JP4847015B2 - エンドポイントを検出するための方法 - Google Patents

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Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００２年１０月３１日に出願された米国仮出願第６０／４２２，５１０号に対する優先権を主張し、２００２年１０月３１日に出願された、代理人整理番号第２２８１５９ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶ号、「エッチ特性を決定するための方法及び装置（Method and apparatus for determining an etch property）」と題される同時係属出願第６０／４２２，５１１号に関連する。これらの出願の内容は参照してここに組み込まれる。
本発明は、基板をプラズマ処理するための方法及び装置に関し、さらに詳細にはプラズマエッチ処理の間にエンドポイントを決定するための改善された方法に関する。
通常、半導体処理の間、（乾式）プラズマエッチ処理は、細線に沿って、あるいはシリコン基板上でパターン化されたビア（ｖｉａ）またはコンタクトの中で材料を除去する、あるいはエッチングするために活用される。該プラズマエッチ処理は、一般的には、フォトレジスト層などの、上にあるパターン化された保護層を備えた半導体基板を処理チャンバの中に配置することを必要とする。いったん基板が該チャンバの中に配置されると、真空ポンプは周囲処理圧力を達成するために抑えられるが、イオン化できる分離性のガス混合物が事前に指定された流量でチャンバの中に導入される。その後、プラズマは、現在の気体種の部分が、誘導的または容量的のどちらかで無線周波数（ＲＦ）電力の伝達を介して、あるいは例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用するマイクロ波電力を介して加熱される電子によりイオン化されるときに形成される。さらに、加熱された電子は、周囲気体種のいくつかの種を分離し、露出面エッチ化学作用に適切な反応物種（複数の場合がある）を作成するのに役立つ。
いったんプラズマが形成されると、該基板の選択された表面が該プラズマによってエッチングされる。処理は、基板の選択された領域内で多様な形状構成（例えば、トレンチ、ビア、コンタクト等）をエッチングするために、所望の反応物とイオンの個体群（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ）の適切な濃度を含む最適状態を達成するために調整される。エッチングが必要とされるこのような基板材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、低誘電率材料、ポリシリコン及び窒化珪素を含む。形状構成のサイズが縮小し、集積回路（ＩＣ）製造中に使用されるエッチ処理工程の数及び複雑さがエスカレートするにつれて、厳重な工程管理の要件はさらに厳しくなる。
その結果として、このような処理のリアルタイム監視及び制御は、半導体ＩＣの製造においてますます重要になってくる。例えば、エッチ工程または処理の時宜を得た完了に必要な１つのこのような監視及び制御診断は、エンドポイント検出である。エンドポイント検出とはエッチ工程の制御、特に形状構成エッチ完了あるいはエッチフロントがエッチ停止層に達する瞬間の検出を指す。エッチ処理エンドポイントの検出が不適切な場合は、オーバエッチングのために該形状構成の厳しいアンダーカットが起こるか、あるいはアンダーエッチングのために部分的に完成した形状構成が生じる。その結果、質が悪いエンドポイント検出は、故障のリスクの増大にさらされる低品質の素子につながるであろう。したがって、エッチ処理の精密且つ正確な完了は、製造工程の間の懸念にとって重要な分野である。
エンドポイント検出のために使用される１つの手法は、光学発光分光法（ＯＥＳ）を使用して時間内に事前に指定された波長で光の発光強度を監視することである。このような方法では、エッチ処理エンドポイントでの顕著な変移を示すエッチ処理に存在する化学種に対応する波長が特定される可能性がある。以後、結果として生じる信号は発光強度の明確な変動を検出するために分析され、結果として生じる信号の分析は次にエッチ処理の完了と相関するために使用される。通常、選択された種は反応種または揮発性エッチ生成物に対応する。例えば、選択された波長は、ＳｉＯ２及び高分子膜をエッチングするときにはＣＯ＊放射に、窒化物膜をエッチングするときはＮ２ ＊またはＣＮ＊放射に、ポリシリコンをエッチングするときにはＳｉＦ＊放射に、及びアルミニウムをエッチングするときにはＡｌＣｌ＊放射に対応することがある。
前述したように単一の波長で発光強度を監視する手法に加えて、別の手法は、２つの波長の光強度を監視し、該２つの強度の比率（あるいはそのいくつかの数学的な操作）を記録することである。例えば、その濃度がエンドポイントで崩壊する種に１つの波長が選ばれ、その濃度がエンドポイントで上昇する種に第２の波長が選ばれる。したがって、該比率は改善された信号対雑音を示す。
本発明は、前記に特定された短所を有利に処理する、エッチ処理の間にエンドポイントを決定するための方法を提供する。
