(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチングプロセスにおいて終点を確立する方法であって：
基板を真空チャンバ中に置く工程と；
プラズマによって前記基板から材料をエッチングする工程と；
プラズマによって前記基板表面にパッシベーション層を堆積する工程と；
エッチング工程及び堆積工程を反復するプロセスループを一定の反復速度で実行する工程と；
エッチング工程及び堆積工程の両方の過程において、少なくとも一つの予め定められた波長領域でプラズマ発光強度をサンプリングして発光信号を提供する工程と；
発光信号を周波数成分に分解し、プラズマ発光強度の変動を、プロセスループ工程におけるエッチング工程及び堆積工程の持続時間の和に対応する特性周波数で監視する工程と；
監視工程に基づいてプロセスループ工程を停止させる工程と；
前記真空チャンバから前記基板を取り出す工程と；
を含む方法。
【請求項２】
前記プロセスによって課される周波数は、約５Hz未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスループは、プロセスループ当り多数のエッチ工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プロセスループは、プロセスループ当り多数の堆積工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
監視する工程は、プラズマ発光強度を複数の波長領域で監視することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の波長領域を監視する工程は、数学的操作を実行して、複数の周波数成分を抽出して、少なくとも１つの特性周波数を収集することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記数学的操作は高速フーリエ変換である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の波長領域を監視する工程は、数学的操作を実行して、バックグラウンドプラズマ発光を補正することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記波長領域は、プラズマ発光スペクトルの数学的解析によって選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記数学的解析は主成分分析である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対するクロスリファレンス
本出願は、２００３年２月１４日に出願され共通に所有されるEnd Point Detection in Time Division Multiplexed Etch Processesと称する米国仮特許出願第60/447,594号の優先権を請求し、またこれに関する。この仮特許出願を本明細書において参考のために引用する。
【０００２】
本発明は一般に、半導体製造の分野に関する。より詳細には、本発明は、時分割多重化エッチング及び堆積プロセスの終点を検出する改良された方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くのＭＥＭ装置の製造の最中には、材料の層を完了までエッチングして下の層表面で止めることが必要である（例えば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）−シリコン（Ｓｉ）層を除去し、下にある二酸化ケイ素層表面で止める）。エッチプロセスが第１の層が除去された時点を越えて進行することを許すと、下にあるストップ層の低減された厚さまたは形状特徴プロフィルの劣化（ＳＯＩ用途の場合“ノッチング”として従来技術において周知である）を生じ得る。
【０００４】
プラズマプロセスの終了時間を検出するために一般に使用される１方法は、発光分析（ＯＥＳ）である。ＯＥＳは、プラズマ源から放出される光を分析して、プラズマプロセスの化学的及び物理的状態に関する推論を導き出す。半導体処理においては、この技術を一般に使用して、プラズマエッチプロセスの最中に材料界面を検出する。SelwynのモノグラフであるOptical Diagnostic Techniques for Plasma Processingは、プラズマ発光分析の原理及び応用に関する優れた概説を提供する。
