JP2002518823A

JP2002518823A - 改善したプロセスモニタウィンドウを有するチャンバ

Info

Publication number: JP2002518823A
Application number: JP2000553977A
Authority: JP
Inventors: マイケル，エヌ．グリムバーゲン，; キュー−ユチアン，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2002-06-25
Also published as: US6390019B1; US6712927B1; EP1086481A1; TW418423B; US6835275B1; WO1999065056A1; KR20010052752A

Abstract

(57)【要約】基板（３０）を処理し、基板（３０）上で行う処理をモニタするプロセスチャンバ（３５）が、支持体（４５）と、ガス分配器と、排気装置（８５）とを備える。プロセスチャンバ（３５）は、光が透過できるウィンドウ（１３０）を備えた壁を有する。基板（３０）の処理中、ウィンドウ（１３０）に残留するプロセスガスからのプロセス残留物の堆積を低減する手段が設けられる。一例では、ウィンドウ（１３０）は、被覆マスク（１４０）で覆われた透明プレート（１３５）を備え、マスク（１４０）にはそこを延びる少なくとも１つの孔（１４５）があることで、孔（１４５）と透明プレート（１３５）を光が透過できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明はプロセスチャンバとプロセスモニタウィンドウをに関する。

【０００２】（背景技術）集積回路の製造において、例えばポリシリコン、二酸化シリコン、アルミニウ
ム、銅の層などの半導体材料、誘電材料及び導電材料の層は基板上に堆積され、
次に、例えば、エッチャントプラズマを用いたエッチングで処理してアクティブ
なデバイスを形成する。これらの層は、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、物理的気
相成長法（ＰＶＤ）、熱酸化、イオン注入、イオン拡散などのプロセスによって
プロセスチャンバ中の基板上に堆積される。堆積後は、光レジスト又はハードマ
スクから成るレジスト層を堆積層にあてがってフォトリソグラフィでパターニン
グする。レジスト外形同士間にある堆積層の部分はＲＦ又はマイクロ波で付勢さ
れたハロゲン及び他の反応性ガスを用いてエッチングされた外形を形成する。

【０００３】このような製造プロセスにおいては、基板上で実行中のプロセスを現場でプロ
セスモニタシステムを用いてモニタすることが望ましい場合がしばしばある。例
えば、ＣＶＤプロセスやＰＶＤプロセスでは、所望の厚さの層が堆積されたら堆
積プロセスを停止させることが望ましい。エッチングプロセスでは、エンドポイ
ント検出方法を用いて、エッチング中の層の過剰エッチングを防止する。一般的
なプロセスモニタ方法には、例えば、プラズマ放出分析、偏光測定法、干渉測定
法などがある。プラズマ放出分析においては、参照してここに組み込む米国特許
第４，３２８，０６８号に教示されているように、プラズマの放出スペクトルを
測定して、処理中の層における変化に対応する化学成分の変化を測定する。偏光
測定法では、例えば両者とも参照してここに組み込む米国特許第３，８７４，７
９７号と第３，８２４，０１７号に開示されるように、偏光ビームが基板上の層
から反射されて分析され、これによって位相のシフト量と、層の厚さが変化する
に連れて発生する反射光の量の変化と、を測定する。干渉測定法においては、例
えば参照してここに組み込む１９９０年９月４日に発行された米国特許第４，９
５３，９８２号に述べるように、非偏光ビームが層で反射されて分析されて、基
板上の層の頂部と底部からの反射光成分の干渉によって発生する反射光の量の変
化を測定する。これらのプロセスモニタ方法では、ウィンドウを通過する光伝達
信号の強度が高くなければならず、また、基板の比較的大きい表面積を観測した
り信号サンプリングしたりする必要がある。

【０００４】一般的なプロセスモニタシステムは、プロセスチャンバのへ着のウィンドウを
介して光り放射や光反射を検出して測定する光センサーシステムを備えている。
このウィンドウは特定の光の波長に対して透過性を持ち、これによって、チャン
バとの真空密封性を維持しながらもその光をチャンバとの間で伝達させる。基板
上の層をモニタする場合、この透明なウィンドウは、基板の直接的な視線上にあ
るチャンバ壁に開けられる。プロセスモニタウィンドウは一般的には、高温耐性
がある石英から構成されて、自身のエッジに沿って位置付けされているＯリング
シールでチャンバ表面に対して密封されている。

【０００５】しかしながら、多くの堆積やエッチングのプロセスでは、残留堆積物や副産物
から成る薄い曇った膜が、基板がチャンバ中で処理されるに連れてプロセスモニ
タウィンドウに堆積する。このプロセス残留物はプロセス動作２５から５０分当
たり１ミクロンを越える速度でウィンドウに堆積することがしばしばある。プロ
セス残留物が堆積した膜によって、ウィンドウを通過する光伝達の強度の特性が
変化する。例えば、プラズマ放出分析では、残留堆積物は、プラズマの光放出ス
ペクトルに基づいて光の特定の波長を選択的にフィルタリングして除去し、この
結果、プロセスモニタ測定に誤差を生じる。偏光測定法では、残留堆積物はによ
って、ウィンドウを通って伝達された又は反射された光ビームの偏光状態が変化
し、このため、偏光測定値が誤ったものとなってしまう。別の例として、干渉測
定法では、堆積物がウィンドウを通過する光を吸収してその強度を減衰させ、こ
のため、信号対雑音比が低下する。

【０００６】このような問題を回避するために、従来の処理モニタウィンドウは定期的に交
換又は清浄化して、ウィンドウに付いた残留堆積物を除去する。例えば、典型的
なエッチングプロセスでは、ある数のウエハをエッチングしたり、累積的に約１
０時間にわたって操作したら、チャンバを雰囲気に対して開いて「湿式清浄化」
プロセスで清浄化するが、この場合、操作者は酸や溶剤を用いて、ウィンドウと
チャンバ壁に累積した堆積物を洗い落として溶解させる。清浄化後は、チャンバ
を２から３時間にわたってッポンプダウンし、これによって、揮発性の酸や溶剤
の種をガス抜きし、また、１連のエッチングの動作をダミーウエハに対して実行
する。競争の激しい半導体業界では、このような清浄化プロセス中におけるチャ
ンバのダウンタイムは、プロセスのスループットをかなり減少させ、また、基板
１枚当たりの処理コストを増加させかねない。また、手動で実行された湿式清浄
化プロセスはしばしば煩雑で、また、清浄化の質もセッション毎に変動する。

【０００７】この残留物の堆積という問題を解決する１つのアプローチは、チャンバ中に開
口する長尺のチューブに開いている窪みウィンドウを用いるものである。チャン
バ中のプロセスガス又はプロセスプラズマは、この窪みウィンドウに到達する前
にチューブの全長を走行しなければならないため、チューブの内側にある窪みウ
ィンドウの表面に対するプロセス残留物の堆積が著しく減少する。しかしながら
、細長チューブのアスペクト比（長さ／直径）が高いため、チャンバ中のサンプ
リング領域を十分な長さにわたってモニタすることは困難であり、光束の合計値
も減少する。これによって、１バッチの基板、場合によっては１枚の基板でさえ
も、その処理中でのプロセスモニタシステムの精度が制限される。加えて、この
細長チューブはチャンバの外部でかなりの空間を占めるが、これは狭いクリーン
ルームでは好ましくなく、また、このチューブによって、プロセスチャンバの中
間にある他の構成部品を適合させるのが困難となる。

【０００８】別の解決策では、１９９２年７月１４日に発行された、エビング（Ｅｂｂｉｎ
ｇ）らに対する、共通譲受された米国特許代５，１２９，９９４号に記載されて
いるように、プロセスモニタウィンドウは選択的に過熱され、これによって、プ
ロセス残留物の堆積を防止している。しかしながら、あるタイプのプロセスには
適しているが、過熱によって全ての形態の残留物の凝縮とウィンドウへの堆積を
防止できるわけではなく、また、プロセスによっては、過熱すると、プロセス残
留物がウィンドウに堆積する速度が実際に増すことがある。

【０００９】さらに別のアプローチでは、例えば、１９９８年４月１４日に発行された、リ
ウ（Ｌｉｕ）に対する米国特許第５，７３８，７５６号に記載されているように
、感光装置を用いて、チャンバ／基板からの光の放出信号又は反射信号をサンプ
リングして、このサンプリングデータを数学的に操作して、曇ったウィンドウを
通過する光信号の信号対雑音比を増すようにしている。しかしながら、複雑な数
学的操作のため、プロセスの反応時間が遅延しかねない。エッチングプロセスで
は、小時間の遅延でも、下位の層、特に下位のポリシリコン層の好ましくない帯
電や格子破損をもたらしかねない。加えて、これらのプロセスは、識別される信
号量が十分であっても、信号対雑音比を増すことができるとは必ずしも限らない
。信号があまりに小さい場合、製造プロセスが決して終了しないかも知れず、ま
た信号があまりにも大きいと、プロセスは早期に終了するかもしれない。

【００１０】比較的薄い下位層をエッチングして貫通してしまう前に厚い上位層のエッチン
グを停止させなければならないエッチングプロセスをモニタする場合には、ウィ
ンドウに堆積したプロセス残留物は特に問題である。例えば、比較的厚い層をエ
ッチングするために用いられるエッチャントガスを包含している腐食性のハロゲ
ンは、正確で信頼性のあるプロセスモニタシステムがないと、制御不能にエッチ
ングして、なんらかの薄い下位層を貫通したり破損したりすることがしばしばあ
る。これは、ポリシリコンの上位層をエッチングして、薄いゲート酸化物の下位
層を露出する場合には特に問題である。ポリシリコンのエッチングプロセスの後
では、ゲート酸化物層の参与の層厚が公称の所定厚値に非常に近づいているのが
望ましい。ゲート酸化物層が薄くなるに連れて、ゲート酸化物層の内部までエッ
チングすることなくポリシリコンの上位層を正確にエッチングして貫通すること
がますます困難となる。シリコンを付勢用のエッチャントプラズマに暴露するこ
とによって、下位層のシリコンに対して帯電や格子破損をもたらすことなく、ゲ
ート酸化物層に対するエッチングプロセスを停止することがさらに望ましい。こ
のタイプのプロセス制御は、信頼性があって首尾一貫して動作するプロセスモニ
タシステムがあって始めて可能となる。

【００１１】したがって、基板に対する連続処理中に過度の信号損失を伴うことなくチャン
バ中で基板の処理のモニタを可能とするチャンバとプロセスモニタシステムを有
することが望ましい。自身の表面に対するプロセス残留物の堆積を防止又は減少
させ、また、反応性ハロゲンガスとプラズマ中での浸食速度を低下させるプロセ
スモニタウィンドウを有することがさらに望ましい。また、特に、薄い下位層上
の厚い上位層をエッチングする場合は、正確で再現性のある処理結果をもたらす
ような基板モニタ処理方法を有するのが望ましい。

【００１２】（発明の開示）本発明は、基板を処理してこの基板に対して実行中のプロセスを、高い精度と
信頼性でモニタするプロセスチャンバを提供する。このチャンバは、サポート、
プロセスガス整流板及び排気システムを備えている。このチャンバは、光が通過
して伝達できるウィンドウを備えた壁を有している。このウィンドウは、光が後
出のマスクアパーチュアを通って伝達され得るようにマスクを介して延長する少
なくとも１つのアパーチュアを有するマスクによって被覆されている透明プレー
ト、すなわち、基板に対して実行中のプロセスをモニタするための透明プレート
を備えている。この透明プレートを被覆しているこのマスクは、基板がサポート
上に保持されて、ガス整流板によって分配され、排気システムによって排気され
るプロセスガスで処理されるプロセス中に、ウィンドウ上のプロセスガス副産物
と他の堆積物が堆積されるのを減少させる。

