JP3429137B2 - トレンチ形成プロセスのリアルタイム現場監視のための方法 - Google Patents
トレンチ形成プロセスのリアルタイム現場監視のための方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
- B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
- H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トレンチを取り入
れた半導体集積回路の製造に関し、より具体的には乾式
エッチング技法によるトレンチ形成プロセスをリアルタ
イムかつ現場で監視するための方法に関する。この方法
により、エッチ・エンド・ポイントを正確に検出するこ
とができる。
れた半導体集積回路の製造に関し、より具体的には乾式
エッチング技法によるトレンチ形成プロセスをリアルタ
イムかつ現場で監視するための方法に関する。この方法
により、エッチ・エンド・ポイントを正確に検出するこ
とができる。
【０００２】
【従来の技術】ディープ・トレンチ技術は、素子のパフ
ォーマンスと密度を改良するために高度バルクＣＭＯＳ
およびバイポーラ半導体素子を開発する際に重要な要素
の１つである。トレンチは、主にバイポーラ素子の分離
またはＤＲＡＭメモリ・チップ内のキャパシタの製作に
おける半導体技術で広く使用されている。製作中のトレ
ンチの重要なパラメータはその深さであり、これはキャ
パシタ・トレンチの場合は３〜１０μｍの範囲、分離ト
レンチの場合は３〜２０μｍの範囲にすることができ
る。これまでに半導体基板にトレンチを異方性エッチン
グするための各種技法が開発されてきたが、今までは確
かに反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）などの乾式
（プラズマ）エッチング技法が最も一般的に使用されて
いる。
ォーマンスと密度を改良するために高度バルクＣＭＯＳ
およびバイポーラ半導体素子を開発する際に重要な要素
の１つである。トレンチは、主にバイポーラ素子の分離
またはＤＲＡＭメモリ・チップ内のキャパシタの製作に
おける半導体技術で広く使用されている。製作中のトレ
ンチの重要なパラメータはその深さであり、これはキャ
パシタ・トレンチの場合は３〜１０μｍの範囲、分離ト
レンチの場合は３〜２０μｍの範囲にすることができ
る。これまでに半導体基板にトレンチを異方性エッチン
グするための各種技法が開発されてきたが、今までは確
かに反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）などの乾式
（プラズマ）エッチング技法が最も一般的に使用されて
いる。
【０００３】トレンチ・キャパシタを備えたＣＭＯＳ
ＤＲＡＭセルの製造における最新のディープ・トレンチ
形成プロセスについては、図１ないし図５に関連して以
下に簡単に説明する。これらの図は、その処理の様々な
段階での半導体構造の断面図である。
ＤＲＡＭセルの製造における最新のディープ・トレンチ
形成プロセスについては、図１ないし図５に関連して以
下に簡単に説明する。これらの図は、その処理の様々な
段階での半導体構造の断面図である。
【０００４】図１に示すように、同図には従来の半導体
ウェハの一部が示されている。構造１０は、いわゆるト
レンチ・パッド１２を形成する複合絶縁層でコーティン
グされたシリコン（Ｓｉ）基板１１を含む。前記複合層
は、通常、厚さ１５ｎｍの最下部二酸化ケイ素（ＳｉＯ
2）層１３と、厚さ１７５ｎｍの中間窒化ケイ素（Ｓｉ3
Ｎ4）層１４と、５００ｎｍの最上部熱分解二酸化ケイ
素層１５とから構成される。後者の付着は、テトラエチ
ルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を使用する低圧化学蒸
着（ＬＰＣＶＤ）技法によって行うことが好ましい。た
とえば、ＨＯＥＣＨＳＴ社（ドイツ、ヴィースバーデ
ン）が供給するＡＺ１３５０Ｊなどのフォトレジスト材
料からなる層１６は、約１１００ｎｍの厚さで構造の上
に形成される。半導体構造１０は、多数のチップを含
む、処理すべきウェハの一部であることを理解された
い。フォトレジスト層１６は、リソグラフィ・マスクを
介してＵＶ光に露光され、標準通りに現像されて、所望
のパターンを有するフォトレジスト・マスクを形成す
る。プロセスのこの初期段階の構造を図１に示す。
ウェハの一部が示されている。構造１０は、いわゆるト
レンチ・パッド１２を形成する複合絶縁層でコーティン
グされたシリコン（Ｓｉ）基板１１を含む。前記複合層
は、通常、厚さ１５ｎｍの最下部二酸化ケイ素（ＳｉＯ
2）層１３と、厚さ１７５ｎｍの中間窒化ケイ素（Ｓｉ3
Ｎ4）層１４と、５００ｎｍの最上部熱分解二酸化ケイ
素層１５とから構成される。後者の付着は、テトラエチ
ルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を使用する低圧化学蒸
着（ＬＰＣＶＤ）技法によって行うことが好ましい。た
とえば、ＨＯＥＣＨＳＴ社（ドイツ、ヴィースバーデ
ン）が供給するＡＺ１３５０Ｊなどのフォトレジスト材
料からなる層１６は、約１１００ｎｍの厚さで構造の上
に形成される。半導体構造１０は、多数のチップを含
む、処理すべきウェハの一部であることを理解された
い。フォトレジスト層１６は、リソグラフィ・マスクを
介してＵＶ光に露光され、標準通りに現像されて、所望
のパターンを有するフォトレジスト・マスクを形成す
る。プロセスのこの初期段階の構造を図１に示す。
【０００５】次に、パターン化した層１６は、乾式エッ
チングによりトレンチ・パッド１２を形成する連続基礎
層をパターン化するための現場用マスクとして使用す
る。現在のＶＬＳＩ乾式エッチング・プロセスは、高圧
プレーナ・プラズマ・エッチングまたは低圧反応性イオ
ン・エッチングのいずれかによって実施される。このエ
ッチング・プロセスは、通常、エッチングすべき材料の
表面上に衝突させる反応種（原子、基、イオン）を所定
のガスから生成することに依存する。材料とこれらの種
との間で化学反応が起こり、表面から気体反応生成物が
除去される。通常、フォトレジスト・マスク１６により
トレンチ・パッド１２をエッチングするには、APPLIED
MATERIALS INC社（米国カリフォルニア州サンタクラ
ラ）が供給する磁気強化反応性イオン・エッチング（Ｍ
ＥＲＩＥ）のAME PRECISION 5000というツールが適当で
ある。様々な組成のガスを使用することができる。たと
えば、以下の作業条件での四フッ化炭素（ＣＦ4）があ
る。 ＣＦ4の流量：１０５ｓｃｃｍ 電力 ：６００Ｗ 圧力 ：１７Ｐａ
チングによりトレンチ・パッド１２を形成する連続基礎
層をパターン化するための現場用マスクとして使用す
る。現在のＶＬＳＩ乾式エッチング・プロセスは、高圧
プレーナ・プラズマ・エッチングまたは低圧反応性イオ
ン・エッチングのいずれかによって実施される。このエ
ッチング・プロセスは、通常、エッチングすべき材料の
表面上に衝突させる反応種（原子、基、イオン）を所定
のガスから生成することに依存する。材料とこれらの種
との間で化学反応が起こり、表面から気体反応生成物が
除去される。通常、フォトレジスト・マスク１６により
トレンチ・パッド１２をエッチングするには、APPLIED
MATERIALS INC社（米国カリフォルニア州サンタクラ
ラ）が供給する磁気強化反応性イオン・エッチング（Ｍ
ＥＲＩＥ）のAME PRECISION 5000というツールが適当で
ある。様々な組成のガスを使用することができる。たと
えば、以下の作業条件での四フッ化炭素（ＣＦ4）があ
る。 ＣＦ4の流量：１０５ｓｃｃｍ 電力 ：６００Ｗ 圧力 ：１７Ｐａ
【０００６】次に、残りのフォトレジスト層１６を標準
通り、たとえば、ＡＭＥ５０００ツールのもう１つの反
応室で２４５℃のＯ2とＮ2のガス中で灰化することによ
り除去する。このステップの終了時の、トレンチ・パッ
ド１２に開口部１７を備えた構造を図２に示す。図２か
ら明らかなように、過剰エッチングによってシリコン基
板１１がわずかに除去されることに留意されたい。開口
部１７は、標準通り穴にすることができるが、そのよう
な特定の形状に限定されない。
通り、たとえば、ＡＭＥ５０００ツールのもう１つの反
応室で２４５℃のＯ2とＮ2のガス中で灰化することによ
り除去する。このステップの終了時の、トレンチ・パッ
ド１２に開口部１７を備えた構造を図２に示す。図２か
ら明らかなように、過剰エッチングによってシリコン基
板１１がわずかに除去されることに留意されたい。開口
部１７は、標準通り穴にすることができるが、そのよう
な特定の形状に限定されない。
【０００７】最後に、所望のトレンチ深さに達するま
で、現場用マスクとしてパターン化したトレンチ・パッ
ド１２を使用してシリコン基板１１をエッチングして、
トレンチを形成する。通常、これは、トレンチをエッチ
ングする限り、可変速度でＳｉＯ２の連続再付着を引き
起こすような酸素ベースの化学作用を使用する、比較的
複雑なプロセスによって実施される。たとえば、酸素を
Ｈｅで希釈した（Ｏ２が３０％／Ｈｅが７０％）ＨＢｒ
＋ＮＦ３+Ｏ２カ゛ス混合物が適当である。特に、このガ
ス混合物は、ケイ素をエッチングすべきフッ素基（Ｆ）
と、エッチングされたケイ素と化合反応して臭化ケイ素
（ＳｉＢｒ）を生成すべき臭素基（Ｂｒ）とに遊離す
る。次に、この臭化ケイ素基が酸素と反応して前記Ｓｉ
Ｏ２再付着層を生成する。一般的な作業条件は次の通り
である。 ＨＢｒのガス流量 ：６５ｓｃｃｍ ＮＦ３のガス流量 ：１２ｓｃｃｍ Ｈｅ／Ｏ２のガス流量：２０ｓｃｃｍ 電力 ：７００Ｗ 圧力 ：１３Ｐａ 磁界 ：２０ガウス
で、現場用マスクとしてパターン化したトレンチ・パッ
ド１２を使用してシリコン基板１１をエッチングして、
トレンチを形成する。通常、これは、トレンチをエッチ
ングする限り、可変速度でＳｉＯ２の連続再付着を引き
起こすような酸素ベースの化学作用を使用する、比較的
複雑なプロセスによって実施される。たとえば、酸素を
Ｈｅで希釈した（Ｏ２が３０％／Ｈｅが７０％）ＨＢｒ
＋ＮＦ３+Ｏ２カ゛ス混合物が適当である。特に、このガ
ス混合物は、ケイ素をエッチングすべきフッ素基（Ｆ）
と、エッチングされたケイ素と化合反応して臭化ケイ素
（ＳｉＢｒ）を生成すべき臭素基（Ｂｒ）とに遊離す
る。次に、この臭化ケイ素基が酸素と反応して前記Ｓｉ
Ｏ２再付着層を生成する。一般的な作業条件は次の通り
である。 ＨＢｒのガス流量 ：６５ｓｃｃｍ ＮＦ３のガス流量 ：１２ｓｃｃｍ Ｈｅ／Ｏ２のガス流量：２０ｓｃｃｍ 電力 ：７００Ｗ 圧力 ：１３Ｐａ 磁界 ：２０ガウス
【０００８】この重要なステップについては、図３ない
し図５を参照して以下に詳述する。
し図５を参照して以下に詳述する。
【０００９】まず、予備清浄化ステップで上記のガス混
合物（酸素なし）を使用し、前のトレンチ・パッド１２
のパターン化ステップ中に露光したシリコン表面上に生
成された固有の酸化物層を除去する。この層と、より一
般的にはすべての汚染源により、ＤＲＡＭチップの信頼
性に有害と思われるマイクロマスキング効果が引き起こ
される。
合物（酸素なし）を使用し、前のトレンチ・パッド１２
のパターン化ステップ中に露光したシリコン表面上に生
成された固有の酸化物層を除去する。この層と、より一
般的にはすべての汚染源により、ＤＲＡＭチップの信頼
性に有害と思われるマイクロマスキング効果が引き起こ
される。
【００１０】次に、ＨＢｒ＋ＮＦ3＋Ｈｅ／Ｏ2ガス混合
物と上記のＭＥＲＩＥツールを使用して、ケイ素を所望
の強い異方性により選択的にエッチングする。ケイ素が
エッチングされるにつれて、化学量論比であると想定さ
れる薄い熱分解二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の連続層が構
造上に再付着され、特に、その上にカラーを形成するト
レンチ側壁を不動態化する。ＳｉＯ2の再付着により、
適当な勾配の形成とトレンチ側壁のなめらかさが保証さ
れる。これは図３から明らかであるが、同図は初期段階
でのトレンチ形成プロセスを示している。
物と上記のＭＥＲＩＥツールを使用して、ケイ素を所望
の強い異方性により選択的にエッチングする。ケイ素が