基板をエッチングすることと、少なくとも１つのエンドポイント信号を測定することと、該少なくとも１つのエンドポイント信号をフィルタリングすることにより少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号を発生させ、そこでは該フィルタリングがＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタを該少なくとも１つのエンドポイント信号に適用することを備えることと、該少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号から該エッチ処理のエンドポイントを決定することとを備えるプラズマ処理システム内で、基板をエッチングするためのエッチ処理のエンドポイントを検出する方法を提供することが、本発明の目的である。
基板をエッチングすることと、第１のエンドポイント信号を測定することと、第２のエンドポイント信号を測定することと、第１のエンドポイント信号と第２のエンドポイント信号の比率から比率信号を決定し、該比率信号がエンドポイント変移を備えることと、該比率信号に対して微分フィルタを適用することによって該比率信号から微分信号を決定し、そこでは該微分フィルタがＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタを備えることと、該微分信号から該エッチ処理のエンドポイントを決定することとを備える基板をエッチングするための、エッチ処理のエンドポイントを検出するための方法を提供することが、本発明の別の目的である。
処理チャンバと、該処理チャンバに結合され、少なくとも１つのエンドポイント信号を測定するように構成される診断システムと、該診断システムに結合され、Ｓａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタを使用して該少なくとも１つのエンドポイント信号をフィルタリングするように構成され、該少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号からエンドポイントを決定するように構成されるコントローラとを備える、プラズマ処理システムを提供することが本発明の別の目的である。
本発明のこれらの、及び他の利点は、添付図面とともに解釈される本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明からさらに容易に理解されるようになる。
本発明の実施形態に従って、プラズマ処理チャンバ１０と、該処理チャンバ１０に結合される診断システム１２、該診断システム１２に結合されるコントローラ１４とを備えるプラズマ処理システム１が、図１に示されている。該コントローラ１４は、該診断システム１２から少なくとも１つのエンドポイント信号を受信し、該処理のエンドポイントを正確に決定するために該少なくとも１つのエンドポイント信号を後処理するように構成されている。示された実施形態では、図１に示すプラズマ処理システム１が材料処理のためにプラズマを活用する。望ましくは、プラズマ処理システム１は、エッチチャンバを備える。
図２に示す本発明の実施形態に従って、プラズマ処理システム１は、プラズマ処理チャンバ１０と、処理対象の基板２５（例えば、半導体ウェハまたは液晶ディスプレイパネル）がその上で固着されている基板ホルダ２０と、真空ポンプシステム３０とを備える場合がある。基板２５は、例えば、半導体基板、ウェハまたは液晶ディスプレイである場合がある。プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、基板２５の表面に隣接する処理領域１５内でのプラズマの生成を助長するように構成される場合がある。イオン化ガス、またはガスの混合物はガス注入システム（図示せず）を介して導入され、処理圧力が調整される。例えば、真空ポンプシステム３０を抑えるために制御機構（図示せず）を使用できる。望ましくは、プラズマは所定の材料処理の特殊な材料を作成するため、及び基板２５の露呈面からの材料の除去を補助するために活用される。該プラズマ処理システム１は、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板、またはさらに大きな基板を処理するように構成できる。
基板２５は、例えば、それが基板ホルダ２０の中に収容されている基板リフトピン（図示せず）によって受け取られ、その中に収容されている装置によって機械的に変換されるロボット基板移送システムを介して、スロット弁（図示せず）及びチャンバフィードスルー（図示せず）を通ってプラズマ処理チャンバ１０の中に、及び中から移送される。いったん基板２５が基板移送システムから受け取られると、それは基板ホルダ２０の上面まで引き下げられる。
基板２５は、例えば、静電型締方式を介して基板ホルダ２０に固着できる。さらに、基板ホルダ２０は、例えば、さらに、基板ホルダ２０から熱を受け取り、熱を熱交換器システム（図示せず）に伝達する、あるいは加熱時に熱交換器システムから熱を伝達する再循環冷却剤の流れを含む冷却システムを含む場合がある。さらに、ガスは、例えば、基板２５と基板ホルダ２０の間のガス−空隙熱伝導係数を改善するために裏面ガスシステムを介して基板２５の裏面に送達できる。基板の温度制御が高温で、または低温で必要とされるときにこのようなシステムを活用することができる。他の実施形態では、抵抗加熱要素などの加熱要素、熱電加熱器／冷却器を含むことができる。
プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、基板ホルダ２０及びプラズマ処理チャンバ１０に結合され、プラズマ処理チャンバ１０の中の減圧大気から縦型並進装置を密封するように構成されているベローズ（図示せず）によって取り囲まれている、縦型並進装置（図示せず）をさらに備える場合がある。さらにベローズシールド（図示せず）は、例えば、基板ホルダ２０に結合され、処理プラズマからベローズを保護するように構成できる。基板ホルダ２０は、例えば、さらにフォーカスリング（図示せず）、シールドリング（図示せず）、及び調整板（図示せず）を提供することがある。
図２に図示されている実施形態では、基板ホルダ２０は、ＲＦ電力がその中を通って処理空間１５内の処理プラズマに結合される電極を備えることがある。例えば、基板ホルダ２０は、インピーダンスマッチネットワーク５０を通してＲＦジェネレータ４０から基板ホルダ２０へのＲＦ電力の伝達を介して、ＲＦ電圧で電気的にバイアスをかけることができる。該ＲＦバイアスはプラズマを形成、維持するために電子を加熱するために役立つことがある。この構成では、システムは反応性イオンエッチ（ＲＩＥ）リアクタとして動作し、チャンバ及び上部ガス注入電極は接地面としての役割を果たす。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。プラズマ処理用のＲＦシステムは当業者に周知である。
代わりに、ＲＦ電力は複数の周波数で基板ホルダ電極に印加される。さらに、インピーダンスマッチネットワーク５０は、反射電極を最小限に抑えることによってプラズマ処理チャンバ１０内のプラズマへのＲＦ電力の伝達を増大する役割を果たす。マッチネットワークトポロジ（例えばＬ型、π型、Ｔ型等）及び自動制御方法は当業者にとって周知である。
引き続き図２に関して、プロセスガスは例えば、ガス注入システム（図示せず）を通して処理領域１５に導入できる。プロセスガスは、例えば、アルゴン、ＣＦ４及びＯ２の混合物、または酸化物エッチ応用例の場合はアルゴン、Ｃ４Ｆ８及びＯ２、あるいはＯ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ４Ｆ８、Ｏ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ５Ｆ８、Ｏ２／ＣＯ／Ａｒ／Ｃ４Ｆ６、Ｏ２／Ａｒ／Ｃ４Ｆ６、Ｏ２／Ａｒ／Ｃ５Ｆ８、Ｎ２／Ｈ２などの他の化学作用を含む場合がある。ガス注入システムはシャワーヘッドを含む場合があり、プロセスガスはガス注入プレナム（図示せず）、一連の調整板（図示せず）及びマルチオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート（図示せず）を通して、ガス送達システム（図示せず）から処理領域１５に供給される。ガス注入システムは真空処理の当業者にとって周知である。
真空ポンプシステム３０は、例えば、毎秒５０００リットル（以上）までポンプ速度を上げることができるターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力を抑えるためのゲート弁を含む場合がある。乾式プラズマエッチに活用される従来のプラズマ処理装置では、一般的には毎秒１０００リットルから３０００リットルのＴＭＰが利用される。ＴＭＰは、通常５０ｍトル未満の低圧処理のために有効である。より高圧では、ＴＭＰポンプ速度は劇的に低下する。高圧処理（つまり１００ｍトルを上回る）の場合、機械ブースタポンプ及び乾式粗選ポンプを利用できる。さらに、チャンバ圧力を監視するための装置（図示せず）が、プラズマ処理チャンバ１０に結合できる。圧力測定装置は、例えば、マサチューセッツ州、アンドーバー（Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）のＭＫＳインスツルメンツ社（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｔｎｓ，Ｉｎｃ．）から市販されている６２８Ｂ型バラトロン（Ｂａｒａｔｒｏｎ）絶対キャパシタンスマノメータである場合がある。
コントローラ１４は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びプラズマ処理システム１からの出力を監視するだけではなく、プラズマ処理システム１に対する入力を伝達、活性化するにも十分な制御電圧を生成できるデジタルＩ／Ｏポートを備える。さらに、コントローラ１４は、裏面ガス送達システム（図示せず）、基板／基板ホルダ温度測定システム（図示せず）、及び静電型締方式（図示せず）だけではなく、ＲＦジェネレータ４０、インピーダンスマッチネットワーク５０、ガス注入システム（図示せず）、真空ポンプシステム３０にも結合し、それらと情報を交換できる。例えば、メモリに記憶されているプログラムは、記憶されているプロセスレシピに従って、プラズマ処理システム１の前述された構成要素に対する入力を活性化するために活用できる。コントローラ１４の一例が、テキサス州、オースチン（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）のデルコーポレーション（Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できるＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ６１０（商標）である。
