JP2001521280A

JP2001521280A - プラズマ放射スペクトルの多変量統計分析を伴うプラズマ処理モニタ

Info

Publication number: JP2001521280A
Application number: JP2000517436A
Authority: JP
Inventors: ミンリ; クアンハンチェン; テイバーエイチスミス; デュアンエスボーニング; ハーベルトエイチサウィン
Original assignee: Massachusetts Institute of Technology
Current assignee: Massachusetts Institute of Technology
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2001-11-06
Also published as: US6153115A; WO1999021210A1; EP1029341A1

Abstract

(57)【要約】プラズマ処理分析技術を提供する。プラズマ処理から放射されるＰ個の放射波長の各強度を、処理の進行につれてモニタする。処理の進行に伴って、モニタされるＰ個の波長の強度間のＰ次元相関関係の表示が生成される。こうして生成された相関関係表示を、これまでのプラズマ処理状態に基づいて生成された所定の相関関係表示と比較して、処理の状態条件(status conditions)を検出する。この技術によれば、プラズマ処理中に放射放出データを評価するための演繹的に予測できる特定のテンプレートは必要ではない。この分析技術は、プラズマ処理中に多様な放射波長間に形成される多様な複合相関関係を調査、発見するのであって、多様な波長間の特定な関係または傾向に対する予測を強要しない。このように、放射波長間に存在することが発見された相関関係を用いてプラズマ処理をモニタする。この分析技術は、検出された放射放出波長の全スペクトルのおいて生じる相互反応の評価を可能にする。したがって、この分析技術は、処理が各段階を経て進行することによって所定処理中に生じる変化同様、電気的および物理的処理環境下での変動によって生じる変化も検出、分析できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【背景技術】

本発明は、半導体回路製造に用いるプラズマ処理をモニタする技術に関し、特
に、かかるプラズマ処理中の多様な処理段階を検出する技術に関する。

【０００２】プラズマ処理は、半導体回路製造に用いられる確立され認証された技術である
。特に、プラズマエッチング技術は、半導体物質層のパターニングにおいて規格
化された処理である。プラズマエッチング処理では、通常、プラズマ状態にある
イオン化された反応体ガスが、半導体ウエハから除去される物質層の一部と反応
する。通常、パターニングされたマスキング物質を物質層の一部に置いて、その
部分を反応体ガスから保護する。これにより、物質層を反応体プラズマガスに露
出させている間に特定パターンにエッチングできる。

【０００３】従来のプラズマエッチング処理は一連の処理段階を含む。プレエッチング、メ
インエッチング、ポストエッチングである。プレエッチングは、プラズマチャン
バのクリーニング、プラズマ照射、プラズマ固化等を含む。メインエッチングは
、物質層のエッチング処理を含む。この処理は、異なる化学作用による多数のエ
ッチング処理から成ってもよい。ポストエッチングでは、オーバーエッチング処
理として知られる追加的なエッチング、および、ポストエッチングチャンバクリ
ーニング等を行う。各段階において、プラズマチャンバに導入されイオン化され
た反応体ガスは、半導体物質とのプラズマ反応によって生じるプロダクトガスと
同様、相互反応し、また複合的かつ非線形的に電気および物理的処理とも反応す
る。

【０００４】この複合的なプラズマ相互作用の特徴が、プラズマ処理中に生成される放射放
出中に示されることが立証されている。つまり、プラズマ中のガスは、チャンバ
内の原子および分子種に特徴的な放射放出を生成する。エッチング処理中に生成
される放射放出のスペクトル分析は、相応して、周知のエッチング処理状態検出
技術に用いられてきた。多大な努力が払われて、光放射分析を用いた、メインエ
ッチング段階終結（エッチング終点として知られる）の検出技術が発達した。プ
ラズマエッチング終点とは、通常、エッチングされている層の最後の痕跡が取り
除かれる丁度その時の点であると考えられている。メインエッチング段階は、エ
ッチング層が除去された後、下部層を損傷する前に終了することが最適である。
したがって、プラズマエッチングを成功させるために、終点検出は重要なモニタ
性能である。

【０００５】プラズマエッチング終点検出は幅広い技術によって行われる。その主なものは
、メインエッチング段階と関連するガス状エッチング反応体および／またはエッ
チングプロダクトに特徴的な一個以上の波長におけるプラズマ放射放出強度のモ
ニタリングに基づく。モニタ中のプラズマ放射強度が所定の強度閾値に対して所
定の方法で変化した場合、エッチング終点検出の合図を送る。他の検出方法とし
ては、プラズマインピーダンス感知等がある。

【０００６】エッチング対象の物質層領域が広く露出されていない場合、つまり、エッチン
グパターンの露出オープン領域が小さく、プラズマから保護されるマスキング領
域が広い場合、エッチング段階終点に特徴的な放射強度の測定可能な変化は非常
に小さいので、放出分析は意味がないかもしれないことが分かった。また、この
システムが生成する放射および電気ノイズは非常に大きいので、測定可能な放射
放出を飲み込んでしまう可能性がある。しかし、半導体デバイスの線幅が細くな
るにつれ、低オープン領域エッチングパターンに対して信頼できるプラズマエッ
チング終点検出を行うことは重要である。さらに、細い線幅の装置に対して信頼
できるプラズマエッチング終点検出を行う場合の難点は、プラズマエッチング処
理の他の段階を確実にモニタすることでもある。しかし、従来のプラズマ処理モ
ニタ技術では、装置の線幅が狭い場合、得られる検出／モニタ結果は最適でない
ことが分かっている。

【０００７】また、エッチングする装置線幅が如何にあろうと、プラズマエッチング装置の
状態は時間の経過と共に変化し得る。これは、プラズマチャンバ内の沈殿物、所
謂チャンバのシーズニング、半導体物質の変化等に因る。これらの全要因は、エ
ッチング処理中に放射放出として検出される物に変化を生じ得る。その結果、あ
るエッチング処理に対して十分な放射分析がなされても、その後同様の処理条件
下で行われるエッチング処理については不十分かもしれない。つまり、プラズマ
処理環境における変化を自動的に考慮できない静止的分析調整(analysis prescr
iption )では、時間の経過と共に、実効性のない処理表示を生成することがあり
得る。これは、従来のプラズマ処理モニタリングシステムではよくあることであ
り、線幅が狭いエッチングシナリオの場合には悪化して、実質的に最適ではない
プラズマ処理モニタリングおよび制御性能となる。

【０００８】

【発明の開示】

本発明は、従来のプラズマ処理モニタリングシステムの制約を克服する。これ
は、プラズマ処理中の放射放出データを評価するための演繹的に予測可能な特定
テンプレートの使用を排除して行う。本発明に係る分析技術は、プラズマ処理中
に多様な放射波長間に形成される多様な複合相関関係を調査、発見するのであっ
て、多様な波長間の特定な関係または傾向に対する予測を強要しない。このよう
に、放射波長間に存在することが発見された相関関係を用いてプラズマ処理をモ
ニタする。この性能により、本発明に係る分析技術は、検出された放射放出波長
の全スペクトルにおいて生じる相互作用を評価できる。したがって、本発明に係
る分析技術は、処理が各段階を経て進行することに因って所定処理中に生じる変
化同様、電気的および物理的処理環境下での変動に因って生じる変化も、検出、
分析できる。

【０００９】本発明に係る分析技術によれば、プラズマ処理から放射されるＰ個の放射波長
の各強度を、処理の進行につれてモニタする。処理の進行に伴って、モニタされ
るＰ個の波長の強度間のＰ次元相関関係の表示が生成される。こうして生成され
た相関関係表示を、これまでのプラズマ処理状態に基づいて生成された所定の相
関関係表示と比較して、処理の状態条件(status conditions)を検出する。

【００１０】上記の通り、この分析は、予測される傾向や波長強度相関関係テンプレートを
強度スペクトルに押し付けてプラズマ処理の状態条件を分析するのではなく、こ
れまでの処理で発見された相関関係の表示を現在の相関関係状態の表示と比較し
て、プラズマ処理状態条件を検出する。

【００１１】好適な実施の形態において、プラズマ処理中にモニタされる放射波長は約２０
０ｎｍ〜８００ｎｍである。少なくとも２個の放射波長をモニタすることが好適
であり、少なくとも約１０個、少なくとも約１００個、あるいは少なくとも約５
００個の波長をモニタすることが、より好適である。

【００１２】本発明に係る分析技術は、多様なプラズマ処理やプラズマ処理段階（例えばプ
ラズマエッチング処理等）に非常に良く適合し、特に、プラズマエッチング処理
の終点段階の到達時期の検出に適合する。

【００１３】本発明に係る分析技術の実施の形態において、まず、Ｋ回のプラズマ処理を実
行する。各処理実行中にＰ個の放射波長の強度をモニタし、所定の相関関係表示
を生成する。これは、これまでに実行されたＫ回の処理における処理条件に対す
る、モニタされたＰ個の波長の強度に基づいて行う。あるいは、生成された相関
関係表示を所定の相関関係表示と比較するステップの前に、プラズマ処理におい
て生成することもできる。

【００１４】分析技術の他の実施の形態において、生成された相関関係表示に基づいて所定
の相関関係表示を更新できる。これは、例えば、これまでの処理条件の変化に基
づいて、指数加重(exponentially weighted)された移動平均を所定の相関関係状
態に適用して行う。本発明に係るフィルタ処理では、プラズマ処理中にＪ個の放
射波長の強度をモニタする。Ｊ＞Ｐであれば、モニタされるＪ個の波長をフィル
タリングして、所定の強度基準を満たすＰ個の波長を選択する。

【００１５】本発明に係る分析技術の実施の形態において、プラズマ処理中のＰ次元強度相
関関係の表示をＰ次元強度相関関係値として生成する。ここで、生成された相関
関係表示を所定の相関関係表示と比較するステップは、生成された各Ｐ次元強度
相関関係値が、このプラズマ処理のこれまでの処理状態に特徴的な強度相関関係
値の所定変化内にあるか否かを検出して行う。生成された強度相関関係値が相関
関係値の所定変化内に無い場合、これは、この処理の状態条件に変化があったこ
とを示す。

【００１６】本発明に係る分析技術の更なる実施の形態において、プラズマ処理中のＰ次元
強度相関関係の表示を、モニタされるＰ個の放射波長の強度間の相関関係の最大
変化の表示として生成する。ここで、生成された相関関係表示を所定の相関関係
表示と比較するステップは、生成された相関関係の最大変化の表示と、これまで
の処理条件に特徴的な所定の最大変化表示とを比較して行う。この生成された最
大相関関係変化の表示が所定の最大変化の表示と一致しない場合、これはプラズ
マ処理の状態条件に変化があったことを示す。

【００１７】他の実施の形態において、上記分析技術を組合わせて、選択された感受性また
は時間の経過に伴うプラズマ処理の変動に強いプラズマ処理モニタシステムを生
成する。

【００１８】本発明は、分析技術を実行し、モニタされるべき選択されたプラズマ処理の必
要条件を満たす技術を採用する幅広いシステムを提供する。本発明のこの他の特
徴および利点は、請求項、後続の説明、貼付の図面より明白になるであろう。

【００１９】

【発明を実施するための最良の形態】

図１Ａは、本発明にしたがって構成されたプラズマ処理システム１０を示すブ
ロック図である。このシステム、例えばプラズマエッチングシステムにおいて、
従来と同様に、所定のプラズマエッチングに適する構成にプラズマエッチングチ
ャンバ１２を設ける。プラズマエッチングチャンバはイオン化反応体ガスのプラ
ズマ１４を発生する。これは、ＲＦパワー、変圧器に接続されたインダクティブ
パワー、その他の適切な励磁手段をチャンバ内のガスに適用して行う。従来通り
、チャンバはウエハ１６の近傍にあり、ウエバ１６上にある一層以上の物質層ま
たはウエハ１６自身がマスクされた型にエッチングされる。チャンバ１２内に放
射ポート１８を設け、一本以上の光ファイバ２０をこのポートに接続して、プラ
ズマ１４からの放射を収集する。ここで「放射」とは、プラズマ処理中に生成さ
れる電磁放射を意味し、適切な検出システムによって検出できる。これは、放射
の可視波長に制限されない。従来同様に、複数の放射ポートをチェンバ内の様々
な位置に設けて、プラズマ内の対応する多様な位置からの放射を収集することも
できる。更に、複数の光ファイバをこれらのポートに配置し、プラズマ内の異な
る平面および角度からの放射を収集することもできる。

【００２０】放射放出プロセッサ２２は、一本以上の光ファイバ２０によって収集された放
射を受信し、電気信号２４を生成する。この信号は、プロセッサ２２が検出可能
な波長における、収集された放射放出の強度を示す。これにより放射放出プロセ
ッサ２２は、プロセッサ２２が感受性を有する波長における、プラズマ内に放出
された放射の強度を測定する。放射放出プロセッサは、分析対象である多数の別
個の放射波長（以後、波長チャネルと称する）を同時に処理できる構成を有し、
多数（例えば、少なくとも約１０００波長チャンネル以上）の波長チャネルに対
する感受性を有することが好適である。

【００２１】電気波長チャネル強度信号２４は、放射放出プロセッサからプラズマ処理アナ
ライザ２６に送出される。プラズマ処理アナライザ２６はこれらの信号を収集し
、分析用に記憶する。プラズマ処理アナライザ２６は、オフラインと実行時の双
方（すなわちオンザフライ）で、波長チャネル強度データを分析してプラズマチ
ャンバ条件を制御するための処理性能を提供する。プラズマチャンバ条件制御は
、パワーシステム等のチャンバ制御システムに制御信号２８を送出して行う。

【００２２】図１Ｂは、本発明に係る放射放出プロセッサ２２の構成要素を示すブロック図
であり、この例示的構成は約２００〜８００ｎｍ波長の放射放出に対する分析に
関する。この構成において、放射放出プロセッサ２２は、光放出スペクトロメー
タ３０として周知のスペクトロメータを有する。これは、入力された放射の波長
を分解し、各波長チャネルを示す信号３２を生成する。市販のスペクトロメータ
の一例として、ＳＱ２０００光放出スペクトロメータ（ＯＥＳ）がある。これは
、フロリダ州ＤｕｎｅｄｉｎのＯｃｅａｎＯｐｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．から発売
されている。このスペクトロメータは、システムに採用された解像度格子（reso
lution grating)次第で、ＵＶ、可視、短波近赤外線波長に対して感受性を有する。約２００〜１０００ｎｍ波長に対する感受性が一般的に有能である。

【００２３】上記以外に市販のスペクトロメータやカスタムメードスペクトロメータも適切
である。所定のプラズマ処理において特に注目される狭間隔の２本の原子放射ラ
インを分解できるＯＥＳシステムを選ぶことが好適である。一般に、高スペクト
ル解像度を有するＯＥＳを採用することが有利である。ＮＭ州Ａｌｂｕｑｕｅｒ
ｑｕｅのＣｈｒｏｍｅｘＩｎｃ．から発売されているＣｈｒｏｍｅｘＯＥＳ
システムは４０００本の別個の波長チャネルをモニタでき、多くの適用に使用で
きる。この程度の解像力が好適であろう。

