【0086】
これらのコンタクトＣＣにより、多層に積層されるワード線ＷＬが個々に引き出される。これらのコンタクトＣＣからは、複数のワード線ＷＬ中央部のメモリ領域ＭＲに含まれるメモリセルに対し、そのメモリセルと同じ高さ位置のワード線ＷＬを介して書き込み電圧および読み出し電圧等が印加される。
【0087】
複数のワード線ＷＬ、ピラーＰＬ、及びコンタクトＣＣは絶縁膜１５０に覆われている。絶縁膜１５０は、複数のワード線ＷＬの周囲にも広がっている。絶縁膜１５０の上方には、半導体基板ＳＢに設けられた周辺回路ＣＢＡが配置されている。
【0088】
半導体基板ＳＢは、例えばシリコン基板等である。半導体基板ＳＢの表面にはトランジスタＴＲ及び配線等を含む周辺回路ＣＢＡが配置されている。コンタクトＣＣからメモリセルに印加される各種電圧は、これらのコンタクトＣＣと電気的に接続される周辺回路ＣＢＡにより制御される。これにより、周辺回路ＣＢＡはメモリセルの電気的な動作を制御する。
【0089】
周辺回路ＣＢＡは絶縁膜１７０で覆われており、この絶縁膜１７０と、複数のワード線ＷＬを覆う絶縁膜１５０とが接合されることにより、複数のワード線ＷＬ、ピラーＰＬ、及びコンタクトＣＣ等の構成と、周辺回路ＣＢＡとを備える半導体装置１０が構成される。
【0090】
このような半導体装置１０を製造するにあたっては、所定の基板上にソース線ＳＬを介して、複数の窒化シリコン層と複数の酸化シリコン層とが１層ずつ交互に積層された積層体を形成する。
【0091】
また、この積層体の一部領域を階段状にエッチング加工して階段領域ＳＲを形成する。また、ピラーＰＬを形成するためのメモリホールを同じくエッチング加工により積層体に形成し、メモリホール内にメモリ層および半導体層等を充填する。
【0092】
その後、リプレース処理と呼ばれる処理により、積層体の複数の窒化シリコン層を導電層に置き換えてワード線ＷＬを形成する。また、階段領域ＳＲにコンタクトＣＣを形成し、積層体の上層には上層配線等を形成する。
【0093】
ここで、リプレース処理前の積層体をエッチング加工する際に、例えば上述のプラズマ処理装置１によるプラズマ処理が用いられる。すなわち、リプレース処理前の積層体は上述の被加工膜１１０に相当し、この被加工膜１１０の窒化シリコン層ＮＬと酸化シリコン層ＯＬとをプラズマ処理することで、上述の貫通孔１１１に相当する複数のメモリホールが形成される。
【0094】
また、積層体が形成される基板は上述のウェハ１００に相当する。上記のソース線ＳＬは、例えばウェハ１００の表面に不純物を拡散することで形成される。なお、ウェハ１００と被加工膜１１０との間にソース線ＳＬ等の他の層が介在していても、それが、例えばＣＶＤ－カーボン層１２０のような遮光層でなければ、上述の干渉計３による被加工膜１１０の膜厚測定が可能である。
【0095】
積層体をリプレース処理し、積層体上方に上層配線等を形成した後、周辺回路ＣＢＡを形成済みの半導体基板ＳＢを、積層体等が形成された基板、つまり、ウェハ１００に貼り合わせる。その後、ウェハ１００は裏面研削等によりソース線ＳＬを残して除去される。さらに、ソース線ＳＬ下方に、プラグＰＧを有する絶縁膜１６０、及び電極膜ＥＬ等を形成する。
【0096】
以上により、実施形態１の半導体装置１０が製造される。
【0097】
（プラズマ処理の例）
次に、図７を用いて、実施形態１のプラズマ処理装置１及び干渉計３を用いたウェハ１００の処理例について説明する。
次に、図７を用いて、実施形態１のプラズマ処理装置１及び干渉計３を用いたウェハ１００の処理例について説明する。
【0098】
図７は、実施形態１にかかるウェハ１００のプラズマ処理の手順の一例を示すフロー図である。図７のフロー図は、ロットの投入から投入されたロットのウェハ１００がプラズマ処理装置１による処理を受けるまでを示している。
【0099】
図７に示すように、所定数のウェハ１００を含む１ロット分のウェハ１００が製造工程に投入される（ステップＳ１０１）。なお、半導体装置１０の製造工程においては、ロットごとに処理が進められる。
【0100】
１ロット分のウェハ１００の上方に、複数の絶縁層ＮＬと複数の絶縁層ＯＬとが１層ずつ交互に積層された被加工膜１１０がそれぞれ形成される（ステップＳ１０２）。また、被加工膜１１０の上方にＣＶＤ－カーボン層１２０がそれぞれ形成される（ステップＳ１０３）。
【0101】
例えばＣＶＤ－カーボン層１２０が形成された状態で、ウェハ１００に対して干渉計３を用いた測定が行われ、被加工膜１１０の膜厚が測定される（ステップＳ１０４）。このとき、上述のように、１つのウェハ１００に対し、ウェハ１００面内の複数個所で膜厚測定を行って、得られた複数データの平均値等をそのウェハ１００における被加工膜１１０の膜厚としてよい。
【0102】
また、被加工膜１１０の膜厚測定は、１ロット分のウェハ１００のうち、少なくとも１つのウェハ１００について行われる。あるいは、膜厚測定は、ロットの最初のウェハ１００、中央のウェハ１００、及び最後のウェハ１００というように、複数のウェハ１００について行われてよい。またあるいは、膜厚測定が、１ロット分のウェハ１００の全数について行われてもよい。
【0103】
被加工膜１１０の膜厚測定後、ＣＶＤ－カーボン層１２０上に酸窒化シリコン層１３０をそれぞれ形成し（ステップＳ１０５）、酸窒化シリコン層１３０上に更にレジストパターン１４０ｐを形成する（ステップＳ１０６）。
【0104】
それぞれのウェハ１００について、レジストパターン１４０ｐをマスクとして酸窒化シリコン層１３０をエッチング加工し（ステップＳ１０７）、レジストパターン１４０ｐが転写された酸窒化シリコン層１３０をマスクとしてＣＶＤ－カーボン層１２０をエッチング加工する（ステップＳ１０８）。これにより、ＣＶＤ－カーボン層１２０にパターンが転写されたマスクパターン１２０ｐがそれぞれのウェハ１００に形成される。
【0105】
それぞれのウェハ１００について、マスクパターン１２０ｐから露出する被加工膜１１０をエッチング加工する（ステップＳ１０９）。このとき、被加工膜１１０が適切に貫通するよう、干渉計３により測定した被加工膜１１０の膜厚に基づいて、エッチング時間等のエッチング条件を調整する。
【0106】
