(57)【要約】  プラズマ処理室における現場エッチング監視のための装置、システム及び方法。この装置は、連続波広帯域光源と、固定偏光方向を有する入射光線で基板上の領域を照明するように構成された照明系であって、広帯域光源からの入射光線は、シャッターによって変調される、照明系と、収集系であって、基板上の照明領域から反射される反射光線を収集することと、反射光線を検出器に向けることとを行うように構成された収集系と、処理回路とを含む。この処理回路は、反射光線を処理して背景光を抑制することと、処理光から特性値を判定することと、判定された特性値に基づいてエッチング処理を制御することとを行うように構成される。
2020517093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理室における現場エッチング監視のための装置であって、
連続波広帯域光源と、
固定偏光方向を有する入射光線で基板上の領域を照明するように構成された照明系であって、前記広帯域光源からの前記入射光線は、シャッターによって変調される、照明系と、
収集系であって、
前記基板上の前記照明領域から反射される反射光線を収集することと、
前記反射光線を検出器に向けることと
を行うように構成された収集系と、
処理回路であって、
前記反射光線を処理して背景光を抑制することと、
前記処理光から特性値を判定することと、
前記判定された特性値に基づいてエッチング処理を制御することと
を行うように構成された処理回路と
を含む装置。
【請求項２】
前記広帯域光源は、レーザー駆動プラズマ光源である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記照明系は、ロション偏光子を含み、及び
前記収集系は、前記基板から反射されるｐ偏光が前記検出器に到達することを可能にするように構成された第２のロション偏光子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記照明系及び前記収集系は、反射リレー光学部品を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記反射リレー光学部品は、軸外し放物面鏡を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記反射リレー光学部品は、凹面鏡及び凸面鏡を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記入射光線は、前記基板の法線に対して０〜９０度の入射角を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記入射角は、４５度〜９０度である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記入射角は、８５度又は６４度である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
２つの位置間で前記シャッターを移動させるように構成されたステップモーターを更に含み、第１の位置では、前記シャッターは、前記入射光線が前記プラズマ処理室に到達することを遮断するように構成され、及び第２の位置では、前記シャッターは、前記入射光線が前記プラズマ処理室に入ることを可能にするように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記シャッターは、チョッパーホイールである、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
第２の入射角を有する第２の入射光線で前記基板の前記領域を照明するように構成された第２の照明系であって、前記第２の入射角は、前記照明系からの前記入射光線の前記入射角と異なり、前記第２の入射光線は、前記基板から反射されて第２の反射光線を形成する、第２の照明系、
第２の収集系であって、
前記第２の反射光線を収集することと、
前記第２の反射光線を前記検出器に向けることと
を行うように構成された第２の収集系
を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記入射光線を透過させるように構成された第１の光学窓、
前記反射光線を透過させるように構成された第２の光学窓
を更に含み、
前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓は、互いに反対側に前記プラズマ処理室の壁に装着される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記入射光線を透過させるように構成された第１の光学窓、
前記反射光線を透過させるように構成された第２の光学窓
を更に含み、
