(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）その内部にフォトマスクレチクルを保持するよう構成された基板支持部材を有するエッチングチャンバを設置し、基板支持部材が中央領域の第１窓部と周辺領域の第２窓部を備え、中央及び周辺領域がレチクルの中央及び周辺領域に対応する工程と、
（ｂ）基板を基板支持部材上に載置する工程と、
（ｃ）処理ガスをエッチングチャンバ内に導入する工程と、
（ｄ）基板をエッチングするために処理ガスからプラズマを発生させる工程と、
（ｅ）終点検出システムを用いて第１窓部を通して第１光信号を、第２窓部を通して第２光信号を検出する工程であって、
（ｅ１）終点検出システムに光源と光検出装置を設置する工程と、
（ｅ２）光源からの入射光ビームを第１及び第２窓部の少なくとも１つを通して基板の１つ以上の既定位置へと指向する工程と、
（ｅ３）基板の１つ以上の既定の位置からの少なくとも１つの戻り光ビームを第１及び第２窓部の少なくとも１つを通して光検出装置に結合する工程を更に含む工程と、
（ｆ）検出した第１及び第２光信号の少なくとも１つから得た情報に基づいてプラズマを終了させる工程を含む基板のエッチング方法。
【請求項２】
基板支持部材の周辺領域に第３の窓部を設置して、第３光信号を光検出装置に結合する工程を含み、第２及び第３の窓部は、各々、周辺領域の角部及び辺部に配置されており、
第１光信号と、第２及び第３光信号の少なくとも１つとに基づいて中央から縁部にかけてのエッチング均一性を求める工程を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
基板支持部材の周辺領域に第３の窓部を設置して、第３光信号を光検出装置に結合する工程を含み、
第２窓部は第１窓部に対しての第１方向に沿って配置され、第３窓部は第１窓部に対しての第２方向に沿って配置され、第２方向は第１方向に対して直角であり、
第１、第２、第３光信号に基づいて第１及び第２方向について中央から縁部にかけてのエッチング均一性を求める工程を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
プラズマエッチングチャンバ内でパターン形成したマスク層を介して基板をエッチングし、基板が基板支持体上に配置される非エッチング側と、基板支持体とは反対方向に面しているエッチング側を有する工程と、
基板のエッチング中、パターン形成した基板のエッチング側を放射光源からの放射光に曝露する工程と、
放射光源からの信号をパターン形成した基板の非エッチング側から収集する工程と、
基板下から収集した信号を非ソラリゼーション化光ファイバを通して検出装置に伝達する工程と、
約２３５ｎｍ未満の波長を有する放射光に基板を曝露する工程と、
収集した信号に応答してエッチング処理を制御する工程を含む基板の処理方法。
【請求項５】
放射光源がプラズマそれ自体である請求項４記載の方法。
【請求項６】
放射光がマスク層により吸収される範囲にあり、かつマスク層表面からの反射による深刻な干渉を防止する波長を有する請求項４記載の方法。
【請求項７】
エッチング中、第２放射光源からの放射光をパターン形成した基板の非エッチング側に指向する工程と、
第２放射光源からの放射光に基板を間欠的に曝露する工程を更に含む請求項４記載の方法。
【請求項８】
検出した信号に応答してエッチング処理を制御する工程が、
検出信号でもってエッチングチャンバの側壁を通して収集したＯＥＳ情報を分析する工程を更に含む請求項４記載の方法。
【請求項９】
エッチングチャンバ内の基板支持体上に位置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形成したマスク層を介してエッチングされる工程と、
基板を通過するプラズマからの光によって発生する第１信号を収集する工程と、
パターン形成した基板の底部から検出装置に反射される第２放射光源からの放射光を含む第２信号を収集する工程と、
収集した第１及び第２信号を光ファイバを通して検出装置へと伝達する工程と、
検出した信号に応答してエッチング処理を制御する工程と、
第２放射光源から第２信号を収集し、第２信号はパターン形成した基板の底部から検出装置に反射される工程を含む基板の処理方法。
【請求項１０】
エッチングチャンバ内の基板支持体上に位置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形成したマスク層を通してエッチングされる工程と、
エッチング中、ランプから放射光を発生させ、放射光を基板の底面に指向させる工程と、
エッチング処理を表す信号を分析し、信号が基板で反射したランプからの放射光を含み、分析がプラズマ光からの信号成分の減算を更に含む工程と、
エッチングチャンバの側壁を通して収集されたＯＥＳ情報に少なくとも部分的に応答してエッチング処理を制御する工程を含む基板の処理方法。
【請求項１１】
プラズマエッチングチャンバ内の基板支持体上に配置されたフォトマスクレチクルをエッチングする工程と、
基板支持体の第１窓部を通して収集した光を示す第１信号を得て、第１窓部はフォトマスクレチクルの中心下に配置されている工程と、
基板支持体の第２窓部を通して収集した光を示す第２信号を得て、第２窓部はフォトマスクレチクルの第１縁部下に配置されている工程と、
エッチングチャンバの側壁を通して収集したＯＥＳ情報を得る工程と、
ＯＥＳ情報を用いて信号の少なくとも１つを正規化する工程と、
正規化した信号及び光学薄膜モデルからフォトマスクレチクル上に配置されたクロム層のエッチング速度又は厚さのうちの少なくとも１つを決定する工程と、
ＯＥＳ情報と得られた信号の少なくとも１つを用いてフォトマスクレチクルのエッチングのパラメータを決定する工程を含む基板の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、集積回路の製作と集積回路の製造に有用なフォトマスクの製作に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
マイクロエレクトロニクス又は集積回路デバイスの製作は、典型的には、半導体、誘電性又は導電性基板に施す数百もの個別工程を必要とする複雑な処理シーケンスを伴う。これらの処理工程の例には酸化、拡散、イオン注入、薄膜蒸着、洗浄、エッチング、リソグラフィが含まれる。リソグラフィとエッチング（パターン転写工程と呼ばれることが多い）を用い、まず、所望のパターンを感光性材料層、例えばフォトレジストに転写し、その後、次のエッチング中にその下の材料層に転写する。リソグラフィ工程で、ブランケットフォトレジスト層をパターンを含むレチクル又はフォトマスクを介して放射光源に曝露すると、パターンの像がフォトレジストに形成される。適切な化学溶液中でフォトレジストを現像するとフォトレジストの一部が除去され、パターン形成されたフォトレジスト層が得られる。このフォトレジストパターンをマスクとして用いて、その下の材料層を、例えばウェット又はドライエッチングにより反応環境に曝露すると、その下の材料層にパターンが転写される。
【０００３】
典型的にはガラス又は石英基板上に支持された金属含有層に形成されるフォトマスク上のパターンは、フォトレジストパターンを介してエッチングすることでも形成できる。しかしながら、この場合、フォトレジストパターンをレチクルを介したフォトレジストの曝露とは対照的に、例えば電子ビーム又はその他の適切な照射ビームを用いて直接書込み法により形成する。パターン形成したフォトレジストをマスクとして使用し、パターンをその下の金属含有層にプラズマエッチングを用いて転写可能である。最新のデバイス製造での使用に適した市販のフォトマスクエッチング機器の一例としては、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社から入手可能なテトラ（Ｔｅｔｒａ（商標名））フォトマスクエッチシステムが挙げられる。「マスク」「フォトマスク」又は「レチクル」という用語は、パターンを含む基板を総称して同じ意味で用いられる。
【０００４】
処理中、フォトマスクのエッチングからの終点データを用いて処理が所要規格に沿って行われているか否か、及びエッチング均一性等の所望の結果が達成されたか否かを求めることができる。各フォトマスクは、通常、一連の独自の特徴部又はパターンを有するため、同一のプロセスレシピを用いてエッチングしたフォトマスクの終点データはフォトマスクごとに異なり、所望のエッチング結果が特定のフォトマスクについて得られたか否かを測定するのは困難である。
【０００５】
デバイス寸法がますます小型化するにつれ、先端技術に向けたフォトマスクのデザインと製造は一層複雑になってきており、限界寸法や処理の均一性の制御は一段と重要になってきている。従って、各フォトマスクについて一貫した終点データを生成するための改善された装置及び方法等の、フォトマスク製造における処理制御の改善が現在求められている。
【概要】
【０００６】
本発明の実施形態は基板のエッチング方法及び装置を提供する。本発明は真空処理で使用されるその他の基板の中でもフォトマスクのエッチングに特に適している。
【０００７】
一実施形態において、（ａ）少なくとも中央領域の第１窓部と周辺領域の第２窓部を備える基板支持部材を有するエッチングチャンバを設置し、（ｂ）基板を基板支持部材上に載置し、（ｃ）処理ガスをエッチングチャンバ内に導入し、（ｄ）基板をエッチングするために処理ガスからプラズマを発生させ、（ｅ）終点検出システムを用いて第１窓部を通して第１光信号を、第２窓部を通して第２光信号を検出し、検出した第１及び第２光信号の少なくとも１つから得た情報に基づいてプラズマを終了させることを含む基板エッチング方法を提供する。
【０００８】
別の実施形態において、基板エッチング方法は（ａ）第１窓部と第２窓部を有する基板支持部材を有するエッチングチャンバを設置し、（ｂ）基板を基板支持部材上に載置し、（ｃ）基板をエッチングするために処理ガスからプラズマを発生させ、（ｄ）光検出装置を備えた終点検出システムを設置し、（ｅ）光検出装置を用いて第１窓部及び第２窓部の少なくとも１つを通して少なくとも１つの光信号を監視し、（ｆ）少なくとも１つの光信号から得た情報に基づいてプラズマを終了させることを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態において、プラズマエッチングチャンバと、チャンバ内の、中央領域に配置された第１窓部と周辺領域に配置された第２窓部を有する基板支持部材と、第１及び第２窓部を通してチャンバと連動する終点検出システムを含む基板エッチング装置を提供する。
【００１０】
別の実施形態において、基板エッチング装置は基板支持部材と、反射モード又は透過モードの少なくとも１つで運転するように構成された終点検出システムを含み、終点検出システムは基板支持部材の中央領域に配置された第１光学部品と基板支持部材の周辺領域に配置された第２光学部品を備える。
【００１１】
別の実施形態はプラズマエッチングチャンバと、第１及び第２窓部を有し、第１窓部がその中央領域に在るチャンバ内の基板支持部材と、第１及び第２窓部の１つを通してチャンバと連動している終点検出システムを含む基板エッチング装置を提供する。
【００１２】
