(57)【要約】【課題】交互の周期的な、エッチングプロセス又は時分割多重プロセスの際に、終点を決定するための方法及び装置を提供する。【解決手段】基板がプラズマチャンバ中に置かれ、エッチングステップ及び堆積ステップを有する交互の周期的なプロセスにかけられる。プラズマ発光強度の変動が、既知の発光分析技法を用いてモニタリングされる。包絡線フォロアアルゴリズムを用いて、振幅情報が、プラズマ発光強度の複雑な波形から抽出される。この交互の周期的なプロセスは、終点がモニタリングステップに基づいた時間に到達すると停止される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多重プロセスの際に終点を決定する方法であって、
基板を、前記時分割多重プロセスにかけるステップと、
前記時分割多重プロセスから生成される信号の属性を、モニタリングするステップと、
前記時分割多重プロセスから生成される前記周期的な信号の前記属性を、包絡線フォロアを用いて処理するステップと、
前記時分割多重プロセスを、前記処理ステップに基づいた時間に停止するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記属性は、プラズマ発光強度である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モニタリングステップは、プラズマ発光強度の複数の領域をモニタリングすることを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
プラズマ発光強度の前記複数の領域は、統計的な方法を用いて選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記統計的な方法は、因子分析を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
プラズマ発光強度の前記複数の領域は、オフライン分析を用いて選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記オフライン分析は、スペクトル差分化を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
プラズマ発光強度の前記複数の領域は、バックグラウンド補正される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記モニタリングステップは、プラズマ発光強度の前記多重領域に数学的な演算を実施することを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記属性は、プラズマインピーダンスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理ステップは、複数のピーク検出アルゴリズムを用いることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のピーク検出アルゴリズムは、並行して処理される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のピーク検出アルゴリズムは、ラウンドロビン方式で逐次的にリセットされる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記リセットは、前記時分割多重プロセスの少なくとも半分のプロセス周期であるクロック周期を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記処理ステップは、抽出された振幅検出信号の後処理を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記後処理ステップは、ディジタル信号処理である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ディジタル信号処理ステップは、フィルタを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記フィルタは、無限インパルス応答フィルタである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記フィルタは、有限インパルス応答フィルタである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
時分割多重プロセスの際に終点を決定する方法であって、
ａ）反応性エッチングガスと接触させて基板の表面から材料を除去し且つ露出表面をもたらすことによって前記基板の前記表面をエッチングするエッチングステップと、
ｂ）前記エッチングステップで露出された前記表面が保護層により覆われて一時的なエッチストップを形成する際に前記基板の前記表面を保護する保護ステップと、
ｃ）前記エッチングステップと前記保護ステップとを交互に繰り返すステップと、
ｄ）包絡線フォロアアルゴリズムの使用によりプラズマ発光の少なくとも１つの波長領域の強度を解析するステップと、
ｅ）前記解析ステップに応じて変わる時間に前記時分割多重プロセスを停止するステップと
を含む、方法。
【請求項２１】
時分割多重プロセスの際に終点を決定する方法であって、
基板を前記時分割多重プロセスにかけるステップと、
前記時分割多重プロセスから生成された信号の属性をモニタリングするステップと、
前記時分割多重プロセスから生成された前記周期的な信号の前記属性をピークホールドアルゴリズム及び減衰アルゴリズムを用いて処理するステップと、