前記第１の光学窓及び前記第２の光学窓は、前記プラズマ処理室の上部壁に装着される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記入射光線の一部を前記検出器の参照チャンネルに向けるように構成された参照系を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記検出器は、超広帯域分光計である、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
プラズマ処理システムであって、
プラズマ処理室と、
斜入射反射率計であって、
連続波広帯域光源と、
検出器と、
固定偏光方向を有する入射光線で、前記プラズマ処理室に置かれている基板上の領域を照明するように構成された照明系であって、前記広帯域光源からの前記入射光線は、シャッターによって変調される、照明系と、
収集系であって、
前記基板上の前記照明領域から反射される反射光線を収集することと、
前記反射光線を前記検出器に向けることと
を行うように構成された収集系と、
処理回路であって、
前記反射光線を処理して背景光を抑制することと、
前記処理光から特性値を判定することと、
前記判定された特性値に基づいてエッチング処理を制御することと
を行うように構成された処理回路と
を含む斜入射反射率計と
を含むプラズマ処理システム。
【請求項１８】
前記広帯域光源は、レーザー駆動プラズマ光源である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
現場エッチング監視のための方法であって、
エッチング処理中、反射光線に関連する背景補正スペクトルを取得するステップであって、前記反射光線は、プラズマ処理室に置かれている基板の領域からの、固定偏光方向を有する変調入射光線の反射から形成され、前記入射光線は、シャッターを用いて変調される広帯域光源からのものである、ステップと、
訓練モデルを用いて、前記背景補正スペクトルに関連する特性値を判定するステップと、
前記判定された特性値に基づいて前記エッチング処理を制御するステップと
を含む方法。
【請求項２０】
前記訓練モデルは、前記基板がパターン化されていない場合に回帰モデルであり、且つ前記基板がパターン化されている場合に機械学習アルゴリズムである、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、現場エッチング処理監視に関し、より詳細には、プラズマエッチング処理のリアルタイム現場膜特性監視のための方法、システム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング処理は、半導体デバイス、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び幾つかの太陽光発電（ＰＶ）を製造する過程でフォトリソグラフィと併せてよく使用されている。
【０００３】
多くのタイプのデバイス（例えば、半導体デバイス）において、第２の材料層を覆う上部材料層でプラズマエッチング処理を実行する。下の第２の材料層をエッチングし続けることなく、エッチング処理が上部材料層に開口部又はパターンを形成すると、エッチング処理を正確に停止することが重要である。下の材料の上部で正確なエッチング停止を達成するか、又はエッチングされた特徴の正確な垂直寸法を達成するようにエッチング処理の持続時間を正確に制御する必要がある。
【０００４】
エッチング処理を制御する目的で様々な方法が利用され、この方法の一部は、エッチング処理が、例えば、エッチングされた層の材料と異なる化学組成の下の材料層に達しているかどうかを推論するためにプラズマ処理室における気体の化学的性質の分析に依存する。
【０００５】
代わりに、現場計測デバイス（光センサー）を使用してエッチング処理中にエッチング上部層を直接測定し、特定の垂直特徴が達成されると、エッチング処理を正確に停止するためにフィードバック制御を行うことができる。例えば、一般的なスペーサー用途において、膜厚監視のための現場光センサーの目標は、着陸（軟着陸）の数ｎｍ前で異方性酸化物エッチングを停止して、等方性エッチングに切り換え、理想的なスペーサー輪郭を達成することである。更に、現場計測デバイスを使用して、エッチング処理中に膜及びエッチング特徴のリアルタイム実測を行い、エッチング処理を制御し、且つ／又はその後の処理（例えば、特定の規格外の寸法を補償する処理）を制御するために使用され得る構造体のサイズに関する情報を判定し得る。
【０００６】