診断システム１２は、光診断サブシステム（図示せず）を含むことがある。該光診断サブシステムは、プラズマから発せられる光強度を測定するための（シリコン）フォトダイオードまたは光電子倍増管（ＰＭＴ）などの検出器を備えることがある。診断システム１２は、さらに狭帯域干渉フィルタなどの光フィルタを含むことがある。代替実施形態では、診断システム１２は、線路ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＩＤ（電荷注入素子）アレイ、及び回折格子またはプリズムなどの分光装置の内の少なくとも１つを含むことがある。さらに、診断システム１２は、指定波長で光を測定するための単色光分光器（例えば、回折格子／検出器システム）、あるいは例えば米国特許第５，８８８，３３７号に説明されている装置などの光スペクトルを測定するための（例えば回転回折格子付きの）分光計を含むことがある。
診断システム１２は、ピークセンサシステムズ（Ｐｅａｋ Ｓｅｎｓｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ）またはヴェリティインスツルメンツ社（Ｖｅｒｉｔｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）からの高解像度ＯＥＳセンサを含むことがある。このようなＯＥＳセンサは紫外線（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）及び近赤外線（ＮＩＲ）光スペクトルに及ぶ幅広いスペクトルを有する。解像度は約１．４オングストロームである。すなわち、センサは２４０ｎｍから１０００ｎｍまでの５５５０の波長を収集できる。例えばＯＥＳセンサは、同様に２０４８ピクセル線形ＣＣＤアレイと一体化されている高感度小型光ファイバＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光計を備えることができる。
分光計は、単一光ファイバまたはバンドル光ファイバを通して伝達される光を受け取り、光ファイバから出力される光は、固定回折格子を使用して線路ＣＣＤアレイ全体に分散される。前述された構成と同様に、光真空ウィンドウを通る発光は、凸型球面レンズを介して光ファイバの入力端の上に焦点を合わせられる。それぞれが特に指定スペクトル範囲のために明確に同調している３つの分光計（ＵＶ、ＶＳ及びＮＩＲ）が、処理チャンバ用のセンサを形成する。各分光計は独立したＡ／Ｄ変換器を含む。そして最後に、センサの活用に応じて完全放射スペクトルが、０．１秒から１．０秒ごとに記録できる。
図３に示されている実施形態では、プラズマ処理システム１は、例えば、さらに、図１及び図２に関して説明されているそれらの構成要素に加えて、プラズマ密度を潜在的に増大する、及び／またはプラズマ処理均一性を改善するために、固定的に、あるいは機械的または電気的にどちらかで回転する磁場システム６０を備えることがある。さらに、コントローラ１４は、回転速度及び場の強さを調整するために、磁場システム６０に結合される。回転式磁場の設計及び実現は当業者に周知である。
図４に図示される実施形態では、例えば、図１及び図２のプラズマ処理システム１は、さらに、インピーダンスマッチネットワーク７４を通してＲＦジェネレータ７２からＲＦ電力を結合できる上部電極７０を備える場合がある。ＲＦ電力の上部電極への印加のための通常の周波数は１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは６０ＭＨｚである。さらに、電力の下部電極への印加のための通常の周波数は０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは２ＭＨｚである。さらに、コントローラ１４は、ＲＦ電力の上部電極７０への印加を制御するために、ＲＦジェネレータ７２及びインピーダンスマッチネットワーク７４に結合される。上部電極の設計及び実現は当業者に周知である。
図５に図示されている実施形態では、図１のプラズマ処理システムは、例えば、ＲＦ電力がインピーダンスマッチネットワーク８４を通してＲＦジェネレータ８２を介して結合される誘導コイル８０をさらに備える場合がある。ＲＦ電力は誘電体窓（図示せず）を通して誘電コイル８０からプラズマ処理領域４５に誘導結合されている。誘電コイル８０に対するＲＦ電力の印加のための通常の周波数は１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲となる場合があり、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。同様に、チャック電極に対する電力の印加のための通常の周波数は０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲となり、好ましくは１３．５６ＭＨｚである。さらに、スロット付きファラデーシールド（図示せず）は、誘電コイル８０とプラズマの間の容量結合を削減するために利用できる。さらに、コントローラ１４は誘電コイル８０に対する電力の印加を制御するために、ＲＦジェネレータ８２及びインピーダンスマッチネットワーク８４に結合される。代替実施形態では、誘電コイル８０は、変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）リアクタにおいてのように上からプラズマ処理領域１５と連通する「螺旋状の」コイルまたは「パンケーキ」コイルであってよい。誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）ソース、あるいは変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）ソースの設計及び実現は、当業者にとって周知である。
