(57)【要約】  半導体基板処理チャンバで基板の現場データを取得するための方法及び装置が提供される。装置は、基板に関するデータを取得するための光学アセンブリと、光学アセンブリを基板に対して２次元で横方向に移動するため用いられるアクチュエータアセンブリを含む。
2007517408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板処理チャンバ内で基板の処理に関する現場データを取得するための装置であって、
処理チャンバ内に配置される基板に関する現場データを取得するための光学アセンブリと、
基板に対して２次元で光学アセンブリを横方向へ移動するために用いられるアクチュエータアセンブリとを含む装置。
【請求項２】
光学アセンブリに接続される光源を含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
光学アセンブリに接続される分光計を含む請求項１記載の装置。
【請求項４】
分光計に接続され、分光計からの出力を解析するために用いられるコンピュータを含む請求項３記載の装置。
【請求項５】
２次元での移動は、基板の少なくとも１つのダイを計測するのに十分に大きい移動の面を形成する請求項１記載の装置。
【請求項６】
移動の面は３３ｍｍ×３３ｍｍの正方形内にある請求項５記載の装置。
【請求項７】
アクチュエータアセンブリは、
光学アセンブリに接続されるＸＹステージアセンブリと、
第１軸に沿った運動を提供するため、ＸＹステージアセンブリに接続される第１モータと、
第１軸に実質的に直角の第２軸に沿った運動を提供するため、ＸＹステージアセンブリに接続される第２モータとを含む請求項１記載の装置。
【請求項８】
第１及び第２のモータはステッパモータである請求項７記載の装置。
【請求項９】
装置が処理チャンバの上方の運転位置に配置される場合に、アクチュエータアセンブリは所望の方向において移動面を配列するように用いられる請求項７記載の装置。
【請求項１０】
処理チャンバの天井の上方にＸＹステージアセンブリを保持するために用いられる複数のスプリングと、
天井の上面に形成される複数の配列ピンであって、ＸＹステージアセンブリに接触する際にＸＹステージアセンブリを天井に対して実質的に平行に離れて保持する配列ピンとを含む請求項９記載の装置。
【請求項１１】
運動アセンブリは、耐熱性でありＲＦ環境に対して実質的に不活性なプラスチックと、低透磁性であってＲＦ環境内で低渦電流損失を有する金属から形成されている請求項１記載の装置。
【請求項１２】
プラスチックはＰＥＥＫである請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
低透磁性の金属は、真鍮、ステンレス、アルミニウム及びＢｅ-Ｃｕの少なくとも１つである請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
光学アセンブリは、光学アセンブリを通過した光の投影ビームのサイズを調整するために用いられる請求項１記載の装置。
【請求項１５】
光学アセンブリは、少なくとも１つのファイバ光ケーブルと、レンズを含む請求項１記載の装置。
【請求項１６】
光学アセンブリを通って投影される光のビームのサイズは、光ファイバケーブルの端とレンズの間の距離を変動させることにより調節可能である請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
レンズのサイズの調節は手動である請求項１６の記載の装置。
【請求項１８】
レンズのサイズの調節は自動化されている請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
少なくとも１つの光ファイバケーブルは、光源に結合された光放射ファイバと測定デバイスに結合された光収集ファイバを備えたファイバ光ケーブルのアレイであり、光ファイバケーブルのアレイは束にされ、光収集ファイバは光放出ファイバからの光の反射ビームの少なくとも一部を、光学アセンブリを通過する光のビームの焦点をぼかすことにより、収集するために用いられる請求項１５記載の装置。
【請求項２０】
基板から反射される光のビームの少なくとも一部を測定デバイスに配向するためのビームスプリッタを含む請求項１５記載の装置。
【請求項２１】
半導体基板処理システム内で基板の現場データを取得するための装置であって、
光源と、
アナライザと、
光源とアナライザに結合され、基板上で光ビームの焦点を集め、光のビームの反射された一部をアナライザに配向するために用いられる光学アセンブリと、
基板に対して２次元で光学アセンブリを横方向に移動するためのアクチュエータアセンブリであって、光学アセンブリに結合されたＸＹステージアセンブリと、ＸＹステージアセンブリに結合され第１軸に沿って移動を提供する第１モータと、ＸＹステージアセンブリに結合され実質的に第１軸に直角の第２軸に沿って移動を提供する第２モータを含むアクチュエータアセンブリを含む装置。
【請求項２２】
アナライザは分光計を含む請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
アナライザに結合され、アナライザからの出力を解析するために用いられるコンピュータを含む請求項２１記載の装置。
【請求項２４】
計測ツールを使用して半導体基板処理チャンバ内で基板のモニタを行う方法であって、
計測ツールの移動の第１軸に沿った運動の境界の第１のセットを配置し、
計測ツールの移動の第２軸に沿った運動の境界の第２のセットを配置し、
運動の境界の第１及び第２のセット内で計測ツールの運動領域を規定し、
運動の境界の第１及び第２のセット内で計測ツールを使用して基板からデータを取得することを含む方法。
【請求項２５】
ターゲットに対して基板を走査し、