エッチングされるにつれて、化学量論比であると想定さ
れる薄い熱分解二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の連続層が構
造上に再付着され、特に、その上にカラーを形成するト
レンチ側壁を不動態化する。ＳｉＯ2の再付着により、
適当な勾配の形成とトレンチ側壁のなめらかさが保証さ
れる。これは図３から明らかであるが、同図は初期段階
でのトレンチ形成プロセスを示している。
【００１１】図３では、ＳｉＯ2再付着層とトレンチが
それぞれ番号１８と１９によって参照されている。典型
的なテーパ構造の上にネックを形成するような、トレン
チの最上部の再付着ＳｉＯ2層の特定の形状に留意する
ことは重要である。エッチングが開始されると、ただち
にトレンチ深さＤと再付着層の厚さＥが連続監視され
る。
それぞれ番号１８と１９によって参照されている。典型
的なテーパ構造の上にネックを形成するような、トレン
チの最上部の再付着ＳｉＯ2層の特定の形状に留意する
ことは重要である。エッチングが開始されると、ただち
にトレンチ深さＤと再付着層の厚さＥが連続監視され
る。
【００１２】図４は、トレンチ形成プロセスの中間段階
での構造１０を示している。ＳｉＯ2再付着層の厚さが
増し、最大になっている。これに対して、ネックの寸法
は最小になっている。ネックの寸法が小さすぎる場合、
トレンチの開口部を遮断して、プラズマの消衰を引き起
こす可能性がある。
での構造１０を示している。ＳｉＯ2再付着層の厚さが
増し、最大になっている。これに対して、ネックの寸法
は最小になっている。ネックの寸法が小さすぎる場合、
トレンチの開口部を遮断して、プラズマの消衰を引き起
こす可能性がある。
【００１３】その後、再付着ＳｉＯ2層１８の厚さは減
少し、ネックの寸法は増加する傾向がある。所望の最終
トレンチ深さＤｆに達すると、ただちにエッチング・プ
ロセスが停止される。トレンチ形成プロセスのこの最終
段階で結果的に得られる構造を図５に示す。具体的に図
５は、その上に再付着層１８が形成されたトレンチ１９
の典型的な輪郭を示している。最終トレンチ深さＤｆ
は、明らかにトレンチ形成プロセスの重要なパラメータ
である。しかし、再付着ＳｉＯ2層の最終厚さＥｆとト
レンチの最終勾配角度も重要なパラメータである。再付
着層の厚さＥは慎重に監視しなければならない。という
のは、トレンチ形成プロセス中に熱分解ＳｉＯ2層１５
の最上部に対していかなる作用も及ぼしてはならないか
らである。
少し、ネックの寸法は増加する傾向がある。所望の最終
トレンチ深さＤｆに達すると、ただちにエッチング・プ
ロセスが停止される。トレンチ形成プロセスのこの最終
段階で結果的に得られる構造を図５に示す。具体的に図
５は、その上に再付着層１８が形成されたトレンチ１９
の典型的な輪郭を示している。最終トレンチ深さＤｆ
は、明らかにトレンチ形成プロセスの重要なパラメータ
である。しかし、再付着ＳｉＯ2層の最終厚さＥｆとト
レンチの最終勾配角度も重要なパラメータである。再付
着層の厚さＥは慎重に監視しなければならない。という
のは、トレンチ形成プロセス中に熱分解ＳｉＯ2層１５
の最上部に対していかなる作用も及ぼしてはならないか
らである。
【００１４】多くの応用分野で満足のいく結果を達成す
るには、トレンチの物理特性を極めて慎重に管理しなけ
ればならないことは間違いないことである。これは、そ
の最終勾配角度と最終深さＤｆによって示されるトレン
チの断面輪郭があらゆる点で特に重要になるようなＤＲ
ＡＭ技術に特に当てはまる。したがって、これらのパラ
メータと、特にトレンチ深さＤおよび再付着層１８の厚
さＥをトレンチ形成プロセス中に連続して正確に監視さ
せることは、最も重要なことである。このようなディー
プ・トレンチ形成プロセスを監視するための既知の方法
としては、偏光解析法、レーザ回折測定、赤外線干渉計
使用法がある。
るには、トレンチの物理特性を極めて慎重に管理しなけ
ればならないことは間違いないことである。これは、そ
の最終勾配角度と最終深さＤｆによって示されるトレン
チの断面輪郭があらゆる点で特に重要になるようなＤＲ
ＡＭ技術に特に当てはまる。したがって、これらのパラ
メータと、特にトレンチ深さＤおよび再付着層１８の厚
さＥをトレンチ形成プロセス中に連続して正確に監視さ
せることは、最も重要なことである。このようなディー
プ・トレンチ形成プロセスを監視するための既知の方法
としては、偏光解析法、レーザ回折測定、赤外線干渉計
使用法がある。
【００１５】前者の技法を使用し、ＳｉＯ2再付着層１
８の厚さＥを偏光解析法で連続測定し、その変動を求め
る。というのは、厚さの進展（エッチング期間または時
間ｔに依存する）と勾配角度との間には比較的良好な相
関関係が存在するからである。残念ながら、対応する深
さＤについてはこの相関関係が比較的不十分である。と
いうのは、最終テーパ角度が同じである場合、トレンチ
の最終深さＤｆが様々になる可能性があるからである。
結果的に完成後のトレンチを、図５の構造の段階でのサ
ンプル・ウェハを用いて断面が得られるようにスライス
し、ＳＥＭ分析によって最終深さＤｆの正確な決定が可
能になる。この値が仕様から外れている場合、ウェハの
ロット全体が不合格になるはずである。したがって、偏
光解析法は正確な監視方法ではなく、余分な分析ステッ
プを必要とし、最終的にウェハが無駄になる可能性があ
る。
８の厚さＥを偏光解析法で連続測定し、その変動を求め
る。というのは、厚さの進展（エッチング期間または時
間ｔに依存する）と勾配角度との間には比較的良好な相
関関係が存在するからである。残念ながら、対応する深
さＤについてはこの相関関係が比較的不十分である。と
いうのは、最終テーパ角度が同じである場合、トレンチ
の最終深さＤｆが様々になる可能性があるからである。
結果的に完成後のトレンチを、図５の構造の段階でのサ
ンプル・ウェハを用いて断面が得られるようにスライス
し、ＳＥＭ分析によって最終深さＤｆの正確な決定が可
能になる。この値が仕様から外れている場合、ウェハの
ロット全体が不合格になるはずである。したがって、偏
光解析法は正確な監視方法ではなく、余分な分析ステッ
プを必要とし、最終的にウェハが無駄になる可能性があ
る。
【００１６】レーザ回折測定技法によれば、小さい径の
レーザ・ビームが垂直の入射角でウェハの表面に衝突す
る。トレンチ・パターンの個々のトレンチにより、入射
ビームの回折が起こる。すべての個別トレンチ上でビー
ムの入射が異なるので、反射ビームには、ゼロ次、１
次、２次などのいくつかの反射次数が付いている。ゼロ
次数は、その強度が高く、非関連情報を含むので、回折
計で利用することができない。したがって、代わりに１
次およびその次のいくつかの反射ビームを使用する。反
射ビームをフォト・ダイオード検出器に集束し、強度の
変動を表す電気信号を生成する。この信号により、エッ
チング中にオンラインでトレンチ・エッチング速度と深
さを計算することができる。しかし、この技法にはいく
つかの欠点がある。良好な信号対雑音比を得るために
は、システムは最大数の屈折次数を捕捉するために大き
いのぞき窓に関連する高度な光学装置を使用する。その
結果、高価で比較的高度な機器が必要になる。また、検
出器とウェハを特定の方向に配向する必要がある。ビー
ムの断面は、約数平方ミリメートルであり、したがっ
て、ウェハの大きい面積を表していない。最後に、この
技法では、ＲＩＥ機器の反応室ののぞき窓に材料が本質
的に付着することによって信号のひずみが発生するの
で、再現性が非常に低くなる。
レーザ・ビームが垂直の入射角でウェハの表面に衝突す
る。トレンチ・パターンの個々のトレンチにより、入射
ビームの回折が起こる。すべての個別トレンチ上でビー
ムの入射が異なるので、反射ビームには、ゼロ次、１
次、２次などのいくつかの反射次数が付いている。ゼロ
次数は、その強度が高く、非関連情報を含むので、回折
計で利用することができない。したがって、代わりに１
次およびその次のいくつかの反射ビームを使用する。反
射ビームをフォト・ダイオード検出器に集束し、強度の
変動を表す電気信号を生成する。この信号により、エッ
チング中にオンラインでトレンチ・エッチング速度と深
さを計算することができる。しかし、この技法にはいく
つかの欠点がある。良好な信号対雑音比を得るために
は、システムは最大数の屈折次数を捕捉するために大き
いのぞき窓に関連する高度な光学装置を使用する。その
結果、高価で比較的高度な機器が必要になる。また、検
出器とウェハを特定の方向に配向する必要がある。ビー
ムの断面は、約数平方ミリメートルであり、したがっ
て、ウェハの大きい面積を表していない。最後に、この
技法では、ＲＩＥ機器の反応室ののぞき窓に材料が本質
的に付着することによって信号のひずみが発生するの
で、再現性が非常に低くなる。
【００１７】最後に、赤外線干渉計使用技法は、レーザ
が発生する所定の波長（トレンチ寸法より４〜２５倍高
い範囲）の使用に基づいている。構造１０は、多数のト
レンチ（格納ビット当たり１つのキャパシタ・トレン
チ）からなるパターンを含むので、第１次およびそれ以
上の次数に対して２次元回折格子のように作用する。垂
直入射の場合、１つの期間Ｔ中のエッチング厚さに対応
する距離分だけ、干渉信号の連続最小値が分離される。
この技法を実施するシステムでは、比較ステップにより
材料の屈折率を求めるためにある種のトレーニングを必
要とする。トレンチ・エッチング速度と深さのパラメー
タをリアルタイムで計算するために、反射信号を記録
し、使用する。最近発表された論文によると、この技法
では、所定の範囲の波長を選択するので高精度の測定値
が得られるようであるが、依然として研究所に限定され
ており、いまだに製造環境に適応させた機器は一切市販
されていない。さらに、この技法は、高価であり、保守
が難しく、トレンチ形成プロセス中に再付着層の厚さが
変動するような現在の応用分野に十分適応されていない
ようである。
が発生する所定の波長（トレンチ寸法より４〜２５倍高
い範囲）の使用に基づいている。構造１０は、多数のト
レンチ（格納ビット当たり１つのキャパシタ・トレン
チ）からなるパターンを含むので、第１次およびそれ以
上の次数に対して２次元回折格子のように作用する。垂
直入射の場合、１つの期間Ｔ中のエッチング厚さに対応
する距離分だけ、干渉信号の連続最小値が分離される。
この技法を実施するシステムでは、比較ステップにより
材料の屈折率を求めるためにある種のトレーニングを必
要とする。トレンチ・エッチング速度と深さのパラメー
タをリアルタイムで計算するために、反射信号を記録
し、使用する。最近発表された論文によると、この技法
では、所定の範囲の波長を選択するので高精度の測定値
が得られるようであるが、依然として研究所に限定され
ており、いまだに製造環境に適応させた機器は一切市販
されていない。さらに、この技法は、高価であり、保守
が難しく、トレンチ形成プロセス中に再付着層の厚さが
変動するような現在の応用分野に十分適応されていない
ようである。
【００１８】したがって、上記のすべての技法には具体
的な制限がいくつかあるが、いずれの技法にも共通して
いるのは、たとえば、再付着層の厚さＥまたはトレンチ
深さＤの進展などの１つの事象しか分析し監視すること
ができない。事実、トレンチ形成プロセスの重要なパラ
メータのすべてを現場およびオンラインで監視するため
に製造環境に適応させた機器は一切市販されていない。
トレンチ形成プロセスは、長々しいものであり、ＤＲＡ
Ｍチップ製造の全体的な成功にとって非常に重要である
ことが分かっている。特に、カラーではなくトレンチの
最下部のみのケイ素をエッチングすることが実際に困難
であるので、再付着層の厚さを非常に正確に監視制御す
ることが必要である。
的な制限がいくつかあるが、いずれの技法にも共通して
いるのは、たとえば、再付着層の厚さＥまたはトレンチ
深さＤの進展などの１つの事象しか分析し監視すること
ができない。事実、トレンチ形成プロセスの重要なパラ
メータのすべてを現場およびオンラインで監視するため
に製造環境に適応させた機器は一切市販されていない。
トレンチ形成プロセスは、長々しいものであり、ＤＲＡ
Ｍチップ製造の全体的な成功にとって非常に重要である
ことが分かっている。特に、カラーではなくトレンチの