【０００５】
ＯＥＳ技術は、プラズマによって放出された放射線（通常スペクトルのＵＶ／ＶＩＳ部分（２００nm〜１１００nm）である）を監視することを含む。図１は、典型的なＯＥＳ構成の概略を示す。プラズマの組成及び特に反応性エッチ種またはエッチ副産物の存在は、放出された放射線のスペクトル（すなわち、強度対波長）によって決定される。エッチプロセス及び特に材料遷移の間に、プラズマの組成は変化し、発光スペクトルの変化を生じる。プラズマ発光を連続的に監視することによって、ＯＥＳ終点システムが発光スペクトルの変化を検出し、これを使用していつ膜が完全に除去されたかを決定することが可能である。実際に、終点に関する情報の大部分は通常、消費された反応物またはエッチの最中に発生するエッチ副産物に対応する幾つかの波長内部に含まれている。
【０００６】
ＯＥＳ終点方法を開発するための一般的な方法は、終点前及び終点後の状態の両方の最中に、プラズマ発光（発光強度対波長）の多数のスペクトルを集めることである。こうしたスペクトルを使用して、プロセスのための候補波長領域を特定できる。候補領域は、考察の対象となっている２つの材料の間の遷移にプロセスが達した時の有意な強度変化を示す波長を含む。終点波長候補領域は、多数の方法を使用して決定できる。終点検出のためのスペクトル領域を、統計学的方法の例えば因子分析または主成分分析によって選択できる（Angell et alの米国特許第5,658,423号を参照されたい）。終点候補を決定するための別の方法は、終点前（メインエッチ）と終点後（オーバーエッチ）のスペクトルの差のプロットの構成による。一旦候補領域を選択したら、候補領域のために有望な化学種の当てはめを行うことができる（すなわち、解離されたガス前駆体またはエッチ生成物から生じた反応物種）。プロセスの化学に関する知識と共にTables of Spectral Lines by Zaidel et al. and The Identification of Molecular Spectra by Pearse et al.を含む多数の参考文献を使用して、候補系統のために有望な種の素性を当てはめることができる。六フッ化硫黄（ＳＦ６）プラズマ中のシリコン（Ｓｉ）エッチプロセスのための有望な終点候補の例は、６８７nm及び７０３nmでのフッ素系列（Ｆ）並びに４４０nmでのフッ化ケイ素（ＳｉＦ）発光帯域であると思われる。一旦こうした領域が決定されたら、後続の部分を同じＯＥＳ方法を使用して処理することができる。
【０００７】
こうしたＯＥＳアプローチは、単一工程のプロセスまたは限定された数の別個のエッチ工程を有するプロセス（例えばエッチ開始、続いてメインエッチ）の場合には申し分なく機能するが、迅速かつ周期的なプラズマ変動を有するプラズマプロセスにＯＥＳを適用することは困難である。このようなプロセスの例は、Okudaira et al.によって米国特許第4,985,114号において及びLaermer et al.によって米国特許第5,501,893号において開示されている時分割多重化プロセスである。この著者らは、交互に起きる一連のエッチ及び堆積工程を使用して、高アスペクト比形状特徴をＳｉ中にエッチングするためのＴＤＭプロセスを開示している。
【０００８】
図２（ａ〜ｅ）は、ＴＤＭエッチプロセスの略図を示す。ＴＤＭエッチプロセスは典型的に、高周波（ＲＦ）バイアス型基板電極と共に高密度プラズマ源、典型的に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いて構成される反応器中で実行される。ＳｉのためのＴＤＭエッチプロセスにおいて使用される最も一般的なプロセスガスは、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は典型的にエッチガスとして使用され、Ｃ４Ｆ８は堆積ガスとして使用される。エッチ工程の最中、ＳＦ６は、シリコンの自発的な等方性エッチングを促進し（図２（ｂ））；堆積工程においては、Ｃ４Ｆ８は、エッチされた構造のサイドウォール並びに底部の上の保護ポリマー堆積を促進する（図２（ｃ））。ＴＤＭプロセスは、エッチ工程と堆積プロセス工程との間で周期的に交互に起き、高アスペクト比構造がマスクされたシリコン基板中に規定されることを可能にする。エッチ工程中に存在するエネルギーをもった方向性のイオン衝撃によって、先の堆積工程から得られたエッチされた構造の底部中にコーティングされたポリマーフィルムを除去して、さらなるエッチングのためにシリコンの表面を露出しよう（図２（ｄ））。直接イオン衝撃を受けないので、サイドウォール表面にポリマーフィルムが残り、横方向エッチングを妨げよう。ＴＤＭアプローチを使用して、高アスペクト比形状特徴が高いＳｉエッチレートでシリコン基板中に規定されることを可能にする。図２（ｅ）は、ＴＤＭプロセスを使用してエッチしたシリコン構造の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【０００９】
