(57)【要約】デュアルダマシンプロセスの方法であって、単一層の絶縁材料を含んで構成される絶縁構造に複数のビア開口部を形成するステップと、（ｉ）前記絶縁構造に複数のトレンチを形成し、各トレンチはビア開口部のあるグループの前記実質的な直線に沿って配置されているステップと、（ｉｉ）トレンチの深さを決定するためにスキャトロメトリシステムを用いてトレンチの形成を監視するステップとを同時に実行するステップと、所望のトレンチ深さが得られたときに前記トレンチの形成を終了するステップとを含む。
2005535123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルダマシンプロセス方法であって、
本質的に単一層の絶縁材料を含んで構成される絶縁構造をその上面に持つ半導体基板を提供するステップと、
前記絶縁構造に複数のビア開口部を形成するステップであって、ビア開口部のグループは実質的に直線に配置され、
（ｉ）前記絶縁構造に複数のトレンチを形成し、各トレンチはビア開口部のあるグループの前記実質的な直線に沿って配置されているステップと、
（ｉｉ）前記トレンチの形成に関連したサインを生成し、トレンチの深さを決定するために前記サインをサインライブラリと比較し、所望のトレンチ深さに達したときに前記トレンチの形成を停止することによって、スキャトロメトリシステムを用いてトレンチの形成を監視するステップとを同時に実行するステップと、
前記トレンチとビア開口部とを導電性金属で充填するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記トレンチの形成に関連したサインを生成するステップは、入射光ビームを前記絶縁構造に向けるステップと、前記絶縁構造から反射した光を収集するステップと、前記反射光を前記サインに変換するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記トレンチの形成に関連するサインは、前記トレンチの形成前、形成中、形成後の前記絶縁構造の上面に関する特定の深さおよび輪郭に対応する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
トレンチの深さを判定するために、分析システムが前記サインをサインライブラリと比較する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記判定されたトレンチの深さに従って、前記トレンチの形成を終了する閉ループフィードバック制御システムは、前記閉ループフィードバック制御システムを介してトレンチの深さに関連する情報をトレンチエッチング制御装置に与え、前記トレンチエッチング制御装置は訓練されたニューラルネットワークに接続されて、前記トレンチの形成の終了を補助する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記スキャトロメトリシステムは、トレンチの輪郭を判定するためにさらに前記サインをサインライブラリと比較して、所望のトレンチの輪郭が得られたときには前記トレンチの形成を終了する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
トレンチの深さおよびビアの深さを判定するために、分析システムが前記サインをサインライブラリと比較する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記絶縁材料は、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、フッ素ドープされたシリコンガラス、オルトケイ酸テトラエチル（TEOS:tetraethylorthosilicate）、BPTEOS（borophosphotetraethylorthosilicate）、PSG（phosphosilicate glass）、BPSG（borophosphosilicate glass）、ポリイミド（polyimide）、フッ化ポリイミド（fluorinated polyimide）、ポリシルセスキオキサン（polysisequioxane）、ベンゾシクロブタン（benzocyclobutene）、ポリアリーレンエーテル：poly(arylene ester)、パリレンＦ、パリレンＮおよびアモルファス・ポリテトラフルオロエチレン（amorphous polytetrafluoroethylene）からなる群から選択した一つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
半導体基板にデュアルダマシン開口部を形成する方法であって、
本質的に単一層の絶縁材料を含んで構成される絶縁構造をその上面に有する半導体基板を提供するステップと、
前記絶縁構造に少なくとも１つのビア開口部を形成するステップと、
（ｉ）前記ビア開口部の上に位置するトレンチを前記絶縁構造に形成するステップであって、前記ビア開口部と前記トレンチとはどちらもデュアルダマシン開口部を構成するステップと、
（ｉｉ）入射光ビームを前記絶縁構造に向け、前記絶縁構造から反射した光を収集し、前記反射光を前記トレンチの形成に関連するサインに変換し、トレンチの深さを判定するために前記サインをサインライブラリと比較し、所望のトレンチ深さに達したときに前記トレンチの形成を停止することによって、スキャトロメトリシステムを用いて前記トレンチの形成を監視するステップとを同時に実行するステップとを含む、方法。
【請求項１０】
デュアルダマシン構造を形成する方法であって、
本質的に単一層の絶縁材料を含んで構成される絶縁構造をその上面に有する半導体基板を提供するステップと、
前記絶縁構造に複数のビア開口部を形成するステップであって、ビア開口部のグループは実質的に直線に配置されるステップと、
（ｉ）トレンチエッチング制御装置を用いて前記絶縁構造に複数のトレンチを形成するステップであって、各トレンチはビア開口部の１グループの前記実質的な直線に沿って配置されているステップと、
（ｉｉ）前記トレンチの形成に関連したサインを生成し、トレンチの深さを決定するために前記サインをサインライブラリと比較して、スキャトロメトリシステムを用いてトレンチの形成を監視するステップとを同時に実行し、
前記決定されたトレンチの深さが所望のトレンチ深さから受け入れ可能な範囲にない場合には、前記トレンチエッチング制御装置にトレンチの形成を継続するように指示し、選択的にトレンチエッチングプロセス要素を調整するステップと、
前記決定されたトレンチの深さが所望のトレンチ深さから受け入れ可能な範囲にある場合には、前記トレンチエッチング制御装置にトレンチの形成を終了するように指示するステップと、
導電性金属で前記トレンチおよびビア開口部を充填するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体基板にデュアルダマシン構造を形成する方法に関する。さらに詳細には、本発明は、トレンチエッチストップ層を用いる必要なしに、絶縁材料の単一層にデュアルダマシン（Dual Damascene）構造を効率的に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置は一般的に半導体基板とその上に形成された複数の絶縁層および導電層から構成されている。集積回路は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの非常に多くの超小型電子回路装置、配線間スペースで分離された導電線を含む複数の導電パターン、バスライン、ビットライン、ワードラインおよびロジック相互接続ラインなどの複数の相互接続配線を含んでいる。金属相互接続材料から作られるそのような相互接続配線は一般にサイズ（幅）および集積回路の様々な機能的特性の観点から限定要素を内包する。よって、より高速な動作速度、改善された信号対雑音比、および改善された信頼性を達成しながら、より小さな信頼性できる相互接続構造を効率的に提供する必要がある。
【０００３】