別の実施形態においては、基板エッチング方法は中央領域に第１窓部を、周辺領域に第２窓部を備える基板支持部材を有するエッチングチャンバを設置し、基板を基板支持部材上に載置し、エッチングチャンバ内に処理ガスを導入し、基板をエッチングするために処理ガスからプラズマを発生させ、終点検出システムを用いて第１窓部を通して第１光信号を、第２窓部を通して第２光信号を検出し、検出した第１及び第２光学信号の少なくとも１つから得た情報に基づいてプラズマを終了させることを含む。
【００１３】
更に別の実施形態において、基板エッチング方法は（ａ）第１窓部及び第２窓部を有する基板支持部材を有するエッチングチャンバを設置し、（ｂ）基板を基板支持部材上に載置し、（ｄ）基板をエッチングするために処理ガスからプラズマを発生させ、（ｅ）光検出装置を含む終点検出システムを設置し、（ｆ）光検出装置を用いて第１窓部及び第２窓部の少なくとも１つを通して少なくとも１つの光信号を監視し、（ｇ）少なくとも１つの光信号から得た情報に基づいてプラズマを終了させることを含む。
【詳細な説明】
【００１４】
本発明は、例えばフォトマスクの異なる領域を光学的に監視することで、向上した処理監視でもってフォトマスク基板をエッチングするための方法及び装置を提供する。説明及び実例はフォトマスク基板のエッチングに焦点をあてたものであるが、本発明の多様な実施形態は透明又は誘電性基板を含むその他の適切な基板の処理監視にも適合可能である。
【００１５】
図１Ａは本発明の一実施形態によるプラズマエッチングチャンバ１０の概略断面図である。適切なプラズマエッチングチャンバに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社から入手可能なテトラ（商標名）ＩＩ（Ｔｅｔｒａ）フォトマスクエッチチャンバ又は分離プラズマソース（ＤＰＳ（商標名））が含まれる。異なるデザインの誘導結合プラズマエッチングチャンバのみならず例えば容量結合平行板型チャンバ及び磁気強化型イオンエッチングチャンバを含め、その他の処理チャンバも本発明の実施形態と関連して使用することができる。図１で図示の特定の実施形態のエッチングチャンバ１０は例示を目的としたものであり、本発明の範囲を制限するものとして使用されるべきではない。その他の製造業者によるものを含め、本発明をその他の処理システムでも利用することも想定される。
【００１６】
処理チャンバ１０は、通常、円筒形の側壁つまりチャンバ本体部１２と、本体部１２上に取り付けられたエネルギー透過性天井部１３と、チャンバ底部１７を含む。天井部１３は平面、矩形、弓形、円錐形、ドーム状又は複合半径形状であってもよい。少なくとも１つの誘導コイル２６が天井部１３の少なくとも一部の上方に配置されている。図１Ａの実施形態においては２本の同心コイル２６が図示されている。処理チャンバ１０のチャンバ本体部１２とチャンバ底部１７は陽極酸化アルミニウム等の金属から形成可能であり、天井部１３はセラミック又はその他の誘電体等のエネルギー透過性材料から形成可能である。
【００１７】
基板支持部材１６が処理チャンバ１０内に配置されており、処理中、基板２２０を支持する。支持部材１６は少なくともその一部が導電性であり、処理バイアス印加電極として機能可能な慣用のメカニカル又は静電チャックであってもよい。図示されてはいないが、フォトマスクアダプタを用いてフォトマスクを支持部材１６に固定してもよい。フォトマスクアダプタは、通常、支持部材の上部を覆うように加工された下部と、フォトマスクを保持するようなサイズと形状の開口部を有する最上部を含む。一実施形態において、フォトマスクアダプタの最上部は正方形の開口部を有する。適切なフォトマスクアダプタは２００１年６月２６日に発行の米国特許第６２５１２１７号に開示されている。
【００１８】
処理ガスは支持部材１６近傍の周縁域に配置されたガス分配装置２２を介して処理ガス供給源４８から処理チャンバ１０へと導入される。各処理ガス又は処理ガス混合物の質量流量制御装置（図示せず）が処理チャンバ１０と処理ガス供給源４８との間に配置され、処理ガスの各流量を調整する。
【００１９】
プラズマ域１４は処理チャンバ１０、基板支持部材１６、及び天井部１３により規定される。プラズマは、電源２７から誘導コイル２６へとＲＦ整合回路３５を経由して電力を供給することにより、プラズマ域１４内で処理ガスから発生させられる。支持部材１６はその内部に電極を含んでいてもよく、電極は電極電源２８により給電され、ＲＦ整合回路２５を経由して処理チャンバ１０内で容量性電界を発生させる。典型的には、本体部１２を電気的に接地しながら、ＲＦ電力を支持部材１６の電極に印加する。支持部材１６の面を横断する容量性電界は荷電種の指向性に影響を及ぼし、基板２２０のエッチングがより異方性となる。
【００２０】
処理ガス及びエッチャント副生成物は排出ポート３４を経由して排出システム３０へと処理チャンバ１０から排出される。排出システム３０を処理チャンバ１０の底部１７、或いは処理チャンバ１０の本体部１２内に配置して処理ガスを除去する。絞り弁３２を排気ポート３４に設置し、処理チャンバ１０内の圧力を制御する。
【００２１】
図１Ａは、本発明による処理チャンバ１０と連動的に結合された終点検出システム１６４も図示している。本発明の実施形態においては、少なくとも２つの光アクセスポート又はビューポートが基板支持部材１６の異なる領域に設置されている。一実施形態において、少なくとも１つのアクセスポートが非周辺領域に設けられている。更に別の実施形態において、基板支持部材１６には中央領域に少なくとも１つの窓部が設けられている。図１Ａに図示の実施例において、２つの光アクセスポートは周辺領域１６Ｐの窓部１１０と中央領域１６Ｃの窓部１１２をそれぞれ構成している。終点検出システム１６４はこれらの窓部の１つ以上を通して光沢信号を検出するよう構成されており、これによりエッチング中にフォトマスク基板２２０上の様々な位置のその背面からの光学監視が可能である。一実施形態においては、第３窓部（図示せず）も基板支持部材１６の周辺領域１６Ｐに設置する。或いは、別の数の窓部を基板支持部材１６のその他の位置に設置してもよい。
【００２２】
一般的に、窓部は大きいほうが基板支持部材１６内への光学部品の取り付けが容易である。しかしながら、基板支持部材１６をＲＦバイアス印加する装置の場合、窓部のサイズ、特に基板支持部材１６の中央領域１６Ｃの窓部のサイズとしては光学監視に十分な大きさであり、かつＲＦバイアスに関しての悪影響の可能性を回避するに十分なほどに小さいものを選択する。小さい窓部を選択することで支持部材１６の横方向の温度均一性が改善される。光アクセスポートは、通常、石英又は広帯域の波長スペクトルに亘って光を透過するその他の材料から成る平坦な窓部を備える。別の光学構成については追ってより詳細に説明する。
【００２３】
図２を参照すると、図２は本発明の一実施形態に従ってモニタし終点を検出するフォトマスク基板２２０の位置の一部の概略図である。基板２２０の中央領域２２５はリソグラフィを目的としてパターン形成されるフォトマスク区域として規定され、周辺領域とはパターン形成された中央領域の外側であり、これらの領域は終点又はその他の処理パラメータの監視に利用されるパターン又は特徴部を含む。基板支持部材１６に配置された幾つかの窓部が仮想線で図示されている。例えば、フォトマスク基板２２０が基板支持部材１６の中央に配置される場合、窓部１１２を通して光学的にアクセスすることでフォトマスク２２０の中心付近の監視が可能となり、フォトマスク２２０の周辺領域２２７の領域２２４、２２６は窓部１１４、１１０を通してそれぞれ監視可能である。一実施形態において、監視した領域２２４、２２６はフォトマスク２２０の一辺沿い、及び角部にそれぞれ位置される。別の実施形態において、監視領域２２４はフォトマスク２２０の一辺、例えばフォトマスク２２０の中心に対してＸ軸方向の辺の中点に位置し、その一方で例えばフォトマスク２２０の中心に対してＹ軸方向の、フォトマスク２２０の隣接する辺に位置している別の領域２２４Ａは別の窓部１１４Ａを通して監視される。１１２、１１４及び１１４Ａ等の窓部を通して得られた光信号を用いてＸ及びＹ軸方向に沿った、或いはより一般的には互いに直交した方向に沿った中心から縁部に向かってのエッチング均一性を得ることが可能である。
【００２４】
１つ以上の窓部１１２Ａを基板支持部材１６に設けることでフォトマスク２２０の中央領域２２５の２２２Ａ等の異なる領域の監視が可能になる。窓部１１２Ａ、１１４Ａを追加することで縁部から中心に向かってのエッチングプロファイルの測定が円滑になる。例えば、縁部から中心にかけてのエッチングプロファイル等の処理均一性に関する情報はフォトマスク２２０の異なる領域又は位置での終点結果を例えば領域２２２、２２４及び２２４Ａからの信号に基づいて比較することで得ることができる。また、窓部を用いて窓部１１２、１２２Ａの少なくとも１つがエッチング中の特徴部の下にあることを確認することができる。
【００２５】
図１Ａを再度参照すると、終点検出システム１６４は反射又は透過モードで作動させるための光学装備を備え、反射率、透過率、干渉法、又は発光分光法の各種測定用に構成される。例えば処理中の材料層又は基板構造といった対象となる用途に応じ、反射率又は透過率強度における変化、干渉縞の数、又は特定の波長での発光強度における変化、又はその組合せに基づいて終点を検出する。
【００２６】
反射モードで運転することにより、反射率（又は反射率測定）及び干渉計測を行うことができる。終点システム１６４は、通常、光源１６６、光源１６６からの入射光ビーム１７６を基板２２０の背面の領域又は点１８０に集束させるための集束アセンブリ１６６と、基板２２０の領域１８０で反射した戻り光ビーム１７８の強度を測定するための光検出装置１７０を備える。光検出装置は、通常、単一波長又は多波長検出装置又は分光装置である。反射光ビーム１７８の測定信号に基づき、コンピュータ１７２は実時間波形の一部を算出し、それを保存されている特性波形と比較し、エッチング処理に関連する情報を抽出する。この場合、計算は例えば膜が完全にエッチングされた際の、反射又は透過モードのいずれかにおける、検出信号の勾配変化又はその他の特性変化に基づいて行う。或いは、エッチング中のトレンチの深さ又は膜厚の変化に伴う干渉信号に基づいて計算する。その他の実施形態においては、広いスペクトルに亘って得られた反射及び透過データに基づいてより詳細な計算を行うことで、エッチング処理のいずれの時点での深さ又は厚さを求める、又はエッチング中の特徴部の横寸法を求める。
【００２７】
光源１６６は単色、多色、白色光、又はその他の適した光源である。通常、反射ビーム１７８からの光信号を分析して層（例えば、金属含有層）の有無、又は領域１８０内の特定の材料層の厚さに関しての情報を抽出する。入射光ビーム１７６の強度は測定可能な強度の戻りビーム１７８を得るに十分な強さとなるように選択される。一実施形態において、光源１６６は例えば波長範囲約２００ｎｍ〜約８００ｎｍ、又は約４００〜８００ｎｍの光をそれぞれ発生するＨｇ−Ｃｄランプ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）から多色光を発する。多色光源１６６にフィルタを取り付けることで選択した周波数を有する入射光ビーム１７６を得ることが可能である。カラーフィルタを光検出装置１７０の前面に配置することで、光検出装置１７０に進入する戻り光ビーム１７８の強度を測定する前に、所望の波長の光を除く全ての波長を排除可能である。光を分光装置（波長分散素子を備えたアレイ検出器）により分析することで紫外線から可視光といった約２００ｎｍ〜８００ｎｍの広い波長範囲に亘ってデータを得ることが可能である。光源は連続又はパルスモードで動作するよう構成することができる。連続検出の場合、プラズマ発光のものより高い出力強度の光源を用いるのが好ましい。多波長出力の光源の場合、その強度がプラズマからの対応する波長の強度より高いものを選択可能である。パルスモード運転の場合、検出装置が光源とプラズマからの強度で飽和しない限り、光源強度についてのこういった要件は緩やかである。
