(57)【要約】【課題】エンドポイント信号を使用してエッチ特性を決定するための方法及び装置【解決手段】本発明は、処理チャンバと、該処理チャンバに結合され、少なくとも１つのエンドポイント信号を測定するように構成される診断システムと、該診断システムに結合され、エッチ速度及び該エンドポイント信号からの該エッチングのエッチ速度均一性の少なくとも１つをインシチューで決定するように構成されるコントローラとを具備する基板上の層をエッチングするプラズマ処理システムを提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の層をエッチングするためのプラズマ処理システムであって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバに結合され、少なくとも１つのエンドポイント信号を測定するように構成されている診断システムと、
前記診断システムに結合され、前記処理チャンバ内でのエッチング処理のエッチ速度及びエッチ速度均一性のうちの少なくとも１つを、前記少なくとも１つのエンドポイント信号及び前記層の厚さから求めるように構成され、前記厚さは、最小厚さ、最大厚さ、平均厚さ及び厚さ範囲のうちの少なくとも１つである、コントローラとを具備するプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記診断システムは、光診断サブシステム及び電気診断サブシステムのうちの少なくとも１つを備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項３】
前記光診断サブシステムは、検出器、光フィルタ、回折格子、及びプリズムのうちの少なくとも１つを備えている請求項２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４】
前記光診断サブシステムは、分光計及び単色光分光器のうちの少なくとも１つを備えている請求項２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項５】
前記電気診断サブシステムは、電圧プローブ、電流プローブ、スペクトルアナライザ、外部ＲＦアンテナ、電力計、及びコンデンサ設定モニタのうちの少なくとも１つを備えている請求項２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのエンドポイント信号は、エンドポイント変移を備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項７】
前記エンドポイント変移は、開始時間と、終了時間と、変曲時間とを備えている請求項６に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記エッチ速度は、前記エンドポイント変移の前記開始時間に対する前記層の前記最小厚さの比率から求められる請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項９】
前記エッチ速度は、前記エンドポイント変移の前記終了時間に対する前記層の前記最大厚さの比率から求められる請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
前記エッチ速度は、前記エンドポイント変移の前記変曲時間に対する前記層の前記平均厚さの比率から求められる請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
前記エッチ速度均一性ΔＥは、Ｔｍａｘが前記最大厚さであり、ΔＴが前記厚さ範囲であり、Δｔが前記開始時間と前記終了時間の間の時間差であり、Ｅが前記エッチ速度である、
【数１】
2006505137.tif 000009
から求められる請求項８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１２】
比率信号は、第２のエンドポイント信号に対する第１のエンドポイント信号の比率から求められる請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１３】
前記比率信号は、エンドポイント変移を備えている請求項１２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１４】
前記エンドポイント変移は、開始時間と、終了時間と、変曲時間とを備えている請求項１３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１５】
前記エッチ速度は、前記比率信号の前記エンドポイント変移の前記開始時間に対する前記層の前記最小厚さの比率から求められる請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１６】
前記エッチ速度は、前記比率信号の前記エンドポイント変移の前記終了時間に対する前記層の前記最大厚さの比率から求められる請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１７】
前記エッチ速度は、前記比率信号の前記エンドポイント変移の前記変曲時間に対する前記層の前記平均厚さの比率から求められる請求項１４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのエンドポイント信号は、前記プラズマ処理システムから発せられる光のスペクトル放射照度に関係する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのエンドポイント信号は、フィルタリングされる請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２０】
プラズマ処理システム内の基板上の層をエッチングするためのエッチ特性を決定するインシチュー方法であって、
最小厚さ、最大厚さ、平均厚さ、及び厚さ範囲のうちの少なくとも１つを備えている前記層の厚さを提供することと、
前記基板上の前記層をエッチングすることと、
前記プラズマ処理システムに結合された診断システムを使用して、エンドポイント変移を備えている少なくとも１つのエンドポイント信号を測定することと、