上述の「背景技術」の説明は、本開示の状況を一般的に提示する目的のものである。この背景技術の節で説明される範囲における本発明者の研究及び出願時に他に先行技術としての資格があり得ない説明の側面は、本発明に対する先行技術として明示的にも又は暗示的にも認められない。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の態様は、プラズマ処理室における現場エッチング監視のための装置を含む。この装置は、連続波広帯域光源と、固定偏光方向を有する入射光線で基板上の領域を照明するように構成された照明系であって、広帯域光源からの入射光線は、シャッターによって変調される、照明系と、基板上の照明領域から反射される反射光線を収集することと、反射光線を検出器に向けることとを行うように構成された収集系と、処理回路とを含む。この処理回路は、反射光線を処理して背景光を抑制することと、処理光から特性値を判定することと、判定された特性値に基づいてエッチング処理を制御することとを行うように構成される。
【０００８】
本開示の別の態様は、プラズマ処理システムを含む。このシステムは、プラズマ処理室と、斜入射反射率計とを含む。この斜入射反射率計は、連続波広帯域光源と、検出器と、固定偏光方向を有する入射光線で、プラズマ処理室に置かれている基板上の領域を照明するように構成された照明系であって、広帯域光源からの入射光線は、シャッターによって変調される、照明系と、基板上の照明領域から反射される反射光線を収集することと、反射光線を検出器に向けることとを行うように構成された収集系と、処理回路とを含む。この処理回路は、反射光線を処理して背景光を抑制することと、処理光から特性値を判定することと、判定された特性値に基づいてエッチング処理を制御することとを行うように構成される。
【０００９】
本開示の別の態様は、現場エッチング監視のための方法を含む。この方法は、エッチング処理中、反射光線に関連する背景補正スペクトルを取得するステップであって、反射光線は、プラズマ処理室に置かれている基板の領域からの、固定偏光方向を有する変調入射光線の反射から形成され、入射光線は、シャッターを用いて変調される広帯域光源からのものである、ステップと、訓練モデルを用いて、背景補正スペクトルに関連する特性値を判定するステップと、判定された特性値に基づいてエッチング処理を制御するステップとを含む。
【００１０】
上述の段落は、概要の前置きとして与えられ、下記の特許請求の範囲を限定するように意図されていない。更なる利点と一緒に、記載の実施形態は、添付図面と併せて下記の詳細な説明を参照することによって最も良く理解されるであろう。
【００１１】
本開示のより詳細な評価及び付随する利点の多くは、添付図面に関連して考慮される場合、それが下記の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるときに容易に得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】１つの例によるエッチング処理監視のためのシステムの概略図である。
【図２】１つの例による光センサーの概略図である。
【図３】１つの例による光センサーの概略図である。
【図４Ａ】１つの例による参照光線を得る例示的な構成の概略図である。
【図４Ｂ】１つの例による参照光線を得る例示的な構成の概略図である。
【図５Ａ】１つの例による光変調／シャッターモジュールのブロック図である。
【図５Ｂ】１つの例によるシャッターのタイミング図を示す概略図である。
【図６】光センサーの例示的な構成を示す概略図である。
【図７】１つの例による光センサーを装備したプラズマ処理室を示す概略図である。
【図８】１つの例によるエッチング処理の現場監視のための方法を示すフローチャートである。
【図９】例示的な結果を示す概略図である。
【図１０】１つの例による制御器の例示的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、幾つかの図面全体にわたって同じ参照符号が同じ又は対応する部品を示す図面を参照すると、下記の説明は、半導体製造におけるパターン化された又はパターン化されていないウェハーのプラズマ処理のリアルタイム現場膜特性監視のためのシステム及び関連する方法に関する。
【００１４】
本明細書全体にわたる「一実施形態」又は「ある実施形態」への参照は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性を少なくとも１つの実施形態に含むことを意味し、これらの特定の特徴、構造、材料又は特性があらゆる実施形態にあることを意味しない。従って、本明細書を通じて様々な箇所で語句「一実施形態において」が現れることは、同じ実施形態を必ずしも参照するのではない。更に、特定の特徴、構造、材料又は特性を１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせ得る。
【００１５】
図１は、１つの例による光センサー１０２を装備したプラズマ処理システム１００の概略側面図である。プラズマ処理システム１００は、プラズマ処理室１１２を含む。
【００１６】