【００２８】
パルスモード運転の場合、光源には多様な選択肢がある。例えば、光源１６６は安定した又は連続的な放射光出力をするいずれの適切な光源であってもよい。シャッタ（図示せず）を設置することで光源１６６からの出力ビームを遮断、開放し、信号検出用に交互のビームオン／オフサイクルとすることが可能である。ビーム「オン」期間中に捕捉した信号はプラズマ発光からの寄与分と光源１６６により誘導されたものを含み、ビーム「オフ」期間に捕捉した信号はプラズマ発光に対応する。ビーム「オフ」信号をビーム「オン」信号から減算することで測定が向上し、これはプラズマ発光からの干渉の可能性が排除されるからである。こういったデータ減算ルーチンは終点検出システムに関連したアルゴリズムの一部として設けることが可能である。
【００２９】
パルスモード運転は、例えば図７に図示されるように、光源１６６をそのスイッチが交互サイクルでオン、オフとなるように構成することで達成することもできる。図７の実施形態において、レチクル７００はエッチングチャンバ内のプラズマ７０２下方に位置されている。終点検出システム７０４はレチクル７００の底部とインターフェース接続するように位置される。終点検出システム７０４は光ファイバ束７０６を含み、光ファイバ束の一端は基板支持体（図示せず）に形成された１つ以上の窓部を通してレチクル７００の底部が観察できるように位置されている。光ファイバ束７０６は光源１６６で生成され、レチクル７００で反射された信号を検出装置１７０に伝達する。概して、光源の遮断又は切り替えは様々なデューティサイクルと信号捕捉時間の組合せで行うことができ、例えば、バックグランド減算するために光源デューティサイクルを検出装置のデューティサイクルと整合するよう選択する。また、光源強度を調節して電荷結合素子（ＣＣＤ）又はその他の適切な装置等の検出装置１７０の飽和を回避することができる。パルス幅が検出装置サンプリング時間よりも短い場合、ランプを複数回に亘りパルス点灯して集積により総強度を高くすることができる。一実施形態においては５０パーセントのデューティサイクルを使用する。光源がオンの場合（つまりシャッタが開放されている）、検出装置によって感知された光にはランプとプラズマ双方からの光が含まれる。光源がオフ（つまりシャッタが閉鎖されている）場合、検出装置によって感知された光にはプラズマからの光のみが含まれる。信号における差異を用い、プラズマからの光のバックグラウンド寄与分を検出した信号から減算することで、より正確な終点表示を得られる。
【００３０】
或いは、異なるサンプリング時間を用いることでバックグラウンド減算を行ってもよい。例えば、検出装置、例えばＣＣＤのサンプリング時間を光源「オン」時間中は短く維持し、続いて光源「オフ」時間中は長くすることができ、この間にバックグラウンドプラズマ発光を集光する。この方法は例えば透過方式監視における場合のように発光それ自体を二次信号として使用する場合に、バックグラウンドプラズマ発光におけるノイズの軽減に有用である。
【００３１】
信号捕捉時間と光源「オン」時間の選択は具体的な用途と光源の強度に依存する。概して、比較的出力強度の低い光源の使用では信号捕捉時間を長くする必要がある。一実施形態において、ビーム「オン」時間は約０．１秒〜約２秒である。
【００３２】
光源１６６は選択した波長で発光する単色光源、例えばＨｅ−Ｎｅ又はＮＤ−ＹＡＧレーザ、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源であってもよい。その他の選択肢には多波長で放射光出力する水素（Ｈ２）、重水素（Ｄ２）、グリムベルゲン（Ｇｒｉｍｂｅｒｇｅｎ）による米国特許第６５３４７５６号で開示されるような蒸気ランプ、又は中空陰極ランプ等の多様な放電ランプが含まれる。一実施形態において、光源１６６は異なる波長領域で放射光出力をする多数のＬＥＤを含む。例えば、光源１６６は以下に挙げるものの少なくとも１つを含む。紫外線（ＵＶ）領域のＬＥＤ、赤外線（ＩＲ）領域のＬＥＤ、広帯域（例えば、白色光）出力のＬＥＤ、又はその組合せ。異なる出力波長、例えば３７０ｎｍ（ＵＶ）、３９０ｎｍ（ＵＶ）、４００〜７００ｎｍ（白色）、８００ｎｍ（ＩＲ）、１３００ｎｍ（ＩＲ）、１５００ｎｍ（ＩＲ）のＬＥＤの組合せを用いることで、ＵＶからＩＲ領域に亘るスペクトル出力、例えば約３５０ｎｍ〜約１５００ｎｍを達成可能である。この場合、光源１６６にはファイバが各ＬＥＤと結合している出力ファイバ束を取付け可能である。
【００３３】
再度図１Ａに図示の実施形態に戻るが、１つ以上の凸面集光レンズ１７４ａ、１７４ｂを用いて入射光ビーム１７６を基板表面上の領域１８０へと集光し、戻り光ビーム１７８を光検出装置１７０の活性表面へと再度集光している。領域１８０は基板２２０の表面トポグラフィやデバイス設計フィーチャにおけるばらつきを補償するに十分な広さでなくてはならない。これにより例えばビア又は深くて狭いトレンチ等の口径の小さい開口部を有する、高密度又はもう少し間隔のあいた高アスペクト比特徴部のエッチング終点の検出が可能となる。戻り光ビームの領域は、光検出装置１７０の活性光検出表面の大部分を活性化するに十分に広くなくてはならない。入射及び戻り光ビーム１７６、１７８は光ビームの処理環境内外での往来を可能とするところの処理チャンバ１０の透明窓部１１０を通して指向される。図１Ａにおいてはレンズ１７２ａと１７４ｂを窓部１１０から離して図示しているが、実際には図１Ｂに図示されるようにレンズを窓部１１０に近接して取り付けてもよい。また、当然ながら、入射及び戻り光ビーム１７６、１７８は通常、光ファイバを介して終点検出システム１６４に結合可能である。光ファイバを使用して光ビームを窓部内外で結合することにより、基板支持部材１６と検出器エレクトロニクスとの間で絶縁が維持される。
【００３４】
ビームスポット１８０の直径は通常、約２ｍｍ〜約１０ｍｍである。しかしながら、ビームスポット１８０が、少数のエッチング特徴部しか有さない広い基板隔離領域を含む場合、より大きなビームスポットを使用してより多数のエッチング特徴部を網羅する必要のある場合がある。従って、ビームスポットのサイズは特定のデバイスの設計フィーチャに応じて最適化が可能である。信号が十分な場合は、広いビームスポット又は視野により、基板支持穴と信号を発生する基板エッチング領域とを正確に整合させることなく処理制御が可能となる。
【００３５】
任意で、光ビームポジショナ１８４を用いて入射光ビーム１７６を基板２２０上で移動させ、ビームスポット１８０を位置させてエッチング処理を監視するところの基板表面の適切な部位を定めてもよい。光ビームポジショナ１８４は、小角度で回転して光源１６６からの光ビームを基板表面の異なる位置に偏向する１つ以上の一次ミラー１８６を含んでいてもよい。追加の二次ミラーを用いて（図示せず）、戻り光ビーム１７８を光検出装置１７０上に指向してもよい。光ビームポジショナ１８４も用いて基板２２０の背面全体を光ビームでラスター走査してもよい。この実施形態において、光ビームポジショナ１８４は可動ステージ（図示せず）から成る走査アセンブリを備え、このステージ上に光源１６６、集束アセンブリ１６８、及び検出装置１７０が取り付けられる。可動ステージをステッピングモータや検流計等の駆動機構により設定したインターバルで移動させ、基板２２０全体をビームスポット１８０で走査可能である。
【００３６】
光検出装置１７０は光電池、フォトダイオード、又はフォトトランジスタ等の光感応性電子部品を備え、戻り光ビーム１７８の測定強度に応答して信号を生成する。信号は電子部品内を流れる電流レベルの変化として、或いは電子部品全体に印加された電圧における変化として表すことができる。また、光検出装置１７０は紫外線から可視光といった約２００ｎｍ〜８００ｎｍの広波長範囲に亘ってデータを提供する分光装置（波長分散素子を備えたアレイ検出器）も備える場合がある。戻り光ビーム１７８は光ビームの強度を増大又は減少させる建設的干渉及び／又は相殺的干渉を受け、光検出装置１７０は反射した光ビーム１７８の測定強度に関連して電気的出力信号を供給する。電気的出力信号を時間の関数としてプロットすると、反射光ビーム１７８の様々な強度に対応した多数の波形パターンを有するスペクトルが得られる。コンピュータシステム１７２のコンピュータプログラムが反射光ビーム１７８の測定波形パターンの形状を保存されている特性（又は基準）波形と比較し、測定波形パターンが特性波形パターンと同一である場合、エッチング処理の終点を決定する。このため、干渉信号の期間を用いて深さとエッチング速度を計算することができる。また、プログラムを測定波形に用いて変曲点等の特性波形を検出してもよい。手順は、移動導関数を求めて変曲点を検出する等の簡単な数学的なものとなる。図１Ａは終点システム１６４に接続したコンピュータシステム１７２を図示しているが、システムのその他の終点検出装置からのデータを処理するためにも用いられる。
【００３７】
図１Ａは基板支持部材１６における光アクセスポート又は窓部１１０及び１１２の相対位置を図示することを意図している。２つの代替光学構成の拡大断面図が図１Ｂに概略的に図示されている。基板支持部材１６には凹部１３２、１３４が設けられており、開口部又はチャネル１３６、１３８に別々に接続され、基板２２０の背面への光学アクセスを可能としている。凹部１３２、１３４には窓部１２４、１２６に真空シールするためのＯリングと溝１４２、１４４がそれぞれ設けられている。片方の構成は窓部１２４を通した反射方式測定に基づいた終点検出を図解したものであり、ファイバ１２１の入射光はレンズ１２３により基板２２０上に集束される。基板２２０の背面から戻った信号は次にレンズ１２３によりコリメートされ、ファイバ１２５を介して終点検出システム１６４に結合される。レンズ１２３には異なる焦点距離を用いてもよく、一実施形態において、使用する焦点距離は約１５ｍｍである。別の実施形態において、コリメートレンズ１２３は除外してもよく、この場合はファイバ１２１、１２５を窓部１２４に押し付けて取り付ける。具体的な測定及び光学構成に応じ、ファイバ１２１及び１２５は単一ファイバ又はファイバ束（１本以上のファイバを有する）のいずれかと称される。複数のファイバを使用することで、例えば信号強度の向上や異なる領域での同時サンプリングを含む新たな機能が加わる。
【００３８】