１つのウェハ１００について膜厚測定を行った場合には、そのウェハ１００の被加工膜１１０の膜厚を代表値として、１ロット分のウェハ１００の全体に適用する。
【0107】
複数のウェハ１００について膜厚測定を行った場合には、これらのウェハ１００から得られた複数の膜厚値の平均値を、１ロット分のウェハ１００の全体に適用してよい。または、１ロット分のウェハ１００を、膜厚測定を行ったウェハ１００の数に応じたグループに分け、例えば前半のウェハ１００には、ロットの最初のウェハ１００から得られた膜厚を適用し、中央付近のウェハ１００には、ロットの中央のウェハ１００から得られた膜厚を適用し、後半のウェハ１００には、ロットの最後のウェハ１００から得られた膜厚を適用する、などとすることができる。
【0108】
１ロット分のウェハ１００の全数について膜厚測定を行った場合には、ウェハ１００ごとに、対応する膜厚に基づくエッチング条件を適用することができる。
【0109】
エッチング加工中、制御部５０は、被加工膜１１０の膜厚に応じたエッチング条件下で、被加工膜１１０のエッチング終了時点に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【0110】
被加工膜１１０のエッチング終了時点に到達するまでは（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、制御部５０はエッチング加工を継続する（ステップＳ１０９）。被加工膜１１０のエッチング終了時点に到達すると（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御部５０はチャンバ１１内への電力供給を停止する。
【0111】
以上により、実施形態１のウェハ１００のプラズマ処理が終了する。
【0112】
（概括）
半導体装置の製造工程において、プラズマ処理装置を用いた被加工膜のエッチング加工が行われる場合がある。被加工膜のエッチング加工は、予め適正に定められたエッチング条件を用いて行われる。
半導体装置の製造工程において、プラズマ処理装置を用いた被加工膜のエッチング加工が行われる場合がある。被加工膜のエッチング加工は、予め適正に定められたエッチング条件を用いて行われる。
【0113】
ただし、各ウェハに被加工膜を形成する際、被加工膜の膜厚は例えば定期の品質管理（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等で制御されているものの、被加工膜の膜厚には、ウェハごと、あるいはロットごとにばらつきが生じうる。被加工膜が、複数の異種層が積層された多層構造を有する場合等には、膜厚のロット間でのばらつきは例えば±１０％程度である。
【0114】
このような被加工膜に対して、一律で同一条件を用いてエッチング加工を行うと、被加工膜の実際の膜厚がターゲット膜厚より厚かった場合、所望のエッチング深さに到達しないままエッチングが終了してしまう。また、被加工膜の実際の膜厚がターゲット膜厚より薄かった場合、過剰なオーバーエッチングにより、被加工膜の下地膜がエッチング除去されてしまったり、寸法が拡張するなど被加工膜の加工形状が変化してしまったりする。
【0115】
そこで、例えばプラズマ処理中の発光波長の変化をモニタし、リアルタイムでエンドポイントを検出する手法が用いられる場合がある。しかしながら、エッチング条件等によっては、また、マスクパターンから露出するエッチング面積、つまり、マスクパターンの被覆率が小さい場合等には、波長の変化を充分に捉えることができず、エンドポイント検出ができない場合がある。
【0116】
また、例えば被加工膜の形成後、エリプソメータ等の光学式膜厚計で膜厚測定をし、その測定結果に基づいて、エッチング時間等のエッチング条件を調整する手法も考えられる。しかしながら、被加工膜が例えば複数の異種層が積層された多層構造を有し、全体の層数が１００層を超えるような場合、光学式膜厚計で正確な膜厚測定を行うことは困難である。
【0117】
実施形態１の半導体装置の製造方法によれば、ウェハ１００の裏面に光を照射し、ウェハ１００の裏面で反射された反射光３８ｓと、ウェハ１００を透過して被加工膜１１０の下面で反射された反射光３８ｐとが干渉して生じた干渉光３９ｓｐ、及び上記の反射光３８ｓと、ウェハ１００及び被加工膜１１０を透過してＣＶＤ－カーボン層１２０の下面で反射された反射光３８ｃとが干渉して生じた干渉光３９ｓｃに基づいて、被加工膜１１０の厚さを算出する。
【0118】
これにより、被加工膜１１０の膜厚を高精度に測定することができる。このように、干渉計３を用いた膜厚測定によれば、ウェハ１００上方の被加工膜１１０に関する膜厚情報を高精度に取得することができる。
【0119】
実施形態１の半導体装置の製造方法によれば、干渉光３９ｓｐ，３９ｓｃから算出した被加工膜１１０の厚さに基づくエッチング条件で、マスクパターン１２０ｐから露出する被加工膜１１０が貫通するようにエッチングを行う。
【0120】
これにより、ウェハ１００ごと、あるいは、ロットごとに膜厚の異なる被加工膜１１０に対し、適正なエッチング条件で処理を行うことができる。
【0121】
実施形態１の半導体装置の製造方法によれば、マスクパターン１２０ｐを形成するときは、ウェハ１００に照射される上記光を遮光するＣＶＤ－カーボン層１２０にパターンを形成してマスクパターン１２０ｐとする。これにより、ウェハ１００と被加工膜１１０とを透過して被加工膜１１０の上面を透過することなく反射される反射光３８ｓｃの強度を高めることができ、膜厚測定の精度を高めることができる。
【0122】
実施形態１の半導体装置の製造方法によれば、被加工膜１１０は、複数の絶縁層ＮＬと複数の絶縁層ＯＬとが１層ずつ交互に積層された膜であり、被加工膜１１０に含まれる複数の絶縁層ＮＬは５０層以上である。したがって、被加工膜１１０に含まれる２種の絶縁層ＮＬ，ＯＬの層数は１００層以上である。
【0123】
このように、被加工膜１１０が多層構造を有し、光学式膜厚計での膜厚測定が困難な場合においても、干渉計３を用いることで、被加工膜１１０の膜厚を高精度に測定することができる。また、例えばプラズマ発光の観測によるエンドポイント検出が困難な場合であっても、干渉計３を用いて被加工膜１１０の膜厚を測定することで、エッチング時間等のエッチング条件を適正化することができる。
