JPH1074674A - エッチング均一性測定法及び装置 - Google Patents
エッチング均一性測定法及び装置Info
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- JPH1074674A JPH1074674A JP9181341A JP18134197A JPH1074674A JP H1074674 A JPH1074674 A JP H1074674A JP 9181341 A JP9181341 A JP 9181341A JP 18134197 A JP18134197 A JP 18134197A JP H1074674 A JPH1074674 A JP H1074674A
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- H01J37/32972—Spectral analysis
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 直接且つインシチュウにエッチング均一性を
測定する。 【解決手段】 エッチレイトモニタシステムにより得ら
れた発光分光(OES)データを解析する。本発明で
は、OESデータが取得されれば、このOESデータの
1次導関数を計算する。エッチング終点に到達したとき
や変曲点に至ったとき等、OESデータが所定のトリガ
の基準に適合したときには、本発明では、この1次導関
数の値を特定の均一性の値に相関させる。この相関の操
作は、検索表や相関(補間)方程式によって行うことが
できる。
測定する。 【解決手段】 エッチレイトモニタシステムにより得ら
れた発光分光(OES)データを解析する。本発明で
は、OESデータが取得されれば、このOESデータの
1次導関数を計算する。エッチング終点に到達したとき
や変曲点に至ったとき等、OESデータが所定のトリガ
の基準に適合したときには、本発明では、この1次導関
数の値を特定の均一性の値に相関させる。この相関の操
作は、検索表や相関(補間)方程式によって行うことが
できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの
「ドライ」エッチングを行う半導体ウエハ処理システム
に関する。更に具体的には、本発明は、半導体ウエハが
半導体処理システムによりエッチングされる際の半導体
ウエハのエッチング均一性をインシチュウ(in situ)で
測定するための方法及び装置に関する。
「ドライ」エッチングを行う半導体ウエハ処理システム
に関する。更に具体的には、本発明は、半導体ウエハが
半導体処理システムによりエッチングされる際の半導体
ウエハのエッチング均一性をインシチュウ(in situ)で
測定するための方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハの「ドライ」エッチングを
行うための半導体処理システムでは通常、エッチングプ
ロセスの均一性を決めるためには、後処理解析に頼って
いる。この後処理解析の技術を用いるためには、複数の
ウエハをエッチングした後、このエッチングにより除去
された材料の量を深さ測定装置を用いて測定するが、こ
の深さ測定装置は、透過性の膜に対してはインターフェ
ロメータ(interferometer)等があり、非透過性の膜に対
してはプロファイロメータ(profilometer)等がある。こ
のような測定装置いより、ウエハ表面上の様々な地点で
エッチングの結果を測定する。このとき、相対深さが各
地点におけるエッチング均一性の指示値である。このよ
うなウエハ後処理は高価であり、エッチングプロセスに
より得られる均一性が満足なものになる前に多数のウエ
ハを消費してしまう。
行うための半導体処理システムでは通常、エッチングプ
ロセスの均一性を決めるためには、後処理解析に頼って
いる。この後処理解析の技術を用いるためには、複数の
ウエハをエッチングした後、このエッチングにより除去
された材料の量を深さ測定装置を用いて測定するが、こ
の深さ測定装置は、透過性の膜に対してはインターフェ
ロメータ(interferometer)等があり、非透過性の膜に対
してはプロファイロメータ(profilometer)等がある。こ
のような測定装置いより、ウエハ表面上の様々な地点で
エッチングの結果を測定する。このとき、相対深さが各
地点におけるエッチング均一性の指示値である。このよ
うなウエハ後処理は高価であり、エッチングプロセスに
より得られる均一性が満足なものになる前に多数のウエ
ハを消費してしまう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術には、発光分
光を利用して、エッチングプロセスが進行するときのプ
ラズマからの発光をモニタする、インシチュウエッチン
グ均一性測定システムを開発することにより、よい結果
を得たこともあった。このようなシステムは、1994
年11月8日発行の、米国特許第5,362,356号
に記載されている。この米国特許では、干渉現象に基づ
き、プラズマエッチング(又は堆積)中の膜の除去(又
は堆積)をモニタする受動的な方法を開示する。このシ
ステムでは、発光装置を付加することなく、選択された
波長におけるプラズマ発光の強度をモニタし、また、プ
ラズマ発光強度の変動を、残っている膜厚、エッチレイ
ト(エッチング速度)、エッチング均一性及びエッチン
グ選択比と相関させる。しかし、エッチングしようとす
るウエハに対する均一性を求めるためには、上記の米国
特許では、エッチングプロセス中の任意の地点における
均一性を予測するためには、エッチレイトとウエハ膜の
厚さに関してある仮定をおかなければならない。このよ
うな仮定をおくことは、誤差を生じさせる傾向がある。
光を利用して、エッチングプロセスが進行するときのプ
ラズマからの発光をモニタする、インシチュウエッチン
グ均一性測定システムを開発することにより、よい結果
を得たこともあった。このようなシステムは、1994
年11月8日発行の、米国特許第5,362,356号
に記載されている。この米国特許では、干渉現象に基づ
き、プラズマエッチング(又は堆積)中の膜の除去(又
は堆積)をモニタする受動的な方法を開示する。このシ
ステムでは、発光装置を付加することなく、選択された
波長におけるプラズマ発光の強度をモニタし、また、プ
ラズマ発光強度の変動を、残っている膜厚、エッチレイ
ト(エッチング速度)、エッチング均一性及びエッチン
グ選択比と相関させる。しかし、エッチングしようとす
るウエハに対する均一性を求めるためには、上記の米国
特許では、エッチングプロセス中の任意の地点における
均一性を予測するためには、エッチレイトとウエハ膜の
厚さに関してある仮定をおかなければならない。このよ