デュアルダマシンプロセスを用いると、半導体装置は導電線のための数千個の開口部およびビアでパターン化され、それらはアルミニウムまたは銅などの導電性金属で充填され、集積回路の能動および／または受動素子を相互に接続する役割をはたす。このデュアルダマシンプロセスは、その上に半導体装置が配置される複数層基板の絶縁層内に導電金属のマルチレベル信号線を形成するためにも用いられる。
【０００４】
ダマシン（シングルダマシン）は相互接続形成プロセスであって、絶縁構造内に溝を形成し、導電線を形成するためにその溝を金属で充填する。デュアルダマシンはマルチレベルの相互接続プロセスであって、シングルダマシンの溝形成に加えて、導電ビア（conductive via）の開口部も形成される。
【０００５】
標準的なデュアルダマシンプロセスでは、ビア開口部のイメージパターンを持つ第１マスクが絶縁構造の上に形成され、絶縁構造の上側部分に対してウェハを異方性エッチングする（ビアエッチング）。パターン化されたレジスト材料を取り除いた後、ビア開口部に位置合わせされた導電線のイメージパターンを持つ第２マスクを絶縁構造上に形成する。絶縁材料の上半分に導電線用の開口部を異方性エッチングするときに、上側半分にすでに形成されているビア開口部は同時に絶縁材料の下半分にエッチングを生じさせる（トレンチエッチング）。エッチングが完了すると、ビアも溝も金属で充填される。このプロセスを図１に示す。
【０００６】
別の標準的なデュアルダマシンプロセスでは、ビア開口部のイメージパターンを持つ第１マスクが絶縁構造の上に形成され、そのパターンは絶縁構造に対して異方性エッチングされる（ビアエッチング）。パターン化されたレジスト材料を取り除いた後、ビア開口部に位置合わせされた導電線のイメージパターンを持つ第２マスクを絶縁構造上に形成する。そして、導電線のパターンが異方性エッチングされる（トレンチエッチング）。エッチングが完了すると、ビアも溝も金属で充填される。このプロセスを図２に示す。
【０００７】
デュアルダマシンはシングルダマシンの改良である。デュアルダマシンは、導電溝とビアを金属で同時に充填することを可能にし、それによって工程数を減少させている。標準的なデュアルダマシンは、相互接続の形成において他のプロセスよりも優位であるが、不利な点も存在する。例えば、ビアやトレンチが貫通して形成される絶縁構造は通常三つの層、すなわち第１材料からなる比較的厚い下側および上側絶縁層が第２材料からなる比較的薄い絶縁層から構成される。第１材料と第２材料との間にはエッチング選択性がある。この比較的薄い絶縁層はトレンチエッチング停止層としても知られている。この比較的薄い絶縁層が存在することによって、トレンチエッチングを正確かつ精密に停止させる能力を改善することができ、それによってトレンチの深さも所望の深さに対応する。
【０００８】
複数の層の厚みを精密に形成しけなければならないため、マルチレイヤの絶縁構造の使用によってプロセスは複雑化した。しかしながら、トレンチエッチング停止層が無い場合には、トレンチエッチングを実行すると浅すぎるトレンチや深すぎるトレンチの形成につながり、ウェハ全体における均一性も悪くなる（例えば、ウェハの縁近くの領域ではトレンチが浅すぎ、ウェハの中心ではトレンチが深すぎる）。さらに、トレンチエッチングの性能がウェハ毎に変化する。
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、トレンチエッチング停止層を不要にする、デュアルダマシンプロセスを改良するシステムおよび方法を提供する。この点に関連して、デュアルダマシンプロセスを採用する本システムおよび方法は、製造が容易な単一層からなる絶縁構造を用いる。本システムおよび方法は、トレンチエッチングプロセス中にウェハ全体にわたってトレンチのエッチング深さおよびプロファイル（profile）を監視することができる監視システムを用いて、それによってオペレータがトレンチエッチングプロセスを正確に終了させることができるようにする。
【００１０】
本発明の一態様は、デュアルダマシンプロセス処理方法であって、絶縁材料の単一層を含む絶縁構造に複数のビア開口部を形成し、ビア開口部の複数のグループは実質的に直線に配置され、そして、
（ｉ）前記絶縁構造に複数のトレンチを形成するステップであって、各トレンチはビア開口部の１グループの前記実質的な直線に沿って配置されているステップと、
（ｉｉ）前記トレンチの形成に関連したサイン（signature）を生成し、トレンチの深さを決定するために前記サインをサインライブラリと比較し、所望のトレンチ深さに達したときに前記トレンチの形成を終了することによって、スキャトロメトリシステム（scatterometry system）を用いてトレンチの形成を監視するステップとを同時に実行するステップとを含む。
【００１１】
本発明の他の態様は、半導体基板にデュアルダマシン開口部を形成する方法であって、上面に単一層の絶縁材料を含む絶縁構造を有する半導体基板を提供するステップと、前記絶縁構造に少なくとも１つのビア開口部を形成するステップと、
（ｉ）前記絶縁構造に前記ビア開口部の上に位置するトレンチを形成するステップであって、前記ビア開口部と前記トレンチとはどちらもデュアルダマシン開口部を構成するステップと、
（ｉｉ）入射光ビームを前記絶縁構造に向け、前記絶縁構造から反射した光を収集し、前記反射光を前記トレンチの形成に関連するサインに変換し、トレンチの深さを判定するために前記サインをサインライブラリと比較し、所望のトレンチ深さに達したときに前記トレンチの形成を停止することにより、スキャトロメトリシステムを用いて前記トレンチの形成を監視するステップとを同時に実行するステップとを含む。
【００１２】
本発明のさらに他の態様は、単一層の絶縁材料を含む絶縁構造に複数のビア開口部を形成するステップを含むデュアルダマシン構造を形成する方法であって、ビア開口部の複数のグループは実質的に直線に配置され、
（ｉ）トレンチエッチング制御装置を用いて前記絶縁構造に複数のトレンチを形成するステップであって、各トレンチはビア開口部の１グループの前記実質的な直線に沿って配置されているステップと、
（ｉｉ）前記トレンチの形成に関連したサイン（signature）を生成し、トレンチの深さを決定するために前記サインをサインライブラリと比較して、スキャトロメトリシステムを用いてトレンチの形成を監視するステップとを同時に実行し、
前記決定されたトレンチの深さが所望のトレンチ深さから受け入れ可能な範囲にない場合には、前記トレンチエッチング制御装置にトレンチの形成を継続するように指示し、選択的にトレンチエッチングプロセス要素を調整するステップと、
前記決定されたトレンチの深さが所望のトレンチ深さから受け入れ可能な範囲にある場合には、前記トレンチエッチング制御装置にトレンチの形成を終了するように指示するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、デュアルダマシンが（それを貫通して）形成される絶縁構造にトレンチエッチング停止層（stop layer）を設ける必要をなくすことで、デュアルダマシンプロセスを実行する際の効率を改善する。本発明は、絶縁体または絶縁材料の単一層にデュアルダマシンの開口部（ビアおよびトレンチ）を形成するステップを含む。つまり、デュアルダマシン開口部が形成される絶縁構造は本質的に単一層から構成され、複数の層を含まない。結果として、デュアルダマシン開口部が（それを貫通して）形成される絶縁構造を構成する絶縁材料の複数層を形成する必要がないので、デュアルダマシンプロセスの効率が改善される。
【００１４】
図１３から１６に、本発明の一実施形態に従ったデュアルダマシンプロセスを示す。特に図１３には、その上面に絶縁体または絶縁材料の単一層を含む絶縁構造５０２を有する半導体基板５００が示されている。ここで基板という用語は、半導体基板５００のような半導体基板のみならず、ここで議論しているプロセスの時点までに半導体基板上に製作された任意の、およびすべての層および構造を含む。半導体基板５００は、ポリシリコンゲート、ワード線、ソース領域、ドレイン領域、ビット線、ベース、エミッタ、コレクタ、導電線、導電プラグ、拡散領域などを含む、能動素子および受動素子のような一以上の構造を含んでいてもよい。
【００１５】