【００１３】別の態様では、本発明は、基板を支持するようになっている受領表面を有する
サポートを含むプロセスチャンバを備えている。ガス整流板はプロセスガスをプ
ロセスチャンバ中に提供し、これによって、基板は処理され、プロセスガスの副
産物が形成される。基板がプロセスチャンバ中で処理されている間にプロセスチ
ャンバとの間で光を伝達させる第１の手段が提供されている。第１の手段をマス
クして、プロセスチャンバ中に形成されるプロセスガス副産物の堆積を減少させ
る第２の手段が提供されている。ポンプを含む排気がプロセスガスとその副産物
をプロセスチャンバから排気する。

【００１４】さらに別に態様では、本発明は、基板をプロセスゾーン中に置くステップと、
第１のプロセス条件を維持して基板を処理するステップと、を含む基板処理方法
を含むが、第１のプロセス条件は、付勢されたプロセスガスをプロセスゾーンに
提供する動作を含んでいる。入射光ビームはプロセスゾーンに隣接したウィンド
ウから基板上に入射するように方向付けされる。アパーチュアを有するマスクを
ウィンドウに対面させてウィンドウにプロセスガス副産物が堆積するのを抑える
ようにして、ウィンドウを通過する反射光ビームの測定可能強度を測定する。基
板から反射した反射光ビームの特性を測定する。第１のプロセス条件を、反射光
ビームの特定の測定値に関連させて第２のプロセス条件に変更する。

【００１５】さらに別の態様では、本発明は、実質的に下位層をエッチングしたり破損した
りすることなく基板上の層をエッチングする方法を含んでいる。この方法は、プ
ロセスゾーン中に基板をおいてプロセスゾーン中のプロセス条件を維持して、基
板上の層をエッチングして、プリセスガス副産物を形成するステップを含んでい
るが、このプロセス条件は、プロセスガスの組成及び流量、プロセスガス付勢器
の出力レベル、プロセスガス圧力並びに基板温度の内の１つ以上の含んでいる。
（１）プロセスゾーンに隣接したウィンドウを通って入射光ビームを基板上に入
射するように方向付けするステップと、（２）アパーチュアを有するマスクをウ
ィンドウに対面させて保持して、プロセスガス副産物がウィンドウに堆積するの
を抑えることによってウィンドウを通る反射光ビームの測定可能強度を維持する
ステップと、（３）基板上の層をエッチングして貫通する直前に基板から反射し
た反射光ビームの特性を測定するステップと、によって基板上の層をエッチング
して貫通する直前に、エッチングのエンドポイントが検出される。チャンバ中の
プロセス条件は、反射光ビームの特性の測定に関連させて変更される。

【００１６】さらに別に態様では、本発明は、基板上に実行中のプロセスをモニタするプロ
セスチャンバの壁にウィンドウを有するプロセスチャンバと、ウィンドウ上に磁
束を提供するようになっている磁界発生源と、に関する。このチャンバは、サポ
ート、プロセスガス整流板、及び、サポート上に保持されている基板を付勢され
たプロセスガスによって処理して、プロセス残留物をプロセスチャンバ中に形成
させる排気シスムを含み、一方、磁界発生源は、ウィンドウ上に磁束を提供して
、ウィンドウにプロセス残留物が堆積されるのを抑える。

【００１７】さらに別の態様では、本発明は、ウィンドウと、このウィンドウ上に磁束を提
供する手段と、を含んでいる半導体基板を処理するプロセスチャンバを備えてい
る。このプロセスチャンバはさらに、サポート、プロセスガス整流板及び排気シ
ステムを含んでいる。サポート上に保持された基板は付勢されたプロセスガスに
よって処理され、これによって、プロセスチャンバ中にプロセス残留物を形成す
る。ウィンドウの上に磁束を提供する手段はウィンドウにプロセス残留物が堆積
されるのを抑える。

【００１８】本発明はまた、プロセスチャンバ中に基板を置くステップと、第１のプロセス
条件をプロセスチャンバ中で維持して基板を処理するステップと、を含む基板を
処理する方法を含んでいるが、この第１のプロセス条件は、付勢されたプロセス
ガスをプロセスチャンバに提供する操作を含んでいる。磁束をプロセスチャンバ
の壁のウィンドウ上に維持する。入射光ビームをウィンドウから方向付けして、
第１のプロセス条件を、反射光ビームの特定の測定に関連させて第２のプロセス
条件に変更する。

【００１９】さらに別の態様では、本発明は、基板上に実行中のプロセスをモニタするプロ
セスチャンバの壁にウィンドウを有するプロセスチャンバと、このウィンドウに
電気エネルギをカップリングするようになっている磁界発生源とに関する。この
チャンバはさらに、サポート、プロセスガス整流板及び排気システムを含んでい
る。これによって、サポート上に保持されている基板が付勢プロセスガスによっ
て処理されて、プロセス残留物をプロセスチャンバ中に形成し、また、ウィンド
ウにカップリングされた電気エネルギによってウィンドウにプロセス残留物が堆
積されるのを抑える。

【００２０】さらに別の態様では、本発明は半導体基板を処理するプロセスチャンバを含む
が、このプロセスチャンバは、ウィンドウと、このウィンドウを電気的にバイア
スする手段と、を備えている。このプロセスチャンバはさらに、サポート、プロ
セスガス整流板及び排気システムを備えている。これによって、サポート上に保
持されている基板が付勢されたプロセスガスによって処理され、これで、プロセ
スチャンバ中でプロセス残留物が形成され、また、ウィンドウを電気的にバイア
すする手段によってウィンドウにプロセス残留物が堆積されるのを抑える。

【００２１】さらに別の態様では、本発明は、プロセスチャンバ中に基板を置くステップと
、プロセスチャンバ中でプロセス条件を維持して基板を処理する基板を処理する
ステップと、を含む方法を含むが、このプロセス条件には、付勢されたガスをプ
ロセスチャンバ中に提供する動作が含まれる。プロセスチャンバの壁にウィンド
ウを開け、また、電気的フラックスをウィンドウの表面上に維持する。この電気
的フラックスは、ウィンドウの平面に直角な電界成分を有している。

【００２２】（発明を実施するための最良の形態）本発明の半導体処理装置２０とプロセスモニタシステム２５は半導体基板３０
上に集積回路を製造するのに有効である。図１に略図を示す処理装置２０は、基
板３０を処理するプロセスーン４０を有するプロセスチャンバ３５と、プロセス
ゾーン４０内の基板３０を支持するサポート４５とを備える。静電チャック５０
は基板３０の処理のあいだサポート４５上の基板３０を保持する。プロセスゾー
ン４０は基板３０を取り囲み、一般的に約１０，０００から５０，０００ｃｍ³
の体積を持つ。プロセスチャンバ３５は平坦な矩形の天井５５、又はアーチ形、
ドーム形又は多半径ドーム形の天井を備えることができる。天井５５はドーム形
状であるのが望ましく、それによってガス付勢器６０はプロセスゾーン４０の全
体積にわたって均一に力をカップリングして、平坦な天井５５より均一な付勢ガ
ス種の濃度を提供することが可能となる。

【００２３】プロセスガスは、プロセスガス発生源７０、ガス流制御バルブ７５及びプロセ
スガス整流板８０を含むガス整流システム６５を通ってプロセスチャンバ３５内
に導入される。ガス整流板８０は、基板３０の周辺に又はその周りに配置された
（図示されるような）ガス取り出し口、又はプロセスチャンバ３５の天井５５に
取り付けられた取り出し口内蔵のシャワーヘッド（図示せず）を備えている。使
用済プロセスガスとエッチャントの副産物は、プロセスチャンバ内で約１０^-3ｍ
Ｔｏｒｒの最小圧力を達成できる（一般的に、１０００リットル／秒の荒引きポ
ンプと１０００から２０００リットル／秒のターボ分子ポンプのような真空ポン
プ９０を含む）排気システム８５を通ってプロセスチャンバ３５から排気される
。スロットルバルブ９５が排気システム８５内に設置され、プロセスチャンバ３
５内の使用済みガスの流れとプロセスガスの圧力を制御する。

【００２４】ガス付勢器６０は電磁エネルギーとプロセスガスとをカップリングして付勢さ
れたガス状の種を形成する。図１に示す実施形態ではガス付勢器６０は、プロセ
スチャンバ３５を取り巻いて、ＲＦ電流をインダクタアンテナ１００に印加する
ことによる誘導カップリングを通じてプロセスゾーン４０内のプロセスガスを直
接付勢するインダクタアンテナ１００を備えている。代りに、サポート４５とプ
ロセスチャンバ３５の天井５５によって形成されるプロセス電極を含むガス付勢
器６０にＲＦ電圧を印加することによる容量カップリングによって、プロセスガ
スは付勢される。図１のプロセスチャンバ３５の内で天井５５は半導体の材料で
構成されて、ＲＦエネルギーをプロセスチャンバ３５内に容量カップリングする
ためのプロセス電極として、及びＲＦエネルギーをプロセスチャンバ３５内に誘
導カップリングするためのウィンドウとして機能する。インダクタアンテナ１０
０又はプロセス電極４５、５５に印加されるＲＦエネルギーの周波数は一般的に
約５０ＫＨｚから約６０ＫＨｚであり、より一般的には約１３．５６ＭＨｚであ
る。電極電源１０２によってプロセス電極４５，５５に印加されるＲＦ電圧は約
１から約５００ワットのバイアス出力レベルであり；コイル電源１０４によって
インダクタアンテナ１００に印加されるＲＦ電流は約５００から約２０００ワッ
トの電源出力レベルである。

【００２５】図２には処理装置２０の代りの実施形態が示されるが、そこではプロセスガス
はプロセスチャンバ３５に隣接するチューブ又はシリンダ等の遠隔チャンバ１０
５内のガス付勢器６０によって付勢される又はアクティブにされる。「遠隔」と
いう用語は、遠隔チャンバ１０５の中心がプロセスチャンバ３５の中心から上流
方向にある一定の距離に位置するということを意味する。遠隔チャンバ１０５は
、適切な発生源からの電磁エネルギーのマイクロ波又は他の周波数を遠隔ゾーン
１１０内にカップリングさせて遠隔チャンバ１０５内に導入されるプロセスガス
をアクティブにするガス付勢器６０を備える。適切なマイクロ波発生源はマイク
ロ波アプリケータ１１５、マイクロ波チューニングアセンブリ１２０及びマグネ
トロンマイクロ波発振器１２５を備えており、一般的に約２００から約３０００
ワットの出力レベル及び約８００ＭＨｚから約３０００ＭＨｚの周波数で動作す
る。

【００２６】処理装置２０のさらに別の実施形態では、付勢されたプロセスガス内のイオン
の均一性及び密度は、永久磁石又は電磁コイル１２９のような電子サイクロトロ
ン共鳴又は磁界発生器１２７を用いて高められる。例えば、カリフォルニア州サ
ンタクララのアプライドマテリアル社製で、参照してここに組み込まれる１９８
９年１月２７日出願の共通譲渡された米国特許第４，８４２，６８３号の中で一
般的に説明されているＭｘＰ＋ＯＸＩＤＥチャンバが挙げられる。図３Ａを参照
すると、プロセスガスはプロセスゾーン４０内に導入されて、ＲＦの出力をサポ
ート４５及びプロセスチャンバ３５の天井５５又は側壁に印加して発生した電界
によって付勢される。磁界は、基板３０の平面に平行に回転する磁界の軸を持つ
回転磁界を含んでいることが望ましい。プロセスチャンバ３５内の磁界は付勢プ
ロセスガス内に形成されたイオンの密度を増大させるために十分強く、また基板
３０上に形成されたＣＭＯＳゲート等の外形への充電破損を低減するために十分
均一でなければならない。一般的に基板３０表面上で測定される磁界は、約５０
０ガウス以下、より一般的には約１０から約１００ガウス、さらにより一般的に
は約１０から３０ガウスである。