うな仮定をおくことは、誤差を生じさせる傾向がある。
【0004】従って、従来から、エッチング均一性をイ
ンシチュウで測定するための方法及び装置に対する要請
がある。
ンシチュウで測定するための方法及び装置に対する要請
がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この従来技術に係る不利
益は、本発明の、エッチング均一性を直接且つインシチ
ュウに測定する方法及び装置によって克服される。具体
的には、本発明では、エッチレイトモニタシステムによ
り得られた発光分光(OES:optical emission spect
roscopy)データを解析する。本発明では、OESデー
タが取得されれば、このOESデータの1次導関数(the
first derivative)を計算する。エッチング終点に到達
したときや変曲点に至ったとき等、OESデータが所定
のトリガの基準値(例えば、トリガポイント)に適合し
たときには、本発明では、この1次導関数の値を特定の
均一性の値に相関させる。この相関の操作は、検索表や
相関方程式ないし補間方程式によって行うことができ
る。検索表や相関方程式は、実験データを用いて予測さ
れる。次いで、本発明では、均一性の値を表示し、且つ
/又は、この均一性の値に何らかの方法で応答する。本
発明は、この直接的なインシチュウの測定技術を用い
て、エッチングの均一性を実際に予測することが見出さ
れた。このように、大がかりな後処理の必要がなくな
り、エッチングプロセスの実施に関連するコストが実質
的に低減する。
益は、本発明の、エッチング均一性を直接且つインシチ
ュウに測定する方法及び装置によって克服される。具体
的には、本発明では、エッチレイトモニタシステムによ
り得られた発光分光(OES:optical emission spect
roscopy)データを解析する。本発明では、OESデー
タが取得されれば、このOESデータの1次導関数(the
first derivative)を計算する。エッチング終点に到達
したときや変曲点に至ったとき等、OESデータが所定
のトリガの基準値(例えば、トリガポイント)に適合し
たときには、本発明では、この1次導関数の値を特定の
均一性の値に相関させる。この相関の操作は、検索表や
相関方程式ないし補間方程式によって行うことができ
る。検索表や相関方程式は、実験データを用いて予測さ
れる。次いで、本発明では、均一性の値を表示し、且つ
/又は、この均一性の値に何らかの方法で応答する。本
発明は、この直接的なインシチュウの測定技術を用い
て、エッチングの均一性を実際に予測することが見出さ
れた。このように、大がかりな後処理の必要がなくな
り、エッチングプロセスの実施に関連するコストが実質
的に低減する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体ウエハ処理シス
テムにおける半導体ウエハのエッチング均一性を直接且
つインシチュウ(in situ)に測定するための方法と装置
である。本発明では、エッチングシステム(例えば、ア
プライドマテリアルズ社製Model PE5000)内で基板を処
理する際に収集した発光分光(OES)データを解析す
る。OESデータの収集は、正確なOESデータを提供
するあらゆるタイプのインシチュウ測定機器で行うこと
ができる。このようなシステムには、例えば、アプライ
ドマテリアルズ社製のModel PE5000 のための統合型発
光終点モジュールとしての、OES終点システムが挙げ
られる。データ獲得用としてここではOESシステムを
例示しているが、本発明では、エッチングプロセスの進
行を示すものであれば、あらゆるシステムを用いること
ができ、例えば、干渉測定システムなどである。本発明
の開示の内容について簡単にするため、以下の説明を、
OESシステムにおける操作に適用させることとする。
この開示内容から、当業者は、他のエッチングプロセス
モニタシステムの態様においても本発明を適用させるこ
とができるものである。
テムにおける半導体ウエハのエッチング均一性を直接且
つインシチュウ(in situ)に測定するための方法と装置
である。本発明では、エッチングシステム(例えば、ア
プライドマテリアルズ社製Model PE5000)内で基板を処
理する際に収集した発光分光(OES)データを解析す
る。OESデータの収集は、正確なOESデータを提供
するあらゆるタイプのインシチュウ測定機器で行うこと
ができる。このようなシステムには、例えば、アプライ
ドマテリアルズ社製のModel PE5000 のための統合型発
光終点モジュールとしての、OES終点システムが挙げ
られる。データ獲得用としてここではOESシステムを
例示しているが、本発明では、エッチングプロセスの進
行を示すものであれば、あらゆるシステムを用いること
ができ、例えば、干渉測定システムなどである。本発明
の開示の内容について簡単にするため、以下の説明を、
OESシステムにおける操作に適用させることとする。
この開示内容から、当業者は、他のエッチングプロセス
モニタシステムの態様においても本発明を適用させるこ
とができるものである。
【0007】図1は、OESシステム100のブロック
線図であり、このOESシステムは、発光終点検出シス
テムとして知られるものである。このハードウェアシス
テムは、従来より終点検出に用いられているものであ
り、モノクロメータモジュール110は、プロセスチャ
ンバ102内のプラズマからの発光の特定の波長をモニ
タして、データを収集する。モニタ中の波長で発光強度
が大きく変化したときは、エッチングプロセスの終点で
あることを示している。典型的な終点検出システムは、
1994年11月8日発行の米国特許第5,362,3
56号に開示されている。特定の波長の発光(例えば、
4835オングストロームでの一酸化炭素の発光ライ
ン)を、エッチングプロセス中の発光強度として更に処
理し解析することにより、エッチングプロセスの均一性
が示される。本発明はコンピュータシステムのソフトウ
ェアで実行され、OESデータを処理し解析して、ウエ
ハ表面全体に対するエッチング均一性を推測する。
線図であり、このOESシステムは、発光終点検出シス
テムとして知られるものである。このハードウェアシス
テムは、従来より終点検出に用いられているものであ
り、モノクロメータモジュール110は、プロセスチャ
ンバ102内のプラズマからの発光の特定の波長をモニ
タして、データを収集する。モニタ中の波長で発光強度
が大きく変化したときは、エッチングプロセスの終点で
あることを示している。典型的な終点検出システムは、
1994年11月8日発行の米国特許第5,362,3
56号に開示されている。特定の波長の発光(例えば、
4835オングストロームでの一酸化炭素の発光ライ