代わりに、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用して形成できる。さらに別の実施形態では、プラズマはヘリコン波の発射から形成される。さらに別の実施形態では、プラズマは伝搬する表面波から形成される。前述したそれぞれのプラズマソースは当業者にとって周知である。
再び図１から図５を参照すると、診断システム１２は、プラズマから発せられる光の放射照度、つまりスペクトル放射照度を測定するために活用される光診断サブシステムである場合がある。例えば、図６は処理空間１５内のプラズマから発せられる指定波長の光のための例示的なエンドポイント信号１００を提示している。エンドポイント信号１００は、さらにエンドポイント変移１１０を備える場合があり、エンドポイント信号１００の明確な変化がエンドポイントを表す。例えば、（図６でのように）崩壊するか、または濃度（したがってスペクトル放射照度）が上昇するかのどちらかの、エッチ反応の間に存在する特殊な化学構成要素に対応する光の放射は、監視目的のために選択できる。
図６でのエンドポイント信号１００の検査により、エンドポイントがエンドポイント変移１１０の開始時間１１２、エンドポイント変移１１０の終了時間１１４、あるいはエンドポイント変移１１０の変曲点に対応するエンドポイント変移１１０の変曲時間１１６に発生すると判断できる。代わりに、エンドポイント信号１００の第１の導関数１１８を計算することができ、エンドポイント変移１１０の第１の導関数１１８の（負の傾きでの）最大はエンドポイントを決定するために活用できる。代わりに、エンドポイント信号１００の第２の導関数（図示せず）を計算することができ、ゼロ交差がエンドポイントを決定するために活用できる。
代わりに、エンドポイントは、それぞれ図７Ａ及び図７Ｂに図示されているエンドポイント信号１００Ａと１００Ｂなどの光診断１２からの２つ以上の信号から決定することができる。エンドポイント信号１００Ａは、例えば、その濃度がエンドポイントの間に崩壊する化学的成分からの放射に相当し、エンドポイント信号１００Ｂは、例えば、その濃度がエンドポイントの間に上昇する化学的成分からの放射に相当する。図７Ｃ及び図７Ｄを参照すると、１つ以上の比率信号が、該２つ以上のエンドポイント信号（１００Ａ、１００Ｂ）から決定できる。例えば、比率信号１３０（図７Ｃ）は、それぞれの瞬間にエンドポイント信号１００Ｂでエンドポイント信号１００Ａを除算することによって求めることができる。さらに、１つ以上の微分信号が該１つ以上の比率信号から決定できる。例えば、該比率信号１３０の第１の導関数から求められた微分信号１４０（図示７Ｄ）である。該第１の導関数は、一次（前方または後方）差分方式または二次（中央）差分方式を使用して推定できる。前述したように、エンドポイントは比率信号１３０の変曲点、あるいは微分信号１４０の（負の傾きで）最大１４２に対応する変曲時間から求めることができる。
しかしながら、図６（１００）及び図７Ａ及び図７Ｂ（１００Ａ、１００Ｂ）で示されているようなエンドポイント信号は雑音を受けることがあり、したがって信号対雑音比が低くなる場合がある。通常、信号対雑音比は、プラズマ処理システムに固有の雑音がエンドポイント信号に課されるときには、低い場合がある。例えば、図３を参照すると、プラズマ処理システム１は、基板ホルダ２０にかけられる電気バイアスによって確立されるそれぞれの電場Ｅに実質的に垂直である磁場システム６０によって形成される、横断方向の磁場Ｂを備える場合がある。ＥＸＢドリフトの結果として、プラズマの中の電子は、電場Ｅ及び磁場Ｂのクロス積の方向で処理領域１５の側面にドリフトする場合がある。以後、プラズマ密度の増加が処理領域１５のこの場所で観察される。磁場システム６０により生じる磁場が回転しているときには、プラズマ密度の中心を外れたピークが処理領域１５を通して回転される。プラズマ内でのこの回転の結果として診断システム１２は、光学発光分光法（ＯＥＳ）使用時など、強度の周期的な変動を観察する。
例えば、図８Ａ及び図８Ｂは、典型的な未処理エンドポイント信号１０１Ａ、１０１Ｂ、及び移動平均を使用して計算される対応する平滑化されたエンドポイント信号１５０Ａ、１５０Ｂを提示する。エンドポイント信号１０１Ａ及び１０１Ｂの変動１０２Ａ及び１０２Ｂは、回転式磁場が処理空間１５内のプラズマに対して有する影響に相当する。変動１０２Ａ及び１０２Ｂの周波数は、磁場の回転周波数に関連付けられている。
１つ以上のエンドポイント信号及び（比率信号などの）以後の信号の第１の導関数が使用されるケースでは、前記に特定された雑音を緩和し、エンドポイントを特定するために、事後処理の間に該信号のなんらかの平滑化（またはフィルタリング）を課すことが必要である。しかしながら、正確なエンドポイント検出を達成するためには、活用される該事後処理の工程は、該エンドポイント信号（複数の場合がある）の中に埋め込まれている変動の動的な範囲を守らなければならない。
