JP3292029B2 - ドライ・エッチング終点監視方法およびそのための装置 - Google Patents
ドライ・エッチング終点監視方法およびそのための装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造に関し、より具体的には基板上に形成された誘電フ
ィルムまたは層の所与の厚さすなわちストップ厚までの
ドライ・エッチングを監視するための方法および装置に
関する。
製造に関し、より具体的には基板上に形成された誘電フ
ィルムまたは層の所与の厚さすなわちストップ厚までの
ドライ・エッチングを監視するための方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ）の製造では、基
板の表面上に形成された様々な材料の層および特に誘電
材料の層の除去またはパターン形成に、プラズマ反応性
イオン・エッチング（ＲＩＥ）を含むドライ・エッチン
グ技法が広く使用されている。プロセス・パラメータの
制御、ならびに最終的にはＩＣ製品の特性やパフォーマ
ンスにとって最も重要なことは、このような層の除去中
に所与の厚さでエッチングを停止するためのエッチ終点
を決定することである。実際には、誘電層の残りの厚さ
が製品仕様に設定された公称値と等しいか、それに極め
て近くなることが重要である。さらに、この残りの厚さ
は、同一のウェハ・ロットまたは別々のウェハ・ロット
に属すウェハ間で一定値にする必要がある。高い再現性
でこのような所定の厚さを得ることは、その後、ウェハ
に対して行う処理ステップを正常に完了するために重要
な要因の１つである。
板の表面上に形成された様々な材料の層および特に誘電
材料の層の除去またはパターン形成に、プラズマ反応性
イオン・エッチング（ＲＩＥ）を含むドライ・エッチン
グ技法が広く使用されている。プロセス・パラメータの
制御、ならびに最終的にはＩＣ製品の特性やパフォーマ
ンスにとって最も重要なことは、このような層の除去中
に所与の厚さでエッチングを停止するためのエッチ終点
を決定することである。実際には、誘電層の残りの厚さ
が製品仕様に設定された公称値と等しいか、それに極め
て近くなることが重要である。さらに、この残りの厚さ
は、同一のウェハ・ロットまたは別々のウェハ・ロット
に属すウェハ間で一定値にする必要がある。高い再現性
でこのような所定の厚さを得ることは、その後、ウェハ
に対して行う処理ステップを正常に完了するために重要
な要因の１つである。
【０００３】図１は、本質的にシリコン・ボディ１１
と、その上に複数の絶縁層から形成されたスタック１２
とを含む、半導体構造１０から構成されるウェハの一部
の概略を示している。通常、スタック１２は、最下部の
厚さ３０ｎｍのＳｉＯ2層１３と、中間の厚さ１５０ｎ
ｍのＳｉ3Ｎ4層１４と、最上部のＳｉＯ2層１５とから
構成される。ＳｉＯ2層１５の底面とＳｉ3Ｎ4層１４の
上面との境界面は１６ａとして示されている。また、Ｓ
ｉＯ2層１５の上面は参照番号１６ｂで示されている。
一般に、ＳｉＯ2層１５は、テトラ・エチル・オルト・
シリケート（ＴＥＯＳ）と酸素を使用する、ＬＰＣＶＤ
（減圧化学気相成長法）／ＰＥＣＶＤ（プラズマ強化型
化学気相成長法）技法のＳｉＯ2によって形成される。
ボディ１１には、浅い絶縁トレンチ１７が設けられてい
る。このため、構造１０は、１６ＭビットのＤＲＡＭチ
ップの製作に使用する絶縁トレンチ形成後のシリコン・
ウェハの典型的な例である。製作のこの段階では、構造
１０を平坦化し、ＳｉＯ2層１５の初期厚さＥを製品仕
様によって決定された所与の値Ｅｆまで低減する必要が
ある。そのため、おおむねＳｉＯ2材と同じエッチング
速度を有するフォトレジストなどの平坦化媒体の層１８
で構造１０をコーティングし、従来のドライ・エッチン
グ・ツールで構造１０をエッチバックする。このエッチ
・バックは、一般に２つの処理ステップで完了し、それ
ぞれのステップはそれぞれ別の気体の化学物質を使用す
る。エッチ・バック・プロセスの第１のステップでは、
ＳｉＯ2層１５の上面が露出されるまで構造１０をエッ
チングする。侵食性を高めるためにより反応性の高い気
体の化学物質を使用する第２のステップでは、ＳｉＯ2
層１５を表面１６ｂからＥｘｆ＝Ｅ−Ｅｆの深さまでエ
ッチングする。エッチング後に残っているＳｉＯ2層１
５の平坦な上面は参照番号１６ｃで示されている。
と、その上に複数の絶縁層から形成されたスタック１２
とを含む、半導体構造１０から構成されるウェハの一部
の概略を示している。通常、スタック１２は、最下部の
厚さ３０ｎｍのＳｉＯ2層１３と、中間の厚さ１５０ｎ
ｍのＳｉ3Ｎ4層１４と、最上部のＳｉＯ2層１５とから
構成される。ＳｉＯ2層１５の底面とＳｉ3Ｎ4層１４の
上面との境界面は１６ａとして示されている。また、Ｓ
ｉＯ2層１５の上面は参照番号１６ｂで示されている。
一般に、ＳｉＯ2層１５は、テトラ・エチル・オルト・
シリケート（ＴＥＯＳ）と酸素を使用する、ＬＰＣＶＤ