ン)を、エッチングプロセス中の発光強度として更に処
理し解析することにより、エッチングプロセスの均一性
が示される。本発明はコンピュータシステムのソフトウ
ェアで実行され、OESデータを処理し解析して、ウエ
ハ表面全体に対するエッチング均一性を推測する。
【0008】具体的には、例えば、光ファイバケーブル
103により統合型発光終点検出モジュール101に接
続されるPE5000エッチングシステム100のプロセスチ
ャンバが図1に示される。この統合型発光終点モジュー
ルは、モノクロメータモジュール110と、コントロー
ラ電子回路118と、コンピュータシステム122とを
有している。モノクロメータモジュールは更に、モノク
ロメータ104と、モノクロメータの波長選択を制御す
るステッパモータ112と、モノクロメータを校正ない
し検量する検量ランプ114と、フォトマルチプライヤ
チューブ(光電子倍増管)106と、高圧電源108
と、モノクロメータインターフェースボード116とを
有している。動作に際しては、プロセスチャンバ102
内のプラズマにより発せられた光は光ファイバ103を
介してモノクロメータに結合される。モノクロメータ
は、光ファイバ103により運ばれてきた光子を電子に
変換する。この電子は、高圧電源108で駆動されるフ
ォトマルチプライヤチューブ106によって倍増され
る。フォトマルチプライヤチューブ106の出力は、モ
ノクロメータインターフェースボード116に結合す
る。
103により統合型発光終点検出モジュール101に接
続されるPE5000エッチングシステム100のプロセスチ
ャンバが図1に示される。この統合型発光終点モジュー
ルは、モノクロメータモジュール110と、コントロー
ラ電子回路118と、コンピュータシステム122とを
有している。モノクロメータモジュールは更に、モノク
ロメータ104と、モノクロメータの波長選択を制御す
るステッパモータ112と、モノクロメータを校正ない
し検量する検量ランプ114と、フォトマルチプライヤ
チューブ(光電子倍増管)106と、高圧電源108
と、モノクロメータインターフェースボード116とを
有している。動作に際しては、プロセスチャンバ102
内のプラズマにより発せられた光は光ファイバ103を
介してモノクロメータに結合される。モノクロメータ
は、光ファイバ103により運ばれてきた光子を電子に
変換する。この電子は、高圧電源108で駆動されるフ
ォトマルチプライヤチューブ106によって倍増され
る。フォトマルチプライヤチューブ106の出力は、モ
ノクロメータインターフェースボード116に結合す
る。
【0009】更に、モノクロメータインターフェース1
16は、処理のための特定の光波長を選択するステッパ
モータ112を制御する。特に、ステッパモータは、モ
ノクロメータ内部の干渉グリッド(図示せず)のポジシ
ョンを調節して、解析のための特定の光波長を選択す
る。検量ランプ114はモノクロメータに結合し、特定
の波長においてモノクロメータの検量ないし校正を行
う。
16は、処理のための特定の光波長を選択するステッパ
モータ112を制御する。特に、ステッパモータは、モ
ノクロメータ内部の干渉グリッド(図示せず)のポジシ
ョンを調節して、解析のための特定の光波長を選択す
る。検量ランプ114はモノクロメータに結合し、特定
の波長においてモノクロメータの検量ないし校正を行
う。
【0010】DB−25電気ケーブルにより、モノクロ
メータインターフェースボード116をコントローラ電
子回路118の中のコントローラインターフェースボー
ド120に接続する。
メータインターフェースボード116をコントローラ電
子回路118の中のコントローラインターフェースボー
ド120に接続する。
【0011】制御電子回路は、コンピュータバス(例え
ば、シリアルバス等)126を介してコンピュータシス
テム122に結合する。従来からの終点ソフトウェア1
28は、本発明のエッチング均一性導出ソフトウェア1
24及びコンピュータオペレーティングシステム130
と同じく、コンピュータシステム122の中に格納さ
れ、コンピュータシステム122によって実行される。
ば、シリアルバス等)126を介してコンピュータシス
テム122に結合する。従来からの終点ソフトウェア1
28は、本発明のエッチング均一性導出ソフトウェア1
24及びコンピュータオペレーティングシステム130
と同じく、コンピュータシステム122の中に格納さ
れ、コンピュータシステム122によって実行される。
【0012】前述の統合型発光終点モジュール101を
実行するためのハードウェアは、アプライドマテリアル
ズ社より入手可能である。例えば、光ファイバはアプラ
イドマテリアルズ社より部品番号0190−09134
番で、モノクロメータは部品番号0010−09935
番で、コントローラ電子回路は部品番号0240−10
475で、コンピュータシステムは部品番号0240−
32585番で、それぞれ入手可能である。
実行するためのハードウェアは、アプライドマテリアル
ズ社より入手可能である。例えば、光ファイバはアプラ
イドマテリアルズ社より部品番号0190−09134
番で、モノクロメータは部品番号0010−09935
番で、コントローラ電子回路は部品番号0240−10
475で、コンピュータシステムは部品番号0240−
32585番で、それぞれ入手可能である。
【0013】図2は、OESデータ解析、処理及びディ
スプレイを行うためのコンピュータシステム122の詳
細なブロック線図を例示する。具体的には、コンピュー
タ200は、中央処理ユニット(CPU)204と、サ
ポート回路206と、ランダムアクセスメモリ(RA
M)208と、リードオンリーメモリ(ROM)212
と、マスストレージデバイス214(例えばディスクデ
バイス)と、ディスプレイドライバ216とを有してい
る。更に、ユーザーは、1つ以上の入力デバイス(キー
ボード、マウス、トラックボール、タッチパッド等)2
20を介してコンピュータシステムに関与することがで
きる。また、コンピュータシステムは、コンピュータモ
ニタ等のディスプレイデバイス218上に、データ、様
々なグラフィカルインターフェースディスプレイ及び均
一性の値を示す。あるいは、コンピュータシステムはプ
リンタ等の他の出力デバイスと関与して、コンピュータ
モニタ上に現れるあらゆるディスプレイのハードコピー
を与えてもよい。
スプレイを行うためのコンピュータシステム122の詳
細なブロック線図を例示する。具体的には、コンピュー
タ200は、中央処理ユニット(CPU)204と、サ
ポート回路206と、ランダムアクセスメモリ(RA
M)208と、リードオンリーメモリ(ROM)212
と、マスストレージデバイス214(例えばディスクデ
バイス)と、ディスプレイドライバ216とを有してい
