(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦパワー信号の印加によって発生させたプラズマによるプラズマ処理中の不適正なチャッキングを検出する方法であって、
前記プラズマの特性を測定して検出信号を生成する工程と、
前記検出信号を処理して、前記検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりも低い周波数を有する周波数成分を示す第一信号を生成する工程と、
前記第一信号の大きさの変化を経時的にモニタする工程と、
前記モニタされた第一信号に基づいて、前記プラズマ処理に特有の指紋を生成する工程と、
前記プラズマ処理に特有の指紋に、前記プラズマ処理中の不適正なチャッキングを示す少なくとも１つの特徴があるかどうかを調べる工程と、
前記少なくとも１つの特徴が存在すれば、前記プラズマ処理中の不適正なチャッキングを検出したと判断する工程と、
を備える方法。
【請求項２】
前記検出信号を処理する工程は、前記検出信号を処理して、前記検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりもそれぞれ低い周波数を有する周波数成分を各々が示す複数の前記第一信号を生成し、
前記モニタする工程は、前記複数の第一信号のそれぞれの大きさをモニタする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記周波数成分は、前記プラズマ処理の化学反応レートに関連した周波数を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマの特性を測定する工程は、検波電流を生成する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プラズマの特性を測定する工程は、ウェーハペデスタルの順方向及び反射方向ＲＦパワーの少なくとも１つを測定する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プラズマの特性を測定する工程は、広帯域光電磁放射特性以外の特性を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記プラズマの特性を測定する工程は、
前記プラズマ中の化学種からの電磁放射を通す光フィルタリング機構を用意する工程と、
前記光フィルタリング機構を通った電磁放射を収集する工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光フィルタリング機構は、グラスフィルタ及びモノクロメーターからなる群から選択される光フィルタリング機構を含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記化学種は、ＢＣｌ，Ａｌ，ＡｌＣｌ，Ａｒ，Ｃｌ及びＳｉからなる群から選択される化学種である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記周波数成分は、１３ＭＨｚよりも低い周波数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記周波数成分は、５０ｋＨｚよりも低い周波数を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記周波数成分は、０〜３００Ｈｚの範囲にある周波数を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
不良の可能性のあるチャンバ内で不良を検出する方法であって、
不良のないチャンバ内でのＲＦパワー信号の印加によって発生させたプラズマによるプラズマ処理中に該プラズマの特性を測定して第一検出信号を生成する工程と、
前記第一検出信号を処理して、前記第一検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりも低い周波数を有する周波数成分を示す第一信号を生成する工程と、
前記第一信号の大きさの変化を経時的にモニタする工程と、
前記モニタされた第一信号に基づいて、前記不良のないチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋を生成する工程と、
前記不良の可能性のあるチャンバ内でのプラズマ処理中にプラズマの特性を測定して第二検出信号を生成する工程と、
前記第二検出信号を処理して、前記第二検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりも低い周波数を有する周波数成分を示す第二信号を生成する工程と、
前記第二信号の大きさの変化を経時的にモニタする工程と、
前記モニタされた第二信号に基づいて、前記不良の可能性のあるチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋を生成する工程と、
前記不良のないチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋と、前記不良の可能性のあるチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋とを比較する工程と、
前記不良のないチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋と、前記不良の可能性のあるチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋とが、予め決めた量よりも大きく異なっている場合、前記不良の可能性のあるチャンバを不良であると判断する、方法。
【請求項１４】
前記不良のないチャンバと前記不良の可能性のあるチャンバとが同じチャンバである請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記各検出信号を処理する工程は、前記検出信号を処理して、前記検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりもそれぞれ低い周波数を有する周波数成分を各々が示す複数の前記信号を生成し、
前記各モニタする工程は、前記複数の信号のそれぞれの大きさをモニタする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記各周波数成分は、前記プラズマ処理の化学反応レートに関連した周波数を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、検波電流を生成する請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、ウェーハペデスタルの順方向及び反射方向ＲＦパワーの少なくとも１つを測定する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、広帯域光電磁放射特性以外の特性を測定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、
前記プラズマ中の化学種からの電磁放射を通す光フィルタリング機構を用意する工程と、