ターゲットの位置を記録することを含む請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
ターゲットはアライメント基板上の所望の位置に配置された高反射率スポットである請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
ターゲットは基板上に形成される目印である請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
データを取得することは、基板上にターゲットを配置し、基板をモニタすることを含む請求項２４記載の方法。
【請求項２９】
基板はターゲットの位置でモニタされる請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
基板はターゲットの位置から予め決められたオフセットでモニタされる請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
データを取得することは、基板上の第１場所でデータの取得を行うことと、
基板上の第２の場所に移動することと、
基板上の少なくとも第２の場所でデータを取得すること含む請求項２４記載の方法。
【請求項３２】
取得されたデータについて多変量解析を実施することを含む請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
モニタされる基板の欠陥を検出するため、モニタされた基板の多変量解析を既知の参照基板の蓄積されている多変量解析と比較を行うことを含む請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
データ取得することは、
基板上で第１の場所でデータを取得し、
基板上の少なくとも第２の場所に移動し、
基板上の第２の場所でデータを取得し、
基板上にターゲットを配置し、
基板をモニタすることを含む請求項２４記載の方法。
【請求項３５】
基板上で少なくとも第２の場所に移動することは、予め決められた走査アルゴリズムに沿って移動することを含む請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
基板上で少なくとも第２の場所に移動することは、ウエハ上の予め決められた経路に沿って移動することを含む請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
取得されたデータに対応して処理を制御することを含む請求項２４記載の方法。
【請求項３８】
半導体処理システム内で基板をエッチングするための装置であって、
エッチングリアクタと、
動的な現場計測ツールであって、リアクタ内に配置される基板に関する現場データを取得するための光学アセンブリと、基板に対して光学アセンブリを２次元で横方向に移動させるために用いられるアクチュエータアセンブリを含む装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体基板処理プロセスに関する。より特別には、本発明は半導体基板プロセスをモニタするために限定された領域のスペクトル解析を行うための方法及び装置に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
集積回路は、単一のチップ上に、多数のコンポーネント（例えば、トランジスター、コンデンサー、抵抗器等）を包含できる複合的なデバイスへと進化した。チップ設計の進化には、継続的に、より高速な回路構成と、より大きい回路密度を必要とする。より大きい回路密度のための要求は、集積回路のコンポーネントの寸法の削減を必要とする。そのようなデバイスの形態の最小寸法は、一般に、集積回路の技術では微小寸法と呼ばれている。その微小寸法は、線、円柱、開口部、線間のスペースのような形態の最小幅を含む。
【０００３】
これらの微小寸法が収縮すると、正確な測定とプロセス管理はより困難になる。例えば、集積回路の製造で使用される従来のプラズマエッチングプロセスに関連する１つの問題は、基板上の小さな構成の形成を正確にモニタする能力が欠如していることであり、それ故、エッチングプロセスに対して終点を正確にモニタして、予測する能力が欠如していることである。この欠陥は、そのようなデバイスの製造に関して、より低い収率と、より高価なコストをもたらす。
従って、本技術においては、集積回路の製造時での基板のモニタリングとプロセス制御のために、改良された方法及び装置の必要性がある。
【本発明の概要】
【０００４】
本発明は半導体基板の製造プロセスを制御するための方法及び装置であり、半導体基板の処理チャンバ内で基板の現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）データを得るための装置を含む。装置は、基板に関するデータを取得するための光学アセンブリと、基板に対して２次元的に光学アセンブリを横方向に移動するために用いられるアクチュエータアセンブリを含む。光学アセンブリの焦点能力は、その移動と共に、本発明を限定領域のスペクトル解析のために使用することを可能にしている。
【詳細な説明】
【０００５】