最下部のみのケイ素をエッチングすることが実際に困難
であるので、再付着層の厚さを非常に正確に監視制御す
ることが必要である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主な目的は、乾式エッチングによる半導体構造でのトレ
ンチ形成プロセスを現場およびオンラインで監視するた
めの方法を提供することにある。
主な目的は、乾式エッチングによる半導体構造でのトレ
ンチ形成プロセスを現場およびオンラインで監視するた
めの方法を提供することにある。
【００２０】本発明の他の目的は、本質的にゼロ次の干
渉計使用法に基づく、トレンチ形成プロセスを現場およ
びオンラインで監視するための方法を提供することにあ
る。
渉計使用法に基づく、トレンチ形成プロセスを現場およ
びオンラインで監視するための方法を提供することにあ
る。
【００２１】本発明の他の目的は、指定の波長の単色放
射線によりほぼ垂直の入射角で半導体構造の比較的大き
い面積を照射するような、トレンチ形成プロセスを現場
およびオンラインで監視するための方法を提供すること
にある。
射線によりほぼ垂直の入射角で半導体構造の比較的大き
い面積を照射するような、トレンチ形成プロセスを現場
およびオンラインで監視するための方法を提供すること
にある。
【００２２】本発明の他の目的は、反射光が複合性を有
する干渉計タイプ（すなわち、複合性の干渉波）の１次
信号Ｓを生成するような、トレンチ形成プロセスを現場
およびオンラインで監視するための方法を提供すること
にある。
する干渉計タイプ（すなわち、複合性の干渉波）の１次
信号Ｓを生成するような、トレンチ形成プロセスを現場
およびオンラインで監視するための方法を提供すること
にある。
【００２３】本発明の他の目的は、前記１次信号Ｓをま
ずディジタル化し、次に数値フィルタを使用してフィル
タ処理し、再付着とトレンチ・エッチング関連データを
それぞれ含む２つの２次信号Ｓ１およびＳ２を生成する
ような、トレンチ形成プロセスを現場およびオンライン
で監視するための方法を提供することにある。
ずディジタル化し、次に数値フィルタを使用してフィル
タ処理し、再付着とトレンチ・エッチング関連データを
それぞれ含む２つの２次信号Ｓ１およびＳ２を生成する
ような、トレンチ形成プロセスを現場およびオンライン
で監視するための方法を提供することにある。
【００２４】本発明の他の目的は、前記数値フィルタ処
理が、低域フィルタと、干渉計使用現象（すなわち複合
性の干渉波）の基本周波数付近に中心を合わせた帯域フ
ィルタとを含むような、トレンチ形成プロセスを現場お
よびオンラインで監視するための方法を提供することに
ある。
理が、低域フィルタと、干渉計使用現象（すなわち複合
性の干渉波）の基本周波数付近に中心を合わせた帯域フ
ィルタとを含むような、トレンチ形成プロセスを現場お
よびオンラインで監視するための方法を提供することに
ある。
【００２５】本発明の他の目的は、その妥当性検査のた
めに干渉計データと相関関係のある光学発光分光データ
を使用する、トレンチ形成プロセスを現場およびオンラ
インで監視するための方法を提供することにある。
めに干渉計データと相関関係のある光学発光分光データ
を使用する、トレンチ形成プロセスを現場およびオンラ
インで監視するための方法を提供することにある。
【００２６】本発明の他の目的は、反射光をもう１つの
分光計に印加して、プラズマの挙動における異常を検出
するために使用する第２の１次信号Ｓ＊を生成するよう
な、トレンチ形成プロセスを現場およびオンラインで監
視するための方法を提供することにある。
分光計に印加して、プラズマの挙動における異常を検出
するために使用する第２の１次信号Ｓ＊を生成するよう
な、トレンチ形成プロセスを現場およびオンラインで監
視するための方法を提供することにある。
【００２７】本発明の他の目的は、高機能予測保守に完
全に適応させた、トレンチ形成プロセスを現場およびオ
ンラインで監視するための方法を提供することにある。
全に適応させた、トレンチ形成プロセスを現場およびオ
ンラインで監視するための方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明は、乾式エッチン
グ装置の反応室内に置かれたシリコン・ウェハにディー
プ・トレンチを形成するトレンチ形成プロセスをリアル
タイムかつ現場で監視するための方法を提供することを
目的とする。
グ装置の反応室内に置かれたシリコン・ウェハにディー
プ・トレンチを形成するトレンチ形成プロセスをリアル
タイムかつ現場で監視するための方法を提供することを
目的とする。
【００２９】この反応室には、ウェハ上部に配置され、
それと並行の関係にある上部のぞき窓が設けられてい
る。プラズマ処理中、指定の波長Ｌを有する光ビームが
光ケーブルとレンズを介して上部のぞき窓からウェハに
印加される。このレンズは、ほぼ垂直の入射角でウェハ
の比較的大きい面積を照射する並行光ビームを発生す
る。反射ビームは、前記レンズによって集束され、この
波長に同調させた分光計に別の光ケーブルにより伝送さ
れる。したがって、この分光計から出力されるアナログ
信号は、反射光の干渉を表す。
それと並行の関係にある上部のぞき窓が設けられてい
る。プラズマ処理中、指定の波長Ｌを有する光ビームが
光ケーブルとレンズを介して上部のぞき窓からウェハに
印加される。このレンズは、ほぼ垂直の入射角でウェハ
の比較的大きい面積を照射する並行光ビームを発生す
る。反射ビームは、前記レンズによって集束され、この
波長に同調させた分光計に別の光ケーブルにより伝送さ
れる。したがって、この分光計から出力されるアナログ
信号は、反射光の干渉を表す。
【００３０】ディジタル信号の方が信号処理が容易なの
で、このアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号
に変換することが好ましい。１次信号Ｓと呼ばれる、こ
のディジタル信号は、信号処理のためにコンピュータに
印加される。前記１次信号Ｓは低周波成分とより高周波
の成分とを有する複合信号であることがすでに分かって
いる。したがって、本発明の監視方法の重要な態様によ
れば、この２つの成分は、Ｃａｕｅｒタイプのフィルタ
を使用して、コンピュータ内で数値フィルタ処理によっ
て抽出される。低域フィルタは、ＳｉＯ2層の再付着を
表す第１の２次信号Ｓ１を生成し、帯域フィルタ（干渉
計使用現象の基本周波数付近に中心を合わせたもの）
は、トレンチ・エッチングを表す第２の２次信号Ｓ２を
生成する。その結果、信号Ｓ１により、付着速度と再付
着層の厚さをリアルタイムかつ現場で監視することがで
きる。これに対して、信号Ｓ２により、トレンチ・エッ
チング速度と深さをリアルタイムかつ現場で監視するこ
とができる。
で、このアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号
に変換することが好ましい。１次信号Ｓと呼ばれる、こ
のディジタル信号は、信号処理のためにコンピュータに
印加される。前記１次信号Ｓは低周波成分とより高周波
の成分とを有する複合信号であることがすでに分かって
いる。したがって、本発明の監視方法の重要な態様によ
れば、この２つの成分は、Ｃａｕｅｒタイプのフィルタ
を使用して、コンピュータ内で数値フィルタ処理によっ
て抽出される。低域フィルタは、ＳｉＯ2層の再付着を
表す第１の２次信号Ｓ１を生成し、帯域フィルタ（干渉
計使用現象の基本周波数付近に中心を合わせたもの）
は、トレンチ・エッチングを表す第２の２次信号Ｓ２を
生成する。その結果、信号Ｓ１により、付着速度と再付
着層の厚さをリアルタイムかつ現場で監視することがで
きる。これに対して、信号Ｓ２により、トレンチ・エッ
チング速度と深さをリアルタイムかつ現場で監視するこ
とができる。
【００３１】本発明の監視方法のもう１つの重要な態様
によれば、波長Ｌ＊を有する指定の種のプラズマ（たと
えば、ＳｉＢｒ）によって発射された放射線は、光ケー
ブルを介してもう１つの分光計により反応室内に設けた
横のぞき窓から観察される。この分光計は、プラズマの
強度を表し、トレンチ深さが増加する限り連続して減少
する振幅を有するアナログ信号を生成する。このアナロ
グ信号は、Ａ／Ｄ変換器で同様にディジタル化される。
次に、１次信号Ｓ＊と呼ばれる、このディジタル信号は
コンピュータに印加される。コンピュータは、Ｓ＊'と
いうラベルが付いた、この信号Ｓ＊の派生信号（本明細
書中、派生信号とは導関数信号を意味する）を生成する
ことができる。これらの信号Ｓ＊およびＳ＊'は、上記
のパラメータ測定値の信頼性を損なう可能性のあるプラ
ズマの異常を検出するために連続監視される。したがっ
て、本発明の監視方法により、トレンチ深さＤとＳｉＯ
２再付着層の厚さＥとを連続監視し、同時に上記のパラ
メータの永続妥当性検査を行うことができる。
によれば、波長Ｌ＊を有する指定の種のプラズマ（たと
えば、ＳｉＢｒ）によって発射された放射線は、光ケー
ブルを介してもう１つの分光計により反応室内に設けた
横のぞき窓から観察される。この分光計は、プラズマの
強度を表し、トレンチ深さが増加する限り連続して減少
する振幅を有するアナログ信号を生成する。このアナロ
グ信号は、Ａ／Ｄ変換器で同様にディジタル化される。
次に、１次信号Ｓ＊と呼ばれる、このディジタル信号は
コンピュータに印加される。コンピュータは、Ｓ＊'と
いうラベルが付いた、この信号Ｓ＊の派生信号（本明細
書中、派生信号とは導関数信号を意味する）を生成する
ことができる。これらの信号Ｓ＊およびＳ＊'は、上記
のパラメータ測定値の信頼性を損なう可能性のあるプラ
ズマの異常を検出するために連続監視される。したがっ
て、本発明の監視方法により、トレンチ深さＤとＳｉＯ
２再付着層の厚さＥとを連続監視し、同時に上記のパラ
メータの永続妥当性検査を行うことができる。
【００３２】本質的に、本方法は、ゼロ次干渉計使用法
（上部のぞき窓による）と、標準の光学発光分光法（横
のぞき窓による）とを同時に使用する。干渉計使用法で
は、一方で付着速度と付着層の厚さの変動とが得られ、
もう一方でトレンチ・エッチング速度と深さの変動が得
られる。これに対し、光学発光分光法は、トレンチ形成
プロセス中に異常またはプラズマの消衰を特定するため
に使用する。これらのデータは、妥当性検査のための干
渉計データと相関関係にある。最後に、本発明の方法に
より、所望の最終トレンチ深さＤｆが達成されたときに
エッチングを正確に停止することができる。
（上部のぞき窓による）と、標準の光学発光分光法（横
のぞき窓による）とを同時に使用する。干渉計使用法で
は、一方で付着速度と付着層の厚さの変動とが得られ、
もう一方でトレンチ・エッチング速度と深さの変動が得
られる。これに対し、光学発光分光法は、トレンチ形成
プロセス中に異常またはプラズマの消衰を特定するため
に使用する。これらのデータは、妥当性検査のための干
渉計データと相関関係にある。最後に、本発明の方法に
より、所望の最終トレンチ深さＤｆが達成されたときに
エッチングを正確に停止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】次に図６に移行すると、同図に
は、本発明の監視方法を実行できるようになっているエ
ッチング監視システム２０が示されている。まず、シス
テム２０は乾式エッチング装置２１を含み、この装置は
処理すべき物品（通常はシリコン・ウェハ２４）を保持
する平面形状のサセプタ２３を密閉するエッチ処理（ま
たは反応）室２２とＲＦ電源装置２５とから本質的に構
成される。本発明の重要な態様によれば、エッチ処理室
２２には、使用される放射線の波長に対し透過性を備え
る材料から作られ、干渉計タイプの強い反射信号を生成
するためにウェハ２４を適度に照射できるようにするた
めの少なくとも１つの窓またはのぞき窓が設けられてい
ることが不可欠である。その点で適当なエッチング装置
の１つは、複数の単一ウェハ・エッチ処理室を含む、上
記のＡＭＥ精度５０００ツールである。図６に示すこの
ような実施態様の場合、上部のぞき窓２６と呼ばれるの
ぞき窓は処理室２２の上部壁に位置している。これによ
り、ほぼ垂直の入射角でウェハ２４を照射することがで
きる。このタイプのツールでは、サセプタ２３は陰極で
あり、室壁はアースに接続されたもう一方の電極を形成