前記エンドポイント変移の間の時間と、前記エッチングの開始時間との差異に対する前記厚さの比率から前記エッチ速度を求めることとを具備するインシチュー方法。
【請求項２１】
前記診断システムは、光診断サブシステム及び電気診断サブシステムのうちの少なくとも１つを備えている請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記光診断サブシステムは、検出器、光フィルタ、回折格子、及びプリズムのうちの少なくとも１つを備えている請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記光診断サブシステムは、分光計及び単色光分光器のうちの少なくとも１つを備えている請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記電気診断サブシステムは、電圧プローブ、電流プローブ、外部ＲＦアンテナ、電力計、スペクトルアナライザ、及びコンデンサ設定モニタのうちの少なくとも１つを備えている請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記エンドポイント変移は、開始時間と、終了時間と、変曲時間とを備えている請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記厚さは、前記層の前記最小厚さであり、かつ前記時間は、前記エンドポイント変移の前記開始時間である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記エッチ速度は、前記少なくとも１つのエンドポイント信号の１つにおける前記エンドポイント変移の前記終了時間に対する前記層の前記最大厚さの比率から求められる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記エッチ速度は、前記少なくとも１つのエンドポイント信号の１つにおける前記エンドポイント変移の前記変曲時間に対する前記層の前記平均厚さの比率から求められる請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのエンドポイント信号は、２つのエンドポイント信号を備えている請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
比率信号は、前記２つのエンドポイント信号の第２のエンドポイント信号に対する、前記２つのエンドポイント信号の第１のエンドポイント信号の比率から求められる請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記比率信号は、エンドポイント変移を備えている請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記エンドポイント変移は、開始時間と、終了時間と、変曲時間とを備えている請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記エッチ速度は、前記比率信号の前記エンドポイント変移の前記開始時間に対する前記層の前記最小厚さの比率から求められる請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記エッチ速度は、前記比率信号の前記エンドポイント変移の前記終了時間に対する前記層の前記最大厚さの比率から求められる請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記エッチ速度は、前記比率信号の前記エンドポイント変移の前記変曲時間に対する前記層の前記平均厚さの比率から求められる請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１つのエンドポイント信号は、前記プラズマ処理システムから発せられる光のスペクトル放射照度に関係する請求項２０に記載の方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのエンドポイント信号は、フィルタリングされる請求項２０に記載の方法。
【請求項３８】
前記方法は、前記少なくとも１つのエンドポイント信号の前記エンドポイント変移の時間分を求めることを、さらに具備する請求項２０に記載の方法。
【請求項３９】
前記方法は、前記エッチ速度、前記エンドポイント変移の前記時間分、及び前記層の前記厚さ範囲からエッチ速度均一性を求めることを、さらに具備する請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記方法は、前記比率信号の前記エンドポイント変移の時間分を求めることを、さらに具備する請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記方法は、前記エッチ速度、前記エンドポイント変移の前記時間分、及び前記層の前記厚さ範囲からエッチ速度均一性を求めることを、さらに具備する請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記エッチ速度均一性ΔＥは、Ｔｍａｘが前記最大厚さであり、ΔＴが前記厚さ範囲であり、Δｔが前記開始時間と前記終了時間の時間差であり、Ｅが前記エッチ速度である、
【数２】
2006505137.tif 000010
から求められる請求項９に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４３】
前記エッチ速度均一性ΔＥは、Ｔｍａｘが前記最大厚さであり、ΔＴが前記厚さ範囲であり、Δｔが前記開始時間と前記終了時間の時間差であり、Ｅが前記エッチ速度である、
【数３】
2006505137.tif 000011