【0124】
なお、上述の実施形態１では、被加工膜１１０上にＣＶＤ－カーボン層１２０を形成した後、干渉計３による被加工膜１１０の膜厚測定を行うこととした。しかし、被加工膜１１０の膜厚測定は、例えば被加工膜１１０を形成後、ＣＶＤ－カーボン層１２０の形成前のタイミングで行ってもよい。
【0125】
光の透過と反射とは、屈折率の異なる物質の界面で起こる。このため、被加工膜１１０を形成後、被加工膜１１０の上面が空気等の測定環境における雰囲気と接する状態であっても、干渉計３を用いた被加工膜１１０の膜厚測定を行うことが可能である。
【0126】
また、被加工膜１１０の膜厚測定を、ＣＶＤ－カーボン層１２０の形成後、酸窒化シリコン層１３０の形成後、もしくはレジストパターン１４０ｐの形成後、または、酸窒化シリコン層１３０のエッチング加工後、もしくはＣＶＤ－カーボン層１２０のエッチング加工後のいずれかのタイミングで行ってもよい。
【0127】
このように、被加工膜１１０の膜厚測定は、被加工膜１１０の形成後、被加工膜１１０のエッチング加工を開始する前のいずれかのタイミングで実施することが可能である。
【0128】
なお、被加工膜１１０上に更に他の層を形成した後に膜厚測定を行う場合には、少なくとも被加工膜１１０の直上には、遮光層として機能する層が形成されていることが好ましい。
【0129】
例えば、ＣＶＤ－カーボン層１２０は、上述のように遮光層としての特性を有する。このため、ＣＶＤ－カーボン層１２０上に、酸窒化シリコン層１３０、レジストパターン１４０ｐ等が形成された場合であっても、これらの層に透過する光の量は極めて少なく、これらの層は、被加工膜１１０の膜厚測定に殆ど影響を及ぼさないと考えられる。
【0130】
そのほか、遮光層として機能する層としては、上述のＣＶＤ－カーボン層１２０等のカーボン系の層に加え、チタン層もしくはタングステン層、または、カーボン系材料、チタン、もしくはタングステンの窒化層等が挙げられる。
【0131】
また、上述の実施形態１では、被加工膜１１０等が形成されたウェハ１００から、ウェハ１００の表裏面の反射光３８ｓ，３８ｐの干渉光３９ｓｐを測定し、被加工膜１１０から得られる干渉光３９ｓｃへのウェハ１００による影響を見積もることとした。
【0132】
しかし、例えば被加工膜１１０形成前のウェハ１００単体でも干渉計３による測定を行うことで、ウェハ１００単体での干渉スペクトルを得ることができる。ウェハ１００単体での干渉スペクトルと、被加工膜１１０等が形成されたウェハ１００から得られる干渉スペクトルとの解析結果から、被加工膜１１０の膜厚測定を行ってもよい。
【0133】
半導体装置の製造に用いられるシリコンウェハ等は、厳密な品質管理が行われ、厚さを含むシリコンウェハの種々の仕様には、殆どばらつきはないと考えられる。ただし、この場合であっても、被加工膜１１０形成後のウェハ１００のみならず、ウェハ１００単体での干渉スペクトルをも参照することで、より確実に、また、より高精度に、被加工膜１１０の膜厚を測定することができると考えられる。
【0134】
ウェハ１００単体での測定は、例えばロット投入時に、１つのウェハ１００に対して、ウェハ１００面内の複数個所で行うことができる。また、そのロット内に含まれる１つ、または複数のウェハ１００について行うことができる。ロット内のウェハ１００を全数検査してもよい。
【0135】
また、上述の実施形態１では、干渉計３により得られた被加工膜１１０の膜厚に基づいて、例えばエッチング時間を変更して、所望の加工形状が得られるようエッチング処理を行うこととした。しかし、エッチング条件には、圧力、高周波電力値、処理ガスの種類および流量、ウェハ温度等、エッチングレート及び加工形状を制御可能な種々のパラメータがある。
【0136】
したがって、被加工膜１１０の膜厚に基づいてエッチング条件を変更する際には、エッチング条件に替えて、あるいは加えて、他のパラメータを変更してもよい。
【0137】
［実施形態２］
以下、図面を参照して実施形態２について詳細に説明する。実施形態２においては、干渉光を用いてプラズマ処理中のウェハ温度の測定を行う点が、上述の実施形態１とは異なる。以下の図面において、上述の実施形態１と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略することがある。
以下、図面を参照して実施形態２について詳細に説明する。実施形態２においては、干渉光を用いてプラズマ処理中のウェハ温度の測定を行う点が、上述の実施形態１とは異なる。以下の図面において、上述の実施形態１と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略することがある。
【0138】
（プラズマ処理装置の構成例）
図８は、実施形態２にかかるプラズマ処理装置２の構成の一例を模式的に示す断面図である。実施形態２のプラズマ処理装置２は、上述の実施形態１の干渉計３の各構成に相当する構成を備えている。
図８は、実施形態２にかかるプラズマ処理装置２の構成の一例を模式的に示す断面図である。実施形態２のプラズマ処理装置２は、上述の実施形態１の干渉計３の各構成に相当する構成を備えている。
【0139】
すなわち、プラズマ処理装置２は、上述の実施形態１の干渉計３に相当する構成として、光源２３１、光カプラ２３２、コリメータレンズ２３３、センサヘッド２３５、分光器２３６、及び光ファイバケーブル２３７を備える。また、プラズマ処理装置２は、上述の実施形態１の静電チャック２０及び制御部５０に替えて、静電チャック２２０及び制御部２５０を備えている。
【0140】
上述の実施形態１の干渉計３と同様、光ファイバケーブル２３７は、光源２３１、光カプラ２３２、コリメータレンズ２３３、センサヘッド２３５、及び分光器２３６の間をそれぞれ接続する。センサヘッド２３５は、プラズマ処理装置２のチャンバ１１内の静電チャック２２０に設けられた貫通孔に挿入されている。
【0141】
これにより、光源２３１からの光を、センサヘッド２３５を介して、静電チャック２２０に載置されたウェハ２００の裏面に照射可能である。また、ウェハ２００の各部からの干渉光は、センサヘッド２３５及びコリメータレンズ２３３を介して分光器２３６へと出射され、分光器２３６は、それらの干渉光を解析して得た干渉スペクトルを制御部２５０へと出力する。