前記処理ステップに基づいた時間に前記時分割多重プロセスを停止するステップと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記属性は、プラズマ発光強度である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記処理ステップは、線形減衰アルゴリズムを用いることを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記処理ステップは、非線形減衰アルゴリズムを用いることを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記処理ステップは、抽出された振幅検出信号の後処理を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記後処理ステップは、ディジタル信号処理である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ディジタル信号処理は、フィルタを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記フィルタは、無限インパルス応答フィルタである、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記フィルタは、有限インパルス応答フィルタである、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、同一出願人に継続の２００３年５月９日出願の、「時分割多重プロセスにおける包絡線フォロア終点検出」という名称の米国仮出願番号第６０／４６９，３３３号の優先権を主張し、且つ、それに関するものであり、この仮出願は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
発明の分野
本発明は、包括的には、半導体ウェハ処理の分野に関する。より、具体的には、本発明は、時分割多重エッチング法及び時分割多重堆積法の際にエッチングプロセスの終点を決定することを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスの大量製作の際、下の層上で停止が完了するまで材料の層をエッチングすることが必要とされる（たとえば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）では、下にある二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層上で停止が完了するまでシリコン（Ｓｉ）層を除去する）。第１の層が除去される時間を越えてエッチプロセスが進行すること可能にすると、下にあるストップ層の厚さが薄くなったり、また、フィーチャプロファイルの劣化を招くおそれがある（当該技術分野で、ＳＯＩを適用する場合の「ノッチング」として知られる）。
【０００４】
その結果として、エッチングなどのプラズマ処理プロセスにおいては、プラズマ処理の終点を正確に判定して遅延無くプラズマ処理を終了させることが重要である。プラズマ処理の終点を検出する方法としては、処理チャンバ中のプラズマ内に含まれる特定の物質の光スペクトルにおけるどんな変化も検出され、そのような変化に基づいて終点が検出される方法が当該技術分野で周知である。この方法は、基板上のエッチングが進行するにつれてプラズマ中の含有量が変化することの観察から思いつかれたものであるが、特定の物質の光スペクトルの強度の変化をモニタリングすることによってエッチングプロセスの終点をリアルタイムで正確に検出することを目的としている。プラズマプロセスの終了時間を検出するために一般的に用いられるこの方法は、発光分析（ＯＥＳ）である。
【０００５】
ＯＥＳは、プラズマ源から放出された光を解析して、プラズマプロセスの化学的及び物理的状態について推測する。このＯＥＳ技法は、通常、光スペクトルのうちの紫外／可視（２００ｎｍ〜１１００ｎｍ）領域部分のプラズマによって放出された放射波をモニタリングすることを伴う。図１に、典型的なＯＥＳの構成の概略図を示す。プラズマの組成、及び、特に反応性エッチング化学種又はエッチング副生成物の存在が、この放出放射波のスペクトル（即ち、波長に対する発光強度）を決定するであろう。エッチングプロセスの過程で、特に材料移行の際に、プラズマの組成が変化し、その結果、発光スペクトル中に変化が生じる。ＯＥＳ終点システムは、プラズマ発光を連続的にモニタリングすることによってその変化を検出し、また、その変化を用いていつ被膜が完全に除去されるかを決定する。例えば、ＯＥＳ信号が所定の閾値レベル未満に低下すると、この移行が「終点」の引き金を引くのに用いられる。実際、終点に関する情報のほとんどは、通常、消費される反応物質、又はエッチングの際に生成されるエッチング副生成物に対応する数波長内に含まれる。
【０００６】
ＯＥＳ終点方策を開発するための一般的な方法は、終点前と終点後の両方の状況においてプラズマ発光のいくつかのスペクトル（波長に対する発光強度）を収集することである。終点波長の候補領域はいくつかの方法を用いて決定することができる。終点検出用のスペクトル領域は、因子分析や主成分分析などの統計的方法によって選択することができる（アンジェル（Angell）らの米国特許第５，６５８，４２３号参照）。終点候補を決定するための別の方策は、終点前（主エッチング時）のスペクトルと終点後（過剰エッチング時）のスペクトルとの間の差分プロットを構築するものである。候補領域が選択されると、候補領域に対して有望な化学種（即ち、ガス前駆体又はエッチング生成物から解離した反応種）の割り当てがなされる。この割り当ては、方策の成功を決定するのに決定的に重要ではなく、むしろ波長選択プロセスを理解し且つ最適化するのに役立つ。プロセス化学の知識に関連して、ザイドル（Zaidel）らによるスペクトル線の表、及びピアス（Pearse）らによる分子スペクトルの同定を含むいくつかの参照文献を用いて、候補線に有望な化学種の固有の性質を割り当てることができる。六フッ化硫黄（ＳＦ６）プラズマ中のシリコンのエッチングプロセス用の有望な終点候補の一例は、６８７ｎｍ及び７０３ｎｍでのフッ素（Ｆ）線、並びに４４０ｎｍでのフッ化ケイ素（ＳｉＦ）発光バンドであるはずである。これらの領域が決定されると、その後の部分は同じＯＥＳ方策を用いて処理することができる。
【０００７】
これらのＯＥＳ手法は単一ステップのプロセス、又は限られた数の離散的なエッチングステップを有するプロセス（主エッチングが後に続くエッチング始動など）に対しては機能するが、急激且つ周期的なプラズマ変動を伴うプラズマプロセスにＯＥＳを適用するのは難しい。このような時分割多重（ＴＤＭ）プロセスは、レアマー（Laermer）らの米国特許第５，５０１，８９３号、オクダイラ（Okudaira）らの米国特許第４，９８５，１１４号、及びカワサキ（Kawasaki）らの米国特許第４，７９５，５２９号に開示されている。レアマー（Laermer）らは、一連の交互のエッチングステップと堆積ステップとを用いてＳｉ内にアスペクト比の高いフィーチャをエッチングするためのＴＤＳプロセスを開示している。
【０００８】