【００２７】プロセスモニタシステム２５は、プロセスチャンバ３５から発した又はその方
向へ発する光を透過するプロセスチャンバの天井５５又は壁内のウィンドウ１３
０を通して、プロセスチャンバ３５内で行われるプロセスの進行をモニタする。
プロセスモニタシステム２５は、エッチングされる層の進行をモニタして基板３
０上の下の層の破損を防止するのに特に有効である。適切なプロセスモニタシス
テム２５には、光の放出、偏光測定法及び干渉測定法に基づいた検出器が含まれ
ている。光放出検出器は付勢プロセスガス内の種から放出される光のスペクトル
のスペクトル線の変化を検出して、下位層のエッチングの開始を示す化学的変化
を検出する。偏光計は、基板３０表面に光ビームを鋭角に放出して、基板３０上
の透明な膜の頂部表面と底部表面から反射された光ビーム部分の間の位相のシフ
ト量を検出する。干渉計もまた、基板３０上の透明膜の頂部表面と底部表面から
光ビームを反射する。しかしながら干渉計は、反射された光ビーム間の建設的干
渉と破壊的干渉の大きさを測定することによって基板３０上の膜の厚さを決定し
て、基板３０表面に対して鋭角な入射光ビームの放出を必要としない。実際一般
的には干渉計は、光ビームを基板３０表面に対しておよそ直角に、すなわち９０
度に近い角度で方向づける。光放出検出器とは異なって干渉計は、エッチングさ
れている層より下の層に達する前に半導体のエッチングプロセスを検出してそれ
を停止するために用いることができる。また光ビームはおおよそ直角に方向づけ
られるので、偏光計の低角度のビームを遮る高いアスペクト比の外形をエッチン
グするために用いることができる。従って一般的に、プロセスチャンバ３５内で
行われるエッチングプロセスのエンドポイントを検出するためには干渉計システ
ムを用いるのが望ましい。

【００２８】図４Ａと４Ｂを参照すると、本発明によるウィンドウ１３０は透明プレート１
３５と、その上に置かれるマスクを通って延長する１つ以上のアパーチュア１４
５を有するマスク１４０を備えている。マスク１４０は、光が透明プレート１３
５とマスク１４０のアパーチュア１４５を通って基板３０上で行われているプロ
セスをモニタできるように、プロセスチャンバ３５の内部に面する透明プレート
１３５の表面を覆う。透明プレート１３５を覆うマスク１４０は、ウィンドウ１
３０上へのプロセスの残留物、副産物及び他の堆積物を減少する働きをし、従っ
て基板３０上で行われているプロセスの正確で再現性のあるモニタを可能にする
。ウィンドウ１３０を透過した光は、プラズマ放出分析のためのプラズマスペク
トル、又は干渉測定法又は偏光測定法の原理に基づくプロセスモニタシステム２
５に用いられる基板３０から反射された光を含んでいる。ウィンドウ１３０を通
る光が基板３０の中央近傍で垂直な入射光になるように十分大きな角度で基板３
０に入射するように、ウィンドウ１３０の形状、大きさ、設置位置が決められる
。一般的にウィンドウ１３０は、円形、楕円形又は多角形を含むいかなる形状を
も取り得る。

【００２９】ウィンドウの透明プレート１３５は、プロセスモニタシステム２５内で用いら
れる電磁放射の選択された周波数を透過させる固体の透明な材料でできている。
透明プレート１３５は、エンドポイント検出システムのための入射光ビーム１４
８ａを提供するために用いられる光源１５０からの紫外光、可視光及び赤外光を
透過させるのが望ましい。散乱による入射光ビーム１４８ａの減衰を防ぐために
、透明プレート１３５の両面は、光がそこを通過可能になるために十分小さいピ
ークツーピークＲＭＳ粗さまで平滑に研磨される。透明プレート１３５のピーク
ツーピークＲＭＳ粗さは約１μｍ以下であるのが望ましく、約０．１μｍ以下で
あればなお望ましい。

【００３０】透明プレート１３５の表面は全ての適切な手段によって、例えばフレーム研磨
又は従来型のラッピング及び／又はアブレーティングの方法によって平滑に研磨
することが可能である。透明プレート１３５はセラミック製で単結晶の材料から
作られ、その材料は単結晶材料であり、又は同じ結晶方向を向いたいくつかの（
一般的には１０個以下の）大きな結晶から成る材料であり、またそれは特定波長
の光又は可視線を透過させる。単結晶の材料には、例えばＡｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ、Ｓｉ
Ｏ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂の中から１つ以上のセラミック又はそれらの混合又は組
み合せが含まれるのが望ましい。単結晶材料は、特定のプラズマ又は他のプロセ
ス環境の中で高い耐腐食性を示すものが選択される。好ましい実施形態では、透
明プレート１３５は研磨されたサファイヤを含み、それはハロゲンプラズマ環境
において、特にフッ素を含む環境において高い耐化学侵食性を示す。単結晶サフ
ァイヤはまた、１０００℃、好ましくは２０００℃を超える温度におけるウィン
ドウ１３０の使用を可能にするような高い融解温度を持つ。

【００３１】１つの実施形態では、透明プレート１３５は基板３０表面に対してわずかな角
度で傾斜させられて、透明プレート１３５から反射された光がプロセスモニタシ
ステム２５内に反射し戻されず、従ってプロセスのモニタに際してより大きな信
号の取得が可能となる。適切な傾斜の角度は少なくとも約２度であり、約２度か
ら１５度であればより望ましい。例えば図３Ａには、基板３０の平面に対して約
３度の角度を成す傾斜透明プレート１３５が示される。透明プレート１３５のエ
ッジの下方に一段高いステップを設置することによって、透明プレート１３５の
１側面又はエッジを反対の側面／エッジよりも高くすることによって、傾斜プレ
ート１３５は傾けられる。ステップの大きさはその上昇又は傾斜の角度によって
決まり、それは一般的には透明プレート１３５の直径に応じて約０．５から５ｍ
ｍであるのが望ましい。

【００３２】透明プレート１３５を覆うマスク１４０は、プロセスチャンバ３５内で透明プ
レート１３５上に形成されたプロセスガスの副産物の堆積を減少させる働きをす
る。マスク１４０は、プロセスガス及び／又はプロセスガスから形成されるプラ
ズマによる腐食に対して耐久性を有する材料から作られる。マスク１４０は、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＴｉＯ₂又はＺｒＯ ₂ の中の１つ以上を含む耐プラズマ材料から作られるのが望ましい。図４Ｂを参
照するとマスクの１つの実施形態はウィンドウの透明プレート１３５の全露出部
分を実質的に覆う形状を持つ酸化アルミニウムの厚いディスクから成る。透明プ
レート１３５がディスクから成る場合、マスク１４０はそのディスクの表面を覆
う形状と大きさを持つ直円柱から成るのが望ましい。マスク１４０が、隆起した
中央部分１５３とそれを取り囲む環状のリップ１５４を持つディスクから成れば
より望ましい。ディスクの隆起した中央部分の厚さは約０．５ｍｍから５００ｍ
ｍであるのが望ましい。マスクの隆起した中央部分１５３の直径は約５０ｍｍか
ら２００ｍｍである。環状リップ１５４の厚さは約０．５ｍｍから１０ｍｍであ
り、また滑らかに丸く湾曲したエッジは、ディスクの隆起した中央部と環状リッ
プとのあいだの移行部分を形成する。

【００３３】マスク１４０は１つ以上のアパーチュア１４５を含むが、それによって十分な
強度の光がアパーチュアを通過してプロセスモニタシステム２５を作動させ、ま
た付勢プロセスガス種のウィンドウ１３０の透明プレート１３５への出入りを制
御できるようになる。アパーチュア１４５の断面の面積は十分に大きな量の光束
がプロセスチャンバ３５を出入りすることができるくらい十分に大きい。アパー
チュア１４５は円筒形又は三角形、六角形、四角形及び長方形を含む多角形であ
り得るが、その中では六角形が望ましい。その理由は、それによって複数のアパ
ーチュア１４５がよりぎっしりと配置されることが可能となって、プロセスチャ
ンバ３５内への又はそれからの光の改善された伝達が実現されるからである。ア
パーチュア１４５のアスペクト比によって、ウィンドウ１３０の透明プレート１
３５への付勢プロセスガス種の出入りが制御される。アパーチュア１４５のアス
ペクト比は約０．２５：１から約１２：１であるのが望ましい。

【００３４】１つの実施形態では、プロセスガスの透明プレート１３５への出入りを制限し
又は減少させ、それによって透明プレート１３５上へのプロセスガス副産物及び
他の堆積物の堆積を防止するように、アパーチュア１４５の形状と大きさが決め
られる。これは、アパーチュア１４５のアスペクト比（アパーチュアの直径／幅
に対する高さの比）を十分に大きく又は高くして、アパーチュア１４５の内部へ
の及びウィンドウ１３０の下の透明プレート１３５上へのニュートラルなプロセ
スガス束の出入り、従って濃縮してプロセス残留物を形成する揮発プロセスガス
副産物の出入りを制限することによって達せられる。アスペクト比は約１：１か
ら約１２：１が望ましく、３：１から７．５：１であればより望ましい。

【００３５】別の実施形態では図３Ｂに示すように、ウィンドウ１３０の下の透明プレート
１３５上へのプロセス残留物の累積を異なったメカニズムによって減少させるよ
うに、マスク１４０内のアパーチュア１４５の形状と大きさが選択される。この
バージョンでは、アパーチュア１４５のアスペクト比は十分に小さく取られて、
付勢プロセスガスのイオンがアパーチュア内へ入ってアパーチュア１４５の側壁
上に形成された及び／又は透明プレート１３５の表面上に形成されたプロセス残
留物をエッチングして取り除く。一般的にこの実施形態のアパーチュア１４５は
その高さに対してより大きな直径又は幅を持つので相対的に低いアスペクト比を
持つ。低いアスペクト比は付勢プラズマ種を優先的にフィルタリングして除去す
ることによって、高い割合の高方向性付勢プラズマ種がアパーチュア１４５に内
に入ることを可能にし、またアパーチュア１４５の側壁上に及び透明プレート１
３５の表面上に堆積したプロセス残留物をスパッタリングしエッチングして除去
することを可能にする。適切なアスペクト比は約０．２５：１から約３：１であ
り、約０．５：１から約２：１であればより望ましい。

【００３６】マスク１４０はまた複数のアパーチュア１４５から構成でき、また既述のアパ
ーチュアの配列から構成されていればなお望ましい。アパーチュア１４５の面積
の合計は、入射光ビーム１４８ａ及び反射光ビーム１４８ｂの両方、又はプラズ
マ放出分析のための所望のレベル又は強度のプラズマスペクトル束を伝達できる
ほど十分大きい。干渉測定法又は偏光測定法システムから成るプロセスモニタシ
ステム２５に対しては、アパーチュア１４５によって露出される透明プレート１
３５の合計面積は、入射光ビーム１４８ａが基板３０の表面を横切って移動又は
走査して、バイア又は深くて狭いトレンチ、又はプロセスのエンドポイントの測
定が可能になる適当に平坦で及び／又は透明なポイントを見つけることが可能と
なるように、選択されるのが望ましい。例えば３００ｍｍの基板を処理するため
の用いられるプロセスチャンバ３５では、アパーチュア１４５の面積は約２００
から約２０００ｍｍ²（０．３から約３ｉｎ²）であるのが望ましく、また約３０
０から６００ｍｍ²（０．６から約０．９ｉｎ²）であればなお望ましい。

【００３７】図４Ａ及び４Ｂに示される別の実施形態では、マスク１４０はまた互いに離れ
て配置された複数のアパーチュア１４５から成る。例えばマスクは、十分な強度
の光を通過させてプロセスモニタシステム２５を作動させることが可能な全開口
面積を持つように大きさが決められ配置されたアパーチュア１４５の配列で構成
することができる。アパーチュア１４５の実際の大きさ、数又は配置は、特定の
プロセスチャンバ３５、基板の直径、プロセス及びプロセスモニタシステム２５
のタイプによって決まる。干渉測定法の光学システムに特に有効な１つの実施形
態ではマスク１４０は、例えば約０．１から５０ｍｍの直径又は幅と、約０．５
から約５００ｎｍの高さの開口寸法を持つアパーチュア１４５から構成される。
配列は図４Ｂに示すように、約３から８００個のアパーチュア１４５から成り、
より望ましくは約７から約２００個のアパーチュア１４５から成る。アパーチュ
ア１４５は互いに約０．２５から約１５ｍｍの距離を置いて配置される。また図
３Ｂに示すように、配列は異なる大きさのアパーチュア１４５から構成すること
も可能であり、例えばそれらは約３．５から５ｍｍの平均直径を持つ中央部分の
第１アパーチュア１４５ａと、その周縁部において２から３ｍｍの直径を持つ第
２アパーチュア１４５ｂとである。