（減圧化学気相成長法）／ＰＥＣＶＤ（プラズマ強化型
化学気相成長法）技法のＳｉＯ2によって形成される。
ボディ１１には、浅い絶縁トレンチ１７が設けられてい
る。このため、構造１０は、１６ＭビットのＤＲＡＭチ
ップの製作に使用する絶縁トレンチ形成後のシリコン・
ウェハの典型的な例である。製作のこの段階では、構造
１０を平坦化し、ＳｉＯ2層１５の初期厚さＥを製品仕
様によって決定された所与の値Ｅｆまで低減する必要が
ある。そのため、おおむねＳｉＯ2材と同じエッチング
速度を有するフォトレジストなどの平坦化媒体の層１８
で構造１０をコーティングし、従来のドライ・エッチン
グ・ツールで構造１０をエッチバックする。このエッチ
・バックは、一般に２つの処理ステップで完了し、それ
ぞれのステップはそれぞれ別の気体の化学物質を使用す
る。エッチ・バック・プロセスの第１のステップでは、
ＳｉＯ2層１５の上面が露出されるまで構造１０をエッ
チングする。侵食性を高めるためにより反応性の高い気
体の化学物質を使用する第２のステップでは、ＳｉＯ2
層１５を表面１６ｂからＥｘｆ＝Ｅ−Ｅｆの深さまでエ
ッチングする。エッチング後に残っているＳｉＯ2層１
５の平坦な上面は参照番号１６ｃで示されている。
【０００４】図１に示されているのは、実際の製造環境
で製造された典型的な構造である。しかし、最も一般的
なものは、誘電層（ＳｉＯ2層１５）でコーティングさ
れた基板（この場合、シリコン・ボディ１１と、その上
に形成されたＳｉＯ2層１３およびＳｉ3Ｎ4層１４とを
含む）から構成されるはずである。必要なのは、干渉計
による測定を可能にするために、両者の境界面（１６
ａ）に２つの異なる光学媒体を設けることだけである。
問題は、ドライ・エッチング・ツールで誘電層を所与の
厚さまでエッチングすることである。
で製造された典型的な構造である。しかし、最も一般的
なものは、誘電層（ＳｉＯ2層１５）でコーティングさ
れた基板（この場合、シリコン・ボディ１１と、その上
に形成されたＳｉＯ2層１３およびＳｉ3Ｎ4層１４とを
含む）から構成されるはずである。必要なのは、干渉計
による測定を可能にするために、両者の境界面（１６
ａ）に２つの異なる光学媒体を設けることだけである。
問題は、ドライ・エッチング・ツールで誘電層を所与の
厚さまでエッチングすることである。
【０００５】このエッチ・バック・プロセスは、ＳｉＯ
2層１５のエッチング速度が一定であり、ウェハのエッ
チ・バック・ステップを行う前に決定することができる
という仮定に基づく周知の時間厚さ制御技法を使用し
て、全体を監視することができる。エッチング速度値
は、同一ツールで前のロットを処理したときに得られる
教示から求めるか、あるいは、対象となるロットのサン
プル・ウェハをそのツールで処理し、その後、この実験
からエッチング速度値を決定することによって求める。
後者の方がより正確であるが、時間がかかり、過剰エッ
チングの場合には各ロットの高価なウェハが無駄になる
可能性がある。これは、製造環境では許容できないこと
である。したがって、時間監視技法により、決定された
最終エッチング厚Ｅｘｆに対応する時間が経過すると同
時にエッチング・プロセスが停止する。残っているＳｉ
Ｏ2層１５の実際の厚さＥｙｆは、最終的に標準的な分
光干渉計技法により測定し、所望の最終厚Ｅｆと比較す
る。ＳｉＯ2層１５が過剰エッチングされていると判明
した場合は、調整は不可能なので、そのウェハを不合格
として廃棄しなければならない。実際の厚さＥｙｆが所
望の最終厚値Ｅｆを上回る場合は、前記所望の厚値Ｅｆ
に近づけるためにもう一度そのウェハを新たなエッチン
グ・ステップにかけるが、この場合、追加のエッチ・バ
ックが必要であり、それに付随する測定も必要である。
2層１５のエッチング速度が一定であり、ウェハのエッ
チ・バック・ステップを行う前に決定することができる
という仮定に基づく周知の時間厚さ制御技法を使用し
て、全体を監視することができる。エッチング速度値
は、同一ツールで前のロットを処理したときに得られる
教示から求めるか、あるいは、対象となるロットのサン
プル・ウェハをそのツールで処理し、その後、この実験
からエッチング速度値を決定することによって求める。
後者の方がより正確であるが、時間がかかり、過剰エッ
チングの場合には各ロットの高価なウェハが無駄になる
可能性がある。これは、製造環境では許容できないこと
である。したがって、時間監視技法により、決定された
最終エッチング厚Ｅｘｆに対応する時間が経過すると同
時にエッチング・プロセスが停止する。残っているＳｉ
Ｏ2層１５の実際の厚さＥｙｆは、最終的に標準的な分
光干渉計技法により測定し、所望の最終厚Ｅｆと比較す
る。ＳｉＯ2層１５が過剰エッチングされていると判明
した場合は、調整は不可能なので、そのウェハを不合格
として廃棄しなければならない。実際の厚さＥｙｆが所
望の最終厚値Ｅｆを上回る場合は、前記所望の厚値Ｅｆ
に近づけるためにもう一度そのウェハを新たなエッチン
グ・ステップにかけるが、この場合、追加のエッチ・バ