する。２つの電極間で発生されるプラズマ２７は、エッ
チング条件を表す化学種を含む。エッチングを行ってい
る間、プラズマのこれらの種から放出される発光は、時
間、エッチング材料、表面変性の関数として強度が変化
する。
は、本発明の監視方法を実行できるようになっているエ
ッチング監視システム２０が示されている。まず、シス
テム２０は乾式エッチング装置２１を含み、この装置は
処理すべき物品（通常はシリコン・ウェハ２４）を保持
する平面形状のサセプタ２３を密閉するエッチ処理（ま
たは反応）室２２とＲＦ電源装置２５とから本質的に構
成される。本発明の重要な態様によれば、エッチ処理室
２２には、使用される放射線の波長に対し透過性を備え
る材料から作られ、干渉計タイプの強い反射信号を生成
するためにウェハ２４を適度に照射できるようにするた
めの少なくとも１つの窓またはのぞき窓が設けられてい
ることが不可欠である。その点で適当なエッチング装置
の１つは、複数の単一ウェハ・エッチ処理室を含む、上
記のＡＭＥ精度５０００ツールである。図６に示すこの
ような実施態様の場合、上部のぞき窓２６と呼ばれるの
ぞき窓は処理室２２の上部壁に位置している。これによ
り、ほぼ垂直の入射角でウェハ２４を照射することがで
きる。このタイプのツールでは、サセプタ２３は陰極で
あり、室壁はアースに接続されたもう一方の電極を形成
する。２つの電極間で発生されるプラズマ２７は、エッ
チング条件を表す化学種を含む。エッチングを行ってい
る間、プラズマのこれらの種から放出される発光は、時
間、エッチング材料、表面変性の関数として強度が変化
する。
【００３４】さらにシステム２０は、本発明の方法を実
施するのに適応した監視装置２８を含む。光源２９は、
光ケーブル３０およびコレクタ・レンズ３１により上部
のぞき窓２６からウェハを照射する。本発明の教示によ
り、指定の単色放射線波長Ｌが使用される。波長Ｌの選
択の基礎にある基準については後述する。ウェハ２４の
表面から反射する光はレンズ３１によって光ケーブル３
２に集束され、以下に上部分光計３３と呼ばれる分光計
（または分光器）に前記光ケーブル３２によって伝送さ
れる。光ケーブル３２は光ケーブル３０と同じ構造を有
する。本実施態様では、複数の基本光ファイバを密接か
つ不規則に組み立てて、単一のファイバ束を形成する。
光ケーブル３０および３２は、図６から明らかなように
同一束のファイバから構築されている。前記光ケーブル
３０および３２を形成する基本光ファイバは、ほぼ同一
の光軸を有するように配置され、ウェハ２４に対して垂
直になっている。その結果、本発明の好ましい実施例に
よれば、光ケーブル３０および３２は、上部のぞき窓２
６からほぼ垂直の入射角でウェア２４を調べることにな
る。さらにこの好ましい実施例によれば、レンズ３１
は、上部のぞき窓２６からの並行光ビームによってウェ
ハ２４の比較的大きい面積が確実に照射されるようにす
る。この特定の実施態様については、図７を参照してさ
らに詳しく後述する。しかし、他の実施態様では、ウェ
ハの小さい面積だけを照射する集束光ビームなどを検討
することも可能である。
施するのに適応した監視装置２８を含む。光源２９は、
光ケーブル３０およびコレクタ・レンズ３１により上部
のぞき窓２６からウェハを照射する。本発明の教示によ
り、指定の単色放射線波長Ｌが使用される。波長Ｌの選
択の基礎にある基準については後述する。ウェハ２４の
表面から反射する光はレンズ３１によって光ケーブル３
２に集束され、以下に上部分光計３３と呼ばれる分光計
（または分光器）に前記光ケーブル３２によって伝送さ
れる。光ケーブル３２は光ケーブル３０と同じ構造を有
する。本実施態様では、複数の基本光ファイバを密接か
つ不規則に組み立てて、単一のファイバ束を形成する。
光ケーブル３０および３２は、図６から明らかなように
同一束のファイバから構築されている。前記光ケーブル
３０および３２を形成する基本光ファイバは、ほぼ同一
の光軸を有するように配置され、ウェハ２４に対して垂
直になっている。その結果、本発明の好ましい実施例に
よれば、光ケーブル３０および３２は、上部のぞき窓２
６からほぼ垂直の入射角でウェア２４を調べることにな
る。さらにこの好ましい実施例によれば、レンズ３１
は、上部のぞき窓２６からの並行光ビームによってウェ
ハ２４の比較的大きい面積が確実に照射されるようにす
る。この特定の実施態様については、図７を参照してさ
らに詳しく後述する。しかし、他の実施態様では、ウェ
ハの小さい面積だけを照射する集束光ビームなどを検討
することも可能である。
【００３５】上部分光計３３は、たとえば、SOFIE INST
社（フランスArpajon）から市販されているDIGISEMとい
うモデルである。このモデルの分光計は広範囲のスペク
トルの照射線について同調可能であり、このケースで
は、水銀ランプ２９から放出される上記の指定の放射線
波長Ｌに同調している。一般に当業者には既知のよう
に、分光計は、モノクロメータと検出器とから構成され
る。光ケーブル３２を介して伝送された光は、指定の放
射線波長を選択する走査モノクロメータによって受け取
られる。次に選択された放射線が検出器によって受け取
られる。この検出器は、低雑音ダイオード検出器にする
か、または好ましくはアナログ・フィルタおよび増幅器
と結合された低雑音光電子増幅管にすることができる。
図６に示す実施態様が特定のものであるので、分光計３
３の増幅セクションから出力されるアナログ信号は干渉
計タイプの信号である。このアナログ信号は処理／分析
ユニット３４に印加され、そこで、本発明の教示に従っ
てディジタル化され、処理される。その性質がアナログ
かディジタルかにかかわらず、この信号は以下、１次信
号Ｓと呼ぶことにする。
社（フランスArpajon）から市販されているDIGISEMとい
うモデルである。このモデルの分光計は広範囲のスペク
トルの照射線について同調可能であり、このケースで
は、水銀ランプ２９から放出される上記の指定の放射線
波長Ｌに同調している。一般に当業者には既知のよう
に、分光計は、モノクロメータと検出器とから構成され
る。光ケーブル３２を介して伝送された光は、指定の放
射線波長を選択する走査モノクロメータによって受け取
られる。次に選択された放射線が検出器によって受け取
られる。この検出器は、低雑音ダイオード検出器にする
か、または好ましくはアナログ・フィルタおよび増幅器
と結合された低雑音光電子増幅管にすることができる。
図６に示す実施態様が特定のものであるので、分光計３
３の増幅セクションから出力されるアナログ信号は干渉
計タイプの信号である。このアナログ信号は処理／分析
ユニット３４に印加され、そこで、本発明の教示に従っ
てディジタル化され、処理される。その性質がアナログ
かディジタルかにかかわらず、この信号は以下、１次信
号Ｓと呼ぶことにする。
【００３６】本発明のもう１つの重要な態様によれば、
プラズマ２７が発生する光学発光にデータを関連付ける
ことが非常に望ましい。そのため、ウェハ表面に近接し
た横または側面のぞき窓２６＊からほぼゼロの入射角で
プラズマ２７を調べる横光ケーブル３２＊がもう１つの
分光計（または分光器）に接続されている。この分光計
は、以下、横分光計３３＊と呼ぶが、プラズマ・グロー
放電における光の強度の変化を示すアナログ信号を生成
する。光ケーブル３２＊は、同様に基本光ファイバの束
によって構築されている。最後に、このアナログ信号
は、処理／分析ユニット３４で処理される前にディジタ
ル化される。その性質がアナログかディジタルかにかか
わらず、信号Ｓ＊は以下、１次信号Ｓ＊と呼ぶことにす
る。
プラズマ２７が発生する光学発光にデータを関連付ける
ことが非常に望ましい。そのため、ウェハ表面に近接し
た横または側面のぞき窓２６＊からほぼゼロの入射角で
プラズマ２７を調べる横光ケーブル３２＊がもう１つの
分光計（または分光器）に接続されている。この分光計
は、以下、横分光計３３＊と呼ぶが、プラズマ・グロー
放電における光の強度の変化を示すアナログ信号を生成
する。光ケーブル３２＊は、同様に基本光ファイバの束
によって構築されている。最後に、このアナログ信号
は、処理／分析ユニット３４で処理される前にディジタ
ル化される。その性質がアナログかディジタルかにかか
わらず、信号Ｓ＊は以下、１次信号Ｓ＊と呼ぶことにす
る。
【００３７】トレンチ形成プロセス中、反応の副生物と
して臭化ケイ素ベースの基が生成され、グロー放電スペ
クトルは広範囲の波長における何らかのＳｉＢｒ放射線
を示す。その結果、臭化ケイ素は選択された種になって
おり、分光計３３＊を同調させる波長Ｌ＊として、最短
波長、すなわち、４４７ｎｍの放射線（他の放射線から
十分分離され、パーセントによる増幅変動が最大になっ
ている）が選択されている。当業者には既知のように、
１次信号Ｓ＊は、プラズマの安定性と均質性に関する情
報を提供し、したがって、ウェハごとのプロセスの再現
性に関する情報を提供することができる。このため、ア
ナログ信号Ｓ＊を連続監視すると、トレンチ形成プロセ
ス中にプラズマに発生する異常のうち、トレンチ・パラ
メータの測定値の信頼性を損なう恐れのあるものに関す
る有用な情報（またはトラブルシューティング）が得ら
れることになる。
して臭化ケイ素ベースの基が生成され、グロー放電スペ
クトルは広範囲の波長における何らかのＳｉＢｒ放射線
を示す。その結果、臭化ケイ素は選択された種になって
おり、分光計３３＊を同調させる波長Ｌ＊として、最短
波長、すなわち、４４７ｎｍの放射線（他の放射線から
十分分離され、パーセントによる増幅変動が最大になっ
ている）が選択されている。当業者には既知のように、
１次信号Ｓ＊は、プラズマの安定性と均質性に関する情
報を提供し、したがって、ウェハごとのプロセスの再現
性に関する情報を提供することができる。このため、ア
ナログ信号Ｓ＊を連続監視すると、トレンチ形成プロセ
ス中にプラズマに発生する異常のうち、トレンチ・パラ
メータの測定値の信頼性を損なう恐れのあるものに関す
る有用な情報（またはトラブルシューティング）が得ら
れることになる。
【００３８】図６から明らかなように、処理／分析ユニ
ット３４は、２つのブロック３５および３６から構成さ
れている。ブロック３５は、アナログ信号ＳおよびＳ＊
のディジタル化に必要なＩ／Ｖ変換器、アンチエリアシ
ング（低周波）フィルタ、Ａ／Ｄ変換器、バッファを含
む。アナログ信号ＳおよびＳ＊のディジタル化は、標準
通りの標本化技法によって行われる。ブロック３６は、
通常、いったんディジタル化され、ブロック３５から出
力された前記１次信号ＳおよびＳ＊を処理することが主
な役割であるＩＢＭ ＰＳ／２などのソフトウェア動作
のディジタル・コンピュータである。コンピュータ３６
は、２次信号Ｓ１およびＳ２と呼ばれる２つの信号を生
成するが、これらの信号は数値フィルタ処理によって１
次信号Ｓから得られる。これらの信号Ｓ１およびＳ２
は、本発明の方法にとって不可欠なものである（その性
質については後述する）。さらに、コンピュータ３６
は、不安定さをより正確に検出するためにさらに数値フ
ィルタ処理によって１次信号Ｓ＊から求めた派生信号Ｓ
＊'を生成する。最後に、装置２８は、コンピュータ３
６に接続されたプリンタ３７（またはチャート記録ユニ
ットまたはプロッタまたは視覚表示装置）をさらに含ん
でいる。プリンタ３７により、オペレータの便宜のため
に、本監視方法により生成されたすべての信号を印刷す
ることができる。コンピュータ３６は、遠隔制御ユニッ
トにより、ＲＦ周波電源２５に接続された制御線３８を
介してエッチ処理室２２の動作をリアルタイムで監視す
ることができる。この線３８により、エッチ・エンドポ
イント検出時、すなわち、所望の最終トレンチ深さＤｆ
が達成されたとき、または異常（プラズマの消衰または
過剰な不安定条件）が発生した場合に、トレンチ形成プ
ロセスを自動的に切断することができる。
ット３４は、２つのブロック３５および３６から構成さ
れている。ブロック３５は、アナログ信号ＳおよびＳ＊
のディジタル化に必要なＩ／Ｖ変換器、アンチエリアシ
ング（低周波）フィルタ、Ａ／Ｄ変換器、バッファを含
む。アナログ信号ＳおよびＳ＊のディジタル化は、標準
通りの標本化技法によって行われる。ブロック３６は、
通常、いったんディジタル化され、ブロック３５から出