る。更に、ユーザーは、1つ以上の入力デバイス(キー
ボード、マウス、トラックボール、タッチパッド等)2
20を介してコンピュータシステムに関与することがで
きる。また、コンピュータシステムは、コンピュータモ
ニタ等のディスプレイデバイス218上に、データ、様
々なグラフィカルインターフェースディスプレイ及び均
一性の値を示す。あるいは、コンピュータシステムはプ
リンタ等の他の出力デバイスと関与して、コンピュータ
モニタ上に現れるあらゆるディスプレイのハードコピー
を与えてもよい。
【0014】コントローラインターフェースボード12
0は、モノクロメータモジュール110からのデータを
予め処理しており、モノクロメータモジュールとCPU
204の間のデータ転送を与える。
0は、モノクロメータモジュール110からのデータを
予め処理しており、モノクロメータモジュールとCPU
204の間のデータ転送を与える。
【0015】CPU240は、PowerPC 、Pentium 等そ
の他の広く入手可能な一般用途プロセッサである。Powe
rPC は、IBM社の商品名であり、Pentium はインテル
社の商品名である。本発明のソフトウェアは特定のプロ
セッサでなければ実行できないということはないため、
本発明を実行するルーティンは、あらゆるタイプのプロ
セッサにより、あるいは、パラレルプロセッシングコン
ピュータの環境においてあらゆるタイプのプロセッサの
組み合わせにより、実行することが可能である。ここに
説明する本発明の本具体例では、インテル社の Pentium
によって実行する。
の他の広く入手可能な一般用途プロセッサである。Powe
rPC は、IBM社の商品名であり、Pentium はインテル
社の商品名である。本発明のソフトウェアは特定のプロ
セッサでなければ実行できないということはないため、
本発明を実行するルーティンは、あらゆるタイプのプロ
セッサにより、あるいは、パラレルプロセッシングコン
ピュータの環境においてあらゆるタイプのプロセッサの
組み合わせにより、実行することが可能である。ここに
説明する本発明の本具体例では、インテル社の Pentium
によって実行する。
【0016】CPU240は、RAM208、ROM2
12、保存デバイス214や、サポート回路(コプロセ
ッサ、クロック回路、キャッシュ、パワーサプライその
他の周知の回路)等の他の様々な回路と協働して動作す
る。一般用途コンピュータに含まれる種々のコンピュー
タ要素の動作とこれらの間の相互関係は、従来技術でよ
く知られており、更に説明を必要としないだろう。ディ
スプレイドライバ216は、出力デバイス218の要求
により、ビデオカード、プリンタドライバ、又はその他
の共通ドライバソフトウェア又はハードウェアであって
もよい。
12、保存デバイス214や、サポート回路(コプロセ
ッサ、クロック回路、キャッシュ、パワーサプライその
他の周知の回路)等の他の様々な回路と協働して動作す
る。一般用途コンピュータに含まれる種々のコンピュー
タ要素の動作とこれらの間の相互関係は、従来技術でよ
く知られており、更に説明を必要としないだろう。ディ
スプレイドライバ216は、出力デバイス218の要求
により、ビデオカード、プリンタドライバ、又はその他
の共通ドライバソフトウェア又はハードウェアであって
もよい。
【0017】RAM208は、本発明の実行ソフトウェ
ア、即ちエッチング均一性導出ルーティン124を保管
する。代表的には、本発明のルーティンは、マスストレ
ージデバイス214に保管され、CPU204で実行し
ようとするときは、RAMのテンポラリストレージに呼
び出される。
ア、即ちエッチング均一性導出ルーティン124を保管
する。代表的には、本発明のルーティンは、マスストレ
ージデバイス214に保管され、CPU204で実行し
ようとするときは、RAMのテンポラリストレージに呼
び出される。
【0018】図3は、本発明のエッチング均一性導出ル
ーティン124のフロー線図を示す。このルーティン
は、ステップ300で開始し、ステップ301に進む。
ステップ301では、ユーザーはテストパラメータと、
ウエハ特性と、種々の相関パラメータを初期化する。こ
の初期化は、コンピュータシステムインプットデバイス
を介して情報を入力することにより行うことができ、あ
るいは、メモリから情報を呼び出すことにより行うこと
ができる。ステップ302では、ルーティンは、モノク
ロメータモジュールからOESデータを受信する。ステ
ップ304では、ルーティンはOESデータを処理す
る。この処理では、データポイントを平均化して、プロ
ットしたときにOESデータの大きさの経時変化を表す
スムーズなカーブとなる、スムーズなデータセットを作
成する。モノクロメータモジュールからデータが取得可
能である場合に、更にデータポイントが増えたとき、丸
め平均を用いてこれを平均に含める。更に処理を行うと
きは、これには、データスレショルド、スパイクフィル
タリングその他を含めてもよい。このシステム初期化と
データ取得ステップを組み合わせて、本発明のデータ取
得モジュールを成す。このモジュールによる例示的なO
ESデータが、図4のカーブ400に示される。このカ
ーブは、データ取得装置のフルスケール(右側の目盛
り)についてのパーセンテージとして規格化されたOE
Sデータの大きさの経時変化(単位は秒)を表してい
る。
ーティン124のフロー線図を示す。このルーティン
は、ステップ300で開始し、ステップ301に進む。
ステップ301では、ユーザーはテストパラメータと、
ウエハ特性と、種々の相関パラメータを初期化する。こ
の初期化は、コンピュータシステムインプットデバイス
を介して情報を入力することにより行うことができ、あ
るいは、メモリから情報を呼び出すことにより行うこと
ができる。ステップ302では、ルーティンは、モノク
ロメータモジュールからOESデータを受信する。ステ
ップ304では、ルーティンはOESデータを処理す
る。この処理では、データポイントを平均化して、プロ
ットしたときにOESデータの大きさの経時変化を表す
スムーズなカーブとなる、スムーズなデータセットを作
成する。モノクロメータモジュールからデータが取得可
能である場合に、更にデータポイントが増えたとき、丸
め平均を用いてこれを平均に含める。更に処理を行うと
きは、これには、データスレショルド、スパイクフィル
タリングその他を含めてもよい。このシステム初期化と
データ取得ステップを組み合わせて、本発明のデータ取
得モジュールを成す。このモジュールによる例示的なO
ESデータが、図4のカーブ400に示される。このカ
ーブは、データ取得装置のフルスケール(右側の目盛
り)についてのパーセンテージとして規格化されたOE
Sデータの大きさの経時変化(単位は秒)を表してい
る。