前記光フィルタリング機構を通った電磁放射を収集する工程と、
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記光フィルタリング機構は、グラスフィルタ及びモノクロメーターからなる群から選択される光フィルタリング機構を含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記化学種は、ＢＣｌ，Ａｌ，ＡｌＣｌ，Ａｒ，Ｃｌ及びＳｉからなる群から選択される化学種である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記各周波数成分は、１３ＭＨｚよりも低い周波数を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記各周波数成分は、５０ｋＨｚよりも低い周波数を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記各周波数成分は、０〜３００Ｈｚの範囲にある周波数を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第１のチャンバと第２のチャンバとをマッチングする方法であって、
前記第１のチャンバ内でのＲＦパワー信号の印加によって発生させたプラズマによるプラズマ処理中に該プラズマの特性を測定して第一検出信号を生成する工程と、
前記第一検出信号を処理して、前記第一検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりも低い周波数を有する周波数成分を示す第一信号を生成する工程と、
前記第一信号の大きさの変化を経時的にモニタする工程と、
前記モニタされた第一信号に基づいて、前記第１のチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋を生成する工程と、
第１のチャンバ内でのプラズマ処理中にプラズマの特性を測定して第二検出信号を生成する工程と、
前記第二検出信号を処理して、前記第二検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりも低い周波数を有する周波数成分を示す第二信号を生成する工程と、
前記第二信号の大きさの変化を経時的にモニタする工程と、
前記モニタされた第二信号に基づいて、前記第２のチャンバ内でのプラズマ処理に特有の指紋を生成する工程と、
前記第１のチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋と、前記第２のチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋とを比較する工程と、
前記第１のチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋と、前記第２のチャンバ内での前記プラズマ処理に特有の指紋との違いが、予め決めた量よりも少ない場合に、前記第１及び前記第２のチャンバがマッチングしていると判断する、方法。
【請求項２７】
前記各検出信号を処理する工程は、前記検出信号を処理して、前記検出信号のうち前記ＲＦパワー信号の周波数よりもそれぞれ低い周波数を有する周波数成分を各々が示す複数の前記信号を生成し、
前記各モニタする工程は、前記複数の信号のそれぞれの大きさをモニタする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記各周波数成分は、前記プラズマ処理の化学反応レートに関連した周波数を有する請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、検波電流を生成する請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、ウェーハペデスタルの順方向及び反射方向ＲＦパワーの少なくとも１つを測定する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、広帯域光電磁放射特性以外の特性を測定することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記各プラズマの特性を測定する工程は、
前記プラズマ中の化学種からの電磁放射を通す光フィルタリング機構を用意する工程と、
前記光フィルタリング機構を通った電磁放射を収集する工程と、
を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記光フィルタリング機構は、グラスフィルタ及びモノクロメーターからなる群から選択される光フィルタリング機構を含んでいる請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記化学種は、ＢＣｌ，Ａｌ，ＡｌＣｌ，Ａｒ，Ｃｌ及びＳｉからなる群から選択される化学種である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記各周波数成分は、１３ＭＨｚよりも低い周波数を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記各周波数成分は、５０ｋＨｚよりも低い周波数を有する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記各周波数成分は、０〜３００Ｈｚの範囲にある周波数を有する、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体デバイスの製造、特に半導体デバイス製造プロセスの処理状況をモニタするための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体産業においては、プロセス再現性の向上及びプロセス制御の向上が常に必要とされる。例えば、典型的なメタル層−メタル層の配線を形成する際、第１のメタル層上に絶縁層を堆積し、この絶縁層にバイアホールをエッチングして第２のメタル層を露出し、バイアホールをメタルで充填し、このメタルプラグの上から第２のメタル層を堆積する（例えば、第一メタル層と第二メタル層間の配線の形成）。配線の接触抵抗を低くするため、バイアホールにメタルプラグを形成する前に、バイアホール内の絶縁物質を第一メタル層表面から全てエッチングしなければならない。そうしないと、バイアホール内に残った高抵抗の絶縁物質が配線の接触抵抗を著しく低下させてしまう。同様なプロセス制御が、メタル層（Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔなど）のエッチング、ポリシリコン層のエッチングなどにおいて必要とされる。
【０００３】
従来のモニタリング技術では、ある材料の層が完全にエッチングされたとき（終点など）の大雑把な見積もりしか提供することができない。従って、材料層の厚さの変化や（デバイスの変化など）、材料層のエッチングレートの変化（プロセスやプロセスチャンバの変化など）に適応させるため、材料層エッチングの予測時間よりも長くエッチング処理が続けられる（オーバエッチング時間）。オーバエッチング時間でエッチングすることによって、エッチング時間が多く必要となるようなデバイスの変化や、エッチングレートを低下させるようなプロセスの変化やプロセスチャンバの変化（これによって、必要なエッチング時間が増加する）があっても、除去されるべきすべての物質が確実に除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
