JP3375338B2 - 信号の傾斜決定を用いたエンドポイント検出技術 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、一般的には条件の変化の特定の段階に達し
たことを決定する信号処理技術、あるいは自動的に条件
の変化に原因する事象を制御するものであって、たとえ
ば、半導体処理技術でホトレジストの現像またはエッチ
ング操作に関連してエンドポイントに達したことを決定
するための電気信号のモニタに関連する。

電気信号が存在し、それが条件の変化に関連して変化
するとき、その電気信号をモニタすることが求められる
種々の状況が存在する。それらの状況のうちの１つのグ
ループは材料の処理の過程において、それが特殊な処理
を完了したことを決定したいときに、すなわち処理操作
のエンドポイントを検出することである。エンドポイン
トの決定は、プロセスの進展、またはプロセスの制御を
モニタするものであって、たとえばモニタされている特
定の処理操作を終了させることである。

半導体産業は、そのようなプロセスのモニタを必要と
する産業の１つの例である。半導体ウエハ上に回路を製
造するいくつかの段階において、ホトレジスト材料のマ
スクが形成される。製造されたマスクは、マスクによっ
て覆われた層の処理を制限して、領域をパターン化する
ために結果的に使用される。このマスクはホトレジスト
層を望ましい形で露光して形成され、それに現像液を供
給することによってホトレジスト層を現像する工程が続
く。通常のホトレジスト材料では、露出された領域は下
の層を露出するために現像の過程において除去される。
ホトレジスト材料を除去することによって、下側の層が
露出されたときが、“ブレークスルー”または“エンド
ポイント”といわれる。現像のプロセスはブレークスル
ーが最初に検出された時点からある期間だけ続けること
が許容され、その時間の終了の時点が現像処理の終了の
時点であって、それが“プロセスエンド”といわれてい
る。

半導体ウエハのバッチからバッチごとに存在する種々
の処理、および環境の変化に原因して、いつブレークス
ルーが起こるかを決定するための現像プロセスのモニタ
が必要となる。有限の帯域幅の光ビームが、一括処理の
ウエハのうちの１つのホトレジスト層に向けられ、そし
て反射または透過した光信号が検出され、そして結果と
して電気信号がブレークスルーが起こったかどうかを決
定するために処理される。１つの形態において、実質的
に透明なホトレジスト層の表面、および底の面から反射
されてきた光は、光検出器において干渉を起こす。現像
の過程において、ホトレジスト層の部分が除去されるに
したがって、反射光の最大から最小の間の検出された光
の強度は材料が除去されるにしたがって、相対的な２つ
の干渉するビーム間の相対的位相が変わる。しかしなが
らブレークスルーにおいては、この信号における変化が
終了し、光検出器出力信号を解析することによって、１
つの条件が検出される。現像はある決まった時間だけブ
レークスルーの検出から持続され、その時点において、
現像液を洗浄することによるか、または他の手段によっ
て現像が終了させられる。

湿式エッチング過程においては、ホトレジスト材料が
エッチングで除去される他に実質的に透明な材料層が除
去され、同様なブレークスルー検出過程が用いられる。
乾式エッチングの過程においては、材料はプラズマ室内
におけるボンバードメント衝撃によって除去され、プラ
ズマ中の１つの成分である限られた波長帯域中の光の放
射を検出することにより、エッチングされている層から
除去されたものを検出することによってモニタされる。
そのような利用における検出された信号は通常はブレー
クスルーの際にかなり降下するので、これが電子的に検
出される。

本発明の１つの目的は、半導体ウエハの処理過程にお
いて、モニタされて検出された電気信号を処理するため
の改良された技術を提供することである。

本発明のさらに一般的な目的は、電気信号が存在する
か、または電気信号がモニタされている条件の変化に関
連して存在するか、または電気信号が得られるような広
範囲の応用において、改良された信号処理技術を提供す
ることである。

発明の要約 これらおよびさらに付加的な目的は、本発明によって
達成されるのであるが、本発明において簡単に、かつ一
般的に言うならば、電気信号の個々の変化の値が計算さ
れ、それは条件が特定の段階に達したことを決定するた
めに条件をモニタする最中に行われる。

１つの形態において、信号の変化は、電気信号の傾斜と
してモニタされる。本発明のある特殊な特徴によれば、
デジタル化された電気信号が獲得され、そして連続する
デジタル信号値のグループが１つの信号の傾斜の値を計
算するために用いられる。引き続く傾斜の値は、引き続
き連続するデジタルサンプルのグループから計算され、
各々のグループは少なくとも直近の先行するグループの
値のいくつかを利用するのであるが、少なくとも直近の
先行するグループ中の最初に取得されたサンプルを除
く。条件の変化の特定の希望する段階は、計算された傾
斜の値があらかじめ定めた領域中に存在することが計算
されたときに決定される。条件の中の変化がその特定な
段階に達したときに決定に当たって、絶対的な電気振動
の値が利用されるのではなく、むしろ傾き、または他の
信号が変化する特性が用いられる。

添付の図面を参照して以下に説明される本発明の具体
例は、本発明による改良された信号処理技術の応用を示
すものであって、それはモニタに関連し、適宜半導体ウ
エハの処理の制御に用いられる。しかしながら、本発明
の応用は、他の種々な分野にも存在することが理解され
るであろう。他の応用は、化学的組成の中に含まれる成
分の濃度に比例する電気化学信号のモニタにおけるもの
を含み、質量分光，電子スピン共鳴（ESR），核磁気共
鳴（NMR），温度，圧力，音響信号，化学的または物理
的パラメータの変化に対応する屈折指数の変化，流量計
量，測色，ストレインゲージの信号，光分散，結晶の周
波数変化，フルオロイムノアセイ テクニーク（fluoro
−immuno−assay−techniques），および溶液のペーハ
ーのモニタリングであって、これらは多くの可能性の中
の一部にすぎない。

