(57)【要約】  本発明は、交互に行われる周期的エッチング処理又は時分割多重プロセス中の終点を確立するための方法を与える。基体をプラズマ室内に入れ、エッチング工程と蒸着工程を有する交互に行われる周期的処理にかける。プラズマ放射強度の変動を、既知の光学的放射分光測定法を用いて監視する。エッチング副生成物によるプラズマ放射に基づき第一波長領域を選択し、プラズマ・バックグラウンドからのプラズマ放射に基づき第二波長領域を選択する。第一波長領域対第二波長領域の比を計算し、時分割多重プロセスから発生した信号の属性の監視を調節する。監視工程に基づく時間で終点に到達した時に、交互に行われる周期的処理を停止する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多重プロセス中の終点を確立する方法において：
基体を時分割多重プロセスにかける工程；
エッチング副生成物によるプラズマ放射に基づく第一波長領域を選択する工程；
プラズマ・バックグラウンドからプラズマ放射に基づく第二波長領域を選択する工程；
前記第一波長領域対前記第二波長領域の比を計算する工程；
時分割多重プロセスから発生した信号の属性を監視する工程；
前記計算工程の前記比に基づき前記監視工程を調節する工程；
時分割多重プロセスから発生した周期的信号の前記調節した属性を、包絡線フォロアを用いて処理する工程；及び
前記処理工程に基づく時間で、時分割多重プロセスを停止する工程；
を含む終点確立方法。
【請求項２】
属性がプラズマ放射強度である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
監視工程が、更にプラズマ放射強度の複数の領域を監視することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
プラズマ放射強度の複数の領域を、統計的方法を用いて選択する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
統計的方法が、更に因子分析を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
プラズマ放射強度の複数の領域を、オフライン分析を用いて選択する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
オフライン分析が、更にスペクトルを識別することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
監視工程が、更にプラズマ放射強度の多重領域に数学的操作を行うことを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
属性がプラズマ・インピーダンスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
処理工程が、更に複数のピーク検出アルゴリズムを用いることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複数のピーク検出アルゴリズムを、平行に処理する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
複数のピーク検出アルゴリズムを、順次総当たり方式で再設定する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
再設定が、更に時分割多重プロセスの少なくとも半周期である刻時期間を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
処理工程が、更に、抽出された振幅検出信号の後処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
後処理が、デジタル信号処理である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
デジタル信号処理が、フィルターを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
フィルターが、無限インパルス応答フィルターである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
フィルターが、有限インパルス応答フィルターである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
時分割多重プロセス中の終点を確立する方法において：
ａ．  エッチング工程で基体の表面を反応性エッチングガスと接触させることによりエッチングし、前記基体表面から材料を除去して露出した表面を与える工程；
ｂ．  前記基体表面を不動態化工程で不動態化し、その間に、前のエッチング工程で露出した表面を不動態化層により被覆し、それにより一時的エッチング停止を行う工程；
ｃ．  前記エッチング工程と不動態化工程とを交互に繰り返す工程；
ｄ．  エッチング副生成物によるプラズマ放射に基づく第一波長領域を選択する工程；
ｅ．  プラズマ・バックグラウンドからのプラズマ放射に基づく第二波長領域を選択する工程；
ｆ．  前記第一波長領域対前記第二波長領域の比を計算する工程；
ｇ．  プラズマ放射の少なくとも一つの波長領域の強度を、包絡線フォロア・アルゴリズムを用いて分析する工程；
ｈ．  前記計算工程の前記比に基づき前記分析工程を調節する工程；及び
ｉ．  前記分析工程に依存した時間で時分割多重プロセスを停止する工程；
を含む終点確立法。
【請求項２０】
時分割多重プロセス中の終点を確立する方法において：
基体を時分割多重プロセスにかける工程；
エッチング副生成物によるプラズマ放射に基づく第一波長領域を選択する工程；
プラズマ・バックグラウンドからのプラズマ放射に基づく第二波長領域を選択する工程；
前記第一波長領域対前記第二波長領域の比を計算する工程；
