JPH05506888A

JPH05506888A - 妨害の除去

Info

Publication number: JPH05506888A
Application number: JP91509995A
Authority: JP
Inventors: リトバック　ハーバート　イー．; リーチ　スティーブン　シー．; ロジャーズ　エドワード　ジー．
Original assignee: キシニックス　インコーポレイテッド
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1993-10-07
Also published as: WO1991018283A1; US5946082A; US5208644A; US5786886A; US5414504A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】の１］１Ω」し１溌ｌ［Ω」１１本発明は一般的には処理の進展を検知するための光学装置に使用するものであり、そのような処理に関連する信号を伝送してそのような信号を検出し、そのような信号からそのような処理をｌｌＪｍするための情報を引き出すものに関する。

さらに詳しく言えばこの発明はマイクロ電子装置の製造用であって、制限的な意味ではな（半導体装置とか、他の微細加工技術を含みそれらは反応物質、または製品、エツチングされるフィルム、またはそれらの組み合わせが光を発生する場合におけるドライエツチング処理過程の終点（エンドポイント）決定のための光学放射信号から、妨害を除去する発明に関連する。

フォトリソグラフィ技術は希望する回路パターンを半導体装置の表面に移植することを可能にしている。

これは通常フォトレジストフィルムをウェーハ上に設け、イメージングと現像処理プロセスを経てウェーハ上にパターンを形成する。

ウェーハはそれから現像処理工程によって形成されたパターン中でエツチングされる。ドライエツチングは、低い圧力の反応装置の中でマイクロサーキットフィルムの化学的な処理を行うものであって、種々のドライエンチング過程によって達成されドライエツチング過程は制限的な意味ではなくプラズマエッチ、反応イオンエッチ、イオンミリング、反応イオンエッチ。

イオンミーリング、反応イオンビームエッチ、マグネトロンエッチ、および流れエツチングを含んでいる。

４フツ化炭素や、その他のガスがプラズマ反応装置の中に導入され、高い周波数の放電がそれらのガスを反応イオンや分子の断片に返還するために用いられ、それらがエツチングされるべきフィルムと反応する。

エツチングステップにおいて、エツチングの進展をモニタし、エンドポイントを検知することが重要であって、エンドポイントとは下層の材質に達するかまたはエツチングされるべきフィルムが、除去されたかということである。このポイントはエンドポイントと言われているが、エツチングプロセスをエンドポイントを越えてしばらくの間行うことができ、そのようなものをオーバーエツチングという。

光学放射分光がプラズマエツチングシステムにおけるエンドポイントを検出するために現在用いられている。これはプラズマがある分子の種類を励起すると、それらにエツチングされている各々の種類の′ｖＦ＠、的な波長の光を放出することに基づいて可能である。光学モニターシステムにおいて、特定の波長のプラズマから放出される特定の波長の光が選択されて、例えばフォトダイオード、光電子増倍管２または検出器アレイのように光の強度を電気信号に変換する検出器に供給される。検出された生の信号の強さは、検出された光のレベルに関連しており、そして特殊な処理の反応精神に関連する波長を選択することにより、処理プロセスは特徴的な波長によって、またはすべての分光操作のすべての波長によって行われる。特にエツチングされている層の下側の層によって発生させられる放射に相当する波長を選択することにより、前記終点は前記層の到達を容易に検出することができる。エツチングされているフィルムが完全に下側の材料またはフィルムから取り除かれたときには、ガス層とフィルム上に化学的変化が現れる。

電気フィルムからの発生する種族はもはや現れな（なり、ある反応物質がそれらがもはや反応によって消費されないことにより、増加する。

これらの化学的変化は光学的放射強度の変化として、現れる。かくして適当な放射特徴を連続的に観察し、適当な放射の特徴すなわち反応物質またはエッチ反応の生成物または放射強度の変化のような適当な放射の特徴を連続的に観察することにより、エツチングされるべきフィルムが除去されて、下層の材質またはフィルムにエツチング機能が到達したこと、またはエンドポイントの信号が現れる。