エッチ及び堆積工程のプラズマ発光スペクトルは、堆積及びエッチ工程において存在する様々なプラズマ条件（プロセスガスタイプ、圧力、ＲＦ出力等−図３を参照されたい）が理由となって劇的に異なる。従来のＯＥＳ方法をＴＤＭシリコンエッチプロセスに適用することは、周期的な終点トレースを生じる（図４）。エッチ終点情報の大部分は、プロセスのエッチ部分内部に含まれることが予想される。
【００１０】
Becker et al.（米国特許第6,200,822号）は、終点情報をＴＤＭプロセスのプラズマ発光から抽出する方法を示している。Beckerは、外部供給トリガーの使用によってエッチ工程の最中プラズマのみの中の少なくとも１つの種（Ｓｉエッチの場合、典型的にフッ素またはＳｉＦ）の発光強度を調べている（典型的に１つのプロセス工程から次のプロセス工程への遷移）。サンプルアンドホールド回路と共にトリガーを使用することによって、後続のエッチ工程において観察される発光強度を合わせて、性質が周期的ではない発光信号を得ることができる。エッチ工程における種の場合の発光強度の値は、その後の堆積工程の間中、最後の既知の値で保持される。このようにして、周期的な発光信号は、プロセス終点決定のために使用できる階段関数と同様の曲線へと転換される。このアプローチの制限は、トリガーとエッチ工程の最中の発光データの収集との間に使用者入力遅延が必要であることに加えて、外部供給トリガーが必要であることである。
【００１１】
ＯＥＳ方法の感度を増大させる努力において、Jerde et al.（米国特許第4,491,499号）は、発光スペクトルの狭い帯域を測定し、一方、ほぼ狭い帯域に中心があるより広いバックグラウンド帯域の強度を同時に測定することを開示している。このようにして、バックグラウンド信号を終点信号から差し引き、狭い帯域の信号のより正確な値を得ることができる。
【００１２】
多くのグループが、プラズマ発光スペクトルの周波数成分を調べた。Buck et al.（米国特許第6,104,487号）は、デジタル信号処理技術の例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、周波数成分をプラズマ発光スペクトルから抽出することを説明している。Buckは、こうした成分は、プラズマ状態の変化に関する情報を与え、基板材料における遷移を検出するために使用することができ、エッチ終点検出を可能にすることを教示している。Buckは、最低１０Hzまでの超低周波数を監視することを教示している。Buckは、監視される周波数は、プロセスが異なれば変化するだろうと考察している；しかしながら、彼は、定常状態（単一工程）プロセスのみを検討しており、周期的かつ反復する時分割多重化（ＴＤＭ）プロセスと共にＦＦＴ発光を使用することは教示していない。
【００１３】
Kornblit et al.（米国特許第6,021,215号）も、発光分光法と共にフーリエ変換を使用することを説明している。Kornblitは、全ての周波数成分を同時に監視することを教示しているが、ＴＤＭプロセスのための発光ＦＦＴの使用は教示していない。
【００１４】
Davidow et al.（米国特許第6,455,437号）も、プラズマ発光から周波数成分を発生させ、この信号の振幅を時間と共に監視することを説明している。Davidowは、多層スタックをエッチングするための多工程プロセスを予想しているが、ＴＤＭプロセスのためにＦＦＴと共に発光を使用することは教示していない。その上、Davidowは、どの周波数がプロセスの最中に現れるかに言及することによってプラズマプロセスを特徴付けている−ＴＤＭプロセスの周期的な性質によってプロセスに課される特性周波数の大きさを調べていない。
【００１５】