図２（ａ）から図２（ｄ）は、シリコンディープエッチング用のＴＤＭプロセスの一タイプの絵画図の例である。このＴＤＭＳｉエッチングプロセスは、一般的に、高周波（ＲＦ）バイアス基板電極とともに、高密度プラズマ源（一般的に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ））で構成される反応炉中で実施される。Ｓｉ用のＴＤＭエッチングプロセスで使用される最も一般的な処理ガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ６）及びオクタフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）である。ＳＦ６は、通常、エッチングガスとして用いられ、また、Ｃ４Ｆ８は堆積ガスとして用いられる。ＳＦ６は、エッチングステップの際にＳｉの自発的且つ等方的なエッチングに役立ち（図２（ａ）及び図２（ｂ））、また、Ｃ４Ｆ８は、堆積ステップにおいて、エッチングされた構造の側壁並びに底部上に保護ポリマーを堆積するのに役立つ（図２（ｃ））。このＴＤＭＳｉエッチングプロセスはエッチングプロセスステップと堆積プロセスステップとを周期的に切り替え、それにより高アスペクト比の構造をマスキングされたＳｉ基板内に画定することができる。エッチングステップに存在する、Ｓｉ基板に対する強力且つ指向性のイオン衝撃により、エッチングされた構造の底部に前の堆積ステップで被覆されたポリマー被膜が除去されて、更なるエッチング用のＳｉ表面を露出させるであろう（図２（ｄ））。エッチングされた構造の側壁上のポリマー被膜は残ったままであろう、というのは、そこは直接イオン衝撃を受けず、それにより横方向のエッチングが妨げられるからである。このＴＤＭＳｉエッチング手法を用いることによって、高アスペクト比のフィーチャを、Ｓｉ基板内に高いエッチング速度で画定することができる。図２（ｅ）は、ＴＤＭプロセスを用いてエッチングされたＳｉ構造の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す。
【０００９】
図３に示すように、エッチングステップ３００及び堆積ステップ３０５のプラズマ発光スペクトルは、堆積ステップ及びエッチングステップに存在するプラズマの条件（例えば、処理ガスのタイプ、圧力、ＲＦパワー等）が異なることに起因して劇的に異なっている。図４に示すように、ＴＤＭシリコンエッチングプロセスに従来のＯＥＳ法を適用すると、周期的な終点トレース４００が得られ、終点検出に用いることができない。ＴＤＭＳｉエッチングの場合、エッチング終点の情報の大部分はプロセスのエッチングセグメント内に含まれることが予想される。
【００１０】
ベッカー（Becker）らの米国特許第６，２００，８２２号は、ＴＤＭＳｉエッチングプロセスのプラズマ発光から終点情報を抽出するための方法を示している。ベッカー（Becker）らは、外部から供給されたトリガ（一般的には、１つのプロセスステップから次のプロセスステップへの移行）を用いて、エッチングステップの際のみ、プラズマ中の少なくとも１つの化学種（一般的には、Ｓｉエッチングの場合Ｆ又はＳｉＦ）の発光強度を調べている。遅延関数及びサンプルアンドホールド（ピークホールド）回路とともに外部トリガを用いることによって、その後のエッチングステップにおいて観察された発光強度が継ぎ合わされて本質的に周期的でない発光信号を得ることができる。エッチングステップにおける化学種の発光強度の値は、堆積ステップを保証する際には最新の既知の値に保持される。この方法で、周期的な発光信号が、プロセスの終点決定のために使用することができるステップ関数に類似の曲線に変換される。この手法の限界は、外部から供給されたトリガが必要なことに加えて、トリガとエッチングステップの際に得られる発光データとの間にユーザ入力の遅延が必要なことである。
【００１１】
ＯＥＳ法の感度を増大させるために、ジャード（Jerde）らの米国特許第４，４９１，４９９号は、発光スペクトルの狭い帯域の周りに集中したより幅広いバックグラウンド帯域の強度を同時に測定しながら、その狭い帯域を測定することを開示している。この方法でバックグラウンド信号を終点信号から減算し、その結果、この狭い帯域信号のより正確な値を得ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、プラズマ発光データの収集をプロセスステップと同期させるために外部トリガ及びこのトリガの先にユーザ入力遅延を必要としないＴＤＭプラズマプロセス用の終点決定方策が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従来技術においては、本発明に付随する利点を提供するものはない。
【００１４】
したがって、従来技術のデバイスの欠点を克服し、且つ、半導体処理技術の進歩に対する大きな寄与である改善をもたらすことが本発明の目的である。
【００１５】
本発明の別の目的は、基板をプラズマチャンバ内で交互のプロセスにかけるステップと、プラズマ発光強度の変動をモニタリングするステップと、包絡線フォロアアルゴリズムを用いて前記プラズマ発光強度から振幅情報を抽出するステップと、前記モニタリングステップに基づいた時間に前記交互のプロセスを停止するステップとを含む、基板中のフィーチャをエッチングする方法を提供することである。
【００１６】
本発明の更に別の目的は、基板を時分割多重プロセスにかけるステップと、この時分割多重プロセスから生成された信号の属性をモニタリングするステップと、包絡線フォロアを用いて時分割多重プロセスから生成された周期的な信号の前記属性を処理するステップと、前記処理ステップに基づいた時間に時分割多重プロセスを停止するステップとを含む時分割多重プロセスの際に終点を決める方法を提供することである。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、エッチングステップにおいて、基板の表面から材料を除去し且つ露出表面をもたらすために反応性エッチングガスを接触させることによって基板の表面をエッチングするステップと、先行するエッチングステップで露出された表面が保護層によって覆われ、それにより一時的なエッチストップを形成する保護ステップにおいて基板の表面を保護するステップと、エッチングステップ及び保護ステップを交互に繰り返すステップと、包絡線フォロアアルゴリズムを用いてプラズマ発光のうちの少なくとも１つの波長領域の強度を分析するステップと、前記分析ステップに応じて変わる時間に時分割多重プロセスを停止するステップとを含む、時分割多重プロセスの際の終点を決める方法を提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、基板を時分割多重プロセスにかけるステップと、時分割多重プロセスから生成される信号の属性をモニタリングするステップと、この時分割多重プロセスから生成される周期的な信号の前記属性を、ピークホールドアルゴリズム及び減衰アルゴリズムを用いて処理するステップと、この処理ステップに基づいた時間に時分割多重プロセスを停止するステップとを含む、時分割多重プロセスの際の終点を決める方法を提供することである。