エンドポイントを知らせる信号である放射強度の変化は反応材料の放射の増強または生成物の現象、または他の反応の放射の存在として現れる。

しかしながらあるプロセスにおいては、光学放射信号の変化はモニタされ、エンドポイントの検出のためには小さくて検出困難である場合がある。エンドポイントにおける信号または信号の変化が非常に小さい場合には、妨害信号が信号または信号の変化を不明確にしエンドポイントの観察を妨げるか、または誤ったエンドポイントを読み取らせることになる。妨害は幾つかの原因から発生するものであり、これらは制限的な意味ではなくて、下記のものを含んでいる：（１）妨害に関連するプロセスとして、当然のことではあるがプラズマの化学的な撹乱に原因し、それらはプラズマのゆらぎ、または信号ドリフトとして明らかに知られており；（２）装置に原因する変動要因、それらはそのプロセスを制御する操作者の行為に原因するものであり、制御ループとか同じような活動であって、それらが通常のエツチングマシーンが流れを安定させたり、圧力、出力、温度、またはその他の可変要素を制御するために固有に存在しているものである；（３）ある種のプラズマエッチ装置の動作において、プラズマの密度が外部の磁界の変動によって周期的に変化に導かれるとか、高周波プラズマ装置または他の手段の高周波電力が変調されることによるなどの周期的な変動がある。これらの機械は低い周波数で典型的には０．１から１００ヘルツの低い周波数で生成され、各室においてプラズマの周期的な変調が見られる。

プラズマエツチング装置においてそのような変調は周期的な光学放射信号の振動として、およびエンドポイントにおける比較的小さい放射の変化を打ち消すために、十分な大きさで現れる。

そのようなシステムにおけるエンドポイントの検出、またはプラズマ処理または光学放射の計測に基づく過程の診断の他の障害はスペクトル走査の上に重ねられる信号対波長の振動であり、すなわちプラズマ放射の信号対波長である。

（４）モニタされている波長の近くの種族からプラズマは放出する。

前述したすべての妨害は広帯域の性質、すなわち多くの分光波長領域において発生するものである。ある程度、以下のことが正しいと考えることができる。すなわち２つの異なった波長領域において測定された放射強度は部分的に関連づけられるであろう。両方の波長領域において共通して現れる強度のゆらぎがあり、それらはプラズマの共通の乱れに原因するものである。

このような相関性は２またはそれ以上の波長と強度の組み合わせを同時に行うことによって障害除去のための手段媒体を提供する。

本発明の主たる目的はエツチングプロセスをモニタしてプラズマエツチング室内におけるエンドポイントを決定する方法において、検出され観察されるべき変化を示す信号を曖昧にする妨害が存在するエツチング室内におけるエツチング過程をモニタしてエンドポイントを検出する方法を提供することである０本発明のさらに他の目的は周期的に低い周波数で発生するプラズマ変調が存在するなかで、プラズマ中におけるプロセスをモニタしてエンドポイントを検出することである０本発明のさらに他の目的は、エンドポイントにおける光学的な放射がプラズマのゆらぎによる信号に比べて比較的小さい状況において光学的な放射分光を用いてエンドポイントを検出する方法および装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、プラズマ放射からの異なった波長の信号を分析して、互いに相関性を持つものを分離して、無関係な部分と対象づける方法および装置。

本発明のさらに付加的な目的は、モニタされる波長の近くで発生する他の種族の障害となる放射の存在下におけるプロセスの監視をすることである。

光学放射分光は選択された波長領域における放射強度の変化を検出し観測することである。理想的には放射強度の変化は信号から分離された源から現れる。しかしながら、現実に多くの原因がそのような変化に寄与している。これらは以下のように大きく特徴づけられる：（１）ランダム雑音であって、いずれも電気的な雑音であらて、通常良く設計された装置においては極めて低いレベルのものであり、ショットノイズは光の信号を電気的な信号に変換する過程において本来的に現れるものである。

Ｃ）関連性を持つゆらぎであって、それは強度のドリフト、すなわち前述したように２またはそれ以上の波長領域において同時に現れる。

（３）プラズマの周期的な変調；および（７Ｌ）ウェーハまたは基盤の表面からフィルムを除去するとことに原因する強度の変化、すなわちエンドポイント。

エンドポイントにおいて発生する変化は明白にわれわれが決定したいのであるがそのような変化は一般的に前記（Ｉ）、（２）および（３）で述べた妨害によって曖昧にされる。

この発明の実施において、段々雑音の電子的な部分は良好な電気的設計とによって極小にされ、ショットノイズ部分は大量の光をエツチング容器から集めることによって極小化される。

