JP2000349076A - 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 - Google Patents
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Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プラズマ特性を用いてプロセス状態をモニタす
るための方法と装置が提供される。 【解決手段】プラズマで発生する電磁放射を収集し、電
磁放射の強度に基づき少なくとも１つの周波数成分を有
する検出信号が発生され、ウェーハペデスタルに与えら
れるＲＦパワーがモニタされ、検出信号となる。検出信
号の少なくとも１つの周波数成分の大きさが経時的にモ
ニタされプラズマ処理の特有な指紋が得られる。この特
徴によって、プロセス状態情報、プロセス事象情報及び
プロセスチャンバ情報が与えられる。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も、
同様にモニタすることができる。
るための方法と装置が提供される。 【解決手段】プラズマで発生する電磁放射を収集し、電
磁放射の強度に基づき少なくとも１つの周波数成分を有
する検出信号が発生され、ウェーハペデスタルに与えら
れるＲＦパワーがモニタされ、検出信号となる。検出信
号の少なくとも１つの周波数成分の大きさが経時的にモ
ニタされプラズマ処理の特有な指紋が得られる。この特
徴によって、プロセス状態情報、プロセス事象情報及び
プロセスチャンバ情報が与えられる。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も、
同様にモニタすることができる。
Description
【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。
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。
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。
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。
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Ｒ
Ｆ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。
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Ｒ
Ｆ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。
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。
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）。
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１
０２、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。
の概略図であり、従来のプラズマエッチングシステム１
０２、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１１
０と第１制御バス１１２を介してプラズマチャンバ１０
６と連結しているプラズマエッチシステム制御装置１０
８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１
０８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）。
にはプラズマチャンバ１０６及び、処方制御ポート１１
０と第１制御バス１１２を介してプラズマチャンバ１０
６と連結しているプラズマエッチシステム制御装置１０
８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１
０８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）。
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１
０４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１２
０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。
０４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１２
０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、Ｂ
Ｃｌ3、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１
１０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。
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、Ｂ
Ｃｌ3、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１
１０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２０
０ｎｍ〜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。
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２０
０ｎｍ〜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２０
０ｎｍ〜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。
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２０
０ｎｍ〜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、Ｏ
Ｅ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、１００
０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、５ｋＨ
ｚ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。
号２００の代表的なグラフである。本発明によれば、Ｏ
Ｅ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、１００
０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、５ｋＨ
ｚ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（Ｏ
ＬＥ）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。
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（Ｏ
ＬＥ）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３
０４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（Ｔｉ
Ｎ）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
（ＴｉＮＡＲＣ）３１４（厚さ約２００オングストロー