時分割多重プロセスから発生した信号の属性を監視する工程；
前記監視工程を、前記計算工程の前記比に基づき調節する工程；
時分割多重プロセスから発生した周期的信号の前記調節した属性を、ピーク保持減衰アルゴリズムを用いて処理する工程；及び
前記処理工程に基づく時間で時分割多重プロセスを停止する工程；
を含む終点確立法。
【請求項２１】
属性がプラズマ放射強度である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
処理工程が、更に線形減衰アルゴリズムを用いることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
処理工程が、更に非線形減衰アルゴリズムを用いることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
処理工程が、更に、抽出された振幅検出信号の後処理を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
後処理がデジタル信号処理である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
デジタル信号処理がフィルターを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
フィルターが無限インパルス応答フィルターである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
フィルターが有限インパルス応答フィルターである、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
本願は、同じ譲受け人に譲渡されている「時分割多重プロセスでの包絡線フォロア終点検出」（Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｆｏｌｌｏｗｅｒ  Ｅｎｄ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）と題する２００３年５月５日に出願された米国特許仮出願Ｓｅｒｉａｌ  Ｎｏ．６０／４６９，３３３に関し、その優先権を主張するものである。この仮特許出願は参考のためここに入れてある。この出願は、「時分割多重プロセスでの包絡線フォロア終点検出」と題する２００４年５月６日に出願された係属中の出願Ｓｅｒｉａｌ  Ｎｏ．１０／８４１，８１８のＣＩＰであり、その内容はここに入れてある。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般に半導体ウエーハ処理の分野に関する。特に本発明は、時分割多重エッチング及び蒸着処理中のエッチング処理の終点を決定することに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
多くのマイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）装置の製造中、材料の層をエッチングして、その下にある層の上で完全停止させる必要がある〔例えば、絶縁体上の珪素（ＳＯＩ）−珪素（Ｓｉ）層を除去し、下の二酸化珪素（ＳｉＯ２）層の上で停止させる〕。エッチング処理は、第一層が除去された時間を超えて進行させると、下の停止層の厚さを減少させるか、又は特性プロファイルの劣化（当分野ではＳＯＩ用途のための「ノッチング」として知られている）を起こす結果になることがある。
【０００４】
その結果、エッチングのようなプラズマ処理過程で、遅滞なくプラズマ処理を終わらせるためプラズマ処理の終点を正確に判断す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、処理室中のプラズマ内に含まれている特定の物質の光スペクトルの変化を検出する方法で、終点がそのような変化に基づいて検出される方法が当分野でよく知られている。プラズマ中の含有量が基体のエッチングが進行するにつれて変化すると言う観察から考えついたこの方法は、特定の物質の光スペクトルの強度の変化を検出することにより、エッチング処理の終点をリヤルタイムで正確に検出することを目的としている。プラズマ処理終止時刻を検出するのに一般に用いられているこの方法は、光学的放射分光測定（ＯＥＳ）である。
【０００５】
ＯＥＳは、プラズマ源から放射された光を分析して、プラズマ処理の化学的及び物理的状態についての結論を引き出す。半導体処理では、この技術は、プラズマエッチング処理中の材料の界面を検出するのに一般に用いられている。ＯＥＳ法は、プラズマによって放射された輻射線、通常光スペクトルの紫外線／可視範囲（２００ｎｍ〜１１００ｎｍ）部分中の輻射線を監視することを含んでいる。図１は、典型的なＯＥＳ構成の模式的図を示している。プラズマの組成、特に反応性エッチング物質又はエッチング副生成の存在は、放射された輻射線のスペクトル（即ち、強度対波長）を決定するであろう。エッチング処理過程中、特に材料が移行すると、プラズマの組成が変化し、放射スペクトルの変化をもたらす。プラズマ放射を連続的に監視することにより、ＯＥＳ終点システムによりその変化を検出し、それを用いて、フイルムが完全に除去され時を決定することができる。例えば、ＯＥＳ信号が予め定められた閾値水準より低く低下した時、その移行を、「終点」を始動させるのに用いる。実際には、終点に関連した殆どの情報が、通常、消費される反応物、又はエッチング中に発生したエッチング副生成物に相当する僅かな波長内に含まれている。
【０００６】