絶縁体または絶縁材料は、シリコンベースの絶縁材料、ケイ酸塩、および低Ｋ材料を含む。シリコンベースの絶縁材料は、二酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコンを含む。ケイ酸塩は、フッ素ドープされたシリコンガラス（ＦＳＧ）、オルトケイ酸テトラエチル（TEOS:tetraethylorthosilicate）、BPTEOS（borophosphotetraethylorthosilicate）、PSG（phosphosilicate glass）、BPSG（borophosphosilicate glass）、その他の適切なスピンオンガラス（spin-on glass）を含む。
【００１６】
低Ｋ高分子材料は、ポリイミド（polyimide）、フッ化ポリイミド（fluorinated polyimide）、ポリシルセスキオキサン（polysisequioxane）、ベンゾシクロブタン（BCB:benzocyclobutene）、ポリアリーレンエーテル：poly(arylene ester)、パリレンＦ、パリレンＮおよびアモルファス・ポリテトラフルオロエチレン（amorphous polytetrafluoroethylene）のうちの一以上を含む。特に商業的に入手可能な低Ｋ材料としては、perfluorobiphenylおよび芳香族ビスフェノールから誘導されたと考えられているAlliedAignal社のＦｌａｒｅ（商標）、Applied Material社のBlack Diamond（商標）、Asahi Chemical社のALCAP-S、Dowchemical社のSiLK（商標）およびCyclotee（商標）ＢＣＢ、Dupont社のTeflon（商標）ポリテトラフルオロエチレン、Dow Corning社のXLKおよび3MS、Hitachi Chemical社のHSG RZ25、Honeywell Electronic Materials社のHOSP（商標）およびNanoglass（商標）、JSR Microelectronics社のLKD、Novellus社のCORAL（商標）およびAF4、Battele PNNL社のメソポーラスシリカ、Schumacher社のVelox（商標）PAE-2の商品名のものが含まれる。
【００１７】
一実施形態では、絶縁構造５０２の厚みは約２０００Å以上、約３００００Å以下である。別の実施形態では、絶縁構造５０２の厚みは約５００００Å以上、約２００００Å以下である。
【００１８】
パターン化されたレジスト５０４が絶縁構造５０２の上面に形成される。パターン化されたレジスト５０４は、後続のビア開口部に対応する開口部５０６を有し、絶縁構造の一部を露出させる。絶縁構造５０２の露出部分は全体構造がエッチングプロセスの対象となる際に除去される。特定のエッチ液（エッチング液）およびエッチング条件は、絶縁構造５０２の性質に基づいて選択される。異方性エッチングまたは等方性エッチングを用いることができるが、異方性エッチングが望ましい。
【００１９】
図１４において、エッチングされたビア５１２が絶縁構造５０２を貫いて伸びている。ビア５１２の幅は、約０．２５μｍ（ミクロン）以下、または約０．１８μｍ以下、または約０．１５μｍ以下、または約０．１２μｍ以下、そして約０．１μｍ以下であってもよい。別のパターン化されたレジスト５０８を絶縁構造５０２の上に形成する。このパターン化されたレジスト５０８は、後で形成されるトレンチに対応する開口部５１０を含む。
【００２０】
図１５において、複数のトレンチが、それらのトレンチの形成をスキャトロメトリを用いて監視しながら、エッチングによって同時に形成される。スキャトロメトリの操作については、以下でさらに詳細に説明する。このスキャトロメトリの監視によって、絶縁構造５０２にトレンチエッチング停止層を設ける必要なしに、トレンチ深さの終点の検出を正確に行うことができる。この関連で、所望のトレンチ深さが得られたとき（絶縁構造５０２の厚みに依存する）、スキャトロメトリ監視システムはエッチングプロセスを終了するように指示する。
【００２１】
絶縁構造５０２の特性に基づいて特定のエッチ液およびエッチング条件を選択する。ビア５１２のエッチングに関連して、同じ、または異なったエッチ液を使用することができる。エッチング条件は監視システムによって変更されうる。異方性エッチングまたは等方性エッチングを用いることができるが、異方性エッチングが望ましい。すでに形成されたビアと組み合わされたトレンチはデュアルダマシン開口部５１４を構成する。デュアルダマシン開口部５１４のトレンチ部分の幅および深さは、それぞれ、約０．３５μｍ以下、または約０．２５μｍ以下、または約０．１８μｍ以下、または約０．１５μｍ以下、または約０．１２μｍ以下、そして約０．１μｍ以下であってもよい。
【００２２】
図１６において、導電性材料５１６がデュアルダマシン開口部５１４にデポジションされている。例えば、導電性材料を構造全体にデポジションして、その後に構造を平坦化するために化学機械研磨（CMP）を行う。適切な導電性材料には、銅、タングステン、金、銀、アルミニウム、それらの合金および／または組み合わせのうちの任意のものを含む。導電性材料をデポジションする前に、選択的にバリア層（図示せず）をデュアルダマシン開口部５１４内に形成してもよい。
【００２３】
図１７から図２０は、本発明の一実施形態に従ったデュアルダマシンプロセスを示す。特に図１７において、絶縁体または絶縁材料の単一層を含んで構成される絶縁構造５０２を上面に有する半導体基板５００が提供される。絶縁体または絶縁材料は、シリコンベースの絶縁材料、ケイ酸塩、および低K材料を含む。一実施形態では、絶縁構造５０２の厚みは約２０００Å以上、約３００００Å以下である。別の実施形態では、絶縁構造５０２の厚みは約５００００Å以上、約２００００Å以下である。
【００２４】
パターン化されたレジスト５０４が絶縁構造５０２の上面に形成される。パターン化されたレジスト５０４は、後続のビア開口部に対応する開口部５０６を有し、絶縁構造の一部を露出させる。絶縁構造５０２の露出部分は全体構造がエッチングプロセスの対象となる際に除去される。特定のエッチ液およびエッチング条件は、絶縁構造５０２の性質に基づいて選択される。
【００２５】
図１８において、エッチングされたビア５１２が絶縁構造５０２を通って部分的に伸びている。ビア５１２の幅は、約０．２５μｍ（ミクロン）以下である。別のパターン化されたレジスト５０８を絶縁構造５０２の上に形成する。このパターン化されたレジスト５０８は、後で形成されるトレンチに対応する開口部５１０を含む。
【００２６】
図１９において、複数のトレンチが、それらのトレンチの形成をスキャトロメトリを用いて監視しながら、エッチングによって同時に形成される（そして、ビアが完全に形成される）。スキャトロメトリの操作については、以下でさらに詳細に説明する。このスキャトロメトリの監視によって、絶縁構造５０２にトレンチエッチング停止層を設ける必要なしに（ビア終点も同様）、トレンチ深さの終点の検出を正確に行うことができる。この関連で、所望のトレンチ深さが得られたとき（絶縁構造５０２の厚みに依存する）、スキャトロメトリ監視システムはエッチングプロセスを終了するように指示する。
【００２７】
絶縁構造５０２の特性に基づいて特定のエッチ液およびエッチング条件を選択する。ビア５１２のエッチングに関連して、同じ、または異なったエッチ液を使用することができる。もっともエッチング条件は監視システムによって変更されうる。ビアと組み合わされたトレンチはデュアルダマシン開口部５１４を構成する。デュアルダマシン開口部５１４のトレンチ部分の幅および深さは、それぞれ約０．３５μｍ以下にすることができる。
【００２８】
図２０において、導電性材料５１６がデュアルダマシン開口部５１４にデポジションされている。例えば、導電性材料を構造全体にデポジションして、その後に構造を平坦化するためにCMPを行う。適切な導電性材料には、銅、タングステン、金、銀、アルミニウム、それらの合金および／または組み合わせのうちの任意のものを含む。導電性材料をデポジションする前に、選択的にバリア層（図示せず）をデュアルダマシン開口部５１４内に形成してもよい。
【００２９】