ム）からなっている（図３（ｃ））。
（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３
０４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（Ｔｉ
Ｎ）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
（ＴｉＮＡＲＣ）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１０
６に置かれ、この技術ではよく知られる例えばＡｒ、Ｃ
ｌ、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。
得るため多層半導体構造３０４がプラズマチャンバ１０
６に置かれ、この技術ではよく知られる例えばＡｒ、Ｃ
ｌ、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。
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３
００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１０
６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。
００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１０
６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３１
４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１５０
Ｈｚ〜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。
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３１
４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１５０
Ｈｚ〜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ｔ 4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。
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ｔ 4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３
００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。
００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、Ｏ
ＬＥ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。
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、Ｏ
ＬＥ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。
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１
２２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。
ユーザ１３６によって）或いは自動（例えば処理装置１
２２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〜１１００
ｎｍ）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。
ｎｍ）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。
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】
【００３１】表１に挙げられた各プラズマラインのＯＬ
Ｅ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（Ａ
ｌ、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。
Ｅ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（Ａ
ｌ、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（Ｓ
ｉ）基板４０８上に堆積された厚いシリコン酸化層４０
６、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（Ｗ
Ｓｉx）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。
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（Ｓ
ｉ）基板４０８上に堆積された厚いシリコン酸化層４０
６、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（Ｗ
Ｓｉx）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。
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４
１２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４
１０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ＯＬ
Ｅ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。
間、窒化シリコン層４１４及びケイ化タングステン層４
１２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４
１０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ＯＬ
Ｅ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、ＯＬ
Ｅデータの解析が行われる。
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、ＯＬ
Ｅ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６０
４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。
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６０
４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６
０２）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。
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６
０２）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６
０６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６０
４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。
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６