【００２４】放射信号３２は、ＣＣＤ等の放射コンバータ（ここでは、光学／電気コンバー
タ（Ｏ／Ｅコンバータ）と称する）に送出される。放射コンバータは各放射放出
信号を対応する電気信号３６に変換する。電気信号３６は、その信号の波長にお
ける信号強度を示す。ＯｃｅａｎＯｐｔｉｃｓＯＥＳは付属のＣＣＤを提供
する。このＣＣＤは、毎カウント約８６フォトンに対する感受性を有する。低オ
ープン領域エッチングシナリオ等、処理変化の検出に非常に敏感なモニタリング
性能を必要とするプラズマ処理モニタリング適用では、高い感受性が好適である
。本質的にアナログである電気信号３６は、アナログ／デジタルコンバータ３８
（Ａ／Ｄコンバータ）３８に送信され、デジタル電気波長チャネル強度信号２４
を生成して、プラズマ処理アナライザ２６に送信する。ＯｃｅａｎＯｐｔｉｃ
ｓＯＥＳが提供する付属Ａ／Ｄコンバータは、１２ビット５００ｋＨｚＩＳ
Ａボードであり、パソコン等のコンピュータに直接差し込める。これらのコンピ
ュータにデジタル波長チャネルデータを供給して分析する。電気強度波長データ
は、適切なＡ／Ｄアーキテクチャと、所定のモニタリング適用に適応するスピー
トとによってデジタル化できる。

【００２５】プラズマ処理アナライザ２６は、従来の方法で放射放出プロセッサ２２の出力
に接続され、波長チャネルデータを受信し、記憶する。データ記憶および分析処
理を行うようにコンピュータを制御するように従来のソフトウェア言語でプログ
ラムすることで、汎用コンピュータをアナライザとして構成できる。少なくとも
、マスコプロセッサ(math coprocessor)を有するインテル３８６ＤＸプロセッサ
と互換性があるプロセッサを有するようにコンピュータを構成することが好適で
ある。メモリは最低でも４メガバイトあることが好適である。より好適には、少
なくとも１００ＭＨｚインテルペンティアムプロセッサと同程度の性能を有し、
少なくとも８メガバイトのメモリを有するようにコンピュータを構成する。通常
、ある処理をモニタしながらリアルタイムで大量の波長データを分析可能にする
ために、少ないよりは多いメモリが、遅いよりは早い処理スピードのプロセッサ
が好適である。コンピュータ構成が与えられたら、本発明に係る分析技術を実行
するために非常に適切なソフトウェア環境の一つは、ＭＡＴＬＡＢと呼ばれる数
学的ソフトウェアプロセッサである。これは、ＭＡ州ＮａｔｉｃｋのＴｈｅＭ
ａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．から発売されている。Ｃ言語等のプログラム言語
を含むこの他のソフトウェア環境を採用してもよい。

【００２６】特定目的用デジタル信号プロセッサロジック等、カスタムメイドの特定目的ハ
ードウェアを、汎用コンピュータ上のソフトウェア構成機能を実行するように製
造できる。この構成は多くの場合、コンピュータの計算速度を上回る非常に早い
計算速度を達成できる。したがって、コスト、計算速度、システムサイズ、その
他の要因との交換条件を、所定の適用に対するプラズマ処理アナライザを実行す
る際に考慮する。

【００２７】こうした考慮の末、動作において、プラズマエッチングチャンバ１２内でプラ
ズマエッチング処理を開始し、進行させると、放射放出プロセッサ２２はデジタ
ル波長チャネル強度データを生成する。このデータは収集され、プラズマ処理ア
ナライザ２６内に保存される。アナライザは、以下で説明する本発明に係る技術
にしたがってチャネルデータを評価する。さらに、その分析に基づいて、プラズ
マ処理の状態を検出する。これは、例えば、信頼性があり、繰返し可能な処理調
節(process regulation）を実現する際に、プラズマチャンバ状態の制御に用いられる。

【００２８】光学計算技術は、放射放出プロサッサを必要としない構成で実行できる。この
構成は、プラズマ処理アナライザを光学計算システムまたは装置として体現する
。かかる構成では、プラズマチャンバから放出された放射を光信号として直接処
理し、本発明に係る分析技術を行ってプラズマチャンバ条件を制御できる。本発
明は、一般に、図１Ａのプラズマ処理システムを、本発明に係る技術にしたがっ
て波長チャネル強度を分析するために必要な機能を提供しながら所定の適用を最
適に行う任意の従来構成において実行することを企図する。

【００２９】本発明に係るこれらの波長強度チャネルデータ評価技術は、多数の波長チャネ
ルデータの多変量統計的分析に基づく。つまりこの分析では、プラズマエッチン
グ等のプラズマ処理の進行に伴い、波長チャネル間の相関関係の変化を評価する
。図２は、プラズマエッチング処理中の１０００本の別個の波長チャネルに対す
る時間関数として波長強度を示すプロットである。この図から、エッチング処理
中にチャネル間に相関関係が形成され、変化することが分かる。この波長チャネ
ルデータはＯＥＳを用いて生成された。このＯＥＳは、５：１比率のＨＢｒ：Ｃ
ｌ₂化学物質を用いたポリシリコンプラズマエッチング処理中に、６００ミリ秒毎に１０００本の個別の波長の強度をサンプリングした。このエッチングは、変
圧器に接続したパワープラズマエッチャによって、低電極ＲＦバイアスパワー約
５０ワット、内部および外部インダクティブコイルパワーそれぞれ約５２４ワッ
ト、３０２ワットによって行った。ブランケットポリシリコンエッチング処理の
平均エッチング率(mean etch rate)は、実験的に約３２００Å／分であることが
分かった。

【００３０】プロットに示される強度データの時間評価は、エッチング処理の段階に直接対
応することがわかる。初めに、プラズマ励磁パワーのネットワークチューニング
が一致したこと、またＲＦバイアスパワーが開始されたことに因り、強度過渡期
が（intensity transient)が生じる。数サンプリング時間単位後、強度データは
メインエッチング段階と関連することが分かる。この段階でポリシリコンフィル
ムをエッチングすると、強度データはプラスマ化学反応の変化に関連することが
分かる。約３５０サンプリング時間単位後、波長強度データはメインエッチング
段階の終点と関連して大幅に変化することがわかる。プラズマガス種は複合的、
非直線的に相互作用することが知られてはいても、明確なチャネル対応関係が現
れる。つまり、反応体ガス種に対応する波長チャネルは、メインのエッチング終
点が近づき、消費される反応体がより少なくなると、強度の増加を示し、エッチ
ングプロダクト種に対応する波長チャネルは、メインのエッチング終点が近づき
、生成されるエッチングプロダクトがより少なくなると、強度の低下を示す。

【００３１】図３は、図２から抜粋した２本の波長チャネルに対する時間関数としての強度
値を示すプロットである。これらの波長チャネルは上記処理に従う。波長チャネ
ルＩの強度はメインエッチング終点状態の開始において非常に増加する一方、波
長チャネルＩＩの強度は減少する。次に示す２つの化学反応は、これらのプロッ
ト経過になることが周知であるポリシリコンエッチング処理を表す。

【００３２】この処理に特徴的かつ周知であるこれらのエッチング反応に基づき、メインエ
ッチングステップが終了すると、塩素反応体ガス種に対応する波長チャネル強度
が増大し、ＳｉＣｌ_Xエッチングプロダクト種に対応する波長チャネル強度が減少することが予想される。この特定的かつ演繹的に予測されるエッチング反応体
とエッチングプロダクトとの逆向き傾向は、周知かつ予測されるプラズマエッチ
ング状態を評価するための効果的なテンプレートではあり得るが、低オープン領
域エッチング適用のように、エッチングプロダクトの集中度が極めて低いエッチ
ングシナリオにおいては、通常、非効率であることが分かる。つまり、演繹的に
予測される傾向のテンプレートをプラズマ種に強要すると、より高度なエッチン
グシナリオにおいては適切なプラズマエッチング状態検出に失敗することが分か
る。

【００３３】本発明に係る波長強度分析技術は、これらの制限的な技術の制約を克服する。
これは、波長チャネルデータのための演繹的に予測される特定テンプレートの使
用を排除して行う。本発明に係る分析技術では、一組のチャネル内の多様な全波
長チャネル間に形成される多様な複合的相関関係を調査し、発見するのであって
、チャネル間の特定な相関関係に関する予測を強要しない。チャネル間に存在す
ることが確認された相関関係を元に、プラズマ処理をモニタする。この性能によ
り、本発明に係る分析技術は、検出された波長強度の全スペクトルにおける相互
作用を評価できる。したがって、所定のプラズマ処理中の電気および物理的処理
環境の変化に因る変化や、この処理が各処理段階を進行するに伴って生じる特定
処理中の変化を検出、分析できる。

【００３４】本発明は、この前提に基づく多様な分析技術を提供する。第一の例示的技術で
は、本発明に係る２波長チャネル分析を考える。図４において、プラズマ処理中
の、例えばプラズマエッチング段階等の安定した状態では、エッチング段階中の
各時間ステップにおける２本のチャネルの測定強度は、通常、この２本のチャネ
ルの強度値によって規定される二次元空間内の局所周辺に集中発生する。プロッ
ト内の各点は、２本のチャネルの強度間の相間関係を表すことが分かる。つまり
各点は、ある一つの時間ステップにおいて、波長チャネルＩの所定強度に対する
波長チャネルＩＩの強度を示す。

【００３５】主成分名称の適用にしたがうと、局所領域中の強度値４４は、信頼楕円体４５
(a confidence ellipsoid)で括ることができる。これは、エッチング段階での２
本のチャネル間の相間構造を特徴づける。楕円体４５の長座標４６は、相関関係
の最大変動軸を示し、第一主成分方向を規定する。楕円体４５の短座標４７は、
第二主成分の方向を示す。主成分と、検出可能な対応方向の数とは、十分なチャ
ネルデータが与えられれば、考察中の波長チャネルの数と等しい。つまり、この
２波長チャネルの例では、２つの主成分がある。

【００３６】この特徴的な楕円体とその位置は、その相関つまり共分散構造によって規定さ
れる。この相関構造は、測定チャネル強度の関数として直接的に、または、主成
分の座標つまり方向に添った値の直線的結合として、表現できる。本発明では、
直接表現および主成分表現の一方または双方を活用するプラズマ処理分析技術を
企図する。

【００３７】特徴的楕円体外にある強度点（例えば、図中の強度点４８）は、チャネル間の
安定的相関関係の変化から統計的に有意に逸脱したことを示す。この点が示すチ
ャネル間の相関関係は、２本のチャネルに特徴的な相関関係変化内になく、特徴
的な楕円体の２つの主成分で括れない関係である。つまり、楕円体外の点は、処
理中、強度値が生成される時点で何らかの変化があったことを示す。例えば、処
理状態が安定状態処理条件(steady state process conditions)から逸脱して変化した、等である。メインプラズマエッチング段階の分析という観点から、こう
した多チャンネル相関関係における変化の検出は、その段階の終点検出に採用で
きる。

【００３８】本発明に係るこの前提を、分析対象であるＰ個の波長チャネルに当てはめると
、所定プラズマ処理中の安定期におけるＰ個のチャネルの強度値は、通常、各チ
ャネルと他の全チャネルとの相間関係を示すＰ次元プロットにおけるＰ次元空間
内の局所周辺に集中していることが分かる。プロットにおいて、局所領域を所定
の信頼レベルに結びつける超楕円体(hyper-ellipsoid)を規定できる。これは、波長チャネル数と等しい対応するＰ個の主成分によって表現できる。したがって
、超楕円体は、所定のエッチング段階でのＰ個の全チャネルにおける相関関係を
特徴づける。超楕円体外にある強度値のスペクトルは、Ｐ個の主成分によって規
定されるＰ次元相関関係の安定した変化から、統計的に有意に逸脱していること
、したがって、処理中に変化があったことを示す。

【００３９】上記の通り、この技術は、予測される傾向や波長チャネルの相関関係テンプレ
ートを強度値スペクトルに強要してプラズマ処理状態を分析するのではなく、い
かなる波長チャネル相関関係が存在するか、また、その相関関係中にいかなる変
化が存在するかを発見し、その処理に特徴的であることが知られている相関関係
の変化から強度値スペクトルが統計的に逸脱する時期を検出するものである。

【００４０】本発明によれば、考察中のプラズマ処理中にＰ個の波長チャネルから得られる
強度データに特徴的なＰ次元超楕円体の表示を、これまでに行われた一回以上の
プラズマ処理の実行またはその一部から得られた実験データを用いて生成する。
この時、分析対象であるプラズマ処理の実行中またはその実行の一部の間に、同
じＰ波長チャネルに対する強度データをリアルタイムで生成する。このデータを
用いて、処理中の各時間ステップにおけるＰ個のチャネルのスペクトルに対する
統計合成関数（ホテリングのＴ²統計値として知られる）を計算し、得られた時間従属Ｔ²（ｔ）統計値を、履歴データに基づく統計上限制御値（ＵＣＬ）と比較する。ＵＣＬは、一つのデータ値を有する所定のエッチング段階に関してＰ次
元空間内の特徴的な超楕円体の形および大きさを規定する。この一つのデータ値
は、処理中の所定時間ｔに生成された一つのデータ値Ｔ²（ｔ）統計値と比較できる。Ｔ²（ｔ）統計値とＵＣＬとの比較は、多チャネル相関関係変化の統計的に有意な逸脱を検出し、プラズマ処理中の対応する時間ｔに生じた変化の表示を
生成するために分析中の処理中にオンザフライで行う。

【００４１】ＵＣＬと同様、Ｔ²（ｔ）統計値機能は強度履歴データに基づく。特に、双方共が履歴データの平均値および共分散に基づく。上記の通り、分析対象であるプ
ラズマ処理から履歴データを収集し、この履歴データを用いて、ＵＣＬとＴ²（ｔ）統計値の計算に用いる変数を生成する。この分析技術によって特に良く扱わ
れるプラズマ処理の一例は、プラズマエッチング処理のメインエッチング段階で
ある。この適用では、所定のプラズマエッチング処理のメインエッチング段階か
らエッチング履歴データを収集、処理して、平均値および共分散データを生成す
る。具体的には、メインプラズマエッチング段階中に波長チャネルデータを収集
する。この段階はＫ回実行され、各実行時に、継続時間Ｔのウインドウにわたっ
てＪ個の波長チャネルの各々の強度を時間関数ｔとしてモニタする。この時、図
１との関連で説明したプラズマ処理構成を用いて行う。