トレンチエッチングプロセスの進行中に、対象となるウェハを監視することによって、進行中のデュアルダマシンプロセスを効率的に最適化するために、デュアルダマシン開口部の外観（appearance）および進行具合を効率的に可視化することを可能にする。対象となるデュアルダマシン開口部が所望の深さ、幅および／または所望の輪郭（profile）に近づくにつれ、トレンチエッチングプロセスの終点を判定することができ、それによって絶縁構造中のトレンチエッチング停止層を用いる必要がなくなる。
【００３０】
スキャトロメトリシステムによって、デュアルダマシンプロセスを監視することができ、部分的に最適化することができる。スキャトロメトリの概念および原理については、以下でさらに詳細に説明する。図１０を参照してもらいたい。本発明の一態様に従って、対象となるウェハに光を当て、対象ウェハから反射してきた光を集めることで、スキャトロメトリデータを生成する。この反射光が対象ウェハの現在の状態に対応する。つまり、ウェハから反射してきた光は開口部の深さおよび／または対象ウェハの輪郭に直接関連する。光検出装置が反射光および／または光データを収集し、この情報をトレンチ監視システムに送信する。
【００３１】
トレンチ監視システムは、スキャトロメトリ技術および原理に従って光検出装置から受信した光データを分析することによって、デュアルダマシンプロセスを監視する。この光データはスキャトロメトリックデータ（Scatterometric data）に変換または翻訳される。スキャトロメトリックデータは一般的に入射光に対する反射光の分析から生成されるサイン（signature）から構成される。従って、生成されたサインは、デュアルダマシンプロセスの間の特定の時間における対象ウェハの最新状態に対応する。生成されたサインは、類似のデュアルダマシンプロセスで処理されたウェハに関連する多数の既知のサインから構成されるデータベースまたはサインライブラリと比較される。合致するものがあるとき、対象ウェハの状態（つまり、寸法）がトレンチ監視システムによって判定され、現行のおよび将来のウェハに対するトレンチ形成を最適化するために、デュアルダマシンプロセス／システムにフィードバックされる。ウェハの寸法には、デュアルダマシンプロセスに関連する、それによる影響を受ける、またはそれに含まれるその他の寸法とともに、例えば対象ウェハの深さ、幅、および／または輪郭（プロファイル、profile）が含まれる。スキャトロメトリの非侵襲的、非破壊的性質によって、スキャトロメトリックデータは短い時間間隔で収集することができ、それによってデュアルダマシンプロセスの連続的な分析を容易にする。
【００３２】
このスキャトロメトリックデータは制御装置によっても利用される。制御装置はトレンチ監視システムに動作可能に結合される。本発明の一態様に従って、制御装置は対象ウェハに関連する情報および／または関連するデータをトレンチ監視システムから受信する。制御装置はこの情報を利用して、エッチング駆動システムを介して、一以上のデュアルダマシンプロセス装置を含むエッチング装置を制御する。特に、このエッチング駆動システムは制御装置の指示命令（コマンド）を、そのような命令を実行するために制御装置から受信するプロセス情報とともに、変換および実行するように働く。または、このエッチング駆動システムは、指示命令および／または制御装置から受信した情報を一以上のエッチングプロセス装置に直接送信する。この一以上のエッチングプロセス装置には、例えばトレンチエッチングプロセスを実行するために用いられるデバイス、ツール、組成物、計測器、システムまたはそれらの組み合わせの少なくとも一つを含みうる。
【００３３】
本発明は、進行中のデュアルダマシンプロセスに一以上の変化を与えるために、情報の制御されたフィードバックを促進する。例えば、本発明の一態様に従って、エッチング駆動システムにフィードバックされた情報はエッチング駆動システムに対してトレンチエッチングプロセスを継続するか、またはトレンチエッチングプロセスを終了するように合図する。プロセスは即座に、または所定の時間において終了する。本発明の別の態様に従って、エッチング駆動システムは、対象ウェハの所定の状態に従って、一以上のトレンチエッチングプロセス装置を調整するように指示される。トレンチエッチングプロセス装置に対するそのような調整または修正は所定の終点（end point）を実現するためには必要なものである。図３，４および９において後で説明するように、デュアルダマシンプロセスに対するそのような最適化された修正の実行を容易にするために、訓練されたニューラルネットワークまたは類似の装置を導入することができる。例えば、デュアルダマシンプロセスを監視するために訓練されたニューラルネットワークをシステムに導入して、デュアルダマシンプロセスパラメータ、測定値、および本発明を実行する際に生成され、判定されるその他のデータを互いに関連付け、評価するようにプログラムすることができる。
【００３４】
本発明の様々な態様において、デュアルダマシンプロセスに関連して、拘束を受けない最適化および／または誤差コスト（error cost）の最小化を促進するための技術を採用することが可能であることを理解してもらいたい。従って、非線形トレーニングシステム／方法論（例えば、バックプロパゲーション、ベイズ定理、ファジー集合、非線形回帰、またはエキスパート、小脳モデルアリスメティックコンピュータ（ＣＭＡＣＳ）、ラジアル基底関数、ディレクテッドサーチネットワークおよび関数リンクネットワークの混合を含む他のニューラルネットワークパラダイム）を本発明に採用することができる。
【００３５】
最初に図１は、デュアルダマシンプロセスを監視するためのシステム２０の高レベル概略図である。システム２０は、将来デュアルダマシン／トレンチエッチングプロセスの対象となりうる、または現在その対象となっているウェハ３０を含む。システム２０はさらに、トレンチエッチング室／装置（図示せず）に動作可能に結合されたデュアルダマシンプロセス監視システム４０を含む。トレンチエッチング室／装置はトレンチエッチングプロセスを実行し、一以上のエッチングプロセス装置５０を含む。
【００３６】
デュアルダマシン監視システム４０は独立した装置であってもよいし、および／または二つ以上の協働する装置および／またはプロセスの間に分散していてもよい。このデュアルダマシン監視システム４０は、例えばコンピュータまたはプロセスなどの一つの物理的または論理的な装置内に存在してもよいし、および／または二つ以上の物理的および／または論理的な装置の間で分散していてもよい。このデュアルダマシン監視システム４０は、プロセス室内に配置される一以上の装置、および／またはプロセス室内には配置されない一以上の装置を含みうる。エッチングプロセス装置５０は、所望の用途に依存して、ビアおよび／またはトレンチエッチングプロセスにおいて使用可能である。
【００３７】
デュアルダマシン監視システム４０は一以上のエッチングプロセス装置５０に動作可能に結合される。この一以上のエッチングプロセス装置５０はデュアルダマシン監視システム４０と協力して動作する。例示のために、この一以上のエッチングプロセス装置５０は、デュアルダマシン監視システム４０から指示命令を受信して、実行する。デュアルダマシン監視システム４０は、例えばウェハ３０の一以上の寸法、特にウェハ３０へのトレンチの形成に関連するデータを生成し、分析することによって、これらの指示命令を体系化する。
【００３８】
デュアルダマシン監視システム４０は、入射光６０のビームをウェハ３０に向け、ウェハ３０から反射および／または屈折してきた光７０を収集することによってこのデータを生成する。この入射光６０は多くの異なった光源、例えば周波数安定化レーザなどから供給可能である。デュアルダマシン監視システム４０は光６０を実質的にウェハ３０の全体に向けてもよいし、またはウェハ３０の予め選択した領域に向けてもよい。例えば、デュアルダマシン監視システム４０は入射光６０を対象ウェハ３０の選択された領域に向けて、それによってこれらの領域はスキャトロメトリサインを生成するのに十分なデータを供給するようにできる。反射光７０はデュアルダマシン監視システム４０によって収集され、サインを生成するためにスキャトロメトリ技術を用いて分析される。生成されたサインは一以上のウェハ寸法および／または対象ウェハ３０に関連する一以上のトレンチエッチングプロセスパラメータ９０の判定を容易にする。