【0142】
このように得られた干渉スペクトルを用いることで、既知の材質および既知の厚さを有するウェハ２００等の物質の温度を算出することができる。
【0143】
プラズマ処理装置２の制御部２５０は、分光器２３６からの干渉スペクトルを解析する演算装置としての機能も備えている。よって、制御部２５０は、分光器２３６から出力されたウェハ２００の干渉スペクトルを解析して、プラズマ処理装置２内でプラズマ処理中のウェハ２００の温度を算出する。
【0144】
（静電チャックの構成例）
次に、図９を用いて静電チャック２２０の温度調整機構について説明する。
次に、図９を用いて静電チャック２２０の温度調整機構について説明する。
【0145】
図９は、実施形態２にかかるプラズマ処理装置２が備える静電チャック２２０の温度調整機構の一例を示す模式図である。図９（ａ）は静電チャック２２０の上面図であり、図９（ｂ）は静電チャック２２０の断面を含む温度調整機構の模式図である。ただし、図９において、センサヘッド２３５が挿入される貫通孔は省略されている。
【0146】
図９に示すように、プラズマ処理装置２の静電チャック２２０は、本体２１、チャック部２２、及びセラミック板２３を含む。本体２１は、静電チャック２２０の基部となる。チャック部２２は、上述のチャック電極２４等を備え、本体２１上に配置される。セラミック板２３は、静電チャック２２０の最表面に配置され、ウェハ２００の載置面となる。
【0147】
また、静電チャック２２０は、温度調整機構の一部を構成する冷媒流路２５及びガス流路２８を備えている。冷媒流路２５及びガス流路２８に加えて、静電チャック２２０には、温度調整機構として、チラー８２、ガス供給管８１、流量制御装置（ＭＦＣ：Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）８３、バルブ８４、タンク８５、及び温度センサ８６，８７が設けられている。
【0148】
チラー８２は、静電チャック２２０の本体２１に接続され、静電チャック２２０内に、所定温度に制御した冷媒を循環可能に構成されている。すなわち、冷媒は、チラー８２の吐出口から静電チャック２２０に向けて吐出され、チラー８２の流入口へと流入することで、チラー８２と静電チャック２２０との間で循環される。冷媒としては、所望する温度範囲に応じて、例えばエチレングリコール等のフッ化炭化水素、水、その他の液体が用いられる。
【0149】
冷媒流路２５は、静電チャック２２０の本体２１内部の所定の深さ位置に、静電チャック２２０の表面、すなわち、ウェハ２００の載置面であるセラミック板２３に沿うように設けられている。冷媒流路２５は、本体２１内部を蛇行し、あるいは、本体２１内部で複数に分岐する等、任意のデザインを有していてよい。冷媒流路２５が、独立した複数の流路を含んでいてもよい。
【0150】
冷媒流路２５の本体２１への流入口側には温度センサ８７が設けられ、流出口側には温度センサ８６が設けられている。チラー８２は、これらの温度センサ８６，８７の検出結果に基づいて冷媒の温度を制御する。
【0151】
ガス流路２８は、静電チャック２２０を貫通して設けられており、セラミック板２３の表面に開口する複数の開口部２８ｇを有する。複数の開口部２８ｇは、セラミック板２３の全面に分散して設けられている。冷媒流路２５を独立した複数の流路とした場合には、ガス流路２８もまた、独立した複数の流路を含んでいてよい。
【0152】
ガス流路２８の上流端には、ガス供給源ＣＹが上流端に接続されたガス供給管８１の下流端が接続されている。ガス供給源ＣＹは、例えばＨｅガス、Ａｒガス等の熱伝導率の高いガスが貯蔵されている。ガス供給管８１には、上流側から順に、ＭＦＣ８３、バルブ８４、及びタンク８５が設けられている。また、タンク８５には、タンク８５内の圧力を計測する圧力センサ８５ｐが設けられている。
【0153】
ガス供給管８１のバルブ８４を開放することで、ガス供給源ＣＹから流出したガスが、ＭＦＣ８３で流量を制御され、一旦、タンク８５内に貯蔵され、圧力調整されてセラミック板２３の複数の開口部２８ｇから、セラミック板２３の表面とウェハ２００の裏面との間に拡散する。
【0154】
プラズマ処理装置２の制御部２５０は、圧力センサ８５ｐの計測結果に基づいて、ＭＦＣ８３によりガス流量を変化させ、タンク８５内の圧力を制御する。これにより、タンク８５内に一時的に貯蔵されていたガスが、セラミック板２３の複数の開口部２８ｇに所定の圧力で供給される。
【0155】
上記のように、熱伝導率の高いガスが流れるガス流路２８は、温度制御された冷媒が流れる冷媒流路２５の近傍であって、冷媒流路２５よりもウェハ２００載置面であるセラミック板２３に近い側に配置されている。
【0156】
これにより、冷媒流路２５を流れる冷媒と、ガス流路２８を流れるガスとの間で熱交換が行われ、ガスが所定の温度に制御される。所定温度に制御されたガスが、ウェハ２００の裏面に拡散されることで、ウェハ２００の温度を調整することができる。
【0157】
上述のように、冷媒流路２５及びガス流路２８をそれぞれ、独立した複数の流路とした場合には、静電チャック２２０を複数のゾーンに分割して、ゾーンごとに異なる温度に調整してもよい。
【0158】
（半導体装置の製造方法）
次に、図１０～図１４を用いて、実施形態２の半導体装置の製造方法の一例について説明する。実施形態２の半導体装置の製造方法は、上述のプラズマ処理装置２におけるウェハ２００のプラズマ処理を含む。
次に、図１０～図１４を用いて、実施形態２の半導体装置の製造方法の一例について説明する。実施形態２の半導体装置の製造方法は、上述のプラズマ処理装置２におけるウェハ２００のプラズマ処理を含む。
【0159】
図１０～図１２は、実施形態２にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示する断面図である。図１０～図１２には主に、ロットの投入からプラズマ処理装置２によるエッチング処理が行われるまでの様子を示す。
【0160】