【００３８】ウィンドウ１３０の上にあるマスク１４０はウィンドウ１３０の透明プレート
１３５上へのプロセス残留物の堆積をかなり減少させることがわかった。例えば
ウィンドウ１３０とその上に置かれるマスク１４０は、ポリシリコンのエッチン
グプロセス中のエッチャント残留物の堆積を約３から約１０Å／時にまで低下さ
せることが分かったが、それは従来型の未保護のウィンドウの場合よりも１０倍
低い数字である。さらにマスク１４０はウィンドウ１３０を高度に化学的な反応
プロセスガスによる侵食から保護して、ウィンドウ１３０の寿命を延ばすことが
分かった。また本発明によるマスク１４０を持つウィンドウ１３０を含むプロセ
スチャンバ３５の「フットプリント」（クリーンルームの占有領域）は、従来型
のクリーンウィンドウシステムを持つ他のプロセスチャンバ３５のそれよりも非
常に小さい。

【００３９】本発明のプロセスチャンバ３５とウィンドウ１３０によって、干渉測定法、偏
光測定法又はプラズマ放出分析等のプロセスモニタ方法を用いることが可能にな
る。プロセスモニタウィンドウ１３０上への堆積物の減少によって、多数の基板
３０を処理した後でも正確で信頼できる読み取りが可能となるレベルにまで、プ
ロセスモニタウィンドウ２５の信号対雑音比が増大する。これらの測定技法の正
確さは、基板３０上へのより薄い膜の堆積とエッチングのために必要なプロセス
制御を与えて、より速くて高い動作周波数の集積回路を提供する。さらにプロセ
スチャンバ３５はウィンドウ１３０の表面を清浄化するために頻繁に開ける必要
がないので、プロセスチャンバの効率と基板のスループットもまた向上する。

【００４０】ここで本発明によるウィンドウ１３０を用いたプロセスチャンバとプロセスモ
ニタシステム２５の動作を説明する。前記のようにプロセスモニタシステム２５
は干渉測定法又は偏光測定法のシステムであってもよく、それは強度及び／又は
位相角等の反射光ビーム１４８ｂの特性を既知の又は保存された特性値と比較し
て、エッチングプロセスのエンドポイントを計算する。プロセスモニタシステム
２５は、プロセスチャンバ３５内のプロセスの条件を調整するコンピュータコン
トローラ１５５を備えていることが望ましい。プロセスエンドポイントが検出さ
れると、コンピュータコントローラ１５５は第１のプロセス条件を第２のプロセ
ス条件に変えて、層の全体がエッチングされて貫通される前に基板３０上の層の
エッチング速度を変えるか、又はエッチングプロセスを停止する。例えば腐食性
のエッチャントガスを取り除くためにプロセスガスの組成を変えることによって
エッチング速度を低下させることができ、プロセスガスにカップリングしたＲＦ
出力を低減でき、又は基板温度を低下させることができる。

【００４１】適切なコンピュータコントローラ１５５はプロセスチャンバ３５を操作するコ
ンピュータプログラムコード製品を含み、また例えばカリフォルニア州サンタク
ララのインテル社製のペンティアムマイクロプロセッサ等の周辺制御構成部品を
持つメモリーシステムと相互作用する１つ以上の中央制御装置（ＣＰＵ）も含む
。コンピュータコントローラ１５５のＣＰＵはさらに、プロセスチャンバ３５の
特定の構成部品を操作するＡＳＩＣ（アプリケーション限定集積回路）を含んで
いる。操作者とコンピュータコントローラ１５５間のインタフェースには、ＣＲ
Ｔモニター及びライトペン（図示せず）、又はキーボード、マウス又はポインテ
ィング通信デバイス等の他のデバイスが含まれる。

【００４２】光源１５０は単色又は多色の光源１５０から成り、それは十分に高い強度を持
った入射光ビーム１４８ａを発生して、基板３０上の層が適切な厚さを有してい
れば、その層から反射される測定可能な強度の反射光ビーム１４８ｂを与える。
１つのバージョンでは、光源１５０は水銀カドミウムランプのような多色光を与
え、それは約２００から６００ナノメートルの波長の光の放出スペクトルを発生
する。多色光源１５０はフィルタリングされて選択された周波数を持つ入射光ビ
ームを与えることができる、又は特定の放出スペクトルの波長を用いることがで
きる、又はカラーフィルタ（図示せず）を光検出器１６０の前に置いて、反射光
ビーム１４８ｂを検出して、光検出器１６０に入る反射光ビーム１４８ｂの強度
測定に先立って、所望の波長以外の不所望の波長をフィルタリングして除去する
。さらに光源１５０は、例えばＨｅ−Ｎｅ又はＮＤ−ＹＡＧレーザー等の選択さ
れた波長の光を生成する多色光源１５０を備えることができる。

【００４３】１つ以上の凸面収束レンズ１６５が、ビームスポット又は平行ビームのような
光源１５０からの入射光ビーム１４８ａを基板表面上に収束させ、また反射光ビ
ーム１４８ａを光検出器１６０のアクティブな表面上に収束させるために用いら
れる。ビームスポットの大きさ又は面積は十分大きくて、基板３０の表面の形状
の変化を補正して、ビアホール又は深くて狭い溝等の小さな開口を有する高アス
ペクト比の外形をエッチングすることが可能になる。反射光ビーム１４８ａの面
積は十分大きくて、光検出器１６０のアクティブな光検出表面の大部分をアクテ
ィブにする。

【００４４】光ビームポジショナ１７０が選択的に用いられて、基板表面を横切って入射光
ビームを移動させて、エッチングする層の適切な部分をエッチングプロセスモニ
タのためにビームスポットが「置かれる」場所に位置づける。光ビームポジショ
ナ１７０は１つ以上の主鏡１７５を備え、それは小さな角度で回転して光源１５
０からの入射光ビーム１４８ａを基板表面上の異なる位置の上に偏向させ、また
反射された光ビーム１４８ｂを遮断してそれを光検出器１６０へ収束させる。別
の実施形態では光ビームポジショナ１７０を用いて、プロセス中に光ビームを基
板表面を横切ってラスタパターンに走査する。このバージョンでは光ビームポジ
ショナ１７０は、上に光源１５０、収束アセンブリ、収集レンズ及び検出器が取
り付けられる可動ステージ（図示せず）から成る走査アセンブリを備える。可動
ステージはステッピングモータ等の駆動メカニズムによって設定間隔を通って移
動することができ、ビームスポットを基板表面を横切って移動させる。

【００４５】光検出器１６０は、光電池、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等の光
感応性表面を持つ電子構成部品から構成されて、光感応性表面上に入射する反射
光ビーム１４８ｂの強度に応答して信号を与える。その信号は電子構成部品を通
る電流レベルの変化の形態、又は電子構成部品の両端に印加される電圧の変化の
形態を取ることができる。反射光ビーム１４８ｂは、基板３０上の膜又は溝の厚
さの増大又は減少につれて反射光ビーム１４８ｂの強度を増大又は減少させる建
設的及び／又は破壊的干渉を受けるのが望ましく、また光検出器１６０は反射光
ビーム１４８ｂの測定強度に関連して電気出力信号を生成する。コンピュータシ
ステムは光検出器１６０から信号を受け取り、その信号を記憶されている波長の
値と比較して、その信号に関連してプログラムされているガイドラインに従って
プロセスチャンバ３５内のプロセス条件を変える。

【００４６】ここで本発明による基板処理方法の例が例示のエッチングプロセスを参照して
説明されるが、そこではゲート酸化物（二酸化珪素）下位層の上のポリシリコン
上位層が、下位層のエッチング及び損傷なしにエッチングされる。最初に、カリ
フォルニア州サンタクララのＫＬＡ−ＴＥＮＣＯＲ社製のモデルＵＶ１０５０の
ような反射度厚み測定マシンを用いて、基板３０上にエッチングされる層の初期
厚さを正確に決定する。エッチングプロセスの全体の作動時間を推定するために
、及び／又はエッチングすべき層の厚さを計算してエッチングプロセス後に基板
３０上に残る層の所定の厚さを得るために、実際の層の厚さは有効である。

【００４７】基板３０はロードロック移送チャンバ１８０からのロボットアーム（図示せず
）によってスリットバルブを通ってプロセスチャンバ３５のプロセスゾーン４０
内に移送される。基板３０はサポート４０上に置かれそこで静電チャック５０に
よって保持される。熱伝達ガスが静電チャック５０表面内のホール１８５を通っ
て選択的に供給されて、基板３０の温度が制御される。その後プロセスチャンバ
３５内のプロセス条件が、基板３０上の特定の層を処理してプロセスガスの副産
物を形成するように設定される。プロセスガスの条件は１つ以上のプロセスガス
成分、流量、ガス付勢器６０の出力レベル、ガス圧力及び基板温度から成る。プ
ロセスは、例えばそれぞれが異なるプロセス条件を持つ複数の段階で実行できる
。例えばエッチングプロセスでは、基板３０をエッチングするためのエッチャン
トガスで構成されるエネルギッシュなプロセスガスの１つ以上の組成がプロセス
チャンバ３５内に提供される。基板３０上の層のエッチングに適したエッチャン
トガスには、例えばＨＣｌ、ＢＣｌ₃、ＨＢｒ、Ｂｒ₂、Ｃｌ₂、ＣＣｌ₄、ＳｉＣ
ｌ₄、ＳＦ₅、Ｆ、ＮＦ₃、ＨＦ、ＣＦ₃、ＣＦ₄、ＣＨ₃Ｆ、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₂、
Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₆、Ｃ₂Ｆ₈、Ｃ₃Ｆ₅、Ｃ₆Ｆ₅、Ｃ₂ＨＦ₅、Ｃ₄Ｆ₁₀、ＣＦ₂Ｃｌ₃、ＣＦＣ
ｌ₃、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｈｅ及びそれらの混合物が含まれる。プロセスチャンバ３５は
一般的に約０．１から約４００ｍＴｏｒｒの間で変動する圧力に維持される。高
いエッチング速度、及び下位層に対する上位層のエッチングの高い選択比を得る
ために、エッチャントガスの組成が選択される。複数の層が次々とエッチングさ
れる場合は、第１、第２及び第３のエッチャントガス組成を次々とプロセスチャ
ンバ３５内に導入してそれぞれ特定の層をエッチングすることができる。

【００４８】このプロセスガスは付勢され、基板３０をエッチングするに適した第１のプロ
セス条件に維持される。図１を参照すると、付勢されたプロセスガスは、図２に
示すように、エネルギをガス付勢器６０を用いてプロセスゾーン４０中に誘導及
び／又は容量カップリングすることによって、又はマイクロ波を遠隔チャンバ１
０５の遠隔ゾーン１１０中のエッチャントガスに照射することによって、プロセ
スゾーン４０中に提供される。付勢されたプロセスガスとは、解離した種、解離
していない種、イオン種及び／又は中性種の内の１つ以上がより高いエネルギ状
態に励起されて化学的により反応性が高くなるようにアクティベート又は付勢さ
れていることを意味する。プロセスガスは、プロセスチャンバ３５を巡回してい
るインダクタアンテナ１００にＲＦ発生源の電流を印加することによって、又は
ＲＦ場イス電圧をプロセス電極に印加することによって付勢するのが望ましい。
基板３０上の層をエッチングするイオンとニュートラルを形成するための印加さ
れた電界中でエッチャントガスはイオン化して、プロセスチャンバ３５から排気
される揮発性が素性種を形成する。