本発明は、半導体基板（例えば、シリコン基板、シリコンオンインシュレーター基板（ＳＯＩ）等）上で集積回路デバイスを製造するためのプロセスをモニタするため、限定領域のスペクトル解析を行うための方法及び装置である。この方法は、プロセス下で基板の小さな指定された領域で収集された反射率の信号から導かれる基板の状態情報を使用することにより、プロセス管理を提供することができる。この方法は、プロセスの処方を調整し、基板処理設備の運転上の状態を管理するために、基板上に形成される構造（即ち、基板状態の情報）のエッチング前、エッチング時、エッチング後の測定の結果を使用する。例えば、この方法は、エッチングプロセスの際に改良された終点決定を行うために使用することができる。測定は、基板上の種々の小さな指定された場所で計測を行うことができる動的な光学計測ツールを使用して現場で実行される。測定のために使用される製品ダイ上の特定の場所は、プロセスのステップ毎、基板毎、ロット毎、製品毎のように自動的に変更されることができる。その場所は、走査とモニタされる反射率信号のパターン認識の手段により見出される製品ダイ上の予めプログラムされた位置、又は予め決定された場所への測定デバイスの移動によりアクセスされる指定された測定サイトであってもよい。装置は、半導体基板上の製品ダイの全面積の僅かな小さい部分を占めるキャッシュ（又は、埋め込まれた）メモリアレイのような非常に小さな基板構造の反射率終点の条件を高い信頼性で検出するために用いられる。
【０００６】
図１は、本発明で好適に用いられる集積回路を製造するための半導体処理システム１００の一実施例の略図を示す。一般に、システム１００は、動的な現場の光学計測ツール１０３を有するエッチングリアクタモジュールのようなプラズマ処理チャンバを含む。本発明のステップを実行するために用いることができるエッチングリアクタモジュール１０１の一実施例は、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ディカップルド・プラズマ・ソース（ＤＰＳ）ＩＩエッチングリアクタである。一般に、ＤＰＳＩＩリアクタは、ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＡ（商標名）システム又はＣＥＮＴＵＲＡ（商標名）システムのようなより大きい処理プロセスシステムの処理モジュールとして使用され、これら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である。
【０００７】
一実施例では、リアクタモジュール１０１は、処理チャンバ１０２と、プラズマ電源１３０と、バイアス電源１２２と、コントローラ１３６を含む。処理チャンバ１０２は、導体材料で形成可能な本体（壁）１３４内部に基板支持台１１２を含む。処理チャンバ１０２には誘電性の天井１１０が設けられている。図示された実施例では、天井１１０は実質的にフラットである。チャンバ１０２の他の実施例では、他のタイプの天井、例えば、湾曲した又はドーム状の天井を有することもできる。蓋１５８は、リアクタ１０１の追加のコンポーネントを収容し、防護するため、更にはＲＦ放射線に対する遮蔽を形成するために、追加的に提供することが可能である。天井１１０の上部で蓋１５８
の内部には、少なくとも１つの誘導性のコイル要素を含むアンテナが配置されている（図１では、２つのコイル要素１３８が示されている）。誘導性コイル要素１３８は、第１マッチングネットワーク１３２を介してプラズマ電源１３０に連結される。プラズマ電源１３０は、通常、約５０ｋＨｚ−約１３.５６ｋＨｚの範囲で固定又は調整可能な周波数のパワー信号を形成することができる。
【０００８】
基板支持台（陰極）１１２は、第２マッチングネットワーク１２４を介してバイアス電源１２２に連結される。バイアス電源１２２は、通常、約５０ｋＨｚ−約１３.５６ＭＨｚの範囲で固定又は調整可能な周波数のパワー信号源であり、連続又はパルス出力を形成することができる。他の実施例において、電源１２２は直流又はパルス直流電源であってもよい。
【０００９】
コントローラ１３６は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１４０、メモリ１４２、ＣＰＵ１４０のための補助回路１４４を含み、ＤＰＳＩＩエッチング処理チャンバ１０２のコンポーネント及び以下で更に詳しく説明されるようなエッチング処理の制御を容易にする。コントローラ１３６は、各種のチャンバとサブプロセッサを制御するために産業仕様で使用可能な汎用のコンピュータプロセッサーの形態の１つでもよい。メモリ又はＣＰＵ１４０のコンピュータ可読の媒体１４２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（商標名）ディスク、ハードディスク又はデジタル記憶装置の他の形態、内蔵型であるか又は外付けであるかを問わず、容易に入手可能なメモリの１つ又はそれ以上であってもよい。補助回路１４４は、通常の方法でプロセッサーを補助するために、ＣＰＵ１４０に連結される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステムなどを含む。本発明の方法は、一般に、ソフトウエアルーチン（例えば、計測用ソフトウエア１４３）として、メモリ１４２に組み込まれている。また、ソフトウエアルーチンは、ＣＰＵ１４０により制御されるハードウエアの外部に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）に組み込まれ、及び／又は実行されることもできる。
【００１０】
基本的なエッチング運転では、基板１１４は支持台１１２の上に置かれ、プロセスガスがガスパネル１１８から１又はそれ以上の入り口ポート１１６を通して供給され、ガス混合物１４６を形成する。ガス混合物１４６は、それぞれ、プラズマ及びバイアス電源１３０、１２２から誘導コイル要素１３８と陰極１１２に電圧を供給することにより、チャンバ１０２内で点火され、プラズマ１４８になる。典型的には、チャンバの壁１３４は接地部１５２に接続されるか、又はその他の接地設備が形成される。チャンバ１０２内部での圧力は、スロットルバルブ１５０と真空ポンプ１２０を使用して制御される。壁１３４の温度は、壁１３４を貫く液体含有導管（図示せず）を使用して制御される。本技術分野の当業者は、本発明を実施するため、遠隔プラズマソースを有するチャンバ、マイクロウエーブプラズマチャンバ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマチャンバ、容量的に連結されたプラズマチャンバ等を含む他の形態のエッチングチャンバを使用可能であることを理解することができる。