オーバエッチングは完全なエッチングを保証する一方、各半導体ウェーハの処理に必要な時間を増大させる。これによってウェーハのスループットが低下する。更に、高性能集積回路用のドライブでは、各世代の半導体デバイスがより精細な寸法交差を有することが必要とされ、オーバエッチングは一層望まれなくなっている。より興味深い解決策としてモニタリング技術があり、デバイスやプロセス、プロセスチャンバが変化する原因（例えば、チャンバの障害、不適当な化学反応、不適当なエッチングレートなど）を特定し、終点などの処理中の事象をより正確に特定する。しかしながら、従来のモニタリング技術には以下の２つの役割を併せ持ち、充分な情報を提供する技術はなかった。即ち、プロセスの有害な変化やプロセスチャンバの有害な変化を特定する診断ツールとしての役割と、プロセスやプロセスチャンバの変化及びデバイスの変化（例えば、材料層の変化やエッチング特性の変化など）双方の補正に必要とされるオーバエッチングやその他の超過処理時間を短縮するに充分な、正確なプロセス進行の追跡を行うプロセス制御デバイスとしての役割である。従って、半導体デバイス製造工程をモニタする方法と装置の改善が必要とされる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者らは、プラズマ処理中に、ある種のプラズマ「特性値」が低周波の変動を示し、この変動の中にプラズマ処理及びプラズマチャンバの重要な情報が含まれることを見出した。プラズマの電磁放射やウェーハペデスタルに与えられるＲＦパワーなどのプラズマ特性値がそうである。例えば、プラズマ電磁放射の強度の変動には（以降、「プラズマ放射変動」）大きく３つに分類できる情報が含まれていることが分かっている。即ち、
（１）プラズマエッチングレート、ＲＦパワー、ウェーハ損傷、ウェーハ温度、エッチング均一性、プラズマ化学反応などの処理状態の情報、
（２）特定の材料が過剰にエッチングされたり又はなくなったり（即ちブレークスルー）、ウェーハが誤って保持されていたり（不適当な"チャッキング"）するなどの、プロセス事象の情報、及び
（３）ウェーハチャンバに不良がないか、チャンバの操作が同じチャンバの以前の操作、又は別のチャンバの操作と同様であるか（チャンバのマッチング）などの、プロセスチャンバの情報
である。同様の情報が、プラズマ処理中のウェーハペデスタルに与えられるＲＦパワーの変動の中にも見出されている。
【０００６】
プラズマ放射変動をモニタするために、プラズマによって発生した電磁放射が収集され、収集された電磁放射の強度を基に少なくとも１つの周波数成分（これらの強度と関連した大きさを有する）を有する検出信号を発生させる。このとき、検出信号のうち、少なくとも１つの周波数成分の大きさが経時的にモニタされる。好ましくは、プラズマ発生に使用されるＲＦ周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）よりも低く、最も好ましくは約５０ｋＨｚよりも低い周波数を有する周波数成分が経時的にモニタされる。収集された電磁放射は、好ましくは約２００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲内の波長（広帯域光電磁放射）を持っているが、他の波長範囲も使用できる。プラズマ処理と関連した特定の化学種の電磁放射（例えばアルミニウムのエッチングプロセスではＡｌ、ＡｌＣｌ、又はＢＣｌなど）もモニタされる。
【０００７】
ＲＦパワーの変動をモニタするために、プラズマ処理中のウェーハペデスタルに与えられるＲＦパワー（例えば順方向及び／又は反射）がモニタされ、これが「検波」信号としての役割を果たす。このとき、検出信号のうち、少なくとも１つの周波数成分の大きさが経時的にモニタされる。好ましくは、プラズマを発生するために使用されるＲＦ周波数よりも低い周波数、最も好ましくは約５０ｋＨｚよりも低い周波数をもつ周波数成分が経時的にモニタされる。
【０００８】
プラズマ放射変動検出信号又はＲＦパワー変動検出信号の、少なくとも１つの周波数成分の大きさを経時的にモニタすることによって、プラズマ処理特有の指紋が得られる。本発明者らは、ある特有な指紋の周波数の特徴（例えば周波数成分の大きさ）及びその時間による位置（「時間位置」）が、プロセス状態の情報、プロセス事象の情報及びプロセスチャンバの情報を与えることを発見した。これらの特徴は、プラズマ処理が行われた後、或いは行われている最中にモニタされ、リアルタイムの処理状態制御を可能とする。一般に、反応レートと共に変化するなんらかの特性を有する化学反応は、同様にしてモニタすることができる（プラズマ使用の有無や、半導体デバイス製造に関するかどうかに関わらず）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は処理システム１００の概略図であり、従来のプラズマエッチングシステム１０２、及び本発明に基づいて、これに連結された本発明のプロセスモニタリングシステム１０４を含んでいる。ここで使用される「連結」は、操作を行えるように直接又は間接に連結していることを意味する。
【００１０】
従来のプラズマエッチングシステム１０２にはプラズマチャンバ１０６及び、処方制御ポート１１０と第１制御バス１１２を介してプラズマチャンバ１０６と連結しているプラズマエッチシステム制御装置１０８が含まれる。便宜上、プラズマチャンバ１０６とプラズマエッチシステム制御装置１０８の間には１つのインタフェースしか示されていないが（例えば処方制御ポート１１０）、一般にプラズマエッチシステム制御装置１０８はさまざまなマスフロー制御装置、高周波電源、温度制御装置などに接続され、複数のインタフェースを介してプラズマチャンバ１０６と関連付けられる（図示せず）。
【００１１】
プラズマチャンバ１０６には、プラズマチャンバ１０６内に維持されているプラズマ１１８（以下に説明）から、電磁放射（例えば、図１（ａ）〜１（ｃ）に１１６として一般的に示される、主に光波長範囲が約２００ｎｍ〜１１００ｎｍの放射）を放出するための覗窓１１４が含まれている。覗窓１１４はプラズマチャンバ１０６の側面に位置するように示されているが、覗窓１１４は他のどんな位置にも置けると考えられる（例えば、チャンバ１０６の上面や底面）。
【００１２】