O'Neill et al.（米国特許第5,308,414号）は、信号復調を使用した発光システムを説明している。O'Neillは、バックグラウンド補正として使用されるより広いスペクトル帯域と共にエッチ生成物に関連する狭いスペクトル領域の両方を監視している。O'Neillはまた、ロックイン増幅器の使用による信号の周波数復調を開示している。ロックイン増幅器は、外部同期信号を必要とする。O'Neillは、多工程またはＴＤＭプロセスを検討していない。
【００１６】
Sawin et al.（米国特許第5,450,205号）は、ＦＦＴと共に発光干渉分析法（ＯＥＩ）を使用してプロセス終点を決定するシステムを説明している。プラズマ発光を分析する発光分析（ＯＥＳ）とは異なり、発光干渉分析法は、ウェーハ表面から反射したプラズマ発光を画像化してウェーハ表面の膜厚を決定する。ＯＥＳとは異なり、ＯＥＩ技術は、ウェーハ表面への見通しのきく視線を有する画像化検出器を必要とする。ＯＥＩ技術は、エッチが進行するにつれてのパッシベーション膜の周期的な付加及び除去が理由となって、反復堆積及びエッチ工程を含むＴＤＭプロセスに適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、プラズマ発光データ収集をプロセス工程と同期させる外部トリガーを必要としないＴＤＭプラズマプロセスのための終点方法に対する必要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の好適な具体例は、プラズマを用いることによってエッチングマスクを通して内部に横方向に規定された凹部構造を提供するために、基板の異方性プラズマエッチングプロセスの最中に終点を確立する方法に関する。本方法によれば、基板の表面を反応性エッチングガスと接触させて、基板の表面から材料を除去し、露出された表面を提供することによって、エッチング工程においてプラズマエッチする。前のエッチング工程において露出された水平及び垂直な表面の両方がパッシベーション層によって被覆されるように、基板の表面を堆積工程においてパッシベーションする。エッチング工程及びパッシベーション工程を交互に反復する。プラズマ発光を、ＴＤＭプロセスの交互に起きる性質によって課される特有の波長または単数若しくは複数の波長領域及び特性周波数で監視する。単数または複数の特有の波長領域は、好ましくはプロセスの最中に使用される材料の発光スペクトルに基づいて決定される。他の具体例においては、プラズマ発光を２つ以上の波長領域で監視し、第１の波長領域及び第２以上の波長領域の大きさの比（または他の数学的操作）を計算する。このような具体例においては、１つ以上の波長領域を選択して、バックグラウンド信号を表してよい。課される特性プロセス周波数を、エッチング工程の持続時間及びパッシベーション工程の持続時間の和に基づいて決定する。プロセスの特性周波数は、典型的なＴＤＭプロセスの場合、５Hz未満である。監視工程に依存して、プロセスを一度に停止させる。
【００１９】
本発明の別の具体例は、ＴＤＭプロセスのための終点を検出する方法に関する。本方法によれば、プロセスのプラズマ発光スペクトルの第１の波長領域を特定する。ＴＤＭプロセスによって課される特性プロセス周波数も特定し、プラズマ発光スペクトルの第１の波長領域をこの特性プロセス周波数で監視する。特性プロセス周波数は、プロセス中に存在するエッチング及び堆積工程の和の確定した持続時間に基づく。特定された波長領域の大きさを、プロセスの間中監視して、プロセスの終点を決定する。発光スペクトルの第２のまたは多数の波長領域も監視する。ＴＤＭプロセスの終点を、波長領域の数学的組合せ（例えば、加算、減算または除算）に基づいて決定する。高速フーリエ変換または対応するデジタル信号処理技術を使用して、プラズマ発光スペクトルの周波数成分を分解する。プロセスの終点は典型的に、エッチングプロセスの最中に起きる材料遷移に基づいている。このような場合、スペクトルの特定された波長領域は、ＴＤＭプロセスの最中に使用される材料の既知のスペクトル特性に基づいている。
【００２０】
本発明のさらに別の具体例は、ＴＤＭプロセスにおける異なる材料の間の遷移を検出する方法に関する。この方法によれば、プロセスの特性周波数を特定する。プロセスの特性周波数は、ＴＤＭプロセスの一部として実行されるエッチング工程及び堆積工程の持続時間の和に基づいている。プロセスのスペクトル放出の領域を特性周波数で監視して、異なる材料の間の遷移を決定する。遷移は、ＴＤＭプロセスの一部として実行される一連のエッチング工程の終点で起きる。特性周波数で監視するスペクトル放出の領域は、ＴＤＭプロセスの最中に使用される材料の既知のスペクトル特性に依存している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の好適な具体例は、ＴＤＭプロセスの周波数（ν）に対応する周波数で集めた電磁気放出の少なくとも１つの波長成分を分析することによって、時分割多重化（ＴＤＭ）プロセスにおいて異なる材料の間の遷移を検出する手段に関する。