から求められる請求項１０に記載のプラズマ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００２年１０月３１日に出願された米国仮出願第６０／４２２，５１０号に対する優先権を主張し、２００２年１０月３１日に出願された、代理人整理番号第２２８１６０ＵＳＵＳ６ＹＡ  ＰＲＯＶ号、「エンドポイントを検出するための方法及び装置（Method and apparatus for detecting endpoint）」と題される同時係属出願第６０／４２２，５１０号に関連する。これらの出願の内容は参照してここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、基板をプラズマ処理するための方法及び装置に関し、さらに詳細にはプラズマエッチ処理の間に基板上の層のエッチ特性を決定するためのインシチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体素子製造業界における集積回路（ＩＣ）の製造は、基板から材料を除去する、及び基板に材料を付着するために必要な表面化学反応を生じさせ、補助するために、通常プラズマを利用する。一般的には、プラズマは、供給されたプロセスガスとのイオン化衝突を維持するほど十分なエネルギーまで電子を加熱することにより真空状態でプラズマ処理システム内に形成される。さらに、加熱された電子は分離性の衝突を維持するほど十分なエネルギーを有する場合があるため、帯電した粒子種（ｓｐｅｃｉｅｓ）及び処理システム内で行われている特定の処理（例えば、材料がその間に基板から除去されるエッチング処理、あるいは材料がその間に基板に付加される付着処理）に適した化学的に反応性の粒子種の群を作り出すために、所定の条件下（例えば、チャンバ圧力、ガス流量等）のガスの特定の集合が選ばれる。例えば、エッチ処理の間、エッチ速度及びエッチ速度の空間的な均一性を監視することは、プラズマ処理システムの状態を決定するとき、及び保守間隔の後にこのようなシステムを適格とするために非常に重要となる場合がある。現在の製造慣行では、システム確認試験は、一連の品質認定基板を実行し、結果として生じるエッチ速度及びエッチ速度均一性を測定し、製造を続行するのか、あるいは処理チャンバのウェットクリーニングなどのシステム保守を実行するのかどうかを決定するために通常行われる。さらに、エッチ速度及びエッチ速度の均一性を決定する方法は、基板劈開（つまり、基板の犠牲）及びＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）分析を必要とする。ＳＥＭ顕微鏡写真を使用すると、品質認定基板上のさまざまな場所で特徴エッチ深度を測定することができ、エッチ時間と組み合わせると、エッチ速度及びエッチ速度均一性のための情報を獲得できる。
【０００４】
このためかなりのシステム製造時間が費やされ、品質認定基板が消費され、したがって浪費的に品質認定処理の間の製造費がさらに増大する。さらに、製造基板及び品質認定基板は大きく異なることがあるため、システム確認試験に関して誤った結果につながる場合がある。例えば、資格認定基板上で測定されたエッチ速度は、必ずしも製造ウェハ上の実際のエッチ速度を反映しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、エッチ処理の間のエッチ特性を決定するための方法及びシステムを提供し、該方法は前記に特定された短所に有利に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
処理チャンバと、該処理チャンバに結合され、少なくとも１つのエンドポイント信号を測定するように構成される診断システムと、該診断システムに結合され、エッチ速度及び該エンドポイント信号及び該層の厚さからエッチングのエッチ速度均一性の少なくとも１つをインシチューで決定するように構成されるコントローラとを備える、基板上の層をエッチングするためのプラズマ処理システムを提供することは本発明の目的であり、該厚さは最小厚さ、最大厚さ、平均厚さ、及び厚さ範囲の少なくとも１つを備える。
【０００７】
該厚さが最小厚さ、最大厚さ、平均厚さ及び厚さ範囲の少なくとも１つを備える、該層の厚さを提供することと、該基板上の層をエッチングすることと、該プラズマ処理システムに結合される診断システムを使用して少なくとも１つのエンドポイント信号を測定し、該エンドポイント信号がエンドポイント変移を備えることと、該厚さ対該エンドポイント変移の間の時間と該エッチングの開始時間の差異の比率からエッチ速度を決定することとを備える、プラズマ処理システム内の基板上の層をエッチングするためのエッチ特性を決定するインシチュー方法を提供することは、本発明の別の目的である。
【０００８】
本発明のこれらの及び他の利点は、添付図面とともに解釈される本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明からさらに明らかになり、より容易に理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態に従って、プラズマ処理チャンバ１０と、該処理チャンバ１０に結合されている診断システム１２と、該診断システム１２に結合されているコントローラ１４とを備えるプラズマ処理システム１が図１に示されている。該コントローラ１４は、該診断システム１２から少なくとも１つのエンドポイント信号を受信し、エッチ速度またはエッチ速度均一性などのエッチ特性を該少なくとも１つのエンドポイント信号から決定するように構成されている。図１に示す実施形態では、プラズマ処理システム１は材料処理のためのプラズマを活用する。望ましくは、プラズマ処理システム１はエッチチャンバを備える。
【００１０】
図２に示す本発明の実施形態に従って、プラズマ処理システム１は、プラズマ処理チャンバ１０と、処理対象の基板２５（例えば、半導体ウェハまたは液晶ディスプレイパネル）がその上で固定されている基板ホルダ２０と、真空ポンプシステム３０とを備える場合がある。基板２５は、例えば、半導体基板、ウェハまたは液晶ディスプレイである場合がある。プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、基板２５の表面に隣接する処理領域１５内でのプラズマの生成を助長するように構成される場合がある。イオン化ガス、または混合ガスはガス注入システム（図示せず）を介して導入され、処理圧力が調整される。例えば、真空ポンプシステム３０を制御するために制御機構（図示せず）を使用できる。望ましくは、プラズマは所定の材料処理の特殊な材料を作成するため、及び基板２５の露呈面からの材料の除去を補助するために活用される。該プラズマ処理システム１は、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板、またはさらに大きなものを処理するように構成できる。