ＯＥＳ終点対策を展開する一般的方法は、終点前と終点後の状態の両方の間でプラズマ放射の数多くのスペクトル（放射強度対波長）を収集することである。多くの方法を用いて、終点波長の候補になる領域を決定することができる。終点検出のためのスペクトル領域は、因子分析又は主成分分析〔アンゲル（Ａｎｇｅｌｌ）その他による米国特許第５，６５８，４２３号明細書参照〕のような統計的方法により選択することができる。終点候補を決定するための別の対策は、終点前（主要エッチング）と、終点後（過剰エッチング）との差のプロットを作ることによる。候補領域を選択したならば、候補領域のための可能と思われる化学的物質（即ち、解離したガス前駆物質又はエッチング生成物からの反応物質）の指定を行う。その指定は、その対策の成功を決定付けるのに必須ではないが、むしろ波長選定過程を理解し、最適にするのに役立つ。ザイデル（Ｚａｉｄｅｌ）その他による「スペクトル線表」（Ｔａｂｌｅｓ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｌｉｎｅｓ）及びパーゼ（Ｐｅａｒｓｅ）その他による「分子スペクトルの同定」（Ｔｈｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｐｅｃｔｒａ）を含めた数多くの文献を、処理化学の知識と組合せて用い、候補線のための可能性のある物質の独自性を指定することができる。六フッ化硫黄（ＳＦ６）プラズマ中での珪素エッチング処理のための可能性のある終点候補の一例は、６８７ｎｍ及び７０３ｎｍでのフッ素（Ｆ）線のみならず、４４０ｎｍでのフッ化珪素（ＳｉＦ）放射帯になるであろう。これらの領域を決定したならば、続く部分を同じＯＥＳ対策を用いて処理することができる。
【０００７】
これらのＯＥＳ手法は、一段階処理、又は限定された数の個々のエッチング工程（例えば、エッチングの開始と、続く主要エッチング）を有する処理の場合には十分使えるが、迅速で周期的なプラズマ摂動を持つプラズマ処理にＯＥＳを適用することは困難である。そのような時分割多重（ＴＤＭ）プロセスの例は、レーマー（Ｌａｅｒｍｅｒ）その他による米国特許第５，５０１，８９３号、オクダイラ（Ｏｋｕｄａｉｒａ）その他による米国特許第４，９８５，１１４号、及びカワサキ（Ｋａｗａｓａｋｉ）その他による米国特許第４，７９５，５２９号明細書に記載されている。レーマーその他は、交互に行われる一連のエッチングと蒸着工程を用いて、Ｓｉに大きなアスペクト比の構造をエッチングするＴＤＭプロセスを開示している。
【０００８】
図２（ａ）〜２（ｄ）は、深い珪素エッチングのためのＴＤＭプロセスの一つの型の絵画的例である。ＴＤＭ  Ｓｉエッチング処理は、典型的には、無線周波（ＲＦ）バイアス基体電極と組合せた高密度プラズマ源、典型的には、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いて構成した反応器中で行われる。ＳｉのためのＴＤＭエッチング処理で用いられる最も一般的な処理ガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ６）及びオクトフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）である。ＳＦ６は、典型的には、エッチングガスとして用いられ、Ｃ４Ｆ８は蒸着ガスとして用いられる。エッチング工程中、ＳＦ６は、Ｓｉの自発的等方的エッチングを促進し〔図２（ａ）及び２（ｂ）〕；蒸着工程では、Ｃ４Ｆ８がエッチングされた構造体の底と同様、側壁に保護重合体の蒸着を促進する〔図２（ｃ）〕。ＴＤＭ  Ｓｉエッチング処理は、周期的にエッチングと蒸着処理工程とを交互に行い、マスクされたＳｉ基体に大きなアスペクト比の構造を定めることができる。エッチング工程で存在するＳｉ基体への強力な方向性イオン衝突により、前の蒸着工程で、エッチングされた構造の底に被覆された重合体フイルムが除去されて、更にエッチングするためのＳｉ表面を露出するであろう〔図２（ｄ）〕。エッチングされた構造体の側壁上の重合体フイルムは残っているであろう。なぜなら、それは直接のイオン衝突を受けず、横へのエッチングが抑止されるからである。ＴＤＭ  Ｓｉエッチング手法を用いて、大きなエッチング速度でＳｉ基体に大きなアスペクト比の構造を定めることができる。図２（ｅ）は、ＴＤＭプロセスを用いてエッチングした珪素構造体の断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示している。
【０００９】
図３に示したように、ＴＤＭ  Ｓｉエッチング処理でエッチング工程３００及び蒸着工程３０５のプラズマ放射スペクトルは、蒸着工程とエッチング工程で存在する異なったプラズマ状態（例えば、処理ガスの種類、圧力、ＲＦ電力、等）により劇的に異なっている。図４に示したように、ＴＤＭ珪素エッチング処理に慣用的ＯＥＳ法を適用することにより、周期的な終点追跡記録４００を与える結果になり、終点を検出するのに用いることができない。ＴＤＭ  Ｓｉエッチングの場合、エッチング終点の情報の大部分は、その処理のエッチング区域内に含まれていると予想される。
【００１０】
ベッカー（Ｂｅｃｋｅｒ）その他による米国特許第６，２００，８２２号明細書には、ＴＤＭ  Ｓｉエッチング処理のプラズマ放射から終点情報を抽出する方法が示されている。ベッカーその他は、エッチング工程中だけの少なくとも一種類の物質（典型的には、ＳｉエッチングのためのＦ又はＳｉＦ）のプラズマ中の放射強度を、外部から供給したトリガー（典型的には、一つの処理工程から次の処理工程への移行）を使用することにより調べている。遅延関数及びサンプル及び保持（ピーク保持）回路と組合せて外部トリガーを用いることにより、続くエッチング工程で観察される放射強度を一緒につなぎ合わせて、非周期的性質を有する放射信号を得ることができる。エッチング工程で物質の放射強度の値を、次に続く蒸着工程中、最後に知られた値に維持する。このやり方で、周期的放射信号を処理終点決定のために用いることができる階段関数と同様な曲線へ変換する。この方法の短所は、トリガーと、エッチング工程中の放射データーを得ることとの間にユーザーの入力遅延が必要であることに加えて、外部から供給されるトリガーが必要なことである。
【００１１】