本発明のプロセスモニタリングシステム１０４は、処理機構（例えば処理装置１２２）に連結された検出器１２０を有している。検出器１２０はプラズマ１１８からの電磁放出１１６を収集できる位置に取りつけられ、好ましくはシリコンフォトダイオードなどの広帯域フォトダオードを有している。もう１つの方法として検出器１２０は、以下に説明する特定の化学種からの電磁放射を検出するために、光電子倍増管１２８に連結したモノクロメータ１２６を含むことができる（図１（ｂ））。検出器１２０が電磁放射１１６を効率的に収集するように、覗窓１１４と検出器１２０の間にレンズ１３０及び光ファイバケーブル１３２を配置することもできる（図１（ｃ））。例えば電磁放射１１６がレンズ１３０を通して光ファイバケーブル１３２にカップリングされ、光ファイバケーブル１３２を通して検出器１２０に送られることにより、電磁放射が効率的に収集される。その他、プラズマ１１８からの電磁放射を収集するために選択できる構成として、フォトダイオードの配列などを使用することができる。このフォトダイオードの配列では、各フォトダイオードが異なる波長又は異なる波長スペクトルをモニタする。必要に応じてダイオード配列に光ファイバケーブルの束を連結することができ、束中の各光ファイバケーブルは１つのフォトダイオードに連結され、電磁放射を提供する。同様に回折格子、プリズム、光ファイバ（グラスファイバなど）、及びその他の波長選択デバイスをモノクロメータ１２６の位置に使用することができる。処理装置１２２はプラズマエッチシステム制御装置１０８に第２制御バス１３４を介して連結される。
【００１３】
操作ではユーザ１３６（例えばウェーハ製造プロセス担当者）がプラズマエッチシステム制御装置１０８に指示セットを提供して（第３制御バス１３８を介す）、プラズマチャンバ１０６内にプラズマ１１８を発生させる（即ち、プラズマ処方）。又はプロセシングシステム１００、製造実施システム、或いはその他の製造制御システムを含む、製造プロセスを動かすためのリモートコンピュータシステムによって、プラズマ処方（例えばユーザ１０６から与えられた、又はプラズマ処方内のデータベースに格納されたとおりの処方）をプラズマエッチシステム制御装置１０８に供給することもできる。典型的なプラズマ処方には、プラズマ処理中プラズマチャンバ１０６内のプラズマ１１８を維持するための処理パラメータ（圧力、温度、電圧、ガスの種類、ガス流速その他）が含まれる。例えば、プラズマチャンバ１０６でアルミニウムエッチングを行うために、典型的なプラズマ処方は少なくとも以下のパラメータを含んでいる。即ち、望ましいチャンバ圧力、望ましいプロセス温度、望ましいＲＦパワーレベル、望ましいウェーハバイアス、望ましいプロセスガス流速（例えば、Ａｒ、ＢＣｌ3、Ｃｌ2などのプロセスガスの望ましいガス流速）などである。プラズマエッチシステム制御装置１０８がユーザ１３６、リモートコンピュータシステム、製造実施システムなどからプラズマ処方を受け取ると、プラズマ処方は第１制御バス１１２を通って処方制御ポート１１０に供給される。処方制御ポート１１０（又は、プラズマエッチシステム制御装置１０８そのもの）はプラズマ処方に指定された処理パラメータを確立し、チャンバ１０６内にこれを維持する。
【００１４】
プラズマチャンバ１０６内でプラズマ処理を行う間、紫外線波長と赤外線波長も共に生じるが、プラズマ１１８は主に光スペクトルの波長（例えば約２００ｎｍ〜１１００ ｎｍ）を有する電磁放射を生じる。これら電磁放射の一部分（例えば、電磁放射１１６）は覗窓１１４を通って、本発明のプロセスモニタリングシステム１０４に至る。図１（ａ）〜図１（ｃ）では、電磁放射１１６を３つの放射波長として一般的に示すが、電磁放射１１６は通常もっと多くの波長を有しているものと理解されるよう注意する。
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｃ）を参照すると、検出器１２０は電磁放射１１６を直接（図１（ａ））、又はレンズ１３０及び光ファイバケーブル１３２を通して間接的に（図１（ｃ））受け取る。検出器１２０がシリコンフォトダイオードであれば、検出器１２０は２００ｎｍ〜１１００ｎｍの広帯域で電磁放射の強度を検出し（以降、「光放射スペクトル（ＯＥＳ）」と呼ぶ）、これに応じて、検出器１２０は検出された電磁放射の強度に釣り合った検出信号を生成する（光放射電流信号又はＯＥ信号）。次に検出器１２０はＯＥ信号を出力し、ＯＥ信号は適切に増幅されて（示されていない前置増幅器などを通して）次の処理のため処理装置１１２に供給される。処理装置１２２によって行われる特定の処理の種類は、好ましくはユーザ１３６によって（又はリモートコンピュータシステムや製造実施システムなどによって）第４制御バス１４０を通じて選択される。このように本発明に従って、プラズマ１１８の特性（例えば電磁放射）が検出器１２０を通じて測定され、検出信号（例えばＯＥ信号）が検出器１２０によって生成される。以下に説明するように、処理装置１２２は検出信号における少なくとも１つの周波数成分の大きさを経時的にモニタする。
【００１６】
図２は検出器１２０から出力されたＯＥ信号２００の代表的なグラフである。本発明によれば、ＯＥ信号２００の大きさの変化を全て経時的に調べる従来法のかわりに（例えば、I1〜I2の強度変化のような）、処理装置１２２はプラズマ放射変動によって引き起こされる局所的なＯＥ信号の周波数変化（周波数成分の大きさの変化など）を経時的に調べる（例えば、図２で拡大表示されたＯＥ信号２００の一部分２０２）。具体的には、ＯＥ信号２００は処理装置１２２によって定期的にサンプリングされ、連続して収集されたサンプルは定期的にタイムドメインから周波数ドメインに変換される（例えば、高速フーリエ変換や類似の方法によって）。例えば、ＯＥ信号２００が１０ｋＨｚのサンプリングレートでサンプリングされる場合（０．０００１秒に１回のサンプリングが行われる）、処理装置１２２によるタイムドメインから周波数ドメインへの変換は、好ましくは０．１秒に１回行われる。この方法によって、１０００個のサンプルからなるＯＥ信号２００の収集を定期的にタイムドメインから周波数ドメインへ変換し、５ｋＨｚまでのＯＥ信号周波数成分を０．１秒の間隔で経時的モニタすることが可能である。ＯＥ信号中の直流バイアスを取り除くため、１０００サンプル収集中の各サンプルが、１０００サンプル収集のアンダエリアで正規化されることに注意する。
【００１７】
その他のサンプリングレートやサンプル収集の大きさも同様に、タイムドメインから周波数ドメインへの変換に使用できることが理解されるべきである。しかしながら、本発明者らはＯＥ信号の低周波成分を経時的にモニタしたときに、ＯＥ信号が重要なプロセス状態、プロセス事象及びプロセスチャンバの情報（以下に説明）を与えることを見出している（光低周波放射（ＯＬＥ）データ）。モニタする好ましい低周波成分範囲は、プラズマ処理を開始するために使用されるＲＦ周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）よりも低い範囲であり、最も好ましくは、約５０ｋＨｚよりも低い範囲である。約０Ｈｚ〜３００Ｈｚの周波数をもつＯＥ信号の低周波成分には、以下に図３（ａ）〜図３（ｂ）を参照して説明するように、最も重要な情報が含まれていると見られる。
【００１８】
図３（ａ）は多層半導体構造３０４（図３（ｃ））のプラズマエッチング中に生成されるＯＥ信号３０２（図３（ｂ））から得られたＯＬＥデータ３００の輪郭グラフである。図３（ａ）の影をつけた部分は大きさが大きいことを示しており、ＯＬＥデータ３００は上述のようにして正規化されている。多層半導体構造３０４は、シリコン（Ｓｉ）基板３０８上に堆積されたチタン（Ｔｉ）層３０６（厚さ約２００オングストローム）、チタン層３０６上に堆積された窒化チタン（ＴｉＮ）層３１０（厚さ約８００オングストローム）、窒化チタン層３１０上に堆積されたアルミニウム（Ａｌ）層３１２（厚さ約５０００オングストローム）、及びアルミニウム層３１２上に堆積された窒化チタン反射防止膜（ＴｉＮ ＡＲＣ）３１４（厚さ約２００オングストローム）からなっている（図３（ｃ））。