【００４２】図５において、第一ステップ５０では、メインプラズマエッチング段階の終点
検出のためにホテリングのＴ²（ｔ）分析に用いられる統計的履歴データを生成する。このステップ５０では、継続時間Ｔに行われるＫ回のメインエッチング処
理の各処理において、Ｊ個のチャネルの波長チャネル強度データを生データのＲ
（Ｋ、Ｊ、Ｔ）マトリクスとしてプラズマ処理アナラアイザに入力する（５１）
。この形式において、マトリクスの各行ｋは１回からＫ回までの実験実行に相当
し、列ｊは全部でＪ本のチャネル中のｊ番目のチャネルの強度データに相当する
。また、マトリクスの各行列層は、継続時間Ｔ中の所定時間ｔに相当する。この
マトリクスをフィルタリングし（５２）、データマトリクスＤ（Ｋ、Ｐ、Ｔ）を
生成する。この時、Ｐは、選ばれたＰ個のチャネルに対してＪ以下である。

【００４３】このデータマトリクスに対して対応する共分散マトリクスＣを計算する（５４
）。共分散マトリクスは、ＰｘＰ寸法の２次元マトリクスであり、これは継続時
間ＴにＫ回行われる全処理実行から得られる全強度データに基づいて計算される
。このマトリクスは、処理実行および継続時間において波長チャネル間の従属関
係を捕捉する。ＰｘＰ寸法の二次元マトリクスである逆共分散マトリクスＳを計
算する（５６）。さらに、Ｋ回のエッチング処理および継続時間Ｔにおいて選択
されたＰ個のチャネルの平均強度値Ｍ（ｐ＝１〜Ｐ）を計算する（５８）。この
時、上限制御制限値（ＵＣＬ）も計算する（６０）。これは、選択されたＰ個の
チャネルの強度データに特徴的である。

【００４４】図６を参照しながら、生データマトリクスＲ（Ｋ、Ｊ、Ｔ）をフィルタリング
するステップ（５２）を詳細に説明する。このフィルタリングステップは、有益
情報を含まない波長チャネルを分析から排除し、不要なデータ計算処理を軽減す
るために行う。任意の妥当なフィルタリング標準を用いてもよいし、所望なら、
フィルタリングステップを排除してもよい。フィルタリング処理の一例として、
Ｊ個の波長チャネルの各々に対して強度平均値Ｍ（ｊ）を算出する（６２）。こ
の時、全Ｋ回の処理実行および継続時間Ｔを考慮して行う。次に、その平均強度
値(intensity value mean) Ｍ（ｊ）が、例えば、最小有効信号および最大可能ノイズレベル等に相当する特定の平均閾値より大きいことによって特徴づけられ
るＰチャネルのみを選択して（６４）分析する。生データマトリクスＲ（Ｋ、Ｊ
、Ｔ）の列を切りつめて（６６）、選択されたＰ個のチャネル行のみを残し、継
続時間Ｔに関して、選択されたＰ個のチャネルおよびＫ回のメインエッチング処
理に対するデータマトリクスＤ（Ｋ、Ｐ、Ｔ）を生成する。

【００４５】他のフィルタリング機能も実行できる。例えば、ローパスフィルタリングを行
って、ノイズスペクトルの一部を削除できる。中間フィルタリングを行って、厳
密に域外の値(severe outlying values)である強度値を削除できる。デッドバン
ドフィルタリングを行って、平均値周辺にある全強度値を平均値に押し込むこと
ができる。また、他の適切なノイズ軽減技術を実行できる。

【００４６】図７に示すように、共分散マトリクスＣ計算ステップ（５４）は、データマト
リクスＤ（Ｋ、Ｐ、Ｔ）の共分散を計算して行う。はじめに、データマトリクス
Ｄ（Ｋ、Ｐ、Ｔ）を２次元マトリクスとして再フォーマットする（６７）。これ
は、全時間サンプルを、処理実行の追加的実験(additional replicate)として扱
うことで行う。つまり、Ｄ（Ｋ、Ｐ、Ｔ）中の各時間サンプル「層」を２次元マ
トリクスＤ^*（Ｋ^*Ｔ、Ｐ）の終わりに連結させると、Ｄ^*マトリクス内の全列数はＫ処理実行のＴ時間サンプル倍となり、全行数はＰ個、つまり選択されたチャ
ネル数に対応する数になる。Ｋ回のメインエッチング処理に相当する、全データ
列（ＫxＴ）におけるＰ個のチャネルに対する強度値の共分散を計算する（６８）。

【００４７】図８において、逆共分散マトリクスＳの計算ステップ５６は、共分散マトリク
スＣの疑似逆数を計算（７０）して行う。疑似逆数計算が好適なのは、対応する
逆数計算よりも効果的であり、縮退マトリクス(degenerate matrix)の特異点分解(singular value decomposition)に因って特異点(singularity)が生成される可能性を回避するためである。特異点マトリクスが生成されなければ、疑似逆数
計算は不必要である。つまり、真の逆数計算が適切である。

【００４８】図５を参照して、継続時間Ｔにわたる全Ｋ回のエッチング処理において選択さ
れたＰ個のチャネルの強度値の平均値Ｍ（Ｐ）を、上記のように計算する（５８
）。最後に、履歴データに基づいて、上限制御制限値（ＵＣＬ）を計算する（６
０）。ＵＣＬ計算技術の一例では、式（２）にＦ統計値を用いる。

【００４９】ここで、Ｋはこれまでに行ったメインエッチング処理の回数であり、Ｐは選択さ
れた波長チャネルの数であり、αは信頼レベル値である。Ｆ統計値を従来方法に
用いる。

【００５０】信頼レベルαの値によって、Ｐ次元空間中での超楕円体の大きさを設定する。
この空間は、チャネルの集合体およびこれまでのメインエッチング処理の集合体
における強度値の一般的な集中度を規定する。多数のチャネルを選択した場合、
従来通り、Ｆ分布はカイ二乗分布で近似される。これによって、式（３）が得ら
れる。

【００５１】例えば、選択されたＰ個のチャネルが１０００と同等であり、信頼レベルαが
９９％である場合、上記（３）の関係に基づき、ＵＣＬは１１０７である。

【００５２】こうした、これまでの統計的計算が終了すると、プラズマエッチング終点検出
を本発明にしたがってリアルタイムで行うことができる。図９のフローチャート
と図１Ａにおいて、プラズマエッチング処理中のメインエッチング段階では、エ
ッチング処理が進行するにつれて、放射放出プロセッサ２２が多数の波長チャネ
ルの強度データを生成し、エッチング処理アナライザ２６がこれを収拾する。使
用される波長チャネルの数は、必要な計算効率、計算スピードおよび他の要因に
基づいて選択できる。しかし、これは主に、所定のＯＥＳシステムが生成可能な
明確に分解された波長チャネルの数にる制限を受けることがわかる。言い換えれ
ば、全てのあるいは多くの適用では、選択したＯＥＳシステムにおいて使用可能
な全チャネルを採用することが好適である。

【００５３】ＯＥＳシステムは、メインエッチング段階において、選択された間隔でデジタ
ル波長チャネル強度データを生成して、処理中の分析時間ステップを規定するよ
うに構成される。この選択された間隔の継続時間は、システムが終点を制御でき
る所望の速度に基づくことが好適である。例えば、エッチングチャンバを制御し
て、終点状態の表示を、その状態が生じる一秒の１／１０以内にしたい場合、波
長データサンプリング周波数は少なくとも毎秒１０サンプルが好適である。その
他の最大制御遅延要求に対するサンプリング周波数は相応に決定できる。

【００５４】メインエッチング段階中の各サンプリング時間に、生データＲ（Ｊ、ｔ）の強
度マトリクスを、時間ｔにおけるＪ個のチャネルのグループに対して生成する（
７６）。このマトリクスは、時間ｔにおける全チャネル値の一次元表現である。
このマトリクスをフィルタリングして（７８）データマトリクスＤ（Ｐ、ｔ）を
生成する。これは、これまでのデータ収拾局面において選択されたＰ個のチャネ
ルのみに対する時間ｔにおける強度データを含む。したがって、所定時間ｔにお
けるデータマトリクスは、選択されたＰ個のチャネルのみに対する強度値で形成
される。次に、時間ｔでのデータマトリクスＤ（Ｐ、ｔ）に対してホテリングの
Ｔ²（ｔ）統計値を式（４）のように計算する。

【００５５】この時、上付文字Ｔは転置(transposition)を示す。

【００５６】上記のように、式（４）によって得られるＴ²（ｔ）統計値は、選択されたチャネルにおける強度値データの共変動を考慮した複合機能(compodite function ）である。Ｔ²（ｔ）統計値は、強度値スペクトルと処理相関関係平均値の加重し一般化した距離を示す。換言すれば、所定時間ｔにおいてＴ²（ｔ）統計値は、その時間でのチャネル間の相関関係に対応するＰ次元空間中の点と、履歴デー
タから検出されるこれらの相関関係の処理平均値との距離を示す。

【００５７】Ｔ²（ｔ）統計値は、特徴的な長楕円体方向に沿った一般化された距離を用いて計算できる。これは、こうした方向は同じデータに対して、回転した座標シス
テムを作製するにすぎないからである。したがって、Ｔ²（ｔ）統計値の計算は、全主成分に向かうデータ投影(projections)を用いて均等的に行うか、これら成分の部分集合を用いて近似できる。

【００５８】本発明において採用されるホテリングＴ²（ｔ）統計値は、ある仮定に基づく。その仮定は、ある時間サンプルにおける各波長チャネルの強度は、次の時間サ
ンプルにおけるその波長チャネルの強度に同一に分布される、というものである
。波長チャネル強度データは、分析中のエッチング処理中の時系列反応(time se
ries behavior)を獲得しないことが好適である。多様なエッチング処理中に幅広
い波長チャネルをモニタする間に得られた実験的波長チャネル強度データは、検
査中のプラズマ処理に対して、波長チャネルが時間従属反応を呈さないことを立
証した。したがって、多数のプラズマ処理分析について、上記の仮定は理に叶う
ことが分かる。しかし、選択されたプラズマ処理について波長チャネル強度が時
系列反応を獲得することが分かれば、波長チャネル強度ノイズを「漂白(whiteni
ed)」してこの反応を本質的に消去できるし、また、時系列「署名(signature)」
をチャネル強度データに適合させて「署名」からの逸脱を計算し、Ｔ²（ｔ）統計値を獲得できる。

【００５９】図９のフローチャートにおいて、Ｔ²（ｔ）統計値が計算されると、終点状態を評価して（８２）、メインエッチング段階の終点に達したか否かを検出する。
上記のように、終点に達していれば、波長チャネル間の相関関係はその段階に特
徴的な方法で変化する。この結果、選択されたチャネルにおける強度スペクトル
は、メインエッチング中の安定期に選択されたチャネルの強度によって規定され
るＰ次元超楕円体から逸脱する。

【００６０】次に、チャネル強度相関関係が、規定された超楕円体から決定的に逸脱する時
点、つまり、Ｐチャネル強度相関関係が履歴データに特徴的な相関関係変化の外
に逸脱した時点を以って終点と規定する。計算上、これは、Ｔ²（ｔ）統計値が決定的に増大して、以前に算出したＵＣＬ値より大きな値になる時点で示される
。つまり、ＵＣＬは強度値相関関係の変化における制限を設定する測定基準であ
り、これ以上では、チャネルスペクトルは典型的な処理相関関係変化を逸脱する
。

【００６１】多様な条件を課して、Ｔ²（ｔ）統計値がＵＣＬ値より決定的に上昇することを検出できる。ある例示的状態では、Ｔ²（ｔ）統計値が最小数の評価イベントに対するＵＣＬより大きな値でなければ終点が示されない。図１０において、こ
の例では終点評価ステップ（８２）を実行するために、最初にカウンタ値ｃをゼ
ロに設定する（８４）。次に、現在のカウンタ値を所定のカウンタ最大値Ｃ_max と比較する。カウンタ最大値は、例えば、所定のメインエッチング処理に対して
予測される信頼レベルに元づいて選択されるので、１からより大きい整数値、た
とえば４、までの範囲に設定できる。次のステップでは、現在のカウンタ値をカ
ウンタ最大値と比較する（８６）。現在のカウンタ値がカウンタ最大値よりも大
きければ、終点検出が表示される（８８）。

【００６２】現在のカウンタ値がカウンタ最大値より大きくなければ、現在のＴ²（ｔ）統計値を所定のＵＣＬ値と比較する（９０）。この比較において、Ｔ²（ｔ）統計値がＵＣＬより大きいことが分かれば、カウンタを繰り上げる（９２）。大きく
なければ、カウンタをゼロにリセットする（８４）。この評価ループによって、
終点が表示される前に、Ｃ_max個より多い数の評価イベントに対してＵＣＬ値よりＴ²（ｔ）統計値を大きくするために必要な条件を実行し、所定のエッチング処理に対する信頼レベルに対応するように調整される。

【００６３】このような表示が行われると、プラズマ処理アナライザ２６（図１）は、プラ
ズマエッチングチャンバ１２のコントローラに終点を合図する。これによって、
チャンバの状態は次のエッチング段階、例えばオーバーエッチング段階、に適合
するように調整される。プラズマ処理アナライザをリセットして、現在のエッチ
ング処理の次のエッチング段階における分析、あるいは次に行うエッチング処理
における分析に備える。

【００６４】

【実施例Ｉ】

図５から図１０のフローチャートを参照しながらこれまでに説明した終点検出
技術を用いて、ブランケットポリシリコンプラズマエッチング処理のメインエッ
チング段階の終点を検出する。エッチング処理は、２本コイル動作用に変更した
ＬａｍＲｅｓｅａｒｃｈＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ−ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａ
ｓｍａＥｔｃｈｅｒによって行う。内部コイルエッチングパワーは約５２４ワ
ットに、外部コイルエッチングパワーは約３０２ワットに、下部電極バイアスエ
ッチングパワーは約５０ワットにそれぞれ設定し、反応プラズマはＨＢr:Ｃl₂化
学物質とした。この状態下でのエッチング率(etch rate)は毎分約３２００Åであることがわかった。放射放出プロセッサは、上記ＯｃｅａｎＯｐｔｉｃｓ，
Ｉｎｃ．製のＳＱ２０００ＯＥＳである。このシステムは、毎６００ミリ秒毎
に強度値チャネルデータをサンプルして生成するように構成されている。プラズ
マ処理アナライザは、９０ＭＨzインテルペンティアムを搭載した汎用コンピュータとして実行される。このプロセッサには、分析ステップを実行するように、
ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．製のＭＡＴＬＡＢソフトウェア処理環境がプロ
グラムされている。

【００６５】２回のエッチング処理を実行する。これは、１０００個のチャネルから得られ
た強度値データを以って、フィルタリングせずに行なう。つまり、Ｋ＝２および
Ｊ＝Ｐ＝１０００に対して、共分散および平均値マトリクスを生成する。ＵＣＬ
の計算に用いられる信頼レベルαを、カイ二乗分布に基づいて、ＵＣＬ１１０７
に対して９９％に設定する。