力された前記１次信号ＳおよびＳ＊を処理することが主
な役割であるＩＢＭ ＰＳ／２などのソフトウェア動作
のディジタル・コンピュータである。コンピュータ３６
は、２次信号Ｓ１およびＳ２と呼ばれる２つの信号を生
成するが、これらの信号は数値フィルタ処理によって１
次信号Ｓから得られる。これらの信号Ｓ１およびＳ２
は、本発明の方法にとって不可欠なものである（その性
質については後述する）。さらに、コンピュータ３６
は、不安定さをより正確に検出するためにさらに数値フ
ィルタ処理によって１次信号Ｓ＊から求めた派生信号Ｓ
＊'を生成する。最後に、装置２８は、コンピュータ３
６に接続されたプリンタ３７（またはチャート記録ユニ
ットまたはプロッタまたは視覚表示装置）をさらに含ん
でいる。プリンタ３７により、オペレータの便宜のため
に、本監視方法により生成されたすべての信号を印刷す
ることができる。コンピュータ３６は、遠隔制御ユニッ
トにより、ＲＦ周波電源２５に接続された制御線３８を
介してエッチ処理室２２の動作をリアルタイムで監視す
ることができる。この線３８により、エッチ・エンドポ
イント検出時、すなわち、所望の最終トレンチ深さＤｆ
が達成されたとき、または異常（プラズマの消衰または
過剰な不安定条件）が発生した場合に、トレンチ形成プ
ロセスを自動的に切断することができる。
【００３９】ただし、SOFIE INST社（フランスArpajo
n）から販売されているモデルＳＤＡなどの高度な分光
計を使用する場合は、分光計３３および３３＊の代わり
に分光計を１つだけ使用することも可能であることに留
意されたい。このタイプの高度な分光計には、マルチチ
ャネル・フォトダイオード・アレイが設けられている。
n）から販売されているモデルＳＤＡなどの高度な分光
計を使用する場合は、分光計３３および３３＊の代わり
に分光計を１つだけ使用することも可能であることに留
意されたい。このタイプの高度な分光計には、マルチチ
ャネル・フォトダイオード・アレイが設けられている。
【００４０】指定の波長Ｌを有する前記放射線を生成す
る光源２９は、ＵＶＰ社（米国カリフォルニア州San Ga
briel）から販売されているタイプ90-0020-01など、２
５４〜５７９ｎｍの範囲の波長を有する８本の放射線を
出すような、低圧水銀ペン光線ランプであることが好ま
しい。しかし、HAMAMATSU PHOTONICS KK（日本）から販
売されているモデルL2174-02など、２５０〜８００ｎｍ
の範囲の連続スペクトルを有するキセノン・アーク・ラ
ンプも、検討中の特定の応用分野とは無関係に所望の波
長を適当に提供することができる。波長Ｌの選択は、以
下の基準を使用して行われる。すなわち、信号Ｓ１の周
波数を多すぎない程度に増加することにより、付着現象
（その低周波数を特徴とする）の高精度の制御を可能に
するのに十分な短かさにしなければならない。というの
は、トレンチ形成プロセス中、上部のぞき窓２６の内面
にもＳｉＯ2の薄い層が付着するからであり、波長が短
ければ短いほど、吸収量が増すからである。したがっ
て、低周波の２次信号Ｓ１が示す低速事象（再付着現
象）の監視と、より高周波の２次信号Ｓ２が示す高速事
象（トレンチ・エッチング）の監視との妥協の結果とし
て、選択を行わなければならない。任意で、もう１つの
基準は、プラズマ内の種によって放出される放射線の波
長と干渉しないような放射線波長を選択することであ
る。プラズマによる光学発光との寄生相互作用を回避す
ると、本発明により探求される効果である光学発光分光
学と、干渉計使用法という２通りの現象の間に良好な相
関関係ができることになる。３６５ｎｍまたは４０７ｎ
ｍに相当する波長があらゆる点で非常に良好な選択であ
ることが実験により立証されている。以下の説明では、
指定の波長Ｌは３６５ｎｍになるように選択されている
ものとする。
る光源２９は、ＵＶＰ社（米国カリフォルニア州San Ga
briel）から販売されているタイプ90-0020-01など、２
５４〜５７９ｎｍの範囲の波長を有する８本の放射線を
出すような、低圧水銀ペン光線ランプであることが好ま
しい。しかし、HAMAMATSU PHOTONICS KK（日本）から販
売されているモデルL2174-02など、２５０〜８００ｎｍ
の範囲の連続スペクトルを有するキセノン・アーク・ラ
ンプも、検討中の特定の応用分野とは無関係に所望の波
長を適当に提供することができる。波長Ｌの選択は、以
下の基準を使用して行われる。すなわち、信号Ｓ１の周
波数を多すぎない程度に増加することにより、付着現象
（その低周波数を特徴とする）の高精度の制御を可能に
するのに十分な短かさにしなければならない。というの
は、トレンチ形成プロセス中、上部のぞき窓２６の内面
にもＳｉＯ2の薄い層が付着するからであり、波長が短
ければ短いほど、吸収量が増すからである。したがっ
て、低周波の２次信号Ｓ１が示す低速事象（再付着現
象）の監視と、より高周波の２次信号Ｓ２が示す高速事
象（トレンチ・エッチング）の監視との妥協の結果とし
て、選択を行わなければならない。任意で、もう１つの
基準は、プラズマ内の種によって放出される放射線の波
長と干渉しないような放射線波長を選択することであ
る。プラズマによる光学発光との寄生相互作用を回避す
ると、本発明により探求される効果である光学発光分光
学と、干渉計使用法という２通りの現象の間に良好な相
関関係ができることになる。３６５ｎｍまたは４０７ｎ
ｍに相当する波長があらゆる点で非常に良好な選択であ
ることが実験により立証されている。以下の説明では、
指定の波長Ｌは３６５ｎｍになるように選択されている
ものとする。
【００４１】図７は、図６の監視装置２８のコリメータ
・セクション３９をより詳しく示している。これは、本
質的には、コレクタ・レンズ３１を密閉するハウジング
４０から構成されている。ハウジング４０は、上部のぞ
き窓２６に面する透過的な底部を有し、その上部に接続
された光ケーブル３０および３２の合流部分を受け入れ
るようになっている。（光ケーブル３０を介して）ウェ
ハに向けられ、（光ケーブル３２を介して）そこから反
射される光ビーム４１の形状は、図７に明確に示されて
いる。コリメータ・セクション３９の役割は、ウェハ２
４の比較的大きい面積（数平方センチメートル）が照射
されるように、小径の光ビームをより大きい径を有する
並行ビームに転換することである。前述のように、他の
実施態様（たとえば、集束光ビーム）を使用することも
可能である。
・セクション３９をより詳しく示している。これは、本
質的には、コレクタ・レンズ３１を密閉するハウジング
４０から構成されている。ハウジング４０は、上部のぞ
き窓２６に面する透過的な底部を有し、その上部に接続
された光ケーブル３０および３２の合流部分を受け入れ
るようになっている。（光ケーブル３０を介して）ウェ
ハに向けられ、（光ケーブル３２を介して）そこから反
射される光ビーム４１の形状は、図７に明確に示されて
いる。コリメータ・セクション３９の役割は、ウェハ２
４の比較的大きい面積（数平方センチメートル）が照射
されるように、小径の光ビームをより大きい径を有する
並行ビームに転換することである。前述のように、他の
実施態様（たとえば、集束光ビーム）を使用することも
可能である。
【００４２】本発明の方法の説明
図８は、ウェハ表面の反射率の結果として上部分光計３
３から生成される１次信号Ｓ（ボルト単位）を時間（秒
単位）の関数として示す曲線４０を示している。曲線４
１は、標準通りの正規化（０〜１００％の間）後に１次
信号Ｓから派生する信号Ｓ'を示している。ブロック３
５のアンチエリアシング・フィルタが安定化され、しか
も増幅後、１次信号Ｓは、混合された異なる性質の複数
の信号から構成されているように見える。１次信号Ｓも
その派生信号Ｓ'もそのように利用できないことは明ら
かである。発明者らは、図８の１次信号Ｓを構成する信
号成分の性質を理解するため、様々な実験を行った。ま
ず、比較的高周波の成分がＡＭＥ５０００ツールによる
寄生雑音であると想定し、低域数値フィルタでこの高周
波成分をフィルタ処理し除去した。これにより、図１な
いし図５に関連して前述した再付着現象に関する有益な
情報を明らかに含む低周波信号が得られたが、いずれも
トレンチ形成プロセスとは無関係のようだった。このた
め、高周波成分について徹底的に調べた。詳細分析によ
れば、この信号がトレンチ関連情報をすべて含んでいる
ことが分かった。したがって、本質的に、本発明の監視
方法はまず、上部分光計３３から生成された干渉計タイ
プの１次信号Ｓが、再付着関連データを含む低周波成分
とトレンチ形成関連データを含むより高周波の成分とい
う２つの成分からなる複合信号であるという認識に基づ
いている。より具体的には、再付着関連データは再付着
速度と再付着層の厚さを含み、トレンチ関連データはト
レンチ・エッチング速度と深さを含む。その結果、エッ
チング速度／再付着速度の比率として、係数Ｒを定義す
ることができる。したがって、本発明の目的は、上部分
光計３３から生成される１次信号Ｓを処理し、そこに固
有に含まれるすべての情報にアクセスする方法、すなわ
ち、これまで開発されなかった可能性の１つを提案する
ことにある。本発明の基礎にある基本的な発明概念は、
１次信号Ｓを２つの数値フィルタで適切に処理すること
により実用的に実施される。低域フィルタは低周波成分
（２次信号Ｓ１）を出力し、広域フィルタ、好ましくは
狭帯域フィルタはより高周波の成分（２次信号Ｓ２）を
出力する。これらのフィルタはいずれも楕円再帰タイプ
である。帯域フィルタの中心周波数は、干渉計使用法に
よって観察すべき物理現象、すなわち、トレンチ形成プ
ロセスの周波数に中心を合わせてある。この中心合わせ
は、標準通り、標本化周波数Ｆｓを適当に選択すること
によって自動的に行われる。
３から生成される１次信号Ｓ（ボルト単位）を時間（秒
単位）の関数として示す曲線４０を示している。曲線４
１は、標準通りの正規化（０〜１００％の間）後に１次
信号Ｓから派生する信号Ｓ'を示している。ブロック３
５のアンチエリアシング・フィルタが安定化され、しか
も増幅後、１次信号Ｓは、混合された異なる性質の複数
の信号から構成されているように見える。１次信号Ｓも
その派生信号Ｓ'もそのように利用できないことは明ら
かである。発明者らは、図８の１次信号Ｓを構成する信
号成分の性質を理解するため、様々な実験を行った。ま
ず、比較的高周波の成分がＡＭＥ５０００ツールによる
寄生雑音であると想定し、低域数値フィルタでこの高周
波成分をフィルタ処理し除去した。これにより、図１な
いし図５に関連して前述した再付着現象に関する有益な
情報を明らかに含む低周波信号が得られたが、いずれも
トレンチ形成プロセスとは無関係のようだった。このた
め、高周波成分について徹底的に調べた。詳細分析によ
れば、この信号がトレンチ関連情報をすべて含んでいる
ことが分かった。したがって、本質的に、本発明の監視
方法はまず、上部分光計３３から生成された干渉計タイ
プの１次信号Ｓが、再付着関連データを含む低周波成分
とトレンチ形成関連データを含むより高周波の成分とい
う２つの成分からなる複合信号であるという認識に基づ
いている。より具体的には、再付着関連データは再付着
速度と再付着層の厚さを含み、トレンチ関連データはト
レンチ・エッチング速度と深さを含む。その結果、エッ
チング速度／再付着速度の比率として、係数Ｒを定義す
ることができる。したがって、本発明の目的は、上部分
光計３３から生成される１次信号Ｓを処理し、そこに固
有に含まれるすべての情報にアクセスする方法、すなわ
ち、これまで開発されなかった可能性の１つを提案する
ことにある。本発明の基礎にある基本的な発明概念は、
１次信号Ｓを２つの数値フィルタで適切に処理すること
により実用的に実施される。低域フィルタは低周波成分
（２次信号Ｓ１）を出力し、広域フィルタ、好ましくは
狭帯域フィルタはより高周波の成分（２次信号Ｓ２）を
出力する。これらのフィルタはいずれも楕円再帰タイプ
である。帯域フィルタの中心周波数は、干渉計使用法に
よって観察すべき物理現象、すなわち、トレンチ形成プ
ロセスの周波数に中心を合わせてある。この中心合わせ
は、標準通り、標本化周波数Ｆｓを適当に選択すること
によって自動的に行われる。
【００４３】数値フィルタは、いくつかの技術分野で広