【００１９】
ＯＬＥデータ３００及びＯＥ信号３０２を得るため多層半導体構造３０４がプラズマチャンバ１０６に置かれ、この技術ではよく知られる例えばＡｒ、Ｃｌ、ＢＣｌ3などを使用してプラズマ１１８が生成される。約２００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長を有する電磁放射が覗窓１１４を通過して検出器１２０（例えばシリコンフォトダイオード）によって集められ、検出器１２０がＯＥ信号３０２を発生する。ＯＥ信号は適正に増幅され、処理装置１２２に送られる。この後ＯＥ信号３０２は１０ｋＨｚのサンプリングレートで周期的にサンプリングされ、０．１秒ごとに高速フーリエ変換が行われてＯＬＥデータ３００が作られる。
【００２０】
生のＯＥ信号３０２とは異なり、ＯＬＥデータ３００は多層半導体構造３０４のエッチング中に起こるプロセス事象に関する詳細な情報を与える。例えばよく知られるように、多くのプラズマ処理ではウェーハを静電気でウェーハペデスタルに固定する（静電チャック）。チャッキングが正しく行われていないと、処理中にウェーハが振動し、ウェーハの損傷やプラズマチャンバ内の汚染の原因となる可能性が生じる。しかしながら、不適正なチャッキングは検出が困難である。
【００２１】
図３（ａ）を参照すると、ＯＬＥデータ３００はチャッキングが正しいか不適正かを簡単に特定する。例えば、時間ｔ1〜ｔ2の間にプラズマチャンバ１０６内でプラズマ１１８が生成し、時間ｔ2において多層半導体構造３０４のエッチングが開始される。時間ｔ2以降、ＯＬＥデータがはっきりと現れている。ＯＬＥデータは、プラズマ処理において適正なチャッキングが行われている間のみ現れる。従って、ＯＬＥデータが存在すればチャッキングが適正であることがはっきりと認められ、また、これがなくなればチャッキングが不適正であることがはっきりと特定される。
【００２２】
時間ｔ2において多層半導体構造３０４のチャッキングは完了し、プラズマエッチング処理が開始される。時間ｔ1〜ｔ2の間に窒化チタン反射防止膜３１４がエッチングされる。ＯＬＥデータ３００からわかるように、ＴｉＮ ＡＲＣエッチング処理は主に約１５０Ｈｚ〜２５０Ｈｚに集中した周波数成分によってはっきり認められる。しかし、時間ｔ3近くで窒化チタン反射防止膜３１４がなくなり始めるにつれ、約２００Ｈｚよりも高い周波数成分が急速に減少し、窒化チタン反射防止膜３１４のエッチングとアルミニウム層３１２のエッチングとの境界がはっきりと現れる。
【００２３】
時間ｔ3〜ｔ4の間、アルミニウム層３１２のエッチングが主に約１００Ｈｚ〜１７５Ｈｚに集中した周波数成分によってはっきり認められる。しかし、時間ｔ4近くでアルミニウム層３１２がなくなり始めるにつれ、約１７５ Ｈｚよりも高い周波数成分が急速に減少し、時間ｔ4で急に転移が起こる。時間ｔ4〜ｔ5の間は、図３（ａ）に見られる一連の周波数成分の特徴によって窒化チタン層３１０がはっきりと認められる。時間ｔ5近くで窒化チタン層３１０がなくなり始めるにつれ、ＯＬＥデータ３００中の周波数成分の大きさが急速に減少し、時間ｔ5においてはもはや検出されない。同様に時間ｔ5〜ｔ6の間、チタン層３０６のエッチングが周波数成分の存在（約１０ Ｈｚ未満の周波数をもつ）によってはっきり認められ、その周波数成分はチタン層３０６の消失につれて急速に大きさが減少する。
【００２４】
ＯＥ信号３０２と異なり、ＯＬＥデータ３００はエッチングにおける１つの材料層の終わりと他の材料層の始まりとにはっきりした特徴を示す（即ち、ブレークスルー）。このようにＯＬＥデータ３００を容易に解析して、ブレークスルーの特定、ブレークスルーにおけるエッチング処理の停止（即ち、ストップオンエッチング）、又は終点検出などが可能である。ＯＬＥデータ３００はまた、プラズマのプロセス状態についての情報（例えばＲＦパワー、エッチングレート、ウェーハ損傷、ウェーハ温度、エッチングの均一性、プラズマ化学反応など）、及びプロセスチャンバについての情報（例えばウェーハチャンバの不良の有無、別のチャンバとのマッチングなど）をプラズマ処理の"指紋"によって提供する。
【００２５】
プロセス状態の情報に関しては、異なる材料層によってエッチング中の周波数成分の特徴に違いが現れ、また１つの層が消失して別の層がエッチングされる間に急な転移が現れることから、ＯＬＥデータ３００から各材料層のエッチングレートを容易に識別できる。そこで、エッチングレートをＲＦパワー、ウェーハ損傷、ウェーハ温度、エッチング均一性、プラズマ化学反応などのプラズマパラメータと関連付けることが可能である。これに加え、処理パラメータや処理条件を変化させてＯＬＥデータ３００中の特徴の形と位置がどのように変化するかを調べて得られる情報と同様の情報を、ＯＬＥデータ３００中の様々な特徴の形と位置から得ることができる。
【００２６】
プロセスチャンバ情報に関しては、プラズマチャンバ１６０が正常に運転していることが既知のときに採ったプラズマプロセスのＯＬＥデータ指紋が、プロセスチャンバの「校正」指紋の役割を果たす。その後、引き続く処理操作における指紋を定期的にこのプロセスの校正指紋と比較する。続く指紋の中のドリフト、特徴の広がり、ノイズレベルほか同様の変化を定量してプラズマチャンバ１０６の調子を示す指標として使用したり、チャンバの不良を発見することができる（例えば、各チャンバの不良に起因する独特なＯＬＥデータの特徴によって）。例えば、チャンバの清掃やメンテナンス作業の後にＯＬＥデータ指紋を測定して、チャンバの校正指紋と比較することにより、清掃／メンテナンス作業後のチャンバの適正な機能が保証される。チャンバマッチングの目的や、１つのチャンバを別のチャンバの指紋と一致するように調整又は均等化するために、２つの異なるチャンバの指紋を比較してもよい。
【００２７】
ＯＬＥデータ３００の解析は手動（例えばユーザ１３６によって）或いは自動（例えば処理装置１２２によって）で、必要に応じて、処理ごと又はロットごとに行われる。好ましくは、処理中に処理パラメータを調整できるように、解析はＯＬＥデータを収集しながら行われる（リアルタイム）。図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照すれば、以下の内容がユーザ１３６、製造プロセスを実施するためのリモートコンピュータシステム、製造実施システムなどによって指定される。即ち処理装置１２２が特定すべきプロセス事象（不適正なチャッキング、ブレークスルー、終点など）、これに対応してプラズマエッチングシステム１０２に第２制御バス１３４を通して警告を送るべきか否か（例えば、プラズマチャンバ１０６内のプラズマ処理を停止するなど）、必要とされるプロセス状態の情報（例えば、エッチングレート、ＲＦパワー、ウェーハ損傷、ウェーハ温度、エッチング均一性、プラズマ化学反応など）、リアルタイムプロセス制御が使用されるべきかどうか、必要とされるプロセスチャンバ情報（例えば、チャンバ不良情報、チャンバマッチング情報など）及びチャンバ不良が検出された場合プラズマチャンバ１０６内のプラズマ処理を停止するかどうか、が指定される。