光センサー１０２は、照明系１０４と収集系１０６とを含む斜入射反射率計であり得る。光センサー１０２は、プラズマ処理室１１２でのプラズマエッチング処理中、基板１１６上の照明領域１１４からの反射光を測定するように構成される。照明領域１１４は、基板１１６のサイズに応じて調整可能であり得る。照明系１０４及び収集系１０６をプラズマ処理室１１２の外側に設置し得る。
【００１７】
光センサー１０２において、光源１０８を使用して基板照明のための入射光線１１０を形成する。実施形態において、光源１０８は、連続波（ＣＷ）広帯域光源、例えばＥＮＥＲＧＥＴＩＱからのＥＱ−９９Ｘ  ＬＤＬＳ（商標）などの長寿命電球（＞９０００時間）を有する広域スペクトルＵＶ（紫外線）〜Ｖｉｓ（可視）〜ＮＩＲ（近赤外線）（即ち１９０ｎｍ〜２０００ｎｍ）にわたる高輝度の光を供給するレーザー駆動プラズマ光源（ＬＤＬＳ）などの広帯域光源である。光源１０８は、シャッター１２８によって変調された後、照明系１０４にファイバー結合され得る。
【００１８】
光源１０８を、プラズマ処理室１１２又は光センサー１０２を収容する任意の筐体に近接して装着しても又は装着しなくてもよい。光源１０８を離れて装着した場合、本明細書で後述されるように、鏡、プリズム及びレンズなどの光学構成要素のセット又は光ファイバーにより、入射光線１１０をプラズマ処理室１１２に近接した他の構成要素に供給することができる。光センサー１０２は、入射及び反射光線のためのリレー光学部品及び偏光子を含み得る。１つの例において、リレー光学部品は、反射対物レンズを使用して光学収差を最小化する。
【００１９】
入射光線１１０は、基板１１６から反射されて反射光線１１８を形成する。光センサー１０２は、反射光線１１８のスペクトル強度を測定する分光計１２０（例えば、測定分光計）、例えば超広帯域（ＵＢＢ）分光計（即ち１８０ｎｍ〜１０８０ｎｍ）などの検出器を更に含む。分光計１２０の測定分光計を収集系１０６にファイバー結合し得る。光センサー１０２は、プラズマ処理室１１２の壁に装着された１つ又は複数の光学窓を含み得る。１つの例において、光センサー１０２は、互いに反対側にプラズマ処理室１１２の壁に装着された２つの光学窓１２２、１２４を含み得る。第１の窓１２２は、入射光線１１０を透過させ、及び第２の窓１２４は、反射光線１１８を透過させる。
【００２０】
入射光線１１０の一部を分光計１２０（即ち参照分光計）の参照チャンネルに向ける。その目的は、入射光線１１０のスペクトル強度の任意の変化を測定過程で説明することができるように入射光線１１０のスペクトル強度を監視することである。このような強度の変化は、例えば、光源１０８のドリフト出力電力のために生じることがある。一実装形態において、参照光線の強度を１つ又は複数のフォトダイオードなどによって測定し得る。例えば、フォトダイオードは、参照光線を検出して、全照明スペクトル（例えば、ＵＶ〜ＶＩＳ〜ＮＩＲ）にわたって統合された入射光線１１０の強度に比例する参照信号を与え得る。
【００２１】
一実装形態において、フォトダイオードのセットを用いて参照光線の強度を測定し得る。例えば、フォトダイオードのセットは、それぞれＵＶ〜ＶＩＳ〜ＮＩＲ波長に及ぶ３つのフォトダイオードを含み得る。フォトダイオードのセットの各フォトダイオードの前にフィルターを設置し得る。例えば、帯域通過フィルターを使用して、光源１０８の強度変動に対するスペクトル（例えば、ＵＶ、ＶＩＳ、ＮＩＲ）の一部を監視し得る。一実装形態において、プリズム又は格子を用いて参照光線をフォトダイオードのセットに分散させ得る。参照分光計を使用することなく、光源１０８のスペクトル依存強度変動を追跡して補正し得る。参照光線を得る例示的な構成を後述の図４Ａ及び図４Ｂに示す。
【００２２】
入射光線１１０を遮断した場合に分光計１２０の測定チャンネルによって測定された光背景（即ち入射光線１１０の反射光を示さない光、例えばプラズマ光放出又は背景光）を説明するために、入射光線１１０をチョッパーホイール又はシャッター１２８によって変調する。
【００２３】
更に後述のように、反射光線１１８の測定スペクトル強度を処理して光背景を抑制し、機械学習方法などの特別なアルゴリズムを使用して関心のある特性（例えば、特徴寸法、光学的特性）の層を判定し、プラズマエッチング処理を制御する制御器１２６に反射光線１１８の測定スペクトル強度及び参照光線の測定スペクトル強度を供給する。
【００２４】
光センサー１０２及び関連方法は、本明細書で後述するように、露出シリコンウェハーなどの参照ウェハー（較正）に関する定期的な測定を使用して、光センサー又はエッチング室構成要素のドリフトを補償することもできる。
【００２５】
入射光線１１０及び反射光線１１８を基板１１６の法線に対して入射角θ（ＡＯＩ）だけ傾斜させる。入射角θは、０度超〜９０度未満又は代わりに３０度超〜９０度未満、好ましくは６０度超〜９０度未満で変わることができる。高い入射角（例えば、８５度）は、制限付きアクセスを有するか又は上部アクセスを有しないプラズマ処理室１１２に対して好ましい。