【００４９】所与の厚さの層が基板３０上に形成された後でプロセスモニタシステム２５を
用いてプロセス条件を正確に変更する。エッチングプロセスでは、プロセスモニ
タシステム２５を用いると、プロセスガスの組成を変更して、特定のエッチング
速度やエッチング選択比を提供することが可能である。例えば、プロセスモニタ
システム２５を用いて、エッチャントガス中にあるフッ素化ガスのため高エッチ
ング速度をもたらす第１の高度に腐食性のエッチングステップの後でエッチング
プロセスを停止させ、これによって、第２のそして反応性の低いエッチングステ
ップの開始点を決定することができるが、この第２のステップは、よりエッチン
グを制御するためにより低いエッチング速度で残留誘電層をエッチングするため
にフッ素化ガスの存在しないプロセスガスを用いる。プロセスモニタステム２５
を用いて、第１のプロセス条件をより腐食性の低い、すなわち第２のプロセス条
件に変更される又はその逆が可能となるような、シリコン層のほとんど全てがエ
ッチングされる時点を検出して、エッチング速度やエッチング選択比の所望の変
更又は、エッチングプロセスの他の何らかの特定の変更、例えばエッチング速度
の高速化／低速化、異なった組成を持つ下位層のエッチングなどをもたらす。

【００５０】一般的に、本発明の方法においては、入射光ビーム１４８ａをプロセスチャン
バ３５のプロセスゾーン４０中の付勢済みプロセスガスを介して、基板３０を覆
っているエッチング中の層に入射するように伝達される。これらの実験は、Ｈｇ
−Ｃｄランプから成る光線１５０を用いて実行された。この光源１５０からの光
ビームはウィンドウ１４０を介してほぼ直角で基板３０に入射するように方向付
けされるて、基板３０上でエッチング中の１つ以上の外形を覆うに十分な大きさ
のサイズを有するビームスポットとなる。入射光ビーム１４８aは実質的に非偏
光だけから成っているのが望ましいが、その理由は、偏光はプロセスウィンドウ
１３０上の薄い残留物によって優先的に吸収されるからである。

【００５１】層の厚さが（ある一定時間後に）十分小さくなっている場合、基板３０上の層
の頂部と底部の双方の表面からの反射光ビーム１４８ｂの特性を測定する。この
測定された特性、例えば反射光ビームの強度や位相の変化がある時間にわたって
記録されて測定された波形パターンを形成する。この測定された波形パターンは
記憶されている波形パターンと比較され、この２つの信号が実質的に同一であれ
ば、エッチングポロセスのエンドポイントに達したことになる。その時点におい
て、第１のプロセス条件を、反射光ビームの特性の測定に関連して第２のプロセ
ス条件に変更する。例えば、層全体がエッチングで貫通される前に、第１のプロ
セス条件を、エッチングプロセスを呈しさせるような、基板３０上の層のエッチ
ング速度を変更するような、又は下位層に対する自身のエッチング選択比を変更
するような第２のプロセス条件に変更される。

【００５２】参照してここに組み込む１９９８年４月１７日に提出された、グリンバーゲン
（Ｇｒｉｍｂｅｒｇｅｎ）らによる、共同譲受された米国特許出願第０９／０６
２，５２０号に述べるように、反射光ビーム１４８ｂの測定された強度もまた、
ある時間にわたってプロットして、波形の測定済みパターンを得ることができる
が、この測定された波形パターンは、所定の特徴波形パターンと比較して、これ
ら２つの波形が同一であるか又は実質的に互いに同じであるかしたら、エッチン
グプロセスのエンドポイントが起こったと判断する。この方法では、コンピュー
タコントローラ１５５が、反射光ビーム１４８ｂの強度の電気的出力信号をある
時間にわたってプロットして、反射光ビームの様々な強度に対応する多くの波形
パターンを有する波形スペクトルを提供する。コンピュータコントローラ１５５
は反射光のリアルタイム波形スペクトルを基板３０上で処理中の層の厚さに基づ
いて計算して、測定された強度を持つ波形を記憶されている特徴波形パターンと
比較して、これら２つの波形が実質液に同じ形状と形態を有している場合にプロ
セスチャンバ３５中のプロセス条件を調整する。コンピュータプログラムは、測
定された波形パターンが、反射波形パターン中の週末のピークやディップの直前
で発生する反復性の波形発振を含んでいれば層の処理段階の終了と判断する。コ
ンピュータプログラムはまた、リアルタイムで、基板３０上に残っているエッチ
ング中の層の厚さを計算し、これによって、プロセスチャンバ３５中のプロセス
条件を調整するプログラムコードを含むことがある。コンピュータプログラムは
また、反射光ビームの強度の極大値と極小値の数をカウントして、所定の数の極
値に達したら、プログラミングされている指針に従ってプロセスチャンバ３５中
のプロセス条件を変更する。

【００５３】本発明の別の態様では、現場での又は乾式のクリーニングプロセスを本発明の
プロセスモニタ方法と共に実行して、プロセスチャンバ３５の動作性能を向上さ
せることが可能である。この方法では、基板３０上の第１の層がエッチングプロ
セスの第１の段階で、高エッチング速度を提供するエッチャントガスと残留堆積
物を除去するプロセス清浄化ガスとプロセスガス副産物という組成を、プロセス
チャンバ３５の壁に形成されているままに含むプロセスガスでエッチングされる
。この清浄化ガスは、薄い下位のゲート酸化物層を迅速に貫通エッチングするガ
スを包含する極端に腐食的なフッ素であるため、プロセスモニタシステム２５を
用いてプロセスのエンドポイントとプロセスガスの組成変化を検出して、第１の
層が貫通エッチングされる直前にこの清浄化ガスを除去する。プロセスの第１の
段階では、この清浄化ガスは、あるバッチの基板の中間的処理においてエッチン
グを停止させる必要なくプロセスチャンバ３５を清浄化して、湿式清浄化プロセ
スを実行する。ある好ましい実施形態では、エッチャントガスはＣｌ₂、Ｎ₂、Ｏ ₂ 、ＨＢｒ及びＨｅ−Ｏ₂の内の１つ以上を含み；清浄化ガスは、ＮＦ₃、ＣＦ₆及
びＳＦ₆の内の１つ以上などのフッ素化ガスを包含する無機非炭化水素を含んで
いる。エッチャントガスに対する清浄化ガスの体積流量比は、第１の段階が終了
したらプロセスチャンバ表面から実質的にあらゆる残留堆積物とプロセスガス副
産物を除去するように選択するのが望ましい。エッチャントガスに対する清浄化
ガスの体積流量比を、プロセスチャンバ３５を清浄化する別の清浄化ステップを
実行することなく、プロセスチャンバ３５中の基板３０を少なくとも２０００個
だけ処理している間に形成された実質的に全ての残留堆積物とプロセスガス服残
物を除去するように選択すればより望ましい。エッチャントガスに対する清浄化
ガスの適切な体積流量比は約１：２０から約１：１であり、約１：１０から約２
：３であればより望ましく、約２：３であれば最も望ましい。このような体積流
量比では、プロセスチャンバ表面上にある実質的に全てのエッチャント残留物が
プロセスチャンバ表面を浸食することなく除去できることが分かった。加えて、
以外にも、プロセスチャンバ表面は、別のプロセスチャンバ条件決めステップや
枯らしステップを必要とすることなく、エッチャントガスと清浄化ガスを合成す
るステップで清浄化して条件決めされることが分かった。上述の米国特許出願第
０９／０６２，５２０号に、適切な清浄化ガス組成が記載されている。

【００５４】例以下の例では、本発明に従ってウィンドウ１３０とマスク１４０を有するプロ
セスチャンバ３５の使用法を示す。これらの例では、２５００Åのポリシリコン
層を有する１連の２００ｍｍシリコン基板３０と、４５Åの二酸化シリコン層と
、２０００Åのパターニングされたレジスト層を有する２００ｍｍシリコンの基
板３０の連続体がエッチングされた。多段階プロセスを、基板３０上のポリシリ
コン層をエッチングするために用いた。第１のすなわち主たるエッチング段階で
は、５０ｓｃｃｍのＣＦ４と４０ＳＣＣＭのＳＦ６を含む付勢されたプロセスガ
スをプロセスチャンバ３５中に提供して、レジスト層の開口を介して露出されて
いるポリシリコン層の肉厚をほとんど貫通エッチングする。このプロセスガスは
インダクタアンテナ１００に７５０ワットの発生源出力を印加し、９０ワットの
バイアス出力をプロセス電極４５と５５に印加することによって付勢される。プ
ロセスチャンバの圧力は約２ミリトールから約３ミリトールに維持される。プロ
セスのエンドポイントがプロセスモニタシステム２５によって検出されると、主
エッチング段階が停止されて、残余のポリシリコンが、実質的に下の二酸化シリ
コン層を破損することなく第２のすなわち過剰エッチング段階で除去される。こ
の過剰エッチング段階では、６０ｓｃｃｍのＳＦ６を含む第２の付勢済みプロセ
スガスがプロセスチャンバ３５中に導入され、６００ワットの発生源出力と１ワ
ットのバイアス出力で付勢される。プロセスチャンバ３５は約１０ミリトールの
圧力に維持される。

【００５５】プロセスは、透明プレート１３５上にプロセス残留物が累積されるのを抑える
ように様々な厚さを持つマスク１４０を含むウィンドウ１３０と、様々な数、直
径及びアスペクト比を持つアパーチュア１４５と、を有するプロセスチャンバ３
５中で実行された。一般に、マスク１４０は、地４Ｂに示すように薄い環状リッ
プ１５４によって囲まれた隆起した中心部分１５３を有する二酸化アルミ製ディ
スクから成っていた。マスク１４０は透明プレート１３５から約０．０３８”の
ところに置かれ、Ｋａｐｔｏｎ^Rのサファイアなどの対エッチング性材料製の小
さいスライド（図示せず）がマスク１４０と透明プレート１３５間に置かれ、こ
れによって、各アパーチュア１４５を介して露出している透明プレート１３５の
ある部分をシールドしていた。プロセスチャンバ３５が動作した合計時間が記録
され、ある規定時間後に、ウィンドウ１３０が取り除かれて、堆積されたプロセ
ス残留物の厚さ及び／又は透明プレート１３５から除去された材料の分量が、Ｄ
ｅｋＴａｋやＡｌｐｈａ−ｓｔｅｐなどの触針段差高さ測定デバイスを用いて
測定された。透明プレート１３５を介する光の伝達もまた、周知の強度を持つ光
源と伝達光の強度を正確に測定することが可能な光検出器を用いて測定された。

【００５６】例１：第１の例では、マスク１４０は１９ｍｍ（０．７５”）の厚さを持つ中心隆起
部分を有し、また、各々が３．８ｍｍ（０．１５”）幅と５：１というアスペク
ト比を有する１９個のアパーチュアから成る六角形パターンから成っていた。こ
の例は、小さい直径と大きいアスペクト比を有するアパーチュア１４５の配列が
ウィンドウ１３０の透明プレート１３５上にプロセス残留物が堆積されるのを抑
えることを示すものである。チャンバ中で８０分にわたってエッチングした後で
、ウィンドウ１３０を分解して、サファイアスライドを取り外し、透明プレート
１５３を触針段差高さ測定計器で走査して、プロセス残留物の累積と透明プレー
ト１３５のエッチングの具合を測定した。小さいアパーチュア１４５のアスペク
ト比が高いためプラズマ種を形成する残留物はどれも透明プレート１３５に到達
することはなく、透明プレート１３５が識別され得るほどにエッチングされるこ
とはまったくなかった。そのうえ、透明プレート１３５上のプロセス残留物の厚
さは測定可能限界未満、すなわち６００Å未満であった。透明プレート１３５を
通過する光の伝達もまた、検出可能限界未満、すなわち１％未満であった。