【００１１】
基板２５は、例えばそれが基板ホルダ２０の中に収容されている基板リフトピン（図示せず）によって受け取られ、その中に収容されている装置によって機械的に変換されるロボット基板移送システムを介してスロット弁（図示せず）及びチャンバフィードスルー（図示せず）を通ってプラズマ処理チャンバ１０の中に、及び中から移送される。いったん基板２５が基板移送システムから受け取られると、それは基板ホルダ２０の上面まで引き下げられる。
【００１２】
基板２５は、例えば、静電型クランピング方式を介して基板ホルダ２０に固定できる。さらに、基板ホルダ２０は、例えば、さらに、基板ホルダ２０から熱を受け取り、熱を熱交換器システム（図示せず）に伝達する、あるいは加熱時に熱交換器システムから熱を伝達する再循環冷却剤の流れを含む冷却システムを含む場合がある。さらに、ガスは、例えば、基板２５と基板ホルダ２０の間のガス−空隙熱伝導係数を改善するために裏面ガスシステムを介して基板２５の裏面に供給できる。基板の温度制御が高温で、または低温で必要とされるときにこのようなシステムを活用することができる。他の実施形態では、抵抗加熱要素（エレメント）などの加熱要素、すなわち熱電加熱器／冷却器を含むことができる。
【００１３】
プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、基板ホルダ２０及びプラズマ処理チャンバ１０に結合され、プラズマ処理チャンバ１０の中の減圧大気から縦型並進装置を密封するように構成されているベローズ（図示せず）によって取り囲まれている縦型並進装置（図示せず）を備える場合がある。さらにベローズシールド（図示せず）は、例えば、基板ホルダ２０に結合され、処理プラズマからベローズを保護するように構成できる。基板ホルダ２０は、例えば、さらにフォーカスリング（図示せず）、シールドリング（図示せず）、及び調整板（図示せず）を提供することがある。
【００１４】
図２に図示されている実施形態では、基板ホルダ２０は、ＲＦ電力がその中を通って処理空間１５内の処理プラズマに結合される電極を備えることがある。例えば、基板ホルダ２０は、インピーダンスマッチネットワーク５０を通してＲＦジェネレータ４０から基板ホルダ２０へのＲＦ電力の伝達を介してＲＦ電圧で電気的にバイアスをかけることができる。該ＲＦバイアスはプラズマを形成、維持するために電子を加熱するために役立つことがある。この構成では、システムは反応性イオンエッチ（ＲＩＥ）リアクタとして動作し、チャンバ及び上部ガス注入電極は接地面としての役割を果たす。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。プラズマ処理用のＲＦシステムは当業者に周知である。
【００１５】
代わりに、ＲＦ電力は複数の周波数で基板ホルダ電極に印加される。さらに、インピーダンスマッチネットワーク５０は、反射電極を最小限に抑えることによってプラズマ処理チャンバ１０内のプラズマへのＲＦ電力の伝達を増大する役割を果たす。マッチネットワークトポロジ（例えばＬ型、π型、Ｔ型等）及び自動制御方法は当業者にとって周知である。
【００１６】
引き続き図２に関して、プロセスガスは例えば、ガス注入システム（図示せず）を通して処理領域１５に導入できる。プロセスガスは、当技術分野で既知の他の類似する化学反応だけではなく、例えば、アルゴン、ＣＦ４及びＯ２の混合ガス、または酸化物エッチ応用例の場合はアルゴン、Ｃ４Ｆ８及びＯ２、あるいはＯ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ４Ｆ８、Ｏ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ５Ｆ８、Ｏ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ４Ｆ６、Ｏ２／Ａｒ／Ｃ４Ｆ６、Ｏ２／Ａｒ／Ｃ５Ｆ８、Ｎ２／Ｈ２などの他の化学反応を含む場合がある。ガス注入（インジェクション）システムはシャワーヘッドを含む場合があり、プロセスガスは、ガス注入プレナム（図示せず）、一連の調整板（図示せず）及びマルチオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート（図示せず）を通して、ガス送出（デリバリー）システム（図示せず）から処理領域１５に供給される。ガス注入システムは真空処理の当業者にとって周知である。
【００１７】
真空ポンプシステム３０は、例えば、毎秒５０００リットル（以上）までポンプ速度を上げることができるターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力を抑えるためのゲート弁を含む場合がある。乾式プラズマエッチに活用される従来のプラズマ処理装置では、一般的には毎秒１０００リットルから３０００リットルのＴＭＰが利用される。ＴＭＰは、通常５０ｍトル（Ｔｏｒｒ）未満の低圧処理のために有効である。より高圧では、ＴＭＰポンプ速度は劇的に低下する。高圧処理（つまり１００ｍトルを上回る）の場合、機械ブースタポンプ及び乾式粗選ポンプを利用できる。さらに、チャンバ圧力を監視するための装置（図示せず）が、プラズマ処理チャンバ１０に結合できる。圧力測定装置は、例えば、マサチューセッツ州、アンドーバー（Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）のＭＫＳインスツルメンツ社（ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｔｎｓ，Ｉｎｃ．）から市販されている、６２８Ｂ型バラトロン（Ｂａｒａｔｒｏｎ）絶対キャパシタンスマノメータである場合がある。
【００１８】