ックが必要であり、それに付随する測定も必要である。
【０００６】もう１つの周知の監視技法は干渉計使用法
に基づくものである。干渉計使用法では、所与の条件下
でリアルタイムで現行エッチング厚Ｅｘ（残っているＳ
ｉＯ2層１５の現行厚は、Ｅｙ＝Ｅ−ＥｘのようにＥｙ
で示される）を現場ならびにオンラインで制御すること
ができる。上記のエッチ・バック・プロセス中、ＳｉＯ
2層１５の上面が露出されると、ただちにエッチング速
度と現行エッチング厚Ｅｘを連続して正確に監視するこ
とができる。この標準的な技法によると、レーザから放
出された単色放射線が構造１０を含むウェハに垂直入射
角で当てられる。ＳｉＯ2層１５の上面で屈折した放射
線と、ＳｉＯ2層１５とその下にあるＳｉ3Ｎ4層１４と
の間に形成された境界面１６ａで屈折した放射により、
干渉じまが形成される。反射した放射線は適当な検出
器、一般にフォトダイオードに照射され、これが、エッ
チング中のＳｉＯ2層１５の厚さによって強さが変化す
る信号を生成する。この技法を改良したものは本出願人
に譲渡されたＥＰ−Ａ−０５１１４４８に記載されてい
る。この参考文献によれば、レーザは不要であり、プラ
ズマによって放出される所定の放射線、この場合はＳｉ
Ｂｒ線が干渉計として動作する分光計によって上面ポー
トから観察され、もう１つの分光計によって側面ポート
から観察される。これらの分光計が生成する信号は、上
記の参考文献に記載された方法により、ディジタル・コ
ンピュータで処理される。この技法では、観察するため
に十分な強度の１本の放射線を用意する必要がある。Ｅ
ｘ＝Ｅｘｆになるとエッチング・プロセスが停止し、残
りのＳｉＯ2層の厚さはＥｙｆ＝Ｅ−Ｅｘｆによって示
される。残りのＳｉＯ2層の実際の厚さＥｙｆは、この
方法ではオンラインならびに現場で測定することができ
ないので、ドライ・エッチング・ツールの外側で行う必
要がある。また、プラズマは非常に不安定な媒体で、そ
のパラメータはプロセス要件によってのみ決定され（し
たがって、監視の必要性のためではない）、所定の波長
を持つ指定の放射線が最適ではない場合もある。最後
に、プラズマはピンポイント光源ではない。したがっ
て、最終的な結果として、この改良方法にもいまだにい
くつかの限界がある。
に基づくものである。干渉計使用法では、所与の条件下
でリアルタイムで現行エッチング厚Ｅｘ（残っているＳ
ｉＯ2層１５の現行厚は、Ｅｙ＝Ｅ−ＥｘのようにＥｙ
で示される）を現場ならびにオンラインで制御すること
ができる。上記のエッチ・バック・プロセス中、ＳｉＯ
2層１５の上面が露出されると、ただちにエッチング速
度と現行エッチング厚Ｅｘを連続して正確に監視するこ
とができる。この標準的な技法によると、レーザから放
出された単色放射線が構造１０を含むウェハに垂直入射
角で当てられる。ＳｉＯ2層１５の上面で屈折した放射
線と、ＳｉＯ2層１５とその下にあるＳｉ3Ｎ4層１４と
の間に形成された境界面１６ａで屈折した放射により、
干渉じまが形成される。反射した放射線は適当な検出
器、一般にフォトダイオードに照射され、これが、エッ
チング中のＳｉＯ2層１５の厚さによって強さが変化す
る信号を生成する。この技法を改良したものは本出願人
に譲渡されたＥＰ−Ａ−０５１１４４８に記載されてい
る。この参考文献によれば、レーザは不要であり、プラ
ズマによって放出される所定の放射線、この場合はＳｉ
Ｂｒ線が干渉計として動作する分光計によって上面ポー
トから観察され、もう１つの分光計によって側面ポート
から観察される。これらの分光計が生成する信号は、上
記の参考文献に記載された方法により、ディジタル・コ
ンピュータで処理される。この技法では、観察するため
に十分な強度の１本の放射線を用意する必要がある。Ｅ
ｘ＝Ｅｘｆになるとエッチング・プロセスが停止し、残
りのＳｉＯ2層の厚さはＥｙｆ＝Ｅ−Ｅｘｆによって示
される。残りのＳｉＯ2層の実際の厚さＥｙｆは、この
方法ではオンラインならびに現場で測定することができ
ないので、ドライ・エッチング・ツールの外側で行う必
要がある。また、プラズマは非常に不安定な媒体で、そ
のパラメータはプロセス要件によってのみ決定され（し
たがって、監視の必要性のためではない）、所定の波長
を持つ指定の放射線が最適ではない場合もある。最後
に、プラズマはピンポイント光源ではない。したがっ
て、最終的な結果として、この改良方法にもいまだにい
くつかの限界がある。
【０００７】さらに、実際には、上記の絶縁層、特にＬ
ＰＣＶＤ技法により形成されたＳｉＯ2層１５は、厚さ
の再現性が低いことが分かっている。その結果、付着し
たＳｉＯ2層１５の厚さと、付着した材料の組成が、同
一ウェハ・ロットのウェハ間ならびに製作過程における
同一ウェハ・ロットのラン間で大幅に異なる可能性があ
る。その結果、ＳｉＯ2層１５の厚さがその理論値Ｅで
は示されなくなるが、Ｅ±ｅという値に近づけなければ
ならなくなる。この場合、ｅはＬＰＣＶＤ中のプロセス