【0161】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、ウェハ２００のおもて面に、複数の凹部２０１を形成する。複数の凹部２０１は、後にセンサヘッド２３５を介して光が照射されることとなる部分のウェハ２００裏面と上下で重なる領域に、上面視で互いに略等しい面積を有し、所定の間隔を空けて周期的に配置される。このとき、複数の凹部２０１間の距離が、後にウェハ２００裏面に照射されることとなる光の波長未満となるようにする。
【0162】
図１０（ｂ）に示すように、複数の凹部２０１内にＣＶＤ－カーボン層を充填する。これにより、後に光が照射される部分のウェハ２００裏面に対応するウェハ２００のおもて面の領域に、所定の間隔を空けて周期的に配置される複数の遮光層２１０が形成される。
【0163】
複数の遮光層２１０の上面から見た形状は、例えば円形、オーバル形、楕円形、または多角形等とする。このとき、複数の遮光層２１０間の間隔が光の波長未満となるよう、複数の遮光層２１０は、例えば六方細密格子のパターンに配置することができる。
【0164】
ただし、上述の複数の凹部２０１及び複数の遮光層２１０をウェハ２００全面に亘って形成してもよい。
【0165】
図１０（ｃ）に示すように、ウェハ２００の上方に、複数の絶縁層ＮＬ，ＯＬ（上述の図３参照）が一層ずつ交互に積層された被加工膜１１０を形成する。これにより、ウェハ２００のおもて面に形成された複数の遮光層２１０が被加工膜１１０で覆われる。上述のように、遮光層２１０を例えばウェハ２００のおもて面全体を覆うように形成せず、所定間隔を空けて配置することで、被加工膜１１０の膜剥がれ等を抑制することができる。
【0166】
また、被加工膜１１０の上方に、ＣＶＤ－カーボン層１２０、酸窒化シリコン層１３０、及びレジストパターン１４０ｐをこの順に形成する。
【0167】
図１１（ａ）に示すように、酸窒化シリコン層１３０及びＣＶＤ－カーボン層１２０を順次エッチング加工して、レジストパターン１４０ｐが転写されたＣＶＤ－カーボン層１２０のマスクパターン１２０ｐを形成する。
【0168】
図１１（ｂ）に示すように、プラズマ処理装置２を用いて、被加工膜１１０のエッチング加工を開始する。すなわち、プラズマ処理装置２のチャンバ１１内にウェハ２００を搬入し、静電チャック２２０上に載置する。また、静電チャック２２０の下方から、センサヘッド２３５を介して光源２３１からの光をウェハ２００の裏面に照射しつつ、チャンバ１１内にプラズマＰを生成する。
【0169】
これにより、マスクパターン１２０ｐの開口から露出する部分の被加工膜１１０のエッチング加工が開始される。
【0170】
図１２（ａ）に示すように、プラズマ処理装置２にてプラズマ処理を継続することで、被加工膜１１０のエッチング深さが増していく。
【0171】
図１２（ｂ）に示すように、所定時間経過後、被加工膜１１０の露出部分が貫通し、複数の貫通孔１１１が形成される。これらの貫通孔１１１の底面には、遮光層２１０またはウェハ２００のおもて面が露出する。
【0172】
ここで、被加工膜１１０のエッチング加工中、ウェハ２００は高温のプラズマに曝される。プラズマ処理中は、ウェハ２００の温度が一定に保たれるよう、プラズマ処理装置２の静電チャック２２０によってウェハ２００の温度制御が行われるものの、プラズマからの熱によりウェハ２００温度は徐々に上昇していく。
【0173】
ウェハ２００の裏面に照射された光の一部は、ウェハ２００裏面で反射され、反射光２３８ｓとしてセンサヘッド２３５により検出される。また、ウェハ２００の裏面に照射された光の他の一部は、ウェハ２００を透過して遮光層２１０の裏面で反射され、反射光２３８ｂとしてセンサヘッド２３５により検出される。
【0174】
上述の分光器２３６は、これらの反射光３８ｓ，３８ｂが互いに干渉して得られる干渉波のスペクトルを測定する。プラズマ処理装置１の制御部２５０は、分光器２３６で測定された干渉スペクトルに基づき種々の演算を行って、プラズマ処理中のウェハ２００の温度を算出する。
【0175】
すなわち、ウェハ２００裏面での反射光３８ｓと遮光層２１０の下面での反射光３８ｂとの干渉光３９ｓｂからはウェハ２００の光路長が求まる。上述のように、光路長は、対象となる物質の屈折率と、物質中を光が進む距離、つまり、物質の厚さとの積で表される。また、物質の屈折率と厚さとは、いずれもその時の物質の温度に依存して変化する。
【0176】
したがって、プラズマ処理中にウェハ２００の温度が変化すると、ウェハ２００の光路長もまた変化する。よって、半導体装置の製造に用いられるウェハ２００のように、各温度での屈折率および厚さが既知である場合には、ウェハ２００の光路長から、その時のウェハ２００の温度を求めることができる。
【0177】
このような干渉光を用いた温度測定においては、複数の遮光層２１０間の間隔が、上述のように、ウェハ２００裏面に照射される光の波長未満となっていることが好ましい。これにより、マスクパターン１２０ｐのパターンが形成され、被加工膜１１０がエッチング加工される領域では、光は複数の遮光層２１０間を通り抜けて被加工膜１１０へと透過することなく、これらの遮光層２１０のいずれかに遮蔽され、反射光２３８ｂとなってセンサヘッド２３５により検出される。
【0178】
仮に、マスクパターン１２０ｐのパターンが形成され、被加工膜１１０がエッチング加工される領域で、被加工膜１１０側へと一部の光が透過した場合、その光の更に一部は、被加工膜１１０のエッチング加工端で反射され、反射光２３８ｐとなってセンサヘッド２３５により検出されうる。
【0179】
図１１（ｂ）～図１２（ｂ）に示すように、被加工膜１１０中におけるエッチング加工端の到達深さは経時的に変化していく。このため、エッチング加工端での反射光２３８ｐ、及び反射光２３８ｐと、ウェハ２００各部での反射光２３８ｓ，２３８ｂ等の他の反射光との干渉光もまた、経時的に変化していき、ウェハ２００の温度を算出するうえでの攪乱要因となり得る。
【0180】
複数の遮光層２１０を光の波長未満の間隔で配置することで、このような攪乱要因を予め取り除くことができる。
【0181】
なお、上述の図１０（ａ）（ｂ）の処理において、複数の遮光層２１０を形成する際、マスクパターン１２０ｐのパターンが形成され、被加工膜１１０がエッチング加工されることとなる領域では、複数の貫通孔１１１と上下に重なる位置に、上面視で、貫通孔１１１のサイズよりも若干大きな面積を有する遮光層２１０を配置してもよい。
【0182】