データ（例えば、時系列、スペクトル）の一次元ストリームの雑音を削減し、データの変動の動的範囲を保持するための方法は、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）有限インパルス応答（ＦＩＲ）平滑化フィルタとも呼ばれる最小二乗平滑化多項式フィルタを適用することである。数値レシピ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｒｅｃｉｐｅｓ）（Ｐｒｅｓｓら、１９９２年、第１４．８項）（その内容は参照によりここに組み込まれる）を参照されたい。一般的には、ＳＧフィルタは、雑音とともに信号の高周波内容の重要な部分を削除する傾向がある、標準的な平均ＦＩＲフィルタより性能が優れている。ＳＧフィルタは通常、広帯域周波数スペクトルを備える信号から雑音を除去するために利用され、それらはそれらがデータのウィンドウに多項式を適合させる際に最小二乗誤差を最小限に抑えるという意味で最適である。ＳＧフィルタのローパスフィルタ係数は、移動ウィンドウの中で多項式に適合する実質上最小二乗によって計算され、各データポイントで中心合わせされ、その結果各データポイントの新しい値は多項式のゼロ番目の係数となるであろう。データの近似第１導関数は各多項式の一次係数を使用して計算できる等である。指定された多項式オーダーのためのフィルタ係数及びフィルタウィンドウ幅は、任意のデータとは無関係に計算され、記憶される。その後、ＳＧフィルタは該データと畳み込まれ、雑音は削減したが、高次変動を保持する平滑化されたデータストリームを提供する。移動平均などの他の平滑化技法の活用は、データストリームの高次変動を保たない。データを後処理するためのＳＧフィルタを実現するアルゴリズムは、マスワークス社（Ｔｈｅ Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．）（マサチューセッツ州０１７６０−２０９８、ナティック、３アップルヒルドライブ（３ Ａｐｐｌｅ Ｈｉｌｌ Ｄｒｉｖｅ、Ｎａｔｉｃｋ、ＭＡ０１７６０−２０９８））から入手できるＭＡＴＬＡＢを通して市販されている。
再び図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、エンドポイント信号１００Ａ及び１００Ｂは、移動平均を使用して平滑化され、微分信号１４０（図７Ｄ）は、簡略な差分表現及び追加の平滑化を使用して比率信号１３０（図７Ｃ）から計算される。その結果として、エンドポイント変移の時間分１４４は不当に広げられ、エンドポイント変移のピーク１４２は後の時間にオフセットされる。
ＳＧフィルタの利点を図解するために、図９Ａ１から図９Ｄ１は多様な後処理技法を使用するエンドポイント信号１５０Ａと１５０Ｂ（図８Ａ及び図８Ｂ）の多くの操作を提示している。比率信号１３０（図９Ａ１）は、図７Ａ及び図７Ｂの平滑化されたエンドポイント信号１００Ａ及び１００Ｂの比率を備え、平滑化は移動平均を使用して課される。微分信号１６０（図９Ａ２）は比率信号１３０の簡略な差異を表している。エンドポイント変移の時間分及びピークは微分信号１６０の中で捕捉されるが、それらは未処理のエンドポイント信号の平滑化の間に除去されない雑音の残余の中に巻き込まれる。
微分信号１６２（図９Ｂ１）は、（２９のデータポイントの移動ウィンドウを使用する）微分信号１６０の移動平均を表す。微分信号１６２の検査から、エンドポイント変移の時間分は拡大され、エンドポイント変移のピークは微分信号１６０に対してさらに大きな時間にシフトされる。微分信号１６４（図９Ｂ２）は微分信号１６２に対する有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタの適用を表し、検査により時間分の拡大及びピークのシフトが悪化する。
微分信号１６６（図９Ｃ１）は、第２の度合いの多項式適合及び１１個のデータポイントのフィルタウィンドウ幅を使用した比率信号１３０に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を表す。検査により、微分信号１６０に対する性能は改善されるが、雑音は依然として信号上に残る。微分信号１６８（図９Ｃ２）はさらに、移動平均を課すことにより差分信号１６６を平滑化するが、それは前記に特定された問題のいくつかを被っている。
微分信号１７０（図９Ｄ１）は、第１の度合いの多項式適合及び２９個のデータポイントのフィルタウィンドウを使用する、比率信号１３０に対するＳＧフィルタの適用を表す。その結果生じる信号は、エンドポイント変移の時間分、及びエンドポイント変移のピークに関して著しく改善され、検査により微分信号１６０にひけをとらない。
図１０は、本発明の実施形態に従ったプラズマ処理システム内の基板をエッチングするためのエッチ処理のエンドポイントを検出するための方法を提示する。方法は、図１から図５に関して説明されているシステムのようなプラズマ処理システム内の基板をエッチングするステップ３１０で始まるフローチャート３００に示されている。基板は、例えば、円形のウェハまたは矩形のディスプレイである場合がある。