変動による厚さの許容誤差を表す。通常、ｅはＳｉＯ2
層１５の初期厚の約１０％に相当する。したがって、実
際には、Ｅｘｆが最終エッチング厚であれば、残りのＳ
ｉＯ2層の最終厚がＥｙｆ＝（Ｅ±ｅ）−Ｅｘｆで示さ
れ、この値Ｅｙｆは、最終的に必要とされる所与の厚さ
の値Ｅｆとは異なる可能性がある。すなわち、ＳｉＯ2
層１５の元の厚さＥに対する誤差±ｅが実際の最終厚に
もくり返されて、Ｅｙｆ＝Ｅｆ±ｅになる。したがっ
て、干渉計による方法は、エッチング厚Ｅｘを正確かつ
連続して測定し、次いで所定の厚さＥｘｆが除去された
とき、エッチングを停止することができるが、残念なが
ら、シリコン基板上に残るＳｉＯ2層１５の現行厚Ｅｙ
ならびにエッチ・バック操作の終了時の実際の最終厚Ｅ
ｙｆを正確かつ連続して測定することはできない。この
ため、エッチ・プロセスの終了時に得られる残りのＳｉ
Ｏ2層１５の実際の最終厚Ｅｙｆが前記所与の厚さＥｆ
とのリアルタイムでの比較に直接使用できないので、±
ｅという厚さの誤差を補正することができない。
ＰＣＶＤ技法により形成されたＳｉＯ2層１５は、厚さ
の再現性が低いことが分かっている。その結果、付着し
たＳｉＯ2層１５の厚さと、付着した材料の組成が、同
一ウェハ・ロットのウェハ間ならびに製作過程における
同一ウェハ・ロットのラン間で大幅に異なる可能性があ
る。その結果、ＳｉＯ2層１５の厚さがその理論値Ｅで
は示されなくなるが、Ｅ±ｅという値に近づけなければ
ならなくなる。この場合、ｅはＬＰＣＶＤ中のプロセス
変動による厚さの許容誤差を表す。通常、ｅはＳｉＯ2
層１５の初期厚の約１０％に相当する。したがって、実
際には、Ｅｘｆが最終エッチング厚であれば、残りのＳ
ｉＯ2層の最終厚がＥｙｆ＝（Ｅ±ｅ）−Ｅｘｆで示さ
れ、この値Ｅｙｆは、最終的に必要とされる所与の厚さ
の値Ｅｆとは異なる可能性がある。すなわち、ＳｉＯ2
層１５の元の厚さＥに対する誤差±ｅが実際の最終厚に
もくり返されて、Ｅｙｆ＝Ｅｆ±ｅになる。したがっ
て、干渉計による方法は、エッチング厚Ｅｘを正確かつ
連続して測定し、次いで所定の厚さＥｘｆが除去された
とき、エッチングを停止することができるが、残念なが
ら、シリコン基板上に残るＳｉＯ2層１５の現行厚Ｅｙ
ならびにエッチ・バック操作の終了時の実際の最終厚Ｅ
ｙｆを正確かつ連続して測定することはできない。この
ため、エッチ・プロセスの終了時に得られる残りのＳｉ
Ｏ2層１５の実際の最終厚Ｅｙｆが前記所与の厚さＥｆ
とのリアルタイムでの比較に直接使用できないので、±
ｅという厚さの誤差を補正することができない。
【０００８】この点については、図２の（ａ）を参照す
ると、もっとよく説明できる。そこで図２の（ａ）を参
照すると、同図には理論的に分光計のフォトダイオード
によって生成される正弦波曲線１９ａが示されている。
実際には、分光計から出力される信号に高調波が存在す
るため、この信号は周期性であるが、正弦波は形成され
ない。通常の入射の場合、半分の周期に対応する２つの
連続する極値（極小値から極大値またはその反対）がｄ
＝Ｌ／４×Ｎという関係により距離ｄだけ分離されてい
る。ここで、Ｌは波長、ＮはＳｉＯ2層１５の屈折率で
ある。次に、このような半分の周期のエッチング速度Ｅ
Ｒとエッチング厚はＥＲ＝２×ｄ／Ｔという関係で相関
関係を示すことができる。ここで、Ｔは周期信号の周期
である。上記のプロセス変動による厚さの誤差ｅのた
め、現行厚ＥｙはＳｉＯ2層１５の実際の厚さの値、す
なわち、図２の（ａ）に示すＥ±ｅによることは明らか
である。曲線１９ａは境界面１６ａで極大値を通過す
る。したがって、プロセス変動の結果、Ｅｙの測定値に
誤差が発生し、結局、最終的に必要とされる前記所与の
厚さＥｆとは大幅に異なる可能性のある残りのＳｉＯ2
層１５の最終厚の値Ｅｙｆでエッチング・プロセスが停
止することになる。
ると、もっとよく説明できる。そこで図２の（ａ）を参
照すると、同図には理論的に分光計のフォトダイオード
によって生成される正弦波曲線１９ａが示されている。
実際には、分光計から出力される信号に高調波が存在す
るため、この信号は周期性であるが、正弦波は形成され
ない。通常の入射の場合、半分の周期に対応する２つの
連続する極値（極小値から極大値またはその反対）がｄ
＝Ｌ／４×Ｎという関係により距離ｄだけ分離されてい
る。ここで、Ｌは波長、ＮはＳｉＯ2層１５の屈折率で
ある。次に、このような半分の周期のエッチング速度Ｅ
Ｒとエッチング厚はＥＲ＝２×ｄ／Ｔという関係で相関
関係を示すことができる。ここで、Ｔは周期信号の周期
である。上記のプロセス変動による厚さの誤差ｅのた
め、現行厚ＥｙはＳｉＯ2層１５の実際の厚さの値、す
なわち、図２の（ａ）に示すＥ±ｅによることは明らか
である。曲線１９ａは境界面１６ａで極大値を通過す
る。したがって、プロセス変動の結果、Ｅｙの測定値に
誤差が発生し、結局、最終的に必要とされる前記所与の
厚さＥｆとは大幅に異なる可能性のある残りのＳｉＯ2
層１５の最終厚の値Ｅｙｆでエッチング・プロセスが停