関連する変動に原因する強度の変化は、２またはそれ以上の波長を同時に観測することによって極小化させられ、それらのゆらぎが通常存在するのであるが、それらの内のあるものは、エンドポイントの強度変化の中に現れる。２つのチャンネル、例えばチャンネルＢからチャンネルＡを単に減産することによって、共通のまたは関連する強度の変化が除去され、エンドポイントの強度変化のみが残されるというアルゴリズムがあり、その現存するエンドポイント検出アルゴリズム用いてエンドポイントを検出する。

米国特許４，３１２，７３２は“プラズマ放射処理操作の光学モニタのための方法”デーゲンコルブ等に与えられており、そこに参照されている文献はプラズマ放電の光学的な放射の基礎的な概念を教示している。

Ｕ皇！Ｌ本発明は、放射分光を用いることによって、同時に２またはそれ以上の選択された波長を同時に注目しそれらの波長領域からの信号を結合して結果の信号を得てプラズマの乱れ、そのような信号のゆらぎの効果を極小化するアルゴリズムを用いることにより、プラズマエツチング装置における光学放射信号からの妨害を除去する方法を教示している。

本発明を実行するあたり、ランダムノイズの電子的な部分は除去されるかまたは良い電気的な設計によって極小化されておりシッットノイズの部分はエツチング容器中から大量の光を集めることによって極小化されている。

関連する相関性を持つゆらぎに原因する強度の変化は、そのような変化を、エンドポイント検出の場合を除き、体験する２つまたはそれ以上の波長を同時に観測することによって除去されるかまたは極小消化される。あるアルゴリズムにより両方のチャンネル、チャンネルＡからチャンネルＢへ単に引き算することにより、共通のまたは関連性をもつ強度の変化を除去してわれわれが現存するエンドポイント検出アルゴリズムによって検出すべきエンドポイントの強度変化だけを残す。

一般的に見てエンドポイント信号検出のモニタにおいて、２つの波長領域を観察すること自体は新規なものではないが、しかしながら２つの波長を用いることは、今後プラズマ室において信号の変化が非常に少なく、例えば露出されたフィルムエリアが５％以下であるような場合においては、エンドポイント検出を改善するには適当でないと考えられる。

現場の人達がそのようなアプローチが不適当であるとする理由はニジジットノイズまたは電気的なノイズがそのような関連する信号を不明確にしていること、２つの検出器が実質的に同じ場所を見ているということが認識されていないという臨界的な問題および他の波長が関連するゆらぎを示していると言う認識に欠けることにある。

上述した結果により、発生源のゆらぎの除去または減少の目的で他の波長を見て、信号対雑音比を増強させるという意味を示していない。

われわれは、関連する信号は適当なレンズを用いて集められる光の量を増加し、ディジタル処理をすることにより、相関性を持つ信号が検出されることおよび２つまたは光ファイバ束であって、個々の束のそれぞれが互いに隣接して交互に配列されるようにした光ファイバを用いることによって、光の質を向上させることを見いだした。メディアンフィルタリングのようなディジタル処理はリニアフィルタリングよりもランダムノイズを減少させるであろうし、集められる光を同化させることの組み合わせにおいて、適当なレンズを用いることによって集められる光の量を増加させることとの組み合わせによって、シッットノイズ相対値を下降させる。光ファイバ束の個々のファイバのシステム的な配列は、同時に継続している出願“光収集方法および装置”であって、この出願と同時に出願された両方のチャンネルが同じターゲット領域を観察することを可能にしている。同じターゲットを見るという概念は基礎的なものであると思われるが、われわれはファイバ束が隣接しておかれており、ファイバが本発明で交互に配列されているものは、ターゲットを見るという観点から十分に異なったものであって、相関性は無しとされてしまって、以前には有効な診断・ンールと見なされていなかった。