【００２６】
図２は、１つの例による光センサー１０２の概略図である。光源１０８から、入射光線１１０を、照明光学部品モジュール２０２及び適切な直径及び焦点の入射光線１１０を形成して基板１１６上に特定の照明領域サイズ１１４を達成する反射対物レンズ２０４に通す。照明光学部品は、ピンホール２２０（例えば、１００μｍ）を含み得る。入射光線１１０を中性濃度フィルターに通し得る。
【００２７】
基板１１６上の照明領域１１４のサイズは、５０ミクロン〜６０ｍｍ（ミリメートル）以上で変わることができる。円形ビーム断面及び非常に大きい入射角のため、照明領域は、楕円形（即ちスポット）である。楕円の長径及び短径の比は、一般に２〜１０であり、より高い値がより大きい入射角に対応する。照明領域１１４のサイズは、基板１１６上で測定された構造体のサイズ及び特性に左右され、優れた信号を確保するために調整可能であり得、好ましくは８５度の入射角の場合に１ｍｍ×１０ｍｍ、２ｍｍ×２０ｍｍ、３ｍｍ×３０ｍｍ若しくは５ｍｍ×５８ｍｍ又は６４度の入射角の場合に５ｍｍ×１１．５ｍｍ、６ｍｍ×１４ｍｍ、８ｍｍ×１８ｍｍである。照明領域１１４は、基板１１６上の複数の構造体を覆い得る。従って、検出光学的特性（例えば、屈折率）は、基板１１６の構造体に関連する特徴の平均を示し得る。反射対物レンズ２０４は、凹面鏡２０６及び凸面鏡２０８を含み得る。
【００２８】
実施形態において、入射光線１１０を楕円開口に通し得、基板１１６で円形照明スポットが得られる。楕円開口をピンホール２２０の後の入射光線１１０の経路に位置決めし得る。幾つかの実装形態において、楕円開口を変更して、異なる形状（例えば、長方形、正方形）を有する照明スポットを生成し得る。楕円開口の僅かな変更を使用して、例えば測定された構造体のサイズ及び特性に基づいて基板上の照明領域のサイズ及び形状を効率的に最適化することができる。
【００２９】
実施形態において、次に入射光線１１０を偏光子２１０に通し、基板１１６に到達する入射光線１１０に直線偏光を与える。偏光子２１０は、高い消光比、大きいｅ及びｏ光線分離を有するロション偏光子、例えばＭｇＦ２ロション偏光子であり得る。入射光線１１０の偏光により、反射率計信号の信号対雑音比が増加し、これにより測定精度が向上し、非偏光入射光線に比べて特徴寸法測定値に対する感度が向上する。
【００３０】
偏光子２１０を通過した後、入射光線１１０は、プラズマ処理室１１２の壁に装着された第１の光学窓１２２に到達する。第１の光学窓１２２により、入射光線１１０がプラズマ処理室１１２の内部にアクセスすることができる。
【００３１】
第２の光学窓１２４により、反射光線１１８がプラズマ処理室１１２から出ることができ、その結果、反射光線の強度を測定することができる。プラズマ処理室１１２の構成、即ち使用中のプラズマ光源のタイプにより、窓１２２、１２４は、用途及びプラズマの化学的性質がどの程度活動的であるかにより、水晶、溶融石英又はサファイアであり得る。
【００３２】
反射光線１１８を第２の偏光子２１２に通し、基板１１６から反射されたｐ偏光を単に測定することができる。第２の偏光子２１２を通過した後、反射光線１１８を第２の反射対物レンズ２１４に通す。第２の反射対物レンズ２１４は、反射対物レンズ２０４と同様であり得る。第２の反射対物レンズ２１４は、凹面鏡２１６及び凸面鏡２１８を含み得る。
【００３３】
第２の反射対物レンズ２１４を通過した後、反射光線１１８を、光ファイバーを介して収集し、分光計１２０の測定チャンネルに向け得る。第２の反射対物レンズ２１４は、反射光線１１８を検出器、例えば分光計１２０の測定チャンネルに結合された光ファイバーに集束し得る。反射光線１１８の経路で光ファイバー２２４の前に位置決めされたピンホール２２２に反射光線１１８を通し得る。
【００３４】
図３は、１つの例による光センサー１０２の概略図である。一実施形態において、反射対物レンズ２０４は、照明系１０４における軸外し放物面鏡３０２及び収集系１０６における第２の軸外し放物面鏡３０４を含み得る。照明光学部品モジュール２０２から、入射光線１１０を、光ファイバー３１０を介して軸外し放物面鏡３０２、瞳３０６、偏光子２１０に通す。反射光線１１８を瞳３０８及び第２の軸外し放物面鏡３０４に通して、反射光線を検出器への光ファイバー３１２に集束する。
【００３５】
更なる実施形態において、図２及び図３の現場光センサー１０２では、鏡、プリズム、レンズ、空間光変調器、デジタルマイクロミラーデバイスなどの他の構成要素を使用して入射光線１１０及び反射光線１１８を導き得る。図２及び図３の光センサー１０２の構成及び構成要素レイアウトは、図２及び図３に厳密に示すようなものである必要は必ずしもない。しかし、追加の光学構成要素を介して光線を折り返し導いて、プラズマ処理室１１２の壁に装着するのに適した小型パッケージ化に現場光センサーを容易にパッケージ化することができる。