もう一方の構成は窓部１２６を通した透過方式測定に基づく終点検出を表す。透過信号、例えばプラズマ発光又は外部光源は窓部１２６を通過して、ファイバ１２７により検出のために集光される。図１Ｂに図示されるように、開口部又はチャネル１３８には基板支持部材１６の上面近くにテーパー又は円錐部１４０が設けられている。円錐部１４０の上部は内部、つまり凹部１３４に近い部位に比べて直径（又は横寸法）が大きい。このデザインには、窓部１２６のサイズを大きくすることなく基板２２０での視野又はサンプリング領域が広くなるという利点がある。一実施形態において、円錐部１４０は開口数約０．２２を有するファイバとする場合、広がり角約２５°の視野となるように形成される。視野はファイバ１２７と窓部１２６との間の距離を調節することによっても変更可能である。任意で、発散レンズも用いて放射光をファイバ１２７に結合してもよい。
【００３９】
当業者に既知の様々な取付部品を用いて、様々な光学部品を基板支持部材１６の内部に取り付け、固定する。図１Ｂでは明瞭化のために省略している。基板支持部材１６は導体、例えば陽極酸化アルミニウムから成るため、取付部品は非導体又は何らかの方法で基板支持部材１６から絶縁されているかのいずれかである。開口部１３６、１３８、及び凹部１３２、１３４のサイズは具体的なデザイン及び／又は処理要件によって異なり、例えば、光ビームスポットサイズ、所望のサンプリング面積、RＦバイアスへの最少影響度その他等の要因を考慮する。例えば、凹部１３２、１３４の直径は数ミリ（ｍｍ）から数センチ（ｃｍ）、開口部１３６、１３８の直径は約１センチまでである。一実施形態において、直径約７ｍｍの開口部をビームスポットサイズ約２ｍｍと組み合わせて使用する。その他の代替デザイン案には基板支持部材１６へのＲＦバイアスに影響を与える可能性を最小限にするために、導電グリッド又は導電性透明コーティングを窓部上に設けることを含む。
【００４０】
終点検出システム１６４は基板表面のどの領域のパターンでも検出できるように構成可能である。具体的な終点検出技法に応じて、基板上のパターンはフォトマスク上のいずれの適切なデバイス特徴部である、或いは終点検出を円滑に進めるための特定の特徴部デザイン又は寸法を有するテストパターンである。例えば、こういったテストパターンは、単一又は異なるピッチ及び／又は線幅のライン／スペースパターンである。
【００４１】
図１Ｃは開口部１３６、１３８、窓部１２４、１２６、基板支持部材１６及び基板２２０の相対位置の一実施形態を示す概略上面図である。基板２２０の辺又は縁部２２０Ｅは基板支持部材１６の縁部１６Ｅを越えて延びる。図示されるように、基板２２０の周辺領域２２７と中央領域２２５との境界は破線で示される。開口部１３８は中央領域２２５で終点を監視するために使用される。開口部１３６は基板２２０の周辺領域２２７と中央領域２２５の双方を含む範囲をカバーするが、終点監視目的、例えばエッチング均一性についての情報その他を得るためにもまだ使用可能である。或いは、開口部１３６を通した終点監視が周辺領域２２７に施された特定のテストパターンからの信号に基づく場合、こういった終点監視は検出信号が開口部１３６の視野内の中央領域２２５の特徴部から生じ得る干渉の影響を実質的に受けていない限り効果的に実行可能することが可能である。概して、不要な干渉を回避するため、テストパターンは基板２２０の中央領域２２５の特徴部から十分に離れた位置に設けられる。一実施形態においては、１つ以上のテストパターンを基板２２０の縁部２２０Ｅから最高約１０ｍｍの距離に設け、開口部を基板支持部材１６の対応する位置に設置して終点を監視する。
【００４２】
図３は周辺領域に様々な終点監視位置を備えた６インチ正方形基板の上面図である。一実施形態において、終点検出は基板周辺領域３１５又は角部３２５に配置された１つ以上のテストパターン３３０の監視に基づいて行われ、終点検出システム１６４は基板のこれらの領域の真下に配置される。例えば６インチ四方の基板の場合、終点検出システム１６４の窓部は、図３に図示されるように、基板２２０の水平中心線３１０から少なくとも約２．６インチ、例えば２．６〜２．９インチ離して、基板２２０の垂直中心線３２０から少なくとも約２．６インチ、例えば約２．６〜２．９インチ離して配置される。窓部１１２は通常、線３１０、３２０の交差部に位置される。基板の中央領域２２５内の領域を監視するために、窓部１１２Ａは通常、基板支持部材１６の面の中心から２．６インチ未満の場所に位置される。一実施形態において、テストパターンはビームスポットとほぼ同じ又はそれより大きいサイズを有する。
【００４３】
同一パターンを有する各基板から反射した光ビームは、終点検出システム１６４で検出される際に同一波形パターンを有するように構成される。このため、同一テストパターンから得た波形パターンを用いてチャンバが特定のプロセスレシピに応じて作動しているか否か、及び基板ごとに所望のエッチング結果が得られたか否かを求めることができる。
【００４４】
周辺領域には様々な寸法及び／又はデザインのテストパターンを容易に設けることができる一方、こういったパターンのフォトマスク中央領域への配置にははるかに多くの制限がある。このため、中央領域での終点監視に使用可能な特徴部はデバイスのデザインとフォトマスク上でのレイアウトに依存する。例えば開放領域が不十分なために監視領域では監視に十分な強度の光信号が得られない場合、代替の光学構成を用いて視野を拡大する又は複数のサンプリング領域を設けることができる。こういった代替案にはより高い開口数（ＮＡ）を有する光学部品、例えばテーパー状端部を備えたファイバを含むレンズ及びファイバの使用、又は異なる領域のサンプリングを行うためのファイバ束の使用が含まれる。より高いＮＡの光学部品を使用することで、窓部のサイズを上げることなくサンプリング領域を拡大することができる。複数のファイバ（例えば、ファイバ束）の使用により、基板の別々の領域での光信号の監視が可能となる。具体的な特徴部及び検出法に応じ、基板の中央領域全体に亘る異なる位置等のこれらの異なる領域からの信号を合算してより良好な信号としたり、或いは異なる信号を互いに比較して最も良好なものを選択して終点検出に使用してもよい。実施形態の多くにおいて、集光光学部品は基板面に実質的に垂直な方向で光信号をサンプリングするよう構成されている。別の実施形態において、集光光学部品は斜め視野角から、つまり基板に対して非直角方向からも信号をサンプリングする。この斜め視野角構成によっても、同一の集光光学部品を用いた垂直構成と比較してサンプリング領域が拡大する。
【００４５】
透過モードで運転する場合、終点検出システム１６４は透過率（例えば、総光強度）又は発光信号（例えば、波長分解発光）を時間の関数として監視する。一実施形態において、チャンバ１０内のプラズマは発光監視における光源として機能する。この構成には、反射モードと比較して光学設備が単純化されるという利点を有するが、これは外部光源を必要とせず、光ファイバを１つしか必要としないからである。
【００４６】
プラズマ発光は、典型的には、プラズマに存在する多様な種に特徴的な離散した波長の光を含む。例えば、発光は１つ以上のエッチャント／反応物又はエッチング生成物種に対応する１つ以上の波長で監視することが可能である。エッチング終点、例えば特定の材料層が完全にエッチングされ、その下の層が露出した際、監視される発光強度は監視中の発光種に増減に応じて変化する。概して、終点検出システム１６４の発光検出装置１５０は集光アセンブリ１５２、波長分散素子１５６及び光検出装置１５８を備える。一実施形態において、集光アセンブリ１５２は光ファイバ１５３と、任意で光信号をファイバ１５３に結合するためのレンズ１５４を含む。波長分散素子１５６は光信号１７８をその成分波長に分離するための分光装置であってもよい。別の実施形態において、集光光学アセンブリ１５２はレンズ及び鏡等の多様なバルク光学部品を含み、波長分散素子１５６は特定の範囲の波長のみ透過させる各種フィルタである。配列によっては、光検出装置１５８は特定の波長で光信号を検出するように構成される、又は異なる波長の信号を同時に検出する。適切な光検出装置にはフォトダイオード、光電子増倍管又は電荷結合素子その他が含まれる。
【００４７】
図１Ａの実施形態は終点検出システム１６４の異なる光学部品に結合された窓部１１０、１１２からの異なる光信号、例えば反射及び透過信号を示すが、窓部１１０、１１２を通して監視された２つの信号は同一タイプの光信号、例えば双方共に反射率信号又は透過率信号等であってもよい。加えて、窓部１１０、１１２からの２つの光信号は同じ光検出装置に結合してもよい。例えば、撮像光検出装置を使用する場合、ある窓部からのプラズマ発光信号を検出装置の第１検出素子又は画素群上に画像化し、第２窓部からのもう一方の発光信号を同一検出装置の第２検出素子又は画素群上に画像化する。
【００４８】
更に、図１Ａでは基板支持部材１６には窓部１１０と１１２だけ配置して示し、その他の光学部品は基板支持部材１６の外部に図示しているが、こういった描写は一部は説明のため、一部は図の明瞭化のためである。当然ながら、終点検出システム１６４の１つ以上の光学部品、例えば窓部、光ファイバ、レンズ、光検出装置その他を基板支持部材１６内に配置又は埋設する、或いは光アクセス窓部１１０又は１１２と一体化させることもできる。別の組合せの各種光学測定及び信号検出構成もまた基板の２つ以上の位置での終点監視に有利に使用可能である。
【００４９】
別の実施形態において、プラズマ源との併用又はプラズマ源の代わりに外部光源１９０を使用することで、透過率測定についての機能を拡張する、又は透過率測定を有利にすることができる。透過モードの場合、外部光源１９０を天井部１３に設置された窓部１９２を通してチャンバ１０内へと結合する。透過率測定のための外部光源１９０の使用はプラズマ源よりも有利であり、これは外部光源のほうがエッチング処理から生じる変動の影響を受ける可能性のあるプラズマ発光よりもより安定した信号を供給可能だからである。外部光源１９０はプラズマ種からの干渉の可能性のない選択波長での監視を可能とするよう構成される。光源１６６と同様に、外部光源１９０をパルスモードで運転し、例えばプラズマ発光から考えられ得る変動を減算することで、終点検出能力を向上させるための様々な信号処理選択肢が見込める。光源１９０を用いたパルス式光源動作についての詳細は、光源１６６について上述したものと同様である。その他の実施形態は、反射方式及び透過方式測定の双方についてパルス方式光源の使用を伴う。別の実施形態において、外部光源１９０は基板支持部材１６の光アクセス窓部（図示せず）を通して供給され、透過信号は窓部１９２を通して監視される。反射率監視の例としては、光源１９０からの出力はファイバ１９４を介して結合され、窓部１９２を経由してフォトマスク等の基板２２０上へと通過する。（例えば、フォトマスク上の特徴部で反射した）反射光はコリメートレンズ１９６により集光され、広帯域分光検出装置１９８に繋がる別のファイバに結合される。分光装置１９８は光をその波長成分、例えば約２００ｎｍ〜８００ｎｍへと分離し、第１スペクトルを記録する。
【００５０】
第２スペクトルはパルス方式光源をオフにして収集する。これにより、次に第１スペクトルから減算可能なバックグラウンドスペクトルが得られる。差スペクトルは反射光のみからの寄与分を含み、プラズマ光による影響を受けない。この２つのスペクトル収集シーケンスはエッチング処理中、各データポイントごとに繰り返す。この結果、プラズマ発光が比較的強い場合に起こり得るプラズマにおけるいかなる変化も、測定した反射率には影響しない。
【００５１】