コントローラ１４は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びプラズマ処理システム１からの出力を監視するだけではなく、プラズマ処理システム１に対する入力を伝達、活性化するにも十分な制御信号を発生できるデジタルＩ／Ｏポートを備える。さらに、コントローラ１４は、裏面ガス送出（デリバリー）システム（図示せず）、基板／基板ホルダ温度測定システム（図示せず）、及び静電型クランピング方式（図示せず）だけではなく、ＲＦジェネレータ４０、インピーダンスマッチネットワーク５０、ガス注入（インジェクション）システム（図示せず）、真空ポンプシステム３０にも結合し、それらと情報を交換できる。例えば、メモリに記憶されているプログラムは、記憶されているプロセスレシピに従って、プラズマ処理システム１の前述された構成要素に対する入力を活性化するために活用できる。コントローラ１４の一例が、テキサス州、オースチン（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）のデルコーポレーション（Ｄｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できるＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ  ６１０（商標）である。
【００１９】
診断システム１２は、光診断サブシステムを含むことがある。該光診断サブシステムは、プラズマから発せられる光強度全体を測定するための（シリコン）フォトダイオードまたは光電子倍増管（ＰＭＴ）などの検出器を備えることがある。診断システム１２は、さらに狭帯域干渉フィルタなどの光フィルタを含むことがある。代替実施形態では、診断システム１２は、線路ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＩＤ（電荷注入素子）アレイ、及び回折格子またはプリズムなどの分光装置の内の少なくとも１つを含むことがある。さらに、診断システム１２は、指定波長で光を測定するための単色光分光器（例えば、回折格子／検出器システム）、あるいは例えば米国特許第５，８８８，３７７号に説明されている装置などの光スペクトルを測定するための（例えば回転回折格子付きの）分光計を含むことがある。さらに、診断システム１２は、光診断サブシステムに、及び光診断システムの動作を制御するためのコントローラ１４に結合されるプロセッサを備えることもある。
【００２０】
例えば、診断システム１２は、ピークセンサシステムズ（Ｐｅａｋ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）またはヴェリティインスツルメンツ社（Ｖｅｒｉｔｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）からの高解像度ＯＥＳセンサを含むことがある。このようなＯＥＳセンサは紫外線（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）及び近赤外線（ＮＩＲ）光スペクトルに及ぶ幅広いスペクトルを有する。解像度は約１．４オングストロームである。すなわち、センサは２４０ｎｍから１０００ｎｍまでの５５５０の波長を収集できる。センサは、同様に２０４８ピクセル線形ＣＣＤアレイと一体化されている高感度小型光ファイバＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光計を備える。
【００２１】
分光計は単一光ファイバまたはバンドル光ファイバを通して伝達される光を受け取り、光ファイバから出力される光は固定回折格子を使用して線路ＣＣＤアレイ全体に分散される。前述された構成と同様に、光真空ウィンドウを通る発光は凸型球面レンズを介して光ファイバの入力端の上に焦点を合わせられる。それぞれが特に指定スペクトル範囲のために明確に同調している３つの分光計（ＵＶ、ＶＩＳ及びＮＩＲ）が処理チャンバ用のセンサを形成する。各分光計は独立したＡ／Ｄ変換器を含む。そして最後に、センサの活用に応じて完全放射スペクトルが、０．１秒から１．０秒ごとに記録できる。
【００２２】
代わりに、診断システム１２は、プラズマ処理システム１の電気特性を監視するための電流及び／または電圧プローブ、電力計、及びスペクトルアナライザの少なくとも１つを含むことができる電気診断サブシステムを備える場合がある。例えば、プラズマ処理システムは多くの場合ＲＦ電力を利用してプラズマを形成し、その場合、例えば同軸ケーブルまたは構造などのＲＦ伝送線路は、電気結合素子（すなわち誘導コイル、電極等）を通してＲＦエネルギーをプラズマに結合するために利用される。例えば電流−電圧プローブを使用する電気的な測定は、ＲＦ伝送線路内などの電気（ＲＦ）回路内のどこかで実施できる。さらに、電圧または電流の時間トレースなどの電気信号の測定は、離散フーリエ級数表示を使用する（周期信号を想定する）周波数空間への該信号の変換を可能にする。その後、フーリエスペクトル（または時間変化信号の場合には、周波数スペクトルなどを仮定する）は、プラズマ処理システム１の状態を特徴付けるために監視し、分析できる。エンドポイント信号は、電圧信号、電流信号、インピーダンス信号またはそれらの高調波信号から確かめることができる。電圧−電流プローブは、それぞれが全体として参照によりここに組み込まれる、例えば、２００１年１月８日に出願された係属中の米国出願第６０／２５９，８６２号に、あるいは１９９５年１１月１４日にセマテック社（Ｓｅｍａｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．）に発行された米国特許第５，４６７，０１３号に詳細に説明されているような装置である場合がある。
【００２３】
代替実施形態では、診断システム１２が、プラズマ処理システム１の外部の放射ＲＦ界を測定するために有効な広帯域ＲＦアンテナを備えることがある。エンドポイント信号は、放射信号、つまりその高調波信号から確かめることができる。市販されている広帯域ＲＦアンテナは、アンテナ研究モデルＲＡＭ−２２０（０．１ＭＨｚから３００ＭＨｚ）などの広帯域アンテナである。広帯域ＲＦアンテナの使用は、それぞれが全体として参照によりここに組み込まれる、２００２年７月３日に出願された係属中の米国出願番号第６０／３９３，１０１号、２００２年７月３日に出願された係属中の米国出願番号第６０／３９３，１０３号、及び２００２年７月３日に出願された係属中の米国出願番号第６０／３９３，１０５号にさらに詳細に説明されている。