【００２２】
ＴＤＭプロセスの設計による周期的かつ反復する性質が理由となって、プロセスは、これに関連する多数の特性周波数を有する。例として、４秒のエッチ工程及び多数回それに続き反復する６秒の堆積工程からなる２工程ＴＤＭシリコンエッチプロセスを検討されたい（下記の表１を参照されたい）。
【００２３】
【表１】
0004724795.tif 000002
【００２４】
堆積及びエッチ工程は、化学、ＲＦバイアス出力及び圧力が異なり、有意に異なる発光スペクトルを生じることに留意されたい。ＴＤＭプロセスの反復する性質並びに堆積及びエッチ工程の持続時間が理由となって、表Ｉにおいて、実施例プロセスは、サイクル繰返し時間１０秒、従って予想特性周波数０．１Hzを有する。スペクトルのサンプリング率は、プラズマ発光の周期的な性質をエイリアシング無しに正確に捕捉するように、十分に速くなければならない。従って、サンプリング周波数は、ナイキスト周波数よりも高くなければならず、好ましくは予想特性周波数の１０倍である。
【００２５】
図５の概略は、ＴＤＭプロセスのための改良されたＯＥＳ技術に関する本発明の具体例の概観を示す。工程５００において、ＴＤＭプロセスは、プロセスの工程の持続時間に依存して少なくとも１つの特性周波数を有して構成される。ＴＤＭプロセスの特性周波数は、典型的に５Hz未満である。ＴＤＭプロセスのプラズマ発光スペクトルの少なくとも１つの波長領域（プラズマ発光の場合、典型的に２００〜１１００nmの範囲内）を、プロセス終点検出に関して特定する。工程５０２において、単数または複数のスペクトル領域を、ＴＤＭエッチプロセスの間に監視する。ＴＤＭプロセスのための発光信号は周期的でありかつ反復するので、発光信号を周波数成分に分解することができる。少なくとも１つの周波数成分は特性プロセス周波数にあり、工程５０４において抽出される。周波数成分を抽出する１方法は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の使用によるが、他のデジタル信号処理（ＤＳＰ）技術も使用してよい。工程５０６において材料遷移を検出した場合、本方法は工程５０８に進行し、ここで、本方法は次のプロセス工程またはＴＤＭシーケンスに進行する。工程５０６において材料遷移が検出されなかった場合、本方法は工程５０２に戻り、ここで、材料遷移を検出するまで少なくとも１つのスペクトル領域のプラズマ強度を監視する。ＦＦＴと共にＯＥＳを使用する先の教示とは異なり、時間と共に特性ＴＤＭプロセス周波数（典型的に５Hz未満であるが、必ずしも５Hz未満とは限らない）で発光信号の大きさを監視することは、ＴＤＭエッチプロセスの最中に層同士の間の遷移を検出する信頼性の高い方法を提供する。
【００２６】
本発明の他の具体例は、発光データから誘導された２つ以上の波長成分を使用して、終点検出の感度を改良する。波長成分のうちの少なくとも１つは、ＴＤＭプロセスの特性波長である。他の波長成分は、バックグラウンド信号を表すかもしれない。２つ以上の成分の数学的組合せ（例えば加算、減算または除算）は、特定の用途におけるより大きな感度を提供する。
【００２７】
本発明のアプローチは、２工程周期的プロセスに限定されるものではないことに留意されたい。実際に、プロセスのエッチ部分をさらに分割して多数の亜工程にすることが一般的である。ＴＤＭプロセスを亜工程へとさらに分割することは単に、追加のプロセスによって課される特性周波数を生じる。
【００２８】
エッチング工程及び堆積工程の各反復プロセスループの内部のプロセスパラメータは、サイクル間で一定のままである必要がないことに留意することも重要である。例えば、シリコンのＴＤＭエッチングの最中に、プロセスの間の堆積またはエッチング工程の効率を徐々に変化させてプロフィル制御を維持する（プロセスモーフィング（process morphing）として従来技術において周知である）ことが一般的である。モーフィングされたプロセスにおいては、幾つかの数のエッチまたは堆積工程の間にプロセスパラメータに小さなパラメータ変化を起こす。こうしたものとしては、ガス流量、ＲＦバイアス出力、プロセス圧力、誘導源出力（ＩＣＰ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。こうした変化はまた、ＴＤＭサイクル内部のプロセス工程の持続時間を変化させることを含むことができる。プロセスの間のサイクル時間の変化が変換の周波数分解よりも大きい場合、アルゴリズムを修正して、隣接する周波数成分の和を監視して、課されるプロセス周波数偏移を捕捉する。