ステップ３２０では、少なくとも１つのエンドポイント信号が測定される。各エンドポイント信号は、例えばエンドポイント変移を備え、エンドポイント信号の明確は変化はエンドポイントを示す。さらに、エンドポイント信号は光診断サブシステムを使用して獲得される光信号を備えることがあり、該光診断サブシステムは、検出器、光フィルタ、回折格子、プリズム、単色光分光器、分光計、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、及び電荷注入素子（ＣＩＤ）アレイの内の少なくとも１つを備える。
ステップ３３０では、少なくとも１つのエンドポイント信号がフィルタリングされ、少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号を発生させる。該少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号を発生させるために活用されるフィルタは、Ｓａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタを備える場合があり、該フィルタを該適用することは前述されたように、フィルタウィンドウ幅及び多項式オーダーを設定することを備える。例えば、フィルタウィンドウ幅は奇数の整数である場合があり、値９から１０９の範囲となる場合がある。さらに、フィルタウィンドウ幅は、データストリーム長の一部分、つまりデータストリームの中の獲得されたデータポイントの数の０．０１％から５％を表すことができる。さらに、例えば、多項式オーダーは１から４の範囲となる場合があり、望ましくは多項式オーダーは単一である。該少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号は、例えば、少なくとも１つの平滑化されたエンドポイント信号を備えることがある。あるいはそれはエンドポイント信号の少なくとも１つの平滑化された第１の導関数、あるいはエンドポイント信号の少なくとも１つの平滑化された第２の導関数を備えることがある。
ステップ３４０では、処理のエンドポイントは該少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号から決定される。一般的にはそれぞれのフィルタリングされたエンドポイント信号は、エンドポイント変移を備えることができ、エンドポイント変移はエンドポイントを決定するために活用される。例えば、エンドポイントは、前述したようにエンドポイント変移の開始時間、エンドポイント変移の終了時間、及びエンドポイント変移の変曲時間に決定することができる。代わりに、該少なくとも１つのフィルタリングされたエンドポイント信号は、第１のフィルタリングされたエンドポイント信号及び第２のフィルタリングされたエンドポイント信号を備えることがある。比率信号は、該第１のフィルタリングされたエンドポイント信号及び第２のフィルタリングされたエンドポイント信号の比率から求めることができる。それ以後、エンドポイントは、前述された技法を使用して比率信号におけるエンドポイント変移から求めることができる。代わりに、微分信号は無線信号から求めることができ、微分信号は、比率信号の第１の導関数及び第２の導関数の少なくとも１つを備える。該導関数は、簡略な差分表現、あるいはＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタを使用して求めることができる。それ以降、エンドポイントは前述した技法を使用して微分信号のエンドポイント変移から求めることができる。
図１１は、本発明の別の実施形態に従ったプラズマ処理システム内の基板をエッチングするためのエッチ処理のエンドポイントを検出するための方法を提示する。該方法は、図１から図５に関して説明されているシステムのようなプラズマ処理システム内の基板をエッチングするステップ４１０で始まるフローチャート４００に示されている。基板は、例えば円形のウェハまたは矩形のディスプレイである場合がある。
ステップ４２０では、第１のエンドポイント信号が測定される。該第１のエンドポイント信号は、例えばエンドポイント変移を備え、該エンドポイント信号の明確な変化がエンドポイントを表す。さらに、第１のエンドポイント信号は光診断を使用して獲得された光信号を備え、該光診断は、検出器、光フィルタ、回折格子、プリズム、単色光分光器、分光計、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、及び電荷注入素子（ＣＩＤ）アレイの内の少なくとも１つを備える。
ステップ４３０では、第２のエンドポイント信号が測定される。該第２のエンドポイント信号は、例えばエンドポイント変移を備えることがあり、該エンドポイント信号の明確な変化がエンドポイントを表す。さらに、第２のエンドポイント信号は光診断を使用して獲得された光信号を備えてもよく、該光診断は、検出器、光フィルタ、回折格子、プリズム、単色光分光器、分光計、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、及び電荷注入素子（ＣＩＤ）アレイの内の少なくとも１つを備える。
ステップ４４０では、比率信号が、それぞれの瞬間に第１のエンドポイント信号及び第２のエンドポイント信号の比率から求められる。