【００３９】
ウェハ寸法には対象ウェハ３０の厚みおよび輪郭（profile）が含まれるが、これらに限定されるものではない。トレンチエッチングプロセスパラメータ９０（図示せず）にはエッチ液組成９１、絶縁材料９２の特性、エッチ液流量９３、温度９５、圧力９７、エッチング速度９６（まとめてトレンチエッチングプロセスパラメータ９０と呼ぶ）が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
このデュアルダマシンプロセス監視システム４０は、反射光７０を収集することによって生成されたスキャトロメトリックデータを分析するためのスキャトロメトリシステムを含む。スキャトロメトリ分析は、一以上の生成されたサインをサインライブラリ８０に含まれる一以上の既知のサインと比較する処理を含む。そのようなサインは、反射光７０の測定値を組み合わせて、その反射光７０のパターンに関連するサインを作成することによって生成される。
【００４１】
デュアルダマシンプロセスが進行するに従って、ウェハ３０（またはトレンチエッチングプロセスが施されている層）に関連するサインが、デュアルダマシンプロセスの間中、連続的にまたは短い時間間隔で生成される。例えば、時刻Ｔ１においてウェハ３０から反射した光はサインＳ１を生成し、それはトレンチの深さＨ１および／またはウェハ輪郭Ｐ１に対応する。同様に、時刻Ｔ３においてウェハ３０から反射した光はサインＳ３を生成し、それはトレンチの深さＨ３および／またはウェハ輪郭Ｐ３に対応する。サインのシーケンスを分析することで、ウェハ３０、つまりトレンチが均一にエッチングされているかどうか、および／またはウェハ３０が、例えば所望の速度、幅、圧力および／または深さでエッチングされているかどうかの判定を容易にすることができる。
【００４２】
そのようなシーケンス分析によって、進行中のトレンチエッチングプロセスを修正するために、一以上のトレンチエッチングプロセス要素を維持、増加または減少させるフィードバック情報を生成することができる。例えば、このシーケンス分析に関連する情報をエッチングプロセス装置５０にフィードバックすることができ、進行中のデュアルダマシンプロセスに一以上の変化をもたらすために、この一以上の装置（要素）５０を修正または最適化することができる。そのような修正には、トレンチエッチングプロセスのための適切な終点を判定および／または達成するための、エッチ液の組成、エッチング速度および／または圧力の変更が含まれる。
【００４３】
デュアルダマシンプロセス監視システムはサインライブラリ８０に動作可能に結合されている。サインライブラリ８０は様々な形式、例えば一以上のリスト、配列、テーブル、データベース、リンクされたリストおよびデータキューブなどにおいてデータを記憶することができるが、これらに限定されるものではない。サインライブラリ８０は一以上の物理デバイス上、例えばディスクドライブ、テープドライブおよび／またはメモリユニット上に配置することができる。
【００４４】
反射光７０および／またはサインライブラリ８０に記憶されている既知のサインに関連するシーケンス分析を含む分析は、一以上のエッチングプロセス要素５０を制御するために用いられる。ここで、エッチングプロセス要素５０は、所望の用途に応じた任意の方法で、ウェハ表面内にビアまたはトレンチを形成するために採用することができる。
【００４５】
図２に、デュアルダマシンプロセスを監視し、スキャトロメトリを用いてトレンチエッチングの終点を判定するためのシステム１００を示す。本発明の一態様に従って、システム１００は、将来のウェハに対するデュアルダマシンプロセスに一以上の変更を加えるための制御されたフィードバック能力を持つ。他の態様に従って、システム１００は、トレンチが現在形成されているウェハおよび将来のウェハに対するデュアルダマシンプロセスの最適化を促進する、制御されたフィードバック能力を持つ閉ループシステムである。
【００４６】
システム１００は、デュアルダマシンプロセスを受ける直前の、または当該プロセス中のウェハ１１０（絶縁層１１５および基板１１３）を含む。システム１００はさらに、デュアルダマシン監視システム１５０、制御装置１６０、トレンチエッチング駆動システム１７０を含み、これらはエッチング装置１７１を制御し、トレンチエッチングプロセスの終点判定を容易にするために協力動作する。特に、デュアルダマシン監視システム１５０は、トレンチエッチング駆動システム１７０を調整する制御装置１６０に動作可能に接続される。トレンチエッチング駆動システム１７０は選択的にエッチング装置１７１を制御する。エッチング装置１７１はトレンチエッチングプロセスを実行し、一以上のエッチングプロセス要素、例えばエッチ液供給装置１７３などを含む。
【００４７】
トレンチエッチング駆動システム１７０は、デュアルダマシン監視システム１５０によって収集され、それから送信されるデータを分析した制御装置１６０から情報および／または指示命令（instructional command）を受信する。制御装置１６０は、トレンチエッチング駆動システム１７０に送信されるべき情報の内容およびタイプを判定するプロセッサ（図示せず）を含む。例えば、デュアルダマシン監視システム１５０は反射光データを収集し、スキャトロメトリ技術および方法を用いてそのデータの分析を行う。次に、分析されたデータは制御装置１６０に送信される。制御装置１６０は、トレンチエッチング駆動システム１７０に送信されるべき情報の内容およびタイプを判定することで、分析されたデータを処理する。従って、制御装置１６０および／または駆動システム１７０は、トレンチエッチング駆動システム１７０に接続され、または関連するエッチング装置１７１を選択的に調整または制御することができる。
【００４８】
さらに、監視システム１５０、制御装置１６０および駆動システム１７０の間の連携相互作用によって、絶縁構造内にトレンチエッチング停止層を設けることなしに、トレンチエッチングプロセスを促進する。そのために、トレンチ深さの誤差は低減され、半導体製造における効率が向上する。
【００４９】
さらに図２において、システム１００に関連した要素をさらに詳細に説明する。デュアルダマシン監視システム１５０は、一以上の目標光源１８５および一以上の光検出器１８７に動作可能に接続される。目標光源１８５は、間もなくデュアルダマシン／トレンチエッチングプロセスの対象となる、または現在その対象となっているウェハ１１０上に光を投射する。この光はレーザーなどの一以上の光ビームでよいが、本発明を実行するのに適したその他のタイプの光を用いることもできる。この光は、ウェハ１１０の全面に照射してもよいし、またはウェハ１１０表面の選択した領域に照射してもよい。ウェハ１１０から反射した光は一以上の光検出器１８７によって収集される。光はウェハ１１０の表面から回折することもあることを理解してもらいたい。
【００５０】
デュアルダマシン監視システム１５０は、スキャトロメトリシステム１５５を用いて収集された光のデータを分析し、サイン（signature）を生成する。収集された光の分析には、スキャトロメトリの原理に従った、対象ウェハ１１０に関連した少なくとも１つの寸法の決定が含まれる。例えば、絶縁層１１５（およびそこの開口部）の深さ、幅、および／または輪郭を測定し、所望の深さ、幅、および／または所望の輪郭と比較することができる。対象の絶縁層１１５に関連する様々な寸法を得るために、反射光は入射光との関係において計測される。
【００５１】
本発明を実行する適切な任意のスキャトロメトリシステム１５５を用いることができることを理解してもらいたい。さらに、そのようなシステムは特許請求の範囲に入るものであると考えられる。
【００５２】
システム１００は、デュアルダマシン監視システム１５０を通じて、またはそれを介して目標光源１８５に光を供給する光源１８０をさらに含む。光源１８０は周波数安定化レーザーでよいが、本発明を実行するのに適した任意のレーザーまたは他の光源を用いることもできることを理解してもらいたい。その他の例には、レーザーダイオードまたはヘリウムネオンガスレーザーが含まれる。