【0019】ステップ306では、ルーティン124
は、データの1次導関数を計算する。ルーティンにおけ
るこのステップは、連続したフィルタ化データポイント
1対をとりこれをこれら2つのフィルタ化データポイン
ト間の実行時間で除して1次導関数を得る、導関数発生
器を成している。ルーティンは、このモジュールでデー
タポイントが得られる毎に、この計算を繰り返す。これ
を式で表せば、
は、データの1次導関数を計算する。ルーティンにおけ
るこのステップは、連続したフィルタ化データポイント
1対をとりこれをこれら2つのフィルタ化データポイン
ト間の実行時間で除して1次導関数を得る、導関数発生
器を成している。ルーティンは、このモジュールでデー
タポイントが得られる毎に、この計算を繰り返す。これ
を式で表せば、
【数3】 ここでX1は1番目のフィルタ化データポイント、X
2は、2番目のフィルタ化データポイント、ΔTはX1と
X2の間の時間である。ΔTは、代表的には0.1秒で
ある。プロットすることにより、図4のカーブ400で
表されるOESデータの1次導関数は、、カーブ402
になる。カーブ402は、ある時間ΔT(左側の目盛
り)にわたるフルスケールパーセンテージ(規格化デー
タ値)の経時変化として、1次導関数で与えられる。カ
ーブ402のピークは、OESデータカーブ400の変
曲点を示している。
2は、2番目のフィルタ化データポイント、ΔTはX1と
X2の間の時間である。ΔTは、代表的には0.1秒で
ある。プロットすることにより、図4のカーブ400で
表されるOESデータの1次導関数は、、カーブ402
になる。カーブ402は、ある時間ΔT(左側の目盛
り)にわたるフルスケールパーセンテージ(規格化デー
タ値)の経時変化として、1次導関数で与えられる。カ
ーブ402のピークは、OESデータカーブ400の変
曲点を示している。
【0020】ステップ308では、ルーティンほえ請求
項データカーブの「トリガポイント」を検出する。トリ
ガポイントは、ステップ302中のシステムの初期化の
間にユーザーが選択できる。このトリガポイントの選択
のステップは、トリガ基準値発生器を成している。トリ
ガポイントは、OESデータカーブの何れの点であって
もよいが、通常は、OESデータカーブの変曲点か、O
ESデータカーブのエッチング終点の何れかより選択さ
れる。エッチング終点は、一般には、終点ソフトウェア
を制御するようにパラメータを選択して決められる。具
体的には、変曲点でのOESデータの1次導関数の値
は、ウエハ全体にわたるエッチング均一性と反復性をも
って相関する。更に、変曲点に至る迄にエッチングプロ
セスが停止した場合は、エッチングを中止した点(即ち
終点)における1次導関数の値が、その時点におけるウ
エハ全面に対するエッチング均一性を示している。
項データカーブの「トリガポイント」を検出する。トリ
ガポイントは、ステップ302中のシステムの初期化の
間にユーザーが選択できる。このトリガポイントの選択
のステップは、トリガ基準値発生器を成している。トリ
ガポイントは、OESデータカーブの何れの点であって
もよいが、通常は、OESデータカーブの変曲点か、O
ESデータカーブのエッチング終点の何れかより選択さ
れる。エッチング終点は、一般には、終点ソフトウェア
を制御するようにパラメータを選択して決められる。具
体的には、変曲点でのOESデータの1次導関数の値
は、ウエハ全体にわたるエッチング均一性と反復性をも
って相関する。更に、変曲点に至る迄にエッチングプロ
セスが停止した場合は、エッチングを中止した点(即ち
終点)における1次導関数の値が、その時点におけるウ
エハ全面に対するエッチング均一性を示している。
【0021】エッチング均一性と1次導関数の相関関係
は、ウエハ特性やウエハレシピだけでなく、テストパラ
メータにも依存する。従って、テストパラメータとウエ
ハ特性は、ステップ301でコンピュータシステムのメ
モリに予め導入されており、テスト初期化においてユー
ザーが選択できるようにしている。一般には、ユーザー
はここでのテストパラメータとウエハ特性をメニューか
ら選択し、また、これらのパラメータに関するルックア
ップテーブルはメモリに導入される。このルックアップ
テーブルとは、1次導関数及び均一性の値に対する相関
表である。ルーティンは、ステップ312において、均
一性対1次導関数の相関値を含むルックアップテーブル
にアクセスする。このテーブルは、1次導関数の値を相
関させるプロセスにアクセスし、均一性の値は、データ
アナライザを成す。このルックアップテーブルを用い、
また、1次導関数の値を与えることにより、ルーティン
は、そのテストにおけるウエハ特性とテストパラメータ
に対応した、ウエハの均一性の値を発生する。あるい
は、ルックアップテーブルの代わりに、相関方程式又は
補間方程式を用いてもよい。ここに例示する相関方程式
をグラフで表したものが、図5に示されている。
は、ウエハ特性やウエハレシピだけでなく、テストパラ
メータにも依存する。従って、テストパラメータとウエ
ハ特性は、ステップ301でコンピュータシステムのメ
モリに予め導入されており、テスト初期化においてユー
ザーが選択できるようにしている。一般には、ユーザー
はここでのテストパラメータとウエハ特性をメニューか
ら選択し、また、これらのパラメータに関するルックア
ップテーブルはメモリに導入される。このルックアップ
テーブルとは、1次導関数及び均一性の値に対する相関
表である。ルーティンは、ステップ312において、均
一性対1次導関数の相関値を含むルックアップテーブル
にアクセスする。このテーブルは、1次導関数の値を相
関させるプロセスにアクセスし、均一性の値は、データ
アナライザを成す。このルックアップテーブルを用い、
また、1次導関数の値を与えることにより、ルーティン
は、そのテストにおけるウエハ特性とテストパラメータ
に対応した、ウエハの均一性の値を発生する。あるい
は、ルックアップテーブルの代わりに、相関方程式又は
補間方程式を用いてもよい。ここに例示する相関方程式
をグラフで表したものが、図5に示されている。
【0022】ステップ314では、ルーティンは均一性
の値をディスプレイする。あるいは、均一性の値をある
閾値と比較し、この閾値に関する均一性の値によって
は、ルーティンは均一性「良好」や均一性「不良」など
の主観的な均一性の語を発生させる。随意、ステップ3
16では、ルーティンは均一性の値を複数の閾値と比較
し、そこで、均一性の値によって越えられる特定の閾値
の値に応じて、ルーティンは、均一性を改善するための
方策を示唆することができる。例えば、均一性が非常に
不良であった場合は、ルーティンは、ユーザに、チャン
バウィンドウをクリーニングする、モノクロメータの再
検量を行う等の防止的メンテナンスの手順を行うように
指示してもよい。