ステップ４５０では、微分信号が微分フィルタを適用することによって比率信号から求められ、微分フィルタはＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタを備える。該Ｓａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタの適用は、フィルタウィンドウ幅及び多項式オーダーを設定することをさらに備える。さらに、該フィルタウィンドウ幅は、データストリーム長の一部分、つまりデータストリームの中の獲得されたデータポイントの数の０．０１％から５％を表す場合がある。さらに、例えば、多項式オーダーは１から４の範囲となり、望ましくは多項式オーダーは単一である。
ステップ４６０では、処理のエンドポイントは微分信号から求められ、微分信号はエンドポイント変移を備える。例えば、エンドポイントは、前述されたように、エンドポイント変移の開始時間、エンドポイント変移の終了時間、及びエンドポイント変移の変曲時間で求めることができる。
代わりにステップ４２０及び４３０では、第１のエンドポイント信号及び第２のエンドポイント信号が、移動平均、有限インパルス応答フィルタ、及びＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタの少なくとも１つを使用してフィルタリングできる。
本発明の特定の例示的な実施形態だけが前記に詳細に説明されてきたが、当業者は、多くの変形が本発明の新規の教示及び利点から著しく逸脱することなく、例示的な実施形態で可能であることを容易に理解するであろう。したがって、すべてのこのような変形は本発明の範囲内に含まれることが意図される。
本発明の実施形態に従ったプラズマ処理システムの簡略化されたブロック図である。 本発明の別の実施形態に従ったプラズマ処理システムの概略図である。 本発明の別の実施形態に従ったプラズマ処理システムの概略図である。 本発明の別の実施形態に従ったプラズマ処理システムの概略図である。 本発明の別の実施形態に従ったプラズマ処理システムの概略図である。 本発明の実施形態による例示的なエンドポイント信号を示す図である。 本発明の他の実施形態に従った例示的なエンドポイント信号を示す図である。 本発明の他の実施形態に従った例示的なエンドポイント信号を示す図である。 本発明の他の実施形態に従った例示的なエンドポイント信号を示す図である。 本発明の他の実施形態に従った例示的なエンドポイント信号を示す図である。 本発明の別の実施形態に従った例示的な未処理の、フィルタリングされたエンドポイント信号を示す図である。 本発明の別の実施形態に従った例示的な未処理の、フィルタリングされたエンドポイント信号を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ったエンドポイント信号に対するＳａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙ（ＳＧ）フィルタの適用を示す図である。 本発明の実施形態に従ってプラズマ処理システム内のエッチ処理のエンドポイントを決定する方法を提示する図である。 本発明の別の実施形態に従ったプラズマ処理システム内のエッチ処理のエンドポイントを決定する方法を提示する図である。

Claims (7)

  1. プラズマ処理のエンドポイントを検出するための方法であって、
    処理チャンバで前記プラズマ処理を開始することと、
    前記処理チャンバに存在する第１の化学的成分に対応する第１のエンドポイント信号の放射照度を測定するように光診断システムを使用することと、
    前記処理チャンバに存在する第２の化学的成分に対応する第２のエンドポイント信号の放射照度を測定するように光診断システムを使用することと、
    前記第１のエンドポイント信号と、前記第２のエンドポイント信号との比率から、エンドポイント変移を有している比率信号を決定することと、
    前記比率信号に、Ｓａｖｉｔｓｋｙ Ｇｏｌａｙフィルタを備えている微分フィルタを適用することにより、前記比率信号から微分信号を決定することと、
    前記微分信号から前記プラズマ処理のエンドポイントを決定するようにエンドポイント変移の第１の導関数の最大を計算するようにコントローラを使用することとを具備する方法。
  2. 前記第１のエンドポイント信号及び前記第２のエンドポイント信号のそれぞれは、前記プラズマ処理からの光信号を有している請求項１に記載の方法。
  3. 前記光信号のそれぞれは、前記プラズマ処理から発せられた光のスペクトル放射照度に関係づけられている請求項２に記載の方法。
  4. 前記光信号は、検出器、光フィルタ、回折格子、プリズム、単色光分光器、分光計、ＣＣＤアレイ、及びＣＩＤアレイのうちの少なくとも１つを有している光診断サブシステムを使用して測定される請求項２に記載の方法。
  5. 前記コントローラは、前記微分フィルタの係数をフィルタウィンドウ幅を各データポイントで中心合わせされるように設定し、前記ウィンドウに多項式を適合することによって計算することを備えている請求項１に記載の方法。
  6. 前記微分信号は、前記比率信号の第１の導関数、及び前記比率信号の第２の導関数のうちの少なくとも１つを有している請求項１に記載の方法。
  7. 前記エンドポイントを前記決定することは、前記エンドポイント変移の開始ポイント、前記エンドポイント変移の終了ポイント、または、前記エンドポイント変移の変曲ポイントを検査するようにコントローラを使用することを備えている請求項１に記載の方法。
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