【００３６】
図４Ａは、１つの例による参照光線を得る例示的な構成である。シャッター１２８から、入射光線１１０は、入射光線１１０の一部を分光計１２０の参照チャンネルに向ける目的を果たす鏡４０２に更に進む。レンズ４０４を用いて参照光線を光ファイバーに集束し得る。
【００３７】
図４Ｂは、１つの例による参照光線を得る別の例示的な構成である。入射光線１１０の経路における偏光子２１０（例えば、ロション偏光子）又はビームスプリッターを使用して光を分光計１２０の参照チャンネルに向けることができる。プリズム４０６を使用して参照光線を光ファイバーに集束し得る。一実装形態において、本明細書で上述したように、制御器１２６に接続された１つ又は複数の光検出器（例えば、ＵＶ、Ｖｉｓ、ＮＩＲ）を用いて参照光線の強度を測定し得る。
【００３８】
図５Ａは、１つの例による光変調／シャッターモジュールのブロック図である。一実装形態において、シャッター１２８は、２つの位置間で前後に移動して、入射光線１１０がプラズマ処理室１１２に入ることを遮断するか又は可能にし得る。シャッター１２８は、ステッピングモーターを含み得る。ステッピングモーターを有するシャッター１２８は、高いスイッチング速度並びに高い再現性及び信頼性を与える。分光計１２０に同期化されたシャッター制御器５００を介してシャッター１２８を制御し得る。データ取得モジュール５０２を分光計１２０の参照チャンネル及び分光計１２０の測定チャンネルに接続する。一実装形態において、シャッター１２８は、連続回転チョッパーであり得る。
【００３９】
図５Ｂは、１つの例によるシャッター１２８のタイミング図を示す概略図である。電荷結合素子（ＣＣＤ）の読み出しは、クリーンサイクルを有する。シャッターが開状態である場合、入射光線１１０は、基板１１６に到達し、従って、分光計１２０の測定チャンネルによる測定光は、反射光線１１８及びプラズマ放出を示す。Ｍ個のサイクル（即ちＣＣＤ統合／データ読み取り）を測定し、平均化して、信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させることができる。シャッターが閉状態である場合、入射光線１１０は、基板１１６に到達せず、従って、分光計１２０の測定チャンネルによる測定光は、プラズマ放出を示す。Ｎ個のサイクル（即ちＣＣＤ統合／データ読み取り）を測定し、平均化して、ＳＮＲを向上させることができる。従って、反射光強度から特徴寸法（例えば、厚さ）を判定するために、制御器１２６は、収集強度を処理し得る（例えば、プラズマ強度を引く）。
【００４０】
図６は、光センサー１０２の例示的な構成を示す概略図である。概略図６００は、プラズマ処理室１１２の上部に設置された２つの光学窓１２２、１２４を有するプラズマ処理室１１２を示す。概略図６０２は、プラズマ処理室１１２の側壁上の２つの光学窓１２２、１２４を有する光センサー１０２の第２の構成を示す。
【００４１】
図７は、１つの例による光センサー１０２を装備したプラズマ処理室１１２を示す概略図である。一実施形態において、光センサー１０２は、異なるＡＯＩを有する複数の入射光線を供給するように構成された複数の照明系、例えば第１の照明系７０２及び第２の照明系７０４を含み得る。第１の照明系７０２は、第１のＡＯＩを有するように構成され、及び第２の照明系７０４は、第２のＡＯＩを有する。第１の照明系７０２及び第２の照明系７０４のための光源１０８は、単一の光源であり得る。
【００４２】
第１のＡＯＩを有する入射光線７０６は、プラズマ処理室１１２の壁に装着された第１の光学窓７０８に到達し、入射光線７０６がプラズマ処理室１１２の内側にアクセスできるようにする。
【００４３】
入射光線７０６は、基板１１６から反射されて反射光線７１０を形成する。第２の光学窓７１２により、プラズマ処理室１１２から出た反射光線７１０を第１の収集系７１４によって収集することができる。第２のＡＯＩにおける第２の入射光線７１６は、第２の入射光線７１６がプラズマ処理室１１２の内側にアクセスできるようにする第３の光学窓７１８に到達する。入射光線７１６は、基板１１６から反射されて第２の反射光線７２０を形成する。第４の光学窓７２２は、第２の反射光線７２０がプラズマ処理室１１２の外側にアクセスできるようにする。第２の反射光線７２０を、第２の収集系７２４により、分光計１２０に結合された光ファイバーに向ける。
【００４４】
複数の方法を用いて、物理的特徴を収集スペクトルから判定し得る。例えば、ライブラリを参照して、検出スペクトルを事前記憶スペクトルと一致させることによって物理的特徴を判定し得る。一実装形態において、直接物理回帰モデルを使用して、パターン化されていないウェハーに対する膜厚を得ることができる。回帰モデルを使用して、二次元線などの単純パターンで限界寸法（ＣＤ）を測定し得る。
【００４５】