【００１１】
正確なプロセス測定を得るため、計測ツール１０３は、上述したようにエッチング運転前、運転時、運転後にスペクトル解析を実施するように構成することができる。計測ツール１０３は、反射された光の広範なスペクトルを検出し、特に、干渉計や分光計などの各種の解析を使用して、反射信号の全て又は一部を解析することができる。一般に、計測ツール１０３は、アクチュエータアセンブリ１０５に連結される光学アセンブリ１０４と、ブロードバンド光源１５４と、分光計１５６と、コンピュータ１５２を含む。コンピュータ１６２とコントローラ１３６は１つで同一である場合もある。しかし、一実施例では、コントローラ１３６は計測ツール１０３を制御するために使用され、コンピュータ１６２はデータ収集と解析のために使用される。一般に、アクチュエータアセンブリ１０５は、光学アセンブリ１０４を所望の場所に移動させるために、コントローラ１３６からの命令に対応するＸＹステージアセンブリ１０６と１又はそれ以上のモータ１６０を含む。ＸＹステージアセンブリ１０６は複数の光学アセンブリ１０４を支持できると考えられる。一般に、光学アセンブリ１０４は、レンズ、鏡、ビームスプリッタなどの受動的なコンポーネントを含み、チャンバ１０２の天井１１０内に形成された窓１０８の上方に配置される。窓１０８は、ブロードバンドの光源１５４により作られる光に透明な水晶、サファイア、その他の材料から製造可能である。光学アセンブリ１０４は、窓の直下の台１１２に配置される基板１１４の特定の領域１６８を照射する光のスポットを形成するために、窓１０８を介してブロードバンド光源１５４により提供される光１６６を導き、焦点に集める。一般に、照射される領域１６８は十分な大きさの区域で、計測されるべき対象と製造誤差に対する許容量を加えてカバーしている。一般に、光のスポットは約０．１〜１０ｍｍ２の範囲である。
【００１２】
基板１１４の照射された領域１６８から反射される光は、光学アセンブリ１０４により部分的に収集され、分光計１５６に導かれる。分光計１５６は光の波長の広いスペクトルを検出し、強い反射率信号を有する波長を使用して又は複数の波長を使用して基板上の構成を観測可能にし、これによって計測ツール１０３の感度と精度を改善する。より一般的には、反射光を解析し、コンピュータ１６２へ出力を提供することができるアナライザが使用できると考えられる。また、計測ツール１０３の他の実施例では、分光計１５６は、加熱ランプ又は他の光源からのような光源１５４以外のソースから基板１１４で反射される光を検出できると考えられる。
【００１３】
一般に、ブロードバンドの光源１５４は、約２００〜８００ｎｍの範囲の波長スペクトルを有する光源である。そのようなブロードバンドの光源１５４は、例えば、水銀（Ｈｇ）、キセノン（Ｘｅ）、又はＨｇ-Ｘｅランプ、タングステン−ハロゲンランプ等を含むことができる。一実施例では、ブロードバンド光源１５４は、キセノンフラッシュランプである。
【００１４】
一実施例では、光学アセンブリ１０４とブロードバンド光源１５４と分光計１５６の間の光学インターフェースは、ファイバ光アレイ１６４を使用して提供されることができる。一般に、ファイバ光アレイ１６４は、いくつかのファイバ（光源ファイバ）がブロードバンド光源１５４に接続され、残りのファイバ（検出ファイバ）は分光計１５６に接続される光ファイバの束である。一実施例では、ファイバ光アレイ１６４は、約１ｍｍの合同直径を有する。ファイバ光アレイ１６４から放射する光の焦点は、反射光が、分光計１５６に接続される検知ファイバの全てに向けられるのを可能にするため、焦点を合わせられないことができる。図３を参照して以下で詳細に説明されるように、焦点は、ファイバ光アレイの端の位置を光学アセンブリ１０４により近く又はより遠方に変動させることにより調整されることができる。また、ファイバのサイズは反射された光の収集を補助するために変更が可能である。例えば、ブロードバンド光源１５４に接続される光源ファイバは約１００μｍの直径を有し、分光計１５６に接続される検出ファイバは約３００μｍの直径を有することができる。他の実施例では、ファイバ光アレイ１６４は、ブロードバンド光源１５４に接続され、反射光を分離された検出ファイバを用いることなく分光計１５６に向けるビームスプリッタを介して通過する単一の光ファイバ又は光源ファイバアレイを含むことができる。この実施例では、反射光を分光計１５６に向けるために検出ファイバを必要としないので、焦点をかなり鋭利にすることが可能である。
【００１５】
分光計１５６からの出力は、以下で説明されるように、解析のためにコンピュータ１６２に伝送される。コンピュータ１６２は汎用目的コンピュータ又は特定目的コンピュータであってもよく、一般に、上述のコントローラ１３６で使用されるのと同様のコンポーネントで構成される。コンピュータ１６２からの出力は、必要な場合、プロセスの調整が可能なように、コントローラ１３６に伝送される。他の実施例では、コンピュータ１６２とコントローラ１３６は、プロセスを制御し、スペクトル情報を解析するために必要なソフトウエアとハードウエアコンポーネントの全てを含む同一のデバイスであってもよい。
【００１６】