【００２９】
本発明の好適な具体例を、ＳＦ６／Ｃ４Ｆ８に基づくプロセスを使用するディープＳｉエッチングに関して証明するが、本発明の好適な具体例は、時分割多重化プロセスを利用するという条件で、化学とは無関係に有効である。好ましい方法は、他の材料の例えば誘電体材料及び金属における材料遷移を検出するために特に有用であり、ここでは反復時分割多重化プロセスを使用する。
【００３０】
本発明の具体例の有用性を証明するために、ＴＤＭ手法を使用して、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハをエッチングした。手法を下記の表２に列記する。下記の実施例は、本発明の具体例を３工程ＴＤＭＳｉエッチプロセスに適用する。
【００３１】
【表２】
0004724795.tif 000003
【００３２】
実験を、市販のユナキシス・シャトルロック・シリーズ・ディープ・シリコン・エッチ（ＤＳＥ）ツール（Unaxis Shuttlelock series Deep Silicon Etch (DSE) tool）上で実行した。市販のユナキシス・スペクトラワークス発光分光計（Unaxis Spectraworks emission spectrometer）を使用して、発光スペクトルを周波数１Hzで集めた。
【００３３】
考察の対象となる単数または複数の波長領域を決定するために、試験ウェーハをエッチングし、シリコン層が除去される前及び後（プロセス終点）に堆積工程及びエッチ工程の両方におけるプラズマ発光スペクトルを分析した。図６は、試験ウェーハのプラズマ発光スペクトルに関する強度対波長プロットを示す。プロセスの終点の前の堆積スペクトル６００、プロセスの終点の後の堆積スペクトル６０２、プロセスの終点の前のエッチスペクトル６０４及びプロセスの終点の後のエッチスペクトル６０６を図６に示す。検出器飽和６０８を、グラフ上部の線によって表す。プロセスの堆積相の最中にはほとんどエッチングは予想されないので、図７は、シリコンが除去される前７００及び後７０２のエッチ工程から生じた発光スペクトルに焦点を合わせる。４５０nm近くのエッチスペクトルのわずかな差７０４に留意されたい。終点候補を決定するために、逐点差スペクトルを構成した。
【００３４】
生成したスペクトル８００を図８に示す。終点検出のための候補が４４０nm及び６８６nmに生じる。４４０nmピークをフッ化ケイ素（ＳｉＦ）発光（エッチ生成物−Ｓｉが除去されるにつれて減少する）に当てはめることができ、一方、６８６nmピークをフッ素（Ｆ）発光（反応物−Ｓｉが除去されるにつれて増大する）に当てはめることができる。
【００３５】
終点方法を、４４０発光ピークに基づいて構成した。図９は、４４０nmピークをより綿密に調べるために、終点前９００及び終点後９０２のエッチ発光スペクトルの拡大図を示す。関連するノイズを低減するために、２つのスペクトル領域９０４及び９０６を監視した−狭い４４０nmピーク（ＳｉＦ発光）及びバックグラウンド補正のための約４４５nmに中心があるより広いスペクトル領域である。
【００３６】
図１０は、２つの領域内部の値対時間をプロットする。エッチが進行するにつれて振動信号のピークピーク値のわずかな減少が存在するが、プロセス終点を決定することは困難である。図１１は、３００〜４００秒の範囲にわたる総エッチ時間の図１０の拡大図を示す。信号（４４０nm）１１００及びバックグラウンド（４４５nm）１１０２の領域は、より高強度の堆積工程１１０４の最中に互いに申し分なく一致するが、エッチ工程１１０６の終わり近くで分岐することに留意されたい。４０nm信号及び４４５nmバックグラウンドの比を構成すると、図１２を生じ、ここで、エッチ及び堆積工程の間の大きな発光変動が除去され、得られた信号は、行われるエッチングの程度をより表している。図１２に示すように、比信号１２００の周期的かつ反復する性質に留意されたい。
【００３７】