幾つかの実装形態において、機械学習技法（例えば、ニューラルネットワーク、情報ファジーネットワーク）を使用し得る。監視訓練方法は、初期及び目標終点スペクトル間の関係を訓練する。機械学習方法の訓練段階中、サンプルからのスペクトルを収集する。各サンプルに関連する特性をＣＤ計測ツールから得ることができる。次に、収集データ及び各サンプルの特性を用いてモデルを訓練する。
【００４６】
リアルタイム応用段階において、その訓練関係を使用して各ウェハーの初期スペクトルから目標点を予測する。エッチング処理中に収集されたスペクトルをその予測スペクトルと比較して、各ウェハーに対する目標終点を検出する。
【００４７】
図８は、１つの例によるエッチング処理の現場監視のための方法８００を示すフローチャートである。ステップ８０２では、エッチング処理レシピが開始する。エッチングの特定の時間である時間Ａ≧０秒後（ステップ８０４）、ステップ８０６において、基板１１６からの反射光線の強度を測定して、背景光の強度を測定することによって背景補正スペクトルを取得する。基板１１６からの反射光線は、固定偏光を有する。本明細書で上述したように、広帯域光源を用いて、基板１１６の領域を照明することによってスペクトルを得る。入射光線をシャッター１２８によって変調する。検出器の測定チャンネルを用いて反射光線を収集する。
【００４８】
ステップ８０８では、予測アルゴリズムは、訓練モデル８１４に基づいて取得スペクトルを分析し、そのスペクトルに特定の特性値（例えば、厚さ）を関連付ける。
【００４９】
次に、ステップ８１０において特性値が得られていることの判定に応じて、方法は、ステップ８１２に進む。特性値が得られていないことの判定に応じて、方法は、ステップ８０６に戻る。ステップ８１２では、制御器１２６は、エッチング処理を変更し得、例えばレシピを切り換えるか又は停止させ得る。
【００５０】
予測アルゴリズムは、露出シリコンウェハー及び／又は薄膜ウェハーなどの１つ又は複数の参照基板（較正）に関する予測測定値を使用して、光センサー又はエッチング室構成要素のドリフトを補償することもできる。システムの較正中、既知の特性の露出（即ちパターン化されていない）シリコンウェハー又は他のウェハーからビームを反射し得る。反射ビームを使用して、例えばプラズマ処理の生成物による窓（例えば、光学窓１２２、１２４）の曇りのため、光センサー１０２の任意の変化に対して較正する。プラズマ処理システム１００で所定数のウェハーが処理されている場合、再較正を適用し得る。
【００５１】
図９は、例示的な結果を示す例示的な概略図である。本明細書に開示の光センサー１０２による厚さの検出を他の検出方法及びモデルと比較した。例えば、Ｍ個の場所を有する参照ウェハーマップを使用し得る。このウェハーマップにおける層厚の範囲を表すＭ個の場所からＮ個の場所が本発明者らによって選択される。選択されたＮ個の場所を概略図９００の円によって示す。概略図９００に示すプロットの直線の性質は、本明細書に記載の光センサー１０２で得られた測定値（縦軸）と、他のツールで得られた測定値との間の優れた一致を示す。
【００５２】
次に、例示的な実施形態による制御器１２６のハードウェア記述を、図１０を参照して説明する。図１０において、制御器１２６は、本明細書に記載の処理を実行するＣＰＵ１０００を含む。処理データ及び命令をメモリ１００２に記憶し得る。これらの処理及び命令をハードドライブ（ＨＤＤ）若しくは携帯記憶媒体などの記憶媒体ディスク１００４に記憶し得るか又は遠隔で記憶し得る。更に、特許請求の範囲に記載の進展は、発明方法の命令を記憶するコンピュータ可読媒体の形態によって限定されない。例えば、命令をＣＤ、ＤＶＤ、ＦＬＡＳＨメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク又は制御器１２６が通信する任意の他の情報処理デバイス（例えば、サーバ又はコンピュータ）に記憶し得る。
【００５３】
更に、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標）Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ  ｍａｃＯＳ（商標）及び当業者に既知の他のシステムなどのオペレーティングシステム並びにＣＰＵ１０００と併せて実行するユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン若しくはオペレーティングシステムの構成要素又はこれらの組み合わせとして、特許請求の範囲に記載の進展を与え得る。
【００５４】