【００２４】
代替実施形態では、エンドポイント信号は、インピーダンスマッチネットワーク内のコンデンサ設定値を監視するためにインピーダンスマッチネットワークに結合される診断システム１２から確かめることができる。該インピーダンスマッチネットワークは、例えば図２から図５のインピーダンスマッチネットワーク５０、図４のインピーダンスマッチネットワーク７４、及び図５のインピーダンスマッチネットワーク８４である場合がある。
【００２５】
図３に示されている実施形態では、プラズマ処理システム１は、例えば、さらに、図１及び図２に関して説明されているそれらの構成要素に加えて、プラズマ密度を潜在的に増大する、及び／またはプラズマ処理均一性を改善するために、固定的に、あるいは機械的または電気的にどちらかで回転するＤＣ磁場システム６０を備えることがある。さらに、コントローラ１４は、回転速度及び場の強さを調整するために、回転式磁場システム６０に結合される。回転式磁場の設計及び実現は当業者に周知である。
【００２６】
図４に図示される実施形態では、例えば、図１及び図２のプラズマ処理システム１は、さらに、インピーダンスマッチネットワーク７４を通してＲＦジェネレータ７２からＲＦ電力を結合できる上部電極７０を備える場合がある。ＲＦ電力の上部電極への印加のための通常の周波数は１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは６０ＭＨｚである。さらに、ＲＦ電力の下部電極への印加のための通常の周波数は０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは２ＭＨｚである。さらに、コントローラ１４は、ＲＦ電力の上部電極７０への印加を制御するために、ＲＦジェネレータ７２及びインピーダンスマッチネットワーク７４に結合される。上部電極の設計及び実現は当業者に周知である。
【００２７】
図５に図示されている実施形態では、図１のプラズマ処理システムは、例えばさらにＲＦ電力がインピーダンスマッチネットワーク８４を通してＲＦジェネレータ８２を介して結合される誘導コイル８０を備える場合がある。ＲＦ電力は誘電体窓（図示せず）を通して、誘電コイル８０からプラズマ処理領域４５に誘導結合されている。誘電コイル８０に対するＲＦ電力の印加のための通常の周波数は１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。同様に、チャック電極に対する電力の印加のための通常の周波数は０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲となり、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。さらに、スロット付きファラデーシールド（図示せず）は、誘電コイル８０とプラズマの間の容量結合を削減するために利用できる。さらに、コントローラ１４は誘電コイル８０に対する電力の印加を制御するために、ＲＦジェネレータ８２及びインピーダンスマッチネットワーク８４に結合される。代替実施形態では、誘電コイル８０は、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）リアクタにおいてのように上からプラズマ処理領域１５と連通する「螺旋状の」コイルまたは「パンケーキ」コイルに結合される。誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）ソース、あるいは変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）ソースの設計及び実現は、当業者にとって周知である。
【００２８】
代わりに、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用して形成できる。さらに別の実施形態では、プラズマはヘリコン波の発射から形成される。さらに別の実施形態ではプラズマは伝搬する表面波から形成される。前述したそれぞれのプラズマソースは当業者にとって周知である。
【００２９】
以下の説明では、プラズマ処理システム１内の基板上の層をエッチングするためのエッチ速度及びエッチ速度均一性を決定するインシチュー方法が、一例に光学発光分光法（ＯＥＳ）を使用して提示されている。しかしながら、説明されている方法は、この例示的な提示により適用範囲で制限されるべきではない。
【００３０】
再び図１から図５を参照すると、診断システム１２は、プラズマから発せられる光の放射照度、つまりスペクトル放射照度を測定するために活用される光診断サブシステムを備える場合がある。例えば、図６は処理空間１５内のプラズマから発せられる指定波長の光及びその第１の導関数１１８のための例示的なエンドポイント信号１００を提示している。エンドポイント信号１００は、さらにエンドポイント変移１１０を備える場合があり、エンドポイント信号１００の明確な変化は処理のエンドポイントを構成する。例えば、（図６でのように）崩壊するか、またはエンドポイントの間に濃度（したがってスペクトル放射照度）が上昇するかのどちらかのエッチ反応の間に存在する特殊な化学構成要素に対応する光の放射は、監視目的のために選択できる。
【００３１】
本発明の実施形態では、厚さＴを備える材料層のエッチ速度は、エッチ処理の始まり（つまり信号エンドポイント１００における時間ｔ０＝０）とエンドポイント変移１１０の間の時間ｔの間の時間分に対する厚さＴの比率から求めることができる。このケースでは、
【数４】
2006505137.tif 000002
【００３２】
であり、ここでＥはエッチ速度である。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、最小厚さＴｍｉｎ、最大厚さＴｍａｘ、及び平均厚さＴｍｅａｎを備える材料の層のためのエッチ速度は、エッチ処理の始まり（つまり、エンドポイント信号１００の時間ｔ０＝０）で開始し、エンドポイント変移１１０（図６を参照）の開始時間１１２までの時間分に対する最小層厚さの比率から求めることができる。このケースでは、
【数５】