止することになる。
【０００９】これに対して、予想組成に関して前述した
スタック１２の様々な層を形成する付着材料の組成にも
違いが存在する。特に、この結果、ＳｉＯ2層１５の公
称屈折率Ｎ、より一般的には、前記スタック１２を形成
する残りのすべての層の屈折率にわずかな違いが発生す
る。さらに、このような残りの層はそれぞれの公称厚に
関して不定の厚さを備えている可能性があり、それによ
り、表面形状（topography）に大幅な違いが生じる。最
終的には、同一ロットの製品ウェハ間のこのような違い
が主な関心事となる。一般に、このような違いは半導体
素子製造技術に固有のプロセス変動による。図２の
（ａ）の正弦波曲線１９ａは、単色放射線の波長ＬとＳ
ｉＯ2層１５の公称屈折率Ｎとの完全な適応関係、より
一般的にはスタック１２の光学特性を示すものである。
図１の構造１０に関する限り、屈折率の実際の値はＮ±
ｎによって示され、公称厚がＮ＝１．４８、誤差ｎが
０．００２の場合、Ｎの実際の値は約１．４６〜約１．
５０の間で変動する。指定の波長と屈折率との不一致が
発生すると、図２の（ｂ）の曲線１９ｂが示すように、
分光計から出力される信号がただちに低下する。この場
合、エッチ終点を検出するためにドライ・エッチ・プロ
セスを監視することはもはや不可能である。
スタック１２の様々な層を形成する付着材料の組成にも
違いが存在する。特に、この結果、ＳｉＯ2層１５の公
称屈折率Ｎ、より一般的には、前記スタック１２を形成
する残りのすべての層の屈折率にわずかな違いが発生す
る。さらに、このような残りの層はそれぞれの公称厚に
関して不定の厚さを備えている可能性があり、それによ
り、表面形状（topography）に大幅な違いが生じる。最
終的には、同一ロットの製品ウェハ間のこのような違い
が主な関心事となる。一般に、このような違いは半導体
素子製造技術に固有のプロセス変動による。図２の
（ａ）の正弦波曲線１９ａは、単色放射線の波長ＬとＳ
ｉＯ2層１５の公称屈折率Ｎとの完全な適応関係、より
一般的にはスタック１２の光学特性を示すものである。
図１の構造１０に関する限り、屈折率の実際の値はＮ±
ｎによって示され、公称厚がＮ＝１．４８、誤差ｎが
０．００２の場合、Ｎの実際の値は約１．４６〜約１．
５０の間で変動する。指定の波長と屈折率との不一致が
発生すると、図２の（ｂ）の曲線１９ｂが示すように、
分光計から出力される信号がただちに低下する。この場
合、エッチ終点を検出するためにドライ・エッチ・プロ
セスを監視することはもはや不可能である。
【００１０】したがって、ＳｉＯ2層１５の厚さＥの典
型的な値は６５０±６５ｎｍに等しくなる。この値は、
平坦化ステップ後に残っている層１５の所望の厚さと比
較され、この例ではＥｆ＝１００±５ｎｍで示される。
その結果、ＳｉＯ2層１５の公称厚Ｅ＝６５０ｎｍに関
する誤差ｅ＝６５ｎｍが残りのＳｉＯ2層１５の厚さ全
体に反映されるが、求めている残りのＳｉＯ2層１５の
厚さの誤差は５ｎｍ以下であるべきである。厚さの誤差
ｅ＝６５ｎｍが残りのＳｉＯ2層１５の厚さＥｆ＝１０
０ｎｍと同じ桁であることに留意することが重要であ
る。したがって、ここで解決すべき主な問題は、構造１
０の製作に固有のプロセス変動の結果発生する組成の違
いによる厚さの誤差ｅと屈折率の誤差ｎを除くことであ
る。
型的な値は６５０±６５ｎｍに等しくなる。この値は、
平坦化ステップ後に残っている層１５の所望の厚さと比
較され、この例ではＥｆ＝１００±５ｎｍで示される。
その結果、ＳｉＯ2層１５の公称厚Ｅ＝６５０ｎｍに関
する誤差ｅ＝６５ｎｍが残りのＳｉＯ2層１５の厚さ全
体に反映されるが、求めている残りのＳｉＯ2層１５の
厚さの誤差は５ｎｍ以下であるべきである。厚さの誤差
ｅ＝６５ｎｍが残りのＳｉＯ2層１５の厚さＥｆ＝１０
０ｎｍと同じ桁であることに留意することが重要であ
る。したがって、ここで解決すべき主な問題は、構造１
０の製作に固有のプロセス変動の結果発生する組成の違
いによる厚さの誤差ｅと屈折率の誤差ｎを除くことであ
る。
【００１１】
【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、基板上に形成した誘電フィルムを前記基板
上に残っている必要がある誘電フィルムの所望の厚さ
（所与の厚さという）まで減少させるドライ・エッチン
グ・プロセスを監視するための方法および装置を提供す
ることにある。
主な目的は、基板上に形成した誘電フィルムを前記基板
上に残っている必要がある誘電フィルムの所望の厚さ
（所与の厚さという）まで減少させるドライ・エッチン
グ・プロセスを監視するための方法および装置を提供す
ることにある。
【００１２】本発明の他の目的は、そのように行われた
ときの誘電フィルムの上面からではなく、誘電フィルム
と基板との境界面からエッチ終点判定基準が決定される
ことを特徴とする、基板上に形成した誘電フィルムを所
望の厚さまで減少させるドライ・エッチング・プロセス