０６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６０
４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１
２２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。
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１
２２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。
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。
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８
０２ａ、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８
０４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１
０４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８０
８、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。
段８００の平面図である。手段８００はロードロック８
０２ａ、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８
０４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１
０４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８０
８、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１０
４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。
（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１０
４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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ための、自動化手段の平面図である。
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、１０
６…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。
ステム、１０４…プロセスモニタリングシステム、１０
６…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。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ａ Ｈ０５Ｈ 1/00 Ｈ０５Ｈ 1/00 Ａ 1/46 1/46 Ａ (72)発明者 ジェッド ダヴィドー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， クラマス アヴェニュ ー 2006， ナンバー１ (72)発明者 モーシュ サファティ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， パークウッド ドライブ 10203， ナンバー２ (72)発明者 ディミトリス リンバロポウロス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， オーク グローブ ド ライブ 480， ナンバー112
Claims (49)
- 【請求項１】 広帯域光電磁放射特性以外のプラズマの
特性を測定し、それと関連した大きさを有する少なくと
も１つの周波数成分を有する検出信号を発生し、 前記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、プラズマを使用したプロセスモニ
タリング方法。 - 【請求項２】 プラズマの特性を測定してそれと関係し
た大きさを有する少なくとも一つの周波数成分を有する
検出信号を発生することが、 プラズマの特性を測定してそれと関連した大きさを各々
が有する複数の周波数成分を有する検出信号を発生する
ことを含み、 前記検出信号の少なくとも一つの周波数成分の大きさの
経時的モニタリングが、前記検出信号の複数の周波数成
分の大きさの経時的モニタリングを含む請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】 前記検出信号の少なくとも１つの周波数
成分の大きさの経時的モニタリングが、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検出信号の少
なくとも１つの周波数成分の大きさの経時的モニタリン
グを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記検出信号の少なくとも１つの周波数
成分の大きさの経時的モニタリングが、プラズマ発生に
使用されるＲＦ周波数よりも低い周波数を有する前記検
出信号の少なくとも１つの周波数成分の大きさの経時的
モニタリングを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記前記検出信号の少なくとも１つの周
波数成分の大きさの経時的モニタリングが、約５０ｋＨ
ｚよりも低い周波数を有する検出信号の少なくとも１つ
の周波数成分の大きさの経時的モニタリングを含む請求
項４に記載の方法。 - 【請求項６】 検出信号を発生するためにプラズマの特
性を測定することが、 プラズマによって発生され、それと関連した強度を有す
る電磁放射を収集することと、 前記収集された電磁放射の強度に基づいて、これに関連
する大きさを有する少なくとも１つの周波数成分を有す
る検出信号を発生することと、を含む、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項７】 プラズマによって発生された電磁放射の
収集が、 前記プラズマ中の化学種からの電磁放射を通すように適
合された光フィルタリング機構を提供することと、 前記光フィルタリング機構を通った電磁放射の収集と、
を含む請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 検出信号の発生が検波電流の発生を含む
請求項６に記載の方法。 - 【請求項９】 検出信号を発生するためのプラズマ特性
の測定が、それと関連した大きさを有する少なくとも１
つの周波数成分を有した検出信号を発生させるようにウ
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つを測定することを含む請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１０】 前記検出信号の少なくとも１つの周波
数成分の大きさの経時的モニタリングが、 前記検出信号のサンプリングと、 複数の検出信号サンプルのタイムドメインサンプルから
周波数ドメインサンプルへの変換と、 少なくとも１つの周波数ドメインサンプルの経時的モニ
タリングと、を含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】（ａ）プラズマ処理中に、請求項１の方
法を実施し、 （ｂ）前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周
波数成分に基づいて、前記プラズマ処理に特有の指紋を
発生させ、 （ｃ）前記プラズマ処理に特有の指紋に、前記プラズマ
処理の終点を示す少なくとも１つの特徴があるかどうか
を調べ、 （ｄ）少なくとも１つの特徴が存在すれば、これをその