2006505137.tif 000003
【００３４】
ここでＥはエッチ速度であり、ｔ０はエッチ処理の開始時間であり、ｔ１１２はエンドポイント変移１１０の開始時間１１２である。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、最小厚さＴｍｉｎ、最大厚さＴｍａｘ、及び平均厚さＴｍｅａｎを備える材料の層のエッチ速度は、エッチ処理の始まり（つまりエンドポイント信号１００での時間ｔ０＝０）で開始し、エンドポイント変移１１０（図６を参照）の終了時間１１４までの時間分に対する最大層厚さの比率から求めることができる。このケースでは、
【数６】
2006505137.tif 000004
【００３６】
ここでは、Ｅはエッチ速度であり、ｔ０はエッチ処理の開始時間であり、ｔ１１４はエンドポイント信号１１０の終了時間１１４である。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、最小厚さＴｍｉｎ、最大厚さＴｍａｘ及び平均厚さＴｍｅａｎを備える材料の層のエッチ速度は、エッチ処理の始まり（つまりエンドポイント信号１００の時間ｔ０＝０）で開始し、エンドポイント変移１１０における変曲点またはエンドポイント信号１００（図６を参照）の第１の導関数１１８の（負の傾きでの）最大に相当するエンドポイント変移１１０の変曲時間１１６までの時間分に対する平均層厚さの比率から求めることができる。このケースでは、
【数７】
2006505137.tif 000005
【００３８】
ここでＥはエッチ速度であり、ｔ０はエッチ処理の開始時間であり、ｔ１１６は前述されたようなエンドポイント変移１１０の変曲時間１１６である。
【００３９】
本発明の別の実施形態では、最小厚さＴｍｉｎ、最大厚さＴｍａｘ、平均厚さＴｍｅａｎ、及び厚さ範囲ΔＴを備える材料の層のためのエッチ速度均一性は、最大エッチ速度Ｅｍａｘ、最小エッチ速度Ｅｍｉｎ、最大厚さ、厚さ範囲、及びエンドポイント変移１１０の（図６で１２０として示されている）タイムスパンΔｔから求めることができる。このケースでは、
【数８】
2006505137.tif 000006
【００４０】
ここでΔＥはエッチ速度均一性である。ＥｍａｘＥｍｉｎからＥ２であるため、式（５）は、以下のように簡略化できる。
【数９】
2006505137.tif 000007
【００４１】
本発明の別の実施形態では、最小厚さＴｍｉｎ、最大厚さＴｍａｘ、及び平均厚さＴｍｅａｎを備える材料の層のエッチ速度は、図７Ａ及び図７Ｂに示されているエンドポイント信号１００Ａ及び１１０Ｂのように、診断システム１２から２つ以上の信号により求めることができる。エンドポイント信号１００Ａは、例えば、その濃度がエンドポイントの間に崩壊する化学的成分からの放射に相当し、エンドポイント信号１００Ｂが、例えば、その濃度がエンドポイントの間に上昇する化学的成分からの放射に相当する。次に１つ以上の比率信号を、時間の各瞬時にエンドポイント信号１００Ｂでエンドポイント信号１００Ａを除算することにより求められる比率信号１３０（図７Ｃ）のような該２つ以上の信号から求めることができる。さらに、１つ以上の微分信号は、比率信号１３０の第１の導関数から求められる微分信号１４０（図７）のような該１つ以上の比率信号から求めることができる。例えば、第１の導関数は、一次（前方または後方）差分方式または二次（中心）差分方式を使用して推定できる。前述したように、エッチ速度は、エッチ処理の始まり（つまり、信号１００Ａ、１００Ｂの時間ｔ＝０）で開始し、比率信号１３０（図７Ｃ）の変曲点または微分信号１４０（図７Ｄを参照）の（負の傾きでの）最大１４２に相当する比率信号１３０の変曲時間までの時間分に対する平均層厚さの比率から求めることができる。このケースでは、
【数１０】
2006505137.tif 000008
【００４２】
ここでＥはエッチ速度であり、ｔ０はエッチ処理の開始時間であり、ｔ１４２は微分信号１４０の負の傾きの最大１４２に相当する時間である。さらにエッチ速度均一性は前述したように式（６）から求めることができる。
【００４３】
前述したように、図６に示されるようなエンドポイント信号は、未処理（フィルタリングされていない）エンドポイント信号を備える場合がある。代わりに、信号対雑音比が低いいくつかのケースでは、エンドポイント信号をフィルタリングすることは該未処理信号を平滑化するために必要となる場合がある。このようなケースでは、信号フィルタリングは、適用する移動（移動）平均、未処理信号に対する有限インパルス応答関数の少なくとも１つを備える。例えば、図８Ａ及び図８Ｂは典型的な未処理エンドポイント信号１０１Ａ、１０１Ｂ、及び移動平均を使用する対応する平滑化されたエンドポイント信号１５０Ａ、１５０Ｂを提示する。代わりに、導関数がエンドポイント信号または比率信号から取られるとき、追加フィルタリングは明示的または暗示的どちらかで課すことができる。例えば、信号差分表現は、前述したような簡略な差分表現方式、簡略差分表現及び平滑化（つまり、差分信号の移動平均）及びＳａｖｉｔｓｋｙ−Ｇｏｌａｙフィルタの１つを使用して実行できる。後者では、詳細は、全体として参照によりここに組み込まれる、これにより同一日付で出願された代理人整理番号第２２８１６０ＵＳＵＳ６ＹＡ  ＰＲＯＶ号、「エンドポイントを検出するための方法及び装置（Method and apparatus for detecting endpoint）」と題される同時係属中の米国出願番号第６０／４２２，５１０に示されている。
【００４４】
図９は、本発明の実施形態に従ってプラズマ処理システム内の基板上の層をエッチングするためのエッチ特性を検出するインシチュー方法を提示する。該方法は、ステップ２１０で開始するフローチャート２００に示されており、例えば図１から図５に説明されているプラズマ処理システムの基板上でエッチングされる層の厚さを示している。該厚さは、例えば、最小厚さ、最大厚さ、平均厚さ、及び厚さ範囲の少なくとも１つを備える。層をエッチングする前に、１つ以上の層の厚さが一般的に知られている。ステップ２２０では、層は、プラズマを用いる乾式エッチングの技術で当業者に既知であり、エッチ開始時間に開始する処理を利用してエッチングされる。
【００４５】