ジェルデ（Ｊｅｒｄｅ）その他による米国特許第４，４９１，４９９号明細書には、ＯＥＳ法の感度を増大しようと努力して、放射スペクトルの狭い帯域を測定すると同時に、その狭い帯域近辺を中心にした広いバックグラウンド帯域の強度を測定することが記載されている。このやり方で、バックグラウンド信号を終点信号から差し引き、狭い帯域信号の一層正確な値をもたらすことができる。
【００１２】
従って、プラズマ放射データー収集を処理工程と同調させるために、外部トリガーとそのトリガーから経過したユーザー入力遅延を必要としないＴＤＭプラズマ処理のための終点対策が必要である。
【００１３】
従来法には、本発明に伴われる利点を与えるものはない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の一つの目的は、従来法の装置の不適切な点を解決し、半導体処理技術の進歩に著しく貢献する改良を与えることである。
【００１５】
本発明の別の目的は：基体をプラズマ室内で交互の処理にかける工程；プラズマ放射強度の変動を監視する工程；包絡線フォロア（ｅｎｖｅｌｏｐｅ  ｆｏｌｌｏｗｅｒ）アルゴリズムを用いて前記プラズマ放射強度から振幅情報を抽出する工程；及び前記監視工程に基づく時間で前記交互の処理を終止させる工程；を含む基体に特殊構造をエッチングする方法を与えることである。
【００１６】
本発明の更に別の目的は、時分割多重プロセス中の終点を確立する方法において：基体を時分割多重プロセスにかける工程；エッチング副生成物からプラズマ放射に基づく第一波長領域を選択する工程；プラズマ・バックグラウンドからプラズマ放射に基づく第二波長領域を選択する工程；前記第一波長領域対前記第二波長領域の比を計算する工程；時分割多重プロセスから発生した信号の属性を監視する工程；前記計算工程の前記比率に基づき前記監視工程を調節する工程；包絡線フォロアを用いて時分割多重プロセスから発生した周期的信号の前記調節された属性を処理する工程；及び前記処理工程に基づく時間で時分割多重プロセスを終止させる工程；を含む終点確立方法を与えることにある。
【００１７】
本発明の更に別な目的は、時分割多重プロセス中に終点を確立する方法において：エッチング工程で基体の表面を反応性エッチングガスと接触させることによりエッチングして、基体の表面から材料を除去し、露出した表面を与える工程；前記基体の表面を不動態化工程で不動態化し、その間に、前のエッチング工程で露出された表面を不動態層で覆い、それによりエッチングの一時的を行う工程；前記エッチング工程と前記不動態化工程とを交互に繰り返す工程；エッチング副生成物によりプラズマ放射に基づく第一波長領域を選択する工程；プラズマ・バックグラウンドからプラズマ放射に基づく第二波長領域を選択する工程；前記第一波長領域対前記第二波長領域の比を計算する工程；包絡線フォロア・アルゴリズムを用いることによりプラズマ放射の少なくとも一つの波長領域の強度を分析する工程；前記計算工程の前記比率に基づき前記分析工程を調節する工程；及び前記分析工程に依存する時間で時分割多重プロセスを終止させる工程；を含む終点確立方法を与えることである。
【００１８】
本発明の別の目的は、時分割多重プロセス中の終点を確立する方法において：基体を時分割多重プロセスにかける工程；エッチング副生成物によるプラズマ放射に基づく第一波長領域を選択する工程；プラズマ・バックグラウンドからプラズマ放射に基づく第二波長領域を選択する工程；前記第一波長領域対前記第二波長領域の比を計算する工程；前記時分割多重プロセスから発生した信号の属性を監視する工程；前記計算工程の前記比率に基づき前記監視工程を調節する工程；ピーク保持及び減衰アルゴリズムを用いて前記時分割多重プロセスから発生した周期的信号の前記調節された属性を処理する工程；及び前記処理工程に基づく時間で前記時分割多重プロセスを終止させる工程；を含む終点確立方法を与えることである。
【００１９】
上で述べたことは、本発明に関連する目的の幾つかを概略述べたものである。これらの目的は単に意図する発明の一層際立った特徴及び用途の幾つかを単に例示するものと見做すべきである。開示した発明を、異なったやり方で適用するか、又は開示の範囲内で本発明を修正することにより多くの他の有利な結果を得ることができる。従って、本発明の他の目的及び一層完全な理解は、本発明の要約、及び添付の図面に関連して行う好ましい態様についての詳細な説明を、特許請求の範囲で規定された本発明の範囲の外に、参照することにより得ることができるであろう。
【００２０】
発明の概要
本発明を要約する目的で、本発明は、交互に行う周期的エッチング処理、又は、時分割多重プロセスの間に終点を確立するための方法及び装置を含む。その処理のプラズマ放射強度は周期的であってもよいことに注意されたい。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一つの態様は、基体に特殊構造をエッチングする方法を与えることにある。エッチングされる基体は、珪素、又はガリウム砒素のような第ＩＩＩ族元素及び／又は第Ｖ族元素を含むことができる。本方法は次の工程を含む。基体をプラズマ室内に入れ、交互の処理にかける。その交互の処理は、エッチングだけの工程、蒸着だけの工程、少なくとも一つのエッチング工程と少なくとも一つの蒸着工程、又は複数のエッチング工程と複数の蒸着工程を含んでいてもよい。更に、少なくとも一つの処理パラメーターが、交互の周期的処理内で時間と共に変化していてもよい。プラズマ放射強度の変動を、既知の光学的放射スペクトル測定技術を用いて監視する。その監視は、プラズマ放射強度の複数の領域について行うことができる。プラズマ放射強度の複数の領域は、因子分析のような統計的方法を用いるか、又はオフライン分析により選択することができる。オフライン分析は、スペクトル識別を用いることにより決定することができる。更に、プラズマ放射強度の複数の領域をバックグラウンド補正にすることができる。プラズマ放射強度の複数の領域に数学的操作を施すことができる。包絡線フォロア・アルゴリズムを用いてプラズマ放射強度の複雑な波形から振幅情報を抽出する。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、順次総当たり方式（ｒｏｕｎｄ  ｒｏｂｉｎ  ｆａｓｈｉｏｎ）で再設定することができる。更に、その再設定は、問題の最低周波数の半周期よりも長い刻時期間に基づかせることができる。監視工程に基づく時間で終点に到達した時に、その交互処理を停止する。