【００６６】図１１Ａおよび図１１Ｂは、ブランケットポリシリコンエッチング処理のメイ
ンエッチング段階中に計算されたＴ²（ｔ）統計値のプロットである。図１１Ｂは、図１１Ａにプロットされた同じデータに対して、より細かいＴ²（ｔ）統計値スケールを提供する。各プロットは２つのデータカーブを含み、それぞれ、別
個のエッチング処理に対応する。プロットされたＴ²（ｔ）統計値は、上記２回のエッチング処理に対して計算された平均値および共分散データに基づく。初期
過渡現象が見られる。これは、パワー一致段階を含むエッチングの初期段階に因
る。また、約３０秒の継続時間に相当する５０の初期Ｔ²（t）統計値を計算する
が、この値は、リアルタイム終点評価処理においては無視される。

【００６７】このプロットは、初期過渡現象後の安定状態のメインエッチング処理における
Ｔ²（ｔ）統計値が非常に小さいことを示す。これは、安定状態のメインエッチング段階では、波長チャネル強度間の測定相関関係が、その処理に関するこれま
での強度平均値に非常に近く、これまでの特徴的な相関関係変化を逸脱していな
いことを示す。終点の始まりにおいて、Ｔ²（ｔ）統計値が劇的に上昇する。図１１Ｂに明示される通り、終点状態の初めに統計値がＵＣＬを上回って上昇する
につれて、統計値はステップ機能に近づく。これは、終点の始まりでは、波長チ
ャネル強度間の測定相関関係が、メインエッチング段階に対するこれまでの特徴
的な相関関係の変化から有意的に逸脱することを示す。この実験は、これまでの
相関関係変化からの逸脱を測定し、これに基づいて、メインエッチング段階での
早期の点から終点状態を明確に区別する技術の性能を証明する。

【００６８】この終点検出例の信号対雑音比は、Ｔ²（ｔ）統計値に基づいて計算できる。信号要因値をもって、終点間にほとんどのポリシリコンフィルムが取り除かれた
後のＴ²（ｔ）統計値と、終点に達する前のＴ²（ｔ）統計値との差とし、ノイズ
要因値をもって、メインエッチング段階の安定状態におけるＴ²（ｔ）統計値の標準的逸脱とする。この測量基準によると、本発明に係る終点検出技術をブラン
ケットポリシリコン層に適用する場合の信号対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比率は、約３０
００である。

【００６９】この非常に高い信号対ノイズ比率は、１〜２本の波長チャネルのみから得られ
た強度値データに基づく従来の終点検出における信号対ノイズ比率と好対照をな
す。図３でプロットした２本のチャネルデータをブランケットポリシリコンエッ
チング処理に対して考慮すると、波長チャネルＩに対する信号対ノイズ比率は約
１５０である。したがって、本発明にしたがってて波長チャネルに適用されるホ
テリングのＴ²（ｔ）分析は、信号対ノイズ比率を約２０倍に増加できるように見える。

【００７０】

【実施例ＩＩ】

エッチングすべき開放露出領域を約１〜１．５％しか含まないパターンにて厚
い紫外線フォトレジストのマスクが設けられた酸化層をプラズマエッチングする
間に、１０００個の波長チャネルに関する強度値データを収集した。エッチング
は、アプライドマテリアルズ社のプラズマエッチャー内で、使用権を有する（pr
oprietary）エッチング工程手順を用いて実施された。放射放出プロセッサおよびプラズマ工程アナライザは、上記の実施例Ｉのものと同様に実現された。履歴
データ分析および測定データ条件も、上記の実施例Ｉと同様である。

【００７１】図１２は、１０００個の波長チャネルの強度を、酸化物エッチング工程中の時
間の関数としてグラフで示したものである。グラフには、多段階工程との対応が
見られる。その多段階工程とは、まずアルゴンの化学作用を用いてプラズマを発
生させ、第二の化学作用を用いてフォトレジストから反射防止コーティングをエ
ッチングし、さらにメインエッチング段階においてＣ₂Ｆ₆の化学作用を用いて酸
化物をエッチングすることを含む。

【００７２】このプラズマエッチングシステムにおいて従来の手法を用いた場合、内部エッ
チングチャンバの壁が水晶であるため酸化物エッチング手順で使用するプラズマ
反応ガスに対して壁が反応性を示すことから、終点の自動検出は非常に困難であ
ることがわかった。したがってそのような条件下では、酸化物プラズマエッチン
グのメインエッチング段階の終点を、チャンバのライナがエッチングされつづけ
ている間にも検出しなければならない。つまり強度値データのうち、メインエッ
チング工程に関連する成分が、チャンバ壁エッチング量の関数である量にて減少
するということである。

【００７３】上記の実施例Ｉで実施された終点検出手法を用いて、少量開放領域の酸化物エ
ッチングを分析した。履歴データ収集期におけるチャネルフィルタステップでは
、元々の１０００個の波長チャネルのうち７５９のチャネルが、任意単位にて約
１００より高い平均強度値を示すことがわかった。１００とは、ノイズ天井値と
して設定された値である。カイ二乗分布に基づいて選択された７５９のチャネル
に対して、９９％の信頼レベルを用いてＵＣＬ値８５３を生成した。

【００７４】エッチング工程中に、約５ヘルツの周期で約１５ミリ秒の集積時間にて、波長
チャネルの強度値を収集した。図１３は、Ｔ²（ｔ）統計値を、エッチング工程中の時間の関数としてグラフで示したものである。

【００７５】メインエッチングステップにおいてＴ²（ｔ）統計値はＵＣＬ値未満のままであり、メインエッチングの終点に相当するとされた時点に、Ｔ²（ｔ）統計値はＵＣＬ値を越えて明確に増加した。これは、本発明の終点検出手法が、非常に少
量の開放領域のエッチングパターンにおいても終点検出が可能であるほどに感度
が高いことを表す。もちろん本手法は、このような少量開放領域の場合でも、ブ
ランケットエッチングの場合と同様に効果的である。

【００７６】本発明は、上述の例および説明で使用した分析手法の数々の変形を含むことを
意図する。前述のとおりこの分析手法を、メインプラズマエッチング段階以外の
プラズマエッチング工程での状態条件の検出に適応させることができる。また、
プラズマエッチング工程以外のプラズマ工程での状態条件の検出にも適応可能で
ある。ある選択した分析適用例においては、その選択適用例の少なくとも二つの
放射放出チャネルからの強度値の共分散および平均値を算出することで、その適
用例のチャネル相関および相関変動の特性を描写できる。続いて、上述の終点条
件評価ステップと同じように適切な評価条件を選択し、履歴分析において見出し
た相関変動以外の工程変化の確率（または検出）の推定を生成する。

【００７７】さらに、図５〜図８の履歴統計的分析ステップは、分析すべき所定の工程中に
完了するリアルタイム分析として実施することができる。たとえばメインプラズ
マエッチング段階の終点検出の場合、履歴統計的分析は、分析する工程実行以前
の時点にオフラインで完了する代わりに、メインエッチング工程の開始時に安定
状態条件が確立されたら直ちに完了することができる。認識されるとおり、履歴
統計的分析ステップは、所定の適用例において要求される他の実行時機能をサポ
ートするよう他の方法で改変することも可能である。

【００７８】本プラズマ工程分析手法はさらに、処理中のウェハ上のエッチング終点条件な
どの、選択した工程条件の進行の度合いまたはパーセンテージを表示するよう改
変され得る。そのようなシナリオでは、たとえばもしウェハにおいてエッチング
すべき層の８０％がエッチングの終点に達したときには、０．８という結果が供
給される。この機能は、たとえば工程実行中に計算したＴ²（ｔ）統計値に基づく現在のＴ²（ｔ）統計値分布内に所定のＴ²（ｔ）統計値が位置しない確率に対
して、ベイズの推定を実施することによって、本発明に従って実現され得る。続
いてその確率測定値を、終点に達したかどうかの確実性の度合いの非離散的測定
値として用いることができる。この手法を、現在のＴ²（ｔ）統計値以外を用いるよう改変することができる。たとえばＴ²（ｔ−ｓ）、Ｔ²（ｔ−ｓ＋１）など
（ここで、０＜ｓ＜ｔ_current）の、数個の過去時間のサンプルにおけるＴ²（ｔ
）統計値を代わりに用いてもよい。

【００７９】本手法のさらなる改変において、Ｔ²（ｔ）統計値を、プラズマ工程の進行に伴って移動する時間ウィンドウ内で収集された波長チャネル強度値の時系列に基
づいて計算することが可能である。この場合、上述の分析ステップを直接に適用
できる。そしてメインプラズマエッチング段階の終点表示などの工程条件表示を
、単一の時間サンプルの波長チャネル強度値の代わりに、所定の時間ウィンドウ
内のそれらの値に基づいて生成する。

【００８０】本発明によるプラズマ工程分析手法はさらに、プラズマ工程中の時間の経過に
わたるドリフトを反映するよう改変できる。わずかな工程変化であっても、エッ
チング終点を確実に検出する能力を著しく低下させるため、そのような改変はプ
ラズマエッチング終点検出において特に重要である。ここで「工程ドリフト」と
は、工程条件のゆっくりとした変動、すなわち数回の工程の経過の間に変化する
工程条件である。公知のとおりこれらの変化は、方向が反転する場合もある。数
回の工程実行の経過にわたる工程変動はたとえば、プラズマチャンバ放射ポート
へのポリマ付着、プラズマチャンバ壁のエッチング、ウェハ材料によるプラズマ
チャンバの汚染、および他の工程環境変化に起因する。そのような変化は、中立
的な強度フィルタとして作用するとは限らず、代わりに波長に依存した強度変化
や、波長依存のチャネル相関変化を発生させることもある。結果的にそのような
変化は、時間の経過にわたって、プラズマ放射放出の強度値における予想不可能
なドリフトとして表れる。エッチング段階の特性を描写する上述のＰ次元超楕円
体との関連で述べれば、超楕円体が時間の経過にわたってＰ次元空間をドリフト
することが観察される。すなわち、波長チャネルの強度平均値および共分散行列
の、時間の経過に伴う変動が見られる。

【００８１】本発明は、そのようなドリフトに対応する手法としては数々の手法を含むこと
を意図する。それらはたとえば、平均化、フィルタリング、平滑化、または適切
な推定方法である。本発明に従う一つの手法例では、たとえば指数重み付き移動
平均（exponentially-weighted moving average）などの移動平均を用いて、ホテリングのＴ²（ｔ）分析で使用する平均および共分散因数を、ドリフトに合わせて更新する。

【００８２】この例を、図１４のフローチャートを参照して説明する。以下は、（例として
）終点条件に関して分析すべき所定のエッチング工程（たとえばメインエッチン
グ工程）であって、（たとえば）順次エッチングされる一連のＮ個のウェハに対
して実施される一連のＮ回のエッチング工程内の、番号ｎのエッチング工程に関
する。ここで本発明の分析手法は、上記一連の中でのその所定のエッチング工程
の位置に基づくＴ²（ｎ，ｔ）分析を可能にする。Ｔ²（ｎ，ｔ）の計算のための
逆共分散および平均因数を算出するための履歴統計的計算を完了した状態で、分
析９５の第一のステップにおいて、メインエッチング段階中の各時間ステップに
対して、現在の工程ｎに関する未加工データＲ（ｎ，Ｊ，ｔ）の強度値行列を、
各時間ｔにおけるＪ個の波長チャネル群に関連して、前述のとおりに生成する（
９６）。この行列をフィルタリングし（９８）、履歴データ収集期において選択
されたＰ個のチャネルに関する強度データのみを含む、工程ｎのデータ行列Ｄ（
ｎ，Ｐ，ｔ）を生成する。このようにして、所定の時間ｔに関するデータ行列は
、選択されたＰチャネルの強度値のみによって構成される。

【００８３】続いてホテリングのＴ²（ｎ，ｔ）統計値を、エッチング工程ｎのデータ行列Ｄ（ｎ，Ｐ，ｔ）に関して算出する（１００）。さらに図１５を参照すると、そ
の統計値は時間ｔに関して、したがって計算される（１１０）。ここで上付き文字Ｔは、転置を表す。この関
数において用いる平均Ｍ（ｎ，Ｐ）および逆共分散Ｓ（ｎ）は、過去のある時点
で分析した履歴データに基づいて決定することもできるし、あるいは以下に説明
する方法で得られる調節済み因数を用いることもできる。

【００８４】Ｔ²（ｎ，ｔ）統計値の算出後、終点条件をリアルタイムに評価し（１０２）、エッチング工程ｎにおいてメインエッチング段階の終点に達したかどうかを判
定する。その評価は、Ｔ²（ｎ，ｔ）統計値と、履歴データから算出したＵＣＬ値との比較に基づいて実施される。前述のとおり、ＵＣＬ値を超過するＴ²（ｎ，ｔ）統計値の決定的増加（終点条件の開始時に相当する）がいつ起きたのかを
、条件評価を用いて検出することが可能である。ここで、前述の図１０の評価ス
テップ８２あるいは他の適切な評価手順を使用できる。メインエッチング段階の
終点が検出された時点で、上述のとおりプラズマチャンバ制御システムは、メイ
ンエッチング工程を停止する準備態勢に入る。

【００８５】再度図１４を参照する。分析すべき新たなエッチング工程を開始する前に、履
歴データからの平均および共分散因数を更新し、過去の工程実行に加えて最新の
工程実行の条件を反映させる。この更新手法では、最新の工程実行に関するＤ（
ｎ，Ｐ，ｔ）などのフィルタしたデータ行列を、メモリ内に保持する。フィルタ
された各データ行列を切り詰め（truncated）（１０４）、対象のエッチング工程段階（すなわちメインエッチング段階）からのデータのみを含むようにする。
過去の分析におけるデータ収集がエッチング工程全体に及んで実施されていた場
合は、データ行列が前の段階からのデータを含んでいてもよい。切り詰めは、対
象のエッチング段階との既知の時間的一致または他のそのような一致に基づいて
実施でき、それにより最新の工程実行、工程ｎ、に関する切り詰め行列（たとえ
ば）Ｇ（ｎ，Ｐ，ｔ）を生成する。

【００８６】Ｇ（ｎ，Ｐ，ｔ）などの過去の工程実行からの切りつめ行列を生成した後、共
分散行列および平均因数を更新する（１０６）ことで、更新共分散行列因数Ｃ（
ｎ＋１）および更新平均因数Ｍ（ｎ＋１，Ｐ）を生成する。それらの因数は次の
工程分析、すなわち分析する一連のＮ個の工程のうちのｎ＋１番目のエッチング
工程において使用される。続いて、対応する逆共分散行列Ｓ（ｎ＋１）を算出し
（１０８）、ｎ＋１番目の工程分析においてＴ²（ｎ＋１，ｔ）統計値を算出するために必要な因数をすべて用意する。