基板（フォトマスク）は誘電性、例えば透明であるため、バックグラウンド減算を伴う反射方式測定設備は基板２２０のどちらの側からでも設置可能である。つまり、ファイバ束及びコリメート光学部品を天井部１３に取り付けて、基板２２０からの信号を天井窓部１９２を通して収集可能する、又はファイバ束を基板２２０の下方に位置させて基板の背面から監視することが可能である。
【００５２】
下方（つまり基板を介した）からの終点監視である後者の構成には少なくとも２つの利点がある。第１に、Ｃｒ等の吸収層のエッチングの場合、基板背面からの光信号は、基板下方からの監視は基板上面上方からの監視に比べて、フォトレジストマスク層の厚みにおける変化の影響をあまり受けない。第２に、用途によっては、光学サンプリング領域は狭いほうが望ましい。例えば、石英エッチングの場合、均一なパターンを有する指定のテスト領域内で測定した際に、干渉法は最も正確となる。従って、コリメート光学部品が基板に近接している背面監視の採用により、チャンバの天井部からのものよりも小口径の光ビームが使用可能となる。
【００５３】
この減算技法は透過方式測定にも応用可能であり、光源及び検出装置は処理する基板の両側に配置される。これは天井部の窓部、基板保持体の窓部、及び集光のための別の光学部品を必要とする。
【００５４】
図４Ａ−Ｃは種々の終点検出技法で監視し得るフォトマスク基板の製作中の様々な構造を図示する。図４Ａは金属含有層４１４、例えば酸化クロム及びクロムを含み、ガラス又は石英層４１２上に配置されたクロム層をエッチングするための、パターン形成したフォトレジスト４１６を備えた二層フォトマスク構造４１０を示す。クロム層４１４のエッチングについての終点は反射又は透過モードのどちらでも監視可能であり、反射率、透過率及び／又は発光測定を実行可能である。
【００５５】
例えば、終点検出システム１６４からの入射光ビーム４０２を基板支持部材の窓部の１つを通してフォトマスク基板４１０の一領域へと指向する。入射ビーム４０２とフォトマスク構造４１０との相互作用、例えばクロム層４１４の裏面での反射（又はクロム層と石英層との界面）から生じる戻りビーム４０４は終点検出システム１６４の光検出装置１７０により検出される。クロム層４１４のエッチング終点で、反射率信号は減少し、これはフォトマスクの開放領域４１５（フォトレジストがない領域）におけるクロム層が除去され、破線４０５で図示されるように、これらの領域からの反射ビームが喪失するからである。更に、反射スペクトルの回折解析を行ってクロム特徴部のエッチングプロファイルを推定し、クロム特徴部の基部が除去された際にエッチング処理を終了することができる。こういった分析により、特徴部のエッチングプロファイルの制御が可能となる。
【００５６】
透過モードの場合、例えばプラズマからの開放領域４１５を通過する発光信号を監視する。一実施形態においては、発光の総強度、つまり透過率を測定する。別の実施形態においては、発光を波長分散素子に結合し、信号を１つ以上の選択した波長で監視する。クロム残分厚さが比較的小さいクロムエッチングの終了を前にして、クロム厚さも透過信号から推定可能である。
【００５７】
図４Ｂは減衰位相シフトマスクの製作中における、別のフォトマスク構造４２０を示す。構造４２０は石英層４２２上に形成された位相シフト材料層４２８、例えばケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）を有する。クロム層４２４はＭｏＳｉ層４２８上に堆積され、続いてフォトレジスト層４２６が堆積される。フォトレジスト層４２６にパターン形成し、クロム層４２４のためのエッチングマスクとして使用する。次にケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）層をマスクとしてのパターン形成したフォトレジスト層４２６、又はハードマスクとしての（フォトレジスト層４２６を剥離した後）パターン形成したクロム層４２４のいずれかを用いてエッチング可能である。クロムエッチングと同様に、ＭｏＳｉエッチングの終点は反射又は透過モードのいずれかでも監視可能であり、反射率、透過率、又は発光測定を実行可能である。ＭｏＳｉは部分透過性であることから、終点監視には干渉計測も使用可能である。
【００５８】
図４Ｃは石英位相シフトマスク製作用の別のマスク構造４３０を示し、パターン形成したクロム層４３４がその下の石英層４３２をエッチングするためのハードマスクとして機能している。本来の、つまりエッチング前の石英基板４３２の上面４３６が図４Ｃにおいては破線で描かれている。この場合、石英層４３２を本来の表面４３６下方の特定の既定深さｄ１までエッチングしなくてはならない。反射モードで終点検出システム１６４を動作させることで、特定の波長の戻りビーム１７８を時間の関数として監視し、干渉データ、例えば異なる厚みの材料層を通過する反射ビーム１７８の異なる部分間での光学干渉から生じる干渉縞の出現を得る。例えば、入射光ビームの一部４０２Ａはフォトマスク４３０の開放領域で反射し、入射光ビームの別の部分４０２Ｂはフォトマスク４３０のマスク領域、例えばクロム層／特徴部４３４を有する領域で反射される。２つの反射部分４０５Ａ及び４０５Ｂ間の干渉により干渉縞（つまり、強度変調）が生成され、干渉縞はこれらの部分４０５Ａ、４０５Ｂが横断する石英層の厚みにおける違いを示している。反射ビームの干渉縞を監視することにより、エッチング深さｄ１を求めることができる。一実施形態において、干渉法式終点監視は図１Ａの光源１６６に関連して上述したようにパルスモードで行う。概して、干渉法式監視には狭帯域光源が適している。従って、プラズマ発光がこの目的に十分な狭帯域を有している限り、干渉法式監視にプラズマを光源として使用することが可能である。
【００５９】
図５は終点検出システムを用いた、Ｃｒマスクのエッチング中に時間の関数として同時に監視された３つの光信号を表す。クロム層はプラズマ含有塩素及び酸素ガスを用いてエッチングする。一番上のトレース５１０はＣｒからの発光信号を監視する、例えばＣｒからの、例えば波長５２０ｎｍの原子線を直接的に監視する、或いはＣｒ輝線及び塩素輝線（例えば、２５８ｎｍ）を監視し、Ｃｒ：Ｃｌ発光信号の比をとることのいずれかで得られる。典型的には信号対雑音比はエッチング生成物の発光信号と反応物の比（又はその逆）をとることで改善可能である。クロムエッチングが終点に近づくにつれ、プラズマにおけるクロム含有種（エッチング生成物）の濃度は低化し、一番上のトレース５１０のポイント５１２で示されるように、それに対応してＣｒ発光信号（又はＣｒ：Ｃｌ発光比）が変化する。概して、発光信号はチャンバ１０の、例えば基板支持部材１６又は天井部に設けられた１つ以上の窓部を介して、プラズマを直接見ることで監視可能である。加えて、図１Ａに図示されるように、側部窓部１９３をチャンバ壁部に設け、例えば発光を発光検出システム１９５に結合することで、プラズマ発光を検出することができる。発光分の発光検出システム１９５への結合によりプラズマ発光を検出するために、図１Ａに図示するように、チャンバ壁部に側部窓部１９３を設置してもよい。側部窓部１９３を通しての発光監視は１つ以上のその他の窓部を介した終点監視と共に行ってもよい。
【００６０】
中央のトレース５２０はクロム層の底面で反射した光からの反射信号を監視することで得られ、図４Ａに図示のものに類似している。クロムエッチングが終点に近づくにつれ、マスクの開放領域４１５におけるクロム層はクロムがエッチングにより除去されるにつれ薄くなり、部位５１４に図示されるように、監視された反射信号強度が低下する。
【００６１】
一番下のトレース５３０は透過率を監視することで得られる。部位５１６に示されるように、透過率信号強度はマスクの開放領域４１５のクロム層が除去された終点に近づくにつれ上昇し、これらの開放領域においては発光が石英層を透過可能となる。
【００６２】
これらの光学測定法を基板の２つ以上の位置での監視と組み合わせることで終点検出が強化され、処理制御が向上する。一実施形態において、終点検出システムは反射及び透過モードの双方で動作するように構成される。例えば、図１Ａを再度参照すると、透過信号（例えば、透過率信号又はプラズマ発光信号）を窓部１１２を介して検出し、基板の中央領域の一範囲を監視し、反射信号（例えば、反射率信号又は干渉信号）を窓部１１０を介して検出して基板の周辺領域の一範囲を監視する。透過モードでの基板中央領域の監視は、反射モードと比較するとエッチング特徴部とアクセス窓部との間の整列要件が低めであり、更により広範囲を監視可能という点で有利である。
【００６３】
従って、本発明の一実施形態は本発明の装置を用いて実行可能な方法を提供する。一実施形態において、本発明の装置は指示が記録されたコンピュータ可読性媒体を含み、この指示はコンピュータ１７２又はエッチング反応装置を制御するのに適した当該分野で慣用のその他のプロセッサ等により実行した場合に図６に図示されたもの等の方法をエッチングチャンバに実行させる。コンピュータ可読媒体はコンピュータ１７２のメモリに保存することも考えられ、サポート回路とプロセッサも含む。方法６００は工程６０２から開始され、エッチングチャンバに第１窓部と第２窓部をそれぞれその中央領域と周辺領域に有する基板支持部材を設置する。工程６０４ではフォトマスクを支持部材上に載置し、工程６０６で処理ガスをチャンバ内に導入する。フォトマスク構造上に見られる異なる材料をエッチングするためには、典型的にはハロゲン含有ガスを使用する。例えば、塩素含有処理ガスを用いてクロム層をエッチングし、石英をエッチングする際にはトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）又はテトラフルオロメタン（ＣＦ４）等のフッ素含有ガスを用いる。工程６０８でプラズマを処理ガスから発生させ、工程６１０で第１及び第２光信号をそれぞれ第１及び第２窓部を通して検出する。工程６１２で、２つの検出光信号の少なくとも１つから得られた情報に基づいてチャンバ内のプラズマを終了する。更に、中心から縁部にかけての均一性等のエッチングプロファイル結果に基づき、エッチャントガス組成、流量、コイルバイアスその他の処理パラメータを調節して処理を最適化することができる。
【００６４】
１つ以上の光学測定技法を適用して基板の異なる位置での同時監視を行うことで、本発明の実施形態は強化された処理監視と制御性能を備えた改善された装置と方法を提供する。こういった改良により低開放領域のフォトマスクエッチング用途についても信頼性の高い終点検出が可能となる。例えば、発光終点検出をクロム約３％、ケイ化モリブデン約１％の開放領域を有するフォトマスクのエッチングについて実施し、反射率測定を位相シフトマスク用途に向けて低開放領域クロムと石英のエッチングについて実施した。中心から縁部にかけてのエッチング均一性についての情報を提供することとは別に、異なるパターン密度の領域から生じるエッチング速度の変動も、本発明の終点検出システムを用いて複数の光信号を監視することで得られる。例えば、フォトマスクの周辺領域の異なる領域に別々の特徴部サイズ又はパターン密度のテストパターンを設け、監視した光信号を用いて目的とするパターン密度についての適切なエッチング終点を算定又は求めることができる。
【００６５】