を監視するための方法および装置を提供することにあ
る。
ときの誘電フィルムの上面からではなく、誘電フィルム
と基板との境界面からエッチ終点判定基準が決定される
ことを特徴とする、基板上に形成した誘電フィルムを所
望の厚さまで減少させるドライ・エッチング・プロセス
を監視するための方法および装置を提供することにあ
る。
【００１３】本発明の他の目的は、１つのロットの全ウ
ェハについて非常に正確にしかも完全な再現性をもって
基板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少さ
せるドライ・エッチング・プロセスを監視するための方
法および装置を提供することにある。
ェハについて非常に正確にしかも完全な再現性をもって
基板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少さ
せるドライ・エッチング・プロセスを監視するための方
法および装置を提供することにある。
【００１４】本発明の他の目的は、製造プロセスによる
フィルム厚および組成の変動とは無関係に、基板上に形
成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少させるドライ
・エッチング・プロセスを監視するための方法および装
置を提供することにある。
フィルム厚および組成の変動とは無関係に、基板上に形
成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少させるドライ
・エッチング・プロセスを監視するための方法および装
置を提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は、別々かつ指定の波長
を有する少なくとも２種類の放射線を含む大規模光線の
使用と、最良のものの選択とに基づく、基板上に形成し
た誘電フィルムを所望の厚さまで減少させるドライ・エ
ッチング・プロセスを監視するための方法および装置を
提供することにある。
を有する少なくとも２種類の放射線を含む大規模光線の
使用と、最良のものの選択とに基づく、基板上に形成し
た誘電フィルムを所望の厚さまで減少させるドライ・エ
ッチング・プロセスを監視するための方法および装置を
提供することにある。
【００１６】本発明の他の目的は、前記指定の波長が４
×ｅ×Ｎ（ｅは厚さの誤差であり、Ｎは誘電フィルムの
屈折率である）で示される最小値より大きいことを特徴
とする、基板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さま
で減少させるドライ・エッチング・プロセスを監視する
ための方法および装置を提供することにある。
×ｅ×Ｎ（ｅは厚さの誤差であり、Ｎは誘電フィルムの
屈折率である）で示される最小値より大きいことを特徴
とする、基板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さま
で減少させるドライ・エッチング・プロセスを監視する
ための方法および装置を提供することにある。
【００１７】本発明の他の目的は、４×ｅ×Ｎ（ｅは厚
さの誤差、Ｎは誘電フィルムの屈折率）で示される最小
値より大きい指定の波長の小規模光線の使用に基づく、
基板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少さ
せるドライ・エッチング・プロセスを監視するための方
法および装置を提供することにある。
さの誤差、Ｎは誘電フィルムの屈折率）で示される最小
値より大きい指定の波長の小規模光線の使用に基づく、
基板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少さ
せるドライ・エッチング・プロセスを監視するための方
法および装置を提供することにある。
【００１８】本発明の他の目的は、正確さを最大にする
ためにエッチング中の製品についてエッチング速度を現
場ならびにオンラインで測定することを特徴とする、基
板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少させ
るドライ・エッチング・プロセスを監視するための方法
および装置を提供することにある。
ためにエッチング中の製品についてエッチング速度を現
場ならびにオンラインで測定することを特徴とする、基
板上に形成した誘電フィルムを所望の厚さまで減少させ
るドライ・エッチング・プロセスを監視するための方法
および装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
した誘電フィルムを含む構造のドライ・エッチング・プ
ロセスを監視するための方法および装置を提供すること
を目的とする。主な目的は、公称厚Ｅに（プロセス変動
による）誤差ｅが生じやすい誘電フィルム（たとえば、
図１のＳｉＯ2層１５）を、前記誘電フィルムの底面と
基板との間の境界面から測定した所与の厚さＥｆまでエ
ッチングすることである。前記所与の厚さは製品仕様に