【００５３】
収集された光データは制御装置１６０によってさらに分析されうる。制御装置１６０は、トレンチエッチング駆動システム１７０に動作可能に結合される。従って、トレンチエッチング駆動システム１７０は、少なくとも部分的には制御装置１６０によって制御される。トレンチエッチング駆動システム１７０は、制御装置１６０から受信した情報に少なくとも部分的に対応して、一以上のトレンチエッチングプロセス要素とともに、エッチング装置１７１を選択的に制御する。制御装置１６０は、絶縁層１１５の直近の状態とともに、トレンチエッチングプロセスの進行状態を判定することができる。
【００５４】
本発明の一態様に従って、制御装置１６０は測定された深さＨｍを処理して現在のトレンチエッチングプロセスに対する適切な終点を判定することができる。例えば、測定された深さを記憶されているサインと比較することができる。記憶された各サインはトレンチエッチングプロセスパラメータの集合を含み、そのようなパラメータはもしそれが実行されるならば、終了または終点の判定を容易にする。もし合致があった場合には、トレンチエッチングプロセスパラメータの集合は制御装置１６０によって分析され、トレンチエッチング駆動システム１７０によって実行されて現在のトレンチエッチングプロセスの適当な終点を実現する。制御装置１６０は、現在のトレンチエッチングプロセスパラメータにに応じて、トレンチエッチング駆動システム１７０に対して、トレンチエッチングプロセスパラメータ集合の全部または一部を送信することができる。よって、制御装置１６０は、現在進行中のデュアルダマシンプロセスの終点を判定するために、トレンチエッチング駆動システム１７０を介して、一以上のトレンチエッチングプロセス要素を選択的に調整する。
【００５５】
上述のように、制御装置１６０はプロセッサ（図示せず）を含みうる。そのようなプロセッサ、つまり中央処理装置（ＣＰＵ）は、ＡＭＤ製のＫ７、ＡＭＤ  Athlon（商標）、AMD  Duron（商標）などの複数のプロセッサのいずれか、およびその他の類似の、および／または互換性を持つ処理ユニットでよい。制御装置１６０／プロセッサは、ここで説明した様々な機能を実行するために、システム１００内の様々な要素を制御および操作するようにプログラムすることができる。
【００５６】
制御装置１６０は、さらにメモリ１９０に動作可能に結合される。メモリ１９０は、例えば、ここで説明したようなシステム１００の動作機能を実行するために制御装置１６０によって実行されるプログラムコードなどの情報を記憶する機能を持つ。実例として、メモリ１９０は、観察された（測定された）データを比較することができるパターン、またはサイン、またはその他のデータを保持する。メモリ１９０はさらに、トレンチエッチングプロセスパラメータおよび測定されたウェハおよび／または層の寸法、例えばトレンチエッチングプロセス進行値、トレンチエッチングプロセス進行テーブル、要素統合テーブル、ウェハおよび／または層形状およびサイズ、スキャトロメトリ情報、実現されたウェハおよび／または層の寸法を、本発明の性能を促進するために採用することができるその他のデータとともに一時的に記憶するための記録媒体としても機能する。
【００５７】
システム１００は電源１９５から電力の供給を受ける。そのような電源１９５は、本発明を実行するために必要な、バッテリーおよび／または電力線などの適切などのような電源でもよい。
【００５８】
図３に、システム１００に類似した、デュアルダマシン監視、最適化および終点検出システム１０５を示す。図２に示すデュアルダマシン監視および終点検出システム１００は、収集された光データおよび生成されたサインに関連して、一以上のトレンチエッチングプロセスパラメータ９０中の問題を検出し、診断する、訓練されたニューラルネットワーク（ＴＮＮ）２００をさらに含む。ＴＮＮ２００は、光データが検出され、収集された時点で存在するパラメータ９０を評価することによって、一以上のトレンチエッチングプロセスパラメータ９０に対して与えられるべき必要な調整を判定することができる。ＴＮＮ２００の動作を図４に示す。
【００５９】
図４に示すように、ＴＮＮ２００はデュアルダマシン監視システム１５０から入力データ、例えばトレンチエッチングプロセスパラメータ９０および／または対応して生成されたサインなどを受信することができる。トレンチエッチングプロセスパラメータの例には、エッチ液組成の特性９１、絶縁材料の特性９２、エッチ液流量９３、温度９５、圧力９７およびエッチング速度９６が含まれる。ＴＮＮ２００は、パラメータおよび／またはサイン情報またはデータを処理し、一以上のトレンチエッチングプロセスパラメータ９０に対する一以上の調整値を含むリスト２０１を出力する。次に、リスト２０１は実行のために制御装置１６０に送信される。図２に示すように、制御装置１６０はこのリスト情報を情報命令に変換して、そして次にそれらの命令をトレンチエッチング駆動システム１７０に送信することができる。代替的には（または追加的には）、次に、このリスト２０１をオペレータによる評価を仰ぐために、出力／表示装置２０２に送ってもよい。
【００６０】
ＴＮＮ２００は、パラメータ調整実行エラー（図４には図示せず）を検出するようにも機能する。つまり、ＴＮＮ２００は一以上のトレンチエッチングプロセスパラメータ９０に対して行われた調整値の過去のリスト２０１を記憶しておくようにもプログラム可能である。従って、もしＴＮＮ２００が、過去に指示された調整を反映しない入力データ（例えば、トレンチエッチングプロセスパラメータ９０）を受信したときは、ＴＮＮ２００はその特定のパラメータに対応するエラー信号を出力する。例えば、時刻Ｔ５において、ＴＮＮ２００は生成されたサインＳ５および対応するプロセスパラメータ９１，９２，９３，９５および９７に関連する入力データを受信する。生成されたサインＳ５およびプロセスパラメータに従って、ＴＮＮ２００は、絶縁材料の特性およびエッチ液流量９３が、各パラメータに特定の、下方向への調整が必要であることを判定する。これらの調整値に関連する情報は制御装置１６０に送信され、次に効率的な実施のためにトレンチエッチング駆動システム１７０に送信される。しかしながら、時刻Ｔ６において、エッチ液流量９３に関する入力データが、過去の調整が適切に実施されていないことを示す（つまり、エッチ液流量９３が増加して、上方調整を示す）。
【００６１】
生成されたエラー信号は溶液の流量を示し、出力／表示装置２０２を介して、システム１０５および／またはオペレータにそのエラーおよびソース（例えば、エッチ液流量）を警告する。ＴＮＮ２００は、一以上のトレンチエッチングプロセスパラメータ９０が指示された調整値からどのぐらい離れているかの程度を示すようにプログラムすることもできる。例えば、時刻Ｔ６における溶液流量が、時刻Ｔ５における読みから１．５倍に増えている。従って、ＴＮＮ２００は、トレンチエッチングプロセスパラメータ調整値を規定し、さらに内部の調整実施エラーを検出することによって、トレンチエッチングプロセスの最適化を促進する能力を持つ。
【００６２】
デュアルダマシン監視および終点判定システム１００については、図５乃至８において以下で詳しく説明する。しかしながら、本発明は、システム１０５の採用可能性をも考慮していることを理解してもらいたい。
【００６３】
図５に、システム１００の使用態様を示す。図５は、トレンチエッチングの終点を判定するために、デュアルダマシンプロセスを監視するために採用されるシステム１００を示す。図示するように、ウェハ１００（最上部絶縁層１１５および基板１１３）はトレンチエッチングプロセスを受けている。しかしながら、システム１００はそのようなプロセスを受ける間近のいかなるウェハ構造をも対象とできることを理解してもらいたい。ウェハ１１０の表面にエッチ液が所望の用途に応じた方法および量与えられる。エッチング装置１７１の要素、例えばエッチ液供給装置１７３などはトレンチエッチングプロセスを開始するように配置される。トレンチエッチングプロセスの開始前および／またはその最中に、デュアルダマシン監視システム１５０が用いられる。目標光源１８５が一以上の光ビーム２０５を絶縁層１１５（ウェハ１１０の最上面）上に投射する。反射光２１０が一以上の光検出器１８７によって検出され、スキャトロメトリ技術に従って、デュアルダマシン監視システム１５０によって収集される。