コントローラ１３６は、ＸＹステージアセンブリ１０６を動かすためモータに信号を送り、基板１１４の大きい領域にわたって測定を可能にするために光学アセンブリ１０４に信号を送る。この能力により、所望の構成が精度よく測定され、終点条件の正確な決定を混乱させるような複雑な構造を含まない基板上の位置で反射率（分光計の）終点条件の測定が可能になる。本発明のもう１つの長所は、ダイの１つの面で基板状態の情報を測定し、処理プロセス時に基板の状態情報又は分光計の終点決定のために別の測定サイトに移動することである。本発明の一実施例では、ＸＹステージアセンブリ１０６の全移動範囲は、少なくともダイの位置の全てが測定のために評価可能にするよう、処理される半導体基板の１つの全ダイの寸法を含む。１の特定の実施例では、ＸＹステージアセンブリ１０６は、約３３ｍｍ×約３３ｍｍの正方形領域で移動の範囲を提供する。
【００１７】
図２及び図３は、それぞれ、光学アセンブリ１０４と計測ツール１０３のＸＹステージアセンブリ１０６の一実施例の平面図と側面断面図を示す。この実施例では、光学アセンブリ１０４は、ＸＹステージアセンブリ１０６に連結されたハウジング２０２を含む。ハウジング２０２は、ＸＹステージアセンブリ１０６内でホール２０６を通して下方に延び、処理チャンバ１０２の天井内で窓１０８の上方にレンズ２０８を支持する筒状突起２０４を有する。ホール２０６は、上述した決められた移動領域で光学アセンブリの移動を可能にするのに十分大きい。ハウジング２０２は、ファイバ光アレイ１６４を収容し、防護する導管２１０に連結されている。アレイ１６４は、光学アセンブリ１０４をブロードバンド光源１５４と分光計１５６に結合する。ミラー２１１はハウジング２０２内に配置され、ハウジング２０２に入る光をファイバ光アレイ１６４の光源ファイバからレンズ２０８を介して下方へ反射し、逆に、レンズ２０８を介して上方に通過する光をチャンバ１０２からファイバ光アレイ１６４の検出ファイバへ反射する。
【００１８】
上述のように、光源１５４により提供される光の焦点スポットのサイズは、ファイバ光アレイ１６４の端の位置をレンズ２０８に対して調整することにより制御されることが可能である。これは、導管２１０の位置を調整することにより又は導管内でファイバ光アレイの位置を調整することにより行われる。光の焦点合せは手動又は自動で行うことができる。例えば、図２及び図３に示される実施例では、セットスクリュー２６５は、導管２１０内のファイバ光アレイ１６４の位置の正確な手動設定のために、導管２１０内に位置指示計２６７と共に配置される。代わりに、焦点のスポットサイズの制御は自動で行うことができる。これは、例えば、合致スレッド要素（示されていない）をファイバ光アレイ１６４の周りで導管内で用い、導管２１０内でファイバ光アレイ１６４の位置を調整するために、手動又は自動の信号に対応するＲＦアセンブリの外側でモータドライブ（示されていない）に連結することにより、達成可能である。
【００１９】
ＸＹステージアセンブリ１０６は、線形ベアリング２１６の第１のペアにより、可動的にＹステージに連結されるＸステージを含む。光学アセンブリ１０４のハウジング２０２は、線形ベアリング２１８の第２のペアにより、Ｙステージ２１４に可動的に連結される。線形ベアリング２１６、２１８の第１と第２のペアは、Ｘ及びＹステージ２１２、２１４による光学アセンブリ１０４の移動が実質的に直交的であるように、実質的に直角に方向付けられている。ＸＹステージアセンブリ１０６の移動のＸＹ座標系の主軸は、ノッチ又は平坦部のような基板１１４の配列構造によって配列されることができ、これによって、ＸＹステージアセンブリから測定される基板の状態の情報のＸＹ座標は、基盤１４上の測定の物理的位置に関係づけられる。ＸＹステージアセンブリ１０６が基板の配列構造によって配列されない場合、ＸＹステージアセンブリ１０６からのＸＹ座標は、基板の配列構造に対する基板１１４上の測定の物理的位置の対応するＸＹ座標を得るために、数学的に変換され又は回転されることができる。
【００２０】
ＸＹステージアセンブリ１０６は、基板１１４に対する光学のミスアライメントを防止するために、測定される基板１１４に実質的に平行な平面で光学アセンブリの移動を容易にする。これを達成するため、ＸＹステージアセンブリ１０６は基板支持台１１２に実質的に平行に配置され、又は装着されなければならない。一般に、これはＸＹステージアセンブリ１０６をチャンバ１０２の天井１１０に実質的に平行に装着することにより達成が可能であり、これは典型的には実質的に基板支持台１１２に平行である。一実施例では、ＸＹステージアセンブリ１０６は、運転位置の場合、所望の方向に調整される。この実施例では、ＸＹステージアセンブリ１０６はスプリング２４８によりエッチングリアクタ１０１の蓋１５８に取り付けられ、天井１１０の上部表面に形成された又は取り付けられた複数の突起２５０（例えば、配列ピン）上に配置することにより適切に配列される。スプリング２４８は、運転時に光学アセンブリの近くのＲＦ出力による加熱を防止するために、銅などの低透磁性の金属で形成される。
【００２１】
一実施例では、ラックギア２２０は、Ｘ及びＹステージ２１２、２１４を連結する一組の線形ベアリング２１６で実質的に平行にＹステージ２１４上に配置される。シャフト２２４の端上のピニオンギア２２２はラックギア２２０と整合し、Ｘステージ２１２上に取り付けられたベアリング２２６により適所に固定される。スプラインベアリング回転シャフト２２８はシャフト２２４と噛合し、ステッパモータ２３０に結合される。モータが回転すると、ラックとピニオンギア２２０、２２２は、ＹステージをＸ軸２６０に沿って移動させるために、回転運動を線形運動に変換する。同様に、ラックギア２３２は、Ｙステージ２１４とハウジング２０２を結合する一組の線形ベアリングと実質的に平行にハウジング２０２上に配置される。シャフト２３６の端上のピニオンギア２３４はラックギア２３２と噛合し、Ｙステージ２１４上に取り付けられたベアリング２３８により適所に固定される。スプラインベアリング回転シャフト２４０はシャフト２３６と噛合し、ステッパモータに結合される。モータ２４２が回転すると、ラックとピニオンギア２３２、２３４は、ハウジング２０２をＹ軸に沿って移動させるために、回転運動を線形運動に変換する。スプラインベアリング回転シャフト２２８、２４０は、ＸＹステージアセンブリ１０６の運動の領域を通して、一定の接触を提供し、シャフト２２４、２３６を支持する。更に、４Ｘフレックスカップリング（図示せず）のようなフレキシブルカップリングを使用することができ、これによって、シャフト２２４、２３６、シャフト２２８、２４０に対するＸＹステージアセンブリ１０６の非軸方向の動きが可能になる。