図１３は、エッチの間の比信号（４４０nmＳｉＦ／４４５nmバックグラウンド）１３００を示す。図１３に示すように、６００秒の近くの連続的なピーク高さの減少に留意されたい。図１３に示すトレースの特性周波数は０．０６Hzである。これは手法によって課される周波数（１６秒に対応する）であり、表２における周期的プロセスの個々のプロセス工程の時間の和である。
【００３８】
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の計算を使用した図１３の信号の時間領域から周波数領域への転換は、図１４に示す出力スペクトルを生じる。ＦＦＴの計算は、プロセスが進行するにつれてＯＥＳ信号の展開する窓（evolving window）を形成するために追加された１２８の要素アレイに基づいている。点線で囲んだ欄で強調された周波数は、ＴＤＭプロセス手法の周期的かつ反復する性質が理由となって予想されるものである。図１５は、プロセス中の２箇所でのＦＦＴ出力スペクトルの振幅を示す。０．０６Hz成分は終点の前に大きな振幅を有し、Ｓｉ層が除去された後にほぼゼロに減少することに留意されたい。０．０６Hz成分の大きさを時間と共にプロットすると、図１６に示すプロセス終点トレースを生じる。この曲線から実際の終点時間を決定することを様々な手段によって行うことができ、こうした手段としては、簡易しきい検出または示差検出が挙げられるが、これらに限定されるものではない。このような技術は当業者には周知である。
【００３９】
上記に検討した具体例は、堆積及びエッチング工程の発光スペクトルをプロセスの特性周波数で監視することによって正確に測定することによってＴＤＭプロセスの終点を決定することを可能にする。このようなプロセスの終点を正確に決定する能力は、所望の形状特徴のオーバーエッチングの可能性を最小にするかまた無くし、従って、下にあるストップ層の厚さを低減する。加えて、“ノッチング”として従来技術において周知の形状特徴プロフィル劣化も最小にする。その上、本発明は、迅速かつ周期的なプラズマ変動を有する任意のプラズマプロセスにおいて使用するのに適している。従って、本発明は、従来技術に勝るかなりの改良である。
【００４０】
本開示は、添付の請求の範囲に含まれる部分並びに前述の説明の部分を含む。本発明をその好ましい形式においてある程度詳細に説明してきたが、好ましい形式の本開示は一例としてのみ行い、部分の構成及び組合せ及び配置の詳細の多数の変更を、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく用いてよいことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】典型的なＯＥＳ形状の概略を示す。
【図２】図２（ａ〜ｅ）はＴＤＭエッチプロセスの図を示す。
【図３】模範的なＴＤＭプロセスの場合の堆積及びエッチプラズマ発光スペクトルのグラフである。
【図４】模範的なＴＤＭプロセスの場合の終点トレースである。
【図５】ＴＤＭプロセスのための改良されたＯＥＳ技術に関する本発明の具体例の概観を示す。
【図６】本発明の具体例を実証する際に使用される試験ウェーハに関する強度対波長プロットを示す。
【図７】ＴＤＭプロセスの終点の前及び後のエッチスペクトルのグラフを示す。
【図８】図７のエッチスペクトルの場合の基準化差スペクトルのグラフを示す。
【図９】終点前及び終点後のエッチ発光スペクトルの拡大図を示す。
【図１０】図９に特定した２つのスペクトル領域内部のスペクトル強度の値対時間のプロットを示す。
【図１１】３００〜４００秒の範囲にわたる総エッチ時間の図１０の拡大図を示す。
【図１２】図１１に示した４４０nm信号及び４４３nm信号の比のグラフである。
【図１３】エッチの間の図１２に示した比信号のグラフである。
【図１４】周波数領域における図１３の信号のグラフである。
【図１５】プロセスの終点の前及び後の図１４の周波数領域信号の振幅のプロットである。
【図１６】図１５に示した周波数０．６Hz成分のプロットである。
【図１】
0004724795.tif 000004
【図２】
0004724795.tif 000005
【図３】
0004724795.tif 000006
【図４】
0004724795.tif 000007
【図５】
0004724795.tif 000008
【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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