図面の簡単な説明 図１は本発明が利用される半導体ウエハのホトレジス
ト層の現像プロセスを示し； 図２は本発明が利用される改良されたホトレジスト現
像を図示し； 図３は図１または図２のホトレジスト現像のいずれか
に関連して用いられるエンドポイント制御の電子ブロッ
クダイアグラムであり； 図４は処理されるべき電気信号に至るホトレジスト層
の光学的モニタリングを図解するものであり； 図5Aはホトレジストの現像の過程において得られる光
検出器の出力信号の例を示し； 図5Bは図5Aの光検出器出力の演算により得られた派生
波形を示し； 図6Aと図6Bはホトレジストの現像過程の２つの段階の
拡大された断面図を示し； 図7Aと図7Bはエッチング過程における２つの段階の拡
大された断面図を示し； 図8Aはモニタされるべき検出器出力のデジタルサンプ
ルの例を示し、図8Bは図8Aのサンプルから計算された傾
斜の値を示し； 図９はプラズマ放電を介して行われるドライエッチン
グ過程を遂行するための装置を一般的に図解しており； 図10Aおよび図10Bは図９のプラズマシステムでモニタ
される加工する信号のレベルとその計算された傾斜を示
し； 図11Aと図11Bはそれぞれ図９のプラズマシステムにお
いてモニタされた増大する信号とその計算された傾斜を
示し； 図12はエンドポイントを得るための信号処理技術の流
れ図を示し； 図13は本発明の１つの具体例における図12の流れ図の
方法の１つのステップを拡大した流れ図を示し；および 図14は図12の流れ図にしたがう方法の同じステップを
拡大した流れ図であって、本発明の他の実施形態を示
す。

好適な実施例の記述 まず最初に図１を参照すると、そこには半導体ウエハ
上に電子回路を形成するためのホトレジストの現像過程
で一般的に用いられる装置が示されている。液体用の囲
い11はその中に支持体13をもっていて、その支持体13は
軸15によって支持され、囲い11の外側に設けられている
モータ17によって回転させられる。回転支持体13上に位
置されているものは、処理中の半導体ウエハ19である。
処理過程のこの時点において、ウエハ構造上にはすで
に、ホトレジスト層が設けられており、そしてホトレジ
ストの現像の後に残されるべき希望する物理的パターン
に対応する光のパターンに露出されている。この物理的
なマスクパターンがエッチングの引き続くステップにお
いて利用されるか、またはホトレジスト層のすぐ下の層
を処理するために用いられる。

現像液は一般的には、ホトレジスト層にスプレーによ
って供給されるのであるが、他の技術も同様に利用でき
る。ノズル21はそのようなスプレーに容器23からの溶液
を電気的に制御されているバルブ25を介して供給され
る。間歇的なスプレーまたは連続的なスプレーのための
種々の特定な技術が、種々の異なる半導体製造過程にお
いて用いられる。一度、現像が終了させられると、バル
ブ25が閉じられ、それから他の電気的に制御されるバル
ブが開かれて、リンス溶液がコンテナ29から他のノズル
31に供給される。

現像液とリンスのスプレーは通常、ウエハ19が均一の速
度で回転されているときに行われる。電子的なプロセス
コントローラ33は、回転モータ17,バルブ25および27、
および他の処理装置を制御する。

現像の過程をモニタするために、電磁放射であって、
可視または可視領域に近い光源35からビーム37が現像中
のウエハ19上の現像中のホトレジスト層に向けられる。
光検出器39がウエハ19からのビーム37の反射光を受け入
れるために配置されている。

電子制御システム41は、放射源35を駆動し、そして回路
40中の光検出器39から得られた信号を処理する。ブレー
クスルーの検出は、光の干渉の結果として得られるもの
であるから、以後、説明するようにある程度の光源35の
可干渉性が一般的に用いられ、光放射ダイオード（LE
D）程度が十分に用いられる。電子システム41の出力
で、回路43にあらわれたものは、発生したホトレジスト
層のブレークスルーが発見されたことを示す。この信号
は、しばしば単にオペレータにモニタ中のプロセス変化
においてブレークスルーが発生したことを知らせること
である。それとは異なって、回路43中のブレークスルー
信号は、直接にプロセス制御33にブレークスルーが検出
された後のある特定の時間経過後に現像を停止するため
にプロセス制御33に伝えられる。

ホトレジスト層に現像液をスプレーすることとは異な
って、タンク45を用いる現像装置があり、タンク45の中
にはボート47が複数のウエハ、たとえばウエハ49を支持
した形で現像液51中に浸漬されている。ウエハ49の前面
の位置が現像の過程においてモニタされる。プロセスエ
ンドが決定され、または起こったと信じられるときに、
ボート47とそのウエハはタンク45から取り除かれて、リ
ンス用のタンクでプロセスを終了するために浸けられ
る。１つのエンドポイントコントローラはコントローラ
41と実質的に同じであり、それはユニット53と同時に使
用される。

一般化されたコントローラ41のブロックダイアグラム
が図３に示されている。システムバス55に種々の要素が
一般的に、または特殊な目的のコンピュータが接続され
ている。マイクロプロセサ57はそのような要素の１つで
あって、システムダイナミックランダムアクセスメモリ
（RAM）59と、リードオンリーメモリ（ROM）61が接続さ
れている。１つの入出力回路63が制御およびディスプレ
イパネル、たとえばカソードレイチューブのディスプレ
イ、またはいくらかのキーボード入力端子をもつ回路65
にインターフェースしている。第２の入出力回路67は回
路40中の光検出器の出力アナログ信号を受け、そしてそ
れを図３のコントロールシステムによって処理するため
にデジタル化する。３番目の入出力回路69は回路43にエ
ンドポイントに到達したことを示すか、または処理のエ
ンドタイムを計算するために信号を供給する。図３のコ
ントローラを操作するためのコントロールソフトウェア
はいつブレークスルーが起きたかを決定するためのもの
を含んでおり、それはROM61に蓄積されており、そして
マイクロプロセサ57によって実行される。