【００２２】
本発明の更に別の態様は、時分割多重プロセス中の終点を確立する方法を与えることである。この方法は、二つの工程を含む。基体を真空室内で時分割多重プロセスにかける。時分割多重プロセスによって発生した周期的信号の、放射強度又はプラズマインピーダンスのような属性を、既知の光学的放射スペクトル測定技術を用いて監視する。その監視は、プラズマ放射強度の複数の領域について行うことができる。プラズマ放射強度の複数の領域を、因子分析のような統計的方法を用いるか、又はオフライン分析により選択することができる。オフライン分析は、スペクトル識別を用いることにより決定することができる。更に、属性の監視はバックグラウンド補正することができる。特に、エッチング副生成物からのプラズマ放射に基づき第一波長領域を選択し、プラズマ・バックグラウンドからのプラズマ放射に基づき第二波長領域を選択する。第一波長領域対第二波長領域の比を計算し、次にそれを用いて属性の監視を調節する。プラズマ放射強度の複数の領域に数学的操作を施すことができる。時分割多重プロセスによって発生した周期的信号のバックグラウンド補正属性は、包絡線フォロア・アルゴリズムを用いて処理する。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、順次総当たり方式で再設定することができ、平行に処理することができる。更に、再設定は、時分割多重プロセスの処理期間の少なくとも半分である刻時期間に基づかせることができる。更に、無限インパラス応答フィルター、又は有限インパラス応答フィルターを用いて濾波したデジタル信号処理を含めた抽出振幅検出信号に更に処理を行うことができる。時分割多重プロセスを、処理工程に基づく時間で終点に到達した時に停止する。
【００２３】
本発明の更に別の態様は、時分割多重プロセス中の終点を確立する方法を与えることである。この方法は次の工程を含む。基体を真空室内で時分割多重プロセスにかける。基体の表面を、反応性エッチングガスと接触させることによりエッチング工程で異方的にエッチングし、基体の表面から材料を除去し、露出した表面を与える。次にその基体の表面を不動態化工程中に不動態化し、前のエッチング工程で露出した表面を不動態層で覆い、それにより一時的にエッチングの停止を行う。エッチング工程及び不動態化工程は、時分割多重プロセスの長さに亙って交互の繰り返す。プラズマ放射の少なくとも一つの波長領域の強度を、既知の光学的放射分光測定技術を用いて監視し、包絡線フォロア・アルゴリズムを使用することにより分光する。プラズマ放射の強度の監視は、バックグラウンド補正することができる。特に、エッチング副生成物によるプラズマ放射に基づき第一波長範囲を選択し、プラズマ・バックグラウンドからのプラズマ放射に基づく第二波長範囲を選択する。第一波長範囲対第二波長範囲の比を計算し、次にそれを用いてプラズマ放射強度の監視を調節する。分析工程に基づく時間で終点に到達した時、時分割多重プロセスを停止する。
【００２４】
本発明の更に別の態様は、時分割多重プロセス中の終点を確立する方法を与えることである。この方法は次の工程を含む。基体を真空室内で時分割多重プロセスにかける。時分割多重プロセスによって発生した周期的信号の放射強度又はプラズマ・インピーダンスのような属性を、既知の光学的放射分光測定技術を用いて監視する。更にその監視は、プラズマ放射強度の複数の領域について行うことができる。属性の監視は、バックグラウンド補正することができる。特に、エッチング副生成物からプラズマ放射に基づき第一波長範囲を選択し、プラズマ・バックグラウンドからのプラズマ放射に基づき第二波長範囲を選択する。第一波長範囲対第二波長範囲の比を計算し、次にそれを用いて属性の監視を調節する。因子分析のような統計的方法を用いるか、オフライン分析によりプラズマ放射強度の複数の領域を選択することができる。オフライン分析は、スペクトル識別を用いることにより決定することができる。プラズマ放射強度の複数の領域に数学的操作を施すことができる。時分割多重プロセスにより発生した周期的信号のバックグラウンド補正属性をピーク保持及び減衰アルゴリズムを用いて処理する。ピーク保持及び減衰アルゴリズムは、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、無限インパラス応答フィルター又は有限インパラス応答フィルターを用いて濾波されたデジタル信号処理を含めた抽出振幅検出信号に更に処理を行うことができる。時分割多重プロセスは、処理工程に基づく時間で終点に到達した時に停止する。
【００２５】
上で述べたことは、続く本発明の詳細な説明が一層よく理解され、当分野に対する本発明の貢献が一層完全に認められるようにするため、本発明に一層関係の深い重要な特徴をむしろ広く概説したものである。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明の更に別の特徴を今後記述する。開示する概念及び特定の態様は、本発明の同じ目的を遂行するための修正又は他の構造を設計するための基礎として容易に用いることができることは当業者によって認められるべきである。そのような同等の構成は、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の本質及び範囲から離れるものではないことも、当業者によって認められるべきである。
【００２６】
図面の幾つかの図に亙って、同じ参照番号は、同様な部品を指す。
【００２７】
本発明の詳細な記述
