(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバであって、
処理容積を有するチャンバ本体アセンブリと、
チャンバ本体部の天井部に連結され且つ光計測信号を伝送可能な領域を有するシャワーヘッドアセンブリと、
チャンバ本体部の半径方向位置で処理容積を観察するように配置された光学モニタリング装置と、
シャワーヘッドアセンブリの伝送領域を通してシャワーヘッドの面に直交する角度でチャンバ本体部の処理容積を観察するように配置された光ファイバ束を備えたスペクトル検出システムであって、光ファイバ束は、内方区域と、内方区域から半径方向外側に配置された中央区域と、中央区域から半径方向外側に配置された外方区域とを備え、内方区域と中央区域と外方区域は、互いに同軸関係にあり、光ファイバ束が更に、
内方区域に配置され、少なくとも１つの第１ソースファイバを備える第１アクティブ部位と、
中央区域に配置され、互い違いのパターンに配置された複数の第２ソースファイバと複数の第２帰還ファイバとを備える第２アクティブ部位であって、互い違いのパターンは、複数の第２帰還ファイバの各々が、複数の第２ソースファイバのうちの２本の第２ソースファイバの間に配置される第２アクティブ部位と、
外方区域に配置され、互い違いのパターンに配置された複数の第３ソースファイバと複数の第３帰還ファイバとを備える第３アクティブ部位であって、互い違いのパターンは、複数の第３ソースファイバの各々が、複数の第３帰還ファイバのうちの２本の第３帰還ファイバの間に配置される第３アクティブ部位と、
外方区域に配置された複数のアクティブでないファイバであって、複数の第３帰還ファイバのうちの少なくとも２本が、複数のアクティブでないファイバのうちの１本のアクティブでないファイバによって分離される複数のアクティブでないファイバとを備えるスペクトル検出システムとを備えるチャンバ。
【請求項２】
複数の第１ソースファイバの一部が複数の第１帰還ファイバに対して離間関係に配置され、複数の第１ソースファイバの一部及び複数の第１帰還ファイバが互い違いに実質的な円形に配置される請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項３】
複数の第２帰還ファイバのそれぞれが、複数の第１ソースファイバの少なくとも１本及び複数の第１帰還ファイバの少なくとも１本に隣接し、複数の第２帰還ファイバが実質的な円形に配置される請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項４】
複数の第２帰還ファイバ及び複数のアクティブでないファイバが実質的な円形に配置される請求項１記載の処理チャンバ。
【請求項５】
放射光源及び少なくとも１つの分光計に連結された光ファイバケーブル束であって、
束に固定された複数の光ファイバを備え、束が、
束の内方区域に配置された第１アクティブ部位であって、第１アクティブ部位は、放射光源に連結された第１端部及び放射光源からの放射光を処理チャンバへと指向させるように位置決めされた第２端部を有する少なくとも１本の第１ソースファイバを備える第１アクティブ部位と、
内方区域から半径方向外側に配置された束の中央区域に配置され、互い違いのパターンに配置された複数の第２ソースファイバと複数の第２帰還ファイバを備える第２アクティブ部位であって、互い違いのパターンは、複数の第２帰還ファイバの各々が、複数の第２ソースファイバのうちの２本の第２ソースファイバの間に配置され、複数の第２帰還ファイバの各々は、少なくとも１つの分光計と通信する第１端部及び処理チャンバからの光信号を受け取るように位置決めされた第２端部を有する複数の第１帰還ファイバを備える第２アクティブ部位と、
中央区域から半径方向外側に配置された束の外方区域に配置され、複数のアクティブでないファイバと複数の第３ソースファイバと複数の第３帰還ファイバとを備える第３アクティブ部位であって、アクティブでないファイバと第３ソースファイバと第３帰還ファイバは、共通半径上に配置され、各第３ソースファイバが、共通半径に沿って、第３帰還ファイバの少なくとも１本、アクティブでないファイバの少なくとも１本又は第３帰還ファイバとアクティブでないファイバの両方のいずれかによって分離される光ファイバケーブル束。
【請求項６】
第１、第２及び第３部位が互い違いに実質的な円形に配置される請求項５記載の光ファイバケーブル束。
【請求項７】
複数の第２帰還ファイバのそれぞれが複数の第３ソースファイバの少なくとも１本及び複数の第３帰還ファイバの少なくとも１本に隣接している請求項５記載の光ファイバケーブル束。
【請求項８】
第３帰還ファイバが、複数のアクティブでないファイバに実質的な円形で隣接しており、複数の第３帰還ファイバの少なくとも２本が、１本のアクティブでないファイバによって分離される請求項５記載の光ファイバケーブル束。
【請求項９】
基板を処理する方法であって、
エッチングチャンバ内に配置された基板支持体上に位置決めされた基板をエッチングし、基板はプラズマの存在下でパターンマスク層を通してエッチングされ、
光エネルギーをプラズマ内へと基板に向けて導入し、
プラズマからの第１信号及び第２信号を収集し、
第１信号を光ファイバ束を通して検出装置に伝送することを含み、
光ファイバケーブル束は、
束の内方区域に配置され、放射光源に連結された第１端部及び放射光源からの放射光を処理チャンバへと指向させるように位置決めされた第２端部を有する少なくとも１本の第１ソースファイバを備える第１アクティブ部位と、
内方区域から半径方向外側に配置された束の中央区域に配置され、互い違いのパターンに配置された複数の第２ソースファイバと複数の第２帰還ファイバを備える第２アクティブ部位であって、互い違いのパターンは、複数の第２帰還ファイバの各々が、複数の第２ソースファイバのうちの２本の第２ソースファイバの間に配置され、複数の第２帰還ファイバの各々が、少なくとも１つの分光計と通信する第１端部及び処理チャンバからの光信号を受け取るように位置決めされた第２端部を有する第２アクティブ部位と、
中央区域から半径方向外側に配置され、複数のアクティブでないファイバと複数の第３ソースファイバと複数の第３帰還ファイバを備える第３アクティブ部位であって、アクティブでないファイバと第３ソースファイバと第３帰還ファイバは共通半径上に配置され、各第３ソースファイバは、共通半径に沿って、第３帰還ファイバの少なくとも１本、アクティブでないファイバの少なくとも１本又は第３帰還ファイバとアクティブでないファイバの両方のいずれかによって分離される第３アクティブ部位とを含み、方法が更に、
収集された信号に応答してエッチング処理を制御することを含む方法。
【請求項１０】
第１信号が基板で反射した光エネルギーによって発生し、第２信号がプラズマからの光エネルギーによって発生する請求項９記載の方法。
【請求項１１】
光エネルギーが第１部位のファイバによって基板に向けて指向され、光エネルギーが、基板の面に対して垂直の角度で基板に向けて指向される請求項９記載の方法。
【請求項１２】
第１信号が第２部位によって基板の面に直交する角度で収集され、第２信号が基板に対して半径方向の位置で収集される請求項９記載の方法。
【請求項１３】
処理システムによって実行されると処理システム内で行われるエッチング処理を制御する命令を格納するコンピュータ可読性媒体であって、エッチング処理が、
処理システム内の基板支持体上に位置決めされた基板をエッチングし、基板はプラズマの存在下でパターンマスク層を通してエッチングされ、
光エネルギーをプラズマを通して基板に向けて指向させ、
第１信号及びプラズマからの第２信号を収集し、
第１信号を光ファイバ束を通して検出装置に伝送することを含み、
光ファイバケーブル束は、