そのようなエンドポイントコントローラと光源、光検
出器の組立は、サンタクララのラクストロンコーポレー
ションのキシニック ディビジョンにおいて販売されて
いる。そのモデル2200,2300,2400は、湿式処理のエンド
ポイント制御装置であって、この目的のために広く利用
されている。ホトレジスト層のブレークスルーは、現
在、これらの装置において、ウィンドートリガアルゴリ
ズムによってのコンピュータプログラムによって行われ
ている。この発明は一義的にはブレークスルーを検出す
るための改良された代替技術に関連するものである。本
発明の改善された技術は現在のウィンドートリガアルゴ
リズムの代わりにキシニックコントローラメモリ中に新
しい技術のソフトウェアをロードすることによって実施
可能である。

この改良されたブレークスルー信号の処理技術を説明
する前にホトレジスト現像過程についてさらに説明す
る。図４は説明的な目的で半導体構造71であって、ホト
レジスト層73をその表面にもっているものを示してい
る。照射ビーム37の光線37′（図１）が光線75′として
示されるように、層73の表面層において部分的に反射さ
れる。層73の材料は実質的に透明であるから入射光線3
7′の部分は層73に進み、そして層とその下側の構造と
の間の境77で光線79として示されているように反射され
る。

光線75と79の経路に位置されている光検出器は入射光線
37が十分な単色性と干渉性をもっていることを条件に、
光線75と79の経路に配置されている光検出器は、干渉の
結果の強度レベルの光を検出する。その強度は光線75と
79が通過した光路の差に依存している。ホトレジストの
現像の過程において層73の厚さが減少していくと、光線
75の光路長が変化し、光検出器によって検出される干渉
ビームの強度の強さが見られる。

光検出器（図１）の出力のそのような処理期間におけ
る出力の例を図5Aに示す。ホトレジスト層の領域が現像
されて、除去されている露光のレベルにおいて信号の振
動が発生している。層73のブレークスルーがあれば、し
かしながら、さらに進む現像によっては光路長の変化は
生じなくて、そして振動はおさまる。かくして89の示す
点において、光検出器の出力の振動は止まり、それがブ
レークスルーが起きたことを示唆している。

本発明の技術は、そのようなブレークスルーが起こった
ことを決定するために利用される。

この特殊な処理は電気的な信号が非常にノイズの多い所
で行われるものであるから、しかしながら、光検出器の
出力信号は、不幸なことには図5Aに簡単に説明のために
示されているもののように純粋ではない。

本発明による信号処理技術は、分析すべき信号が雑音成
分を含んでいる可能性を十分に考慮している。

ここに記述されているブレークスルーを検出する技術
は全体の材料層が除去されたときに有効なものではある
が、それは通常材料のパターン層が除去されている状況
において適用される。図6Aは図４と同様な断面図である
が、これは現像の過程においてホトレジスト層73の露出
されている領域に最初のブレークスルーが起こった状況
を示している。図5Aの反射信号は図6Aに図解されている
ブレークスルーが最初に起こった時点89を示している。
現像はさらに続けられ、通常はブレークスルーが検出さ
れてから一定の固定期間行われ、その結果、図6Bに示さ
れているように露出されたホトレジスト領域が完全に除
去するまで行われる。

同様な工程がウェットエッチング操作においても行わ
れる。図7Aを参照すると基板構造91はその上に連続的な
実質的に透明な層93を連続して持っており、それは酸化
シリコンまたはそのようなものであって、それがマスク
95によって覆われている。

マスク95の開口部を介してエッチングが行われている
と、図7Aに示されているようなブレークスルーが図5Aと
同様に信号をモニタすることによって光検出器出力中の
信号の振動が無くなったかによって決定される。ホトレ
ジストの現像を以て前記エッチングはブレークスルーが
検出された後から一定の時間、図7Bに示されているよう
により大きな開口が完全に除去されるように続けられ
る。

本発明による改良された技術であって、光検出器の出
力信号からブレークスルーを検出することができるもの
は図5Bの曲線に一般的に示されている。

光検出器信号出力は、図３のコントローラシステムによ
って図5Bの曲線のデータを経てそれが図5Aの光検出器出
力信号から数学的に導き出されたものである。ブレーク
スルーは図5Bの導き出された信号によってのみ決定さ
れ、図5Aの絶対的な信号の値を直接的に用いることは不
必要である。特定の実施形態において正の閾値レベル97
がセットされる。現像の過程が始められたことが一度決
定されると図5Bに示す派生的な信号がモニタされ、連続
した一定の期間であって、それは信号中に発生するとこ
ろのノイズレベルの期間よりも、かつ、またはおよび前
記振動の期間よりも長い期間に設定された連続する閾値
97以下に陥ったことにより決定される。そのような固定
された期間は図５中の時点99に終わるような固定された
期間であり、その点においてブレークスルーが時間89に
起こったものと理解される。

前述したように、説明されている信号処理技術がブレ
ークスルー点を捜し出すことができる前に、前記プロセ
スが現実に始まったことを決定しなければならない。そ
うするための１つの方法は振動が始まったということを
検出することである。すなわち、頂点または谷が図5Bの
派生された信号中に起こっているかということである。
プロセスが実際に始まったかということを決定する他の
方法は単に図5Bに示される派生信号が閾値97を一定の期
間超えることである。

これによって、他のいかなるノイズ等による誤りのトリ
ガーを避けることができる。

単に１つの閾値97を利用する代わりに、負の閾値101
に対応するものの両方を利用することができる。この場
合においてブレークスルーは図5Bの派生信号が閾値97と
101の間にある特定の期間だけ存在したことによって決
定される。同様にして現像処理のスタートは図5Bの派生
信号が閾値97および101のある一定の決められた期間だ
け超えたことによって知られる。