【００８７】図１６のフローチャートを参照する。ｎ＋１番目の工程分析で使用する更新共
分散および平均因数は、最新の工程分析から得た切り詰め行列Ｇ（ｎ，Ｐ，ｔ）
に基づいて算出する。詳細には、更新共分散の算出の際はまず、工程ｎの間のメ
インエッチングの期間内のＰチャネルの強度データから得た切り詰め行列Ｇ（ｎ
，Ｐ，ｔ）に関して、測定された共分散行列Ｃ＾（ｎ）を計算する（１１２）。
続いて、更新共分散を算出する（１１４）。

【００８８】前述のとおり本発明は、共分散および平均因数を更新する手法としては数々の
手法を含むことを意図する。更新関数を指数重み付き移動平均（ＥＷＭＡ）とし
て実現した場合は、実行ｎに関する測定共分散行列Ｃ＾（ｎ）にＥＷＭＡを適用
する。ここで因数重み行列Ｗ₁は寸法ＰｘＰで選択され、工程環境で発生する変動の度合いを反映するよう選択されたゼロから１の間の数値である対角成分値を
含む。工程変動が大きい場合、すなわち更新の影響を強くしたい場合は、１に近
い対角値が選択される。逆に工程変動が緩やかな場合、すなわち更新の影響を弱
くしたい場合は、０に近い対角値が選択される。選択された特定の対角値は、そ
の工程に特徴的なドリフト量およびノイズ量の両推定値を反映することが好まし
い。ＥＷＭＡ重み行列対角値をゼロに設定して計算を更新すると、更新を用いな
い上述の手法と同等になる。

【００８９】以上により、次の分析、すなわちｎ＋１番目の工程の分析のための更新共分散
は、以下のとおりである。

【００９０】ここでＣ（ｎ）は、現在のｎ工程分析に使用した共分散行列であり、切り詰め行
列Ｇ（ｎ，Ｐ，ｔ）に基づいて工程の最後に測定されたものとは異なる。この更
新関数は、最新の工程実行条件に最も強く重みをかけ、過去の工程実行条件には
それより弱く重みをかけることで、時間の経過に伴う工程条件の変動傾向を反映
する。

【００９１】更新平均因数を算出する際はまず、切り詰め行列Ｇ（ｎ，Ｐ，ｔ）の平均を計
算することによって、最新の工程の平均値Ｍ＾（ｎ，Ｐ）を算出する（１１６）
（図１６）。続いて、算出した平均値に対して、第一の重み行列Ｗ₁と同様の形式の第二のＥＷＭＡ因数重み行列Ｗ₂を適用し（１１８）、以下のように更新平均値を算出する。

【００９２】共分散の更新関係と同様にこの平均値の更新関係においても、最新の工程実行条
件に過去の工程実行条件より強く重みをかけることで、時間の経過に伴う工程条
件の変動傾向またはドリフトを反映させる。二つのＥＷＭＡ因数重み行列が、同
一であっても異なる数値を用いていてもよいことに留意されたい。

【００９３】そして最後に、更新逆共分散因数を図１７に示すように計算する（１０８）。
ここで退化行列（degenerate matrices）内に特異点が生じることを避けるために、更新逆共分散は擬似反転（pseudo-inverse）として算出される。履歴因数を
更新した後、ｎ＋１番目の工程分析のために、図１４の終点分析手法９５を上述
のとおり実施する。

【００９４】認識されるとおり、本分析手法における上記例の更新による改変は、監視する
エッチング段階の分析の間にリアルタイムに適用できる。エッチング工程の進行
と同時に、エッチング段階の第一の部分からの強度データを用いて、更新共分散
および平均因数を生成することができる。そしてそれらの更新因数を、そのエッ
チング段階の第二の部分におけるＴ²（ｔ）分析に利用することができる。この改変手法は、プラズマエッチング工程のメインエッチング段階以外の他の段階の
検出に適用することも可能であり、また一般的に他のプラズマ工程にも、対象の
エッチング段階または工程からの強度値データを上述の方法にて用いることで適
用できる。

【００９５】本発明は、ＥＷＭＡ更新メカニズム以外の他の更新メカニズムをも含むことを
意図する。たとえば、ローパス、バンドパス、またはノッチフィルタリング、あ
るいはメジアンまたは他の非線型フィルタリング、あるいは推定手法を含む他の
適切な手法が使用可能である。一例では、二重指数重み付き移動平均（ＤＥＷＭ
Ａ）を用いて、以降の工程分析のための更新平均および共分散因数を生成する。
この手法では、各因数の値のＥＷＭＡおよび各因数のスロープまたは傾向のＥＷ
ＭＡを、更新に利用する。各因数を、各因数の値のＥＷＭＡと各因数の傾向のＥ
ＷＭＡとの和に基づいて更新する。これらの更新を、上述のステップ１０６のＥ
ＷＭＡによる更新１１４および１１８の代わりとする。

【００９６】平均および共分散因数と同様に、制御上限を、工程内の変化を反映するよう調
節することができる。たとえば診断的測定によって、分析手法がメインエッチン
グ段階の終点の達成を早期に表示するとわかった場合は、制御上限を少量にて上
昇させることで、終点の達成の検出において必要な信頼レベルの上昇を実施でき
る。同じように、診断的測定によって分析手法がメインエッチング段階の終点の
達成を遅れて表示するとわかった場合は、制御上限を少量にて低下させることで
、終点の達成の検出において必要な信頼レベルの低下を実施できる。

【００９７】更新機能を含む場合も含まない場合も、この分析手法の性質として、プラズマ
チャンバ電源レベルに関する故障、反応ガス供給システムの故障、または他の類
似の故障によって、メインプラズマエッチング終点などの対象のプラズマ条件の
達成を誤って表示させる工程条件が発生してしまう可能性がある。認識されると
おり、走査型電子顕微鏡などの診断手法を用いて工程条件の表示の正確さを確認
することによって、多様な条件下での本手法の有効性を監視することができる。

【００９８】本発明は、同じく主成分分析に基づく追加手法を提供する。その追加手法は、
対象のプラズマ工程条件と、工程実施の間に発生するプラズマ工程の予期せぬ不
具合とを確実に識別する能力が必要な利用状況に特に適している。その追加手法
はまた、少量開放領域のプラズマエッチング工程などの困難なケースにおいても
、プラズマ工程の波長チャネル相関に対する高い感度を達成する。

【００９９】再度図４を参照し、以下を想起されたい。安定状態のプラズマ工程においては
、数量Ｐの各波長チャネル（たとえば図では二つの波長チャネル）の強度値を時
間の経過にわたって監視すると、チャネル強度値間の相関点が、Ｐ次元空間内の
局所的領域に密集することが見出される。各点は、所定の時点におけるチャネル
間の相関を表す。この局所的相関領域の特性を、相関を示すＰ次元のグラフ内の
超楕円体として描写できる。主成分分析の用語で言えばこの超楕円体は、対応す
る数Ｐ個の主成分によって特徴づけられており、それらの主成分は、各チャネル
に対する相関の分散（variance）の直交成分を表す。図４に、第一の主成分４６
および第二の主成分４７を示す。

【０１００】各主成分は、成分の方向またはローディング（loading）とも呼ばれる固有ベクトルと、対応する固有値によって特徴づけられている。図４に図示する二つの
主成分は、たった今述べたとおり、選択された順序付けがなされており、それら
の相対的固有値を反映している。成分４６は、成分４７より大きい固有値を有す
るため、両者のうちの第一主成分である。通常の主成分用語に従えば、Ｐ次元の
超楕円体のＰ個の主成分は、それらの相対的固有値に基づいて降順に順序付けら
れる。そのような順序付けにおいて、最大の固有値に関連する成分は相関データ
における最大分散の方向を示すとされ、順に従って行けば、最後は相関データに
おける最小分散の方向を示すとされる成分に至る。

【０１０１】本発明が提供するプラズマ工程分析の追加手法によれば、特徴的超楕円体、並
びにその超楕円体の対応の主成分固有ベクトルおよび固有値を、選択した対象の
プラズマ工程条件に関して履歴工程データに基づいて生成する。選択した工程条
件の達成を検出するためのプラズマ工程分析中に、分析中の工程の固有ベクトル
を履歴の固有ベクトルと比較し、その工程条件が達成されたかどうかを判定する
。

【０１０２】プラズマ工程中に工程条件の変化があると、波長チャネル相関を表す超楕円体
はその向きおよびサイズを変化させ、以前の向きでは範囲外になる追加の相関点
を含むという認識に、この手法は基づいている。新しい向きは以前の向きの改変
であり、その改変は、工程変化から生じた新しい波長チャネル相関に対応する。
したがって、メインプラズマエッチング終点などの個別の工程条件は、それに対
応する超楕円体向きおよびサイズを有し、その向きおよびサイズは、たとえばメ
インエッチング段階の安定状態において特徴的なものなどの他の向きおよびサイ
ズから識別される。このように、終点条件の超楕円体に関する主成分固有ベクト
ルおよび固有値のセットは独特の相関関係を有し、その相関関係は、その関係に
対応する工程条件における変化の検出に利用可能である。

【０１０３】固有ベクトルおよび固有値の両者を使用するからこそ、この検出手法では特に
高い感度が達成される。監視中の超楕円体のサイズおよび向きの両方を考慮して
いるのである。工程条件が超楕円体のサイズは実質的に変化させずに超楕円体の
向きのみを変化させた場合でも、本手法はその変化を検出できる。したがって、
小さな条件変化も検出可能である。また、所定の工程条件に特徴的な固有ベクト
ルおよび固有値関係（すなわち署名）は、署名が各条件に対して非常に特異的で
あるといえる特異性レベルを有する。それにより、工程の予期せぬ不具合や、選
択した工程条件以外の他の条件を、高い度合いにて識別することができる。

【０１０４】本発明によれば、分析すべきプラズマ工程の安定状態に特徴的な固有ベクトル
署名またはローディング署名を、履歴波長チャネル強度データに基づいて生成し
、さらに検出すべき工程条件に特徴的なローディング署名をデータに基づき生成
する。続いて工程監視中にその工程のローディング署名を算出し、それを対象の
工程条件のローディング署名と、さらには安定状態条件のローディング署名と比
較し、対象の工程条件が達成されたかどうかを判定する。

【０１０５】図１８では、メインプラズマエッチング段階の終点の達成を検出するための監
視分析のケースを例に、上記手法を説明する。分析の第一期２００では、メイン
エッチング工程の安定状態部分のローディング署名を生成する。選択した数量Ｋ
の分析すべき履歴的メインエッチング段階工程に関して、一連の実施済みＫ工程
の各実行ｋにおけるメインエッチング段階の安定状態部分に相当する各工程内の
期間に対して、数量Ｓの主成分候補Ｐ_S,k,±を生成および選択する（２０２）。
続いて、Ｋ工程の各々のＳ主成分の固有ベクトルの方向性または向きを、以下の
とおりに選択する。

【０１０６】図１９Ａ〜図１９Ｄを参照すると、２次元グラフ内の楕円体２０６において、
楕円体の二つの主成分固有ベクトルに関して、ベクトル向きの可能なペアリング
が４つ存在することが示されている。第一の主成分ベクトルＰ₁は、それぞれプラスまたはマイナス方向に相当する右向きまたは左向きであることが可能である
。そして第二の主成分ベクトルＰ₂は、同じくそれぞれプラスまたはマイナス方向に相当する上向きまたは下向きであることが可能である。図１８の分析ステッ
プ２０４では、選択したＳ個の分析すべき各主成分に関してどのベクトル向きを
使用するかを決定するために、第一の履歴的実行すなわちｋ＝１において観察さ
れる、Ｓ個の選択した各主成分の向きを、基準として使用する。同様に、他の履
歴的実行を基準として用いてもよい。続いて、第一の実行におけるｓ＝１〜Ｓの
各主成分と、それ以降の各実行における対応の成分候補Ｐ_s,k,±との点乗積を算
出する。所定の成分に関して、結果として得た点乗積角の絶対値が９０°未満で
ある場合、その成分候補向きを維持する。それ以外の場合はそれと反対記号の向
きを、その所定成分の固有ベクトル向きとする。この要件は、各実行において同
じ工程を実施することを前提にした場合、一連の履歴的実行において各実行の所
定の主成分固有ベクトルの向きが、同じ角度の四分区間に位置する傾向があると
いう予測に基づく。

【０１０７】再度図１８を参照する。固有ベクトル向きを選択した後、選択したＳ個の各主
成分に関して一連のＫ個の履歴的実行を考慮しつつ、平均主成分署名Ｐ_sを算出する（２０８）。つまり、Ｓ主成分の各々に関して平均主成分を生成する。次に
、各平均主成分Ｐ_sと、Ｋ個の各履歴的実行における対応のｓ主成分との、向きの差を算出する２１０。詳細には、主成分ｓの平均主成分Ｐ_sと、履歴的実行ｋにおけるｓ主成分との間の角ψ_s,kを、以下のように計算する。

【０１０８】続いてこの履歴向きデータを用いて、メインエッチング閾値固有ベクトル向き
角署名Θ_S,THRESHを、信頼値に基づいて以下のように選択する（２１２）。その
署名は、終点条件の達成に関してメインプラズマエッチング段階を監視する際に
用いる。

【０１０９】さらに本発明に従い、メインエッチング段階の安定状態部分の向き角署名を生
成するための図１８に示す手順２００と同じステップを、Ｋ個の履歴的エッチン
グ工程中でメインプラズマエッチング段階終点条件の開始時点を含むとわかって
いる期間に対して適用する。上記と同じ手順に従い、終点閾値固有ベクトル向き
角署名Θ^* _S,THRESHを、以下に詳述するとおりにステップ２１２で選択する。その署名は、終点条件の達成に関してメインプラズマエッチング段階を監視する際
に、メインエッチング閾値固有ベクトル向き角署名Θ_S,THRESHと共に用いる。

【０１１０】図１８の手順の詳細について述べる。一連のＫ個の履歴的工程実行にわたって
選択された、選択数量Ｓ個の主成分候補を生成するステップ２０２は、図２０の
フローチャートにしたがって実施される。まず、一連のＫ工程の各履歴工程ｋに
対して、その工程の波長チャネル強度データＲ（ｋ，Ｊ，ｔ）を数量Ｊの波長チ
ャネルについて収集し、図１のシステム構成を用いて記憶する。上述のとおり、
たとえば光学的放射分光計を含む市販の放射放出プロセッサを用いる場合、プロ
セッサによっては、分析に使用できる波長チャネル数が制限されることもある。
一般的に波長チャネル数は、少ないより多いほうが好ましい。

【０１１１】メインエッチング段階署名の生成の際には、分析開始時ｔ₀から分析終了時ｔ₁ までの時間ウィンドウの間の波長強度データを選択するが、その時間ウィンドウ
全体がメインエッチング段階の安定状態部分内に位置するよう選択する。終点達
成署名を生成する際には、メインエッチング段階の終点が発生したとわかってい
る時点を含むように、第二の開始時ｔ₂から第二の終了時ｔ₃までの時間ウィンド
ウを選択する。既知の終点が時間ウィンドウの中間点になるように、この終点用
ウィンドウの開始時および終了時を選択することが好ましい。