基板支持体において単一の窓部を利用することで基板を監視することも想定される。特には、上述の特徴を単一の窓部と共に利用して、単一窓型終点検出装置を有する慣用のシステムよりも基板監視性能を強化したものとしてもよい。
【００６６】
本発明の別の実施形態において、エッチング処理監視システムにはプラズマを直接見るための手段（例えば、側部窓部）及びカソードの１つ以上の位置で加工対象物のエッチングを直視する手段（例えば、フォトマスク又はウェハ下のカソード窓部）が設けられている。これらの信号を様々に組合せて処理制御に使用することができる。一実施態において、エッチング処理監視システムは３個又は４個の窓部を備え、その内２個又は３個の窓部がエッチング範囲の周辺領域内にあるカソードと、１つは側部ＯＥＳ（発光分光）でもう片方は（フォトマスクを介した）「底部」である２経路の情報を同時に収集するように構成されたＣＣＤ終点システムを含む。「底部」光ファイバケーブルはカソードの３個又は４個の窓部のいずれの下にも配置可能である。典型的にはこの取付けは静的であり、光ファイバケーブルは中央又は縁部位置の１つのいずれかに固定される。底部光ファイバケーブルはバイアスＲＦエネルギーを終点システムに伝達することのないように電気的に絶縁状態で維持される。
【００６７】
側部ＯＥＳ信号はマスクの広い範囲から生じ、底部信号は光学構成により決定されたマスク下の局部から生じる。典型的にはこの領域は約２〜５ｍｍであるが、デザインによって変更可能である。
【００６８】
底部信号は反射方式（光源を使用。干渉法式終点（interferometric  endpoint: IEP））又は透過方式（光源としてプラズマを使用。透過方式終点（transmission  endpoint: TEP））と称される）である。光源及び関係する光ファイバケーブルを使用してもよいが、代替として、プラズマによる光を利用する透過モード（ＴＥＰ）を用いてもよく、信号はフォトマスクを通して検出される。
【００６９】
実施例及び利点には以下が含まれる。
１．より高い信頼性のための、特には低開放領域エッチング用途のためのＯＥＳ終点及び底部終点の双方への到達の確認。例えば、終点検出方法の１つにおいて、ＯＥＳ及び底部終点を用いてプロセスドリフト及び／又は不正確さを検出する。
２．ＴＥＰ中心及びＯＥＳ（平均）について終点時間を比較することで処理均一性を評価及び監視し、エッチング条件を中央部高速型又は中央部低速型とする。
３．同様に縁部又は角部終点時間をＯＥＳと比較して左から右方向又は上部から底部に向かってのエッチング速度パターン差異を求める。
４．マスクを通したＴＥＰ信号をＯＥＳ信号で割ることにより、ＴＥＰ信号を正規化する。
４ａ．この正規化により真の透過測定値が得られ、プラズマ輝度と変動とは概して無関係となる。
４ｂ．また、正規化により測定したマスクの分光透過率と透過についての実時間モデルとの比較が可能となり、エッチング中のエッチング層厚さ（例えば、Ｃｒ層）が求められる。
４ｃ．また、正規化によりマスクの測定分光透過率と透過についての実時間モデルとの比較が可能となり、エッチング中のマスク層厚さ（例えば、フォトレジスト）が求められる。
４ｄ．Ｃｒエッチング速度（４ｂ）をＰＲエッチング速度（４ａ）で割ることにより、エッチング選択性が求められる。
【００７０】
上述した透過方式及び／又は反射方式実施形態の全ては直視ＯＥＳ信号との比較に関連してここでも利用可能であることに留意しなくてはならない。また、ここで記載の実施形態はフォトマスク堆積用途、ＭＥＭＳウェハ貫通エッチングの終点監視、シリコンウェハの堆積又はエッチングのいずれかの赤外線監視／処理制御、及び赤外線バンド端ウェハ温度測定に有用であることに留意しなくてはならない。
【００７１】
別の実施形態において、改善され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実時間透過率を監視することで円滑になる。吸収層（例えば、Ｃｒ）はエッチング開始時には小さいが計測可能な透過率を有し（典型的には１％〜１５％。膜のタイプに依存する）、透過率は、膜がエッチング中に薄くなっていきエッチング終点で完全に（１００％透過率）に除去されるまで予測可能な形で上昇する。単一光ファイバ束をフォトマスク下の窓部下に配置し、増大するプラズマ光を集光する。典型的には、観察領域は約２〜５ｍｍであり、デザインを変えることで変更可能である。この構成は「透過方式終点（ＴＥＰ）」と称することができる。
【００７２】
ＴＥＰの利点には、エッチング中の吸収膜の実際の光学的クリアリングに基づいた終点が含まれる。窓部の位置がエッチング中の膜のある領域の下であるとした場合、終点の信頼性は特には低開放領域エッチング用途の場合、ＯＥＳよりも高くなる。終点システムはプラズマを光源として利用可能であり、外部光源の必要性がなくなる。光源がプラズマの場合、広い視野を使用可能であり、これによりカソードの開口部のサイズが最小化される。実施形態は光ファイバをカソード窓部近辺に設置するという、その他の光学部品を必要としない簡単なものとなる。
【００７３】
ＴＥＰはクロム及びその他のエッチング用途で有利に使用することができる。こういった用途ではエッチングの経過に伴うクロム層を通過するプラズマ光の増大を検出するための、フォトマスク下に位置させた光ファイバを含む。一変化はＴＥＰ信号よりも若干小さいが、光源も用いて反射を監視してもよく、このため、ＴＥＰによりクロム用途の間、より高い分解能が得られる。
【００７４】
ＴＥＰは石英エッチング用途にも使用することができる。こういった用途においては光干渉法を使用する。透過方式干渉法を用いてエッチング速度及び終点を監視可能である。プラズマを光源として用いるため、ランプを必要としない。終点透過率は、上述したように、ＴＥＰ信号をチャンバ内に形成された側部窓部を通して得たＯＥＳ信号で割り、プラズマ変化により生じた信号エンハンスを低減することで正規化することができる。プラズマが安定した光源となるに十分なほど安定している用途においては、バックグランド減算は不要である。また、反射方式干渉法を光源を必要とするコートエッチングに利用してもよい。光源は例えばＵＶ領域の又はプラズマバックグラウンドより明るい安定したランプである。こういった適切な光源の例には重水素ランプ、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）、アーク灯、及び固体ＵＶ  ＬＥＤ  ランプが含まれる。また、光源のスイッチをオン・オフと切り替えることで、プラズマバックグランドからの信号の寄与分を信号から減算し、終点を示すより正確な信号が得られる。
【００７５】
加えて、更に広いフォトマスク範囲をサンプリング可能である。ランプ構成に関し、コリメート光学部品を使用することができる。プラズマが光源の場合、カソードの単純な円錐視野を用いても、又は発散レンズを追加してもよい。どちらのランプ構成の場合も、走査型検出装置も使用することができる。カソードの光学窓部が大きい場合、金属グリッドを窓部を覆って取り付けてもよく、或いは透明導電膜（例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯ）を使用して基板の処理に必要なＲＦバイアスを維持可能である。
【００７６】
一実施形態において、例示的な検出装置を図８に示す。検出装置はフィルタ又はモノクロメータを備えたフォトダイオードＰＭＴ等の単波長検出装置である。基板支持体の各窓部は光ファイバケーブルで分離した検出装置に結合されている。検出装置は分光装置等の多波長検出装置であってもよい。分光装置は光ファイバ束の各部を独立した分光装置として画像化するものであってもよい。１つ以上の分光装置を用いて異なる位置からの複数のデータ同時収集を行ってもよい。
【００７７】
図８に図示の例示的な実施形態において、光検出装置８００は光ファイバ束８０２によりレチクル（図示せず）下の基板支持体に位置された複数の窓部８０４とインターフェース接続して図示されている。各窓部８０４からの信号（反射信号及び／又は透過信号）はポート８０６を介して光検出装置８００に送られる。光検出装置８００の信号は分光装置８０８と相互作用するに先立って、グレーティング又はプリズム等の波長分散素子８１０と相互作用する。各光ファイバ束８０２からの信号を単一の分光器８０８に伝達してもよく、又は各窓部８０４からの信号を別々に分析してもよく、信号を単一の分光装置に連続的に供給することで、又は各信号を別々の分光装置に供給することで行われる。
【００７８】
具体的な実施には３個又は４個の窓部を備え、その内の２個又は３個の窓部がエッチング範囲の周辺領域にあり、１つが中央部にあるカソードと、１つは側部ＯＥＳ（発光分光）、もう１つは（マスクを介した）「底部」からの２経路の情報を同時に収集するように構成されたＣＣＤ終点検出システムが含まれる。「底部」光ファイバケーブルはカソードの３個又は４個の窓部のどの窓部下にも設置可能である。この取り付けは静的であり、光ファイバケーブルは中央又は縁部位置の１つに固定される。底部光ファイバケーブルはバイアスＲＦエネルギーを終点システムに伝達することのないように電気的に絶縁状態で維持される。これらの実施形態はフォトマスク堆積用途、その他の基板（例えば、ウェハ）のエッチング用途、ＭＥＭＳウェハ貫通エッチング、シリコンウェハの堆積又はエッチングのいずれかの赤外線監視／処理制御、及び赤外線バンド端ウェハ温度測定に有用である。
【００７９】
こういった構成の一例を図９−１０に図示している。図９はフォトマスクレチクル９０２のエッチングに適したエッチング反応装置９００の概略図である。エッチング反応装置９００は基板支持体９０６を貫通して形成された窓部を介してレチクル９０２のエッチングを監視する終点検出システム９０４に結合されている。エッチング反応装置９００の基板支持体９０６はＲＦプローブ９０８を介してＲＦ発生装置９１０に結合されている。ＲＦプローブ９０８はエッチング反応装置９００内で行われるエッチング処理を能動的に制御する処理状態監視ソフトウェアを実装した制御装置９１２に結合されている。
【００８０】
基板支持体９０６は複数の窓部を含み、窓部を通してエッチング速度及び／又は終点を示す信号が終点検出システム９０４に伝達される。図１０は処理中、レチクル９０２により覆われる範囲内にある、基板支持体９０６の上部に形成された中央窓部１００２と縁部窓部１００４の分布を示す、基板支持体９０６の上面図である。角部窓部及び／又はその他の位置の窓部も想定される。図１０に図示の実施形態において、縁部窓部１００４は上述したようにレチクル９０２の周辺領域の下方に位置する。
【００８１】
図９を再度参照するが、光ファイバ９１２は（透過及び／又は反射）終点信号が検出システム９０２へと伝送されるように各窓部の下に位置されている。光ファイバ９１４を位置させてエッチングチャンバ９００の側部を貫通して形成された窓部を通してプラズマを見ることで、ＯＥＳ情報を検出システム９０４へと供給する。図９に図示の実施形態において、ファイバ９１４は分光装置等の第１検出装置９１６へと結合され、別のファイバ９１４は少なくとも１つの第２検出装置９１８に結合されている。第２検出装置９１８は図８に関連して記載したように、或いはその他の適切な方法で構成する。ランプ９２０を任意で設置して、反射信号を供給する。信号をＰＬＣ又はその他のプロセッサ等の専用終点プロセッサ９２２により分析する。終点制御装置９２２は処理状態監視ソフトウェアを実装した制御装置９１２と交信しており、実時間エッチング及び／又は終点情報を送信する。任意で、制御装置９３２又はプロセッサ９２２の少なくとも１つをフロントエンドサーバ９２４及び／又はホスト制御装置９２６に結合することで、設備内の製造ツールとその他のツールとの間での統合的な計測情報の共有が可能となる。検出装置９２０は最大３個の出力を有するように構成することができる。これに加え、複数検出装置を全データと同期させることで、単一の検出装置からのデータとして見てもよい。