図8Aおよび図8Bは、図5Bに示す派生的な信号を図5Aに
示されている光検出器のアナログ出力信号から計算する
ための好ましい技術を図示している。

すでに述べたように入出力回路67（図２）は、回路40中
の光検出器のアナログ信号をデジタル化する。そのよう
なプロセスが実行されることを説明するためにそのよう
なデジタル信号のサンプル103〜109を図8Aに示す。

これらの値は、個々の信号の値111〜115であって、信号
の変化させられた特性が計算され、すなわち、その傾斜
が算出される。図8Bの点111〜115はすでに図5Bに関連し
て議論された派生信号の点である。

図8Bの傾斜の値111は傾斜のモデル方程式から決定さ
れるものであり、この場合においては、線117であっ
て、それは連続するデジタルサンプル点103,104および1
05に適合するものである。

同様にして、次の傾斜の値112は同じモデル方程式にし
たがって算出され、この場合においては、他の直線118
であって、それは連続するデジタルサンプル104,105お
よび106に適合する。

同様にして、傾斜113は線119に対応するものであり、傾
斜114は線120に、および傾斜115は線121に対応する。

最初の傾斜の値111は最初の連続するデジタルサンプ
ル103,104および105のグループから算出されるものであ
ることを記憶することができる。

次の傾斜である112はデジタルサンプルで、前記最初の
サンプル103を除き、それから最も新しく得られたサン
プル106を加えたデジタルサンプルの群から計算され
る。かくして、図３のコントロールシステムによって得
られた光検出器のアナログ信号の新しいデジタルサンプ
ルが得られ、新しい傾斜値は曲線を新しく得られた１つ
を含めた組合せに適合するように算出され、そしてこれ
らは次の傾斜の計算に利用されるが、最初のデジタルサ
ンプルはそのグループから除かれる。すなわち、各々の
傾斜の計算は予め定められた数の連続するデジタルのサ
ンプルであって、最も新しく得られたサンプルをグルー
プ中の最も古いサンプルに置き換えることによって得ら
れる。

図8Aに示されている各々のグループのサンプルの数は
単に３個であるが、これは説明を簡単にするためのもの
であって、このグループは一般的にもっと大きくするこ
とができる。任意の応用に用いられる正確なサンプルの
数は一義的には計算によって形成される好ましい雑音免
疫性の程度に依存されるであろう。

また、直線合わせが示されたがこれも説明の簡単のため
であるが、ある応用においてはもっと複雑な多次のデジ
タル信号への適合も考えられる。この技術はよく知られ
ているソビツキ−ゴレイの多次法の応用である。たとえ
ば、エイ．ソビツキおよびエム．ジェイ．イー．ゴレ
イ、アナリティカル ケミストリー、ボリューム36、16
27〜1639頁（1964年）、またはピー．エイ．ゴーリー、
アナリティカル ケミストリー、ボリューム62、570〜5
73頁（1990年）を参照されたい。現実のデータに曲線を
適合させる利点はプロセスのモデルを作ることによって
前方へのプロセスコントロールを許容することができる
からである。

同じような信号処理技術は多岐にわたる材料または組
成の処理操作に応用を見出すことができる。

他の特定の半導体産業からの他の適当な応用例は図９に
略図示されている。図７に示されているように材料層を
化学用材によってエッチングにより除去するというより
は、むしろエッチングは真空室131内における乾式プラ
ズマ過程においてしばしば成される。

よく知られているように半導体ウエハ133は室内のター
ゲット構造135の下に配置されている。

実施されるであろう特定の処理プロセスに依存するもの
ではあるが、ターゲット135には直流電流または無線周
波数電源137によってエネルギーが供給される。不活性
ガスまたは活性ガスの供給源139は選択的にこれらのガ
スを室131の内部に接続する。

強い電界の影響下にガス分子の発生からプラズマ141が
半導体ウエハ133の上に形成される。その結果、ウエハ1
33はイオンによって衝撃され、そしてそれが材料の半導
体ウエハ133上の材料の上の層を除去するかまたはもし
そのような除去がマスクされているならば、マスクによ
って規定されている部分のみが除去される。

このプラズマプロセスにおいても、ウエットエッチン
グプロセスと同様な目的が存在する。すなわち、いつブ
レークスルーが最初に発生したか、その結果エッチング
のプロセスが適当な時点において、長すぎないように止
められることを正確に決定するという要求がある。プラ
ズマプロセスにおいては、プラズマ141の可視または可
視に近い電磁放射を水晶の窓142を介する観察が通常成
されている。光検出器143が、図９に示されているよう
に室131の外側に近接して窓142を介して見ることができ
るプラズマ放射の経路に設けられている。１または多数
の選択された狭い波長領域または線中のプラズマ141の
放射強度が検出され、そして前記光検出器143の１つの
電気信号がそれらの強度に比例するものとなる。ある限
られた放射波長領域の検出器は通常狭い帯域幅の干渉ま
たは他のタイプのフィルタを光検出器143の前に配置す
ることによって、それがその波長領域にあるものを受信
するようにする。

モニタされるために選ばれる波長領域はその強度がモ
ニタされているエッチングプロセスの進行に関連してそ
の強度が変化するようなものである。

図10Aはモニタすることができるそのような狭い帯域信
号を図示している。エッチングされている層のブレーク
スルーは時間t_Bに起こり、ここにおいて信号パターンの
変化は急激に平坦になる。

同様にして図11Aにはプラズマ放射の帯域幅である一定
の状況下にモニタされるものであって、そこではその強
度がエッチングが進むにしたがって増加し、エンドポイ
ントは時点t_Bによって示され、そこからは増加する信号
がしだいに平坦化される。

好ましい信号処理技術であって、いつ時間t_Bが減少ま
たは増加する信号、図10または図11に起こったかを検出
する好ましい技術は、それぞれすでに図８に関連して説
明したものと同じである。