これにより、貫通孔１１１の底面全体が遮光層２１０上に到達することとなり、被加工膜１１０のエッチング特性、及び貫通孔１１１の加工形状等を均一にすることが容易となる。
【0183】
被加工膜１１０の貫通孔１１１が、例えば上述の実施形態１の半導体装置１０のピラーＰＬを形成するためのメモリホール等である場合、これらの貫通孔１１１は、上面視で例えば千鳥状配置を取るなど、高密度に配置される。したがって、これらの貫通孔１１１の形成位置に対応するよう複数の遮光層２１０を配置した場合でも、遮光層２１０間の間隔を光の波長未満とすることが可能である。
【0184】
また、貫通孔１１１が、ピラーＰＬを形成するためのメモリホール等である場合、貫通孔１１１形成後、底面に露出した遮光層２１０は、エッチングまたはアッシングにより除去することができる。
【0185】
ここで、好ましい遮光層２１０の特性について考察する。
【0186】
図１３は、実施形態２にかかる遮光層２１０及びその上下の構成を示す模式図である。図１３に示すように、ウェハ２００、遮光層２１０、及び被加工膜１１０の屈折率および消衰係数をそれぞれ屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ２及び消衰係数ｋ０，ｋ１，ｋ２とする。
【0187】
また、上記の光源２３１からウェハ２００、遮光層２１０、及び被加工膜１１０にそれぞれ入射する光の透過率、つまり、空気中、ウェハ２００中、及び遮光層２１０中における上記光の透過率をそれぞれ透過率Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２とする。また、ウェハ２００と遮光層２１０との界面、及び遮光層２１０と被加工膜１１０との界面における上記光の反射率をそれぞれ反射率Ｒ０，Ｒ１とする。
【0188】
この場合、ウェハ２００に入射する上記光の空気中の透過率Ｔ０を１とすると（Ｔ０＝１）、ウェハ２００における透過率Ｔ１は以下の式（１）で表すことができる。
【0189】
Ｔ１＝Ｔ０－Ｒ０＝１－Ｒ０・・・（１）
【0190】
また、遮光層２１０中の上記光の減衰を考慮すると、遮光層２１０に入射してくる光の透過率Ｔ’１は、遮光層２１０の層厚ｄと吸収係数αとを用いて以下の式（２）で表すことができる。なお、式（２）において、ｅは自然対数の底である。
【0191】
Ｔ’１＝（１－Ｒ０）ｅ－αｄ・・・（２）
【0192】
また、ウェハ２００と遮光層２１０との界面、及び遮光層２１０と被加工膜１１０との界面における反射率Ｒ０，Ｒ１は、それぞれ以下の式（３）、式（４）で表される。
【0193】
【数1】
【0194】
【数2】
【0195】
以上のことから、上記光の波長λを用いて遮光層２１０の吸収係数α＝４πｋ１／λとすると、被加工膜１１０に入射することとなる上記光の遮光層２１０における透過率Ｔ２は以下の式（５）で表すことができる。
【0196】
【数3】
【0197】
このように、遮光層２１０中の上記光の透過率Ｔ２は、吸収係数α及び消衰係数ｋ１等の遮光層２１０の物性値ならびに層厚に依存することとなる。実施形態２の構成においては、遮光層２１０の透過率Ｔ２が２０％未満、より好ましくは１０％未満となる物性および層厚を有する遮光層２１０を用いることができる。この場合、ウェハ２００側と被加工膜１１０側とから遮光層２１０に入射し、遮光層２１０を往復することで、センサヘッド２３５に返ってくる光の強度は４％未満に減衰していることとなる。よって、このような遮光層２１０により、被加工膜１１０側からの光が充分に遮光されると言える。
【0198】
一例として、遮光層２１０がＣＶＤ－カーボン層であって、層厚が４００ｎｍの遮光層２１０に、波長が１３１０ｎｍの光を照射した場合、遮光層２１０の透過率Ｔ２は７．０２４７％である。また、波長が１３１０ｎｍの光を照射する場合において、遮光層２１０の上面視での寸法を１００ｎｍ、ピッチを１５０ｎｍなどとすることができる。
【0199】
以上のように選定された遮光層２１０によって被加工膜１１０側の光の影響を遮蔽したうえで、上記の干渉光を用いた測定により、プラズマ処理中のウェハ２００の温度を算出することができる。上述のように、ウェハ２００の光路長は、ウェハ２００を構成するシリコン等の屈折率と、ウェハ２００の厚さとの積で表され、これらの屈折率および厚さは、いずれもウェハ２００の温度の関数で表される。
【0200】
【0201】
図１４に示すように、プラズマ処理中、ウェハ２００の温度は徐々に上昇していき、それに伴ってウェハ２００が膨張する。これにより、低温時と高温時とではウェハ２００の厚さ、及びウェハ２００を透過してウェハ２００のおもて面で反射される光のウェハ２００中を進む距離も異なってくる。
【0202】
上述の干渉光を用いた測定では、このような差が、ウェハ２００の温度による光路長差として検出される。ウェハ２００の材質および元の厚さは既知であるので、ウェハ２００の熱膨張率に、温度変化による屈折率の変化を加味すると、ウェハ２００の光路長の変化に基づいて、プラズマ処理中のウェハ２００の温度変化を検出することが可能である。
【0203】
被加工膜１１０のエッチング加工中、高温のプラズマに曝されるウェハ２００温度を一定に保つため、静電チャック２２０の冷媒流路２５には、チラー８２により所定の温度に制御された冷媒が循環される。また、静電チャック２２０に載置されるウェハ２００裏面には、ガス供給源ＣＹからＭＦＣ８３、タンク８５、及びガス流路２８の開口部２８ｇを介して、冷媒との熱交換により所定温度に制御されたＨｅガス等の熱伝導率の高いガスが供給される。これにより、ウェハ２００の温度が所望の温度に制御される。
【0204】
しかし、上述のように、プラズマ処理が進行するにつれ、プラズマからの熱によってウェハ２００温度は徐々に上昇していく。プラズマ処理装置２の制御部２５０は、上述のように測定したウェハ２００の温度に基づいて、例えばウェハ２００の裏面に供給するガス圧を増大させる。
【0205】
具体的には、制御部２５０は、タンク８５内に流入させるガス流量をＭＦＣ８３によって増加させ、タンク８５内の圧力を上昇させる。これにより、ウェハ２００裏面に供給されるガス圧が上昇し、ウェハ２００の温度を低下させることができる。
【0206】