く使用されている。また、数値フィルタは、フーリエ、
ラプラスなど、特定の空間での所定の伝達関数を有する
ブラック・ボックスとして理解することができる。ラプ
ラスの複素平面では、伝達関数Ｈ（ｐ）はＨ（ｐ）＝Ｓ
（ｐ）／Ｅ（ｐ）という関係によって定義される。この
場合、Ｅ（ｐ）は入力信号であり、Ｓ（ｐ）は出力信号
である。無限パルス応答の数値フィルタは、以下の関係
を特徴とする。
く使用されている。また、数値フィルタは、フーリエ、
ラプラスなど、特定の空間での所定の伝達関数を有する
ブラック・ボックスとして理解することができる。ラプ
ラスの複素平面では、伝達関数Ｈ（ｐ）はＨ（ｐ）＝Ｓ
（ｐ）／Ｅ（ｐ）という関係によって定義される。この
場合、Ｅ（ｐ）は入力信号であり、Ｓ（ｐ）は出力信号
である。無限パルス応答の数値フィルタは、以下の関係
を特徴とする。
【００４４】
【数１】
【００４５】基本的に数値フィルタの合成は、その周波
数応答が決定された後の上記係数ａｉおよびｂｊの計算
にある。そのため、既知の方法は、応答が妨げられる禁
止域を定義する帯域またはモデルの使用に基づいてい
る。この時点では、所望の周波数応答をもたらす前記係
数の最小数および値の決定が残っている。係数の数が多
ければ多いほど、減衰勾配が改善される（ただし、応答
が遅くなるという犠牲を伴う）。様々なタイプの周波数
応答が可能であるが、この例では、Ｃａｕｅｒタイプの
数値フィルタを使用することが好ましい。というのは、
このタイプの数値フィルタの場合、計算すべき係数の数
と減衰勾配との妥協が良好になるからである。当業者に
は既知のように、前記係数の計算は、NATIONAL INSTRUM
ENTS社（米国オースチン）から販売されているLAB WIND
OWSなどの特定のソフトウェアまたは計算盤を使用して
行われる。概要については、図９および図１０を参照し
た以下に示す。
数応答が決定された後の上記係数ａｉおよびｂｊの計算
にある。そのため、既知の方法は、応答が妨げられる禁
止域を定義する帯域またはモデルの使用に基づいてい
る。この時点では、所望の周波数応答をもたらす前記係
数の最小数および値の決定が残っている。係数の数が多
ければ多いほど、減衰勾配が改善される（ただし、応答
が遅くなるという犠牲を伴う）。様々なタイプの周波数
応答が可能であるが、この例では、Ｃａｕｅｒタイプの
数値フィルタを使用することが好ましい。というのは、
このタイプの数値フィルタの場合、計算すべき係数の数
と減衰勾配との妥協が良好になるからである。当業者に
は既知のように、前記係数の計算は、NATIONAL INSTRUM
ENTS社（米国オースチン）から販売されているLAB WIND
OWSなどの特定のソフトウェアまたは計算盤を使用して
行われる。概要については、図９および図１０を参照し
た以下に示す。
【００４６】次に図９に移行すると、同図には、低域フ
ィルタ対正規化周波数Ｆ／Ｆｓの減衰図（ｄｂ単位）の
概略が示されている。この場合、Ｆｓは標本化周波数で
ある。図９から明らかなように、低域フィルタを定義す
るために２つの帯域（灰色の区域）が必要である。図９
のｆｐとｆａは、通過帯域（Ｉ）と減衰帯域（II）との
間の遮断周波数を定義する正規化周波数を意味する。同
様に、一方のＡｐとＡａおよびもう一方のＡａ'は、通
過帯域と減衰帯域の減衰レベルをそれぞれ意味する。曲
線４２は、Ｃａｕｅｒ低域フィルタの典型的な（正規
化）周波数応答を示している。
ィルタ対正規化周波数Ｆ／Ｆｓの減衰図（ｄｂ単位）の
概略が示されている。この場合、Ｆｓは標本化周波数で
ある。図９から明らかなように、低域フィルタを定義す
るために２つの帯域（灰色の区域）が必要である。図９
のｆｐとｆａは、通過帯域（Ｉ）と減衰帯域（II）との
間の遮断周波数を定義する正規化周波数を意味する。同
様に、一方のＡｐとＡａおよびもう一方のＡａ'は、通
過帯域と減衰帯域の減衰レベルをそれぞれ意味する。曲
線４２は、Ｃａｕｅｒ低域フィルタの典型的な（正規
化）周波数応答を示している。
【００４７】同様に、図１０は、帯域フィルタ対正規化
周波数Ｆ／Ｆｓの減衰図の概略を示している。図１０で
は、帯域フィルタを定義するために３つの帯域が必要な
ので、正規化周波数ｆｐとｆａの細区分が必要になる。
一方で、周波数ｆａ−とｆａ＋は帯域ＩおよびIIIの上
限と下限をそれぞれ定義するのに対し、もう一方で、周
波数ｆｐ−とｆｐ＋は帯域IIの下限と上限を定義する。
同様に、Ａｐ、Ａａ、Ａａ'は前述と同じ意味を有す
る。すなわち、図１０に示す各種帯域の減衰レベルを定
義する。曲線４３は、Ｃａｕｅｒ帯域フィルタの典型的
な（正規化）周波数の減衰を示している。前述のよう
に、帯域IIは、干渉計現象の基本周波数に対応する周波
数Ｆｏに中心が合わされているので、ｆｐ−＜ｆｏ＜ｆ
ｐ＋（ただし、ｆ０＝Ｆ０／Ｆｓ）という関係になる。
周波数Ｆ／Ｆｓの減衰図の概略を示している。図１０で
は、帯域フィルタを定義するために３つの帯域が必要な
ので、正規化周波数ｆｐとｆａの細区分が必要になる。
一方で、周波数ｆａ−とｆａ＋は帯域ＩおよびIIIの上
限と下限をそれぞれ定義するのに対し、もう一方で、周
波数ｆｐ−とｆｐ＋は帯域IIの下限と上限を定義する。
同様に、Ａｐ、Ａａ、Ａａ'は前述と同じ意味を有す
る。すなわち、図１０に示す各種帯域の減衰レベルを定
義する。曲線４３は、Ｃａｕｅｒ帯域フィルタの典型的
な（正規化）周波数の減衰を示している。前述のよう
に、帯域IIは、干渉計現象の基本周波数に対応する周波
数Ｆｏに中心が合わされているので、ｆｐ−＜ｆｏ＜ｆ
ｐ＋（ただし、ｆ０＝Ｆ０／Ｆｓ）という関係になる。
【００４８】図８の曲線４０から明らかなように、１次
信号Ｓは、６００秒にほぼ相当する限定された期間の
み、コンピュータ３６によって使用可能であり、この遅
延後、この信号の強度は非常に弱くなり、正確さが不十
分になると思われる。１次信号Ｓ＊にも同じ理由が当て
はまるので、図１１ないし図１３はその期間の信号波形
のみを示すことになる。
信号Ｓは、６００秒にほぼ相当する限定された期間の
み、コンピュータ３６によって使用可能であり、この遅
延後、この信号の強度は非常に弱くなり、正確さが不十
分になると思われる。１次信号Ｓ＊にも同じ理由が当て
はまるので、図１１ないし図１３はその期間の信号波形
のみを示すことになる。
【００４９】次に図１１に移行すると、同図には、１次
信号Ｓのフィルタ処理が効率よく行われないときの２次
信号Ｓ１およびＳ２の波形がまず示されている。曲線４
４は、高周波成分の影響が無視できない場合の１次信号
Ｓの低周波成分である２次信号Ｓ１を示している。同様
に、曲線４５は、その周期性と形状を妨げるような低周
波成分の影響が明らかな場合の１次信号Ｓの高周波成分
である２次信号Ｓ２を示している。このため、２次信号
Ｓ１およびＳ２は、依然として、トレンチ形成プロセス
を正確に監視するのに利用しにくいものとなっている。
図１１は、横分光器３３＊から生成され、光学発光信号
と呼ばれる１次信号Ｓ＊と、それから派生した信号Ｓ
＊'とをそれぞれ示す、曲線４６および４７をさらに示
している。これらの信号の役割については、以下に詳述
する。
信号Ｓのフィルタ処理が効率よく行われないときの２次
信号Ｓ１およびＳ２の波形がまず示されている。曲線４
４は、高周波成分の影響が無視できない場合の１次信号
Ｓの低周波成分である２次信号Ｓ１を示している。同様
に、曲線４５は、その周期性と形状を妨げるような低周
波成分の影響が明らかな場合の１次信号Ｓの高周波成分
である２次信号Ｓ２を示している。このため、２次信号
Ｓ１およびＳ２は、依然として、トレンチ形成プロセス
を正確に監視するのに利用しにくいものとなっている。
図１１は、横分光器３３＊から生成され、光学発光信号
と呼ばれる１次信号Ｓ＊と、それから派生した信号Ｓ
＊'とをそれぞれ示す、曲線４６および４７をさらに示
している。これらの信号の役割については、以下に詳述
する。
【００５０】図１２は、効率よくフィルタ処理するため
に数値フィルタの係数が完全に計算されているときの同
一信号、すなわち、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ＊、Ｓ＊'の波形を
示している。曲線４８は、低速事象に関連するものとし
て明確に現れる２次信号Ｓ１を示している。曲線４９
は、明確により高速の事象に関連すると思われる２次信
号Ｓ２を示している。その結果、この期間内の波形のみ
が図１１に示されている。曲線４８は、付着速度とＳｉ
Ｏ2再付着層の厚さを決定するために使用し、曲線４９
は、標準の方法によりトレンチ深さとエッチング速度を
決定するために使用する。たとえば、２次信号Ｓ１に関
する限り、２つの連続するゼロがＬ／４＊Ｎ１に相当す
る厚さの変動ｄＥに対応する。この場合、Ｌは指定の放
射線波長であり、Ｎ１は「有効媒体」の理論によるトレ
ンチ・パッドの屈折率である（たとえば、ＩＢＭテクニ
カル・ディスクロージャ・ブルテン、Vol.34、No.5、１
９９１年１０月、pp.200および201に発表されたM.レイ
（Ray）の論文「Etch controlby use of infrared refl
ectivity measurements」を参照されたい）。したがっ
て、屈折率Ｎ１は実験に基づいて決定される。一方のゼ
ロからもう一方のゼロまで移動するのに必要な時間間隔
は半分の期間Ｔ１／２に相当し、したがって、その期間
の再付着速度Ｒ１はＲ１＝ｄＥ／（Ｔ１／２）＝Ｌ／２
＊Ｎ１＊Ｔ１のようになる。平均再付着速度Ｒ（１）
は、時間の関数としてほぼ直線的に減少する。同様に、
２次信号Ｓ２の場合、信号Ｓ２の半分の期間のトレンチ
・エッチング速度Ｒ２はｄＤ／（Ｔ２／２）＝Ｌ／２＊
Ｎ２＊Ｔ２によって示される。この場合、ｄＤはトレン
チ深さの変動であり、Ｎ２はトレンチの屈折率であり、
Ｔ２は信号Ｓ２の期間である。総エッチング期間（なら
びに、その結果のエッチ・エンド・ストップ・ポイン
ト）は、約６００秒というこの期間中に決定された平均
トレンチ・エッチング速度値Ｒ（２）から外挿される。
図８に関連して示される特定の作業条件によれば、８ｕ
ｍというトレンチ深さをもたらすための総エッチング期
間は約１２００秒である。さらに上記の条件により、以
下の数値が測定されている。通常、信号Ｓ１の場合（サ
ンプリング周期Ｔｓ１が約３．６秒の場合）、期間Ｔ１
は約２００秒であり、屈折率Ｎ１は約１．５であり、再
付着層の厚さの変動ｄＥは約３０ｎｍ／分である。信号
Ｓ２の場合（サンプリング周期Ｔｓ２が約０．６秒の場
合）、期間Ｔ２は約２０秒であり、屈折率Ｎ２は約１で
あり、トレンチ深さの変動ｄＤは約４５０ｎｍ／分であ
る。その結果、２次信号Ｓ１とＳ２の両方についてコン
ピュータが期間を計算すると、ただちにトレンチ形成プ
ロセスの重要なパラメータを決定することができる。さ
らに図１２の曲線５０および５１は、１次信号Ｓ＊と派
生信号Ｓ＊'をそれぞれ示している。一般に、信号Ｓ＊
（曲線５０）は連続減少するが、直線的ではない。これ
は、トレンチ形成プロセスの開始時には直線的かつ迅速
に減少し、所与の時間後にはより低速になるが、異なる
形状を有する傾向がある。上記の約６００秒という期間
は信号Ｓ＊について有効な測定を行うためにも妥当であ
る。したがって、プラズマの挙動に関する貴重な情報を
含む信号Ｓ＊を２次信号Ｓ１およびＳ２と組み合わせて
利用すると、トレンチ形成プロセスに関する追加データ
が得られる。この点については、図１３を参照してさら
に詳述する。
に数値フィルタの係数が完全に計算されているときの同
一信号、すなわち、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ＊、Ｓ＊'の波形を
示している。曲線４８は、低速事象に関連するものとし
て明確に現れる２次信号Ｓ１を示している。曲線４９
は、明確により高速の事象に関連すると思われる２次信
号Ｓ２を示している。その結果、この期間内の波形のみ
が図１１に示されている。曲線４８は、付着速度とＳｉ
Ｏ2再付着層の厚さを決定するために使用し、曲線４９
は、標準の方法によりトレンチ深さとエッチング速度を
決定するために使用する。たとえば、２次信号Ｓ１に関
する限り、２つの連続するゼロがＬ／４＊Ｎ１に相当す
る厚さの変動ｄＥに対応する。この場合、Ｌは指定の放