【０１１２】履歴的工程ｋに関して収集した波長チャネル強度データは、メインエッチング
段階については第一の行列Ｒ（ｋ，Ｊ，ｔ₀−ｔ₁）の形式であり、終点段階につ
いては第二の行列Ｒ（ｋ，Ｊ，ｔ₂−ｔ₃）の形式である。各行列は、使用する波
長チャネル数に等しい数量Ｊの列と、データサンプル回数に等しい数量の行とを
有する。メインエッチング段階の場合、行数は時間ウィンドウｔ₁−ｔ₀内のサン
プル回数に等しく、終点段階の場合、行数は時間ウィンドウｔ₂−ｔ₃内のサンプ
ル回数に等しい。認識されるように、要求される検出速度を達成するために、デ
ータサンプリングは上述のとおり間隔を空けて実施される。図２０に示すように
、続いてメインエッチング段階行列および終点段階行列について別々に、行列計
算Ｒ（ｋ，Ｊ，ｔ）Ｒ^T（ｋ，Ｊ，ｔ）を実施する（２１６）。ここで、上付き文字Ｔは転置を表す。その結果として得た各共分散行列は、処理対象の分析時間
ウィンドウｔ_w内の時間サンプル数に等しい同数の行と列とを有する。分析ウィンドウ内の時間サンプル数は、使用する波長チャネル数より少ない傾向にあるの
で、この計算によって以降のステップの必要処理が減少し、分析手法の全体的速
度を上昇できる。

【０１１３】メインエッチング段階および終点段階の署名の生成に向けた次のステップでは
、各ＲＲ^T行列の固有ベクトルおよび対応する固有値を算出する（２１８）。図２１のフローチャートによればこのステップ２１８では、各行列に対して、特異
値分解（ＳＶＤ）または他の適切な固有値／固有ベクトル行列分解手法を実施す
る（２２０）。従来のＳＶＤ、または上記で特定したＭＡＴＬＡＢソフトウェア
処理環境で実施される計算履行方法などの他の計算履行方法を用いることができ
る。次に、その計算からの右固有ベクトル（right eigenvectors）Ｐ_j=1-twを、
各行列において、分析する時間ウィンドウｔ_w内のＪ波長チャネルに対応させて指定する（２２２）。換言すれば、時間ウィンドウ内の各時間サンプルによって
、分析するＪ波長チャネル間の相関を表す追加の主成分固有ベクトルが算出され
る。続いて、ＳＶＤステップ２２０で各行列に対して生成した特異値の平方根を
、分析する時間ウィンドウｔ_w内のＪ波長チャネルに関する対応の固有値λ_j=1-t _w として指定する。

【０１１４】固有ベクトルおよび固有値を算出した（２１８）状態で、図２０のフローチャ
ートを再度参照する。続いて、Ｊ個の使用可能な主成分の中から保持すべき主成
分の数量Ｓを表す主成分セットサイズを算出する（２２８）。この計算を実施す
るために、メインエッチング段階行列の固有値を、対応の固有ベクトルと共に降
順に順序づける。また、終点段階行列の固有値を、対応の固有ベクトルと共に降
順に順序づける。そして、各段階に関して保持すべき成分数量Ｓは、以下の関係
に基づいて決定される。

【０１１５】ここで、分散因数ＶＦの例として０．９８を用いた。選択した主成分セットで捉
えることが要求される、ＲＲ^T共分散行列における分散のパーセンテージに相当する選択値を、分散因数として設定する。たとえばＶＦ０．９８は、選択した主
成分セットがＲＲ^T行列における分散の９８％を捉えることを条件として設定する。比較的高いＶＦを用いると、主成分相関変動がより広範囲に及び、比較的低
いＶＦを用いると、主成分相関変動がより狭い範囲に及ぶ。この関係（９）の計
算を実施するにあたり、総和因数は、降順の固有値セットに対して計算される。

【０１１６】続いて、関係（９）で選択分散因数を供給したＳ値を次のステップ２３０で使
用する。λ_j値の降順に取得した第一の数量Ｓの主成分を保持し、それを用いてメインエッチング段階閾値固有ベクトル向き角署名Θ_S,THRESHと、終点閾値固有
ベクトル向き角署名Θ^* _S,THRESHとを、上記の閾値設定ステップ２１２で述べたとおりに算出する。上記の分散因数関係（９）をメインエッチング固有値セット
および終点固有値セットに対して実施し、続いてそれらの両関係からのＳ値を比
較することが好ましい。両Ｓ値のうち低い方を選択し、メインエッチング固有値
セットおよび終点固有値セットの両者に適用する。そして、Ｓ個の主成分のセッ
トをメインエッチング段階に指定し、Ｓ個の主成分のセットを終点段階に指定す
る。その両者のセットとも、Ｋ個の各履歴的エッチング工程に関する。

【０１１７】図１８の手順２００に戻り、各履歴的エッチング工程の各主成分固有ベクトル
の方向を、第一の履歴的エッチング工程の主成分固有ベクトル向きとの比較２０
４によって選択する。上述のとおりに手順を続け、Ｋ工程にわたる各主成分の平
均を計算し（２０８）、次に各主成分固有ベクトルと対応の平均固有ベクトルと
の間の角を算出する（２１０）。そしてついに、メインエッチング段階閾値固有
ベクトル向き角署名Θ_S,THRESHと、終点閾値固有ベクトル向き角署名Θ^* _S,THRES _H とが選択される。

【０１１８】図２２を参照する。閾値署名の選択手順の過程で、主成分の固有ベクトルと対
応の平均主成分の固有ベクトルとの間の算出角の統計的分布が生成される（２３
２）。続いて閾値角を選択するが（２３４）、その際その閾値角が、算出角の信
頼パーセンテージＣＰより高いように選択する。したがって、メインエッチング
段階閾値固有ベクトル向き角署名Θ_S,THRESHは、メインエッチング用主成分セッ
トからのＳ主成分に関する算出角の選択した信頼パーセンテージＣＰより高いよ
うに選択される。また終点閾値固有ベクトル向き角署名Θ^* _S,THRESHは、終点用主成分セットからのＳ主成分に関する算出角の選択した信頼パーセンテージＣＰ
より高いように選択される。

【０１１９】履歴的エッチング工程にわたる主成分固有ベクトル角の分布は通常はガウシア
ン分布であり、算出した固有ベクトル角の標準的な統計的グラフを用いて、その
分布において対照閾値を適用できることが見出されている。したがって、たとえ
ば信頼パーセンテージＣＰ９９％では、Ｋエッチング工程にわたる固有ベクトル
角の９９％が捉えられる。Θ_S,THRESHを確立させる信頼パーセンテージは、メイ
ンエッチング段階固有ベクトル角値のセットにおける終点検出頻度に相当する。
たとえば信頼パーセンテージ９９％は、１００個のメインエッチング段階固有ベ
クトル角値のうちの一つに対して終点が検出されるという条件を課す。このよう
に、比較的高い信頼パーセンテージは検出工程の感度を低下させるが、認識され
るように、終点の誤検出の可能性をも低減させる。

【０１２０】メインエッチング段階閾値固有ベクトル向き角署名Θ_S,THRESHと終点閾値固有
ベクトル向き角署名Θ^* _S,THRESHとを選択した後、終点条件についてのリアルタイムの工程監視を実施できる。図２３において、メインプラズマエッチング段階
の終点検出のためのステップ２４０では、現在監視中のエッチング工程中の時間
ウィンドウに対応する時間ｔにわたって、選択した数量Ｊの波長チャネルに関す
る波長チャネル強度データＤ（Ｊ，ｔ）を測定し、図１のシステム構成を用いて
そのデータを収集する。

【０１２１】本発明による第一のシナリオでは、処理対象の時間ウィンドウの開始点を示す
第一の時間ｔ₀から、処理対象の時間ウィンドウの終了点を示すそれ以降の時間ｔ_wまで、波長チャネルデータを収集する。所定の時間ウィンドウにわたってエッチングが進行し、現在時間が時間ウィンドウ終了点ｔ_wに等しくなるまでの間、波長チャネルデータを記憶する。波長チャネルデータを収集する期間である時
間ウィンドウのサイズは、要求される分析感度を達成できるよう選択すればよく
、履歴チャネルデータに使用したウィンドウサイズと同じである必要はない。詳
細には、適用例によっては、リアルタイム波長チャネル収集ウィンドウサイズを
履歴ウィンドウサイズより小さくすることが好ましい場合もある。それにより、
分析開始前にウィンドウの通過を終えているようにし、発生し得る遅延を最小限
にすることができる。限定的ケースでは、波長チャネルデータの一つの時間サン
プルのみを含むよう時間ウィンドウを指定することも可能である。この極端な改
変は多くの適用においては、終点誤検出が発生しやすくなる可能性があり、好ま
しくないかもしれない。たとえば少なくとも約４個のリアルタイム波長チャネル
データサンプルを含む、より確実な分析時間ウィンドウが好ましい。

【０１２２】代替のシナリオでは、エッチングの進行中、増大するデータコレクションに波
長チャネルデータの新たな時間サンプルを追加する度に、以下に説明するリアル
タイム分析を実施する。指定した時間ウィンドウに達したら直ちに、最終分析を
完了できる。その後、調節された時間ウィンドウに基づいて新しいデータ収集を
開始する。

【０１２３】ウィンドウ全体のデータを収集した後に分析を実施するシナリオ例の場合、収
集されたデータは、波長チャネル数に相当する数量Ｊの列と、処理対象の時間ウ
ィンドウ内で収集された強度値の時間サンプル数に相当する数量ｔ_wsの行とを有
するデータ行列Ｄ（Ｊ，ｔ_ws）の形式にされる。続いて共分散行列ＤＤ^Tを生成する。ここで上付き文字Ｔは転置を表す。ＤＤ^T共分散行列は同数の行と列とを有し、その数は、処理対象の時間ウィンドウ内の時間サンプル数に等しい。特異
値分解（ＳＶＤ）または他の適切な手法を用いて、その共分散行列についての右
固有値ベクトルＱ_jを算出する（２４６）。ここで、ｊ＝１〜ｔ_wsである。続いて、計算した各特異値の平方根を、対応する固有値Ｖ_jとして指定する。ここで、ｊ＝１〜ｔ_wsである。このようにして、数量ｔ_wsの主成分Ｑ_j=1〜_twsと、対応
の固有値Ｖ_j=1〜_twsとが生成される。

【０１２４】次に、履歴データ分析期のステップ２２８で選択した主成分セットの数量Ｓの
値を、固有値の値の降順に順序づけたｔ_ws個の主成分セットに対して適用する。
その結果、比較的大きい固有値を有するＳ個の主成分Ｑ_Sのセットが、処理対象の時間ウィンドウ内で終点条件達成を検出するためのさらなる分析のために保持
される２５０。

【０１２５】図２４に示す手順のステップ２５２に進む。収集データからの主成分Ｑ_SのＳ個の各固有ベクトルと、ステップ２０８で生成した終点段階主成分のセットから
取得した対応の平均主成分Ｐ^* _sとの間の角を算出する。図２５も参照すると、こ
の計算２５２では、ｓ番目の主成分に関する第一の固有ベクトル角Θ^* _Aが、以下
のとおりに計算される（２５４）。

【０１２６】ｓ番目の主成分に関する第二の固有ベクトル角Θ^* _Bは、同様に以下のとおりに
計算される（２５６）。

【０１２７】これらの二つの関係は、各終点段階平均主成分の固有ベクトルと、収集データ
からの対応の主成分の固有ベクトルとの間のペアリングにおける、二つの可能な
向きを表している。次に続くステップでは、ｓ番目の主成分に関する特徴的終点
固有ベクトル角Θ^* _sを、Θ^* _AおよびΘ^* _Bから以下のとおりに選択する（２５８）
。

【０１２８】この条件は、所定の主成分の固有ベクトルは角の共通の半平面内（common hal
f-plane of angles）に位置すると推定されるという、上述の前提に基づく。関係（１２）による最小角の選択によって、この前提に最も合致する角が得られる
。

【０１２９】再度図２４を参照する。Ｓ個の終点固有ベクトル角Θ^* _sを算出した後、算出固
有ベクトル角Θ^* _sの各々が、ステップ２１２で生成した終点閾値固有ベクトル向
き角署名Θ^* _S,THRESHより小さいかを判定する（２６０）。もし固有ベクトル角のいずれもがその条件を満たす場合は、現在の処理対象の時間ウィンドウに特徴
的な超楕円体が、履歴終点段階の超楕円体の向きおよび数値署名の範囲に位置す
ることが明確に識別される。したがって、終了条件の達成が表示される（２６２
）。

【０１３０】少なくとも一つの算出固有ベクトル角Θ^* _sがその条件を満たさない場合は、固
有値ベクトル角のさらなる分析を実施する。ここで、収集データからの主成分Ｑ _s のＳ個の各固有ベクトルと、ステップ２０８で生成したメインエッチング段階主成分のセットから取得した対応の平均主成分Ｐ_sとの間の角を算出する（２６４）。図２６も参照すると、この計算２６４では、ｓ番目の主成分に関する第一
の固有ベクトル角Θ_Aが、以下のとおりに計算される（２６６）。

【０１３１】ｓ番目の主成分に関する第二の固有ベクトル角Θ_Bは、同様に以下のとおりに計算される（２６８）。

【０１３２】これらの二つの関係は、各終点段階平均主成分の固有ベクトルと、収集データ
からの対応の主成分の固有ベクトルとの間のペアリングにおける、二つの可能な
向きを表している。次に続くステップでは、ｓ番目の主成分に関する特徴的メイ
ンエッチング段階固有ベクトル角Θ_sを、Θ_AおよびΘ_Bから以下のとおりに選択する（２７０）。

【０１３３】続いて再度図２４を参照する。算出したメインエッチング段階固有ベクトル角
Θ_sのいずれかが、ステップ２１２で生成したメインエッチング段階閾値固有ベクトル向き角署名Θ_S,THRESHより大きいかを判定する（２７２）。もし主成分固
有ベクトル角のいずれかがその条件を満たす場合は、処理対象の時間ウィンドウ
に特徴的な超楕円体が、履歴データのメインエッチング段階の超楕円体の向きお
よび数値署名の範囲に位置しないことが識別される。その結果、終了条件の達成
が表示される（２７４）。この表示ステップは、ステップ２６０の終点段階閾値
固有ベクトル向き角署名の決定によって正確に識別されなかった終点条件を拾い
上げる、慎重を期すための予備的ステップである。工程におけるこのステップま
たは前の表示ステップ２６０での終点表示を、上述のとおりエッチングチャンバ
の制御システムに通報し、それに従ってたとえばメインエッチングパラメータを
停止するなどして、エッチングチャンバ条件を制御することができる。