制御器１２６を得るために、当業者に既知の様々な回路素子によってハードウェア素子を実現し得る。例えば、ＣＰＵ１０００は、米国のＩｎｔｅｌからのＸｅｎｏｎ若しくはＣｏｒｅプロセッサ又は米国のＡＭＤからのＯｐｔｅｒｏｎプロセッサであり得るか、或いは当業者によって認識されるタイプの他のプロセッサであり得る。代わりに、当業者が認識するように、ＣＰＵ１０００は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤで又は個別論理回路を用いて実施され得る。更に、ＣＰＵ１０００は、上述の発明方法の命令を実行するために並行して協調的に動作する多重プロセッサとして実施され得る。
【００５５】
図１０における制御器１２６は、ネットワーク１０２８とインターフェース接続する、米国のＩｎｔｅｌ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＩｎｔｅｌ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ  ＰＲＯネットワークインターフェースカードなどのネットワーク制御器１００６を更に含む。分かるように、ネットワーク１０２８は、インターネットなどの公衆ネットワーク又はＬＡＮ若しくはＷＡＮネットワークなどのプライベートネットワーク或いはこれらの任意の組み合わせであり得、ＰＳＴＮ又はＩＳＤＮサブネットワークを含み得る。ネットワーク１０２８は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔネットワークなどの有線であり得るか、又はＥＤＧＥ、３Ｇ及び４Ｇ無線セルラーシステムを含むセルラーネットワークなどの無線であり得る。無線ネットワークは、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は既知の通信の任意の他の無線形態であり得る。
【００５６】
制御器１２６は、Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ（登録商標）ＨＰＬ２４４５ｗ  ＬＣＤモニターなどのディスプレイ１０１０とインターフェース接続する、米国のＮＶＩＤＩＡ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＮＶＩＤＩＡ（登録商標）ＧｅＦｏｒｃｅ（登録商標）ＧＴＸ又はＱｕａｄｒｏ（登録商標）グラフィックスアダプタなどのディスプレイ制御器１００８を更に含む。汎用入出力インターフェース１０１２は、ディスプレイ１０１０の上で又はディスプレイ１０１０から離れて、キーボード及び／又はマウス１０１４並びに任意選択的なタッチスクリーンパネル１０１６とインターフェース接続する。汎用入出力インターフェースは、Ｈｅｗｌｅｔｔ  ＰａｃｋａｒｄからのＯｆｆｉｃｅＪｅｔ（登録商標）又はＤｅｓｋＪｅｔ（登録商標）などのプリンター及びスキャナーを含む様々な周辺装置１０１８と更に接続する。
【００５７】
制御器１２６において、ＣｒｅａｔｉｖｅからのＳｏｕｎｄ  Ｂｌａｓｔｅｒ（登録商標）Ｘ−Ｆｉ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ（登録商標）などの音声制御器１０２０を更に与えて、スピーカー／マイクロホン１０２２とインターフェース接続し、これによって音声及び／又は音楽を与える。
【００５８】
汎用記憶制御器１０２４は、制御器１２６の構成要素の全てを相互接続する、ＩＳＡ、ＥＩＳＡ、ＶＥＳＡ、ＰＣＩ又は類似品であり得る通信バス１０２６に記憶媒体ディスク１００４を接続する。ディスプレイ１０１０、キーボード及び／又はマウス１０１４並びにディスプレイ制御器１００８、記憶制御器１０２４、ネットワーク制御器１００６、音声制御器１０２０及び汎用入出力インターフェース１０１２の一般的な特徴及び機能の説明は、これらの特徴が既知であるため、本明細書では省略される。
【００５９】
上述の説明における特徴を含むシステムは、多くの利点をユーザに与える。特に、斜入射偏光光学システムは、上部層特性監視に対する感度を高める。加えて、基板１１６から反射されたｐ偏光の収集により、より良い信号純度が得られる。
【００６０】
明らかに、上述の教示に照らして多くの修正形態及び変更形態が可能である。従って、添付の特許請求の範囲内において、本明細書で具体的に記載するとは別に本発明を実施し得ることが理解されるものとする。従って、上述の説明は、本発明の例示的な実施形態を単に開示及び記載している。当業者が分かるように、本発明の趣旨又は基本的な特徴から逸脱することなく、本発明は、他の特定の形態で具体化され得る。従って、本発明の開示は、例示であるように意図され、本発明の範囲及び他の請求項を限定しない。本明細書に教示される任意の容易に認識できる変型形態を含む本開示は、本発明の主題が公衆に専用されないように、上述の請求項の用語の範囲を部分的に規定する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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