【００５７】例２：この例では、マスク１４０は、０．７５”の厚さを持つ中心隆起部分１５３と
、と０．１”から１”まで変化する直径を有する円形アパーチュア１４５と、か
ら成っていた。プロセスチャンバ３５を８０分にわたって操作した後では、マス
ク１４０は、従来のウィンドウと比較して透明プレート１３５上への残留物の堆
積をかなり減少させているのが分かった。ウィンドウ１３０は交換され、清浄化
されないまま、さらに１８から２５時間の動作後に再度検査された。２５時間の
動作後の様々なサイズのアパーチュア１４５に対する残留堆積物の累積及び透明
プレート１３５のエッチングを表１に要約する。

【００５８】

【表１】

【００５９】図５のグラフを参照すると、アパーチュア１４５の直径が減少しアスペクト比
が増加するに連れて、プロセス残留物堆積物のアパーチュア１４５中への堆積に
寄与する中性プラズマ種フラックスの流れが徐々に減少して、透明プレート１３
５に到達することが完全に防がれた。アパーチュア１４５の直径が０．５”から
０，２５”に減少するに連れて、プロセス残留物の透明プレート１３５への正味
の堆積が最初は増加し、その後で、アパーチュア１４５が小さくなり続けるに連
れて減少する。これと対照的に、アパーチュアサイズが０．５”を越えアスペク
ト比が２：１から０．７５：１に減少するに連れて、アパーチュア１４５の中心
で堆積が抑えられ、一方、エッチングはアパーチュア１４５の側壁又はエッジの
近傍で優勢となる。これと対照的に、約１から約２のアスペクト比を有するアパ
ーチュア１４５の場合、実質的にエネルギッシュなプラズマ種だけがアパーチュ
ア１４５中に進入できることからアパーチュアの実質的に全体幅にわたって負の
正味の堆積速度が観測される。

【００６０】磁界の封じ込め本発明の別の実施形態では、図６Ａに示すように、プロセスチャンバ３５は、
ウィンドウ１３０の近傍又はその上で磁束を維持する手段と成る又はその働きを
するようになっている磁界発生源１９５を含んでいる。サポート４５上に保持さ
れている基板３０を付勢されたプロセスガスによって処理すると、ウィンドウ１
３０のある部分上を延長する磁束が、ウィンドウの透明プレート１３５にプロセ
ス残留物が堆積されるのを抑える。磁束発生源１９５は、ウィンドウ１３０の表
面の少なくともある部分上の磁気エネルギすなわち磁束をカップリングするため
にウィンドウ１３０に隣接して置かれている少なくとも１つの永久磁石２００又
は電磁石（図示せず）を含んでいる。磁界線は一般にウィンドウ１３０の周りの
空間に封じ込められて、浅い深さにだけしか侵入しない又はプロセスチャンバ３
５中には全く侵入しないのが望ましい。

【００６１】ある好ましい磁界発生源１９５は、透明プレート１３５のある部分上でウィン
ドウ１３０の平面上を延長する磁界成分を提供するようにウィンドウの周りに配
置された永久磁石２００を含んでいる。磁界発生源１９５は、プロセスチャンバ
３５の他の部分での密度より高い密度をウィンドウの上に有し、また、ウィンド
ウ１３０のエッジで終端するウィンドウ１３０上の局所的な磁束を提供するのが
望ましい。

【００６２】ウィンドウ１３０上の磁束は、帯電したプロセスガス種が透明プレート１３５
に到達しないようにする磁界成分を含んでいる。例えば、磁界線すなわち磁束が
ウィンドウ１３０の平面に平行な方向ベクトルを有している場合、この磁界線は
、帯電したプラズマイオンと付勢されたプロセスガスの電子を透明プレート１３
５からある固定した平均距離だけ隔たったところにある円形経路に封じ込め、こ
れによってプロセス残留物がプレート１３５に堆積しないようにする働きをする
。例えば、ウィンドウ１３０のある部分上をウィンドウに平行な平面に沿って延
長する磁束のため、磁束の領域に進入する帯電イオンと電子がこの領域で回転し
て円形運動をする。この場合の磁界強度は、帯電した種がこの領域から退出させ
ることが実質的になく、帯電したイオンと電子を磁界の領域に封じ込めるに十分
高くあるべきである。一般に、適切な磁界強度は約１０ガウスから約１０，００
０ガウスであり、約５０ガウスから約２０００ガウスであればより望ましい。

【００６３】図６Ｂから図６Ｄに示す１つの実施形態では、磁界発生源１９５は、ウィンド
ウ１３０の周囲の周りに配置された複数の磁極２０５を備えている。ウィンドウ
３０の周囲のこの磁極２０５は、互いに対面している互いに反対側の磁気極性を
含んでいる。例えば、図６Ｂに示すように、磁界発生源１９５は互いに対面する
少なくとも１対の南北極２０５ａと２０５ｂを含むことがある。磁界発生源１９
５は、アパーチュア２１５を有する磁気ヨーク２１０（すなわち、永久磁石又は
電磁石の強磁性ヨーク）を含むのが望ましい。磁気ヨーク２１０はアパーチュア
２１５上で対称性磁界となる。図６Ｂに、少なくとも１対の半径方向に延長する
互いに対面し逆の磁極性を持つ磁極２０５ａと２０５ｂを含む例示磁気ヨーク２
１０を示す。代替例としては、図６Ｄに示すように、磁気ヨーク２１０は、ウィ
ンドウ１３０の表面上に磁束を提供するようにアパーチュア２１５上で互いに対
面する１対の半径方向の両磁極２０５と成るように配置された磁気材料製の複数
のヨークを含むことがある。

【００６４】環状又は周辺配置された磁気ヨーク２１０のアパーチュア２１５は、ウィンド
ウ１３０を介して光が通過できるようなサイズとなっている。対面する磁極２０
５ａと２０５ｂはは磁気ヨーク２１０のアパーチュア２１５上にほぼ直線状に磁
界を印加する。アパーチュア２１５は、プロセスモニタステム２５を動作させる
に十分な強度を持つ光が通過するに十分なサイズとなっている。アパーチュア２
１５の合計断面積は、アパーチュア２１５を介してプロセスチャンバ３５から十
分な量の光が潜入したり出現できるように十分な大きさとなっている。アパーチ
ュアの形状は円筒形でも三角形でも矩形でもよいが、この内、円筒形状であると
、磁界発生源の軸対称性が良好となり内部表面も平滑となる。

【００６５】電界の付勢別の例では、プロセスチャンバ３５は、プロセスチャンバ３５の壁又は天井５
５のウィンドウ１３０と、電気的エネルギをウィンドウ１３０にカップリングす
る電界発生源２２０と、を備えている。ウィンドウ１３０にカップリングされた
電気的エネルギによって、付勢されたプロセスガスイオンがエネルギッシュにウ
ィンドウ１３０に衝突し、また、ウィンドウに堆積されたプロセス残留物を除去
することによってウィンドウに対するプロセス残留物の累積を抑える。電界発生
源２２０はウィンドウに隣接した電極２２５を備えている。例えば、図７に示す
ように、電界発生源２２０は、ウィンドウに隣接してその背後に配置されている
電極２２５を含み、これによって、ウィンドウの中に電荷を誘導し、ウィンドウ
１３０の平面に直角な電界を発生し、これがさらに、プロセスチャンバ３５中の
エネルギッシュなプラズマイオンと種をウィンドウ１３０に向けて加速させてこ
れに衝突させ、ウィンドウに形成されているプロセス残留物堆積物をスパッタエ
ッチングして除去する。

【００６６】図８Ａに示すさらに別の例では、電界発生源２２０は１つ以上のアパーチュア
２３０を有する電極２２５を備えるが、これは透明プレート１３５と光源１５０
間に配置されて、ウィンドウ１３０の平面に直角な電界となっている。この電界
によって、プロセスチャンバ３５中のエネルギッシュなプラズマイオンと種がウ
ィンドウ１３０に向かって加速され、アパーチュア２３０を通って透明プレート
１３５に衝突し、これによってプロセス残留堆積物をスパッタエッチングして除
去する。アパーチュア２３０の合計面積は、プロセスモニタシステムを動作させ
るに十分な量の光束がプロセスチャンバ３５からアパーチュアを介して潜入した
り出現したりできるように十分な大きさであるのが望ましい。

【００６７】加えて、渦電流減衰スロット２３２もまた、電流の連続的通路が電極中で形成
されないようにすることによって電極２２５中に誘導された渦電流を減少させる
ようなサイズ、形状及び配置となっている。渦電流は、インダクタアンテナ１０
０などの他のプロセス構成部品からカップリングされた電気的エネルギによって
発生する。スロット２３２は、電極２２５中の円形電流通路を破壊することによ
って渦電流を減衰又は消滅させる。例えば、図８Ｂに示すように、電極２２５は
、電極２２５中に誘導された渦電流の通路上に少なくとも１つの半径方向に延長
するカットアウト２４０を有するディスク２３５を含むことがある。代替例とし
て、図８Ｃと８Ｄに示すように、電極２２５は、１連の半径方向くさび形カット
２４２又は互いに離間して置かれた円形状穴２４３の配列を含んでいる。

【００６８】磁界発生源１９５の場合のように、電界発生源２２０は、ウィンドウ１３０の
ある部分又は実質的に全体の表面にわたって延長し、また、ウィンドウ１３０の
エッジで又は近傍で終端する電界又はフラックスを提供するようになっている。
電極２２５は、ウィンドウ１３０の透明プレート１３５の全面積を覆う電界を提
供するに十分大きいサイズであし、またその形状とサイズがウィンドウ１３０の
それに類似しているのがより望ましい。電圧源２４５は、直流電圧、交流電圧又
はＲＦ電圧の内のどれかで電極２２５を電気的にバイアスする。代替例として、
図８Ａに示すように、電極２２５は、インダクタアンテナ１００の選ばれたコイ
ルを電極２２５に接続するタップ２５０によって電気的にバイアスすることがで
きる。したがって、コイル電源１０４は電力をウィンドウ電極２２５とインダク
タアンテナ１００の双方に供給する。コイル電源１０４は約１０ボルトから約１
０，０００ボルトの電圧で電極２２５をバイアスするのが望ましく、約２０ボル
トから約４０００ボルトであればより望ましい。

【００６９】マスク１４０もまた、磁界都電界を封じ込める方法と一緒にして用いることが
できる。この方法では、アパーチュア１４５を有するマスク１４０は磁気ヨーク
２１０のアパーチュアで、又は電極２２５のアパーチュア２３０上で整合されて
、アパーチュア１４５をアパーチュア２１０又は２３０と整合させる。マスク１
４０のアパーチュア１４５は、磁気ヨーク２１０のアパーチュア２１５中に付勢
済みプロセスガスの進入を制限又は抑えて、プロセスガス副産物と他の堆積物が
下の透明プレート１３５に堆積しないようにするような形状とサイズとなってい
る。代替例では、アパーチュア１４５は、低エネルギプラズマ種を遮蔽して高エ
ネルギで方向性のあるプラズマ種だけをアパーチュア１４５に入れるようにする
ようなサイズと形状となっている。この高エネルギで方向性のある種はアパーチ
ュア１４５の側壁と透明プレート１３５の表面に衝突して、これらの上に形成さ
れているプロセスガス堆積物をスパッタエッチングして除去する。

【００７０】本発明による基板２０とプロセスによって、プロセスモニタシステム２５のウ
ィンドウ１３０に残留堆積物を過度に堆積させることなく、プロセスチャンバ３
５中で実行中のプロセスを正確にそして信頼性高くモニタすることを可能とする
。改良されたウィンドウ１３０の構造によってさらに、ウィンドウの構成部品か
らの堆積物の剥離が減少し、これによって基板の歩留まりが向上する。ウィンド
ウ１３０はまた、従来型のウィンドウ１３０よりプロセスチャンバ３５中のプラ
ズマによる浸食性の破損をはるかに受けにくい。ウィンドウ１３０をしばしば交
換する必要性を減少させることによって、プロセスチャンバ３５の操作コストと
基板３０の１つ当たりのコストもまたかなり減少する。さらに、ウィンドウ１３
０のマスクされた構成によって、プロセスチャンバ壁及びウィンドウ１３０を含
む構成部品を湿式清浄化するために処理を停止させることなく長時間にわたって
プロセスチャンバ３５を使用し、これによってエッチングのスループットを増し
、基板３０の１つ当たりのコストをさらに下げることが可能となる。磁界と電界
を封じ込める方法は、マスクする方法と別々に又は組み合わせて用いれば、ウィ
ンドウに対するプロセス残留物の堆積を減少ないしは完全に消滅させることが可
能となる。