の値をディスプレイする。あるいは、均一性の値をある
閾値と比較し、この閾値に関する均一性の値によって
は、ルーティンは均一性「良好」や均一性「不良」など
の主観的な均一性の語を発生させる。随意、ステップ3
16では、ルーティンは均一性の値を複数の閾値と比較
し、そこで、均一性の値によって越えられる特定の閾値
の値に応じて、ルーティンは、均一性を改善するための
方策を示唆することができる。例えば、均一性が非常に
不良であった場合は、ルーティンは、ユーザに、チャン
バウィンドウをクリーニングする、モノクロメータの再
検量を行う等の防止的メンテナンスの手順を行うように
指示してもよい。
【0023】図5は、特定のテストパラメータ及びウエ
ハ特性の組み合わせに応じた、エッチング均一性(スケ
ール502)に対する規格化1次導関数の値(スケール
504)のグラフ500を表している。1次導関数の値
は、変曲点で「ピーク」の値を示しており、これは、
「ミニマムスロープ」の値として知られているものでも
ある。この例示的なグラフでは、例えば、ミニマムスロ
ープが−2を得るエッチングプロセスは、2%の変動係
数(均一性の目安)を有していることになる。特定のテ
ストパラメータとウエハ特性を与えることにより、図5
のグラフの情報を包含するルックアップテーブルをフロ
ー線図のステップ312に用いて、1次導関数の特定の
値で与えられる均一性を決定することができる。あるい
は、これらデータポイント群にフィットするカーブ(例
えばカーブ506を)用いて、均一性のあらゆる値を所
定のミニマムスロープの値から導出することができる方
程式を導出する。ここに描いたカーブは、直線である
(例えば、Y=M0+M1Xの形)が、他の形の直線又は
非直線カーブでデータ群をフィッティングしてもよい。
ハ特性の組み合わせに応じた、エッチング均一性(スケ
ール502)に対する規格化1次導関数の値(スケール
504)のグラフ500を表している。1次導関数の値
は、変曲点で「ピーク」の値を示しており、これは、
「ミニマムスロープ」の値として知られているものでも
ある。この例示的なグラフでは、例えば、ミニマムスロ
ープが−2を得るエッチングプロセスは、2%の変動係
数(均一性の目安)を有していることになる。特定のテ
ストパラメータとウエハ特性を与えることにより、図5
のグラフの情報を包含するルックアップテーブルをフロ
ー線図のステップ312に用いて、1次導関数の特定の
値で与えられる均一性を決定することができる。あるい
は、これらデータポイント群にフィットするカーブ(例
えばカーブ506を)用いて、均一性のあらゆる値を所
定のミニマムスロープの値から導出することができる方
程式を導出する。ここに描いたカーブは、直線である
(例えば、Y=M0+M1Xの形)が、他の形の直線又は
非直線カーブでデータ群をフィッティングしてもよい。
【0024】カーブ500の作成に用いる膜厚の測定
は、 Prometrix SM-300 を用いて実施され、エッチング
の前後で6mmエッジを除いて49点で測定を行った。
ウエハは150mmの熱酸化物ウエハであった。テスト
は、圧力200ミリトールのプロセスチャンバ内で行
い、カソード温度を20℃に維持し、ウエハの裏面を冷
却するため8トールのヘリウムを流した。チャンバに
は、25sccmのCHF3の流入、5sccmのCF4
の流入及び75sccmのArの流入が与えられた。プ
ラズマは750ワットの電力が与えられ、30Gの磁力
を有する磁界が用いられた。図5には、エッチング非均
一性が、変動係数と、周知の1σ均一性尺度を用いて表
される。変動係数(CV:coefficient of variation)
は、平均変動値のパーセントで変動の程度を表し、以下
の比で与えられる。
は、 Prometrix SM-300 を用いて実施され、エッチング
の前後で6mmエッジを除いて49点で測定を行った。
ウエハは150mmの熱酸化物ウエハであった。テスト
は、圧力200ミリトールのプロセスチャンバ内で行
い、カソード温度を20℃に維持し、ウエハの裏面を冷
却するため8トールのヘリウムを流した。チャンバに
は、25sccmのCHF3の流入、5sccmのCF4
の流入及び75sccmのArの流入が与えられた。プ
ラズマは750ワットの電力が与えられ、30Gの磁力
を有する磁界が用いられた。図5には、エッチング非均
一性が、変動係数と、周知の1σ均一性尺度を用いて表
される。変動係数(CV:coefficient of variation)
は、平均変動値のパーセントで変動の程度を表し、以下
の比で与えられる。
【0025】
【数4】 ここで、σはウエハ表面変動の測定標準偏差、μはこれ
らの変動の平均(mean)である。ここで扱っている非均一
性はこの平均のパーセンテージで表される。
らの変動の平均(mean)である。ここで扱っている非均一
性はこの平均のパーセンテージで表される。
【0026】均一性をディスプレイする(更に正確に
は、ディスプレイした値が非均一性を表す)だけでな
く、特定の均一性に到達し、また特定のエッチレイトを
越えたときに、ルーティンはエッチングプロセスを制御
して、ウエハのエッチングを終了させてもよく、ウエハ
エッチングプロセスの最適制御を与えることができる。
は、ディスプレイした値が非均一性を表す)だけでな
く、特定の均一性に到達し、また特定のエッチレイトを
越えたときに、ルーティンはエッチングプロセスを制御
して、ウエハのエッチングを終了させてもよく、ウエハ
エッチングプロセスの最適制御を与えることができる。
【0027】上述の如く、本発明は、OESデータをモ
ニタし処理し解析することにより、直接且つインシチュ
ウにエッチング均一性を測定する方法及び装置を提供す
る。本発明は、OESデータの1次導関数を計算する。
この1次導関数の値はエッチング均一性を反復性をもっ
て示すものである。このように、本発明は、エッチング
均一性の値をディスプレイし、且つ/又は、何らかの方
法でこの値に応答する。
ニタし処理し解析することにより、直接且つインシチュ
ウにエッチング均一性を測定する方法及び装置を提供す
る。本発明は、OESデータの1次導関数を計算する。
この1次導関数の値はエッチング均一性を反復性をもっ
て示すものである。このように、本発明は、エッチング
均一性の値をディスプレイし、且つ/又は、何らかの方
法でこの値に応答する。
【0028】本発明の教示を含んでいる様々な具体例を
示しその詳細を説明してきたが、当業者には、本発明の
範囲の中でこれらを変形することが容易である。
示しその詳細を説明してきたが、当業者には、本発明の
範囲の中でこれらを変形することが容易である。
【0029】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、エッチング均一性を、直接且つインシチュウで測