ステップ２３０では、少なくとも１つのエンドポイント信号が、処理チャンバに結合される診断システムを使用して測定され、該処理チャンバはプラズマ処理システムのために規定される処理を容易にするために活用される。診断システムは、光診断サブシステム及び電気診断サブシステムの少なくとも１つを備える場合がある。例えば、光診断サブシステムは、検出器、光フィルタ、回折格子、プリズム、単色光分光器、及び分光計の少なくとも１つを備える場合がある。さらに、例えば、電気診断サブシステムは、電圧プローブ、電流プローブ、スペクトルアナライザ、外部ＲＦアンテナ、電力計及びコンデンサ設定モニタの少なくとも１つを備えることがある。該少なくとも１つのエンドポイント信号は前述したようなエンドポイント変移を備える場合がある。さらに、エンドポイント変移は開始時間、終了時間及び変曲時間を備えることがある。さらに、例えば、該少なくとも１つのエンドポイント信号はプラズマから発せられる光のスペクトル放射照度を備えることがある。
【００４６】
ステップ２４０では、プラズマ処理システム内の基板上での層のエッチングのためのエッチ速度は、該少なくとも１つのエンドポイント信号及び該層の厚さを使用して求められる。例えば、該エッチ速度は、該エンドポイント変移の開始時間と該層エッチングの開始時間（式（２）を参照）の時間差異に対する層の最小厚さの比率から求めることができる。代わりに、エッチ速度は、エンドポイント変移の終了時間と層エッチングの開始時間（式（３）を参照）の時間差異に対する層の最大厚さの比率から求めることができる。代わりに、エッチ速度は、エンドポイント変移の変曲時間と層エッチングの開始時間（式（４）を参照）の時間差異に対する層の平均厚さの比率から求めることができる。代わりに、該少なくとも１つのエンドポイント信号は、２つのエンドポイント信号、つまり、第１のエンドポイント信号及び第２のエンドポイント信号を備える場合がある。比率信号は、時間の各瞬時に該２つの信号の比率を演算することにより第１のエンドポイント信号と第２のエンドポイント信号から求めることができる。比率信号はさらにエンドポイント変移を備える場合があり、該エンドポイント変移は開始時間、終了時間及び変曲時間を備える。さらに、エッチ速度は式（２）から（４）、または（７）の前述された方法のどれか１つを使用して比率信号から求めることができる。
【００４７】
フローチャート２００に説明されているインシチュー方法は、さらに、エンドポイント変移の時間分が求められるステップ２５０を備えることがある。例えば、エンドポイント変移の時間分は、図６の１２０で示されるようなエンドポイント信号の第１の導関数から、あるいは図７Ｄの１４４で示されるような２つのエンドポイント信号の比率信号の第１の導関数から求めることができる。
【００４８】
ステップ２６０では、各エッチ速度の均一性は、ステップ２４０で求められるエッチ速度、ステップ２５０で求められるエンドポイント変移の時間分、エッチングされた層の厚さ範囲から求められる。例えば、エッチ速度均一性は式（６）を活用して求めることができる。
【００４９】
本発明の特定の例示的な実施形態だけが前記に詳細に説明されたが、当業者は本発明の新規の教示及び利点から著しく逸脱することなく、例示的な実施形態で多くの変形が可能であることを容易に理解するであろう。したがって、全てのこのような変形は本発明の適用範囲に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態によるプラズマ処理システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】本発明の別の実施形態によるプラズマ処理システムの概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態によるプラズマ処理システムの概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるプラズマ処理システムの概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態によるプラズマ処理システムの概略図である。
【図６】本発明の実施形態による例示的なエンドポイント信号を示す図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態による多様な例示的なエンドポイント信号を示す一連のグラフを示す図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態による多様な例示的なエンドポイント信号を示す一連のグラフを示す図である。
【図７Ｃ】本発明の別の実施形態による多様な例示的なエンドポイント信号を示す一連のグラフを示す図である。
【図７Ｄ】本発明の別の実施形態による多様な例示的なエンドポイント信号を示す一連のグラフを示す図である。
【図８Ａ】本発明の別の実施形態による例示的な未処理の、フィルタリングされたエンドポイント信号を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の別の実施形態による例示的な未処理の、フィルタリングされたエンドポイント信号を示す図である。
【図９】本発明の実施形態によるプラズマ処理システム内の基板上の層をエッチングするためのエッチ特性を決定するインシチュー方法を提示する図である。
【図１】
2006505137.tif 000012
【図２】
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【図３】
2006505137.tif 000014
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
2006505137.tif 000018
【図７Ｂ】
2006505137.tif 000019
【図７Ｃ】
2006505137.tif 000020
【図７Ｄ】
2006505137.tif 000021
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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