本発明の他の重要な要素は、関連する相関性の信号は相関性を持たない信号より、全体のスペクトラムではなくて特定の波長領域を観測することに−よって分離されるということである０本発明のさらに重要な特徴は従前はノイズとして特徴付けられたもののなかに、エンドポイントの過程の進展に関連する部分が存在するという認識を得たことである。われわれの議論のためにわれわれがノイズとして言及するものは、われわれはエンドポイント過程に関連しない信号部分を意味しそしてそれらは好ましくないものを指す。

プラズマ変調を用いるある種の特殊な過程において考慮されなければならない他の信号要素が存在する。

その要素はプラズマ変調に関連する信号部分であって、それは通常はその過程において発生しないものである。

われわれの目的を達成するために、プラズマ変調信号によって引き起こされる部分の信号は同様に処理されるか除去されるかしなければならない。

最後に他のもう１つの不明確な要素は信号のドリフトである。再度もし雑音とプラズマのゆらぎが勘定に入れられて、信号のドリフトが考慮されなければ、望まれる発展とエンドポイント検出はそれらが信号の中に存在していても明確にならない。

要するに、エンドポイントと処理の展開を示す信号がプラズマエッチ室内において、非常に小さいのでそれらは生の信号の中において非常に小さく中の信号というのはランダムノイズと相関性を持つゆらぎと周期的な変調と処理過程に関連する信号から構成されているものである。われわれはさらにプラズマ変調の周期的な変調の効果はプラズマ変調サイクルの積み重ねられた回数中において、光学的放射信号を平均することによって除去できることを見いだした。この処理によって、信号は変調されない信号に効果的に変換される。

われわれはさらにプロセスに関連する信号が、同時に２またはそれ以上の選択された波長領域を観察することにより、そして適当なアルゴリズムを各波長における強度変化の組み合わせに適用することにより除去し、相関するゆらぎの大部分を減少させることができることを見いだした。

の　な−゛図１は本発明による装置の略図である。

図２は２チヤンネルシステムのチャンネルＡにおける信号対時間経過のグラフである。

図３は２チヤンネルシステムにおけるチャンネルＢの信号の時間変化を示すグラフである。

図４は図２と図３の信号をあるアルゴリズムによって結合することにより、導き出される結果の曲線を示すグラフである。

の　な本発明はエンドポイントを検出し、プラズマまたはプロセスの進展をドライエツチングプロセスであって、光学的放射の信号障害がある場合における光学的観察システムの改良にある。

本発明において信号対雑音域は極大化され、妨害が次のステップによって極小化される：（ａ）分離されたチャンネルにおいて２またはそれ以上の電気信号を測定し；（ｂ）前記分離されたチャンネルからの電気信号を正規化する。

（ｃ）前記信号をランダムノイズ、相関性を持つゆらぎおよびドライプロセス観察信号に分析する；（ｄ）プロセスモニタ信号中の信号対ランダム雑音比を極大化する；および（ｅ）分離されているチャンネルからの相関性のあるゆらぎの不明確とされる効果をある論理によって極小化する。

結果の信号はもはやランダムノイズとか相関性を持つゆらぎによって不明確にされない。

図１を参照すると、ドライエツチング反応器に放出された光４の光源であり、それは光ファイバ束６に伝達される。光ファイバ束６は複数のチャンネル８に分離される。この実施例においては２つのチャンネルがしめされているが、必要があればそれ以上のものを使用することができる。チャンネル８は光を同じ源から集めて、そしてそれを分離されている光操作センサ１０に送り、光センサ１０はその光信号を電気信号に変換し、その電気信号は制御ユニット１２において処理され制御ユニットはエンドポイント制御検出装置として用いられる。

前述したようにエンドポイント検出は障害によってマスクされるのであるが、その障害がエンドポイント信号よりも大きい障害によってマスクされ、プラズマのゆらぎによって周期的であるか偶発的なものになっている。本発明における改善はこれらの条件下において非常に有効である。

僅かな信号変化が高いレベルの妨害によってマスクされる工程において、われわれは２またはそれ以上のファイバ束を複数の波長領域において用いること、複数の領域においてファイバを異なる光ファイバ束に分けて用いることが、ファイバ束において非常に有効である。エンドポイント検出に有効であるということを見い出した。しかしながら、それは異なったファイバ束をほぼ同じ位置に交互に配置するのではなく、今後は光ファイバ束を折り込むようにして用いるのである。