我々は、同調トリガを使用することなく、プラズマ放射の少なくとも一つの波長領域の強度を分析することにより、時分割多重（ＴＤＭ）プロセスで異なった材料間の移行を検出する手段を開示する。
【００２８】
これらの波長領域の選択は、交互に行われる一連のエッチング工程と蒸着工程中に起きる信号強度の広い変動を減少するように選択する。主要な放射線を持たない小さな波長範囲に亙って、プラズマ・バックグラウンド放射は殆ど一定である。従って、二つの近接した波長範囲（この場合には４４０ｎｍと４４３ｎｍ）の比は、エッチングが行われていない場合には１に近い値を有する。このことは、蒸着工程とエッチング工程の両方に当て嵌まり、注意深く選択された波長を与える。従って、蒸着工程とエッチング工程との間で処理が交替した時、その比率の値は僅かしか変化せず、１に等しい値に近いままになっている。二つの波長領域の比率を表示することにより、元の信号の広い変動が劇的に減少し、更に信号処理を、終点で起きる小さな変化を見えにくくすることなく行うことができるようになる。
【００２９】
設計により、ＴＤＭプロセスの周期的及び反復的性質により、そのプロセスはそれに伴われる数多くの特徴的周波数を有する。一例として、五つの第二エッチング工程と五つの第二蒸着工程からなる２工程ＴＤＭ珪素エッチング処理（下の表１参照）を考えるが、それら工程は継続して何度も繰り返えされる。一つの特性周波数は０．１Ｈｚであり、全サイクル時間（１０秒）により決定されるであろう。
【００３０】
【表１】
2009506544.tif 000003
【００３１】
蒸着工程とエッチング工程は、化学性、ＲＦバイアス電力、及び圧力で異なり、著しい放射スペクトルの差を与える結果になることに注意されたい。
【００３２】
図５のブロック工程図は、ＴＤＭプロセスのための改良されたＯＥＳ技術の概観を示している。ＴＤＭプロセスは当分野でよく知られているものと見做されている。ＴＤＭプロセスのプラズマ放射スペクトルの少なくとも一つの領域（典型的には、プラズマ放射の２００〜１１００ｎｍの範囲内）を、処理終点検出のために同定する。ＴＤＭエッチング処理過程中の時間に亙って、そのスペクトル領域（単数又は複数）を監視する。ＴＤＭプロセスからの元の放射信号は周期的な性質を持っている。
【００３３】
ＴＤＭプロセスに終点検出アルゴリズムを同調させることなく、ＴＤＭプロセスで材料の移行を検出する数多くのやり方が存在する。これらの方法には、包絡線フォロア・アルゴリズム、及びピーク保持及び減衰アルゴリズムのみならず、信号処理フィルターの適用が含まれる。
【００３４】
包絡線フォロア技術は、複雑な波形から振幅情報を抽出するのに用いることができる。包絡線フォロア・アルゴリズムは、順次総当たり方式で再設定され、平行に操作される、二つ以上のピーク保持ルーチン（ｒｏｕｔｉｎｅ）からなる。
【００３５】
第二の技術は、減衰アルゴリズムと関連させたピーク保持アルゴリズムからなる。ピーク保持アルゴリズムを入力データーに適用する。入力データー値をピーク保持値と比較する。もし入力値が保持されたピーク値よりも小さいならば、そのピークの値をユーザーが規定した関数に従って時間と共に減少させる。減衰関数は、線形か又は非線形にすることができる。入力値が減衰保持値よりも大きいならば、そのピーク値を入力値まで更新し、減衰アルゴリズムを再スタートさせる。その結果、そのアルゴリズムは入力データーの値が保持値を越える度毎に再設定され、それによりＴＤＭプロセスへそのアルゴリズムを同調させる必要性がなくなる。
【００３６】
本発明の別の態様は、元のデーターを濾波し、然る後、終点検出アルゴリズムを適用する。濾波の例には、有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）及び無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルターが含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３７】
同様に、信号が終点検出アルゴリズムによって処理されたならば、得られた終点追跡記録を濾波してその信号を最終信号のノイズ特性まで改良することができる。この場合もＦＩＲ、ＩＩＲ、及び他のフィルターを適用することができる。
【００３８】
この解決法は二工程循環処理に限定されるものではない。実際、その処理のエッチング部分を数多くの従属工程へ更に細分割するのが一般的である。
【００３９】
夫々の反復経路内の処理パラメーターをサイクル毎に一定に維持する必要はないことに注目することも重要である。例えば、珪素のＴＤＭエッチング中、その処理が行われる期間に亙って蒸着工程の効率が徐々に低下し、プロファイル制御を維持することが一般的である（当分野では処理変異として知られている）。変異した処理では、或る数のエッチング又は蒸着工程の間で僅かなパラメーターの変化を行い、それらにはＲＦバイアス電力、処理圧力、ＩＣＰ電力、等が含まれるが、それらに限定されるものではない。これらの変化には、ＴＤＭサイクル内の処理工程の継続時間を変化させることも含まれることがある。
【００４０】
ＴＤＭプロセスで材料の移行を決定する第三の方法は、ピーク検出アルゴリズムを用いずに、ＦＩＲ、ＩＩＲ、又は同様なフィルターを用いてデーターを濾波することである。ＷＯ  ９１／１８２８３でリトバック（Ｌｉｔｖａｋ）その他が教示していることに反して、効果的であるようにするためプラズマ変調サイクルの整数に亙ってフィルターを適用する必要はない。
【００４１】
これらの方法は、ＳＦ６／Ｃ４Ｆ８に基づく処理を用いた深いＳｉエッチングについて実証されているが、それらの方法はＴＤＭプロセスが用いられている限り、化学性とは無関係に有効である。それらの方法は、反復ＴＤＭプロセスが用いられる誘電体材料及び金属のような他の材料で材料移行を検出するのにも有用である。
【００４２】
珪素エッチング例
絶縁体ウエーハ上の珪素（ＳＯＩ）をエッチングするのにＴＤＭ処方を用いた。この処方は下の表２に列挙してある。下の例は本発明を３工程ＴＤＭ  Ｓｉエッチング処理に適用したものである。