すなわち、光検出器のアナログ出力で図10Aに示されて
いるものは、デジタル化され、そして一点ごとに図10B
に示される派生信号を得るように処理される。負の傾斜
の閾値レベル145が適当なレベルにセットされる。プロ
セスはまず最初に図10Bの信号がある決められた時間だ
け閾値145を超えたかを検出し、かくして、エッチング
プロセスが始まったことが示される。プロセスの開始が
検出された後に、図10Bの信号はそれがいつ閾値レベル1
45以下に一定時間降下したかによってブレークスルーが
起こったことを示す。分けられた閾値レベルがプロセス
の開始およびブレークスルーの発生のために利用でき
る。

同様にして図11Bに示されている派生的な信号は図11A
の光検出器出力から得られる。閾値147が派生信号と共
に用いられる。図11Bに示されている派生信号が閾値147
を一定の時間超えたときにプロセスが開始されたことが
決定される。ブレークスルーは引き続いて、派生信号が
前記閾値147以下になったときに決定される。

図12を参照すると、そこには図３のエンドポイントコ
ントローラにおいて、図5Aまたは10Aまたは10Bの派生信
号からブレークスルーを決定するために用いられる信号
処理技術が示されている。

各々の場合、これらのアナログ信号は最初にデジタル化
され、そしてその各々図5B,図10B,および図11Bに示され
ている派生信号は図８に示されている過程によって決定
される。

図12の第１のステップ151の信号処理技術は、種々の
パラメータをセットし、そして１または多数のカウンタ
が使用される。そのようなパラメータの１つを“N"と名
付けられる。その連続するデータのポイントは１回に各
々の傾斜を決定するために用いられる。図８に示されて
いる実施例においては、Ｎ＝３である。最終のユーザー
にこのＮを選択させることが好ましい。その理由はその
値は特定の応用において必要とする雑音の免疫度の量に
よって一義的に決定されるからである。

前記Ｎのデータ点は通常重なり合う間隔をもってグル
ープ化されており、それは図8Aに示されているが、その
代わりに段階的な間隔にグループ化され、ここにおいて
は各傾斜の値は異なったデータ点から選ばれる。この技
術は重なり合うケースが段階的場合において、同様に取
り扱われるからである。

そのような初期化の後に、次のステップ153は、Ｎ−
１個の引き続くデータ点であって、図8Aに図示されてい
るものを取得し、蓄積する。異なるデータ点が、ステッ
プ155によって取得され、示され、そこには充分なデー
タ点であって、１つの傾斜値を計算するのに充分なデー
タ点が図８に示される技術によって算出され、ステップ
157で示される。いくつかのそのような計算された傾斜
値が図8Bに示されている。

各々の計算の後で、次のステップの159が半導体プロ
セスが始まったかどうかを決定する。もちろん、このブ
レークスルーのための判断基準は、明らかにプロセスが
始まったということが確認される前は適用されない。そ
うでなければ、ブレークスルーの決定が早すぎることに
なり、そして製造プロセスは始まる前に止められて終了
させられてしまう。もしプロセスが、スタートされてい
なければ、より多くのデータ値が付加的な傾斜ポイント
を得るために使用される。

プロセスが開始されたことが決定されたならば、しか
しながら次のステップ161がもっとも最近に計算された
傾斜値をターゲットエンド傾斜と比較する。もしそれが
ターゲットエンド傾斜よりも低ければ、ステップ163に
示されているように傾斜エンドカウンタが１加算され
る。これはステップ151で初期化されたカウンタのうち
の１つであって、最初の０カウントをもっている。次の
ステップ165では新しい傾斜エンドカウンタの新しいカ
ウントをターゲットエンドカウントと比較する。ターゲ
ットエンドカウントは当初151においてセットされたパ
ラメータのうちの１つとは異なるものであって、好まし
くはユーザーが選択できるものである。すなわち、この
セットは信号傾斜値がターゲット値以下にブレークスル
ーが起こる前に決定されないことに効果がある。この数
なまた、特殊な用途における信号上のノイズの量に関連
してセットされる。かくしてターゲットエンド傾斜は閾
値を超さない値として動作する。

一度、傾斜エンドカウンタが現在のターゲットエンド
カウントを超える値に加算されるために決定され、ブレ
ークスルーが起こったことがステップ167で示される。
プロセスエンドタイムはそれから過剰処理時間の付加だ
け計算され、そしてプロセスはそのようなより長い期間
ステップ168に示されているように行われる。もし、タ
ーゲットカウントがもっとも最近の傾斜値であって、そ
れがターゲットエンド傾斜より低いものに達しないとき
にはステップ165で決定されたようにそれから処理がス
テップ155に戻り、新しいデータ点を取得する。もし、
ステップ161に示されているように傾斜値の直近の値が
ターゲットエンド傾斜を超えるときは、傾斜エンドカウ
ンタはステップ169に示されているように０にリセット
される。

前記特殊な手続きがステップ159で半導体プロセスが
開始されたか、または変化できないかを決定するために
用いられ、そして分析されるために対応するタイプの信
号が選ばれる。図13および図14はプロセスがスタートし
たかしないかを決定するための他の方法を示している。

図13に示されている技術はスロープ値が予め定められ
た閾値を超えているかを見ており、そして図5A,図10Aお
よび図11Aのアナログ信号の分析に利用できる。傾斜ス
タートカウンタは図12の傾斜エンドカウンタに付加して
用いられる。ステップ171に示されているように傾斜に
おけるスタートカウンタは、ターゲットスタートカウン
タと比較され、同様にユーザーが選択可能である。も
し、前記傾斜スタートカウンタがターゲットスタートカ
ウンタを超えるように予め加算されていれば、プロセス
は図12のステップ161に続けられる。もしそうでなけれ
ば、他のステップ173（図13）が発生する。