このように、温度測定結果に基づいて、静電チャック２２０等によりウェハ２００の温度を制御することで、プラズマ処理中のウェハ２００温度の上昇等を抑制し、ウェハ２００温度を略一定に保つことが容易となる。
【0207】
以上により、実施形態２のプラズマ処理装置２による被加工膜１１０のエッチング加工が終了する。
【0208】
これ以降も、様々な膜の形成、エッチング加工、その他の処理を繰り返すことで、例えば上述の実施形態１と同様の半導体装置が製造される。
【0209】
（プラズマ処理の例）
次に、図１５を用いて、実施形態２のプラズマ処理装置２を用いたウェハ２００の処理例について説明する。
次に、図１５を用いて、実施形態２のプラズマ処理装置２を用いたウェハ２００の処理例について説明する。
【0210】
図１５は、実施形態２にかかるウェハ２００のプラズマ処理の手順の一例を示すフロー図である。図１５のフロー図は、ロットの投入から投入されたロットのウェハ２００がプラズマ処理装置２による処理を受けるまでを示している。
【0211】
図１５に示すように、所定数のウェハ２００を含む１ロット分のウェハ２００が製造工程に投入される（ステップＳ２０１）。
【0212】
１ロット分のウェハ２００のおもて面に、所定間隔を空けて周期的に配置される複数の遮光層２１０が形成される（ステップＳ２０２）。
【0213】
また、ウェハ２００の上方に、複数の絶縁層ＮＬと複数の絶縁層ＯＬとが１層ずつ交互に積層された被加工膜１１０がそれぞれ形成される（ステップＳ２０３）。これにより、ウェハ２００のおもて面に形成された複数の遮光層２１０が被加工膜１１０により覆われる。
【0214】
また、被加工膜１１０の上方にＣＶＤ－カーボン層１２０をそれぞれ形成し（ステップＳ２０４）、ＣＶＤ－カーボン層１２０上に酸窒化シリコン層１３０を形成し（ステップＳ２０５）、酸窒化シリコン層１３０上に更にレジストパターン１４０ｐを形成する（ステップＳ２０６）。
【0215】
それぞれのウェハ１００について、レジストパターン１４０ｐをマスクとして酸窒化シリコン層１３０をエッチング加工し（ステップＳ２０７）、レジストパターン１４０ｐが転写された酸窒化シリコン層１３０をマスクとしてＣＶＤ－カーボン層１２０をエッチング加工する（ステップＳ２０８）。これにより、ＣＶＤ－カーボン層１２０にパターンが転写されたマスクパターン１２０ｐがそれぞれ形成される。
【0216】
それぞれのウェハ１００について、マスクパターン１２０ｐから露出する被加工膜１１０をエッチング加工する。このとき、制御部２５０は、プラズマ処理中のウェハ２００裏面に光を照射して、プラズマ中でのウェハ２００の温度をモニタし（ステップＳ２０９）、ウェハ２００温度が変動しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。
【0217】
ウェハ２００温度が変動していた場合（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、制御部２５０は、ウェハ２００が所望の温度に維持されるよう、例えば静電チャック２２０へのＨｅガス等のガスの供給圧を変更する（ステップＳ２１１）。ウェハ２００が所望温度に維持されている場合には（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、ステップＳ２１１のフィードバック制御は行わず、静電チャック２２０へのガス供給圧をそのまま維持する。
【0218】
また、制御部２５０は、被加工膜１１０のエッチング終了時点に到達するまで（ステップＳ２１２：Ｎｏ）エッチング加工を継続し（ステップＳ２０９）。エッチング終了時点に到達すると（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、チャンバ１１内への電力供給を停止する。
【0219】
以上により、実施形態２のウェハ２００のプラズマ処理が終了する。
【0220】
（概括）
プラズマ処理装置を用いて被加工膜のエッチング加工を行う際、高温のプラズマに曝されてウェハの温度が変動すると、被加工膜のエッチングレート及び加工形状もまた変動してしまう。このため、例えばプラズマ処理中の静電チャックの温度をモニタし、ウェハの温度をフィードバック制御している。しかしながら、静電チャックの温度と実際のウェハ温度とには１０℃以上の差があり、充分に精度の高い温度制御を行うことは困難である。
プラズマ処理装置を用いて被加工膜のエッチング加工を行う際、高温のプラズマに曝されてウェハの温度が変動すると、被加工膜のエッチングレート及び加工形状もまた変動してしまう。このため、例えばプラズマ処理中の静電チャックの温度をモニタし、ウェハの温度をフィードバック制御している。しかしながら、静電チャックの温度と実際のウェハ温度とには１０℃以上の差があり、充分に精度の高い温度制御を行うことは困難である。
【0221】
そこで、例えば温度測定ウェハを用いてプラズマ処理中のウェハの温度変化を模擬的に測定する手法が採られる場合もある。実際のウェハを処理する際には、予め取得した温度測定の結果に基づきウェハの温度を制御する。しかしながら、温度測定ウェハは、その構造上、実際のウェハよりも１．２ｍｍ～１．４ｍｍ厚く、温度測定ウェハによる測定値も充分に正確とは言えない。また、近年、－１０℃未満の極低温下でのエッチング技術が用いられることがあり、既存の温度測定ウェハでは、－１０℃未満の低温での温度測定ができないという難点もある。
【0222】
このため、近年では、ウェハの光路長がウェハ温度に依存して変化する現象を利用して、ウェハに照射したレーザ光等の反射光同士の干渉を観測することで、ウェハ温度を推定する技術が研究されている。しかしながら、積層構造を有する厚い被加工膜が形成されたウェハでは、被加工膜の膜厚のばらつきによって、ウェハの光路長の観測が影響を受けてしまう。また、このような被加工膜をエッチング加工する際には、被加工膜に所定の形状が形成されていく過程で、これらの加工形状によっても、観測されるウェハの光路長が変動してしまう。このように、干渉光を利用した測定手法であっても、ウェハの温度を正確に推定することが困難な場合がある。
【0223】