束の内方区域に配置され、放射光源に連結された第１端部及び放射光源からの放射光を処理チャンバへと指向させるように位置決めされた第２端部を有する少なくとも１本の第１ソースファイバを備える第１アクティブ部位と、
内方区域から半径方向外側に配置された束の中央区域に配置され、互い違いのパターンに配置された複数の第２ソースファイバと複数の第２帰還ファイバを備える第２アクティブ部位であって、互い違いのパターンは、複数の第２帰還ファイバの各々が、複数の第２ソースファイバのうちの２本の第２ソースファイバの間に配置され、複数の第２帰還ファイバの各々が、少なくとも１つの分光計と通信する第１端部及び処理チャンバからの光信号を受け取るように位置決めされた第２端部を有する第２アクティブ部位と、
中央区域から半径方向外側に配置され、複数のアクティブでないファイバと複数の第３ソースファイバと複数の第３帰還ファイバを備える第３アクティブ部位であって、アクティブでないファイバと第３ソースファイバと第３帰還ファイバは共通半径上に配置され、各第３ソースファイバは、共通半径に沿って、第３帰還ファイバの少なくとも１本、アクティブでないファイバの少なくとも１本又は第３帰還ファイバとアクティブでないファイバの両方のいずれかによって分離される第３アクティブ部位とを含み、エッチング処理が更に、
収集された信号に応答してエッチング処理を制御することを含むコンピュータ可読性媒体。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
（分野）
本発明の実施形態は概して、基板上に電子デバイスを作製するための方法、より具体的には電子デバイス作製過程における処理パラメータのモニタリングに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
より速くより処理能力の高い集積回路（ＩＣ）デバイスに対する需要は、高いアスペクト比の特徴部（トレンチ、ビア等）を基板（半導体ウェハ等）上にエッチングする必要を含め、ＩＣ製造技術に新たな難題をもたらした。例えば、一部のダイナミックランダムアクセスメモリ用途で使用されるディープトレンチのストレージ構造では、半導体基板に深くアスペクト比が高いトレンチをエッチングする必要がある。典型的には、ディープシリコントレンチエッチングは、酸化ケイ素マスクを利用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法において行われる。
【０００３】
半導体ウェハへの高いアスペクト比の特徴部のエッチングにおいてロバストな性能を示してきた慣用のシステムが、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＡＰＰＬＩＥＤ  ＣＥＮＴＵＲＡ  ＨＡＲＴ（商標名）エッチシステム及びＤｅｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ（ＤＰＳ、商標名）システムである。ＨＡＲＴ（商標名）エッチングシステムでは、中心から縁部にかけてトレンチ深さの均一性を５％に維持しながら最高で７０：１のアスペクト比を有するトレンチをエッチング可能なＭＥＲＩＥリアクタを利用する。しかしながら、サブ９０ｎｍの限界寸法を有する集積回路の作製を可能にするために、回路の設計者は、アスペクト比がより高くなってもトレンチ均一性が高いことを必要としている。このため、エッチング性能を向上させることによって次世代デバイスを実現できるようにすることが望ましい。
【０００４】
これらの課題を解決するためには、処理中のウェハについての処理パラメータ（ウェハ温度、特徴部の深さ又は寸法等）のモニタリングについて改善を加えなくてはならない。一般に、慣用の測定技法及び装置には、ウェハに近接して位置決めされる熱電対又はプローブ（高温計、ウェハ温度をモニタするためのその他のプローブ等）が含まれる。その他の慣用の測定技法には、スキャトロメトリ（ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）、発光分光分析、レーザーインフェロメトリ（ｌａｓｅｒ  ｉｎｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）等、或いは従来の時間領域及び／又は周波数領域での測定によってエッチング処理の終点を検出する方法が含まれる。これらの慣用の方法によって有用な結果が得られることもあるだろうが、ますます深くなるトレンチ深さ、高くなるアスペクト比及び小さくなる限界寸法に伴い、慣用の測定法では次世代の処理に対応できなくなるかもしれない。
【０００５】
従って、処理パラメータの精確でリアルタイムのメトリックを得るための改善された装置及び方法への需要がある。
【概要】
【０００６】
本願に記載の実施形態は、プラズマを使用した基板製造方法において処理情報を得るための方法及び装置を提供する。
【０００７】
一実施形態において、処理チャンバについて説明する。この処理チャンバは、処理容積を有するチャンバ本体アセンブリと、チャンバ本体部の天井部に連結され且つ光計測信号を伝送可能な領域を有するシャワーヘッドアセンブリと、チャンバ本体部の半径方向位置で処理容積を観察するように配置された光学モニタリング装置と、シャワーヘッドアセンブリの伝送領域を通してシャワーヘッドの面に直交する角度でチャンバ本体部の処理容積を観察するように配置されたスペクトル検出システムとを含む。
【０００８】
別の実施形態において、放射光源及び分光計に連結された光ファイバケーブル束について説明する。この光ファイバケーブルには、少なくとも１本のソースファイバを備える第１部位と、放射光源と通信する複数の第１ソースファイバ及び複数の第１信号ファイバを備える第２部位が含まれ、複数の第１ソースファイバの一部は複数の第１信号ファイバに対して離間関係に配置され、光ファイバケーブルは更に、複数の第２ソースファイバと、複数の第２信号ファイバと、複数のアクティブでないファイバを備える第３部位を含む。
【０００９】
別の実施形態において、基板を処理する方法について説明する。本方法は、エッチングチャンバ内の基板支持体上に位置決めされた基板をエッチングし、基板はプラズマの存在下でパターンマスク層を通してエッチングされ、光エネルギーをプラズマへと基板に向けて導入し、第１信号及びプラズマからの第２信号を収集し、第１信号を光ファイバ束を通して検出装置に伝送し、収集された信号に応答してエッチング処理を制御することを含む。
【００１０】
別の実施形態において、放射光源及び少なくとも１つの分光計に連結された光ファイバケーブル束について説明する。この光ファイバケーブル束は、束に固定された複数の光ファイバを含み、この束は、放射光源に連結された第１端部及び放射光源からの放射光を処理チャンバへと指向させるように位置決めされた第２端部を有する少なくとも１本のソースファイバを備える第１部位と、少なくとも１つの分光計と通信する第１端部及び処理チャンバからの光信号を受け取るように位置決めされた第２端部を有する複数の第１帰還ファイバを備える第２部位と、複数のアクティブでないファイバを備える第３部位とを備え、第２部位及び第３部位は共通半径上に配置され、各ソースファイバは、この共通半径に沿って、帰還ファイバの少なくとも１本、アクティブでないファイバの少なくとも１本又は帰還ファイバとアクティブでないファイバの両方のいずれかによって分離される。
【００１１】