特に、エンドポイント信号が妨害に対して非常に小さい場合においては、複数の波長検出器が同じ領域を見るということが決定的に重要である。われわれは光ファイバ束の折り込みが各バンドからの光が実質的に同じ源から来ているものであることを確実にしている。

妨害が低い周波数の変調において周期的に変わる。

例えば、プラズマエツチング装置によって意図的に提供されるような場合においては、われわれは任意の波長領域においてプラズマ変調の回数を積真することによって、モニタリングプロセスとエンドポイント検出機関における改良ができることを発見した。

複数の信号が検出された場合にわれわれは、それらを適当なアルゴリズムを用いることにより、周期的なプラズマ変調妨害だけではなく、さらにプラズマの乱れとかゆらぎ、例えばウェーハホールダの回転に起因するものを極小化することを見いだした。異なる光学放射チャンネル（チャンネルＡとチャンネルＢ）を用いるシステムにおいて、結果のアルゴリズムＡ−（ＮｘＢ）、Ａ／　（ＮｘＢ）ここにおいてＮは調節可能なスケーリングパラメータの定数であって、ＳＮ比を極小にするために結果として入れられる信号のＳＮ比を最小にするために調節して、エンドポイントを有効に表すために用いられるものであって、それはそのエンドポイントというものは個々の信号においてはマスクされているというものであるが、これらのアルゴリズムは同一のアルゴリズムである。

本発明の他の要素は各々のチャンネルの信号レベルを最小基準値に対して正規化することである。

本発明のこの実施形態においては、共通の最小信号レベルは経験的に決定されるものであり、電子的な自動利得制御回路またはその他の手段によって、各チャンネルについて別々にその参照信号に対して荒く調節さる０周期的な変調を持つ過程においては集積された平均化が行われる。このステップは微細に調整されたソフトウェアのスケーリングによって、精密に各チャンネルの各々のエッチの初めに調節される。

われわれは主としてエツチング装置の変調による妨害の原因について議論をしたが、信号中のゆらぎ、がそれらが種々の源から発生して妨害となることを示している。

一括処理の場合においては大量のウェーハを回転テーブルの上にのせるのであるが、信号が特定のウェーハの相対的な光の窓に従属する。これに加えるに半導体の製造過程において、例えばトラッキングシステム。

各々のウェーハを回転させるのが最も普通に行われることである。そのようなシステムにおいて、信号はその回転によって発生する０本発明はそのようなすべての状況から発生する妨害に対しても有効である。

この発明の実施例において、１つの半導体ウェーハはシリコン基板の上に薄い（はぼ５００ｎｍ）のシリコン酸化物フィルムで覆われており、フォトレジストマスクを用いることによってほぼ２〜３％の露出させた領域がプラズマエラチャによって形成される。エラチャにおいて、シリコンダイオードフィルムの中に小さな接触用の孔を形成する目的でなされるものである。

プラズマエラチャによって、エツチング中に発生する光はエンドポイント制御装置、例えばキシニックモデル１２００であって、複数の波長領域を観測する能力を備えるものによって、観測される。１つの波長は例えば４８３ｎＩＩ（チャンネルＡ）であって、これは−酸化炭素分子の光学放射に対応するものであり、それは処理のエンドポイントを検出するために観測されており、露出されたシリコン酸化物のフィルムが除去された点において、エツチングが基盤に達したときにエンドポイントを観察するために用いられる。前記−酸化炭素の放射はこの点において減少するので、その理由はフィルムがなくなってしまうと、−酸化炭素を形成するための室内の酸素が減少するからである。第二の光の波長はすなわち４８５ｎ＋＊（チャンネルＢ）であり、エツチングの過程において同時に観察され、背景または妨害修正用チャンネルとして用いられる。

Ａ、−（ＮＸＢ）の形の結合された信号、ここにおいてＡとＢはチャンネルＡとチャンネルＢのそれぞれの信号の強度であり、Ｎは調節可能な要素であり、膚型的にはほぼ１であるが、その式がエンドポイントを決定するために式からの結合された信号が用いられる。