プラズマ処理の終点とみなすプラズマ処理の終点の検出
方法。 - 【請求項１２】 更に、 （ｅ）少なくとも１つの特徴の存在をそのプラズマ処理
の終点とみなした後、更に時間を追加してプラズマ処理
を行う請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 （ａ）〜（ｄ）がプラズマ処理中に行
われる請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 （ａ）〜（ｄ）の少なくとも１つがプ
ラズマ処理に引き続いて行われる請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項１５】 プラズマ処理中に請求項１の方法を実
施し、 検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成分に
基づいて、前記プラズマ処理に特有の指紋を発生させ、 前記プラズマ処理に特有の指紋に、プラズマ処理中のブ
レークスルーを示す少なくとも１つの特徴があるかどう
かを調べ、 少なくとも１つの特徴が存在すれば、これをブレークス
ルーとみなすプラズマ処理中のブレークスルー検出方
法。 - 【請求項１６】 プラズマ処理中に請求項１５の方法を
実施し、 少なくとも１つの特徴の存在をブレークスルーとみなし
た後、プラズマ処理を停止させるストップオンエッチン
グ方法。 - 【請求項１７】 プラズマ処理中に請求項１の方法を実
施し、 検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成分に
基づいて、前記プラズマ処理に特有の指紋を発生させ、 そのプラズマ処理に特有の指紋に、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、 少なくとも１つの特徴が存在すれば、これをプラズマ処
理中の不適正なチャッキングとみなす、プラズマ処理中
の不適正なチャッキング検出方法。 - 【請求項１８】 不良のないチャンバ内でのプラズマ処
理中に請求項１の方法を実施し、 検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成分に
基づいて、前記不良のないチャンバ内でのプラズマ処理
に特有の指紋を発生させ、 不良の可能性のあるチャンバ内でのプラズマ処理中に請
求項１の方法を実施し、 検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成分に
基づいて、前記不良の可能性のあるチャンバ内でのプラ
ズマ処理に特有の指紋を発生させ、 前記不良のないチャンバ内での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プラズマ
処理に特有の指紋とを比較し、 前記不良のないチャンバ内での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
あると指定する不良の可能性のあるチャンバ内の不良検
出方法。 - 【請求項１９】 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のチャンバである請求項
１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 第１のチャンバ内でのプラズマ処理中
に請求項１の方法を実施し、 前記検出信号の前記少なくとも１つのモニタされた周波
数成分に基づいて、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発生させ、 前記第２のチャンバ内での前記プラズマ処理中に請求項
１の方法を実施し、 前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成
分に基づいて、前記第２のチャンバ内でのプラズマ処理
に特有の指紋を発生させ、 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
の指紋とを比較し、 前記第１のチャンバ内での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指定す
る第１のチャンバと第２のチャンバのマッチング方法。 - 【請求項２１】 プラズマ処理中に請求項１の方法を実
施し、 前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成
分に基づいて、前記プラズマ処理中にプラズマ処理の処
理パラメータを調整するリアルタイムのプラズマ処理制
御方法。 - 【請求項２２】 前記プラズマ処理中の処理パラメータ
の調整がＲＦパワー、ウェーハ温度、及びエッチングレ
ートからなる群から選択される処理パラメータの調整す
ることを含む請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 広帯域光電磁放射特性以外のプラズマ
の特性を測定し、それに基づきそれと関連した大きさを
有する少なくとも１つの周波数成分を有する検出信号を
発生するように適合された測定装置と、前記検出信号を
受信し、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ように適合された、測定装置と
連結した処理機構、とを備えるプラズマを使用したプロ
セスモニタリング装置。 - 【請求項２４】 前期測定装置が更にプラズマの特性を
測定し、これに基づき複数の周波数成分を有する検出信
号を発生し、前記周波数成分がそれぞれこれに関係した
大きさを有するように適合されており、 処理機構がさらに、検出信号の複数の周波数成分の大き
さを経時的にモニタするように適合されている請求項２
３に記載の装置。 - 【請求項２５】 前記測定装置が、プラズマからの電磁
放射の強度を検出しこれに基づいた検出信号を発生する
ように適合された検出器を備え、前記検出信号がそれと
関連した大きさを有する少なくとも１つの周波数成分を
有する請求項２３に記載の装置。 - 【請求項２６】 ウェーハペデスタルに対して順方向及
び反射ＲＦ電圧の少なくとも１つを測定し、前記ＲＦパ
ワーに基づき前記電圧に関連した大きさを有する少なく
とも１つの周波数成分を有する検出信号を発生させるよ
うに適合されたＲＦ電圧測定装置を備える請求項２３に
記載の装置。 - 【請求項２７】 前記処理機構が、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ため
に、プログラムコードを格納したコンピュータシステム
を有する請求項２３に記載の装置。 - 【請求項２８】 前期コンピュータシステムが更に、 前記検出信号をサンプリングし、 複数の検出信号サンプルをタイムドメインサンプルから
周波数ドメインサンプルへ変換し、 少なくとも１つの周波数ドメインサンプルを経時的にモ
ニタする、プログラムコードを備える請求項２７に記載
の装置。 - 【請求項２９】 更に、前期コンピュータシステムに連
結されタイムドメインサンプルを周波数ドメインサンプ
ルへ変換するよう適合されたデジタル信号処理装置を備
える請求項２８に記載の装置。 - 【請求項３０】 前期コンピュータシステムが更に、 前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成
分に基づいて、前期プラズマ処理に特有の指紋を発生さ
せ、 プラズマ処理に特有の指紋に、プラズマ処理の終点を示
す少なくとも１つの特徴があるかどうかを調べ、 少なくとも１つの特徴が存在すれば、これをプラズマ処
理の終点とみなし、 少なくとも１つの特徴の存在をプラズマ処理の終点とみ
なした後、終点警告信号を発生させる、プログラムコー
ドを備える請求項２７に記載の装置。 - 【請求項３１】 前期コンピュータシステムが更に、 検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成分に