【００７１】本発明によるエッチングとエンドポイント検出方法によって、上のシリコン層
をエッチングしている間に、薄いゲート酸化物層の下位層のエッチングや別種の
破損を抑えることによって基板の歩留まりがかなり改善される。特に、ポリシリ
コンをエッチングするプロセスが、ほんの数層分の二酸化シリコン原子を含み、
先行技術によるゲート酸化物層より４から５倍ほど薄い２５から６５オングスト
ロームの厚さを有する超薄型のゲート酸化物層を貫通エッチングすることなく停
止される。このエッチング方法はまた、高密度ＲＦバイアスプラズマが薄いゲー
ト酸化物層を介してシリコンウエハ中にカップリングされる破損電流を形成して
引き起こしかねない破損を最小に留める。また、薄いゲート酸化物層が腐食性の
エッチングプロセスステップによって破損される前にエッチングプロセスを停止
することによって、このプロセスは集積回路の歩留まりと品質を向上させる。

【００７２】さらに、本発明によるエッチング／清浄化を組み合わせたプロセスは、エッチ
ャント残留物層の厚さや化学量論とは無関係に、エッチングプロセス中にプロセ
スチャンバ３５上に堆積したエッチャントを同時に除去しながら、基板３０を均
一にエッチングすることが分かっている。先行技術によるエッチングプロセスは
、たった２００から３００枚のウエハを処理するとプロセスチャンバを清浄化し
て条件決めすることが必要であったが、これは、これほどの数のウエハを処理す
ると、プロセスチャンバ表面に堆積したエッチャント残留物のため、エッチング
速度とエッチング選択比が変動し、また、粒子の汚染レベルが高くなるからであ
る。また、先行技術による清浄化プロセス、特に操作者が実行するプロセスは、
プロセスチャンバ表面上に形成されたエッチャント残留堆積物を均一に清浄化し
て除去することにしばしば失敗し、また、このようなエッチャント堆積物が形成
されると、基板３０が剥離したり汚染されたりする。

【００７３】本発明をある好ましい例を参照して説明したが、他の例も可能である。例えば
、本発明による処理と清浄化プロセスを、他の応用分野のプロセスチャンバ３５
の処理のために用いることができることが当業者には明らかであろう。例えば、
このプロセスは、当業者には明らかなように、スパッタリング用チャンバや、イ
オン注入チャンバや堆積チャンバなどの処理又は他の清浄化プロセスと組み合わ
せて応用することができる。したがって、添付クレームの精神と範囲は本書に記
載する好ましい例の説明に制限されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

本発明の上記のそして他の特徴、態様及び利点は、本発明を例示する次の図面
、説明及び添付クレームを読めばよりいっそう理解されよう。以下の説明と図面
は本発明の例示の特徴を示すものであるが、その特徴の各々は本発明では一般的
に用いられ得るものであり、単に特定の図面の文脈で用いられるものではなく、
本発明はこれらの特徴をいかようにも組合せ得るものである。