別の実施形態において、基板を処理する方法について説明する。本方法は、エッチングチャンバ内の基板支持体上に位置決めされた基板をエッチングし、基板はプラズマの存在下でパターンマスク層を通してエッチングされ、光エネルギーをプラズマへと基板に向けて導入し、第１信号及びプラズマからの第２信号を収集し、第１信号を光ファイバ束を通して検出装置に伝送することを含み、光ファイバケーブル束は、放射光源に連結された第１端部及び放射光源からの放射光を処理チャンバへと指向させるように位置決めされた第２端部を有する少なくとも１本のソースファイバを備える第１部位と、少なくとも１つの分光計と通信する第１端部及び処理チャンバからの光信号を受け取るように位置決めされた第２端部を有する複数の第１帰還ファイバを備える第２部位と、複数のアクティブでないファイバを備える第３部位とを備え、第２部位及び第３部位は共通半径上に配置され、各ソースファイバは、この共通半径に沿って、帰還ファイバの少なくとも１本、アクティブでないファイバの少なくとも１本又は帰還ファイバとアクティブでないファイバの両方のいずれかによって分離されており、本方法は更に、収集された信号に応答してエッチング処理を制御することを含む。
【００１２】
別の実施形態において、コンピュータ可読性媒体を提供してエッチング処理を制御する。一実施形態において、コンピュータ可読性媒体は、処理システムによって実行されると処理システム内で行われるエッチング処理を制御する命令を格納し、このエッチング処理は、処理システム内の基板支持体上に位置決めされた基板をエッチングし、基板はプラズマの存在下でパターンマスク層を通してエッチングされ、光エネルギーをプラズマを通して基板に向けて指向させ、第１信号及びプラズマからの第２信号を収集し、第１信号を光ファイバ束を通して検出装置に伝送し、収集された信号に応答してエッチング処理を制御することを含む。光ファイバケーブル束は、放射光源に連結された第１端部及び放射光源からの放射光を処理チャンバへと指向させるように位置決めされた第２端部を有する少なくとも１本のソースファイバを備える第１部位と、少なくとも１つの分光計と通信する第１端部及び処理チャンバからの光信号を受け取るように位置決めされた第２端部を有する複数の第１帰還ファイバを備える第２部位と、複数のアクティブでないファイバを備える第３部位とを備え、第２部位及び第３部位は共通半径上に配置され、各ソースファイバは、この共通半径に沿って、帰還ファイバの少なくとも１本、アクティブでないファイバの少なくとも１本又は帰還ファイバとアクティブでないファイバの両方のいずれかによって分離される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
上記の構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態の一部は添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を限定すると解釈されないことに留意すべきである。
【００１４】
【図１】処理チャンバの一実施形態の断面図である。
【図２】図１のシャワーヘッドアセンブリの一実施形態の断面図である。
【図３】スペクトル検出システムの一実施形態の概略図である。
【図４Ａ】光ファイバケーブル束の一実施形態の等角断面図である。
【図４Ｂ】光ファイバケーブル束の別の実施形態の断面図である。
【図５】光伝送装置の一実施形態の概略断面図である。
【図６Ａ】〜
【図６Ｂ】エッチング処理における基板の概略断面図である。
【図７】エッチング処理における基板の別の実施形態の概略断面図である。
【図８】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）によるエッチング処理中に収集されたデータを表すグラフである。
【図９】エッチング処理中に収集されたプラズマ発光データを示すグラフである。
【図１０】基板温度の関数としてのシリコン吸収端の点を示すグラフである。
【図１１】光伝送装置の様々な要素の反射を示す概略図である。
【図１２】プラズマフィルタリング法の一実施形態を示す概略図である。
【図１３】フィルタリングされた吸収スペクトルデータと比較した生の吸収スペクトルデータを示すグラフである。
【図１４】終点検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００１５】
円滑な理解のために、可能な限り、図面に共通する同一要素は同一参照番号を使用して表した。一実施形態の要素は、特に記載することなくその他の実施形態で便宜上利用することが可能である。
【詳細な説明】
【００１６】
本明細書に記載の実施形態の説明は、エッチングチャンバ内で行うエッチング処理としての例示的なものであり、本明細書に記載の態様を他のチャンバ及び処理で使用することも考えられる。例には堆積チャンバ、例えばエピタキシャル堆積チャンバ、化学気相蒸着（ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバ、物理気相蒸着（ＰＶＤ）チャンバ等である。その他の処理には、プラズマ処理及び高速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、高温を利用し及び／又は処理パラメータのリアルタイムのモニタリングを必要とするその他の処理が含まれる。
【００１７】
図１は、プラズマチャンバとして構成された例示的な処理チャンバ１００の一実施形態の断面図である。一実施形態において、処理チャンバ１００は、高アスペクト比の特徴部を基板１４４にエッチングするのに適している。処理チャンバ１００には、処理容積１０６の範囲を定めるチャンバ本体部１０２と蓋部１０４とが含まれる。チャンバ本体部１０２は典型的にはアルミニウム、ステンレススチール又はその他の適切な材料から作製される。チャンバ本体部１０２は一般に、側壁１０８及び底部１１０を含む。基板アクセスポート（図示せず）は一般に側壁１０８に画成され、また処理容積１０６内に配置された基板支持アセンブリ１４８への基板１４４の搬入及び搬出を円滑に行うためのスリットバルブによって選択的に密封される。排気ポート１２６がチャンバ本体部１０２に画成されており、処理容積１０６をポンプ系へと連結している。ポンプ系は一般に、処理チャンバ１００の処理容積１０６の排気及び圧力の調節に利用される１つ以上のポンプ及びスロットルバルブを含む。一実施形態において、ポンプ系は、処理容積１０６の圧力を、典型的には約１０ｍＴｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒの作業圧力に維持する。ライナ１１２を側壁１０８の内面に連結して処理チャンバ１００の内部を保護してもよい。ライナ１１２は、基板支持アセンブリ１４８の一部の上に設置することもできる。
【００１８】
基板支持アセンブリ１４８は、処理チャンバ１００の処理容積１０６内のシャワーヘッドアセンブリ１３０下に設置され、処理中、基板１４４を保持する。基板支持アセンブリ１４８の基板受け面の面は、シャワーヘッドアセンブリ１３０の面に対して実質的に平行である。基板支持アセンブリ１４８は一般に複数の昇降ピン（図示せず）を含み、この昇降ピンは基板支持アセンブリを貫通して配置され且つ基板支持アセンブリ１４８から基板を持ち上げるように構成されており、ロボット（図示せず）との基板１４４のやりとりを慣用のやり方で円滑に進める。
【００１９】
コントローラ１５０が、処理チャンバ１００に連結される。コントローラ１５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置、サポート回路（例えば、電源、クロック回路、バスコントローラ、キャッシュ等）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む。以下で説明するエッチング処理のための命令を、コントローラ１５０内のコンピュータ可読性媒体内に格納し、コントローラ１５０によって実行することができる。
【００２０】