射線波長であり、Ｎ１は「有効媒体」の理論によるトレ
ンチ・パッドの屈折率である（たとえば、ＩＢＭテクニ
カル・ディスクロージャ・ブルテン、Vol.34、No.5、１
９９１年１０月、pp.200および201に発表されたM.レイ
（Ray）の論文「Etch controlby use of infrared refl
ectivity measurements」を参照されたい）。したがっ
て、屈折率Ｎ１は実験に基づいて決定される。一方のゼ
ロからもう一方のゼロまで移動するのに必要な時間間隔
は半分の期間Ｔ１／２に相当し、したがって、その期間
の再付着速度Ｒ１はＲ１＝ｄＥ／（Ｔ１／２）＝Ｌ／２
＊Ｎ１＊Ｔ１のようになる。平均再付着速度Ｒ（１）
は、時間の関数としてほぼ直線的に減少する。同様に、
２次信号Ｓ２の場合、信号Ｓ２の半分の期間のトレンチ
・エッチング速度Ｒ２はｄＤ／（Ｔ２／２）＝Ｌ／２＊
Ｎ２＊Ｔ２によって示される。この場合、ｄＤはトレン
チ深さの変動であり、Ｎ２はトレンチの屈折率であり、
Ｔ２は信号Ｓ２の期間である。総エッチング期間（なら
びに、その結果のエッチ・エンド・ストップ・ポイン
ト）は、約６００秒というこの期間中に決定された平均
トレンチ・エッチング速度値Ｒ（２）から外挿される。
図８に関連して示される特定の作業条件によれば、８ｕ
ｍというトレンチ深さをもたらすための総エッチング期
間は約１２００秒である。さらに上記の条件により、以
下の数値が測定されている。通常、信号Ｓ１の場合（サ
ンプリング周期Ｔｓ１が約３．６秒の場合）、期間Ｔ１
は約２００秒であり、屈折率Ｎ１は約１．５であり、再
付着層の厚さの変動ｄＥは約３０ｎｍ／分である。信号
Ｓ２の場合（サンプリング周期Ｔｓ２が約０．６秒の場
合）、期間Ｔ２は約２０秒であり、屈折率Ｎ２は約１で
あり、トレンチ深さの変動ｄＤは約４５０ｎｍ／分であ
る。その結果、２次信号Ｓ１とＳ２の両方についてコン
ピュータが期間を計算すると、ただちにトレンチ形成プ
ロセスの重要なパラメータを決定することができる。さ
らに図１２の曲線５０および５１は、１次信号Ｓ＊と派
生信号Ｓ＊'をそれぞれ示している。一般に、信号Ｓ＊
（曲線５０）は連続減少するが、直線的ではない。これ
は、トレンチ形成プロセスの開始時には直線的かつ迅速
に減少し、所与の時間後にはより低速になるが、異なる
形状を有する傾向がある。上記の約６００秒という期間
は信号Ｓ＊について有効な測定を行うためにも妥当であ
る。したがって、プラズマの挙動に関する貴重な情報を
含む信号Ｓ＊を２次信号Ｓ１およびＳ２と組み合わせて
利用すると、トレンチ形成プロセスに関する追加データ
が得られる。この点については、図１３を参照してさら
に詳述する。
【００５１】図１３は、不安定さの次にプラズマの消衰
が続く典型的なケースを示している。曲線５２は１次信
号Ｓ＊を示し、曲線５３は別の実験での信号Ｓ＊'を示
している。曲線５２に見られる小規模な不安定さ５４
は、重要なサージを示す曲線５３ではかなり明白なもの
になっている。また、曲線５２はポイント５５でのプラ
ズマの消衰も示している。不安定さとプラズマの消衰は
どちらも容易に検出することができる。過剰な数のサー
ジが特定された場合、トレンチ形成プロセスを自動的に
停止することができる。それに関連して、プラズマの消
衰も検出できるようになっているコンピュータ３６でサ
ージ・カウントも実施することができる。
が続く典型的なケースを示している。曲線５２は１次信
号Ｓ＊を示し、曲線５３は別の実験での信号Ｓ＊'を示
している。曲線５２に見られる小規模な不安定さ５４
は、重要なサージを示す曲線５３ではかなり明白なもの
になっている。また、曲線５２はポイント５５でのプラ
ズマの消衰も示している。不安定さとプラズマの消衰は
どちらも容易に検出することができる。過剰な数のサー
ジが特定された場合、トレンチ形成プロセスを自動的に
停止することができる。それに関連して、プラズマの消
衰も検出できるようになっているコンピュータ３６でサ
ージ・カウントも実施することができる。
【００５２】図１４は、本発明の監視方法の重要なステ
ップを要約した流れ図５６を示している。ボックス５７
により、乾式エッチング装置の空にした反応室にウェハ
を入れる。次に、上記のようにトレンチ・エッチング中
にＳｉＯ２層が基板上に再付着するように、酸素を含む
プラズマを生成する（ボックス５８）。指定の放射線の
並行光ビームを使い、ほぼ垂直の入射角で基板の比較的
大きい面積を照射する（ボックス５９）。次に、ボック
ス６０により、反射光を上部分光計３３に印加し、干渉
計タイプの１次信号Ｓを生成する。次に、ボックス６１
から明らかなように、低周波成分を抽出するための低域
フィルタと、より高周波の成分を抽出するために干渉計
現象の基本周波数付近に中心を合わせた帯域フィルタと
に前記１次信号Ｓを並行に印加し、それぞれの第１およ
び第２の２次信号Ｓ１およびＳ２を生成する。これに対
して、プラズマの特定の種（たとえば、ＳｉＢｒ）から
放出される光を同時に調べる（ボックス５９'）。この
光を横分光計３３＊に印加し（ボックス６０'）、次に
横分光計はプラズマの光の強度の変化を示す１次信号Ｓ
＊を生成する。ボックス６１'では、信号Ｓ＊を処理
し、その派生信号Ｓ＊'を生成する。最後に、ボックス
６２でこれらの信号をリアルタイムで監視する。前記第
１の２次信号Ｓ１は時間の関数として監視し、再付着速
度と再付着層の厚さを測定する。前記第２の２次信号Ｓ
２は時間の関数として同様に監視し、トレンチ深さとエ
ッチング速度を測定する。派生信号Ｓ＊'は、上記のト
レンチ形成パラメータの妥当性検査を行うために監視す
る。ボックス６３が示すように、所望の最終トレンチ深
さＤｆが達成されるとき、または、前述のようにプラズ
マの異常を検出したとき、エッチング・プロセスを停止
する。
ップを要約した流れ図５６を示している。ボックス５７
により、乾式エッチング装置の空にした反応室にウェハ
を入れる。次に、上記のようにトレンチ・エッチング中
にＳｉＯ２層が基板上に再付着するように、酸素を含む
プラズマを生成する（ボックス５８）。指定の放射線の
並行光ビームを使い、ほぼ垂直の入射角で基板の比較的
大きい面積を照射する（ボックス５９）。次に、ボック
ス６０により、反射光を上部分光計３３に印加し、干渉
計タイプの１次信号Ｓを生成する。次に、ボックス６１
から明らかなように、低周波成分を抽出するための低域
フィルタと、より高周波の成分を抽出するために干渉計
現象の基本周波数付近に中心を合わせた帯域フィルタと
に前記１次信号Ｓを並行に印加し、それぞれの第１およ
び第２の２次信号Ｓ１およびＳ２を生成する。これに対
して、プラズマの特定の種（たとえば、ＳｉＢｒ）から
放出される光を同時に調べる（ボックス５９'）。この
光を横分光計３３＊に印加し（ボックス６０'）、次に
横分光計はプラズマの光の強度の変化を示す１次信号Ｓ
＊を生成する。ボックス６１'では、信号Ｓ＊を処理
し、その派生信号Ｓ＊'を生成する。最後に、ボックス
６２でこれらの信号をリアルタイムで監視する。前記第
１の２次信号Ｓ１は時間の関数として監視し、再付着速
度と再付着層の厚さを測定する。前記第２の２次信号Ｓ
２は時間の関数として同様に監視し、トレンチ深さとエ
ッチング速度を測定する。派生信号Ｓ＊'は、上記のト
レンチ形成パラメータの妥当性検査を行うために監視す
る。ボックス６３が示すように、所望の最終トレンチ深
さＤｆが達成されるとき、または、前述のようにプラズ
マの異常を検出したとき、エッチング・プロセスを停止
する。
【００５３】したがって、本発明の監視プロセスは、半
導体構造製造の分野および高機能予測保守の分野におい
て多数の貴重な応用が可能である。
導体構造製造の分野および高機能予測保守の分野におい
て多数の貴重な応用が可能である。
【００５４】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００５５】（１）シリコン・ウェハの基板でのトレン
チ形成プロセス中にトレンチ深さおよびＳｉＯ2再付着
層の厚さのパラメータをリアルタイムかつ現場で監視す
るための方法において、 ａ）エッチング装置の空にした反応室にウェハを入れる
ステップと、 ｂ）Ｏ2を含むプラズマを生成して前記基板の少なくと
も一部に所望のトレンチ・パターンをエッチングし、ト
レンチ形成中にＳｉＯ2層が再付着するステップと、 ｃ）少なくとも１つの指定の放射線波長（Ｌ）を含む光
ビームを使い、適当な入射角で前記一部の所定の面積を
照射し、干渉計タイプの反射光を発生するステップと、 ｄ）反射光を分光計に印加し、１次信号（Ｓ）を生成す
るステップと、 ｅ）前記１次信号を構成しそれぞれ２次信号Ｓ１および
Ｓ２と呼ばれる低周波成分と、より高周波の成分とを抽
出するために前記１次信号を処理するステップと、 ｆ）再付着速度とＳｉＯ2再付着層の厚さ関連データと
を含む前記２次信号Ｓ１と、トレンチ・エッチング速度
とトレンチ深さ関連データとを含む前記２次信号Ｓ２と
を監視するステップと、 ｇ）所望の最終トレンチ深さＤｆが達成されると、エッ
チングを停止するステップとを含むことを特徴とする方
法。 （２）前記ステップｅ）が、低周波成分を抽出するため
の低域フィルタと、高周波成分を抽出するために干渉計
使用現象の基本周波数付近に中心を合わせた帯域フィル
タという２つのフィルタに前記１次信号を同時に印加す
ることにあることを特徴とする、上記（１）に記載の方
法。 （３）ｉ）ステップｃ）と同時に、構造に近接する分光
計を使い、ゼロの入射角で所定の放射線波長（Ｌ＊）を
有するプラズマの種を観察するステップと、 ｊ）前記放射線を分光計に印加し、プラズマの光学発光
を示す別の１次信号（Ｓ＊）を生成するステップと、 ｋ）前記２次信号（Ｓ１およびＳ２）との相関関係の有
無について前記１次信号（Ｓ＊）またはその派生信号
（Ｓ＊'）を監視し、その妥当性検査のためにプラズマ
の異常（不安定さ、消衰など）を特定するステップとを
さらに含むことを特徴とする、上記（１）または（２）
に記載の方法。 （４）ステップｃ）が、多数のトレンチを含むウェハの
大きい面積または少数のトレンチを含むウェハの小さい
面積のいずれかを照射することにあることを特徴とす
る、上記（１）、（２）、または（３）に記載の方法。 （５）前記フィルタが、アナログ・タイプかまたはデジ
タル・タイプのいずれかであることを特徴とする、上記
（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。 （６）数値タイプの前記フィルタがＣａｕｅｒフィルタ
であることを特徴とする、上記（６）に記載の方法。 （７）Ｌ＝３６５ｎｍであり、Ｌ＊＝４４７ｎｍである
ことを特徴とする、上記（１）ないし（７）のいずれか
に記載の方法。
チ形成プロセス中にトレンチ深さおよびＳｉＯ2再付着
層の厚さのパラメータをリアルタイムかつ現場で監視す
るための方法において、 ａ）エッチング装置の空にした反応室にウェハを入れる
ステップと、 ｂ）Ｏ2を含むプラズマを生成して前記基板の少なくと
も一部に所望のトレンチ・パターンをエッチングし、ト
レンチ形成中にＳｉＯ2層が再付着するステップと、 ｃ）少なくとも１つの指定の放射線波長（Ｌ）を含む光
ビームを使い、適当な入射角で前記一部の所定の面積を
照射し、干渉計タイプの反射光を発生するステップと、 ｄ）反射光を分光計に印加し、１次信号（Ｓ）を生成す
るステップと、 ｅ）前記１次信号を構成しそれぞれ２次信号Ｓ１および
Ｓ２と呼ばれる低周波成分と、より高周波の成分とを抽
出するために前記１次信号を処理するステップと、 ｆ）再付着速度とＳｉＯ2再付着層の厚さ関連データと
を含む前記２次信号Ｓ１と、トレンチ・エッチング速度
とトレンチ深さ関連データとを含む前記２次信号Ｓ２と
を監視するステップと、 ｇ）所望の最終トレンチ深さＤｆが達成されると、エッ
チングを停止するステップとを含むことを特徴とする方
法。 （２）前記ステップｅ）が、低周波成分を抽出するため
の低域フィルタと、高周波成分を抽出するために干渉計
使用現象の基本周波数付近に中心を合わせた帯域フィル
タという２つのフィルタに前記１次信号を同時に印加す
ることにあることを特徴とする、上記（１）に記載の方
法。 （３）ｉ）ステップｃ）と同時に、構造に近接する分光
計を使い、ゼロの入射角で所定の放射線波長（Ｌ＊）を