【００１９】
上記は、本発明の適切な目的のいくつかを概説したものである。これらの目的は、この意図した発明のより顕著な特徴及び応用のうちのいくつかのものの単なる例示であると解釈すべきである。開示した発明を異る方法で適用し、又は本発明を開示の範囲内で修正することによって、他の多くの有益な結果を得ることができる。従って、添付の図面とともになされた特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲に加えて、発明の要約、及び好ましい実施形態の詳細な説明を参照することによって、本発明の他の目的が達成でき、且つより完全な理解が得られる。
【００２０】
本発明の概要
本発明を要約すると、本発明は、交互の周期的なエッチングプロセス、又は時分割多重プロセスの際の終点を決めるための方法及び装置を含む。このプロセスのプラズマ発光強度は周期的であってもよいことに留意されたい。
【００２１】
本発明の特徴は、基板中のフィーチャをエッチングする方法を提供することである。エッチングされる基板は、シリコン、或いは、ガリウムヒ素などのＩＩＩ族元素及び／又はＶ族元素を含むことができる。この方法は、以下のステップを含む。基板がプラズマチャンバ内に設置され、且つ交互のプロセスにかけられる。この交互のプロセスは、エッチングステップのみ、堆積ステップのみ、少なくとも１つのエッチングステップと少なくとも１つの堆積ステップ、又は複数のエッチングステップと複数の堆積ステップを含んでもよい。更に、少なくとも１つのプロセスパラメータが、交互の周期的なプロセス内の時間にわたって変化することができる。プラズマ発光強度の変動は、既知の発光分析技法を用いてモニタリングすることができる。このモニタリングは、プラズマ発光強度の複数の領域のものであってもよい。因子分析などの統計的な方法を用いて、又はオフライン分析によって、プラズマ発光強度のこの複数の領域を選択することができる。このオフライン分析は、スペクトルの差分化を用いることによって決定することができる。更に、プラズマ発光強度のこの複数の領域のバックグラウンドを補正することができる。プラズマ発光強度の多重領域で数学的な操作を実施することができる。振幅の情報は、包絡線フォロアアルゴリズムを用いてプラズマ発光強度の複雑な波形から抽出される。この包絡線フォロアアルゴリズムは、複数のピーク検出アルゴリズムを用いることができ、ラウンドロビン方式で逐次的にリセットすることができる。更に、このリセットは、対象とする最低の周波数の半周期より長いクロック周期をベースとすることができる。この交互のプロセスは、このモニタリングステップに基づいた時間に終点に到達すると停止される。
【００２２】
本発明の更に別の特徴は、時分割多重プロセスの際に終点を決める方法を提供することである。この方法は、以下のステップを含む。基板が真空チャンバ内の時分割多重プロセスにかけられる。この時分割多重プロセスによって生成された周期的な信号の、発光強度やプラズマインピーダンスなどの属性が、既知の発光分析技法を用いてモニタリングされる。このモニタリングは、プラズマ発光強度の複数の領域であってもよい。プラズマ発光強度のこの複数の領域は、因子分析などの統計的方法を用いて、又はオフライン分析によって選択することができる。このオフライン分析は、スペクトルの差分化を用いることによって決定することができる。更に、プラズマ発光強度のこの複数の領域は、バックグラウンド補正することができる。プラズマ発光強度の多重領域で数学的な操作を実施することができる。この時分割多重プロセスによって生成された周期的な信号の属性は、包絡線フォロアアルゴリズムを用いて処理される。この包絡線フォロアアルゴリズムは、複数のピーク検出アルゴリズムを用いることができ、逐次的にラウンドロビン方式でリセットすることができ、また、並行して処理することができる。更に、このリセットは、少なくとも時分割多重プロセスのプロセス周期の半分であるクロック周期をベースとすることができる。更に、無限インパルス応答フィルタ又は有限インパルス応答フィルタを用いてフィルタリングされるディジタル信号を処理することを含む更なる処理を抽出された振幅検出信号に実施することができる。この時分割多重プロセスは、この処理ステップに基づいた時間に終点に到達すると停止される。
【００２３】
本発明の更に別の特徴は、時分割多重プロセスの際に終点を決める方法を提供することである。この方法は、以下のステップを含む。基板は、真空チャンバ内で時分割多重プロセスにかけられる。この基板の表面は、エッチングステップにおいて、反基板表面から材料を除去し、且つ露出表面をもたらすために応性ガスと接触させることによって異方性エッチングされる。次いで、この基板の表面は、前のエッチングステップで露出された表面が保護層によって覆われ、それによって一時的なエッチストップを形成する保護ステップの際に保護される。これらのエッチングステップと保護ステップは、この時分割多重プロセスの期間、交互に繰り返される。このプラズマ発光のうちの少なくとも１つの波長領域の強度は、既知の発光分析技法を用いてモニタリングされ、且つ包絡線フォロアアルゴリズムを用いて解析される。この時分割多重プロセスは、この解析ステップに基づいた時間に終点に到達すると停止される。
【００２４】