定するための方法及び装置が提供される。
れば、エッチング均一性を、直接且つインシチュウで測
定するための方法及び装置が提供される。
【図1】本発明に含まれる発光分光システムのブロック
線図である。
線図である。
【図2】本発明のソフトウェアの実行を行うコンピュー
タシステムのブロック線図である。
タシステムのブロック線図である。
【図3】図2のコンピュータシステムで実行するエッチ
ング均一性導出のルーティンのフロー線図である。
ング均一性導出のルーティンのフロー線図である。
【図4】OESデータとその1次導関数のカーブを例示
するグラフである。
するグラフである。
【図5】エッチング均一性とOESカーブの1次導関数
の相関を示すグラフである。
の相関を示すグラフである。
100…OESシステム、101…統合型発光終点検出
モジュール、102…プロセスチャンバ、103…光フ
ァイバ、104…モノクロメータ、106…フォトマル
チプライヤーチューブ、108…高圧電源、110…モ
ノクロメータモジュール、112…ステッパモータ、1
14…検量ランプ、116…モノクロメータインターフ
ェースボード、118…コントローラ電子回路、122
…コンピュータシステム。
モジュール、102…プロセスチャンバ、103…光フ
ァイバ、104…モノクロメータ、106…フォトマル
チプライヤーチューブ、108…高圧電源、110…モ
ノクロメータモジュール、112…ステッパモータ、1
14…検量ランプ、116…モノクロメータインターフ
ェースボード、118…コントローラ電子回路、122
…コンピュータシステム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レオニド ポスラヴスキー アメリカ合衆国, カリフォルニア州, ベルモント, コンチネンタル ウェイ 1016, ナンバー306 (72)発明者 ジェニファー ルイス アメリカ合衆国, コロラド州, リトル トン, ウェスト フロスト プレイス 8098
Claims (16)
- 【請求項1】 エッチング均一性を測定するための方法
であって、 (a)エッチングの進行を示すデータを取得するステッ
プと、 (b)前記データの特定の値に対応するトリガ基準値を
決めてトリガポイントを成すステップと、 (c)前記データを取得した際に、前記データの1次導
関数を1次導関数値として与えるステップと、 (d)前記データが前記トリガ基準値に至ったときに、
前記1次導関数値に関する均一性の値を発生させるステ
ップとを有する方法。 - 【請求項2】 前記データが、発光分光(OES:optic
al emission spectroscopy)データである請求項1に記
載の方法。 - 【請求項3】 前記トリガ基準値が、エッチングプロセ
スが終点に至ったことを表す前記データの値である請求
項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記トリガ基準値が、前記データを表す
カーブにおける変曲点である請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記1次導関数値が、 【数1】 X1は1番目のフィルタ化データポイント、X2は、2番
目のフィルタ化データポイント、ΔTはX1とX2の間の
時間である、前記式によって発生する請求項1に記載の
方法。 - 【請求項6】 前記ステップ(d)が、 前記1次導関数値に対応する均一性の値を含むルックア
ップテーブルに、前記1次導関数値を用いてアドレスす
る工程と、 前記トリガポイントで前記1次導関数値に応じた特定の
均一性の値を発生させる工程とを有する請求項1に記載
の方法。 - 【請求項7】 前記ステップ(d)が、前記トリガポイ
ントにおいて前記1次導関数に応じた特定の均一性の値
を計算する工程を有し、前記特定の均一性の値は、1次
導関数値に対応する均一性の値を与える相関方程式を用
いて計算される請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 前記均一性の値に応答するステップを更
に有する請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 エッチング均一性を測定するための装置
であって、 エッチングの進行を示すデータを取得するための、デー
タ取得モジュールと、 前記データの特定の値に応じたトリガポイントを与える
トリガ規準値発生器と、 前記データを取得した際に、前記データの1次導関数を
1次導関数値として与える導関数発生器と、 前記データが前記トリガ基準値に至ったときに、前記ト
リガポイントにおいて前記1次導関数値に応じた均一性
の値を発生させる、データアナライザとを備える装置。 - 【請求項10】 前記データ取得モジュールが、発光分
光(OES:opticalemission spectroscopy)データ取
得モジュールであり、前記データが発光分光データであ
る請求項9に記載の装置。 - 【請求項11】 前記トリガポイントが、エッチングプ
ロセスの終点に至ったことを示す前記データの値である
請求項9に記載の装置。 - 【請求項12】 前記トリガポイントが、前記データを
表すカーブの変曲点である請求項9に記載の装置。 - 【請求項13】 前記1次導関数値が、 【数2】 X1は1番目のフィルタ化データポイント、X2は、2番
目のフィルタ化データポイント、ΔTはX1とX2の間の
時間である、前記式によって発生する請求項9に記載の
装置。 - 【請求項14】 前記データアナライザが更に、 前記トリガポイントにおける前記1次導関数値を用いて
アドレスされるルックアップテーブルであって、前記ル
ックアップテーブルは、前記1次導関数値に対応する均
一性の値を含む、前記ルックアップテーブルと、 前記トリガポイントで前記1次導関数値に応じた特定の
均一性の値を、前記ルックアップテーブルから発生させ
るための、テーブルアドレス発生器とを備える請求項9
に記載の装置。 - 【請求項15】 前記データアナライザが更に、前記ト
リガポイントにおける前記1次導関数値に応じた特定の
均一性の値をを計算するためのプロセッサを備え、前記
特定の均一性の値は、所定の1次導関数値で与えられる
均一性の値を与える相関方程式を用いて計算される請求
項9に記載の装置。 - 【請求項16】 前記均一性の値に応答する手段を更に
備える請求項9に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/686,229 US6649075B1 (en) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | Method and apparatus for measuring etch uniformity of a semiconductor wafer |