基づいて、前期プラズマ処理に特有の指紋を発生させ、 プラズマ処理に特有の指紋に、プラズマ処理中のブレー
クスルーを示す少なくとも１つの特徴があるかどうかを
調べ、 少なくとも１つの特徴が存在すれば、これをブレークス
ルーとみなす、プログラムコードを備える請求項２７に
記載の装置。 - 【請求項３２】 前期コンピュータシステムが更に、 少なくとも１つの特徴の存在をブレークスルーとみなし
た後、プラズマ処理を停止させるためのプログラムコー
ドを備える請求項３１に記載の装置。 - 【請求項３３】 前期コンピュータシステムが更に、 検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成分に
基づいて、プラズマ処理に特有の指紋を発生させ、 プラズマ処理に特有の指紋に、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、 少なくとも１つの特徴が存在すれば、これをプラズマ処
理中の不適正なチャッキングとみなす、プログラムコー
ドを備える請求項２７に記載の装置。 - 【請求項３４】 前期コンピュータシステムが更に、 少なくとも１つの特徴の存在を不適正なチャッキングと
みなした後、プラズマ処理を停止させるためのプログラ
ムコードを備える請求項３３に記載の装置。 - 【請求項３５】 前期コンピュータシステムが更に、 前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成
分に基づいて、チャンバ内のプラズマ処理に特有の指紋
を発生させ、 チャンバ内でのプラズマ処理に特有な指紋を、前記不良
のないチャンバ内でのプラズマ処理に特有な指紋と比較
し、 前記不良のないチャンバに特有な指紋とチャンバに特有
な指紋との差が、予め決めた量よりも大きい場合、チャ
ンバを不良であると指定する、プログラムコードを備え
る請求項２７に記載の装置。 - 【請求項３６】 前期コンピュータシステムが更に、 前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成
分に基づいて、チャンバ内のプラズマ処理に特有の指紋
を発生させ、 前記チャンバ内での前記プラズマ処理に特有な指紋を、
マッチングしている可能性のあるチャンバ内でのプラズ
マ処理に特有な指紋と比較し、 前記マッチングしている可能性のあるチャンバに特有の
指紋とチャンバ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、チャンバ及びマッチングしている
可能性のあるチャンバがマッチングしていると指定す
る、プログラムコードを備える請求項２７に記載の装
置。 - 【請求項３７】 前期コンピュータシステムが更に、 前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成
分に基づいて、前記プラズマ処理中に前記プラズマ処理
に特有の指紋を発生させ、 前記検出信号の少なくとも１つのモニタされた周波数成
分に基づいて、前記プラズマ処理中に前記プラズマ処理
の処理パラメータを調整する、プログラムコードを備え
る請求項２７に記載の装置。 - 【請求項３８】 少なくとも１つのロードロックと、 前記ロードロックに連結された、内部にウェーハハンド
ラを有するウェーハハンドラチャンバと、 前記ウェーハハンドラ及び前記ウェーハハンドラチャン
バに連結された複数の処理チャンバと、 これら複数の処理チャンバの少なくとも１つに連結され
た請求項２３に記載の装置を含む半導体デバイス自動製
造手段。 - 【請求項３９】 検出信号に関連した大きさを有する少
なくとも１つの周波数成分を有する検出信号を発生する
ようにプラズマの特性を測定することと、 前記検出信号をサンプリングすることと、 複数の前記検出信号サンプルをタイムドメインサンプル
から周波数ドメインサンプルへ変換することと、 少なくとも１つの周波数ドメインサンプルを経時的にモ
ニタすることと、を含むプラズマを使用したプロセスモ
ニタリング方法。 - 【請求項４０】 前記プラズマによって発生され、プラ
ズマに関連した強度を有する電磁放射を収集し、 収集された電磁放射の強度に基づいて、周波数成分に関
係する大きさを有する少なくとも１つの周波数成分を有
する検出信号を発生することを含む、検出信号を発生す
るようにプラズマ特性を測定する請求項３９に記載の方
法。 - 【請求項４１】 プラズマによって発生された電磁放射
の収集が、約２００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長を有する
電磁放射の収集を含む請求項４０に記載の方法。 - 【請求項４２】 プラズマ処理中に請求項３９の方法を
実施し、 少なくとも１つのモニタされた周波数ドメインサンプル
に基づいて、プラズマ処理中にプラズマ処理の処理パラ
メータを調整するリアルタイムプラズマ処理制御方法。 - 【請求項４３】 プラズマの特性を測定し、これに基づ
きそれと関連した大きさを有する少なくとも１つの周波
数成分を有する検出信号を発生するように適合された測
定装置と、 この測定装置に連結され、 検出信号を受信し、 検出信号をサンプリングし、 複数の検出信号サンプルをタイムドメインサンプルから
周波数ドメインサンプルへ変換し、 少なくとも１つの周波数ドメインサンプルを経時的にモ
ニタするよう適合された処理機構とを備えるプラズマを
使用したプロセスモニタ装置。 - 【請求項４４】 前記測定装置が、プラズマからの電磁
放射の強度を検出しこれに基づいた検出信号を発生する
よう適合された検出器を含み、前記検出信号がこれと関
連した大きさを有する少なくとも１つの周波数成分を有
する、請求項４３に記載の装置。 - 【請求項４５】 検出信号に関連した大きさを有する少
なくとも１つの周波数成分を有する検出信号を発生する
ように広帯域光電磁放射特性以外の化学反応の特性を測
定し、前記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し、少なくとも１つのモニタされ
た周波数成分は前記化学反応の化学反応レートと関連し
ている化学反応モニタリング方法。 - 【請求項４６】 プラズマ処理中に発生しそれと関連し
た強度を有する電磁放射を収集することと、 収集された電磁放射の強度に基づいて、これに関連する
大きさを有する少なくとも１つの周波数成分を有する検
出信号を発生することと、を含む化学反応特性測定を備
える請求項４５に記載の方法。 - 【請求項４７】 検出信号に関連した大きさを有する少
なくとも１つの周波数成分を有する検出信号を発生する
ように化学反応の特性を測定し、 前記検出信号をサンプリングし、 複数の前記検出信号サンプルをタイムドメインサンプル
から周波数ドメインサンプルへ変換し、 少なくとも１つの周波数ドメインサンプルを経時的にモ
ニタし、少なくとも１つのモニタされた周波数ドメイン
サンプルは化学反応の化学反応レートと関連している化
学反応モニタリング方法。 - 【請求項４８】 プラズマ処理中に発生し、プラズマに
関連した強度を有する電磁放射を収集することと、 収集された電磁放射の強度に基づいて、検出信号に関連
する大きさを有する少なくとも１つの周波数成分を有す
る検出信号を発生することと、を含む化学反応特性測定
を備える請求項４７に記載の方法。 - 【請求項４９】 検出信号に関連した大きさを有する少
なくとも１つの周波数成分を有した検出信号を発生させ
るように化学反応の特性を測定し、ウェーハペデスタル
の順方向及び反射ＲＦパワーの少なくとも１つを測定す
ることを含む化学反応特性測定を備える請求項４７に記
載の方法。
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| JPH11238723A (ja) | プラズマ処理のモニタリング方法及び装置 |
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