有するプラズマの種を観察するステップと、 ｊ）前記放射線を分光計に印加し、プラズマの光学発光
を示す別の１次信号（Ｓ＊）を生成するステップと、 ｋ）前記２次信号（Ｓ１およびＳ２）との相関関係の有
無について前記１次信号（Ｓ＊）またはその派生信号
（Ｓ＊'）を監視し、その妥当性検査のためにプラズマ
の異常（不安定さ、消衰など）を特定するステップとを
さらに含むことを特徴とする、上記（１）または（２）
に記載の方法。 （４）ステップｃ）が、多数のトレンチを含むウェハの
大きい面積または少数のトレンチを含むウェハの小さい
面積のいずれかを照射することにあることを特徴とす
る、上記（１）、（２）、または（３）に記載の方法。 （５）前記フィルタが、アナログ・タイプかまたはデジ
タル・タイプのいずれかであることを特徴とする、上記
（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。 （６）数値タイプの前記フィルタがＣａｕｅｒフィルタ
であることを特徴とする、上記（６）に記載の方法。 （７）Ｌ＝３６５ｎｍであり、Ｌ＊＝４４７ｎｍである
ことを特徴とする、上記（１）ないし（７）のいずれか
に記載の方法。
【図１】従来のトレンチ形成プロセスの概略を示す、半
導体構造の部分断面図である。
導体構造の部分断面図である。
【図２】従来のトレンチ形成プロセスの概略を示す、半
導体構造の部分断面図である。
導体構造の部分断面図である。
【図３】従来のトレンチ形成プロセスの概略を示す、半
導体構造の部分断面図である。
導体構造の部分断面図である。
【図４】従来のトレンチ形成プロセスの概略を示す、半
導体構造の部分断面図である。
導体構造の部分断面図である。
【図５】従来のトレンチ形成プロセスの概略を示す、半
導体構造の部分断面図である。
導体構造の部分断面図である。
【図６】本発明により、図１ないし図５に関連して図示
するトレンチ形成プロセスを監視できるようになってい
る上部分光計と横分光計とを含む、エッチング監視シス
テムの概略図である。
するトレンチ形成プロセスを監視できるようになってい
る上部分光計と横分光計とを含む、エッチング監視シス
テムの概略図である。
【図７】並行光ビームによって処理中のウェハの比較的
大きい面積を照射するように設計された図６のシステム
のコリメータ・セクションの拡大図である。
大きい面積を照射するように設計された図６のシステム
のコリメータ・セクションの拡大図である。
【図８】これまで製造環境で使用されていなかった上部
分光計によって出力される複合性の１次信号Ｓとそれか
ら派生した信号Ｓ'との典型的な波形を示す図である。
分光計によって出力される複合性の１次信号Ｓとそれか
ら派生した信号Ｓ'との典型的な波形を示す図である。
【図９】２次信号Ｓ１を生成するために本発明の方法に
より図８の１次信号Ｓをフィルタ処理するために使用す
る低域数値フィルタの減衰図の概略を示す図である。
より図８の１次信号Ｓをフィルタ処理するために使用す
る低域数値フィルタの減衰図の概略を示す図である。
【図１０】２次信号Ｓ２を生成するために本発明の方法
により図８の１次信号Ｓをフィルタ処理するために使用
する帯域数値フィルタの減衰図の概略を示す図である。
により図８の１次信号Ｓをフィルタ処理するために使用
する帯域数値フィルタの減衰図の概略を示す図である。
【図１１】そのフィルタ係数が一方で光学発光信号Ｓ＊
ともう一方でその派生信号Ｓ＊'に完全に適応していな
い２つの数値フィルタで図８の１次信号Ｓを粗フィルタ
処理した後に得られる２次信号Ｓ１およびＳ２の波形を
示す図である。
ともう一方でその派生信号Ｓ＊'に完全に適応していな
い２つの数値フィルタで図８の１次信号Ｓを粗フィルタ
処理した後に得られる２次信号Ｓ１およびＳ２の波形を
示す図である。
【図１２】適当なフィルタ係数が計算されているときに
図８の１次信号Ｓを効率よくフィルタ処理した後に得ら
れる２次信号Ｓ１およびＳ２の波形を示す図である。光
学発光信号Ｓ＊とその派生信号Ｓ＊'は変化しないまま
である。
図８の１次信号Ｓを効率よくフィルタ処理した後に得ら
れる２次信号Ｓ１およびＳ２の波形を示す図である。光
学発光信号Ｓ＊とその派生信号Ｓ＊'は変化しないまま
である。
【図１３】プラズマの不安定さの後にプラズマの消衰が
続く異常の場合の光学発光信号Ｓ＊とその派生信号Ｓ
＊'との典型的な波形を示す図である。
続く異常の場合の光学発光信号Ｓ＊とその派生信号Ｓ
＊'との典型的な波形を示す図である。
【図１４】本発明の監視方法の重要な処理ステップの流
れ図の概略を示す図である。
れ図の概略を示す図である。
５７ プラズマ・エッチング装置にシリコン・ウェハを
入れる ５８ エッチングを開始する ５９ 指定の放射線でウェハを照射する ５９' プラズマから放出される所定の放射線を調べる ６０ 反射光を上部分光計に印加し、１次信号を生成す
る ６０' 放射線を横分光計に印加し、１次信号Ｓ＊を生
成する ６１ 信号の低周波成分と高周波成分をフィルタ処理
し、２次信号Ｓ１およびＳ２を生成する ６１' １次信号Ｓ＊を処理し、派生信号Ｓ＊'を生成す
る ６２ 前記信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ＊、Ｓ＊'を監視する ６３ エッチングを停止する
入れる ５８ エッチングを開始する ５９ 指定の放射線でウェハを照射する ５９' プラズマから放出される所定の放射線を調べる ６０ 反射光を上部分光計に印加し、１次信号を生成す
る ６０' 放射線を横分光計に印加し、１次信号Ｓ＊を生
成する ６１ 信号の低周波成分と高周波成分をフィルタ処理
し、２次信号Ｓ１およびＳ２を生成する ６１' １次信号Ｓ＊を処理し、派生信号Ｓ＊'を生成す
る ６２ 前記信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ＊、Ｓ＊'を監視する ６３ エッチングを停止する
フロントページの続き
(72)発明者 ジャン・カントルー
フランス91310 モンレリー アレ・
デ・ポミエ18
(72)発明者 フィリップ・コロネル
フランス91300 マッシー リュ・ノル
マンディ・ニェーマン 23
(56)参考文献 特開 平６−61190（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−71517（ＪＰ，Ａ)
”Ｉｎ Ｓｉｔｕ Ｅｔｃｈ Ｒａｔ
ｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉ
ｑｕｅ”，ＩＢＭ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ
ＤＩＳＣＬＯＳＵＲＥ ＢＵＬＬ Ｅ
ＴＩＮ，米国，ＮＥＷ ＹＯＲＫ，Ｖｏ
ｌ．28，Ｎｏ．９，ｐ3952−3954
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
G01N 21/27
H01L 21/66
H05H 1/46
Claims (7)
- 【請求項１】シリコンウェハの基板でのトレンチ形成プ
ロセス中にトレンチ深さおよび二酸化シリコンの再付着
層の厚さのパラメータをリアルタイムかつ現場で監視す
るための方法において、 ａ）エッチング装置の空にした反応室に、トレンチを規
定する所定パターンの開口を有する絶縁層で被覆された
シリコンウェハを入れるステップと、 ｂ）酸素含有プラズマ雰囲気に前記絶縁層を曝して所定
パターンのトレンチを前記シリコンウェハの表面から垂
直にエッチングで形成し、その際に、そのエッチング反
応生成物の二酸化シリコン層がトレンチ内壁を含む露出
表面に再付着するステップと、 ｃ）少なくとも１つの第１の放射線波長（Ｌ）を含む光
ビームを前記シリコンウェハの表面に垂直に照射して、
複合性の干渉波の反射光を発生するステップと、 ｄ）前記反射光を分光計に印加し、１次信号（Ｓ）を生
成するステップと、 ｅ）前記１次信号（Ｓ）を、低周波成分を抽出するため
の低域フィルタと高周波成分を抽出するために前記干渉
波の基本周波数付近に中心を合わせた帯域フィルタとに
並行に印加し処理することにより、二酸化シリコン層の
再付着速度を表す低周波成分を有する第１の２次信号Ｓ
１およびトレンチエッチング速度を表す高周波成分を有
する第２の２次信号を抽出するステップと、 ｆ）二酸化シリコン再付着層の厚さおよびトレンチ深さ
をそれぞれ前記第１の２次信号Ｓ１および前記第２の２
次信号Ｓ２によって監視するステップと、 ｇ）所定の最終トレンチ深さＤｆが達成されるとき、ま
たはプラズマの異常を検出したとき、エッチングを停止
するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】ｉ）前記ステップｃ）と同時に、前記基板
に近接した位置において、前記シリコンウエハの表面に
平行な角度および第２の放射線波長（Ｌ＊）でプラズマ
の種を観察するステップと、 ｊ）前記放射線を分光計に印加し、プラズマの光学発光
を示す別の１次信号（Ｓ＊）を生成するステップと、 ｋ）前記別の１次信号（Ｓ＊）およびその導関数信号
（Ｓ＊'）を監視するステップと、 ｌ）前記ステップｋ）における監視信号と前記２次信号
（Ｓ１およびＳ２）との相関関係を調べてプラズマの異
常を検出するステップと、 をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】シリコンウェハの基板でのトレンチ形成プ
ロセス中にトレンチ深さおよび二酸化シリコンの再付着
層の厚さのパラメータをリアルタイムかつ現場で監視す
るための方法において、 ａ）エッチング装置の空にした反応室に、トレンチを規
定する所定パターンの開口を有する絶縁層で被覆された
シリコンウェハを入れるステップと、 ｂ）酸素含有プラズマ雰囲気に前記絶縁層を曝して所定
パターンのトレンチを前記シリコンウェハの表面から垂
直にエッチングで形成し、その際に、そのエッチング反
応生成物の二酸化シリコン層がトレンチ内壁を含む露出
表面に再付着するステップと、 ｃ）少なくとも１つの第１の放射線波長（Ｌ）を含む光
ビームを前記シリコンウェハの表面に垂直に照射して、
複合性の干渉波の反射光を発生するステップと、 ｄ）前記反射光を分光計に印加し、１次信号（Ｓ）を生
成するステップと、 ｅ）前記１次信号を処理し、二酸化シリコン層の再付着
速度を表す低周波成分を有する第１の２次信号Ｓ１およ
びトレンチエッチング速度を表す高周波成分を有する第
２の２次信号を抽出するステップと、 ｆ）二酸化シリコン再付着層の厚さおよびトレンチ深さ
をそれぞれ前記第１の２次信号Ｓ１および前記第２の２
次信号Ｓ２によって監視するステップと、 ｇ）所定の最終トレンチ深さＤｆが達成されるとき、ま
たはプラズマの異常を検出したとき、エッチングを停止
するステップと、を含む方法であって、 ｉ）前記ステップｃ）と同時に、前記基板に近接した位
置において、前記シリコンウエハの表面に平行な角度お
よび第２の放射線波長（Ｌ＊）でプラズマの種を観察す
るステップと、 ｊ）前記放射線を分光計に印加し、プラズマの光学発光
を示す別の１次信号（Ｓ＊）を生成するステップと、 ｋ）前記別の１次信号（Ｓ＊）およびその導関数信号
（Ｓ＊'）を監視するステップと、 ｌ）前記ステップｋ）における監視信号と前記２次信号
（Ｓ１およびＳ２）との相関関係を調べてプラズマの異
常を検出するステップと、 をさらに含むことを特徴とする方法。 - 【請求項４】前記ステップｃ）が、多数のトレンチを含
むウェハの大きい面積または少数のトレンチを含むウェ
ハの小さい面積のいずれかを照射するステップから成る
ことを特徴とする、請求項１または３に記載の方法。 - 【請求項５】前記フィルタが、アナログタイプかまたは
デジタルタイプのいずれかであることを特徴とする、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項６】前記デジタルタイプのフィルタがＣａｕｅ
ｒフィルタであることを特徴とする、請求項５に記載の
方法。 - 【請求項７】Ｌ＝３６５ｎｍであり、Ｌ＊＝４４７ｎｍ
であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
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