【００４３】
【表２】
2009506544.tif 000004
【００４４】
実験は、市販のユナクシス・シャトルロック・シリーズ（Ｕｎａｘｉｓ  Ｓｈｕｔｔｌｅｌｏｃｋ  ｓｅｒｉｅｓ）ディープ・シリコン・エッチ（Ｄｅｅｐ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｅｔｃｈ）（ＤＳＥ）工具で行なった。放射スペクトルを、市販のユナクシス・スペクトラワークス（Ｕｎａｘｉｓ  Ｓｐｅｃｔｒａｗｏｒｋｓ）放射分光計を用いて１Ｈｚの周波数で収集した。
【００４５】
問題のスペクトル領域を決定するため、試験ウエーハをエッチングし、蒸着及びエッチングＢの両方でプラズマ放射スペクトルを、珪素層が無くなる（処理終点）前及び無くなった後で分析した。その処理の蒸着段階中はエッチングは殆ど起きないと思われるので、図６は、珪素が無くなる前６００及び無くなった後６０５として、エッチングＢ工程からの放射スペクトルに焦点を合わせている。４５０ｎｍ近辺ではエッチングスペクトルにある僅かな差に注意されたい。終点候補を決定するため、点毎に差スペクトルを作った。得られたスペクトルを図７に示す。終点検出のための候補は４４０ｎｍ（７００）及び６８６ｎｍ（７０５）で起きる。４４０ｎｍピークは、ＳｉＦ放射（エッチング生成物−Ｓｉが無くなって行くに従って減少する）に起因させることができるが、６８６ｎｍピークは、Ｆ放射（反応物−Ｓｉがなくなるに従って増大する）に起因させることができる。前に図４で示したように、４４０ｎｍ領域内の値対時間のプロットは、エッチングが進行するに従って振動する信号のピーク毎の値には僅かな減少しか示しておらず、処理終点を決定することは困難である。
【００４６】
４４０ｎｍの放射ピークに基づき、改良された終点対策を作成した。図８は、一層精密に４４０ｎｍピークを調べるため、エッチングＢの終点前放射スペクトル８００及び終点後放射スペクトル８０５の拡大図を示している。関連ノイズを減少させるため、二つのスペクトル領域を監視した。即ち、狭い４４０ｎｍピーク８１０（ＳｉＦ放射）と、バックグラウンド補正のため、約４４５ｎｍを中心とする広いスペクトル領域８１５を調べた。
【００４７】
図９は、全エッチング時間の３００〜４００秒の範囲に亙って４４０ｎｍと４４５ｎｍの所の放射強度の拡大図を示している。信号９００（４４０ｎｍ）及びバックグラウンド９０５（４４５ｎｍ）領域は、大きい強度の蒸着工程中、互いによく（等しいか又は平行に）追跡しているが、エッチングＢ工程の終わり近く９１０では離れている。４４０ｎｍ信号（Ｒ１の記号が付けてある）対４４５ｎｍバックグラウンド（Ｒ３の記号が付けてある）の比を作ると、図１０に示すデーターを与える結果になる。比信号１０００の周期的及び反復性に注意されたい。
【００４８】
図１１は、エッチング過程に亙るバックグラウンド補正信号（４４０ｎｍＳｉＦ／４４５ｎｍバックグラウンド比）を示している。６００秒近辺での連続するピーク高さの顕著な減少１１００に注意されたい。
【００４９】
図１２は、包絡線フォロアＴＤＭ終点アルゴリズムのための工程図を示している。データーが得られたならば、それを濾波し、然る後、包絡線フォロアを適用することができる。図１３は、有限応答フィルター（５点移動平均）を適用した後、１３０５、図１１からのデーター１３００を示している。
【００５０】
図１４及び１５は、本発明の包絡線フォロア・アルゴリズムの第一工程を示している。図１４は、図１３の濾波入力データー１４０５に再設定１４１０を適用した、ピーク保持アルゴリズム１４００のグラフである。一方、図１５は、図１３の濾波入力データー１５１０に順次再設定を適用した、多重ピーク保持（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１５のデーターは、１Ｈｚで得られた。
【００５１】
包絡線フォロア・アルゴリズムの次の段階で、順次ピーク保持回路１６１０の最大値１６００を決定することである（図１６参照）。図１７は、その処理で得られた包絡線フォロア１７００を示している。５５０秒近辺の大きさの低下１７０５に注意されたい。
【００５２】
包絡線フォロアを計算したならば、信号対ノイズ比を更に増大するため、付加的濾波を適用することができる。図１８は、ＦＩＲフィルター（４５秒移動平均）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している。
【００５３】
要約すると、図１９は、濾波包絡線フォロア終点追跡記録１９０５による初期補正放射入力データーを示している。
【００５４】
濾波包絡線フォロア・追跡記録は、一般的に知られている技術（例えば、閾値交差検出又は微分処理）を用いて続いて更に処理し、「終点」が起きる時間を決定することができる。
【００５５】
図２０は、ピーク保持及び減衰ＴＤＭ終点アルゴリズムについての工程図を示している。データーが得られ、濾波したならば（１Ｈｚで得られ、５点移動平均を用いて濾波した図１３を再び参照）、ピーク保持及び減衰アルゴリズムを適用する。
【００５６】
図２１は、同じ入力データー２１１０に適用した線形２１００及び非線形２１０５の両方の減衰関数の例を示している。
【００５７】
図２２は、５５秒の線形減衰を有するピーク保持２２００の一例を示している（例えば、電流ピーク値は、５５試料間隔で０の値まで減衰するであろう）。データーは１Ｈｚで得られた。
【００５８】
図２３は、線形減衰２３００を濾波入力データー２３０５に適用したピーク保持を示している。信号を終点追跡記録のノイズ特性まで更に改良するため、ピーク保持減衰アルゴリズム後に、ＦＩＲフィルターを適用した。
【００５９】
図２４は、ＦＩＲフィルター（３０秒移動平均）を適用する前２４００及び適用した後２４０５の減衰信号によるピーク保持を示している。
【００６０】