【００２２】
ステッパモータ２３０、２４２は、それぞれ、コントローラ１３６によりドライブ２４４、２４６を介して制御される。一実施例では、ステッパモータ２３０、２４２は、内部の回転エンコーダーとステップ毎に０.３６度の回転移動を有する。ラック及びピニオンギア２２０、２２２、２３２、２３４は、０.００１インチの線形位置精度を有し、ステップ毎に、ステッパモータの回転運動を０.１ｍｍの線形運動に変換する。更に、４Ｘフレックスカップリングは、ＸＹステージアセンブリ１０６に対するシャフト２２４、２３６及びスプラインベアリング回転シャフト２２８、２４０のそれぞれのミスアライメントを可能にしている。この配列により、光学アセンブリ、即ち、基板１１４から得られる測定の正確な制御が可能になる。
【００２３】
一実施例では、ＸＹステージアセンブリ１０６と光学アセンブリ１０４は、蓋１５８の内側でエッチングリアクタ１０１のＲＦコイル１３８の間に適合するよう設計されている。ステッパモータ２３０、２４２及びドライブ２４４、２４６は、ＲＦ環境からの干渉と損傷を避けるために、ＲＦコイル１３８の外側（例えば、蓋１５８の外側）に保持される。そのコンポーネントは、熱とＲＦ周波数に耐え、典型的にはチャンバ内で形成される電磁場に非均一性を与えないＰＥＥＫのような高機能プラスチックと、真鍮、ステンレス、アルミニウム、Ｂｅ−Ｃｕのような特定のＲＦ環境内で低透磁性で低渦電流損失を有する金属で形成され、これによって熱発生と電磁場の動揺を低減することができる。更に、ベアリングアセンブリ２２６、２３８は、デラウエア州ウイルミントンのデュポン社から入手可能な、ＫＲＹＴＯＸ（商標名）のようなオゾン攻撃に耐性を有する高性能グリースで潤滑される。
【００２４】
図１〜３を参照して上述される装置は、デービス（Ｄａｖｉｓ）らにより２００３年７月２５日に出願された米国特許出願第１０/６２８，００１号、及びデービス（Ｄａｖｉｓ）らにより２００３年９月２９日に出願された米国特許出願第１０/６７４，５６８号に記載されているように、基板の状態情報をモニタして、計測するために使用されることが可能である。プラズマ放出スペクトルデータを収集する方法及び主要なコンポーネントを同定するための主要なコンポーネントの使用方法についての更なる詳細は、共通して譲渡される、２００２年４月９日に発行された米国特許第６，３６８，９７５号、名称「主要コンポーネント分析を用いた処理のモニタを行うための方法及び装置」、２００３年１月１４日に出願され、２００２年９月２４日に発行された上記の分割出願である米国特許出願第１０/３４１，６９６号、２００２年９月２４日に発行された米国特許第６，４５５，４３７号、名称「半導体デバイス製造プロセスのプロセス状態のモニタを行うための方法及び装置」、２００２年７月２日に発行された米国特許第６，４１３，６６７、名称「スペクトル分光計を使用する薄膜厚さ制御」で開示されている。ここで、上記特許及び特許出願は引用により全体として本明細書に一体化される。本発明の他の及び更なる利点は以下でより詳細に説明される。
【００２５】
図４は、半導体基板製造プロセスをモニタするための本発明の方法の一実施例のフローチャートを示す。方法４００は図１を参照して説明される。方法４００はステップ４０１で開始し、計測ツール１０３の運動ハードウエアとソフトウエアが較正されるステップ４０２に進む。方法４００は、基板１１４のモニタを行うために所望の参照ポイントが配置されるステップ４０３に続く。このステップを実行するための方法の例は図６を参照して以下に説明される。方法４００はステップ４０４に続き、ここで光学アセンブリ１５４と分光計１５６を使用してデータが基板１１４から得られる。データはコンピュータ１６２に処理のために伝送される。光学的に、そのプロセスはステップ４０５で制御される。このステップでは、コントローラ１３６はコンピュータから解析されたデータを受け取り、そのデータに対応してプロセスを制御する。データの取得ステップは、決定ステップ４０６で示されるように、製造の操業を通して繰り返されることができる。方法４００は、ステップ４０７で終了する。
【００２６】
図５は方法４００の較正ステップ４０２の一実施例のフローチャートを示す。この実施例は図１〜図３を参照して説明される。この実施例では、較正ステップ４０２はステップ５０２で開始し、Ｘ軸２６０に沿って運動の境界が決定される。このステップでは、コントローラ１３６とドライブ２４４は、モータ２３０に光学アセンブリ１０４をＸ軸２６０に沿って動かよう指令をする。コントローラ１３６は、光学アセンブリの付加部分２０４がＸＹステージアセンブリ１０６内のホール２０６の端といつ接触するかを決定するために、シャフト２３６の位置、モータ２３０上の負荷、及び／又はその他の負荷の印をモニタする（例えば、その方法は、モータの電流、トルク、シャフト位置及び／又はその他の負荷の印をモニタする）。その後、コントローラ１３６とドライブ２４４は、上述のように、延長部２０４がホール２０６の反対側に接触することをコントローラが検知するまで、Ｘ軸２６０に沿って光学アセンブリを反対方向に動かすように指令する。
【００２７】