【００２８】
広い波長域（例えば２００ｎｍ〜１１００ｎｍ）の電磁放射をモニタすることの効用に加え、本発明者らはあるプラズマ放射波長又はプラズマ「ライン」もまた、ＯＬＥデータ３００に類似のＯＬＥデータの特徴を示すこと発見した。適当なプラズマラインに図１（ｂ）のモノクロメータ１２６を合わせるか、或いは適切な間隔の回折格子、光学フィルタ、プリズムなどを使用して単一プラズマラインの測定を行い、その線のＯＥ信号を発生させる。そして、モニタされたプラズマラインのＯＥ信号を前述の方法でＯＬＥデータに変換する。
【００２９】
典型的なアルミニウムエッチング工程中のＡｒ、Ｃｌ、Ａｌ、ＡｌＣｌ及びＢＣｌのプラズマラインを下の表１に挙げる。
【００３０】
【表１】
0004456224.tif 000002
【００３１】
表１に挙げられた各プラズマラインのＯＬＥデータ（示されない）の解析によって、アルミニウムエッチング中のプラズマ全体にプラズマ放射変動が見られるのではなく、特定の化学種のみにプラズマ放射変動が見られることが示された。より具体的には、広い波長域のＯＬＥデータ（ＯＬＥデータ３００）に、Ａｒ及びＣｌのプラズマラインのＯＬＥ特徴は全く観察されなかったが、Ａｌ、ＡｌＣｌ及びＢＣｌのプラズマラインは全てＯＬＥデータ３００に見られる特徴と類似の特徴を示した。従って、ＯＬＥデータの特徴は反応生成物（Ａｌ、ＡｌＣｌ及びＢＣｌ）によって現れるのであり、プラズマ処理における化学反応の理解のためにＯＬＥデータが非常に役立つことがわかる。
【００３２】
ここに説明された本発明のプラズマモニタリング技術は、シリコン酸化膜エッチング工程、プラチナエッチング工程、ポリシリコンエッチング工程、シリコンエッチング工程など、他のプラズマ処理においても使用することができる。例えば図４（ａ）には、ポリシリコン積層構造４０４（図４（ｃ））のプラズマエッチング中に生成されるＯＥ信号４０２（図４（ｂ））から求められたＯＬＥデータ４００の輪郭グラフが示されている。ポリシリコン積層構造４０４は、シリコン（Ｓｉ）基板４０８上に堆積された厚いシリコン酸化層４０６、シリコン酸化層４０６上に堆積されたポリシリコン層４１０（厚さ約２０００オングストローム）、ポリシリコン層４１０上に堆積されたケイ化タングステン（ＷＳｉx）層４１２（厚さ約１０００オングストローム）、及びケイ化タングステン（ＷＳｉ）層４１２上に堆積された窒化シリコン層４１４（厚さ約２０００オングストローム）からなっている。
【００３３】
ＯＬＥデータ４００及びＯＥ信号４０２を得るには、ポリシリコン積層構造４０４をプラズマチャンバ１０６内に置き、この技術としてはよく知られる塩素ベースのポリシリコンエッチング化学反応などのポリシリコンエッチング化学反応を用いてプラズマ１１８を発生させる。次にプラズマ１１８からの電磁放射が収集され、検出器１２０によってＯＥ信号４０２が生成される。ＯＥ信号４０２は前述のように処理されて、ＯＬＥデータ４００を生成する。
【００３４】
図４（ａ）を参照すると、時間ｔ1〜ｔ2の間、窒化シリコン層４１４及びケイ化タングステン層４１２がエッチングされる。この時間内ではＯＬＥデータ４００に信号は観察されないことに注意する。しかし、他の処理条件（ポリシリコンエッチングに最適化されていない条件など）では、窒化シリコン層及びケイ化タングステン層のエッチング中にＯＬＥデータが観察されることがある。この後、時間ｔ2〜ｔ3の間ポリシリコン層４１０がエッチングされ、はっきりしたＯＬＥデータのパターンを生じる。時間ｔ3においてポリシリコン層４１０がなくなり始め、時間ｔ4まで消失し続ける。時間ｔ4以後、シリコン酸化層４０６がエッチングされＯＬＥデータ４００に信号は観察されない。他の処理条件（ポリシリコンエッチングに最適化されていない条件など）では、シリコン酸化膜のエッチング中（或いは、ここに示されていない他の物質のエッチング中）にＯＬＥデータが観察されることがある。
【００３５】
図５は図１（ａ）〜図１（ｃ）に示された本発明のプロセスモニタリングシステム１０４の概略図であり、専用デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）５０１が採用されている。ＤＳＰ５０１は、好ましくは処理装置１２２よりも極めて速い速度でＯＥ信号サンプルをタイムドメインから周波数ドメインへ変換（前述）するようにプログラムされており、またその結果の周波数成分を解析するために処理装置１２２へ供給するようにログラムされている。この方法によって、必要に応じリアルタイムで処理パラメータを調整できるだけの高速で、ＯＬＥデータの解析が行われる。
【００３６】
プラズマ放射変動のモニタリングに加え本発明者らは、プラズマ処理中にプラズマチャンバのウェーハペデスタルに与えられるＲＦパワーなど他のプラズマ処理の特性にも、プロセス状態、プロセス事象及びプロセスチャンバの情報が含まれていることを見出した。図６は処理システム１００の概略図であり、ここで本発明のプロセスモニタリングシステム１０４は、プラズマ放射変動ではなく、プラズマ処理中のＲＦパワーの変動をモニタするように改造されている。特に本発明のプロセスモニタリングシステム１０４内に検出器１２０は見られず、プラズマチャンバ１０６に与えられたＲＦパワーを代表する信号は処理装置１２２へ供給される。ＲＦパワー信号は、プラズマエッチングシステム１０２の高周波ウェーハバイアス電源６０２から第５制御バス６０４を通って供給される。必要に応じてＲＦパワー信号と共にＯＥ信号を処理装置１２２に供給するため、検出器１２０が使用される場合もあることは理解されよう。
【００３７】
図６に示されるように、高周波ウェーハバイアス電源６０２は処方制御ポート１１０と（所望のプラズマ処方に必要とされるＲＦパワーレベルを受け取るため）、プラズマチャンバ１０６内に置かれたウェーハペデスタル６０６に連結される。図ではウェーハペデスタル６０６上に半導体ウェーハ１０８が設置されている。この技術ではよく知られるように、プラズマ１１８の発生のために誘導結合プラズマ源が使用された場合、通常高周波電源（図示せず）によってプラズマチャンバ１０６の外に配置された高周波アンテナ（図示せず）が駆動され、ウェーハバイアスが必要の場合は別の高周波ウェーハバイアス電源（高周波ウェーハバイアス電源６０２）によってウェーハバイアスが与えられる。ところが容量性結合プラズマ源が使用された場合は、プラズマチャンバ１０６内に第２電極（図示せず）が置かれ、１つの高周波電源（高周波ウェーハバイアス電源６０２）がウェーハペデスタル６０６と第２電極の両方に電圧を与える。
【００３８】