一実施形態において、基板支持アセンブリ１４８は、取付プレート１６２と、ベース１６４と静電チャック１６６とを含む。取付プレート１６２はチャンバ本体部１０２の底部１１０に連結され、ユーティリティをベース１６４及びチャック１６６に送るための経路（流体用導管、電力線、センサのリード線、その他のユーティリティ等）を含む。ベース１６４又はチャック１６６の少なくとも一方が、支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御するための少なくとも１つの任意の埋設ヒータ１７６及び複数の導管を含み得る。図１に図示の実施形態において、２本の導管１６８、１７０はベース１６４内に配置され、抵抗ヒータ１７６がチャック１６６内に配置される。導管１６８、１７０及びヒータ１７６を利用してベース１６４の温度を制御することによって静電チャック１６６を加熱及び／又は冷却し、この静電チャック１６６上に配置された基板１４４の温度を少なくとも部分的に制御する。
【００２１】
蓋部１０４はチャンバ本体部１０２の側壁１０８上に密封支持され、場合によっては処理チャンバ１００の処理容積１０６にアクセスできるように開放される。蓋部１０４は、光学的なプロセスモニタリングを円滑に進めるためのウィンドウ１４２を含む。一実施形態において、ウィンドウ１４２はサファイア、石英又は光学モニタリングシステム１４０によって利用される光信号を伝送可能なその他の適切な材料を含む。
【００２２】
処理チャンバ１００は、少なくとも１つの光計測モジュール、例えば光学モニタリングシステム１４０及び／又は光学モニタリング装置１２８を含む。光学モニタリングシステム１４０及び光学モニタリング装置１２８は共に、チャンバ本体部１０２の処理容積１０６及び基板１４４の少なくとも一方若しくは両方を観察できるように又は少なくとも一方若しくは両方にアクセスできるように位置決めされる。一応用例において、光学モニタリングシステム１４０によって分析される光信号は、伝達されてきたパターンにおける不一致（限界寸法（ＣＤ）、膜厚、構造体の幅／寸法等）を処理の調節により補正することを可能にし且つ処理状態のモニタリング（プラズマのモニタリング、温度のモニタリング、ＣＤのモニタリング等）及び／又は終点の検出並びにその他の機能を行うための情報をもたらす。
【００２３】
光学モニタリング装置１２８は、基板支持アセンブリ１４８に対して概して半径方向のチャンバ本体部１０２上に位置決めされたウィンドウ１２７も含み、光学発光スペクトル（ＯＥＳ）モニタとしても機能し得る。光学モニタリング装置１２８は、プラズマの状態、チャンバ整合の程度、チャンバ障害の原因及び処理チャンバ１００内のその他の光学的属性をモニタするように構成することができる。本明細書に記載の実施形態が有益となるように構成し得る１つの光学モニタリングツールが、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＥｙｅＤ（登録商標）フルスペクトル干渉計測モジュールである。このため、光学モニタリングシステム１４０及び光学モニタリング装置１２８の一方又は両方によって、パターンの不一致、処理状態のモニタリング及び／又は終点の検出に関する情報が得られ、これらは基板１４４の面に直角に及び横方向に位置決めされた見晴しのきく位置からモニタすることができる。
【００２４】
シャワーヘッドアセンブリ１３０は、蓋部１０４の内側に取り付けられる。シャワーヘッドアセンブリ１３０は複数の開口部１３５を含み、この開口部によってガスがシャワーヘッドアセンブリ１３０内を流入ポート１３２から処理チャンバ１００の処理容積１０６内へと、チャンバ１００内で処理中の基板１４４の表面全体に既定の配分で流れ込む。シャワーヘッドアセンブリ１３０は更に、光計測信号を伝送可能な領域を含む。シャワーヘッドアセンブリ１３０における光学的に透過性の領域又は経路１３８は、光学モニタリングシステム１４０による処理容積１０６及び／又は基板支持アセンブリ１４８上に位置決めされた基板１４４の観察に適している。この経路１３８は、光測定システム１４０によって発せられまた反射して戻ってきたエネルギーの波長に対して実質的に透過性である、シャワーヘッドアセンブリ１３０に配置された物質又は形成された１つ若しくは複数の開口部であってよい。経路１３８は、基板１４４の面に対して実質的に直角に位置決めされる。一実施形態において、経路１３８はウィンドウ１４２を処理容積１０６の過酷な環境から保護するためのプレート１４３を含む。プレート１４３は、サファイア材料、石英材料、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等の光学セラミック又はその他の適切な材料である。或いは、プレート１４３を、ウィンドウ１４２と処理容積１０６との間の蓋部１０４に配置してもよい。
【００２５】
一実施形態において、シャワーヘッドアセンブリ１３０は複数の区域から構成されており、処理チャンバ１００の処理容積１０６内へのガスの流れを別々に制御できるようになっている。図１の実施形態において、シャワーヘッドアセンブリ１３０は内方区域と外方区域とを有しており、これらはガスパネルに別々に連結されている。ガスパネルは処理チャンバ１００に連結されており、別々の流入ポート１３２´、１３２´´を通して処理容積１０６に処理ガス及び／又は洗浄ガスを供給する。ガスパネルは、処理ガス及びキャリアガスを流入ポートに送るためのガス供給源（図示せず）に連結される。処理ガスの例には、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、Ｏ２、ＳｉＦ４その他が含まれる。キャリアガスの例には、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、処理ガス及び非反応性ガスに不活性なその他のガスが含まれる。
【００２６】
一実施形態において、光学モニタリングシステム１４０は、ＣＤ、膜厚及びプラズマ属性をインシチュ（プラズマ処理中）及び／又はエクスシチュ（プラズマ処理の前又は後）に測定することができる。光学モニタリングシステム１４０は、１種以上の非破壊性の光学測定技法（分光法、干渉法、スキャトロメトリ、反射率測定法等）を採用することができる。光学モニタリングシステム１４０は、例えば、干渉モニタリング技法（例えば、時間領域内の干渉縞を数える、周波数領域内の縞の位置を測定する等）により基板１４４に形成中の構造体のエッチング深さプロファイルをリアルタイムで測定するように構成される。特定の用途においてどのようにして光学モニタリングを利用するかについての詳細が、２００３年９月２９日に同一人により出願された米国特許出願第１０／６７４５６８号（２００４年１０月１４日に米国特許公開第２００４／０２０３１７７号として公開）及び２００２年７月２日に発行の米国特許第６４１３８３７号に開示されており、これらの文献は共に引用により本明細書に組み込まれる。
【００２７】
図２は、シャワーヘッドアセンブリ１３０の一実施形態の断面図である。シャワーヘッドアセンブリ１３０は一般に、蓋プレート２０２と、上方プレナムプレート２０４と、下方プレナムプレート２０６と、ガス分散プレート２１０を含む。上方プレナムプレート２０４及び下方プレナムプレート２０６は離間関係でもって連結され、またシャワーヘッドアセンブリ１３０の上部構造を画成する蓋プレート２０２内に形成された凹部２７０内に設置される。プレート２０４とプレート２０６との間に画成された内部域１３４は、バリア２３６によって少なくとも２つの区域に流体的に分離される。図２に図示の実施形態において、バリア２３６は、内方プレナム２１８を外方プレナム２２０から分離している。
【００２８】