次に、ステップ５０４で、Ｙ軸２６２に沿う運動境界は同様の方法で決定される。このステップでは、コントローラ１３６とドライブ２４６は、光学アセンブリ１０４をＹ軸２６２に沿って動かすようにモータ２４２を指令する。コントローラ１３６は、光学アセンブリ１０４の付加部分２０４がＸＹステージアセンブリ１０６内のホール２０６の端といつ接触するかを決定するために、シャフト２２４、モータ２４２上の負荷、及び／又はその他の負荷の兆候をモニタする。その後、コントローラ１３６とドライブ２４６は、上述のように、延長部２０４がホール２０６の反対側に接触することをコントローラが検知するまで、Ｙ軸２６２に沿って光学アセンブリを反対方向に向けるようモータ２４２を指令する。
【００２８】
ＸＹステージアセンブリ１０６のＸ及びＹ軸２６０、２６２に沿う運動の境界を決定した後、コントローラは、ステップ５０６でＸＹステージアセンブリ１０６の運動の制約された領域を定義する。一実施例では、コントローラ１３６は、ＸＹステージアセンブリ１０６内でホール２０６の端から内側へ０.５ｍｍである運動の領域を定義する（即ち、バッファ領域が規定される）。この較正方法４０２の実施例は、モニタ時に光学アセンブリ１０４の偶然の振動を防止し、装置が最初に始動した後、運転の間、ロットの間、又はＸＹステージアセンブリ１０６の較正が望まれる場合はいつでも、実施が可能である。ステップ５０８で、方法４００はメモリにバッファ領域のパラメータを蓄える。
【００２９】
図６は、方法４００の光学位置決めステップ４０３の一実施例のフローチャートを示す。この実施例は図１〜図３を参照して説明される。この実施例では、光学の位置決めステップ４０３はステップ６０２で開始し、コントローラ１３６は、所望のターゲットに対して基板１１４を走査するよう計測ツール１０３に指令する。一実施例では、ターゲットは、計測ツール１０３の光学を較正するために設計された基板上に配置される高反射率のスポットであってもよい。高反射率スポットは、基板１１４の中心か、代わりに、所望の構成が処理プロセス時にモニタされるべき対応場所のような基板上の所望の場所であってもよい。他の実施例では、ターゲットは、反射光の既知の「サイン」有する基板１１４上に形成された構成を含むことができ、これによって、処理プロセス時にモニタされることが望まれる構成が、処理時にモニタされる反射光のパターンの較正のサインに対する比較により配置されることができる。観測可能なパターンは、計測ツール１０３の位置決め及び／又は基板１１４のモニタのためのターゲットとして利用されることができると考えられる。例えば、高反射率スポットに加えて、そのターゲットは、低反射率スポット、別々の測定で認識可能な基板の特定のパターン又は「サイン」、複数の別々の場所、又は基板１１４の連続走査上であってもよい。
【００３０】
計測ツール１０３は既知の走査アルゴリズムを使用してターゲットに対して走査できる。一実施例では、走査のパターンはスパイラルパターンであり、これは計測ツール１０３が分光計１５６により得られる反射光を解析し、それを予めプログラムされたパターン又は信号と比較して、観測されたパターンが所望のターゲットの予めプログラムされたサインに適合すれば停止するか、又は光学アセンブリ１０４を新たな観測と比較のために新しい場所に移動する。計測ツール１０３は、外向きのスパイラルパターンにおいて出発点から所望のターゲットが発見されるまで移動する。走査は計測ツールが現在どこに位置しても開始できる。代わりに、計測ツールは運動の領域の近似的な中心点又は所望のターゲットの位置の予めプログラムされた位置の推定点のような異なる出発点に最初に移動することができる。その他の探索アルゴリズムが基板１１４上のターゲットに効率的に位置決めするために使用できると考えられる。
【００３１】
次に、ステップ６０４で、ターゲットの位置が記録される。このステップでは、ターゲットの位置は計測ツール１０３により記録され、これによって計測ツールが処理される追加の基板の所望の構成をモニタするための出発点としてその場所を使用することが可能になる。ステップ６０２、６０４は、複数のターゲットを発見するために、単一又は複数の基板上で繰り返しが可能である。
【００３２】
図７は方法４００のデータ取得ステップ４０４の一実施例のフローチャートを示す。この実施例は図１〜３を参照して説明される。データ取得ステップ４０４はステップ７０２で開始し、計測ツール１０３は所望のターゲットに位置する。このステップは、図６を参照して上述されたような従前の較正ステップ、又は以前の運転又はロットなどの以前のデータ取得ステップから得られる既知の場所へ移動することを含むことができる。代わりに、ステップ７０２は、コンピュータ１６２に保存されている既知の反射率サインに対して、モニタされる基板１１４から得られた反射率信号を比較することにより、所望の位置を発見するために、基板１１４を走査することを含むことができる。所望の場所に対する走査により、計測ツールが所望の構成を正確に測定することが可能になる。例えば、基板１１４のミスアライメント又は基板間の変動は、所望の構成がモニタされるように基板１１４を走査する計測ツール１０３の能力により補償が可能である。
【００３３】
次に、ステップ７０４で、基板１１４の処理プロセスが開始する。その処理プロセスは図１を参照して上述されたようなエッチングプロセスであってもよい。その他の応用例には、走査及び計測方法を含む現場で特徴のあるフェイスシフト深さを決定するためのフォトマスクエッチング、充填操作を介したＰＥＣＶＤの現場評価、ステップカバレッジのＭＯＣＶＤ現場評価、又は金属又はＣｕシード層の粒度／反射率の決定を含むが、これらに限定されない。
【００３４】
ステップ７０６では、基板１１４は計測ツール１０３によりモニタされる。このステップは、エッチングプロセスの最終点を決定するために、所望の場所のモニタを行うことを含むことができる。例えば、所望の場所は、計測ツール１０３によりモニタされる反射率のパターンが既知のパターンに適合するまで、計測ツール１０３によりモニタされることができ、この時点でコントローラ１３６がエッチングプロセスを終了する。代わりに、観測される構成が複雑であるか又は弱い反射率信号を出す場合、ターゲットの場所に関連し、より容易に観測できる強い反射率信号を有する代わりの場所が観測可能である。