図２はチャンネルＡのエツチング期間における信号の変化を示すデータである。

図３はチャンネルＢからのエツチング期間中のデータを示している。いずれのチャンネルもエンドポイントを示す明確に規定された信号を示しておらず、各々のチャンネルのデータは全体において緩い下降方向の信号ドリフトを含んでおり、同様に短い時間の信号のゆらぎを含んでいる。

図４はＡ−（ＮＸＢ）のアルゴリズムであって、Ｎ＝１．０の場合に、導き出された結果の直線を示している。図３のスケールは図１と図２に対してほぼ３倍はど拡大させられている。信号の効果はほぼ１：２０に始まり、終わりはほぼ３：２０であり、これは良く定義されたエンドポイントカーブを規定しており、これはエンドポイント検出器の傾斜検出ソフトウェアによって、容易に認識できる。

前記アルゴリズムは効果的に妨害を除去して真のエンドポイントカーブを表している。ひとたびエンドポイントが検出されると、前記装置は制御信号を送出してエラチャにエツチングの終了をさせるかプロセスの変換を開始させる。

（％）（％）（％）、！−」１−１− 光学的放射から変換された電気信号を不明確にするランダム雑音と相関性をもつゆらぎによる妨害を極小化する改良された方法である。

特に、マイクロ電子装置の製造におけるドライエツチングプロセスにおいて、ランダム雑音、相関性をもつゆらぎおよびプラズマの周期的な変調の存在する中から導かれるれ信号とランダム雑音の比を最大にし、相関性をもつゆらぎによる不明確化の程度を極小にすることにより、エンドポイント決定時の光学的放射からの妨害を除去する改良された方法を示している。

国際調査報告ｍ　Ａ＋＋１＋−ＩＩＩｓ灯／ＵＳ９１１０３５１８

Claims

【特許請求の範囲】

１．光学放射を検出する方法であって放射光を測定可能▽な電気信号に変換し，微細加工のためのドライエッチ工程をモニタするものであり，妨害を極小化するための改善された方法であって：（ａ）２またはそれ以上の波長の領域において、分離されたチャンネル中の電気信号を測定するステップと、（ｂ）チャンネルからの分離された電気的信号を分離し正規化させるステップと、（ｃ）電気的信号をランダムノイズ，相関性を持つゆらぎおよびドライプロセスモニタ信号に分析するステップと、（ｄ）プロセスモニタリング信号において信号とランダムノイズの比を最大にするステップと、（ｅ）アルゴリズムを用いて分離されたチャンネルからの相関性を持つゆらぎの不確かな効果を極小化するステップと、を含み、よって得ちれた信号をランダムノイズまたは相関性を持つゆらぎから妨げられられないものとする妨害を極小化する方法。
２．請求項１記載の方法において、前記チャンネルの分離は２またはそれ以上の組のファイバを持つファイバ束である妨害を極小化する方法。
３．請求項２記載の方法において、前記ファイバのセットは各々のファイバ束の領域の偏りを極小化するために混ぜられている妨害を極小化する方法。
４．請求項１記載の方法において、前記ドライエッチプロセスはプラズマエッチであって、それは周期的なプラズマ変調を含んでいる妨害を極小化する方法。
５．請求項４記載の方法において、前記チャンネルの分離はファイバ束は２または３以上の光ファイバを持つことによって行われる妨害を極小化する方法。
６．請求項４記載の方法において、前記ファイバは各々のファイバ束の偏りを無くするために混ぜられている妨害を極小化する方法。
７．請求項１記載の方法において、前記エッチングのために露出されるフィルム領域は５％以内である妨害を極小化する方法。
８．請求項１記載の方法において、前記デジタル処理がランダムノイズ比を極大化するために用いられている妨害を極小化する方法。
９．請求項１記載の方法において、前記生の処理されていない測定可能な電気信号はノイズ部分を持っていて、その部分の中に有効な結果の信号が生の信号のそのようなノイズ部分に含まれている妨害を極小化する方法。
１０．請求項１記載の方法において、前記妨害は周期的に低い周波数の変調によって変わるものであり、前記分離された電気的な信号は選択された信号によってある加算されたプラズマモジュレーションのサイクルだけで平均化される妨害を極小化する方法。