経路１３８はシャワーヘッドアセンブリ１３０を貫通して形成されており、チャンバの処理及び／又は基板の属性の光学モニタリングシステム１４０によるモニタリングを促進し、また光伝送装置２０５を含む。経路１３８は一般にシャワーヘッドアセンブリ１３０の実質的な幾何学中心に位置し、また蓋プレート２０２、上方プレナムプレート２０４及び下方プレナムプレート２０６に形成された、同軸に整列させられた開口部によって画成される。経路１３８は一般に、蓋プレート２０２、上方プレナムプレート２０４、下方プレナムプレート２０６及び基板１４４（この図では図示せず）の１つ又はその組み合わせの面に実質的に直交する角度で形成される。
【００２９】
一実施形態において、蓋プレート２０２及びプレート２０４、２０６において同軸に整列させられた開口部のそれぞれは、レンズ装置２１１及びプラグ２５４を収容できるように構成されており、レンズ装置及びプラグは光伝送装置２０５の部品である。一実施形態において、レンズ装置２１１は、光学モニタリングシステム１４０に光ファイバケーブル束２１５によって連結されたコリメータの一部である。
【００３０】
ウィンドウ１４２は、シャワーヘッドアセンブリ１３０から光学モニタリングシステム１４０へのガス漏れを防止するために、経路１３８内に密封して配置される。Ｏリング（図２では参照番号がふられていない）を設置してウィンドウ１４２を上方プレナムプレート２０４及び蓋プレート２０２に封止する。蓋プレート２０２並びに蓋プレート２０２、上方プレナムプレート２０４及び下方プレナムプレート２０６を貫通して形成された経路１３８についての更なる詳細並びに図１の処理チャンバ１００についての更なる詳細は、２００６年５月３日に出願された米国特許出願第１１／３８１５２３号に見つけることができ、この文献は引用により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
プラグ２５４は、光学モニタリングシステム１４０が利用する信号を伝送可能に構成される。一実施形態において、プラグ２５４は複数のチャネル２６０を含み、これらのチャネルは、経路２６０内でのプラズマ形成を防止しつつ、光学モニタリングシステム１４０によるチャンバ１００の処理容積１０６とのインターフェース接続を可能にする。一実施形態において、チャネル２６０は、少なくとも約１０：１、例えば１４：１のアスペクト比（高さ対直径）を有する。別の実施形態において、チャネル２６０は、ＤＥＢＹＥ長さ及び／又は電子平均自由工程以下の直径を有し、例えば約１．５ｍｍ未満であり、例えば約０．９ｍｍである。別の実施形態において、チャネル２６０は、最高約６０％の開口面積を占める。プラグ２５４は一般に、処理に使用する化学物質に対応した材料から作製される。一実施形態において、プラグ２５４は誘電体、例えばセラミックから作製される。別の実施形態において、プラグ２５４はアルミニウムである。
【００３２】
シャワーヘッドアセンブリ１３０の耐用寿命を延ばすため、ガス分散プレート２１０は、イットリウム（Ｙ）若しくはその酸化物で作製されるか被覆されるかの少なくとも一方である。一実施形態においては、ガス分散プレート２１０をバルクイットリウム又はその酸化物から作製することによってフッ素による作用に対する耐性を付与する。その他の実施形態においては、ガス分散プレート２１０を、バルク酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）から作製する。
【００３３】
任意で又は加えて、ガス分散プレート２１０が、光信号伝送性のプレート１４３を含んでいてもよい。プレート１４３は、ガス分散プレート２１０に、その実質的な幾何学中心で連結される又は固締される。この実施形態において、プレート１４３は、イットリウム又はその酸化物、例えばバルクＹ２Ｏ３から形成される。
【００３４】
プラグ２５４に形成されたチャネル２６０は、ガス分散プレート２１０に形成された開口部２６２と整列させられる。プレート１４３を使用する応用例において、開口部２６２は、プラグ２５４に形成されたチャネル２６０と実質的に整列するようにプレート１４３に形成される。開口部２６２はガス分散プレート２１０の中心に集中しており、またガス分散プレート２１０を通した光信号の効果的な伝送を促進するのに適した密度、直径（又は幅）、断面形状及び開口面積を有する。一実施形態において、開口部２６２の数及び断面形状は、チャネル２６０のものと同様である。ウィンドウ１４２によってチャネル２６０及び開口部２６２はガス流という観点から行き止まりとなるが、光伝送は可能である。このため、チャネル２６０、開口部２６２及びウィンドウ１４２は、チャンバ１００内での光学モニタリングシステム１４０による光学モニタリングを、真空の喪失又は光学ビュー経路を画成する構造へのプラズマによる損傷なしに促進する。
【００３５】
図３は、図１の処理チャンバ１００と共に使用し得るスペクトル検出システム３００の一実施形態の概略図である。スペクトル検出システム３００は、光学モニタリングシステム１４０及びチャンバ１００の処理容積１０６に、図４を参照して説明する光ファイバケーブル束２１５及び光伝送装置２０５によって連結される。スペクトル検出システム３００は、紫外可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）範囲及び近赤外（ＮＩＲ）範囲の波長を有する光を発するように構成された広帯域光源３２５を含む。別の実施形態において、広帯域光源３２５は、約２００ｎｍ〜約１８００ｎｍの波長を有する光を発する。広帯域光源３２５は水銀ランプ、重水素ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はこれらの組み合わせであってよい。更に、広帯域光源３２５を、望ましい頻度でオン／オフ切り替えされる及び／又はシャッターがおりる（ストロボ、フラッシュ等）ように構成してもよい。一実施形態において、広帯域光源３２５は、約２００ｎｍ〜約１８００ｎｍの波長で光を発するように構成されたキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプである。
【００３６】
スペクトル検出システム３００は、光エネルギーを処理容積１０６から受け取るように構成された少なくとも２つの分光計３２０、３３５も含む。分光計３２０、３３５は、ＵＶ−Ｖｉｓ及び／又はＮＩＲ波長の光学波長を受け取るように構成される。一実施形態において、分光計３２０、３３５は制御装置を搭載した２波長分光計（ｄｕａｌ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）である。分光計３２０がＮＩＲ波長の光信号を処理し、分光計３３５がＵＶ−Ｖｉｓ波長の光信号を処理するように構成することができる。一応用例において、分光計３２０は約９００ｎｍ〜約１７００ｎｍの光学波長を処理するように構成され、分光計３３５は約２００ｎｍ〜約８００ｎｍの光学波長を処理するように構成される。各分光計３２０、３３５は、例えばイーサネットケーブル３０８によってコントローラ１５０に連結され、イーサネットケーブルはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ケーブルであってもその他の配線方法であってもよい。加えて、ライン３５０によって、信号をコントローラ１５０から分光計３２０、３３５の一方又は両方に伝送してこの２つの分光計内の磁場を同期させてもよい。
【００３７】