ステップ173において、もっとも最近の傾斜値であっ
て、図12のステップ157によって計算されたものが閾値
ターゲットスタート傾斜と比較される。

もし、その傾斜値が閾値を超え、傾斜スタートカウンタ
が175に示されるように１を加算される。処理はそれか
ら、（図12に示すように）ステップ155に戻り、ステッ
プ157に続き、そしてそれからステップ159からステップ
161に進む。しかしながら、もし、もっとも最新の傾斜
値がターゲット傾斜より低いときには、傾斜スタートカ
ウンタはステップ177に示されているように０にリセッ
トされ、そして図12のプロセシングはステップ155およ
び157に戻る。

図5Aに示されているような形の振動信号の場合には代
わりの信号処理技術が好適に利用できる。

図14を参照すると、ステップ179は新しい傾斜値が図12
の157によって計算された後に起こる。

このステップ179において、信号ピークが発生したか否
かについての決定がなされる。もしそうであれば、それ
は半導体プロセスがスタートしたものであり、そして信
号処理手段は図12の次のステップ161に進む。もし、ピ
ークが見つからないことが決定されたならば、図14の次
のステップ181で信号の谷を探す。もしそのような信号
の谷が見つかればそれから次のステップである（図12
の）161に進み、もしそうでなかったならば、図12の信
号処理傾斜ステップ155と157に戻る。

図14の各々のステップ179と181において、最近に計算
された傾斜値が、最近の先行する傾斜値とピーク，また
は谷が派生信号中に起こっているかどうかを決定するた
めに用いられる。ステップ179においてナンバーＰの傾
斜値が用いられる。当初は増加していたある数のひき続
く傾斜値のグループに実質的に０の傾斜値がしたがい、
それが他の減少する予め定められた値が続くかどうかが
決定される。

同様にしてステップ181はもっとも最近に計算された傾
斜値をナンバーＶ傾斜値と谷が存在しているかどうかの
ために用いられる。谷が存在し、もし最初の傾斜点が減
少させられ、他の数の実質的に０が引き続き、さらに他
の数の増加する傾斜サンプルが続く。

信号処理技術が特定の半導体処理の例について行われ
てきたが、この技術は広い応用をもっていてアナログ信
号、図5A,図10A,図11Aまたは同じような信号が存在する
分野に広く応用できる。半導体基板以外の物品の処理に
も多分同様にモニタのために利用でき、問題の電磁エネ
ルギービームまたは同じように検出できる電磁的なエネ
ルギーであって、材料からの処理の中で放出されるもの
を観察することによって可能である。化学反応のモニタ
にもこの技術が利用できる。これに加えて数々の利用が
電気的アナログ信号ですでに存在しているもの、たとえ
ばある操作の副製品の、たとえば分光光度計としても利
用できる。

かくして、本発明はあらゆる特定の処理または、操作だ
けではなくて、添付の請求の範囲の全範囲内において保
護されるべきものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−17078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−208724（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137852（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−121656（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭59−500892（ＪＰ，Ａ) 米国特許5021362（ＵＳ，Ａ) 国際公開91／18322（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G01N 21/27 G01N 21/45