高周波ウェーハバイアス電源６０２は、電源背面のアナログ入力／出力インタフェース６１０などのような、電源６０２によって与えられたＲＦパワーを制御及びモニタするのためのデータポートを有している。例えばインタフェース６１０は、高周波電源６０２からウェーハペデスタル６０６に与えられた電圧（即ち順方向電圧）を表す大きさ、及びウェーハペデスタル６０６から反射して高周波電源６０２へ戻る電圧（即ち反射電圧）を表す大きさに調整された０〜１０ＶのリニアなＤＣ電圧を与える。或いは順方向及び反射電圧信号は、任意の大きさに調節された他のアナログ又はデジタル形式によって表される。これら順方向及び反射電圧信号はＲＦパワーの「検出」信号として第５制御バス６０４を通って処理装置１２２へ供給され、以下に説明するように、１つ又は両方のＲＦパワー検出信号の、少なくとも１つの周波数成分の大きさを経時的にモニタすることによって、プロセス状態、プロセス事象及び／又はプロセスチャンバの情報が提供される。電源６０２からの典型的なＲＦパワー検出信号のデータフローレートは、約９６００Ｈｚである（前述されたプラズマ放射変動の約１０倍の速さ）。一般に、処理システム１００内の構成要素間を伝えられる信号は、処理バスを通るか通らないかに関わらず、アナログ形式又はデジタル形式で伝えられる。例えば、アナログ信号は必要に応じてＡ／Ｄ変換器を通してデジタル化され、ＲＳ−２３２インタフェースやパラレルインターフェースなどを通して転送される。
【００３９】
プラズマ放射変動と同様、処理装置１２２はＲＦパワー検出信号中の局所的な周波数変化を経時的に検査する。具体的には、ＲＦパワー検出信号は処理装置１２２によって定期的にサンプリングされ、連続したサンプルの収集を前述のようにタイムドメインから周波数ドメインへ定期的に変換する（高速フーリエ変換や類似の方法によって）。図５のＤＳＰ５０１が処理装置１２２と共に使用され、ＲＦパワー検出信号に基づいたリアルタイムの処理パラメータ調整が行われる。
【００４０】
図７（ａ）は、図３（ｃ）の多層半導体構造３０４をプラズマエッチングする間に高周波ウェーハバイアス電源６０２のインタフェース６１０によって発生した、順方向ＲＦパワー検出信号７０２（図７（ｂ））から得られたデータ７００の輪郭グラフである。図７（ａ）の影の部分は大きさが大きいことを示す。エッチング中は、図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して説明されたのと同じ処理条件が使用された。図３（ａ）〜図３（ｂ）の、およそｔ3〜ｔ4の時間に対応したデータのみが図７（ａ）〜図７（ｂ）に示されている。
【００４１】
図７（ａ）のデータ７００から、高周波ウェーハバイアス電源６０２からの順方向ＲＦパワー検出信号７０２に、図３（ａ）のＯＬＥデータ３００と同じ低周波数成分の記号が含まれていることが明らかである。時間ｔ3〜ｔ4の間は低周波数成分が現れているが、時間ｔ4を過ぎると急に減少し、時間ｔ4付近でアルミニウム層３１２が消失することを示している。外部プラズマアンテナ用の順方向及び反射ＲＦパワー信号が解析され、低周波数成分の変動を含まないと認められたことに注意する。このことは、ＯＬＥデータの特徴がプラズマ全体ではなく反応生成物に起因して現れるという観察と一致する。
【００４２】
図８は半導体デバイスを製造する自動化手段８００の平面図である。手段８００はロードロック８０２ａ、８０２ｂ、及びウェーハハンドラ８０６を含むウェーハハンドラチャンバ８０４を有している。ウェーハハンドラチャンバ８０４及びウェーハハンドラ８０６は複数の処理チャンバ８０８、８１０に連結されている。最も重要な点として、ウェーハハンドラチャンバ８０４及びウェーハハンドラ８０６は図１（ａ）〜図１（ｃ）又は図６に示された処理システム１００のプラズマチャンバ１０６に連結されている。プラズマチャンバ１０６には、本発明のプロセスモニタリングシステム１０４が連結されている（示されない）。手段８００全体は制御装置８１２によって制御され（手段８００専用制御装置、製造プロセス実施のためのリモートコンピュータシステム、製造実施システムなど）、制御装置８１２にはロードロック８０２ａ、８０２ｂとチャンバ８０８、８１０及び１０６間の半導体基板の搬送を制御し、処理を制御するプログラムが含まれている。
【００４３】
制御装置８１２には、図１（ａ）〜図７（ｂ）を参照して説明したように本発明のプロセスモニタリングシステム１０４によってリアルタイムでプラズマチャンバ１０６のプロセス状態を制御し、リアルタイムでプロセス事象をモニタするためのプログラムが含まれている。本発明のプロセスモニタリングシステム１０４がプラズマチャンバ１０６のプロセス状態をよりよく制御し、そこでのプロセス事象の発生をより正確に特定する（プラズマチャンバ１０６のスループットを効果的に向上する）。従って、自動製造手段８００の歩留まりとスループットが著しく向上する。
【００４４】
プラズマ特性の測定プロセス（プラズマ電磁放射、ＲＦパワーなど）及び検出信号における１つ以上の周波数成分の経時的モニタリング（ＯＥ信号、ＲＦパワー信号など）は、ユーザ、製造プロセス実施のためのリモートコンピュータシステム、製造実施システムなどによって行われる。述べられているように、検出信号の周波数成分のモニタリング及び解析は、好ましくはプロセス中に行われリアルタイムのプロセス制御を可能とする。好ましくは、ユーザ、製造プロセス実施のためのリモートコンピュータシステム、製造実施システム又はその他の適切な制御装置によって、処理装置１２２が特定すべきプロセス事象（不適正なチャッキング、ブレークスルー、終点など）、これに対応してプラズマエッチングシステム１０２に警告を送るべきか否か（例えば、プラズマチャンバ１０６内のプラズマ処理を停止するなど）、必要とされるプロセス状態の情報（例えば、エッチングレート、ＲＦパワー、ウェーハ損傷、ウェーハ温度、エッチング均一性、プラズマ化学反応など）、リアルタイムプロセス制御が使用されるべきかどうか、必要とされるプロセスチャンバ情報（例えば、チャンバ不良情報、チャンバマッチング情報など）及びチャンバ不良が検出された場合プラズマチャンバ１０６内のプラズマ処理を停止するかどうか、が指定される。例えば、ユーザによって選択可能な機能のライブラリが用意され、それによって所望のプロセス状態、プロセス事象及び／又はプロセスチャンバ情報を得るよう処理装置１２２に指示が出され、処理装置１２２はこれに従って動作する（例えばエッチング処理の終点を検出し、その後処理を停止するなど）。
【００４５】
ブレークスルーや終点などのプロセス事象を特定し、チャンバ不良やチャンバマッチング情報などのプロセスチャンバ情報を得るために、関連したプロセス事象やプロセスチャンバの特定情報（終点情報、ブレークスルー情報、チャンバマッチング情報など）を含んだデータベースを処理装置１２２、製造プロセス実施のためのリモートコンピュータシステム、製造実施システムなどの中に用意する。そして処理装置１２２がデータベース内の関連情報にアクセスし、これら関連情報がプロセス事象を特定したりプロセスチャンバ情報を取り出すために利用される。例えば、材料層エッチング中の終点を検出するために１つ以上の検出信号周波数成分に特有な特徴を識別し（前述の通り）、これらをデータベースに格納しておく。その後、処理中に測定された検出信号の周波数成分情報がデータベースに格納された周波数成分情報と比較される。測定された周波数成分情報が格納されている周波数成分情報の予め決められた範囲内にあれば、信号が発せられて終点かブレークスルーが検出されたことを示す。好ましくは、エッチングされる各材料層について、終点かブレークスルーを示す１つ以上の特有な特徴がデータベースに格納されている。
【００４６】