US08/686229 | 1996-07-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1074674A true JPH1074674A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=24755463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9181341A Withdrawn JPH1074674A (ja) | 1996-07-23 | 1997-07-07 | エッチング均一性測定法及び装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6649075B1 (ja) |
EP (1) | EP0821396A3 (ja) |
JP (1) | JPH1074674A (ja) |
KR (1) | KR980012213A (ja) |
TW (1) | TW355825B (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19730644C1 (de) * | 1997-07-17 | 1998-11-19 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Erkennen des Übergangs unterschiedlicher Materialien in Halbleiterstrukturen bei einer anisotropen Tiefenätzung |
FR2801422B1 (fr) | 1999-11-23 | 2002-02-22 | Mhs | Procede et dispositif de controle en temps reel de l'epaisseur d'une couche d'un circuit integre |
US6723574B1 (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-20 | Lam Research Corporation | Method for quantifying uniformity patterns and including expert knowledge for tool development and control |
DE602004017983D1 (de) * | 2003-05-09 | 2009-01-08 | Unaxis Usa Inc | Endpunkt-Erkennung in einem zeitlich gemultiplexten Verfahren unter Verwendung eines Hüllkurvenalgorithmus |
US20060006139A1 (en) * | 2003-05-09 | 2006-01-12 | David Johnson | Selection of wavelengths for end point in a time division multiplexed process |
US7531469B2 (en) * | 2004-10-23 | 2009-05-12 | Applied Materials, Inc. | Dosimetry using optical emission spectroscopy/residual gas analyzer in conjunction with ion current |
US7801713B1 (en) | 2006-11-17 | 2010-09-21 | Kla-Tencor Corporation | Generating a model using global node optimization |
US7871828B2 (en) * | 2007-02-06 | 2011-01-18 | Applied Materials, Inc. | In-situ dose monitoring using optical emission spectroscopy |
US7713757B2 (en) * | 2008-03-14 | 2010-05-11 | Applied Materials, Inc. | Method for measuring dopant concentration during plasma ion implantation |
KR20100078097A (ko) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | 삼성전자주식회사 | 막의 두께 산출 방법 및 이를 이용한 막 형성 방법 |
JP5808592B2 (ja) * | 2011-07-04 | 2015-11-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 基準電圧決定方法及び推奨動作電圧決定方法 |
US8900469B2 (en) * | 2011-12-19 | 2014-12-02 | Applied Materials, Inc. | Etch rate detection for anti-reflective coating layer and absorber layer etching |
US20220336294A1 (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Interferometer systems and methods for real time etch process compensation control |
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US4602981A (en) | 1985-05-06 | 1986-07-29 | International Business Machines Corporation | Monitoring technique for plasma etching |
HU199020B (en) | 1987-05-04 | 1989-12-28 | Magyar Tudomanyos Akademia | Method and apparatus for measuring the layer thickness of semiconductor layer structures |
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