Claims (40)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に形成されている層を除去するエッチ
   ング処理の過程が特定の段階に入ったことを検出する方
   法において： （ａ）前記処理によってもたらされる前記層の変化に関
   連するアナログ信号を発生させるステップと、 （ｂ）前記アナログ信号を周期的にサンプリングして一
   連のデジタルサンプルを取得するステップと、 （ｃ）前記予め定められた数の前記デジタルサンプルの
   グループについて、前記個々のグループのサンプルが少
   なくとも直近の先行するグループのいくつかのサンプル
   のものを含んでいるが、少なくとも先行する最先に取得
   されたものを外し、前のグループに属さない最近に取得
   されたサンプルを含めたグループについて信号の変化の
   率を順次繰り返して計算する計算ステップと、 （ｄ）計算された信号変化の割合が、予め定められた範
   囲内にいつ入ったかを決定して、前記物質の層の処理が
   前記特定の段階に達したかを決定するステップと、 から構成した前記層の処理の過程が特定の段階に入った
   か否かを決定する方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、 任意の繰り返して計算するステップが、 時間的な連続性を持つ予め定められたデジタルサンプル
   のグループに曲線を合せるステップと、および 前記曲線から信号の変化の１つの値を算出するステップ
   と、 を含む条件の変化の特定の段階を検出する方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の方法において、前記条件が
   予め定められた段階に達したことの決定に応答して、前
   記状態の変化を終了させる付加的なステップを含む条件
   の変化の特定の段階を検出する方法。
4. 【請求項４】請求項１記載の方法において、材料が処理
   の結果としてその条件が変わっていることがモニタされ
   ている材料を処理する付加的なステップを含む条件の変
   化の特定の段階を検出する方法。
5. 【請求項５】請求項４記載の方法において、前記信号の
   モニタと発生のステップは検出器を電磁放射信号であっ
   て、その変化が処理されている材料の特性の変化に対応
   するものの経路に配置されている条件の変化の特定の段
   階を検出する方法。
6. 【請求項６】請求項５記載の方法において、前記信号の
   モニタと発生のステップは電磁放射を材料に向け、その
   結果が検出器に向けられるステップを含み、これによっ
   て前記検出器は前記材料の条件変化による変更された光
   ビームを受けるものである条件の変化の特定の段階を検
   出する方法。
7. 【請求項７】請求項５記載の方法において、前記検出器
   を配置するステップは材料が処理されている部分から発
   生する電磁波の経路に前記検出器を配置するステップを
   含む条件の変化の特定の段階を検出する方法。
8. 【請求項８】請求項１記載の方法において、前記層の表
   面にわたるある材質の層の少なくとも一部の厚さを変更
   する付加的なステップを含み、そしてそこにおいて前記
   条件の変化は前記材料層の厚さによって発生させられる
   信号をモニタすることによって前記状態の変化がモニタ
   される条件の変化の特定の段階を検出する方法。
9. 【請求項９】請求項８記載の方法において、前記厚みを
   変更するステップは前記材料層の厚さを増加させるステ
   ップを含むものである条件の変化の特定の段階を検出す
   る方法。
10. 【請求項１０】請求項８記載の方法において、前記厚さ
    を変化させるステップは前記材料の厚さを減少させるス
    テップを含むものである条件の変化の特定の段階を検出
    する方法。
11. 【請求項１１】請求項10記載の方法において、前記材料
    層の厚みを変化させるステップは、前記材料層中のパタ
    ーン化された部分のみを減少させるものである条件の変
    化の特定の段階を検出する方法。
12. 【請求項１２】請求項８記載の方法において、前記材料
    層の厚さがモニタされる層は半導体基板を含む条件の変
    化の特定の段階を検出する方法。
13. 【請求項１３】請求項８記載の方法において、前記信号
    モニタと発生のステップは電磁放射を材料層に向け、そ
    してそれから検出器に向けるステップを含み、これによ
    り前記検出器は前記層の厚みの条件の変化によって変更
    されたビームを受けるものである条件の変化の特定の段
    階を検出する方法。
14. 【請求項１４】請求項８記載の方法において、前記検出
    器を配置するステップは前記材料層の厚みを変化させる
    過程のある部分から放出される電磁放射の経路中に配置
    されるステップを含む条件の変化の特定の段階を検出す
    る方法。
15. 【請求項１５】請求項８記載の方法において、前記厚さ
    が変更される層はホトレジスト材料層である条件の変化
    の特定の段階を検出する方法。
16. 【請求項１６】請求項８記載の方法において、それはさ
    らに厚さの条件の変更が前記特定のステージに達したこ
    との決定に応答して前記厚さの層の変更を終了させる付
    加的なステップを含む条件の変化の特定の段階を検出す
    る方法。
17. 【請求項１７】請求項１記載の方法において、前記条件
    の変化の特定の段階は前記デジタル信号サンプルの大き
    さを参照信号レベルの絶対値と大きさの比較をすること
    なく検出される条件の変化の特定の段階を検出する方
    法。
18. 【請求項１８】半導体基板上の層のエッチング処理の過
    程が特定の段階に入ったことを検出するための方法にお
    いて： 前記層の変化に関連する変化の割合を示す電磁放射信号
    を１つの検出器に向けるステップと、 前記検出器から連続する周期的なデジタル値の形の電気
    信号であって、それはまた変化の割合を示し、そしてそ
    れは前記層の状態の変化に関連するものを発生するステ
    ップと、 前記層の処理中に次のステップによって連続するグルー
    プの前記デジタル信号から個々の値を次のステップによ
    って計算するステップと、 時間的に連続する予め定められた数のデジタル信号の第
    １のグループから曲線を作るステップと、 前記曲線から前記信号の１つの値を算出するステップ
    と、および 信号の変化の値を複数の異なったグループで予め定めら
    れた数のデジタル値からのものを算出し、個々のグルー
    プの値は少なくとも最先に取得された直前のグループの
    １つを除去して、時間的に連続して先行する曲線合わせ
    を繰り返すステップと、 前記信号の変化の値から層の処理が始まったことを決定
    するステップと、および 前記層の処理が始まったことを決定した後に、前記層の
    状態の段階に関連する第１の予め定められた数の引き続
    く信号の変化がある１つのはじめにプリセットされた限
    界の時に決定し、これによって前記層の状態が前記段階
    に入ったことを検出するステップと、 を含む層の状態の特定の段階を検出するための方法。
19. 【請求項１９】請求項18記載の方法において、前記層の
    処理が始まったことを検出するステップは、ある第２の
    予め定められた数の信号の連続する値の変化が前記層の
    処理に関連する第２の予め定められた限界の外側に行っ
    たことを決定する層の状態の特定の段階を検出するため
    の方法。
20. 【請求項２０】請求項19記載の方法において、前記第１
    の予め定められた限界は予め定められたレベルより低い
    信号の変化であり、前記第２の予め定められた限界は前
    記予め定められたレベルよりも大きい信号変化値である
    層の状態の特定の段階を検出するための方法。
21. 【請求項２１】請求項18記載の方法において、前記方法
    は前記層の状態が前記予め定められた段階に応答して前
    記層の処理を終了する付加的なステップを含む層の状態
    の特定の段階を検出するための方法。
22. 【請求項２２】請求項18記載の方法において、前記層の