【００３５】
図８は方法４００のデータ取得ステップ４０４の他の実施例のフローチャートを示す。この実施例は図１〜３を参照して説明される。ステップ４０４はステップ８０２で開始し、計測ツール１０３は基板１１４から所与の位置でデータを取得する。次に、ステップ８０４では、基板１１４の新しい場所から更に多数のデータを取得するか、又は既に取得されたデータを解析するかの決定がなされる。より多くのデータが希望される場合、方法４０４はステップ８０６で継続し、ここで計測ツール１０３は基板１１４上の新しい場所に移動される。その後、ステップ８０２はデータが基板１１４上の新しい場所から取得されるように繰返される。また、ステップ８０４も繰り返され、基板１１４上の別の場所でデータが取得されるのを可能にする。このサイクルは、ステップ８０８で取得されたデータを解析することが希望されるまでは、必要に応じて繰り返しが可能である。計測ツール１０３が基板１１４に対して移動される経路は、既知の走査アルゴリズムを含むことができる。代わりに、計測ツール１０３は、計測が希望される基板１１４上のいくつかの構成に対応する予め決められた経路、例えば、基板１１４内で形成されたトレンチに沿って、移動されることが可能である。一般に、これらのステップは、基板１１４の全体の質を決定するために、基板１１４の走査を行い、場所の範囲にわたって反射率測定の取得を行い、既知のパターン又はサインとこれらの測定の比較を行うことを提供する。例えば、欠陥、誤処理、形状の変動、均一性などを検出するために、例えば、データに関して、多変量解析が実施可能で、その結果は、既知の良好な質の基板のそれと比較される。図７及び図８に記述されたデータ取得ステップ４０４は同時に実施可能であると考えられる。例えば、エッチング深さのモニタのためのターゲット場所を発見するために基板１１４を走査する一方で、取得されたデータはモニタされる基板の各種の部分で反射率測定のデータベースを得るために解析されることができる。更に、基板１１４のモニタ及び計測ツールによるそれからのデータ取得は本明細書で詳細に説明される実施例に限定されず、更に、基板１１４上のターゲット場所を探索の前、探索時、探索後に、及び／又は、基板１１４の処理後にデータを取得することを含むことができると考えられる。
【００３６】
処理プロセスの制御と基板状態の決定のための方法及び装置はこのように提供される。本発明は、非常に低い活性のエッチング領域区画を有する応用例で深くまでエッチングの正確な制御を可能にしている。また、本発明は、ダイの１つの面上で基板状態を測定し、光学を処理プロセス時に１つの場所から別の場所に移動することにより、基板の他の面上で終点をモニタし又は制御することを可能にしている。また、本発明は表面の大部分が反射された光学信号で複雑となる構造を含む状況で、より正確にエッチングの終点を制御するために、ダイ上に最適な場所で基板の反射率を決定する能力を提供する。更に、本発明の使用により現場データが処理されるすべてのウエハに対して得ることができるので、計測学／ウエハ状態情報は、現在の技術状態で通常使用される前もって送られる又は製造モニタウエハでなく、各ウエハに対して利用可能である。本明細書で開示される測定／計測方法及び装置を現場で行うことにより、製造の広いプロセスのモニタ、即ち、先進的プロセス管理（ＡＰＣ）が可能になる。ここで提供された実施例はエッチングプロセスとの関係で説明されているが、その他の半導体の製造プロセスも本明細書で開示されている教示によりモニタされ、制御されることが可能である。
【００３７】
上述は本発明の例示的実施例を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施例は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出することができ、その範囲は特許請求の範囲に基づいて決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の説明は、添付図面とともに詳細な説明を考慮することにより、容易に理解可能である。
【図１】本発明の一実施例を有する処理プロセスシステムの例示的な略図を示す。
【図２】本発明の動的な現場計測ツールの一実施例を示す。
【図３】図２の動的な現場の計測ツールの部分的な断面の側面図を示す。
【図４】半導体の処理プロセスのモニタを行う方法のフローチャートを示す。
【図５】動的な現場計測ツールの較正方法の一実施例のフローチャートを示す。
【図６】動的な現場計測ツールの位置決め方法の一実施例のフローチャートを示す。
【図７】動的な現場計測ツールを使用して、データを取得する方法の一実施例のフローチャートを示す。
【図８】動的な現場計測ツールを使用して、データを取得する方法の他の実施例のフローチャートを示す。
【００３９】
理解を助けるために、可能なところでは、同一の参照数字が図に共通の同一要素を示すために使用された。しかし、添付図面は本発明の例示的実施例を示すのみであり、従って、その範囲を限定すると考えられるべきでなく、本発明に対しては、他の同様に有効な実施例を可能にする可能性があることが留意されるべきである。
【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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【国際調査報告】
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