様々な信号ラインが図３に概略的に図示されており、分光計３２０、３３５と光学モニタリング装置１２８、光伝送装置２０５とを連結している。この実施形態において、参照番号３１５Ａ〜３１５Ｃの信号ラインは、光ファイバケーブル束２１５の１本以上の個々のファイバを表す。広帯域光源３２５からの広帯域の光は光伝送装置２０５に続くライン３１５Ａを介して処理容積１０６へと伝送され、基板１４４に衝突する。これについては、図５の説明においてより詳細に説明する。基板１４４及び／又はプラズマ３０５で反射した光エネルギーの一部は分光計３２０、３３５の一方又は両方へとライン３１５Ｂ、３１５Ｃによって戻される。例えば、約９００ｎｍ〜１７００ｎｍの光学波長が分光計３２０に伝送され、約２００ｎｍ〜約８００ｎｍの光学波長が分光計３３５に伝送される。光学モニタリング装置１２８は、分光計３３５に連結された信号ライン３３０に連結されており、チャンバ１００からの帰還信号を伝送する。信号ライン３３０はライン３１５Ｃにコネクタ３５５によって連結される。一実施形態において、帰還信号は、チャンバ１００内のプラズマ３０５からの反射エネルギーである。信号ライン３３０は、ワイヤ、ケーブル又は光ファイバであってよい。
【００３８】
上述したように、分光計３３５はＯＥＳ測定用に構成されており、処理容積１０６内でのエッチングの状態を示す。例えば、向上したエッチング処理制御は、エッチング中のフォトマスク上の膜のリアルタイム伝送のモニタリングによって促進される。マスクの吸収層（例えば、クロム（Ｃｒ）は低いが測定可能な透過率をエッチング開始時に有する（典型的には１％〜１５％。膜タイプに左右される）、この透過率は、エッチング中に膜が薄くなって完全になくなる（透過率１００％）まで予測可能な形で上昇する。透過率１００％はエッチングの終点を示し得る。
【００３９】
図４Ａは、光ファイバケーブル束２１５の一実施形態の等角断面図である。図示の光ファイバケーブル束２１５は１９本のファイバから成るが、必要に応じてファイバの数は増減することができる。個々のファイバのサイズ及び光ファイバ束２１５内のファイバの本数は、光ファイバケーブル束２１５のサイズが最少になるように選択され、これによって光ファイバケーブル束２１５全体が小さくなる。ここで再度図３を参照するが、ファイバ４１０、４２０は集合的にライン３１５Ａによって表されており、また広帯域光源３２５からの光信号を伝送するために使用される。ファイバ４１５、４２５はライン３１５Ｂ、３１５Ｃによってそれぞれ表され、また基板１４４及び／又はプラズマ３０５で反射した光信号を伝送するために使用される。ファイバ４０５は「不通（ｄｅａｄ）」であり、代替又は追加の光伝送用途に使用される。一実施形態において、ファイバ４０５は、光ファイバケーブル束２１５に機械構造を加えるために使用され、構造ファイバ４０５と称される。一実施形態においては、ファイバ４０５、４１０、４１５、４２０、４２５の１本以上がマルチモードファイバである。
【００４０】
図４Ｂは、光ファイバケーブル束２１５の別の実施形態の断面図である。この実施形態において、ファイバ４０５、４１０、４１５、４２０、４２５のそれぞれは部位又は区域ごとに配置されており、この部位又は区域のそれぞれには、ファイバの少なくとも１本が含まれる。例えば、区域４５０には１本のファイバ（４１０）が含まれ、区域４５５には６本のファイバ（４１０、４１５を含む）、区域４６０には１２本のファイバ（４０５、４２０、４２５）が含まれる。加えて、明確にするために、ファイバ４１０、４１５、４２０、４２５にはＳ又はＲの符号がふられ、Ｓはソースファイバを表し、ソースファイバは広帯域光源３２５（図３）からの光エネルギーを伝送し、Ｒは帰還ファイバを表し、帰還ファイバは処理容積１０６からの光エネルギーを分光計３２０、３３５（図３）に伝送する。
【００４１】
ファイバ４１０Ｓ、４１５Ｒ、４２０Ｓ、４２５Ｒは、波長の選択的な減衰を行うように構成することができる。例えば、ファイバ４１０Ｓ、４１５Ｒは、赤外波長を優先的に伝送しながら、緑及び青の波長を減衰するように選択され、ファイバ４２０Ｓ、４２５Ｒは、ＵＶ−Ｖｉｓ範囲の波長を優先的に伝送するように選択される。加えて、区域４５０、４５５、４６０内のファイバのパターンによって、ファイバ間のクロストークが最小限に抑えられる又は排除される。例えば、ファイバ４１０Ｓ（ＮＩＲ波長を処理容積１０６に伝送する）は内方区域４５０及び第２区域４５５に位置決めされ、外方区域４６０内のファイバ４２５Ｒから空間的に分離される。ファイバ４０５、４１０Ｓ、４１５Ｒ、４２０Ｓ、４２５Ｒの空間的分離によって光エネルギーの優先的な伝播が促進され、ファイバ間での残留クロストークが最小限に抑えられる又は排除される。
【００４２】
各区域４５０、４５５、４６０は互いに半径方向及び／又は同軸関係に配置することができ、実質的な円形とすることができ、この実質的な円形には、実質的な円形、実質的な六角形、これらの組み合わせ及び円又は六角形に似たその他の多角形が含まれる。例えば、区域４５５は、区域４５０の半径方向外側に実質的な円形で配置される。同様に、区域４６０は、区域４５５の半径方向外側に実質的な円形で配置される。
【００４３】
一実施形態において、内方区域４５０は光ファイバケーブル束２１５の実質的な幾何学中心にあり、第２及び第３区域４５５、４６０は、この内方区域４５０を中心に同軸的に配置される。第２区域４５５には、複数のソースライン（ファイバ４１０Ｓ）及び複数の帰還ライン（ファイバ４１５Ｒ）が含まれ、ソースラインがどの帰還ラインとも隣り合うことがない互い違いのパターンに配置される。外方区域４６０も複数のソースライン（ファイバ４２０Ｓ）及び複数の帰還ライン（ファイバ４２５Ｒ）を含み、１本のソースファイバ４２０Ｓは２本の帰還ファイバ４２５Ｒの間に位置決めされる。加えて、帰還ファイバ４２５Ｒのそれぞれは、外方区域４６０において構造ファイバ４０５によって分離される。
【００４４】
図５は、光伝送装置２０５の一実施形態の概略断面図である。光伝送装置２０５は図１及び２の経路１３８と整列するように構成され、また光学モニタリングシステム１４０との間で光信号を光ファイバケーブル束２１５を介して送受信するように構成される。光伝送装置２０５は、光ファイバケーブル束２１５、蓋プレート２０２の上面に連結できるように構成された取付ブラケット５０５を含み得るレンズ装置（例えば、コリメータ等のレンズ装置２１１）、ウィンドウ１４２及びプラグ２５４を含む。レンズ装置２１１は、光学モニタリングシステム１４０から光エネルギーを、光ファイバケーブル束２１５、ウィンドウ１４２、プラグ２５４内のチャネル２６０を通してガス分散プレート２１０に形成された開口部２６２にまで伝送することによって基板支持体１４８の上面の面及びその上の基板１４４に対して実質的に垂直（例えば、実質的に直角）のビーム５２５を生成するように構成される。同様に、反射した光エネルギーの全て又は大部分が開口部２６２、チャネル２６０、最終的には光ファイバケーブル束２１５を通して光学モニタリングシステム１４０へと指向される。
【００４５】
本明細書に記載の実施形態ではシリコン（Ｓｉ）の光吸収端に基づいて光学的メトリックが得られ、シリコンの光吸収端は一般にシリコンバンドギャップのものの近くにある。一般に、温度が上昇するにつれ、シリコンバンドギャップは狭くなり、これによってシリコンの吸収端がより低い光エネルギー又はより長い波長に移動する。参考として挙げると、室温前後でのシリコンバンドギャップは約１．１２ｅＶであり、これは約１．１０７ミクロン（μｍ）の光エネルギーに相当し、約４１０℃では、シリコンバンドギャップが約０．９ｅＶに低下し、これは約１．２９１μｍの光エネルギーに相当する。言い換えると、シリコンウェハの温度が上昇するにつれ、シリコンの不透明性が低下し、本明細書に記載のスペクトル検出システム３００は変曲点（不透明性と透明性との遷移点と定義し得る）を、個々の波長での強度変化と共に温度の関数としてモニタし、シリコンウェハから情報を抽出する。
【００４６】