本発明の別の特徴は、時分割多重プロセスの際に終点を決める方法を提供することである。この方法は、以下のステップを含む。基板は、真空チャンバ内で時分割多重プロセスにかけられる。この時分割多重プロセスによって生成された周期的な信号の、発光強度やプラズマインピーダンスなどの属性が、既知の発光分析技法を用いてモニタリングされる。このモニタリングは、プラズマ発光強度の複数の領域であってもよい。プラズマ発光強度のこの複数の領域は、因子分析などの統計的方法を用いて、又はオフライン分析によって選択することができる。このオフライン分析は、スペクトルの差分化を用いることによって決定することができる。更に、プラズマ発光強度のこの複数の領域は、バックグラウンド補正することができる。プラズマ発光強度の多重領域で数学的な操作を実施することができる。この時分割多重プロセスによって生成された周期的な信号の属性は、ピークホールドアルゴリズム及び減衰をアルゴリズム用いて処理される。これらのピークホールドアルゴリズム及び減衰をアルゴリズムは、線形減衰アルゴリズム又は非線形減衰アルゴリズムを用いることができる。更に、無限インパルス応答フィルタ又は有限インパルス応答フィルタを用いてフィルタリングされるディジタル信号を処理することを含む更なる処理を抽出された振幅検出信号に実施することができる。この時分割多重プロセスは、この処理ステップに基づいた時間に終点に到達すると停止される。
【００２５】
前記に、後続の、本発明の詳細な説明がよりよく理解され、それにより、当該技術分野への現在の寄与がより完全に評価され得るように、本発明のより適切且つ重要な特徴をかなり幅広く概説してきた。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明の追加の特徴は、後で説明する。当然のことながら、この着想及び具体的な実施形態は、修正するための基礎、又は本発明の同じ目的を実施するための他の構造を設計するための基礎として当業者によって容易に利用され得る。当業者なら、添付の特許請求の範囲で説明したような本発明の精神及び範囲から、このような等価な構成が、逸脱しないことも認識すべきである。
更に本発明は、以下の各形態を包含する。
（１）基板中のフィーチャをエッチングする方法であって、
前記基板をプラズマチャンバ内で交互のプロセスにかけるステップと、
プラズマ発光強度の変動をモニタリングするステップと、
包絡線フォロアアルゴリズムを用いて前記プラズマ発光強度から振幅情報を抽出するステップと、
前記モニタリングステップに基づいた時間に前記交互のプロセスを停止するステップとを含む、方法。
（２）エッチングされる前記基板はシリコンを含む、（１）に記載の方法。
（３）エッチングされる前記基板はＩＩＩ族元素を含む、（１）に記載の方法。
（４）エッチングされる前記基板はＶ族元素を含む、（１）に記載の方法。
（５）前記交互のプロセスは、少なくとも１つのエッチングステップ及び少なくとも１つの堆積ステップを更に含む、（１）に記載の方法。
（６）前記交互のプロセスは、複数のエッチングステップ及び複数の堆積ステップを更に含む、（１）に記載の方法。
（７）少なくとも１つのプロセスパラメータは、前記交互のプロセスの範囲内の時間にわたって変化する、（１）に記載の方法。
（８）前記プラズマ発光強度は、周期的である、（１）に記載の方法。
（９）前記モニタリングステップは、プラズマ発光強度の複数の領域をモニタリングすることをさらに含む、（１）に記載の方法。
（１０）プラズマ発光強度の前記複数の領域は、統計的な方法を用いて選択される、（９）に記載の方法。
（１１）前記統計的な方法は、因子分析を更に含む、（１０）に記載の方法。
（１２）プラズマ発光強度の前記複数の領域は、オフライン分析を用いて選択される、（９）に記載の方法。
（１３）前記オフライン分析は、スペクトル差分化を更に含む、（１２）に記載の方法。
（１４）前記複数の領域のプラズマ発光強度は、バックグラウンド補正される、（９）に記載の方法。
（１５）前記モニタリングステップは、プラズマ発光強度の前記多重領域に数学的な演算を実施することを更に含む、（９）に記載の方法。
（１６）前記抽出ステップは、複数のピーク検出アルゴリズムを用いることを更に含む、（１）に記載の方法。
（１７）前記複数のピーク検出アルゴリズムは、ラウンドロビン方式で逐次的にリセットされる、（１６）に記載の方法。
（１８）前記リセットは、対象とする最低周波数の半周期より長いクロック周期を更に含む、（１７）に記載の方法。
（１９）時分割多重プロセスの際に終点を決定する方法であって、
基板を、前記時分割多重プロセスにかけるステップと、
前記時分割多重プロセスから生成される信号の属性を、モニタリングするステップと、
前記時分割多重プロセスから生成される前記周期的な信号の前記属性を、包絡線フォロアを用いて処理するステップと、
前記時分割多重プロセスを、前記処理ステップに基づいた時間に停止するステップと、
を含む、方法。
（２０）前記属性は、プラズマ発光強度である、（１９）に記載の方法。
（２１）前記モニタリングステップは、プラズマ発光強度の複数の領域をモニタリングすることを更に含む、（２０）に記載の方法。
（２２）プラズマ発光強度の前記複数の領域は、統計的な方法を用いて選択される、（２１）に記載の方法。
（２３）前記統計的な方法は、因子分析を更に含む、（２２）に記載の方法。
（２４）プラズマ発光強度の前記複数の領域は、オフライン分析を用いて選択される、（２１）に記載の方法。
（２５）前記オフライン分析は、スペクトル差分化を更に含む、（２４）に記載の方法。
（２６）プラズマ発光強度の前記複数の領域は、バックグラウンド補正される、（２１）に記載の方法。
（２７）前記モニタリングステップは、プラズマ発光強度の前記多重領域に数学的な演算を実施することを更に含む、（２１）に記載の方法。
（２８）前記属性は、プラズマインピーダンスである、（１９）に記載の方法。
（２９）前記処理ステップは、複数のピーク検出アルゴリズムを用いることを更に含む、（１９）に記載の方法。
（３０）前記複数のピーク検出アルゴリズムは、並行して処理される、（２９）に記載の方法。
（３１）前記複数のピーク検出アルゴリズムは、ラウンドロビン方式で逐次的にリセットされる、（２９）に記載の方法。
（３２）前記リセットは、前記時分割多重プロセスの少なくとも半分のプロセス周期であるクロック周期を更に含む、（３１）に記載の方法。
（３３）前記処理ステップは、抽出された振幅検出信号の後処理を更に含む、（１９）に記載の方法。
（３４）前記後処理ステップは、ディジタル信号処理である、（３３）に記載の方法。
（３５）前記ディジタル信号処理ステップは、フィルタを含む、（３４）に記載の方法。
（３６）前記フィルタは、無限インパルス応答フィルタである、（３５）に記載の方法。
（３７）前記フィルタは、有限インパルス応答フィルタである、（３５）に記載の方法。
（３８）時分割多重プロセスの際に終点を決定する方法であって、