プロセスチャンバ情報については、プラズマチャンバ１０６が適正に作動していることが既知の時に採られたプラズマ処理特有の周波数成分指紋がデータベースに格納され、プロセスチャンバの「校正」指紋としての役割を果たす。その後に続く処理運転の指紋が、定期的にこのデータベースに格納された校正指紋と比較される。その後、引き続く処理操作における指紋を定期的にこのプロセスの校正指紋と比較する。続く指紋の中のドリフト、特徴の広がり、ノイズレベルほか同様の変化を（校正指紋と比較して）定量し、プラズマチャンバ１０６の調子を示す指標として使用したり、チャンバの不良を発見することができる（例えば、データベースに格納された各チャンバの不良に起因する独特な周波数成分の特徴によって）。例えば、チャンバの清掃やメンテナンス作業の後に周波数成分指紋を測定して、チャンバの校正指紋と比較することにより、清掃／メンテナンス作業後のチャンバの適正な機能が保証される。
【００４７】
チャンバマッチングの目的や、１つのチャンバを別のチャンバの指紋と一致するように調整又は均等化するために、２つの異なるチャンバの指紋を比較してもよい（前述の通り）。更に本発明者らは（プラズマ処理の特性を測定することによって生成される）検出信号の低周波数成分中に観察される図３（ａ）、４（ａ）及び７（ａ）に見られるような倍音周波数が、プラズマの状態の変化にともなって変化すること（周波数のシフト）を発見した。このような変化によってプラズマ処理についての情報と共に、プラズマチャンバの高周波電源やマッチングネットワークについての重要な情報が得られる。これら変化を比較検討することによって、チャンバのマッチング（２つのチャンバの高周波電源及びマッチングネットワークの間の類似性を特定する）や、チャンバ状態を知る（高周波電源の調子とマッチングネットワークの効率性を、経時的或いはチャンバメンテナンス後にモニタする）ことができる。倍音周波数の特徴もデータベースに格納され、必要に応じて引き続くプロセス運転での校正指紋としての役割を果たす。
【００４８】
前記の記述は本発明の好ましい実施形態のみを開示しており、当業者であれば本発明の範囲内で上に開示された装置及び方法の変形が可能であることは明らかであろう。例えば、ここではモニタされる周波数成分範囲を好ましいものについてのみ記載しているが、必要に応じて他の周波数成分範囲をモニタすることもできる。ＲＦパワー検出信号６０２のノイズを低減するために高周波センサをウェーハペデスタル６０６に直接連結して用いてもよい。必要であれば、プラズマ放射変動検出信号或いはＲＦパワー検出信号の１つの周波数成分のみをモニタすることも可能である。
【００４９】
本発明はプラズマを用いた半導体デバイス製造工程のプロセス状態のモニタに関して記述されたが、一般に反応レートによって変化する特性を有する、いかなる化学反応をモニタするためにも本発明を用いることができる（プラズマの使用、半導体デバイス製造との関係の有無に関わらず）。例えば任意の化学反応について、温度、圧力、重量（例えば結晶微量天秤による）、化学発光などによる低周波数の変化をモニタすることにより、反応に関するプロセス状態情報、プロセス事象情報、また適用されるならプロセスチャンバ情報を得ることができる。具体的には化学反応の特性が測定され、少なくとも１つの周波数成分を有する（これと関連した大きさの）検出信号が発生され、この検出信号の、少なくとも１つの周波数成分の大きさ（化学反応の化学反応レートに関連した少なくとも１つの周波数成分の大きさ）が経時的にモニタされる。他の例では、堆積プロセスのプロセス特性（温度、圧力、重量、プラズマ放射、ＲＦパワーなど）に低周波数変動が現れ、これに堆積の間のプロセス状態、プロセス事象及びチャンバに関する情報が含まれている。堆積プロセスとしては化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ）及び高密度プラズマＣＶＤがあり、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ）及び高密度プラズマＣＶＤは窒化シリコン、ケイ化タングステン、ポリシリコン、高低温材料、III-V又はII-VI半導体、フッ素化シリコン、リン酸トリエチル（ＴＥＰＯ）膜やオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）膜、その他の材料の堆積に使用される。堆積プロセスのプロセス状態、プロセス事象及びチャンバに関する情報は、堆積レート、化学反応、高周波電源の動作などをモニタするために利用され、同様に前述のようなチャンバ不良のモニタやチャンバマッチングの目的にも使用される。
【００５０】
従って、本発明は発明の好ましい実施形態と関連づけて開示されてきたが、その他の実施形態も、以下の請求に定義される本発明の精神とその範囲に含まれることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づいて考案されたプロセスモニタリングシステムを使用したプラズマ処理システムの概略図である。
【図２】  図１（ａ）に記載の、本発明によるプロセスモニタリングシステムによって生成される光放射スペクトル信号の代表的なグラフである。
【図３】（ａ）は、本発明に基づいてアルミニウムエッチングされる間に発生された、光低周波放射（ＯＬＥ）データの輪郭図であり、（ｂ）は（ａ）のＯＬＥデータが得られる元となった光放射スペクトル信号の図であり、（ｃ）は、（ｂ）の光放射スペクトル信号を発生するようにエッチングされた、多層半導体構造の略断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明に基づいてポリシリコンエッチングされる間に発生された、光低周波放射（ＯＬＥ）データの輪郭図であり、（ｂ）は（ａ）のＯＬＥデータを作成する元となった光放射スペクトル信号の図であり、（ｃ）は（ｂ）の光放射スペクトル信号を発生するようにエッチングされた、ポリシリコン積層構造の略断面図である。
【図５】  デジタル信号処理（ＤＳＰ）採用による、図１（ａ）〜図１（ｃ）に記載の本発明のプロセスモニタリングシステム概略図である。
【図６】  プラズマ処理中のＲＦパワー変動のモニタ用に改造された、図１（ａ）〜図１（ｃ）のプラズマ処理システム概略図である。
【図７】（ａ）は図３（ｃ）に記載の多層半導体構造のプラズマエッチング中に発生する、順方向ＲＦパワー検出信号から得られたデータの輪郭図であり、（ｂ）は（ａ）が得られる元となった、順方向ＲＦパワー検出信号の図である。
【図８】  本発明に基づいて半導体デバイスを製造するための、自動化手段の平面図である。
【符号の説明】
１００…処理システム、１０２…プラズマエッチングシステム、１０４…プロセスモニタリングシステム、１０６…プラズマチャンバ、１０８…プラズマエッチシステム制御装置、１１０…レシピ制御ポート、１２０…検出器、１２２…プロセッサ。
【図１】
0004456224.tif 000003
【図２】
0004456224.tif 000004
【図３】
0004456224.tif 000005
【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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