【０１３４】算出したメインエッチング段階固有ベクトル角Θ_sのいずれもが、ステップ２１２で生成したメインエッチング段階閾値固有ベクトル向き角署名Θ_S,THRESHよ
り大きくない場合、終了条件の達成は表示されない。そして、処理対象の時間ウ
ィンドウを一つインクリメントして（２７６）、監視するエッチング工程におい
て時間サンプル１個分先に前進する。それにより、前回のウィンドウ内で記憶し
た波長チャネル強度データから最古の時間サンプルを除去し、エッチング工程に
おける時間の経過に沿った前進ステップに対応する次の時間サンプルをウィンド
ウに追加する。エッチング工程のフローに沿ったウィンドウ「フレーム」のこの
調節をした後、新たなウィンドウ内に位置する時間サンプルに対して、リアルタ
イム分析を再度手順ステップ２４２から実施する。

【０１３５】本発明は、この分析手法の数々の改変を含むことを意図する。たとえば、履歴
データ分析期のステップ２１４で波長チャネルデータを収集するとき、並びに監
視する工程内のステップ２４２で現在の時間ウィンドウ内の波長チャネルデータ
を収集するとき、波長チャネルデータの強度値をフィルタリングして、所定の最
小値未満の強度値を有するチャネルを排除してもよい。このフィルタリングステ
ップによって、初期のデータ行列の列数を低減できる。ただし、保持する主成分
のセットサイズ値Ｓの選択に先立って実施する算出主成分の順序付けステップが
、それ元来のフィルタ作用を示すので、多くの適用例では特別のフィルタリング
ステップは必要でないと認識される。

【０１３６】さらに、履歴データ用の主成分算出ステップ２１８の前、並びに監視される工
程用の主成分算出ステップ２４６の前に、データ行列を平均センタリングしても
よい。そのようなセンタリング機能を含むことで、本手順内の固有ベクトル向き
角分析によって、所定の成分についての固有ベクトル向きと平均固有ベクトル向
きとの差の検出が可能になる。

【０１３７】さらなる改変では、所定の主成分とその主成分の平均との間の固有ベクトル角
の算出ステップ２１０，２１２を、対応する閾値固有ベクトル向き角の選択ステ
ップと共に変更してもよい。詳細には、固有ベクトル向き角の閾値を、履歴デー
タからの対応の固有ベクトルのすべてのペア間のすべての可能な向き角から生成
した経験分布の信頼区間に基づいて算出できる。たとえば、４つの履歴用実行を
実施して、メインエッチング段階用の４つの第一の主成分固有ベクトルを生成す
る。これらの４つのベクトルから、たとえば実行１および２、実行３および４な
どの、６つのペアリングを生成できる。そして、各ペアリングに関してペア角を
算出する。比較的少数の履歴的実行を用いて、経験固有ベクトルペアリング角の
大きな分布を生成できることがわかる。続いて、許容可能または「通常」の角に
対してたとえば９５％などの信頼閾値を確立し、それを用いて「異常」角を検出
する閾値を設定できる。

【０１３８】他の改変では、指数重み付き移動平均（ＥＷＭＡ）を、たとえば算出した閾値
角などの適切な変数に適用することで、上述のようにプラズマ工程条件のドリフ
トに基づいて分析を更新することができる。たとえば最新の実行を、新たな履歴
的実行として前述のように処理し、特徴的なメインエッチング段階および終点段
階の「平均固有ベクトル方向」Ｐ_SおよびＰ^* _Sの再計算に使用できる。これらの平均の算出の際、ステップ２０８で最新の実行に対して、それ以前の実行に比べ
てより大きい重みをかけることができる。それにより、結果として得られるΘ_S, _THRESH 、Θ_S ^* _,THRESHに、工程装置における緩やかなドリフトまたは変化を反映することができる。

【０１３９】さらなる改変によれば、Θ_S,THRESH値などの閾値生成のための履歴分析を、監
視するプラズマエッチング実行中に、同工程中の波長チャネルデータの分析に先
立ってリアルタイムに実施できる。また本発明は、履歴的メインエッチング分析
および終点署名分析のうちの一方のみを使用する改変をも含むことを意図する。
たとえば終点検出分析において、測定された固有ベクトル角署名がメインエッチ
ング段階に関して生成された履歴Θ_S,THRESH値より大きい場合に終点を表示する
ことが考えられる。同様に、終点検出分析において、測定された固有ベクトル角
署名が終点段階に関して生成された履歴Θ_S ^* _,THRESH値より小さい場合に終点を表示することも可能である。

【０１４０】本発明が提供する前述のホテリングのＴ²（ｔ）分析手法と同様に、固有ベクトル署名分析手法も、プラズマエッチング工程の多様な段階およびエッチング工
程以外のプラズマ工程に適用することができる。いずれの段階または工程を監視
する場合でも、波長チャネル強度値相関の特徴を表す超楕円体の主成分を、安定
状態と検出すべき条件とに関して生成し、一連の履歴データ収集手順で説明した
とおりに分析する。続いて、対象の段階または条件が検出されるべき工程のリア
ルタイムの監視を、同様に実施する。また、対象の工程段階または工程条件の検
出は、工程中の不具合条件の検出にまで範囲を広げて実施できる。不具合条件は
、それに対応した超楕円体主成分の変移を発生させる。このケースでは、不具合
閾値署名を上述の閾値と同様に生成し、監視する工程が対象の不具合条件を経た
か、あるいは特定的でない一般的不具合条件を経たかを判定する。

【０１４１】図２７において本発明は、前述のホテリングのＴ²（ｔ）分析と、たった今説明した固有ベクトル角向き分析とを組み合わせた、二重終点検出手法２８０を含
むことを意図する。この手法では、波長チャネル強度値データＤ（Ｊ，ｔ）を、
選択した時間ウィンドウ内で数量Ｊの波長チャネルについて回数ｔにて測定およ
び収集する（２３２）。続いて、所定のＴ²（ｔ）関数に対してホテリングのＴ² （ｔ）分析を実施し（２８４）、強度値の最新の時間サンプルに関する制御上限
（ＵＣＬ）値を追加する。分析中のメインエッチング段階の終点の達成がＴ²（ｔ）分析によって検出された２８６場合、終点の達成を表示する（２８８）。

【０１４２】Ｔ²（ｔ）分析によって終点が検出されない場合、所定のメインエッチング段階および終点段階閾値角署名に対する、閾値固有ベクトル角向き分析を実施する
（２９０）。この分析によって終点の達成が検出された２９２場合、ここで終点
を表示する（２９４）。それ以外の場合は、次の波長チャネル強度値サンプルの
スペクトルに対して、手順をステップ２８２から再度実施する。

【０１４３】図２８に、上記二つの分析を組み合わせる代替手法３００を示す。この代替手
法では、波長チャネル強度データを入力し３０２ホテリングのＴ²（ｔ）分析を適用する３０４最初のステップを、同様に実施する。ただし上述の手順とは異な
り、Ｔ²（ｔ）分析評価３０６によって終点が検出されない場合、次の波長チャネル強度値サンプルのスペクトルに対して、分析手順をステップ３０２から再度
開始する。

【０１４４】Ｔ²（ｔ）分析によって終点が検出された場合、続いて閾値固有ベクトル角向き分析を実施する（３０８）。ここでの終点評価３１０によって終点が検出され
ない場合、次のスペクトルに対して分析手順をステップ３０２から再度開始する
。評価３１０で終点が検出された場合は、終点を表示する（３１２）。この分析
手順３００では、有効終点条件の表示には、閾値固有ベクトル角向き分析および
ホテリングのＴ²（ｔ）分析の両分析による終点条件の検出を要する。上述の手順２８０においては、有効終点条件の表示には、閾値固有ベクトル角向き分析あ
るいはホテリングのＴ²（ｔ）分析のどちらかによる終点条件の検出を要する。二重終点検出を要する手順３００は高度の確実性を提供し、上記二つの分析のう
ちの一方による終点検出を要する手順２８０は高い感度を提供する。

【０１４５】上記の説明には、本発明が提供するプラズマ工程監視手法の多くの利点が含ま
れている。本発明の手法は、プラズマ工程条件に対する高い感度を達成し、さら
に一連の工程の経過にわたる工程変動の条件下でも効果的に作動するという点で
確実である。本発明の手法は、工程条件の多様な表現をサポートできるようフレ
キシブルであり、所望の応答時間、並びに所望のオフラインおよびリアルタイム
処理の組み合わせによる工程条件検出に合わせて改変できる。プラズマエッチン
グ工程を含む幅広い範囲のプラズマ工程が、本発明の分析手法の対象として特に
好適であることがわかっている。もちろん、当業界に提供される本発明の精神お
よび範囲から逸れることなく、当業者が上述のプラズマ工程監視手法に多様な修
正および追加を実施することが可能であると認識される。したがって、ここで請
求する保護は、本発明の範囲内において、請求項の内容事項およびそれに同等の
すべての内容事項に対して平等に及ぶべきものと理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明に係るプラズマエッチングシステムとして構成したプラ
ズマ処理システムを示すブロック図である。

【図１Ｂ】本発明にしたがって構成した図１Ａに示す放射放出プロセッサ
を示すブロック図である。

【図２】ポリシリコンプラズマエッチイング処理において、６００の強度サンプリング時間単位に１０００個の波長に対して実験的に発見された波長チ
ャネル強度を示すプロット図である。

【図３】図２にプロットされた２本の波長チャネルを示すプロット図であ
る。

【図４】プラズマエッチング処理における、本発明に係る２次元放射波長
強度値相関関係プロットの例を示す図である。

【図５】本発明が提供するプラズマ処理モニタリング技術に用いられる、
これまでの波長相関関係表示を生成するための第一の例示技術を示すフローチャ
ートである。

【図６】図５におけるフィルタリングステップを実行するためのステップ
を示すフローチャートである。

【図７】図５の共分散計算ステップを実行するためのステップを示すフロ
ーチャートである。

【図８】図５の逆共分散計算ステップを実行するためのステップを示すフ
ローチャートである。

【図９】図５のフローチャートによって生成される、これまでの波長相関
関係表示を用いたプラズマ処理モニタリング技術の一例を示す図である。

【図１０】図９の終点状態評価ステップを実行するためのステップを示す
フローチャートである。

【図１１Ａ】ポリシリコンプラズマエッチング処理中に終点の始まりを正
確に検出するために、本発明にしたがって時間関数として生成されるホテリング
のＴ²（ｔ）値を示すプロット図である。

【図１１Ｂ】ポリシリコンプラズマエッチング処理中に終点の始まりを正
確に検出するために、本発明にしたがって時間関数として生成されるホテリング
のＴ²（ｔ）値を示すプロット図である。

【図１２】酸化プラズマエッチング処理において、２００秒間に１０００
個の波長に対して実験的に発見された波長チャネル強度を示すプロット図である
。

【図１３】酸化シリコンプラズマエッチング処理中に終点の始まりを正確
に検出するために、本発明にしたがって時間関数として生成されるホテリングの
Ｔ²（ｔ）値を示すプロット図である。