【００８２】
図１１は平均終点、左側終点、上部終点のグラフである。トレース１１０２は平均終点を示し、トレース１１０４及び１１０６は左側及び上部窓部でそれぞれ得られた終点信号を示す。トレース１１０４及び１１０６は上部位置の終点における若干の遅れを現しており、トレース１１０２は側部ＯＥＳを用いて得た平均終点を表す。
【００８３】
図１２は２つの分光装置の処理均一性の監視に適した情報の提供能力を示す。図１２は側部ＯＥＳを用いて得た平均終点を表す第１トレース１０２０を示す。第２トレース１２０４はフォトマスクレチクル中心部でのエッチング時間を表す。第３及び第４トレース１２０６、１２０８はフォトマスクレチクルの左側縁部と上部縁部でのエッチング時間を表す。第５のトレース１２１０は、フォトマスクレチクルの角部における時間対エッチングを表しており、縁部トレース１２０６、１２０８と共に図示されている。図示されるように、終点信号を利用してどの領域が別の領域より早くエッチングされる及び／又は除去されるかを求めることができる。こういった情報は次の基板についてのエッチングプロセスレシピの調整、又はそこから終点データを得たところの基板への処理を調節するためのこういった情報により処理結果がより良好に制御及び／又は修正されることを証明するのに有用である。
【００８４】
図１３は同一エッチングサイクルについての２つの期間から得られた終点信号データを示す。グラフ１３００Ａはフォトマスクを通して得られたＯＥＳ信号のトレース１３０２とチャンバの側部に配置された窓部を通して得られたＯＥＳチャンバ信号のトレース１３０４を示す。データを正規化、例えばマスクを通したＯＥＳ信号をＯＥＳチャンバ信号で割ることにより、正規化した終点信号のトレース１３０６が生成される。グラフ１３００Ａ及び１３１０Ａのデータは３０秒のエッチングにより得られた。グラフ１３００Ｂ及び１３１０Ｂに示すデータには３８０秒のエッチングで得られたデータが含まれる。また、グラフ１３００Ｂはマスクを通したＯＥＳ信号のトレース１３２２とＯＥＳチャンバ信号のトレース１３２４を含む。正規化した信号が図１３１０Ｂにトレース１３２６により図示されている。
【００８５】
図１４は図１３に関連して記載したような正規化した透過率を用いたエッチング処理の監視方法１４００のフロー図である。エッチング処理監視法１４００は正規化した透過スペクトルを用いてクロム厚さ及び／又はレジスト厚さを光学薄膜モデルから測定する。方法４００により２つの別々の領域に関しての情報、つまりクロムエッチング速度及びフォトレジストエッチング速度が得られる。クロム層は通常、所定の厚さより厚い場合に光を吸収する。クロム層を通っての光の透過率は厚さが約２０ナノメートルを下回るにつれ急速に上昇する。クロム層の除去後、透過率の変化はほぼ一定となる。フォトレジストは概して透明であり、薄膜干渉を示す。方法１４００はブロック１４０２から開始される。方法はブロック１４０２から開始され、エッチング中の加工対象物（例えば、フォトマスクレチクル）を透過した光を検出装置により測定する。ブロック１４０４で、透過信号を側部窓部を通して得られた発光信号で割り、正規化透過率を算出する。ブロック１４０６で、正規化した透過率を薄膜光学モデルと比較し、実時間厚さを算出する。ブロック１４０６で得られた情報を利用してクロム及び／又はフォトレジスト厚さ及び／又はエッチング速度の少なくとも１つを分析してもよい。ブロック１４０８で、フォトレジスト／クロム積層体の透過率データを分析する。ブロック１４１０で、ブロック１４０８で分析したデータを用いてエッチング速度についてフォトレジスト厚さを求める。或いは、又はブロック１４０８、１４１０で行ったフォトレジスト分析に加えて、クロム層をブロック１４１２、１４１４で分析する。ブロック１４１２で、クロム層を通して得られた透過率データを分析する。ブロック１４１４で、クロム厚さ及び／又はエッチング速度をブロック１４１２で分析したデータから求める。
【００８６】
上述した実施形態に追加して、終点検出の信頼性をより向上する方法も提供する。一実施形態においては、終点検出の信頼性はフォトレジストマスク層からの薄膜干渉を排除することで改善する。例えば、エッチングの光学監視はエッチング中の層というよりもマスクのエッチングから生じる信号により交絡する場合がある。図１５を参照すると、薄膜干渉がマスク層の上部及び底部との間、具体的には反射モードの場合は成分Ｒ２及びＲ３により、又、透過モードの場合は成分Ｔ２及びＴ３により発生している。干渉は深ＵＶ波長等のマスク層が吸収している波長帯域を用いることで実質的に除去される。エッチングの光学監視は、次に、エッチングしている層とその曝露割合により決定される。マスク層の上部と下部との間での薄膜干渉は、成分Ｒ２及びＴ３が存在しない場合で示されるように、フォトレジストにより吸収される光源からの波長を用いることで実質的に排除される。
【００８７】
或いは、全ての光透過反射信号が、パターン形成していない加工対象物（例えば、フォトマスク又はウェハ）のエッチング中に終点を明確に示し、パターン形成したエッチングマスクは終点の検出を困難にする。光信号はエッチング層のエッチング中に同時に起こるマスク層の薄化により引き起こされる薄膜光学干渉の存在により交絡する場合がある。例えば厚さが１００ｎｍを越える厚いクロム層の場合のようにエッチング層が実質的に不透明である場合は、透過のほうが反射よりもこの問題の影響を受け難い。より薄い層、特には厚さ５０ｎｍ未満のクロム層へと技術が移行するにつれ、本来の吸収性は低下し、それに伴い利点も減じられる。ＭｏＳｉ等の追加の吸収層を備えた位相シフトフォトマスクの場合、利点は更に減じられる。しかし、深ＵＶ波長を選択して反射と透過を監視することで、交絡するマスク層からの干渉は事実上排除される。これは光路長が十分に短くマスク層の吸光度が顕著な場合に生じ、これにより干渉は無効となる。これはＦＥＰ１７１等のＤＵＶレジストの場合、波長２４０ｎｍ未満の光で起こる。
【００８８】
図１６、１７、１８はフォトレジストの光学干渉を説明する。図１６は光学干渉成分Ｔ２及びＴ３の概略図である。図１７は透過信号Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の強度を示す。図１８は透過信号Ｔ１とベクトルを追加した信号Ｔ２及びＴ３を重ね合わせた、図１７のグラフに示される透過信号を表す。
【００８９】
図１９、２０、２１はフォトレジスト層により吸収される波長を用いた終点監視信号を利用したエッチング処理を図示する。図１９に描かれるように、フォトレジストマスク層により吸収された入射光はマスク層の上面と底面との間で干渉を起こさず、具体的には成分Ｒ３とＴ３が排除される。従って、図２０のグラフに示されるように、検出装置で監視された結果としての信号はクロム層が除去され、透過信号が平坦になった等、クロム層が一旦２０ｎｍ未満になってから分析が容易となり、このため検出装置により得られた結果としての信号は図２１から見て取れるようにフォトマスクマスク層及び／又はクロム層の厚さ及び／又は存在を示す。従って、クロムエッチングの終点は、信号の勾配が低下した際に判別可能である。一連の導関数の計算及びデータの平滑化を用いていつ勾配の低下が生じるかを求めることで終点とすることが可能である。こういった終点決定は図２２に図示した終点トレースで説明される。
【００９０】
深ＵＶ波長監視信号の使用は低開放領域を有するエッチング用途で特に有用である。例えば、図２３はフォトレジスト層からの光学干渉の影響を大きく受けた終点信号を示す。クロムエッチングの終点は図２３に図示の信号からは容易に判別できない。深ＵＶ波長監視信号を利用することで、図２４で図示されるように、トレース２４０２によって示されるようにトレースの勾配は２６０秒地点で明白に低下するため、終点は容易に確認可能である。深ＵＶ終点信号の導関数を用いることで、図２４で図示されるように、トレース２４０４のピーク信号後に示されるように２６０秒地点でも確認可能である。
【００９１】
光ファイバの使用によっても深ＵＶ終点を用いた応用例が改善される。慣用のＵＶ透過光ファイバは通常２３５ｎｍ未満の波長の信号を減衰させる。非ソラリゼーションファイバを利用して波長２３５ｎｍ未満での透過を改善することができる。これにより、信号対雑音比が上昇し、終点の検出性能がより小さい開放領域へと拡張される。
【００９２】
図２５は台座部２５０４上に支持されたフォトマスクレチクル２５０２を有する処理チャンバ２５００を示す。台座部は１つ以上の窓部２５０６を有し、この窓部を通してフォトマスクレチクル２５０２の底部を終点検出システム２５０８により見る。終点検出システム２５０８は側部光ファイバ束２５１０を含み、この光ファイバ束はチャンバ２５００内のプラズマ２５１２をチャンバ側部に配置された窓部２５１４を通して見る。側部光ファイバ束２５１０はプラズマ２５１２のＯＥＳ情報を分光装置等の検出装置２５１６に伝達する。第２光ファイバ束２５１８は台座部２５０４の窓部２５０６を通して基板の底部を見る。光ファイバ束２５１８は波長２３５ｎｍ未満の信号の透過を向上するために非ソラリゼーション化深ＵＶ溶融シリカから成る。任意で、終点検出システム２５０８は光ファイバ束２５１８を通して光を供給し、反射モードで情報を得るためのランプ２５２０を含む。
【００９３】
図２６はフォトレジスト吸収に関して波長を選択する利点を示すグラフである。グラフは２４０ｎｍの波長では高い吸光係数により多重反射が排除されることから干渉侵害が消滅することを示す。従って、終点検出監視に適切な波長を選択するには、終点及び処理監視用にインシチュでの反射・透過を強化させる媒体。フォトマスクによる干渉の低下により、コンタクトパターン等の低開放領域用途について終点がより正確に特定できる。また、この方法により離散した局所領域を含む特定の領域での実際の処理の測定情報の取得が容易となり、大面積での終点検出に限定されない。これにより、処理を調節して特定位置でのエッチング速度を調整可能となる。深ＵＶ監視信号の使用は反射及び透過モード双方での終点検出に有益である。このため、これらの技法をフォトマスクエッチングのみならず（上部反射、下部反射、及び底部透過）、慣用のウェハエッチング（上部反射）での使用に拡張可能である。
【００９４】
別の実施形態において、終点ハードウェア（エッチング基板（例えば、フォトマスク）下の複数の窓部を備えたカソード）、複数の基板検出位置を基板パターンと組み合わせることで、基板方向を求めることが可能である。一旦基板方向が判明したら、既存の処理均一性シグネチャを修正して最終エッチング性能を改善することができる。例えば、基板を垂直方向でチャンバに挿入し、エッチングパターンがトップダウン成分を有する場合、処理を力学的に変化させ、サイドサイド成分をより得ることが可能である。これによりエッチングの均一性が向上する。処理の変更は運転中にレシピの一部を修正することで実行可能である。処理の変更は、例えば、別の処理変数及び／又はプロセスノブにおける動的位相調整又は変更の使用を伴う。別の実施例において、基板間で方向を変える場合は、処理を調節して変更に対応し、基板間均一性を得る。