要約すると、図２５は、濾波ピーク保持減衰終点追跡記録２５０５を用いた初期補正放射入力データー２５００を示している。
【００６１】
濾波ピーク保持減衰追跡記録は、一般的に知られている技術（例えば、閾値交差検出又は微分処理）を用いて続いて更に処理し、「終点」が起きる時間を決定することができる。
【００６２】
本発明の開示には、上記説明に含まれるものと同様、添付の特許請求の範囲に含まれているものが含まれる。本発明は、或る程度の特殊性を有するその好ましい形態で記述してきたが、その好ましい形態についての本願の開示は単に例としてのみ行われており、構成の詳細及び部分の組合せ及び配列には、本発明の本質及び範囲から離れることなく多くの変化を行うことができることは分かる。ここに、本発明を説明してきた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、典型的光学的放射分光分析機器構成の模式的図である。
【図２】図２は、深い珪素エッチングのためのＴＤＭプロセスの一つの型の絵画的例示図である。
【図３】図３は、深い珪素エッチング処理についての蒸着及びエッチングのプラズマ放射スペクトルの強度対波長のグラフである。
【図４】図４は、４４０ｎｍピークの近辺の放射スペクトルに焦点を当てた典型的な深い珪素エッチング処理についてのプラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図５】図５は、ＴＤＭプロセスのための改良されたＯＥＳ技術のブロック工程図である。
【図６】図６は、珪素を除去する前及び後のエッチングＢ工程からの放射スペクトルに焦点を当てた、深い珪素エッチング処理のためのプラズマ放射強度対波長のグラフである。
【図７】図７は、終点候補を決定するため、深い珪素エッチング処理のためのプラズマ放射強度差（エッチング後−エッチング前）対波長のグラフである。
【図８】図８は、深い珪素エッチング処理のエッチング部分についての、４４０ｎｍ領域近辺のプラズマ放射強度対波長のグラフである。
【図９】図９は、深い珪素エッチング処理について信号（４４０ｎｍ）及びバックグラウンド（４４５ｎｍ）に焦点を当てた、プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１０】図１０は、深い珪素エッチング処理について信号（４４０ｎｍ）及びバックグラウンド（４４５ｎｍ）に焦点を当てた、プラズマ放射強度対時間のグラフと、４４０ｎｍの信号対４４５ｎｍバックグラウンドの比を示すグラフである。
【図１１】図１１は、エッチング過程に亙る、４４０ｎｍの信号対４４５ｎｍバックグラウンドの比から得られた補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１２】図１２は、包絡線フォロア・ＴＤＭ終点アルゴリズムのための工程図である。
【図１３】図１３は、深い珪素エッチング処理について、有限応答フィルターを適用した後の、図１１からのデーターを用いた補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１４】図１４は、図１３の濾波された入力データーに適用したピーク保持及び再設定による包絡線フォロア・アルゴリズムを用いた、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１５】図１５は、図１３の濾波された入力データーに適用した複数のピーク保持及び順次再設定による包絡線フォロア・アルゴリズムを用いた、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１６】図１６は、順次ピーク保持回路の最大値を決定するため、包絡線フォロア・アルゴリズムを用いた、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１７】図１７は、ＴＤＭエッチング処理に適用した本発明の包絡線フォロアを用いた、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１８】図１８は、ＦＩＲフィルターを適用する前及び適用した後の包絡線フォロア信号を用いた、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図１９】図１９は、濾波された包絡線フォロア終点追跡記録を用いた、初期補正放射入力データーを示す補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図２０】図２０は、ピーク保持及び減衰ＴＤＭ終点アルゴリズムについての工程図である。
【図２１】図２１は、同じ入力データーに適用された線形及び非線形減衰関数の両方の例を示す、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図２２】図２２は、線形減衰と共にピーク保持の例を示す、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図２３】図２３は、濾波された入力データーに適用された線形減衰と共にピーク保持を示す、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図２４】図２４は、ＦＩＲフィルターを適用する前及び適用した後の減衰信号と共にピーク保持を示す、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【図２５】図２５は、濾波されたピーク保持減衰終点追跡記録と共に、初期補正放射入力データーを示す、補正プラズマ放射強度対時間のグラフである。
【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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【国際調査報告】
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