実施形態２の半導体装置の製造方法によれば、被加工膜１１０をエッチングしつつウェハ２００の裏面に光を照射し、ウェハ２００の裏面で反射された反射光２３８ｓと、ウェハ２００を透過して複数の遮光層２１０の下面で反射された反射光２３８ｂとが干渉して生じた干渉光２３９ｓｂを観測し、干渉光２３９ｓｂに基づいて、エッチング処理中のウェハ２００の温度を算出する。
【0224】
このように、ウェハ２００のおもて面に、所定波長の光を遮光する複数の遮光層２１０を所定の間隔を空けて形成しておくことで、被加工膜１１０側の光の影響を遮蔽して、ウェハ２００の温度を精密に測定することができる。
【0225】
また、光の干渉を用いた温度測定によれば、ウェハ２００に関する温度情報を高精度に取得することができる。また、例えば－１０℃未満の低温下での測定も可能であるため、温度制限なくウェハ２００温度の測定をすることが可能となる。
【0226】
実施形態２の半導体装置の製造方法によれば、ウェハ２００の裏面で反射された反射光２３８ｓと、複数の遮光層２１０の下面で反射された反射光２３８ｂとの干渉光２３９ｓｂに基づいて、プラズマ処理中のウェハ２００の温度変化をモニタリングし、ウェハ２００が所定温度に維持されるようウェハ２００の温度を調整する。
【0227】
これにより、プラズマ処理中のウェハ２００温度を略一定に維持することができ、被加工膜１１０のエッチングレートの変動を抑制し、また、所望の加工形状を得ることができる。
【0228】
実施形態２の半導体装置の製造方法によれば、複数の遮光層２１０は、ウェハ２００に照射される光の波長未満の間隔でウェハ２００のおもて面に形成される。
【0229】
上述のように、被加工膜１１０の膜剥がれを抑制するため、複数の遮光層２１０は、例えばウェハ２００全面を覆うことなく所定間隔を空けて形成されている。この場合であっても、複数の遮光層２１０の間隔を上記光の波長未満とすることで、複数の遮光層２１０の間を上記光が通り抜けてしまうことが抑制される。よって、ウェハ２００から被加工膜１１０への光の入射、及び被加工膜１１０からウェハ２００への光の入射を抑制することができる。
【0230】
実施形態２の半導体装置の製造方法によれば、複数の遮光層２１０における上記光の透過率であって、上述の式（５）で表される透過率Ｔ２は２０％未満、より好ましくは１０％未満である。これにより、被加工膜１１０側の光の影響が充分に遮蔽され、ウェハ２００の温度を精密に測定することができる。
【0231】
なお、上述の実施形態２では、干渉光を用いて得られたウェハ２００の温度に基づいて、静電チャック２２０に供給するＨｅガス等のガス圧を変化させてウェハ２００の温度を一定に維持するようフィードバック制御することとした。しかし、ウェハ２００の温度制御は、他の手法により行ってもよい。例えば、上述のチラー８２をデュアル式等、冷媒を分液して複数の設定値に制御可能なチラーとし、静電チャック内を循環させる冷媒を、適宜、温度の異なる冷媒に切り替えることで、ウェハ２００温度を素早く制御することができる。
【0232】
また、上述の実施形態２では、遮光層２１０としてＣＶＤ－カーボン層を用いることとした。しかし、上述の式（５）で表される透過率Ｔ２を２０％未満に抑えることが可能であれば、他の材質を遮光層として用いてもよい。
【0233】
以下に、候補となりうる幾つかの材質のデータを示す。
【0234】
図１６は、実施形態２の変形例にかかる遮光層の候補となり得る材質の光学特性を示すグラフである。図１６（ａ）は、光の波長を横軸に取り、各材質の屈折率を示すグラフである。図１６（ｂ）は、光の波長を横軸に取り、各材質の消衰係数を示すグラフである。
【0235】
図１６に示すように、チタン、窒化チタン、及びタングステンはいずれも、屈折率および消衰係数ともに、測定波長である（１３００±５０）ｎｍ付近を含む波長の光に対し、ＣＶＤ－カーボン層の主要成分であるカーボンよりも高い数値を示す。窒化タングステンに関しては、波長が（１３００±５０）ｎｍ付近のデータが存在しないものの、測定波長付近においても、カーボンより高い屈折率および消衰係数を有していることが推測される。
【0236】
図１７は、実施形態２の変形例にかかる遮光層の透過率を示すグラフである。具体的には、図１７は、上述の候補材質を用いて遮光層をウェハのおもて面に形成した場合に、上述の式（５）から得られる各候補材質の遮光層の透過率Ｔ２を示す。このとき、上述のＣＶＤ－カーボン層を用いた遮光層２１０に関する考察の場合と同様、層厚が４００ｎｍの各遮光層に、波長が１３１０ｎｍの光を照射することとする。
【0237】
図１７に示すように、カーボンを用いた遮光層の透過率Ｔ２は、上述の通り７．０２４７％である。また、チタン、窒化チタン、タングステン、及び窒化チタンを用いた遮光層の透過率Ｔ２は、それぞれ０．０００９％、１．８９×１０－６％、７．１８×１０－５％、及び５．２５×１０－５％である。ただし、窒化チタンを用いた遮光層の透過率Ｔ２は参考値に留まる。
【0238】
このように、チタン、窒化チタン、タングステン、及び窒化チタンを用いた遮光層も、透過率Ｔ２＜２０％の条件を満たしており、光の遮蔽効果が充分に得られると考えられる。
【0239】
また、透過率Ｔ２＜２０％の条件を満たす上記以外の材料としては、例えばモリブデン、銅、タングステンシリサイド、アルミニウム、金、銀等の赤外光を透過しない金属系の材料が挙げられる。
【0240】
以上のような材質を用いた遮光層についても、貫通孔１１１形成後、底面に露出した遮光層をエッチングにより除去することが好ましい。ただし、遮光層が導電性を有する層である場合には、除去しないままであってもよい。
【0241】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0242】
１，２…プラズマ処理装置、３…干渉計、２０，２２０…静電チャック、３０…演算装置、３１，２３１…光源、３５，２３５…センサヘッド、３６，２３６…分光器、３７，２３７…光ファイバケーブル、３８ｃ，３８ｐ，３８ｓ，２３８ｂ，２３８ｐ，２３８ｓ…反射光、３９ｓｃ，３９ｓｐ，２３９ｓｂ…干渉光、５０，２５０…制御部、１０…半導体装置、１００，２００…ウェハ、１１０…被加工膜、１１１…貫通孔、１２０…ＣＶＤ－カーボン層、１２０ｐ…マスクパターン、２１０…遮光層。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】