ａ）反応性エッチングガスと接触させて基板の表面から材料を除去し且つ露出表面をもたらすことによって前記基板の前記表面をエッチングするエッチングステップと、
ｂ）前記エッチングステップで露出された前記表面が保護層により覆われて一時的なエッチストップを形成する際に前記基板の前記表面を保護する保護ステップと、
ｃ）前記エッチングステップと前記保護ステップとを交互に繰り返すステップと、
ｄ）包絡線フォロアアルゴリズムの使用によりプラズマ発光の少なくとも１つの波長領域の強度を解析するステップと、
ｅ）前記解析ステップに応じて変わる時間に前記時分割多重プロセスを停止するステップと
を含む、方法。
（３９）時分割多重プロセスの際に終点を決定する方法であって、
基板を前記時分割多重プロセスにかけるステップと、
前記時分割多重プロセスから生成された信号の属性をモニタリングするステップと、
前記時分割多重プロセスから生成された前記周期的な信号の前記属性をピークホールドアルゴリズム及び減衰アルゴリズムを用いて処理するステップと、
前記処理ステップに基づいた時間に前記時分割多重プロセスを停止するステップと
を含む、方法。
（４０）前記属性は、プラズマ発光強度である、（３９）に記載の方法。
（４1）前記処理ステップは、線形減衰アルゴリズムを用いることを更に含む、（３９）に記載の方法。
（４２）前記処理ステップは、非線形減衰アルゴリズムを用いることを更に含む、（３９）に記載の方法。
（４３）前記処理ステップは、抽出された振幅検出信号の後処理を更に含む、（３９）に記載の方法。
（４４）前記後処理ステップは、ディジタル信号処理である、（４３）に記載の方法。
（４５）前記ディジタル信号処理は、フィルタを含む、（４４）に記載の方法。
（４６）前記フィルタは、無限インパルス応答フィルタである、（４５）に記載の方法。
（４７）前記フィルタは、有限インパルス応答フィルタである、（４５）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】典型的な発光分析法の構成の概略図である。
【図２】シリコンディープエッチング用のＴＤＭプロセスの一タイプの絵画図例である。
【図３】シリコンディープエッチングプロセスの場合の堆積プラズマ発光及びエッチングプラズマ発光についての強度と波長の関係を示すグラフである。
【図４】４４０ｎｍのピークの近傍の発光スペクトルに焦点を当てた典型的なシリコンディープエッチングプロセスの場合のプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図５】ＴＤＭプロセス用の改善したＯＥＳ技法のブロック図である。
【図６】シリコンディープエッチングプロセスの場合の、シリコンが除去される前後のエッチングＢステップからの発光スペクトルに焦点を当てた、プラズマ発光強度と波長の関係を示すグラフである。
【図７】終点候補を決定するための、シリコンディープエッチングプロセスの場合のプラズマ発光強度の差分（エッチング後−エッチング前）と波長の関係を示すグラフである。
【図８】シリコンディープエッチングプロセスの場合のプラズマ発光強度と４４０ｎｍ近傍領域の波長の関係を示すグラフである。
【図９】シリコンディープエッチングプロセスの場合の、信号（４４０ｎｍ）及びバックグラウンド（４４５ｎｍ）に焦点を当てた、プラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１０】シリコンディープエッチングプロセスの場合の、信号（４４０ｎｍ）及びバックグラウンド（４４５ｎｍ）に焦点を当て、且つ、４４０ｎｍ信号と４４５ｎｍバックグラウンドの比を示す、プラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１１】エッチングの過程にわたって４４０ｎｍ信号と４４５ｎｍバックグラウンドの比から得られた、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１２】包絡線フォロアＴＤＭ終点アルゴリズムのフローチャートである。
【図１３】有限応答フィルタを適用した後の、図１１からのデータを用いる、シリコンディープエッチングプロセスの場合の、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１４】図１３のフィルタリング済み入力データにピークホールド及びリセットが適用された場合の包絡線フォロアアルゴリズムを用いる、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１５】図１３のフィルタリング済み入力データに多重ピークホールド及び逐次的なリセットが適用された場合の包絡線フォロアアルゴリズムを用いる、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１６】逐次的なピークホールド回路の最大値を決定するために包絡線フォロアアルゴリズムを用いる、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１７】ＴＤＭエッチングプロセスに適用された本発明の包絡線フォロアを用いる、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１８】ＦＩＲフィルタ適用前後の包絡線フォロア信号を用いる、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１９】フィルタリング済み包絡線フォロア終点トレースで補正された初期の発光入力データを示す、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図２０】ピークホールド及び減衰ＴＤＭ終点アルゴリズムの場合のフロー図。
【図２１】同じ入力データに適用された線形減衰関数および非線形減衰関数の両方の例を示す、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図２２】線形減衰を有するピークホールドを示す、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図２３】フィルタリングされた入力データに適用された、線形減衰を有するピークホールドを示す、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図２４】ＦＩＲフィルタリングが適用される前後の減衰を有するピークホールド信号を示す、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。