図６Ａ及び６Ｂは、エッチング処理における基板１４４の概略断面図である。図６Ａにおいて、層６０２及びパターンマスク６１０は、基板１４４上に図示されている。層６０２は単一材料から成る膜（例えば、誘電体膜、金属膜、集積回路で使用されるその他いずれの膜）又は（図示されるような）パターンが形成されていない若しくはパターンが形成された多層膜積層体を含むことができる。続くエッチング処理において、層６０２を、エッチマスクとしてのパターンマスク６１０を使用してエッチングすることができる。層６０２はいずれの慣用の薄膜堆積技法を使用して形成することもでき、例えば原子層堆積（ＡＬＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）及び例えばＣＥＮＴＵＲＡ（商標名）、ＥＮＤＵＲＡ（商標名）の処理リアクタ又はカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能な別の処理システムを使用して実行される技法である。
【００４７】
パターンマスク６１０は一般にフォトレジストマスク、αカーボン（すなわち、アモルファスカーボン）マスク、ハードマスク、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｆｉｌｍ（商標名、ＡＰＦ）等の形態である。一例示的な実施形態において、パターンマスク６１０はフォトレジストマスクである。説明にあたって図６Ａを参照するが、パターンマスク６１０は高さ６１４を有し、また幅６０６、６１８をそれぞれ有する構造体６２０、６３０（例えば、ライン、壁、カラム等）を含む。幅６０６は幅６１８又はパターンマスク６１０のその他いずれの構造体の幅よりも狭い。
【００４８】
一実施形態において、スペクトル検出システム３００は、エッチング処理中の基板１４４上の構造体６２０の高さ６１４に対応するメトリックをリアルタイムで測定するように構成されている。エッチング処理中、光伝送装置２０５は、ＵＶ−Ｖｉｓ及びＮＩＲ範囲（例えば、約２００ｎｍ〜約１７００ｎｍ）の波長を有する入射光を生成する広帯域光源３２５を使用して基板１４４に光を照射する。一般に、このような放射光は基板１４４に対して実質的に直角に指向され、また基板上の約１ｍｍ〜約１２ｍｍの領域に光を照射する。このため、一応用例において、ビーム径は約１ｍｍ〜約１２ｍｍである。一実施形態において、基板１４４上の領域に照射されるビーム径は約１０ｍｍである。別の実施形態において、ビーム径は４ｍｍ以下、例えば約１ｍｍである。より具体的には、光伝送装置２０５は、限界寸法（幅６０６等）を有する構造体６２０が占める基板１４４上の領域に光を照射する。
【００４９】
測定の精度を向上させるために、広帯域光源３２５からの入射光の強度を任意で変調し及び／又は入射光をパルス化し、また偏光させてもよい。一実施形態において、入射光の変調の周波数は最高で約１０Ｈｚである。一般に、光伝送装置２０５は、上述したように干渉及び／又は分光による測定を行うように構成することができる。
【００５０】
入射光（光線Ｒ１）は、構造体６２０を照らすために光伝送装置２０５から放射されると、一部が表面６２１で反射し（光線Ｒ３）、一部が構造体６２０内へと伝播する（光線Ｒ５）。光線Ｒ５は更に、一部が構造体６２０下の表面６０５を通り抜けて層６０２（光線Ｒ６）内へと伝播し、そこで吸収される。光線Ｒ５の一部は、構造体６２０（例えば、フォトレジスト）の材料によって吸収され（光線Ｒ７）、光線Ｒ５の一部は反射する（光線Ｒ４）。加えて、構造体６２０近くの領域６０３を照らす入射光の一部（光線Ｒ２）は一部が層６０２内へと伝播し（光線Ｒ８）、そこで光線Ｒ２は吸収され、一部は層６０２で反射する（光線Ｒ９）。
【００５１】
図７は、エッチング処理における基板１４４の別の実施形態の概略断面図である。この実施形態において、基板１４４はシリコン（Ｓｉ）であり、トレンチ７１５が基板１４４の垂直方向（方向Ｚ）にパターンマスク６１０及びサブマスク６１２を使用してエッチングされている。光伝送装置２０５からの入射光（光線Ｒ１０）は基板１４４に異なる垂直深さで衝突し、光線の一部は、基板の温度及び／又は光伝送装置２０５からの光エネルギーの波長に応じて反射する（光線Ｒ１１）。ある温度及び／又は波長では、光線Ｒ１０は、図７に図示されるように基板１４４の背面７２０で反射する。様々な層の屈折率における不連続性（参照番号７２５、７３０、７３５、７４０によって表される）によってはっきりとした干渉縞が生じる。この干渉縞のデータを使用して、周波数に基づいたフーリエ解析技法又は時間領域におけるその他の分析技法によりエッチング深さを計算する。
【００５２】
図８は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）によるエッチング処理中に波長１．６μｍで収集されたデータを表すグラフ８００である。曲線８０５は、このエッチング処理中に収集された干渉信号を表す。点８１０は、図８に図示のデータに基づいて約４．３９μｍのトレンチ深さを示す。図９は、チャンバ１００からのＮＩＲ信号を使用した、分光計３２０（図３）によってエッチング処理中に収集されたプラズマ発光データを示すグラフ９００である。
【００５３】
図１０は、基板温度の関数としてのシリコン吸収端の点を示すグラフ１０００である。光伝送装置２０５の使用において、約４ｎｍのスペクトル分解能によって約２℃以内の温度測定精度が得られることが判明している。
【００５４】
相対吸収スペクトルの計算
図１１は、基板１４４に印加される光エネルギーを干渉し得る、光伝送装置２０５の様々な要素（レンズ装置２１１、ウィンドウ１４２、プラグ２５４等）の反射を示す概略図である。予想外の反射を補正するために、相対吸収スペクトルを求める。番号１１１５の図において、光ファイバケーブル束２１５は、光線Ｒ１２として示される光を発し、この光はレンズ装置２１１、ウィンドウ１４２、プラグ２５４を既知の温度（約２５℃等）に維持された基板１４４の表面へと通過する。光は基板１４４で反射してプラグ２５４、ウィンドウ１４２、レンズ装置２１１を通って光ファイバケーブル束２１５へと戻る。光線Ｒ１３で示される反射光は基板の温度を示し、システムハードウェア（プラグ２５４、ウィンドウ１４２、レンズ装置２１１等）からの反射光によってもたらされたエラーも含む。
【００５５】
このエラーの原因をつきとめるために、図１１１０に図示されるように、光を、光線Ｒ１２によって示されるように、プラグ２５４、ウィンドウ１４２及びレンズ装置２１１に、チャンバ内に基板を置かずに通す。光吸収ディスクを基板支持体に配置することによって、光が反射してプラグ２５４、ウィンドウ１４２及びレンズ装置２１１を通って光源に戻るのを防止してもよい。従って、反射して光ファイバケーブル束２１５に戻る光は全部ではないにしても殆どがプラグ２５４及び／又はウィンドウ１４２（光線Ｒ１４）及び／又はレンズ装置２１１（光線Ｒ１５）からの反射光である。
【００５６】
図１１１５の基準基板及び図１１１０の反射エラーから得られた情報を使用して、基板１４４の温度を図１１０５に図示されるように分解し計算することができる。光ファイバケーブル束２１５は光線Ｒ１２によって示される光を発し、この光はレンズ装置２１１、ウィンドウ１４２及びプラグ２５４を、温度を求める対象である基板１４４の表面へと通過する。光は、光線Ｒ１３によって示されるように、基板１４４で反射してプラグ２５４、ウィンドウ１４２及びレンズ装置２１１を通って光ファイバケーブル束２１５に戻る。反射光Ｒ１３には、基板１４４（光線Ｒ１３）、プラグ２５４及び／又はウィンドウ１４２（光線Ｒ１４）並びにレンズ装置２１１（光線Ｒ１５）で反射した光が含まれる。図１１１０、１１１５に記載の技法を通して得られた情報を利用して、基板１４４の相対光吸収を、プラグ２５４、ウィンドウ１４２及びレンズ装置２１１で反射した光を除外し、既知の温度の基板で反射した光を計算することによって計算することができる。ランプ出力の差異についての補正係数も計算に含めることができる。