【００９５】
（フォトマスク基板用の）処理シーケンス例にはＡ）左右の縁部に開口部を２つ有するマスクパターンを設け、（Ｂ）基板の左側縁部下の窓部と上端下の窓部からデータを同時収集するようセットアップした終点システムを設置する、（Ｃ）マスクをツールに挿入した際に、上部及び右側位置からの信号を分析してどれがエッチング中の開口部の下にあるかを求め、（Ｄ）レシピを修正してマスク方向を調整し、エッチング性能を向上させることを含む。マスクパターンに合わせて追加の基板センサを有することの利点の例には、マスクのエッチング方向に関わらず終点検出が行えること、２つの周辺位置からの信号を合算してロバストな終点信号を生成可能であること、信号を分析してどの信号がマスクパターンに一致するかを、それに伴いマスク方向を求めることが可能であること、マスク方向を用いて現在のレシピを修正し、処理結果を改善可能である（例えば、より良好なエッチング均一性）ことが含まれる。一実施形態において、実施には（Ａ）側部窓部からのＯＥＳ（発光分光）のみならず、（すでにある４個の窓部のうちの）カソードの２つの位置の監視を可能にする、３方向に分割された新規の光ファイバ束と、（Ｂ）ＣＣＤ終点システムファームウェアにより、３経路の情報の同時収集が可能となる。これは、撮像分光装置におけるＣＣＤ画素のマッピングの変更により達成される、（Ｄ）３つのデータストリームを分析して、どの信号を終点に使用するかを決定する（又は信号を合算する或いは別の方法で結合して、ロバストな終点を形成する）、（Ｄ）新規のアルゴリズムがマスク方向をエッチングシステムにフィードバックし、エッチングシステム（例えば、プロセスレシピ）は残りのエッチング中に処理に変更を加え、最終的な処理結果を改善することを含む。
【００９６】
これは、ウェハ方向が可変であるならウェハ処理用途に有用であり、処理結果は決定した方向に基づいてレシピに変更を加えることで改善可能である。
【００９７】
別の実施形態において、エッチング処理均一性は１）エッチング中の基板上の異なる空間的位置から得た終点時間を比較する、及び／又は異なる空間的位置から得たエッチング速度を比較する、及び２）それに対応して処理を調整することで求められる。
【００９８】
終点ハードウェア（エッチング基板（例えば、フォトマスク）下の複数の窓部を備えたカソードと組み合わせた３方向光ファイバケーブル）、複数の検出位置を基板パターンと組み合わせて使用することで、処理均一性を求めることができる。監視により処理の不均一が判明した場合は、処理を修正して最終エッチング性能を改善することができる。
【００９９】
例えば、修正したエッチングパターンがトップダウン成分を有する場合、処理又はハードウェアを変更して、トップダウン成分を低減することが可能である。これは、チャンバセットアップ／始動手順の一部として行う、或いは場合によっては残りのエッチング中にリアルタイムで処理を調整することで行うことが可能である。
【０１００】
監視する位置の数は、複数の窓部及び複数の検出装置を追加することで増加させることが可能である。実際には、既存のＣＣＤ撮像分光装置は３つの独立した信号の検出に制限される（最大７。ノイズが加わる）。第２の分光装置を追加する場合（二重分光装置終点）、全部で６個の信号、つまり１つはチャンバ側部からのＯＥＳ信号、５つはマスク下からの信号を検出可能である。５つの位置への配置は、基本的なトップダウン、サイドサイド、及び中央高速又は中央低速処理情報を得るのに有用である。また、この情報はウェハ方向が可変の場合、ウェハ処理用途にも有用であり、処理結果は基板支持体に対して求めた基板（例えば、フォトマスク）の方向に基づいてレシピを変更することで改善可能である。
【０１０１】
エッチングの光学監視はエッチング層それ自体の信号というよりもマスク層エッチングから生じる信号により交絡することが多い。フォトレジストマスク層の場合の深ＵＶ等、マスク層が吸収している波長帯域を用いることで、エッチングしている層とその曝露領域の割合によりエッチングの光学監視が決定される。これにより、薄化するレジストからの光学干渉の影響を受けなくなる。
【０１０２】
この実施形態は２つのパートで説明することができる。第１のパートはマスク層の吸収波長の選択（フォトレジストの場合、＜２４０ｎｍ）である。第２のパートは光学システムにおいて深ＵＶ透過率を上昇させることで良好な信号対雑音性能でもって深ＵＶ波長を選択する能力を付与するハードウェアの改良である。ハードウェアの改良の１つは、波長２４０ｎｍでの透過がより良好な非ソラリゼーション深ＵＶ光ファイバの使用である。これに加え、或いは代替として、検出装置をチャンバ近くに設置し、透過制限ファイバの要件を排除しても、或いはフリースペース光学部品又は中空光ファイバを使用してもよい。
【０１０３】
この方法は、透過だけでなく反射の監視にも使用可能であることから、その使用は吸収性基板、吸収性基板上の透明エッチング層にも応用可能である。透過及び反射モードはフォトマスクレチクルだけでなくウェハにも使用可能である。
【０１０４】
本発明の更なる特徴は図面に続く添付の別表に記載されている。
【０１０５】
上記は本発明の実施形態についてのものであるが、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および更に別の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は以下の請求項によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
本発明の上述した構成、利点及び目的が得られ、詳細に理解されるように、上記で簡単に要約された本発明のより具体的な説明が実施形態を参照して行なわれ、それらは添付図面に記載されている。
【０１０７】
しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【０１０８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態を組み込んだ処理チャンバを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による終点を監視するための２つの光学構成の断面図である。
【図１Ｃ】終点検出のための一実施形態の概略上面図である。
【図２】終点検出のための基板上のサンプリング位置を示す図である。
【図３】終点検出のための周辺位置を有する６インチ基板の上面図である。
【図４Ａ】〜
【図４Ｃ】製作中の幾つかのタイプのフォトマスクの概略構造を示す図である。
【図５】終点検出に使用する様々な光信号の説明図である。
【図６】フォトマスクエッチング方法の一実施形態のフロー図である。
【図７】光ファイバ束を含む終点検出システムを有するエッチングチャンバの別の実施形態の概略図である。
【図８】例示的な検出装置の一実施形態の概略図である。
【図９】終点検出システムを有する、フォトマスクレチクルのエッチングに適したエッチング反応装置の別の実施形態の概略図である。
【図１０】処理中、レチクルにより覆われる範囲内にある中央窓部と縁側窓部の分布を示す基板支持体の概略上面図である。
【図１１】フォトマスクエッチング方法の一実施形態についての平均終点、左側終点、及び上部終点のグラフである。
【図１２】フォトマスクレチクルエッチング方法の一実施形態中に側部ＯＥＳを用いて得た終点データのグラフである。
【図１３】同一フォトマスクレチクルエッチング方法の２つの期間中に得られた終点データのグラフである。
【図１４】正規化した透過終点情報を用いてエッチング処理を監視する方法の一実施形態のフロー図である。
【図１５】〜
【図１６】マスク層の上面及び底面の間に発生する薄膜干渉を表す概略図である。
【図１７】図１６に図示の透過信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の強度を示す図である。
【図１８】図１７のグラフに図示の透過信号を示す図である。
【図１９】〜
【図２１】フォトレジスト層により吸収される波長を用いた終点監視信号を利用したエッチング方法の説明図である。
【図２２】フォトマスクレチクルエッチング方法の一実施形態中に得られる終点データの別のグラフである。
【図２３】フォトレジスト層からの光学干渉の影響を大きく受けている終点信号を表す図である。
【図２４】フォトレジスト層からの光学干渉が深紫外線波長監視信号を用いることで最小化されている終点信号を表す図である。
【図２５】フォトマスクレチクルをエッチングするための、ＯＥＳとＴＥＰ終点情報の双方を利用する終点検出システムを有する処理チャンバの一実施形態の概略図である。
【０１０９】
円滑な理解のために、可能な限り、図に共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態における要素と特徴は、特に記載することなく別の実施形態にて便宜上利用する場合がある。
【０１１０】
しかしながら、添付図面は本発明の例示的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【図１Ａ】
0005441332.tif 000002
【図１Ｂ】
0005441332.tif 000003
【図１Ｃ】
0005441332.tif 000004
【図２】
0005441332.tif 000005
【図３】
0005441332.tif 000006
【図４Ａ】
0005441332.tif 000007
【図４Ｂ】
0005441332.tif 000008
【図４Ｃ】
0005441332.tif 000009
【図５】
0005441332.tif 000010
【図６】
0005441332.tif 000011
【図７】
0005441332.tif 000012
【図８】
0005441332.tif 000013
【図９】
0005441332.tif 000014
【図１０】
0005441332.tif 000015
【図１１】
0005441332.tif 000016
【図１２】
0005441332.tif 000017
【図１３】
0005441332.tif 000018
【図１４】
0005441332.tif 000019
【図１５】
0005441332.tif 000020
【図１６】
0005441332.tif 000021
【図１７】
0005441332.tif 000022
【図１８】
0005441332.tif 000023
【図１９】
0005441332.tif 000024
【図２０】
0005441332.tif 000025
【図２１】
0005441332.tif 000026
【図２２】
0005441332.tif 000027
【図２３】
0005441332.tif 000028
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
0005441332.tif 000031