【図２５】フィルタリング済みピークホールド減衰終点トレースで補正された発光入力データを示す、補正済みプラズマ発光強度と時間の関係を示すグラフである。  図面のうちのいくつかの図にわたって、同じ参照符号は、同じ部分を指す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
発明の詳細な説明
発明者らは、同期トリガを使用しないで、少なくとも１つの波長領域のプラズマ発光の強度を分析することによって、時分割多重（ＴＤＭ）プロセスにおける相異なる材料間の移行を検出する手段を開示する。
【００２８】
ＴＤＭプロセスの周期的且つ繰り返す性質のせいで、このプロセスは、プロセスに関連するいくつかの特性周波数を意図的に有している。一例として、数回逐次的に繰り返される、５秒のエッチングステップ及び５秒の堆積ステップからなる２ステップＴＤＭシリコンエッチングプロセスを考察する（下記の表１参照）。１つの特性周波数は０．１Ｈｚとなり、全サイクル時間（１０秒）によって決定される。
【表１】
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堆積ステップとエッチングステップは、化学的性質、ＲＦバイアス電力、及び圧力において異なり、その結果、発光スペクトルが大きく異なることに留意されたい。
【００２９】
図５のブロック図は、ＴＤＭ（時分割多重）プロセス用の改善されたＯＥＳ（発光分析）技法の概要を示す。ＴＤＭプロセスは、当該技術分野で周知のように構築される。このＴＤＭプロセスのプラズマ発光スペクトルの少なくとも１つの領域がプロセスの終点検出用に識別される。このスペクトル領域は、ＴＤＭエッチングプロセスの途中の時間にわたってモニタリングされる。ＴＤＭプロセスからの生の発光信号は、本来、周期的である。
【００３０】
ＴＤＭプロセスに終点検出アルゴリズムを同期させないで、ＴＤＭプロセスにおける材料移行を検出するいくつかの方法がある。これらの方法は、包絡線フォロアアルゴリズムと、ピークホールド及び減衰アルゴリズム並びに信号処理フィルタを適用することとを含む。
【００３１】
この包絡線フォロア技法は、複雑な波形から振幅情報を抽出するために使用することができる。この包絡線フォロアアルゴリズムは、並行して動作する２つ以上のピークホールドルーチィンを含み、それらはラウンドロビン方式で逐次的にリセットされる。
【００３２】
第２の技法は、減衰アルゴリズムと併せてピークホールドアルゴリズムからなる。このピークホールドアルゴリズムは、入力データに適用される。この入力データの値は、ピークホールドの値と比較される。入力値が保持されたピーク値未満の場合、このピーク値は、ユーザに規定された関数に従う時間にわたって減少可能になる。この減衰関数は、線形又は非線形のどちらであってもよい。入力値が、減衰した保持値より大きくなると、このピーク値は、入力値に更新され、また、減衰アルゴリズムが再始動する。その結果、入力データ値が保持値を越えるときはいつでも、アルゴリズムがリセットし、それによって、ＴＤＭプロセスに対してアルゴリズムを同期させる必要が回避される。
【００３３】
本発明の代替実施形態は、終点検出アルゴリズムを適用する前に生データをフィルタリングする。フィルタリングの例は、それだけには限定されないが、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ及び無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタを含む。
【００３４】
同様に、信号が終点検出アルゴリズムによって処理されると、得られる終点トレースは、フィルタリングされて最終信号の信号対雑音特性を改善することができる。再度、ＦＩＲ、ＩＩＲ、及び他のフィルタを適用してもよい。
【００３５】
この手法は、２ステップの周期的プロセスに限定されないことに留意されたい。実際は、このプロセスのエッチング部分をいくつかのサブステップに更に再分割するのが一般的である。
【００３６】
各反復的なループ内のプロセスパラメータは、サイクル間で一定のままである必要が無いことに留意することも重要である。例えば、シリコンのＴＤＭエッチングの際に、プロセスの途中にわたって堆積ステップの効率を徐々に低下させてプロファイル制御を維持することが一般的である（当該技術分野でプロセスモーフィングとして知られている）。モーフィングされたプロセスにおいて、いくつかのエッチングステップ又は堆積ステップ間で、それだけに限定されないが、ＲＦバイアス電力、プロセス圧力、ＩＣＰ電力、等を含む小さなパラメータの変更がなされる。これらの変更には、ＴＤＭサイクル内の処理ステップの持続時間を変えることを含んでもよい。
【００３７】
ＴＤＭプロセスにおいて材料の移行を決定する第３の方法は、ピーク検出アルゴリズムなしでＦＩＲ、ＩＩＲ、又は同様なフィルタを用いてデータをフィルタリングするものである。国際特許出願９１／１８２８３号のリトヴァク（Litvak）らの教示に反して、これらのフィルタは、効果的になるためにプラズマ変調サイクルの整数にわたって適用する必要はない。
【００３８】
これらの方法は、ＳＦ６／Ｃ４Ｆ８ベースのプロセスを用いたＳｉディープエッチングに対して実証されたが、これらの方法は、ＴＤＭプロセスを用いる場合は、化学物質に関係なく通用する。これらの方法は、誘電体材料や金属などの他の材料中への材料の移行を検出するのにも役立ち、反復的なＴＤＭプロセスが用いられる。
【実施例】
【００３９】
シリコンエッチングの実施例
ＴＤＭの配合表を用いてシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハをエッチングした。この配合表は下記の表２に一覧表に示す。下記の実施例は、３ステップＴＤＭＳｉエッチングプロセスに対する本発明に適用する。
【表２】
2010251813.tif 000003
実験は、市販のユナクシス（Unaxis）社のシャトルロック（Shuttlelock）シリーズのシリコンディープエッチング（ＤＳＥ）装置で実施した。発光スペクトルは、市販のユナクシス（Unaxis）社のスペクトラワークス（Spectraworks）発光分光器を用いて周波数１Ｈｚで収集した。
【００４０】