【図１４】一連の処理実行中に生じるプラズマ処理変動に基づいて、図９
のプラズマ処理モニタリング技術を更新する、本発明に係る技術を示すフローチ
ャートである。

【図１５】図１４の終点状態評価ステップを実行するためのステップを示
すフローチャートである。

【図１６】図１４に示す共分散および平均値更新計算を実行するためのス
テップを示すフローチャートである。

【図１７】図１４に示す逆共分散計算ステップを実行するためのステップ
を示すフローチャートである。

【図１８】本発明に係るプラズマ処理モニタリング技術に採用される、こ
れまでの波長相関関係表示を生成するための第二の例示技術を示すフローチャー
トである。

【図１９Ａ】図１８の技術によって分析される４つの潜在的主成分の配向
を示す概略図である。

【図１９Ｂ】図１８の技術によって分析される４つの潜在的主成分の配向
を示す概略図である。

【図１９Ｃ】図１８の技術によって分析される４つの潜在的主成分の配向
を示す概略図である。

【図１９Ｄ】図１８の技術によって分析される４つの潜在的主成分の配向
を示す概略図である。

【図２０】これまでの主成分候補を生成する、図１８のステップを実行す
るステップを示すフローチャートである。

【図２１】これまでの固有ベクトルおよび固有値を計算する、図２０のス
テップを実行するステップを示すフローチャートである。

【図２２】閾値固定ベクトルの配向角度を選択する、図１８のステップを
実行するステップを示すフローチャートである。

【図２３】図１８のフローチャートによって生成される、これまでの波長
相関関係表示を使用する例示的プラズマ処理モニタリング技術を示すフローチャ
ートである。

【図２４】図２３のフローチャートの続きを示す図である。

【図２５】終点署名の為の固有ベクトル配向角度を計算する、図２４のス
テップを実行するステップを示すフローチャートである。

【図２６】メインエッチング署名のための固有ベクトル配向角度を計算す
る、図２４のステップを実行するステップを示すフローチャートである。

【図２７】図９および図２３のフローチャートの技術を合成する第一のプ
ラズマ処理モニタリング技術を示すフローチャートである。

【図２８】図９および図２３のフローチャートの技術を合成する第二のプ
ラズマ処理モニタリング技術を示すフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チェンクアンハンアメリカ合衆国マサチューセッツ州ボストンマサチューセッツアベニュー 255 ＃916 (72)発明者スミステイバーエイチアメリカ合衆国テキサス州ダラスラマンチャドライブ 15402ディ＃2156 (72)発明者ボーニングデュアンエスアメリカ合衆国マサチューセッツ州ベルモントプリーザントストリート 693 (72)発明者サウィンハーベルトエイチアメリカ合衆国マサチューセッツ州チェストナットヒルラークインロード 15 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 CA02 CA07 EA06 FA03 FA06 GA08 GA21 GB21 HA05 JA01 KA02 KA03 KA05 LA01 NA01 NA06 5F004 AA06 AA16 CB02 CB16 【要約の続き】動によって生じる変化も検出、分析できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ処理が進むにしたがってプラズマ処理の状態条件を
監視する方法であって、プラズマ処理が進むにしたがって、プラズマ処理から放射されるＰ個の放射線
波長の各々の強度を監視するステップと、処理が進むにしたがって監視されたＰ個の波長の強度間のＰ次元の相関の表示
を生成するステップと、生成された相関表示と、プラズマ処理の過去の状態に基づき生成された所定の
相関表示とを比較し、処理が進むにしたがって処理の状態条件を決定するステッ
プと、を含むことを特徴とするプラズマ処理の状態条件を監視する方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法であって、監視される放射された放射
線波長が、２００ｎｍから８００ｎｍの放射線波長を含むことを特徴とする方法
。
【請求項３】請求項１に記載の方法であって、監視される放射線波長の数
Ｐが、少なくとも２であることを特徴とする方法。
【請求項４】請求項３に記載の方法であって、監視される放射線波長の数
Ｐが、少なくとも約１０であることを特徴とする方法。
【請求項５】請求項４に記載の方法であって、監視される放射線波長の数
Ｐが、少なくとも約１００であることを特徴とする方法。
【請求項６】請求項５に記載の方法であって、監視される放射線波長の数
Ｐが、少なくとも約５００であることを特徴とする方法。
【請求項７】請求項１に記載の方法であって、状態条件を決定する対象の
プラズマ処理が、プラズマエッチング処理であることを特徴とする方法。
【請求項８】請求項７に記載の方法であって、状態条件を決定する対象の
プラズマ処理が、プラズマエッチング処理のメインエッチング段階であることを
特徴とする方法。
【請求項９】請求項８に記載の方法であって、生成された相関表示と所定
の相関表示とを比較するステップが、エッチング終点の状態に達しているかを決
定する比較を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項９に記載の方法であって、状態条件が決定される対
象のプラズマ処理が、プラズマエッチング酸化物のために活性プラズマ種を用い
るプラズマエッチング処理であることを特徴とする方法。
【請求項１１】請求項１に記載の方法であってさらに、処理の状態条件の
決定に応答して、プラズマ処理の処理パラメータを制御する最終ステップを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】請求項１に記載の方法であってさらに、Ｐ個の放射線波長の各々の強度が監視されている間に、Ｋ個の過去プラズマ処
理を実行する第一のステップと、実行されたＫ個の過去プラズマ処理の処理状態におけるＰ個の監視された波長
の強度に基づき、所定の相関表示を生成する第二のステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】請求項１に記載の方法であってさらに、プラズマ処理の間
に、生成された相関表示と所定の相関表示とを比較するステップの前に、所定の
相関の表示を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】請求項１に記載の方法であってさらに、プラズマ処理が進
むにしたがって、Ｐ次元の相関表示を生成するために使用するデジタル強度値信
号を、監視されるＰ個の放射線波長の強度の各々に対して生成するステップを含
むことを特徴とする方法。
【請求項１５】請求項１に記載の方法であってさらに、生成された相関表
示に基づき、所定の相関表示を更新するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】請求項１５に記載の方法であって、更新ステップが、過去
の処理状態のドリフトに基づき、所定の相関表示に指数重み付け移動平均を適用
するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】請求項１に記載の方法であって、Ｐ個の放射線波長の強度
を監視するステップが、Ｐ個よりも多いＪ個の放射線波長の強度の各々を監視するステップと、Ｊ個の監視された波長の強度をフィルタリングし、所定の強度基準をそれぞれ
満たすＰ個の波長を選択するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】請求項１に記載の方法であって、Ｐ次元の強度の相関表示
を生成するステップが、Ｐ次元の強度相関値を生成するステップを含み、生成さ
れた相関表示と所定の相関表示とを比較するステップが、生成されたＰ次元の強
度相関値の各々が、過去プラズマ処理の特徴である所定の強度相関値の変分以内
であるかを決定するステップを含み、所定の強度相関値の変分以内ではないと決
定された、生成された強度相関値により、処理の状態条件が変化したことを示す
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】請求項１８に記載の方法であって、生成されたＰ次元の強
度相関値の各々が、所定の相関値の変分以内であるかを決定するステップが、与
えられた強度相関値に対して、与えられた強度相関値と過去の処理状態の特徴である強度相関値の平均との違
いの程度を生成するステップと、この違いの程度と、相関値の最大許容変分に対して過去の処理状態に基づき生
成された所定の制御限界とを比較するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】請求項１９に記載の方法であって、生成されたＰ次元の強
度相関値の各々が、所定の相関値の変分以内であるかを決定するステップがさら
に、最低ｃ個の違いの程度を所定の制御限界と比較し、対応する生成された強度
相関値が所定の相関値変分以内ではないことを示した時に、プラズマ処理の状態
条件が変化したことを示すステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】請求項１９の方法であってさらに、Ｐ個の放射線波長の各々が期間Ｔの間監視されてる時にＫ個の過去のプラズマ
処理を実行する第一のステップと、Ｋ個の過去の処理において期間Ｔの間のＰ個の波長の放射線波長強度値の平均
Ｍ（Ｐ）を計算し、Ｋ個の過去の処理において期間Ｔの間のＰ個の波長の放射線
波長強度値の行列の逆共分散Ｓを計算する第二のステップと、を含み、与えられた強度相関値と強度相関値の平均との違いの程度を生成する
ステップが、与えられた強度相関値に対応するプラズマ処理の際の時間をｔとし
、時間ｔにおいて監視されるＰ個の放射線強度の行列をＤ（Ｐ，ｔ）とし、Ｋ個
の過去の処理における期間Ｔの間のＰ個の波長の放射線波長強度値の平均をＭ（
Ｐ）とし、Ｋ個の過去の処理における期間Ｔの間のＰ個の波長の放射線波長強度
値の行列の逆分散をＳとし、転置を上付きのＴで表した時に、Ｔ²（ｔ）＝（Ｄ（Ｐ，ｔ）−Ｍ（Ｐ））^*Ｓ^*（Ｄ（Ｐ，ｔ）−Ｍ（Ｐ））^T で求められる違いの程度を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】請求項２１に記載の方法であって、制御限界が、Ｋ個の過
去の処理における期間Ｔの間に監視されたＰ個の放射線強度の信頼値及び分布に
基づくことを特徴とする方法。
【請求項２３】請求項２２に記載の方法であって、制御限界が、Ｋ個の過
去の処理における期間Ｔの間に監視されたＰ個の放射線強度のカイ二乗分布に基
づくことを特徴とする方法。
【請求項２４】請求項１に記載の方法であって、Ｐ次元の強度相関の表示
を生成するステップが、プラズマ処理が進むにしたがってプラズマ処理の間のＰ
個の監視されている放射線波長の強度間の相関の最大変分の表示を生成するステ
ップを含み、生成された相関表示と所定の相関表示とを比較するステップが、生
成された相関の最大変分の表示と、過去の処理状態の特徴である所定の最大変分
表示とを比較するステップを含み、生成された最大相関変分の表示と所定の最大
変分表示との不一致によりプラズマ処理の状態条件が変化したことを示すことを
特徴とする方法。
【請求項２５】請求項１に記載の方法であって、Ｐ次元の強度相関の表示
を生成するステップが、プラズマ処理が進むにしたがってプラズマ処理の間のＰ
個の監視されている放射線波長の強度間の相関の最大変分の表示を生成するステ
ップを含み、生成された相関表示と所定の相関表示とを比較するステップが、生
成された相関の最大変分の指標と、過去の処理状態の特徴である所定の最大変分
表示とを比較するステップを含み、生成された最大相関変分の表示と所定の最大
変分表示との一致によりプラズマ処理の状態条件が変化したことを示すことを特
徴とする方法。
【請求項２６】請求項２４に記載の方法であって、Ｐ個の監視されている
放射線波長の強度間の相関の最大変分の表示を生成するステップが、監視された
Ｐ個の放射線波長の波長強度相関の変分の主成分であって、各々がＰ個の放射線
波長の一つに対応し、計算された固有値の大きさによって特徴づけされるＳ個の
主成分を計算するステップを含み、生成された相関の最大変分の表示と、過去の
処理状態の特徴である所定の最大変分表示とを比較するステップが、Ｓ個の計算
された固有値の大きさの各々と、対応するＰ個の放射線波長の共通の一つを参照
する所定の固有値の大きさとを比較するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】請求項２４に記載の方法であって、Ｐ個の監視されている
放射線波長の強度間の相関の最大変分の表示を生成するステップが、監視された
Ｐ個の放射線波長の波長強度相関の変分の主成分であって、各々がＰ個の放射線
波長の一つに対応し、計算された固有ベクトルの向きによって特徴づけされるＳ
個の主成分を計算するステップを含み、生成された相関の最大変分の表示と、過
去の処理状態の特徴である所定の最大変分表示とを比較するステップが、Ｓ個の
計算された固有ベクトルの向きの各々と、対応するＰ個の放射線波長中の共通の
一つを参照する所定の固有ベクトルの向きとを比較するステップを含むことを特
徴とする方法。
【請求項２８】請求項２７に記載の方法であってさらに、期間Ｔの間にＰ個の放射線波長の強度の各々が監視されている間に、Ｋ個の過
去のプラズマ処理を実行し、期間Ｔの間監視されるＰ個の放射線波長のための波長強度相関の変分の過去の
主成分であって、各々が過去の向き及び過去の固有値の大きさによって特徴づけ
られるＰ個の過去の主成分をＫ個の過去処理の各々のために計算し、Ｋ個の過去処理の各々の過去主成分を過去の固有値の大きさに基づき降順にラ
ンク付けし、Ｋ個の過去処理の各々に対する最初のＳ個の過去の主成分によって定義できる
強度相関の変分の所定の割合に基づきＫ個の過去処理の各々に対する最初のＳ個
の過去の主成分を保持し、Ｋ個の過去処理に対して、Ｓ個の過去の主成分の各々の平均過去主成分を計算
し、過去主成分の個有ベクトルの向きの各々と、対応する計算された平均過去主成
分の固有ベクトルの向きとの角度を計算する第一のステップを含み、Ｓ個の計算された固有ベクトルの向きの各々と、対応するＰ個の放射線波長中
の共通の一つを参照する所定の固有ベクトルの向きとを比較するステップが、Ｓ
個の計算された固有ベクトルの向きの各々と、対応するＳ個の計算された平均過
去主成分の一つの過去の固有ベクトルの向きとを比較するステップを含むことを
特徴とする方法。
【請求項２９】請求項２８の方法であってさらに、Ｋ個の過去処理の計算
された過去固有ベクトルの向きの角度の変分の所定の割合に基づいて、所定のし
きい値角度を設定するステップを含み、さらに、Ｓ個の計算された主成分の計算された固有ベクトルの向きの各々と、Ｓ個の計
算された平均過去主成分の対応する一つの過去固有ベクトルの向きとの角度を計
算するステップと、計算された角度の各々を所定のしきい値角度と比較し、計算された角度が所定
のしきい値角度よりも小さいことによりプラズマ処理の状態条件の変化を示すこ
とを特徴とする方法。
【請求項３０】請求項１に記載の方法であって、Ｐ次元の強度相関の表示
を生成するステップがＰ次元の強度相関値を生成するステップを含み、生成され
た相関表示と所定の相関表示とを比較するステップが、生成されたＰ次元の強度相関値の各々が、プラズマ処理の過去の処理条件の特
徴である所定の強度相関値の変分以内であるかを決定するステップと、所定の相関値の変分以内でないと判断された、生成された強度相関値に対して
、プラズマ処理が進むにしたがってプラズマ処理の間監視されるＰ個の放射線波
長の強度間の相関の最大変分の表示を生成するステップと、生成された相関の最大変分の表示と、過去の処理条件の特徴である所定の最大
変分表示とを比較し、生成された相関の最大変分の表示が所定の最大変分表示と
一致しないことにより、プラズマ処理の状態条件の変化を示すステップと、を含
むことを特徴とする方法。
【請求項３１】請求項１に記載の方法であって、Ｐ次元の強度相関表示を
生成するステップがＰ次元の強度相関値を生成するステップを含み、生成された
相関表示と所定の相関表示とを比較するステップが、生成されたＰ次元の強度相関値の各々が、プラズマ処理の過去の処理条件の特
徴である所定の強度相関値の変分以内であるかを判断するステップと、所定の相関値の変分以内であると判断された、生成された強度相関値に対して
、プラズマ処理が進むにしたがってプラズマ処理の間監視されるＰ個の放射線波
長の強度間の相関の最大変分の表示を生成するステップと、生成された相関の最大変分の表示と、過去の処理条件の特徴である所定の最大
変分表示とを比較し、生成された最大相関変分の表示が所定の最大変分表示と一
致しないことにより、プラズマ処理の状態条件の変化を示すステップと、を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３２】プラズマ処理が進むにしたがってプラズマ処理の状態条件
を監視するための装置であって、プラズマ処理が進むにしたがって、プラズマ処理から放射されるＰ個の放射線
波長の各々の強度を監視する手段と、処理が進むにしたがってＰ個の監視された波長の強度間のＰ次元の相関表示を
生成する手段と、生成された相関表示と、過去のプラズマ処理の状態に基づき生成された所定の
相関表示とを比較し、処理が進むにしたがって処理の状態条件を決定する手段と
、を有することを特徴とする装置。
【請求項３３】請求項３２に記載の装置であって、比較手段が、生成され
た相関表示と、過去のプラズマ処理の状態に基づき生成され所定の相関表示とを
比較し、プラズマ処理が進むにしたがってプラズマエッチング処理の際にエッチ
ング終点に達した状態であるかを決定する手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項３４】請求項３２に記載の装置であってさらに、プラズマ処理の
状態条件の決定に応答して、処理のパラメータを制御する手段を有することを特
徴とする装置。
【請求項３５】請求項３２に記載の装置であってさらに、Ｐ個の放射線波長の各々の強度が監視されている間に、Ｋ個の過去プラズマ処
理を実行する手段と、Ｋ個の実行された過去処理の処理状態に対するＰ個の監視された波長の強度に
基づき、所定の相関表示を生成する手段と、を有することを特徴とする装置。
【請求項３６】請求項３２に記載の装置であってさらに、所定の相関表示
を生成された相関表示に基づき更新する手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項３７】請求項３２に記載の装置であってさらに、プラズマ処理が進むにしたがって、プラズマ処理から放射される、Ｐ個よりも
多いＪ個の放射線波長の各々の強度を監視する手段と、Ｊ個の監視された波長強度をフィルタリングし、所定の強度基準を満たすＰ個
の波長を選択する手段と、を有することを特徴とする装置。
【請求項３８】請求項３２に記載の装置であって、放射線波長強度を監視
する手段が、約２００ｎｍから約８００ｎｍの間の放射線波長強度を監視する手
段を備えることを特徴とする装置。
【請求項３９】請求項３２に記載の装置であって、Ｐ次元の強度相関表示
を生成する手段が、Ｐ次元の強度相関値を生成する手段を備え、生成された相関
表示と所定の相関表示とを比較する手段が、生成されたＰ次元の強度相関値の各
々がプラズマ処理の過去の処理状態の特徴である所定の強度相関値の変分以内で
あるかを決定する手段を備え、生成された強度相関値が所定の相関値の変分以内
でないことにより処理の状態条件の変化を示すことを特徴とする装置。
【請求項４０】請求項３２に記載の装置であって、Ｐ次元の強度相関の指
表示を生成する手段が、プラズマ処理が進むにしたがって、プラズマ処理の間に
監視されるＰ個の放射線波長の強度間の相関の最大変分の表示を生成する手段を
備え、生成された相関表示と所定の相関表示とを比較する手段が、生成された相
関の最大変分の表示と、過去の処理状態の特徴である所定の最大変分表示とを比
較する手段を備え、生成された最大相関変分の表示が所定の最大変分表示と一致
しないことによりプラズマ処理の状態条件の変化を示すことを特徴とする装置。