    状態の特殊な段階は前記デジタル信号値の大きさを前記
    信号レベルの絶対値と比較して決定されるものではない
    層の状態の特定の段階を検出するための方法。
23. 【請求項２３】基板上の層を除去するエッチング処理の
    過程が特定の段階に入ったことを検出する方法であり、
    実質的に透明な層から材料を除去するプロセスでブレー
    クスルーを検出する方法において： 材料除去処理中に前記層に、そこから反射してきた放射
    の前記層の表面および表面の下の層の表面の両方からの
    放射をさせるように電磁波を向けるステップと、 １つの検出器で、前記層の露出された表面からの反射と
    前記下の層の表面からの反射間の干渉の強さに比例する
    電気信号でその信号の変化が前記材料が前記層から除去
    されるにしたがっている前記反射された放射を受信し、
    信号のデジタルサンプルを取得するステップと、 前記デジタルサンプルのグループについて、前記個々の
    グループのサンプルが少なくとも直近の先行するグルー
    プのいくつかのサンプルのものを含んでいるが、少なく
    とも先行する最先に取得されたものを外し、前のグルー
    プに属さない最近に取得されたサンプルを含めたグルー
    プについて信号の変化の率を順次繰り返して計算し、前
    記信号の時間的な変化を代表する傾斜関数を前記除去プ
    ロセスにおいて前記電気信号から計算するステップと、 前記傾斜関数から前記除去プロセスが始まったことを決
    定するステップと、および 前記材料の除去のプロセスが開始したことを決定した後
    に、前記傾斜関数が予め定められた固定値に予め定めら
    れた時間だけ達したことを検出し、これにより前記信号
    の振動が検出されて前記ブレークスルーが起こったこと
    を確認する検出ステップと、 を含む材料を除去するプロセスでブレークスルーを検出
    する方法。
24. 【請求項２４】請求項23記載の方法において、前記プロ
    セスの処理が始まったことを検出するステップは、少な
    くとも電気信号の１つの信号の部分が存在することを検
    出することを含む材料を除去するプロセスでブレークス
    ルーを検出する方法。
25. 【請求項２５】請求項23記載の方法において、前記プロ
    セスが始まったことを決定するプロセスは前記傾斜関数
    が前記第２の予め定められた値を前記第２の予め定めら
    れた期間だけ超えたことを検出することを含む材料を除
    去するプロセスでブレークスルーを検出する方法。
26. 【請求項２６】請求項25記載の方法において、前記第１
    および第２の予め定められた関数の値は１つの値として
    である材料を除去するプロセスでブレークスルーを検出
    する方法。
27. 【請求項２７】請求項23記載の方法において、前記傾斜
    関数を算出するステップは前記光検出器によって発生さ
    せられた電気信号のデジタルサンプルの周期的なサンプ
    ルを取得し、時間的に連続する予め定められた数のデジ
    タルサンプルのグループに曲線を当てはめるステップを
    含む材料を除去するプロセスでブレークスルーを検出す
    る方法。
28. 【請求項２８】請求項27記載の方法において、前記傾斜
    関数が予め定められた固定値に予め定められた最初の一
    定の期間だけ一致したときを検出するステップは連続す
    る傾斜関数の値の数は前記第１の予め定められた値が前
    記第１の予め定められた期間だけ前記予め定められた値
    以下に止まっていることを決定する期間を含む材料を除
    去するプロセスでブレークスルーを検出する方法。
29. 【請求項２９】請求項23記載の方法において、前記材料
    を除去するプロセスは１つのパターンにしたがって選択
    的に溶解するようなホトレジスト層を現像する工程を含
    む材料を除去するプロセスでブレークスルーを検出する
    方法。
30. 【請求項３０】請求項29記載の方法において、前記ホト
    レジスト層現像工程は前記露出された表面に現像液を供
    給する工程を含む材料を除去するプロセスでブレークス
    ルーを検出する方法。
31. 【請求項３１】請求項23記載の方法において、前記材料
    除去プロセスは１つのマスクを換えて材料をエッチング
    するプロセスを含む材料を除去するプロセスでブレーク
    スルーを検出する方法。
32. 【請求項３２】請求項31記載の方法において、前記層は
    エッチング溶液に前記マスクを介して前記露出されてい
    る部分がエッチされる材料を除去するプロセスでブレー
    クスルーを検出する方法。
33. 【請求項３３】請求項23記載の方法において、前記材料
    除去プロセスは１つの半導体ウエハ上に設けられた前記
    層から材料を除去するプロセスを含む材料を除去するプ
    ロセスでブレークスルーを検出する方法。
34. 【請求項３４】請求項23記載の方法において、ブレーク
    スルーの発生が確認されたことに応答して前記層の材料
    除去を終了される付加的なステップを含む材料を除去す
    るプロセスでブレークスルーを検出する方法。
35. 【請求項３５】請求項23記載の方法において、前記ブレ
    ークスルーは電気信号の大きさを参照信号レベルの絶対
    値と比較することなしに確認される材料を除去するプロ
    セスでブレークスルーを検出する方法。
36. 【請求項３６】基板上の層を除去するエッチング処理の
    過程が特定の段階に入ったことを検出する方法であり、
    前記層から材料を除去するプラズマ処理過程におけるブ
    レークスルーの検出方法において： 前記プラズマの電磁放射の要素を検出して前記放射要素
    の強度に比例する電気信号を発生させる検出ステップ
    と、 前記信号の傾斜の時間変化を代表する傾斜関数の前記除
    去プロセスの電気信号を算出するステップであって： （ａ）前記検出ステップで検出された電気信号の間隔を
    持つ周期的なデジタルサンプルを取得するステップと、 （ｂ）時間的に連続であるデジタルサンプルの予め定め
    られた数のグループから１つの曲線を作るステップと、 （ｃ）前記傾斜関数から１つの値を算出するステップ
    と、 （ｄ）前記（ｂ）と（ｃ）のステップを前記予め定めら
    れたデジタルサンプルの数のグループの複数について繰
    り返し前記個々のグループは少なくとも先行するグルー
    プの直前に得られた最初のものを排除するものである繰
    り返しステップを含むステップと、 前記傾斜関数から前記除去プロセスが始まったことを決
    定するステップと、および 前記材料除去プロセスが始まったことが決定された後で
    前記傾斜関数が予め定められた値よりも予め定められた
    期間低下したことを検出することによりブレークスルー
    が発生したことを確認して検出するステップと、 を含むプラズマ処理過程におけるブレークスルーの検出
    方法。
37. 【請求項３７】請求項36記載の方法において、前記傾斜
    関数の大きさが前記予め定められた値よりも前記予め定
    められた期間だけ下にあることを検出するステップは引
    き続く複数の傾斜関数の値が前記デジタル信号データが
    前記予め定められた期間だけ前記予め定められた値より
    も低くなったことから算出するプラズマ処理過程におけ
    るブレークスルーの検出方法。
38. 【請求項３８】請求項36記載の方法において、前記材料
    除去プロセスは半導体ウエハによって支持された材料を
    除去するプロセスを含むプラズマ処理過程におけるブレ
    ークスルーの検出方法。
39. 【請求項３９】請求項36記載の方法において、ブレーク
    スルーが起こったことの確認に対応して前記層の材料除
    去のプロセスを終了するステップを含むプラズマ処理過
    程におけるブレークスルーの検出方法。
40. 【請求項４０】請求項36記載の方法において、前記ブレ
    ークスルーは前記電気信号の大きさを前記ある参照信号
    の絶対値と比較して確認するものではないものであるプ
    ラズマ処理過程におけるブレークスルーの検出方法。