対象とするスペクトル領域を決定するために、テストウェハをエッチングし、また堆積とエッチングＢの両方のプラズマ発光スペクトルを、シリコン層が除去される前後（プロセス終点）に分析した。プロセスの堆積段階の際にエッチングはほとんどされないと予想されるので、図６は、シリコンが除去される前の６００及びシリコンが除去された後の６０５エッチングＢステップからの発光スペクトルに焦点を当てている。４５０ｎｍ近傍のエッチングスペクトルの僅かな差に留意されたい。終点の候補を決定するために、相異なるスペクトルをポイント毎に構築した。得られるスペクトルを図７に示す。終点検出用の候補は、４４０ｎｍ（７００）及び６８６ｎｍ（７０５）に存在する。４４０ｎｍのピークは、ＳｉＦ発光に割り当て可能であり（エッチング生成物：Ｓｉが除去されると共に減少する）、６８６ｎｍのピークは、Ｆ発光に割り当て可能である（反応物質：Ｓｉが除去されると共に増加する）。先に、図４に示したように、４４０ｎｍ領域内の値と時間の関係のプロットは、エッチングが進行すると共に、振動する信号のピーク値が僅かに減少することを示すだけであり、プロセスの終点を決定することは難しい。
【００４１】
改善した終点方策を、４４０ｎｍの発光ピークに基づいて構築した。図８に、４４０ｎｍのピークをより精密に調査するために、終点前８００及び終点後８０５のエッチングＢの発光スペクトルの拡大図を示す。相関ノイズを低減させるために、２つのスペクトル領域、即ち、狭い４４０ｎｍのピーク８１０（ＳｉＦ発光）、及びバックグラウンド補正用の４４５ｎｍ８１５を中心とする周囲のより広いスペクトル領域、をモニタリングした。
【００４２】
図９に、全エッチング時間のうちの３００〜４００秒の領域にわたる４４０ｎｍ及び４４５ｎｍでの発光強度の拡大図を示す。高強度の堆積ステップの際は、信号９００（４４０ｎｍ）領域及びバックグラウンド９０５（４４５ｎｍ）領域は互いによく競走（等しいか平行になって）するが、エッチングＢステップの終点９１０の近くでは分岐していることに留意されたい。４４５ｎｍバックグラウンド（Ｒ３で示す）に対する４４０ｎｍ信号（Ｒ１で示す）の比を作成すると図１０に示すデータが得られる。この比信号１０００の周期的且つ繰り返す性質に留意されたい。
【００４３】
図１１に、このエッチングの過程にわたる、バックグラウンド補正済みの信号（４４０ｎｍＳｉＦ／４４５ｎｍバックグラウンドの比）を示す。６００秒近くの連続的なピーク高さ１１００における印を付けた減少部分に留意されたい。
【００４４】
図１２に、この包絡線フォロアＴＤＭ終点アルゴリズムの場合のフローチャートを示す。データが得られると、包絡線フォロアを適用する前に、それをフィルタリングすることができる。図１３に、図１１からのデータ１３００、及び有限応答フィルタ（５点移動平均）を適用後のデータ１３０５を示す。
【００４５】
図１４及び図１５に、本発明の包絡線フォロアアルゴリズムの第１のステップを示す。図１４は、図１３のフィルタリング済みの入力データ１４０５に適用されたリセット１４１０を有するピークホールドアルゴリズム１４００のグラフである。他方、図１５は、図１３のフィルタリング済みの入力データ１５１０に適用された逐次的なリセットを有する多重ピークホールド（１５００及び１５０５）を用いた包絡線フォロアアルゴリズムのグラフである。図１４及び図１５のデータは、１Ｈｚで得られた。
【００４６】
包絡線フォロアアルゴリズムの次のステップで、逐次的なピークホールド回路１６１０の最大値を決定する（図１６参照）。図１７に、このプロセスの場合に得られる包絡線フォロア１７００を示す。５５０秒近くでの大きさ１７０５の低下に留意されたい。
【００４７】
包絡線フォロアが計算されると、追加のフィルタリングを適用してノイズ対信号比を更に向上させてもよい。図１８に、ＦＩＲフィルタ（４５秒の移動平均）を適用する前１８００及び適用した後１８０５の包絡線フォロア信号を示す。  
【００４８】
要約すると、図１９に、フィルタリング済みの包絡線フォロア終点トレース１９０５と共に初期の補正済み発光入力データを示す。
【００４９】
このフィルタリング済みの包絡線フォロアトレースを、その後、一般的に知られた技法（閾値横断検出や微分処理など）を用いて更に処理して「終点」が生じる時間を決定することができる。
【００５０】
図２０に、ピークホールド及び減衰ＴＤＭ終点アルゴリズムの場合のフロー図を示す。データが得られフィルタリングされると（１Ｈｚで得られ、５点移動平均でフィルタリングされた図１３に再度戻って参照のこと）、ピークホールド及び減衰アルゴリズムが適用される。
【００５１】
図２１に、同じ入力データ２１１０に適用された線形２１００減衰関数及び非線形２１０５減衰関数の両方の例を示す。
【００５２】
図２２に、５５秒の線形減衰を有するピークホールド２２００の例を示す（例えば、電流ピーク値は５５秒のサンプリング間隔において０の値まで減衰するはずである）。データは１Ｈｚで得た。
【００５３】
図２３に、フィルタリング済みの入力データ２３０５に適用された線形減衰２３００を有するピークホールドを示す。終点トレースの信号対ノイズ特性を更に向上させるために、このピークホールド減衰アルゴリズムの後でＦＩＲフィルタを適用した。
【００５４】
図２４に、ＦＩＲフィルタ（３０秒の移動平均）を適用する前２４００及び適用した後２４０５の減衰信号を有するピークホールドを示す。
【００５５】
要約として、図２５に、フィルタリング済みのピークホールド減衰終点トレース２５０５と共に初期の補正済みの発光入力データ２５００を示す。
【００５６】
このフィルタリング済みピークホールド減衰トレースを、その後、一般的に知られた技法（閾値横断検出や微分処理など）を用いて更に処理して「終点」が生じる時間を決定することができる。
【００５７】
本開示は、添付の特許請求の範囲に含まれるもの、並びに先の説明のものを含む。本発明を、ある程度の具体性を有する好ましい形態で説明してきたが、この好ましい形態の本開示は、例としてのみなされたものであり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、構成の詳細、並びに部品の組合せ及び配置における多くの変更が集められることは理解される。以上、本発明を説明した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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