正確に定義されている。別の目的は、公称屈折率Ｎの誤
差ｎ、より一般的にはスタック１２の光学特性のばらつ
きを除去することである。通常、基板は、半導体ウェハ
の一部であり、絶縁材料からなる層（たとえば、図１の
ＳｉＯ2 １３／Ｓｉ3Ｎ4 １４の複合層）によってコ
ーティングされたシリコン基板から構成される。
した誘電フィルムを含む構造のドライ・エッチング・プ
ロセスを監視するための方法および装置を提供すること
を目的とする。主な目的は、公称厚Ｅに（プロセス変動
による）誤差ｅが生じやすい誘電フィルム（たとえば、
図１のＳｉＯ2層１５）を、前記誘電フィルムの底面と
基板との間の境界面から測定した所与の厚さＥｆまでエ
ッチングすることである。前記所与の厚さは製品仕様に
正確に定義されている。別の目的は、公称屈折率Ｎの誤
差ｎ、より一般的にはスタック１２の光学特性のばらつ
きを除去することである。通常、基板は、半導体ウェハ
の一部であり、絶縁材料からなる層（たとえば、図１の
ＳｉＯ2 １３／Ｓｉ3Ｎ4 １４の複合層）によってコ
ーティングされたシリコン基板から構成される。
【００２０】本発明の装置に関する限り、好ましい実施
例では、主な革新は、水銀ランプなど、指定の波長を有
する少なくとも２種類の放射線を含む光を発生する複数
波長光源を使用することにある。これらの波長Ｌ１とＬ
２は、Ｌｍｉｎ＝４×Ｎ×ｅで示される最小波長Ｌｍｉ
ｎより大きい。この光は、光ファイバおよびコレクタ・
レンズを介してほぼ垂直の入射角で、標準どおりドライ
・エッチング装置内に置かれた（前記構造を取り入れ
た）ウェハの大部分を照射する。反射した光は２つの分
光計に印加され、それぞれの分光計は１種類の放射線を
処理できるようになっている。分光計から出力されたア
ナログ信号は、反射した光の干渉を示している。これら
の信号は、それぞれのＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に
変換され、次に信号処理および分析のためにディジタル
・コンピュータに印加される。ディジタル・コンピュー
タは前記ディジタル信号を処理して、ろ波し正規化した
基本信号Ｓ１およびＳ２と、その数値ろ波後のそれぞれ
の微分信号Ｓ'１およびＳ'２を生成する。それらの間に
位相のずれ（たとえば、１／４周期）があることが推奨
される。
例では、主な革新は、水銀ランプなど、指定の波長を有
する少なくとも２種類の放射線を含む光を発生する複数
波長光源を使用することにある。これらの波長Ｌ１とＬ
２は、Ｌｍｉｎ＝４×Ｎ×ｅで示される最小波長Ｌｍｉ
ｎより大きい。この光は、光ファイバおよびコレクタ・
レンズを介してほぼ垂直の入射角で、標準どおりドライ
・エッチング装置内に置かれた（前記構造を取り入れ
た）ウェハの大部分を照射する。反射した光は２つの分
光計に印加され、それぞれの分光計は１種類の放射線を
処理できるようになっている。分光計から出力されたア
ナログ信号は、反射した光の干渉を示している。これら
の信号は、それぞれのＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に
変換され、次に信号処理および分析のためにディジタル
・コンピュータに印加される。ディジタル・コンピュー
タは前記ディジタル信号を処理して、ろ波し正規化した
基本信号Ｓ１およびＳ２と、その数値ろ波後のそれぞれ
の微分信号Ｓ'１およびＳ'２を生成する。それらの間に
位相のずれ（たとえば、１／４周期）があることが推奨
される。
【００２１】本発明の方法によれば、エッチ終点を指定
し、エッチ終点判定基準を構成するパラメータがまず決
定される。誘電フィルムの公称厚Ｅにより、誘電フィル
ムの上面とフィルム／基板の境界面との間の基本信号Ｓ
（ＳはＳ１またはＳ２のいずれか一方を意味する）の周
期数を決定することができる。実験によれば、基本信号
Ｓはフィルム／基板の境界面で極値（たとえば、極大
値）を有することが分かっている。次に、前記所与の厚
さＥｆも周期に換算される。この場合、所与の厚さＥｆ
を達成する前に信号Ｓの最後の極値を識別することが可
能である。最後の極値は、前記境界面から全周期（また
はその倍数）の距離にある。最後の極値を達成する前に
所与の選択テストおよび測定を実行するため、遅延を確
保する必要がある。これに対して、数値フィルタを安定
化する前にコンピュータによる信号処理を開始しないこ
とも必要である。次に、これらの遅延を確保した公認周
期で曲線上の極値を選択することができる。誘電フィル
ムの上面からこの選択した極値まで移動するのに必要な
時間は、評価時間（rate time）ＲＴ（ＲＴはＲＴ１ま
たはＲＴ２のいずれか一方を意味する）という。したが
って、微分時間ＲＴは、このようなタイミング要件をす
べて考慮した時間軽視周期である。次に、この選択した
極値（除外される）と最後の極値との間のゼロの数Ｘ
（ＸはＸ１またはＸ２のいずれか一方を意味する）を決
定することができる。基本信号Ｓが前記選択した極値に