【００６４】
デュアルダマシン監視システム１５０は収集した光および／または関連するデータを分析して、スキャトロメトリ技術を用いてサインを生成する。収集した光および／または関連データの分析は、層１１５の状態（光が投射され（２０５）、層１１５から反射（２１０）してきたときの）を判定するために収集した光データを記憶された光データと比較する処理を含む。層１１５の状態判定には、層１１５の全長にわたって、または層１１５の選択された一部についての、トレンチの深さ、トレンチの幅、ビアの深さ、および絶縁層１１５の輪郭（profile）などの層の寸法の判定が含まれる。生成されたサインおよび／または関連データは制御装置１６０に送信され、そこでトレンチエッチング駆動システム（図２）が使用可能な形態の情報および指示命令に処理される。制御装置１６０によって実行される処理には、現在のトレンチエッチングプロセスの適切な終点を決定するために、測定されたトレンチエッチングプロセスパラメータと既知のトレンチエッチングプロセスパラメータとの比較がさらに含まれる。
【００６５】
デュアルダマシン監視システム１５０は制御装置１６０に対して、トレンチエッチングプロセスの進行に従い、絶縁層１１５の現在の状態に関連する直接的な、リアルタイムの測定および観測を提供する。制御装置１６０およびトレンチエッチング駆動システム（図２）に対してリアルタイムの直接的な測定値を提供することによって、従来の終点検出システムおよび方法に比べて、より正確なトレンチエッチングプロセス終点判定を容易にする。
【００６６】
図６乃至８は、プロセスが開始される時刻（Ｔ０）からプロセスが終了する時刻（ＴＥ）までトレンチエッチングプロセスに用いられるトレンチエッチングプロセス監視システム１５０を示す。図６で、入射光２０５がウェハ１１０に導かれる（つまり、層１１５）。ウェハ１１０の全長にわたって、および／または選択された部分が、トレンチエッチングプロセスの進行およびトレンチエッチングプロセスの終点を判定するために監視され、測定される。これらの測定値を取得するために、固定角度の複数光ビーム２０５からなる入射光２０５が同時にウェハ１１０に投射される。次に、監視システム１５０はウェハ１１０（絶縁層１１５）から反射してきた光２１０を収集する。ここで、本発明を実施するために、一以上の入射光２０５のビームを用いることができ、反射光の一以上のビームを収集することができることを理解してもらいたい。
【００６７】
時刻Ｔ０で取得された測定値は、エッチング直前のウェハ１１０の初期状態（例えば、深さおよび輪郭）を確かめるために使用できる。ウェハ１１０の初期寸法に対応する測定値は、トレンチエッチングプロセスの間の後の時刻（Ｔｎ）で起こったエッチングの範囲および程度を判定するためにも使用できる。さらに、時刻Ｔ０およびＴ１における層の状態を比較することで、トレンチエッチングプロセスの終点判定を容易にする。
【００６８】
図７では、トレンチエッチングプロセス２１３の進行中に、トレンチエッチング監視システム１５０を用いてウェハ１１０、特に層１１５を監視する。エッチ液供給装置１７３および他のトレンチエッチングプロセス装置が絶縁層１１５を横断するように動いてエッチ液を供給する。トレンチエッチングプロセス装置が絶縁層１１５を横断するように動くにつれ、トレンチエッチング監視システム１５０は継続的に光２０５を投射し、反射光２１０を収集し、トレンチエッチングプロセス２１３の終点を判定するために収集された光りデータを分析する。特に、プロセス２１３が進むにつれ、トレンチエッチング監視システム１５０は研磨中の層に関連するリアルタイムの情報を収集することができ、制御装置１６０（図２）を介して、その情報をトレンチエッチング駆動システム（そして、トレンチエッチングプロセス要素）に制御可能にフィードバックできる。従って、トレンチエッチング監視システム１５０は、絶縁層１１５内のトレンチエッチング停止層を必要とせずに、トレンチエッチングプロセスの終点判定をより正確に、かつより制御し易くするように機能する。
【００６９】
図８は、トレンチエッチングプロセス２１３の完了後のウェハ１１０を示す。図からわかるように、ウェハ１１０の絶縁層２１５にはデュアルダマシン開口部が設けられている。トレンチエッチング監視システム１５０は、トレンチエッチングプロセス２１３の完了のときに上述したように動作を続け、システムが決定した終点の正確性を検証する。
【００７０】
図９において、例示としてのニューラルネットワーク２００は、トレンチエッチング監視システム１５０のセンサまたは検出装置（図示せず）から受信した、エッチ液組成の特性、絶縁材料の特性、エッチ液流量、圧力、温度、エッチング速度にそれぞれ対応するニューロン２２０、２２２，２２４，２２５および２２６を有する入力層２１８を含む。一以上の中間または隠し層２２８がネットワーク２００には設けられており、任意の数の隠し層ニューロン２３０が配置されうる。ニューラルネットワーク２００は、クラス２４１の既定のトレンチエッチング／プロセスパラメータ分類値に対応する複数の出力ニューロンを持つ出力層２４０をさらに含む。従って、例えば出力層２４０はクラス値０，１，２３，４にそれぞれ対応する出力ニューロン２４２，２４４，２４６，２４８および２５０を含み、それによってニューラルネットワーク２００は、一以上のトレンチエッチングプロセスパラメータ９０に対する必要な調整を表す調整リスト２０１と、それに関連する監視システム（例えば、システム１０５）における調整実行エラーの存在および程度とを出力することができる。
【００７１】
この点に関して、ニューラルネットワークを構成するための当該技術分野で知られている設計原理に従って、隠し層２２８内のニューロンの数、タイプおよび仕様を決定することができる。例えば、入力層２１８および出力層２４０のそれぞれのニューロンの数は、システム１０５に関連する属性の数（例えば、圧力、流量、エッチング速度など）およびパラメータクラス２４１の数に応じて選択可能である。さらに、層数、それらの要素ニューロンの数、異なる層についてのニューロン間の接続タイプ、ある層内のニューロン間の接続タイプ、ネットワーク２００内のニューロンが入力を受信し、出力を生成する方法、ニューロン間の接続の強度は、所与の用途（例えば、トレンチエッチング監視システム）に応じて、またはその他の設計上の考え方に応じて決定される。
【００７２】
従って、本発明は、図９に例示したネットワーク２００に関連して説明したもの、および図示されないその他のもの、例えば共振構造（resonance structure）を含む、多くの階層構造を持つニューラルネットワークを考慮している。さらに、ネットワーク２００の層間接続には、完全接続、部分接続、フィードフォワード、双方向、循環、オフセンター（off-center）またはオフサラウンド（off surround）相互接続を含む。さらに、一例としてのニューラルネットワーク２００を、バックプロパゲーション、教師なし学習（unsupervised learning）および強化学習（reinforcement learning）を含む（これらに限定されるものではない）様々な技術に従って訓練する（学習させる）ことができ、学習はオンラインおよび／またはオフラインで実行可能である。例えば、クラス間の遷移が連続的で、かつプロセスパラメータのクラス間の差がわずかであるとき、実行エラー検出の調整を行う目的（この場合には教師あり学習（supervised learning）が好ましい）に対して教師なし学習を使用するのは困難であり、バックプロパゲーションを優位に採用することができる。この点では、分級機（classifier）の訓練を、多くのトレンチエッチングプロセスパラメータデグリー（例えば、強度）および監視システムの動作条件をカバーする十分な量の訓練データで行うことができる。さらに、ネットワーク２００の訓練は、本発明に従い、ヘッブ則（Hebb’s Rule）、ホップフィールド則（Hopfield Law）、デルタ則（Delta Rule）、コーネン学習則（Kohonen’s Learning Law）および／または類似のものを含む（これらに限定されるものではない）、任意の適切な訓練法則または規則に従って実行可能である。