【００５７】
プラズマ発光作用の排除
エッチング処理中、プラズマ発光から生じるノイズが分光計３２０、３３５によって検出されることがあり、情報が不正確になる。従って、プラズマノイズのフィルタリングによりプラズマ発光を軽減又は排除し、より正確な光学情報を分光計に送ることが望ましい。
【００５８】
図１２は、広帯域光源３２５を利用したプラズマフィルタリング法の一実施形態の概略図である。この実施形態において、広帯域光源はランプ１２０２（キセノンフラッシュランプ等）である。図１２０５はランプ１２０２が「オン」であることを示し、光線１２は基板１４４に向かって指向されている。光線Ｒ１５は、基板１４４及びハードウェアで反射して戻ってきた放射光とそれに加わるプラズマ３０５からの放射光を示す。図１２１０はランプ１２０２が「オフ」であることを示し、光線Ｒ１６はプラズマ３０５からの放射光を示す。光線Ｒ１５及び光線Ｒ１６の強度「Ｉ」を求めることができ、ハードウェア及びランプの反射スペクトルは以下の式：
ＩランプＯＮ−ＩランプＯＦＦ
によって計算することができる。
【００５９】
別の実施形態において、プラズマ発光作用は、メジアンスペクトルフィルタを使用してフィルタされる。この実施形態においては、以下のアルゴリズム：
ＡＩ＝メジアン（Ａｉ−ｎ／２，Ａｉ−ｎ／２＋１，・・・・Ａｉ＋ｎ／２−１，Ａｉ＋ｎ／２
を使用する。この式においてｉ＝強度であり、ｎ＝基板の枚数である。
【００６０】
図１３は、フィルタリングされた吸収スペクトルデータと比較した生の吸収スペクトルデータを示すグラフ１３００である。フィルタリングされていない吸収スペクトルデータはトレース１３０５によって示され、フィルタリングされた吸収スペクトルデータはトレース１３１０によって示される。図示されるように、プラズマ発光による強度の急上昇は実質的に排除される。
【００６１】
作業において、基板１４４は、上述のように構成された処理チャンバに供給され、基板支持体上に配置される。エッチャントガスが処理チャンバに供給され、点火されてプラズマとなる。処理チャンバ上部の光学的に透過性の領域に指向された光ファイバケーブル束２１５は、少なくとも１つの周波数又は周波数範囲の電磁エネルギーを処理チャンバに伝送する。光ファイバケーブル束は、例えば、第１周波数の電磁エネルギーを処理チャンバに伝送するための第１ソース束及び処理チャンバ内の第１周波数の電磁エネルギーを検出するための第１受信束を備える第１アクティブ束を含み得る。光ファイバケーブル束は、第２周波数の伝送を行うための第２ソース束及び第２受信束も含み得る。光ファイバケーブル束は、第３の束となり得る、もう一方のアクティブ束中を伝播する信号間の干渉を最小限に抑えるように構成された間隔束も備えていてよい。構造束を、光ファイバケーブル束内の剛性又は機械的強度が上昇するように構成することもできる。
【００６２】
光ファイバケーブル束２１５はエネルギーを基板に向かって、基板表面に概して直角に指向させる。光ファイバケーブル束に供給するエネルギーを１つ以上の特定の周波数で生成しても、広帯域スペクトルエネルギーとしてもよい。入射エネルギーの少なくとも一部が基板で反射して光ファイバケーブル束に戻り、光ファイバケーブル束によって１つ以上のスペクトル分析器に伝送される。スペクトル分析器はこの反射エネルギーのスペクトル特性を入射エネルギーのものと比較して基板の状態、例えばエッチング処理の進行具合及び／又は温度を求める。処理条件は、反射エネルギーの分析に基づいて調節される。
【００６３】
図１４は、終点検出方法１４００の一実施形態を示すフローチャートである。１４１０で、基板をチャンバ１００に供給し、基板支持体上に位置決めする。チャンバ１００は、基板及び／又は基板支持体の面に対して垂直に位置決めされる第１光学ウィンドウ（ウィンドウ１４２等）と、基板及び／又は基板支持体に対して概して半径方向に位置決めされる第２ウィンドウ（ウィンドウ１２７等）を含む。１４２０において、フォトマスク（パターンマスク６１０等）を基板の隣に位置決めすることによって基板上でのパターン形成を促進する。処理ガスをチャンバ内へと１４３０で導入し、１４４０で処理ガスのプラズマを基板と第１光学ウィンドウ（１４２）との間で発生させる。１４５０で、光エネルギー（ＵＶ−Ｖｉｓ及び／又はＮＩＲスペクトルの光等）を基板に向かってプラズマに指向させる。１４６０に示されるように、処理中、第１信号（基板からの反射光等）が第１ウィンドウで検出され、第２信号（プラズマ属性を示す信号等）が第２ウィンドウ（１２７）で検出される。一実施形態において、第１信号にはＩＥＰメトリックが含まれ、第２信号にはＯＥＳメトリックが含まれる。ウィンドウ１４２及び／又は１２７で検出されたＩＥＰ及びＯＥＳメトリックの一方又は両方に基づいて、１４７０に示されるように、１４４０で発生させたプラズマを停止させる。例えば、ＩＥＰメトリックには、トレンチ深さ、トレンチ幅等の属性、エッチング進行度を示すその他の属性及びメトリック並びに温度を示すものが含まれる。ＯＥＳメトリックには、プラズマの状態、エッチングの進行度その他を示すものが含まれる。加えて、プラズマを停止させる前に、基板の温度をモニタし及び／又は第１ウィンドウで検出された情報に基づいて調節することができる。
【００６４】
本明細書に記載の実施形態は、広帯域エネルギー源（本明細書で記載されたような広帯域光源３２５及び／又はランプ１２０２等）を使用したＩＥＰ及びＯＥＳ分析についてのものである。これらの分析の一方又は両方を利用して、エッチング処理の終点、基板の温度、エッチング選択性、その他のパラメータを求めることができ、処理条件をこの分析の一方又は両方に基づいて調節することができる。従って、プラズマから放出された電磁エネルギーを、基板に対して半径方向の関係にあるチャンバの側壁に配置された光学検出装置で検出することができ、既知の周波数の電磁エネルギー及び／又は光は、基板に対して実質的に垂直の角度で配置された光学検出装置で検出することができる。プラズマ及び／又は既知の周波数の光が放出したエネルギーを分析し、上述のその他の分析と比較して結果の精度を向上させてもよい。
【００６５】
本明細書に記載の実施形態によって、ＯＥＳ終点及びＩＥＰ終点の両方に到達したことを特に開口面積が狭いトレンチを処理する場合に高い信頼性でもって確認できることを含む、処理上の恩恵がもたらされる。例えば、ＯＥＳ及びＩＥＰ終点を利用し、この２つの方法を比較することによって、終点法の一方におけるプロセスドリフト及び／又は誤りを検出する。処理の均一性についての評価及び中心で速くする又は遅くするエッチング条件へのモニタリングは、ＩＥＰ及びＯＥＳ終点についての終点時間（平均）を比較することで改善することができる。ＩＥＰ信号をＯＥＳ信号で割ることによるフォトマスクを通したＯＥＳ信号の正規化を行うことができる。この正規化によって、プラズマの明るさ及び変動からは総じて独立した真の伝送測定がなされ、またフォトマスクの測定されたスペクトル透過率と透過についてのリアルタイムモデルとを比較することができ、エッチング中のエッチング層（例えば、Ｃｒ層）の厚さを求めることができる。正規化によって、フォトマスクの測定されたスペクトル透過率とスペクトル透過についてのリアルタイムモデルとを比較することもでき、エッチング中のマスキング層（例えば、フォトレジスト）の厚さを求めることができる。
【００６６】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他及び更に別の実施形態を創作することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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