【図１】ウィンドウとその上のマスクを示す、本発明によるプロセスチャンバのある実
施形態の略断面図である。

【図２】本発明による別のプロセスチャンバの略断面図である。

【図３Ａ】本発明による傾斜したウィンドウとその上のマスクを有するさらに別のプロセ
スチャンバの略断面図である。

【図３Ｂ】本発明によるマスクの１実施形態の略上面図である。

【図４Ａ】ウィンドウと上位のマスクの別の実施形態の略側面図である。

【図４Ｂ】図４Ａのウィンドウとその上のマスクの略上面図である。

【図５】試験マスクの様々なサイズのアパーチュアのアスペクト比の関数としてプロセ
ス残留物の正味堆積を示すグラフである。

【図６Ａ】ウィンドウ上に磁束を維持する磁界発生源を示す別のプロセスチャンバの実施
形態の部分略側面図である。

【図６Ｂ】アパーチュアを間に持つ対面する１対の磁極を有する永久磁石を示す図６Ａの
ウィンドウの上面図である。

【図６Ｃ】アパーチュア上の磁束線を示す図６Ｂのウィンドウの略上面図である。

【図６Ｄ】ウィンドウと、アパーチュアの周りの複数の磁極を含む磁界発生源との略上面
図である。

【図７】ウィンドウとウィンドウの背後に電極を含む電界発生源を持つ別のプロセスチ
ャンバ実施形態の略断面図である。

【図８Ａ】ウィンドウとウィンドウの背後の電極をを持つ別のプロセスチャンバ実施形態
の部分略側面図である。

【図８Ｂ】渦電流減衰スロットの配列を示す、図８Ａの電極の略上面図である。

【図８Ｃ】電極と薄電流スロットの別の実施形態の略上面図である。

【図８Ｄ】電極と渦電流スロットの別の実施形態の略上面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チアン，キュー−ユアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，スカイヴュードライヴ 15300 Ｆターム(参考） 4K030 DA04 FA01 FA04 FA06 KA12 KA30 KA32 KA34 KA37 KA39 KA46 LA15 5F004 AA15 BA20 BB07 BB11 BB13 BB14 CB02 CB09 CB15 DA01 DA04 DA05 DA11 DA13 DA16 DA17 DA18 DA22 DA25 DA26 DA29 DB02 5F045 AA09 BB14 EB02 EH11 GB08 GB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）支持体と、（ｂ）ガス分配器と、（ｃ）ガス励起器と、（ｄ）透明プレートおよび孔付きの被覆マスクとを備えるウィンドウと、（ｅ）排気装置とを備える、半導体基板を処理するためのプロセスチャンバであって、前記ガス分配器により分配され、前記ガス励起器により励起され、前記排気装
置により排気されるプロセスガスにより、前記支持体上に保持された基板を処理
し、前記ウィンドウにあるマスクによりウィンドウ上のプロセス残留物の堆積が
低減され、マスクの孔と透明プレートとを介して光が透過する、プロセスチャン
バ。
【請求項２】前記マスクが、前記透明プレートへのプロセスガスのアクセ
スを低減できる大きさのアスペクト比を有する孔を備える、請求項１記載のプロ
セスチャンバ。
【請求項３】前記マスクが、約１：１から約１２：１までのアスペクト比
を有する孔を備える、請求項１記載のプロセスチャンバ。
【請求項４】前記マスクが、励起プロセスガスのイオンが孔に入り、孔の
側壁と透明プレート上に形成されたプロセス残留物をエッチング除去可能なほど
小さいアスペクト比を有する孔を備える、請求項１記載のプロセスチャンバ。
【請求項５】前記マスクが、約０．２５：１から約３：１までのアスペク
ト比を有する孔を備える、請求項１記載のプロセスチャンバ。
【請求項６】前記マスクが、約０．１から約５０ｍｍの直径または幅と、
約０．５から約５００ｍｍまでの高さを有する孔を備える、請求項１記載のプロ
セスチャンバ。
【請求項７】前記マスクが、六角形状の孔のアレイを備える、請求項１記
載のプロセスチャンバ。
【請求項８】前記マスクが、プロセスガスに対して耐腐食性のある材料を
備える、請求項１記載のプロセスチャンバ。
【請求項９】前記マスクが、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ、
ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＯ₂またはＺｒＯ₂の１以上の材料を備える、請求項８記
載のプロセスチャンバ。
【請求項１０】電気エネルギーをウィンドウに結合して、ウィンドウ上の
プロセス残留物の堆積を低減する電界源をさらに備える、請求項１記載のプロセ
スチャンバ。
【請求項１１】ウィンドウにわたって磁束をかけて、ウィンドウ上のプロ
セス残留物の堆積を低減するのに適した磁界源をさらに備える、請求項１記載の
プロセスチャンバ。
【請求項１２】（ａ）基板を支持するための受入表面を有する支持体と、（ｂ）プロセスガスをプロセスチャンバに与えるためのガス入口穴を有するガ
ス分配器と、エネルギーをプロセスガスに結合可能なガス励起器と、（ｃ）基板の処理をモニタするために、光を透過させることが可能なウィンド
ウと、（ｄ）ウィンドウ上のプロセスガスからプロセス残留物の堆積を低減する手段
と、（ｅ）プロセスチャンバからプロセスガスを排気する排気装置とを備える、半
導体基板を処理するためのプロセスチャンバ。
【請求項１３】ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積を低減するための手
段が、励起されたプロセスガス種のウィンドウへのアクセスを制御するための手
段を備える、請求項１２記載のプロセスチャンバ。
【請求項１４】ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積を低減するための手
段が、励起されたプロセスガスからウィンドウをマスクするマスク手段を備える
、請求項１２記載のプロセスチャンバ。
【請求項１５】ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積を低減するための手
段が、約１：１から約１２：１のアスペクト比の孔を有する被覆マスクを備える
、請求項１２記載のプロセスチャンバ。
【請求項１６】前記マスクが、約０．２５：１から約３：１のアスペクト
比を有する孔を備える、請求項１５記載のプロセスチャンバ。
【請求項１７】電気エネルギーをウィンドウに結合して、ウィンドウ上の
プロセス残留物の堆積をさらに低減する電界源をさらに備える、請求項１２記載
のプロセスチャンバ。
【請求項１８】ウィンドウにわたって磁束をかけて、ウィンドウ上のプロ
セス残留物の堆積をさらに低減するのに適した磁界源をさらに備える、請求項１
２記載のプロセスチャンバ。
【請求項１９】（ａ）支持体と、（ｂ）ガス分配器と、（ｃ）ガス励起器と、（ｄ）基板処理中にプロセスチャンバとの間で光を透過するために光透過手段
と、（ｅ）前記光透過手段上のプロセス残留物の堆積を低減する手段と、（ｆ）排気装置とを具備する半導体基板を処理するためのプロセスチャンバで
あって、前記ガス分配器により分配され、前記ガス励起器により励起され、前記排気装
置により排気されるプロセスガスにより、前記支持体上に保持された基板を処理
し、前記光透過手段上のプロセス残留物の堆積を低減するための手段により、前
記光透過手段を介して光が透過して、基板処理をモニタすることができる、プロ
セスチャンバ。
【請求項２０】プロセス残留物の堆積を低減するための手段が、励起され
たプロセスガスの光透過手段へのアクセスを制限するための手段を備える、請求
項１９記載のプロセスチャンバ。
【請求項２１】プロセス残留物の堆積を低減するための手段が、励起され
たプロセスガスから光透過手段をマスクするマスク手段を備える、請求項１９記
載のプロセスチャンバ。
【請求項２２】プロセス残留物の堆積を低減するための手段が、光透過手
段を被覆し、約０．２５：１から１２：１のアスペクト比の孔を有するマスクを
備える、請求項１９記載のプロセスチャンバ。
【請求項２３】ウィンドウを被覆するマスクにある孔を通過する光の透過
をモニタするプロセスモニタシステムをさらに備える、請求項１９記載のプロセ
スチャンバ。
【請求項２４】（ａ）プロセスチャンバに基板を配置するステップと、（ｂ）基板を処理するために、プロセスチャンバにおいて、励起されたプロセ
スガスをプロセスチャンバに与えることを含む第１のプロセス条件を維持するス
テップと、（ｃ）プロセスチャンバの壁にあるウィンドウをマスクして、ウィンドウを透
過する光の特性を測定するステップと、（ｄ）透過光の特性の測定結果に基づいて、第１のプロセス条件を第２のプロ
セス条件に変更するステップとを備える、プロセスチャンバにおいて基板を処理
する方法。
【請求項２５】ウィンドウを介して入射光ビームを基板上に入射するよう
に方向付け、基板から反射されウィンドウを介して透過された反射光ビームの特
性を測定するステップをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】第１のプロセス条件が、基板をエッチングするのに適した
プロセス条件を含み、第２のプロセス条件が、エッチングプロセスを停止するか
、または基板のエッチング速度を変更するのに適したプロセス条件を含む、請求
項２４記載の方法。
【請求項２７】（ａ）支持体と、（ｂ）ガス分配器と、（ｃ）ガス励起器と、（ｄ）プロセスチャンバの壁にあるウィンドウと、（ｅ）ウィンドウにわたって磁束を与えるのに適した磁界源と、（ｆ）排気装置とを具備する半導体基板を処理するためのプロセスチャンバであ
って、励起されたプロセスガスで前記支持体上に保持された基板を処理することによ
り、プロセスチャンバにプロセス残留物が形成され、ウィンドウにわたって磁束
を与えることにより、ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積が低減する、プロセ
スチャンバ。
【請求項２８】前記磁界源が、チャンバの他の部分よりもウィンドウにわ
たって高密度の磁束を与える、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項２９】前記磁界源が、ウィンドウの周辺に設けられた１以上の磁
極を備える、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３０】ウィンドウの周辺に互いに対面させて設けた磁極が、反対
の磁極性を備える、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３１】磁界源が孔を備え、前記孔にわたって磁束を与える、請求
項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３２】前記磁界源が、ウィンドウに隣接した少なくとも１つの永
久磁石または電磁石を備える、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３３】前記磁界源が、光がウィンドウを通過することができる大
きさの穴を有する環状ヨークを備える、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３４】前記磁界源が、ウィンドウの平面に平行な磁界成分を与え
るように配設された磁石または電磁石を備える、請求項２７記載のプロセスチャ
ンバ。
【請求項３５】前記磁界源が、ウィンドウのほぼ全面にわたって延びる磁
界をかけるように適用される、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３６】前記磁界源が、ウィンドウの縁の周りで終わる磁界をかけ
るように適用される、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３７】前記磁界源が、約１０から約１０，０００ガウスまでの磁
界をかける、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３８】ウィンドウを被覆し、光が通過できる孔を備えたマスクを
さらに備える、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項３９】前記マスクが、約０．２５：１から約１２：１のアスペク
ト比を有する孔を備える、請求項２７記載のプロセスチャンバ。
【請求項４０】（ａ）支持体と、（ｂ）ガス分配器と、（ｃ）ガス励起器と、（ｄ）プロセスチャンバの壁にあり、特定の光波長に対して透過性のあるウィ
ンドウと、（ｅ）ウィンドウにわたって磁束を維持する手段と、（ｆ）プロセスガスをプロセスチャンバから排気する排気装置とを具備する半
導体基板を処理するためのプロセスチャンバであって、励起されたプロセスガスで前記支持体上に保持された基板を処理することによ
り、プロセスチャンバにプロセス残留物が形成され、ウィンドウにわたって磁束
を維持する手段により、ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積が低減する、プロ
セスチャンバ。
【請求項４１】ウィンドウにわたって磁束を維持する手段が、荷電プロセ
スガス種がウィンドウに到達するのを実質的に防止する磁界成分を有する磁束を
与える、請求項４０記載のプロセスチャンバ。
【請求項４２】ウィンドウにわたって磁束を維持する手段が、ウィンドウ
のほぼ全面にわたって延びる磁束を与える、請求項４０記載のプロセスチャンバ
。
【請求項４３】ウィンドウにわたって磁束を維持する手段が、磁石または
電磁石を備える、請求項４０記載のプロセスチャンバ。
【請求項４４】ウィンドウにわたって磁束を維持する手段が、光が磁束手
段を通過できるようにする手段をさらに備える、請求項４０記載のプロセスチャ
ンバ。
【請求項４５】ウィンドウにわたって磁束を維持する手段が、約１０から
約１０，０００ガウスの磁束を与える、請求項４０記載のプロセスチャンバ。
【請求項４６】（ａ）プロセスチャンバに基板を配置するステップと、（ｂ）基板を処理するために、プロセスチャンバにおいて、励起されたプロセ
スガスをプロセスチャンバに与えることを含むのプロセス条件を維持するステッ
プと、（ｃ）プロセスチャンバの壁にあるウィンドウにわたって磁束を維持するステ
ップとを備える、プロセスチャンバにおいて基板を処理する方法。
【請求項４７】ステップ（ｃ）が、ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積
を低減できる高密度の磁束を維持するステップを備える、請求項４６記載の方法
。
【請求項４８】ステップ（ｃ）が、ウィンドウの平面にほぼ平行な磁界成
分を有する磁束を維持するステップを備える、請求項４６記載の方法。
【請求項４９】ステップ（ｃ）が、ウィンドウにわたって局所化された磁
束を維持するステップを備え、チャンバの他の部分よりもウィンドウにわたって
高密度の磁束を備える、請求項４６記載の方法。
【請求項５０】ステップ（ｃ）が、ウィンドウの周辺に複数の磁極を維持
するステプを備える、請求項４６記載の方法。
【請求項５１】ステップ（ｃ）が、ウィンドウの周辺に互いに対面した反
対の磁極を維持するステップを備える、請求項４６記載の方法。
【請求項５２】ステップ（ｃ）が、ウィンドウの平面にほぼ平行な磁界成
分を有する磁束を維持するステップを備える、請求項４６記載の方法。
【請求項５３】ステップ（ｃ）が、ウィンドウのほぼ全面にわたって延び
、ウィンドウの縁の周りで終了する磁束を維持するステップを備える、請求項４
６記載の方法。
【請求項５４】ウィンドウを被覆し、光が通過できる孔を備えたマスクを
設けるステップをさらに備える、請求項４６記載の方法。
【請求項５５】（ａ）プロセスチャンバに基板を配置するステップと、（ｂ）基板を処理するために、プロセスチャンバにおいて、励起されたプロセ
スガスをプロセスチャンバに与えることを含む第１のプロセス条件を維持するス
テップと、（ｃ）プロセスチャンバの壁にあるウィンドウにわたって磁束を維持するステ
ップと、（ｄ）ウィンドウを透過する光の特性を測定するステップと、（ｅ）透過光の特性の測定結果に基づいて、第１のプロセス条件を第２のプロ
セス条件に変更するステップとを備える、プロセスチャンバにおいて基板を処理
する方法。
【請求項５６】（ａ）支持体と、（ｂ）ガス分配器と、（ｃ）ガス励起器と、（ｄ）プロセスチャンバの壁にあるウィンドウと、（ｅ）電気エネルギーをウィンドウに結合する電界源と、（ｆ）プロセスチャンバからプロセスガスを排気する排気装置とを具備する半
導体基板を処理するためのプロセスチャンバであって、励起されたプロセスガスで前記支持体上に保持された基板を処理することにより
、プロセスチャンバにプロセス残留物が形成され、電気エネルギーをウィンドウ
に結合することにより、ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積が低減する、プロ
セスチャンバ。
【請求項５７】前記電界源がウィンドウを電気的にバイアスすることによ
り、励起されたプロセスガスイオンでウィンドウ上に効果的に衝撃を与えて、ウ
ィンドウ上に堆積されたプロセス残留物を除去する、請求項５６記載のプロセス
チャンバ。
【請求項５８】前記電界源が、ウィンドウの表面にわたって延び、ウィン
ドウの縁の前で終了する電界をかけるように適用される、請求項５６記載のプロ
セスチャンバ。
【請求項５９】前記電界源が、ウィンドウに隣接した電極またはコイルを
備える、請求項５６記載のプロセスチャンバ。
【請求項６０】電極または誘導コイルを設けることにより、ウィンドウの
平面に垂直な電界成分を有する電束を与える、請求項５９記載のプロセスチャン
バ。
【請求項６１】前記プロセスチャンバが誘導アンテナを備え、電極が、前
記誘導アンテナから結合された電気エネルギーにより誘導される渦電流を低減す
るように配置された孔を備える、請求項５９記載のプロセスチャンバ。
【請求項６２】電極が、光が通過できる大きさの孔を備える、請求項５９
記載のプロセスチャンバ。
【請求項６３】電極が、少なくとも１つの半径方向に延びたスロットを有
するディスクを備える、請求項５９記載のプロセスチャンバ。
【請求項６４】前記プロセスチャンバが、Ｄ．Ｃ．、Ａ．Ｃ．またはＲＦ
電流の１つで電界源に電気的に動力を供給する電流源をさらに備える、請求項５
６記載のプロセスチャンバ。
【請求項６５】電流源が、誘導コイルと、所定巻きの誘導コイルを電極に
接続するタップとを備える、請求項５６のプロセスチャンバ。
【請求項６６】電流源が、約２０から約４０００ボルトの電圧で電極にバ
イアスをかける、請求項５６記載のプロセスチャンバ。
【請求項６７】（ａ）支持体と、（ｂ）ガス分配器と、（ｃ）ガス励起器と、（ｄ）プロセスチャンバの壁にあり、特定の光波長に対して透過性のあるウィ
ンドウと、（ｅ）ウィンドウにわたって電気的にバイアスをかける手段と、（ｆ）プロセスガスをプロセスチャンバから排気する排気装置とを備える半導
体基板を処理するためのプロセスチャンバであって、励起されたプロセスガスで前記支持体上に保持された基板を処理することによ
り、プロセスチャンバにプロセス残留物が形成され、ウィンドウに電気的にバイ
アスをかける手段により、ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積が低減する、プ
ロセスチャンバ。
【請求項６８】ウィンドウに電気的にバイアスをかける手段により、励起
されたプロセスガスイオンでウィンドウ上に効果的に衝撃を与えて、ウィンドウ
上に形成されたプロセス残留物を除去する、請求項６７記載のプロセスチャンバ
。
【請求項６９】ウィンドウに電気的にバイアスをかける手段が、ウィンド
ウのほぼ全面にわたって延びる電界を与える、請求項６７記載のプロセスチャン
バ。
【請求項７０】ウィンドウに電気的にバイアスをかける手段が、ウィンド
ウに隣接した電極またはコイルを備える、請求項６７記載のプロセスチャンバ。
【請求項７１】ウィンドウに電気的にバイアスをかける手段が、電気的バ
イアス手段で誘導された渦電流を低減するための手段をさらに備える、請求項６
７記載のプロセスチャンバ。
【請求項７２】（ａ）プロセスチャンバに基板を配置するステップと、（ｂ）基板を処理するために、プロセスチャンバにおいて、励起されたプロセ
スガスをプロセスチャンバに与えることを含むのプロセス条件を維持するステッ
プと、（ｃ）プロセスチャンバの壁にあるウィンドウに電気的にバイアスをかけるス
テップとを備える、プロセスチャンバにおいて基板を処理する方法。
【請求項７３】ステップ（ｃ）が、ウィンドウ上のプロセス残留物の堆積
を低減できる大きさの電圧でウィンドウに電気的にバイアスをかけるステップを
備える、請求項７２記載の方法。
【請求項７４】ステップ（ｃ）が、ウィンドウの表面に実質的に電気的に
バイアスをかけるステップを備える、請求項７２記載の方法。
【請求項７５】ステップ（ｃ）が、ウィンドウに隣接して配置され、ウィ
ンドウの表面にわたって電束を与えることができる大きさの電極またはコイルを
維持するステップを備える請求項７２記載の方法。
【請求項７６】Ｄ．Ｃ．、Ａ．Ｃ．またはＲＦ電流の１つで電極またはコ
イルに動力を与えるステップを備える、請求項７５記載の方法。
【請求項７７】ウィンドウを透過する光の特性を測定するステップと、透
過光の特性の測定結果に基づいてプロセス条件を変更するステップとをさらに備
える、請求項７２記載の方法。
【請求項７８】（ａ）プロセスチャンバに基板を配置するステップと、（ｂ）基板を処理するために、プロセスチャンバにおいて、励起されたプロセ
スガスをプロセスチャンバに与えることを含むのプロセス条件を維持するステッ
プと、（ｃ）プロセスチャンバの壁にウィンドウを設けるステップと、（ｄ）ウィンドウの平面に垂直な電界成分を有し、プロセスチャンバにあるウ
ィンドウの表面にわたって磁束を維持するステップとを備える、プロセスチャン
バにおいて基板を処理する方法。