【００７３】
図１０は反射光を収集するスキャトロメトリシステム３００の一例を示す。レーザー３０５からの光を既知の適切な方法によってビーム３１０を形成するように焦点合わせする。ウェハ３１５などのサンプルがビーム３１０および任意の適切な構成の光検出器、つまり光電倍増管３２０の行路に配置される。散乱した電力を決定するためには異なった検出器技術を用いることができる。格子間隔（grating pitch）を得るために、光検出器つまり光電倍増管３２０を既知の適切な設計に基づいた回転ステージ３２５上に取り付けることができる。既知の任意の適切な設計によるマイクロコントローラ３３０を用いて、計算された回折格子のピッチに続く、異なる回折次数の角度位置を含む（これに限定されるものではない）検出器の読み出しを処理することができる。従って、サンプル３１５からの反射光を正確に測定することができる。
【００７４】
スキャトロメトリは、入射（１次）光が投射された表面に関する情報を取り出す技術である。スキャトロメトリは、サンプルの外形をその散乱効果に関連付ける計測学である。デュアルダマシン開口部／トレンチの深さ、幅、エロージョン、輪郭、厚みを含む（これらに限定されるものではない）特性および表面に存在する形状の限界寸法に関する情報を取り出すことができる。この情報は、表面に投射された光の位相および／または強度を、入射光が投射された表面で入射光が反射および／またはその表面で回折した結果生じる反射光および／または回折光の複合の位相および／または強度信号と比較することで取り出すことができる。反射光および／または回折光の強度および／または位相は、光が投射された表面の性質に基づいて変化する。そのような特性は表面のトレンチ、表面の平坦度、表面上の構造、表面のボイド、および表面の開口部の深さを含むが、これらに限定されるものではない。本発明では、反射光および／または回折光の強度および／または位相は、エッチングされているウェハ上の所望の限界寸法に関連するものとして審査する。
【００７５】
上述の特性の異なった組み合わせは、入射光の位相および／または強度に対して異なった効果を与え、それによって、反射および／または回折光の複合に実質的に特有の強度／位相サインを生じさせる。従って、強度／位相サインの信号ライブラリ（サインまたは記憶された値）を調査することで、表面の特性を判定できる。そのような実質的に特有の位相／強度サインは、少なくとも部分的には光が投射される表面の複素屈折率に起因して、異なった表面から反射した光および／または回折した光によって生み出される。複素屈折率（Ｎ）は、表面の屈折率（ｎ）および吸光計数（ｋ）を検討することによって計算できる。そのような複素屈折率の計算の一つは次の式で表される。
[数１]
Ｎ＝ｎ−ｊｋ  （ｊは虚数）
【００７６】
サインライブラリは、観察された強度／位相サイン、および／またはモデリングおよびシミュレーションによって生成されたサインから構成可能である。実例として、既知の強度、波長および位相を持つ第１入射光にさらされたとき、ウェハ上の第１形状は第１位相／強度サインを生成しうる。同様に、既知の強度、波長および位相を持つ第１入射光にさらされたとき、ウェハ上の第２形状は第２位相／強度サインを生成しうる。例えば、第１深さのトレンチは第１サインを生成し、一方で第２深さのトレンチは第２サインを生成する。観察されたサインは、サインライブラリを作成するために、シミュレーションされ、モデル化されたサインと組み合わせることができる。測定された位相／強度サインを照合させるためのサインを生成するために、シミュレーションおよびモデリングを用いることができる。本発明の例示的一態様においては、シミュレーション、モデリングおよび観察されたサインは３０万個以上の位相／強度サインを含むサインライブラリに記憶される。従って、位相／強度信号をスキャトロメトリ検出装置から受け取ったとき、位相／強度信号の例えば信号ライブラリに対するパターンマッチングを実行し、その信号が記憶されているサインに対応するかどうかを判定する。
【００７７】
以上、本発明を特定の好適な実施形態との関係において示し、説明してきたが、この明細書および添付の図面を読み、理解した当業者が、均等な代替物および修正を思いつくことは明白である。特に、上述の要素（アッセンブリ、デバイス、回路、その他）によって実行される様々な機能に関して、そのような要素を説明するのに用いられた用語（「手段」についてのすべての引用を含む）は、特にことわらない限り、本発明の典型的実施例としてここに示された機能を実現する開示された構造と構造的に均等でないとしても、説明された要素の特定された機能を実現するすべての要素に対応する（つまり、機能的に均等である）ことを意図している。さらに、本発明の特定の特徴については、いくつかの実施形態のうちの一つとの関係においてのみ開示されているかもしれないが、そのような特徴は、必要に応じて、所定のまたは特定の応用用途において有利になるように、他の実施形態における一以上の他の特徴と組み合わせることができる。
【産業上の利用性】
【００７８】
本発明は一般的に半導体のプロセス分野において有用であり、さらに詳細には、中央処理ユニット、不揮発性メモリおよびその他の様々な半導体装置の製造分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一態様に従ったシステムの高度概略図。
【図２】本発明の一態様に従ったシステムの概略ブロック図。
【図３】本発明の一態様に従った、ニューラルネットワークを含むシステムの概略ブロック図。
【図４】本発明の一態様に従った、図３のシステムに用いられるニューラルネットワークの高度概略図。
【図５】本発明の一態様に従った、デュアルダマシンプロセスに用いられるシステムの部分概略ブロック図。
【図６】本発明の一態様に従った、デュアルダマシンプロセス中のウェハの断面図。
【図７】本発明の一態様に従った、デュアルダマシンプロセス中のウェハの断面図。
【図８】本発明の一態様に従った、デュアルダマシンプロセス中のウェハの断面図。
【図９】本発明の一態様に従った、例示としてのニューラルネットワークの概略図。
【図１０】本発明の一態様に従った、例示としてのスキャトロメトリシステムの概略図。
【図１１】従来技術のデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１２】従来技術のデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１３】本発明の一態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１４】本発明の一態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１５】本発明の一態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１６】本発明の一態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１７】本発明の別の態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１８】本発明の別の態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図１９】本発明の別の態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【図２０】本発明の別の態様に従ったデュアルダマシンプロセスを示す図。
【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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【国際調査報告】
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