達する方法（上昇転移または下降転移）も識別され、符
号Ａ（ＡはＡ１またはＡ２のいずれか一方を意味する）
によって表される。最後の極値の所与の厚さとの距離に
対応する残りの厚さＤ（ＤはＤ１またはＤ２のいずれか
一方を意味する）は容易に決定することができる。次
に、これらのデータＡ、Ｘ、Ｄによって表されるストッ
プ厚パラメータＳＴ（ＳＴはＳＴ１またはＳＴ２のいず
れか一方を意味する）を定義することができる。最後
に、微分時間ＲＴとストップ厚ＳＴとを含むエッチ終点
判定基準と、エッチング中のウェハについて現場ならび
にオンラインで測定されるエッチング速度とにより、エ
ッチ・ストップが正確に定義される。微分時間とストッ
プ厚パラメータは、計算（少なくとも大まかな概算のた
め）によるか、または予備トレーニング・ステップでウ
ェハ試験片（サンプルまたは理想的な製品ウェハ）を処
理することによって決定することもできる。このエッチ
終点判定基準はコンピュータに入力される。
し、エッチ終点判定基準を構成するパラメータがまず決
定される。誘電フィルムの公称厚Ｅにより、誘電フィル
ムの上面とフィルム／基板の境界面との間の基本信号Ｓ
（ＳはＳ１またはＳ２のいずれか一方を意味する）の周
期数を決定することができる。実験によれば、基本信号
Ｓはフィルム／基板の境界面で極値（たとえば、極大
値）を有することが分かっている。次に、前記所与の厚
さＥｆも周期に換算される。この場合、所与の厚さＥｆ
を達成する前に信号Ｓの最後の極値を識別することが可
能である。最後の極値は、前記境界面から全周期（また
はその倍数）の距離にある。最後の極値を達成する前に
所与の選択テストおよび測定を実行するため、遅延を確
保する必要がある。これに対して、数値フィルタを安定
化する前にコンピュータによる信号処理を開始しないこ
とも必要である。次に、これらの遅延を確保した公認周
期で曲線上の極値を選択することができる。誘電フィル
ムの上面からこの選択した極値まで移動するのに必要な
時間は、評価時間（rate time）ＲＴ（ＲＴはＲＴ１ま
たはＲＴ２のいずれか一方を意味する）という。したが
って、微分時間ＲＴは、このようなタイミング要件をす
べて考慮した時間軽視周期である。次に、この選択した
極値（除外される）と最後の極値との間のゼロの数Ｘ
（ＸはＸ１またはＸ２のいずれか一方を意味する）を決
定することができる。基本信号Ｓが前記選択した極値に
達する方法（上昇転移または下降転移）も識別され、符
号Ａ（ＡはＡ１またはＡ２のいずれか一方を意味する）
によって表される。最後の極値の所与の厚さとの距離に
対応する残りの厚さＤ（ＤはＤ１またはＤ２のいずれか
一方を意味する）は容易に決定することができる。次
に、これらのデータＡ、Ｘ、Ｄによって表されるストッ
プ厚パラメータＳＴ（ＳＴはＳＴ１またはＳＴ２のいず
れか一方を意味する）を定義することができる。最後
に、微分時間ＲＴとストップ厚ＳＴとを含むエッチ終点
判定基準と、エッチング中のウェハについて現場ならび
にオンラインで測定されるエッチング速度とにより、エ
ッチ・ストップが正確に定義される。微分時間とストッ
プ厚パラメータは、計算（少なくとも大まかな概算のた
め）によるか、または予備トレーニング・ステップでウ
ェハ試験片（サンプルまたは理想的な製品ウェハ）を処
理することによって決定することもできる。このエッチ
終点判定基準はコンピュータに入力される。
【００２２】次に、製品ウェハは、コンピュータの制御
下で処理することができる。まず、コンピュータは、基
本信号Ｓを分析する前に時間軽視周期（微分時間ＲＴに
対応する）の間、待機する。この周期が経過すると、コ
ンピュータは前記選択した極値を識別し、ゼロの数Ｘを
カウントして最後の極値を検出する。この間、コンピュ
ータは選択テストにも移行してどの波長が最も適切かを
判定し、測定を行ってエッチング速度ＥＲ（ＥＲはＥＲ
１またはＥＲ２のいずれか一方を意味する）を決定す
る。これらの動作は、それぞれの基本信号Ｓ１およびＳ
２ごとに実行される。最後の２つの極値のうちの早い方
に達する前に、コンピュータは、上記の選択テストの結
果として最良の基本信号Ｓ１またはＳ２を選択する。さ
らに、コンピュータは、選択した基本信号の最後の極値
から所与の厚さまで移動するための残りのエッチング時
間ｄｔを決定する。この時間ｄｔは、ｄｔ＝Ｄ／ＥＲと
いう関係で示される。実際に、基本信号Ｓ１およびＳ２
の極値の探索、上記の選択テスト、並びに測定は、正確
さを最大にするために微分信号Ｓ'１およびＳ'２につい
て行うことが好ましい。
下で処理することができる。まず、コンピュータは、基
本信号Ｓを分析する前に時間軽視周期（微分時間ＲＴに
対応する）の間、待機する。この周期が経過すると、コ
ンピュータは前記選択した極値を識別し、ゼロの数Ｘを
カウントして最後の極値を検出する。この間、コンピュ
ータは選択テストにも移行してどの波長が最も適切かを
判定し、測定を行ってエッチング速度ＥＲ（ＥＲはＥＲ
１またはＥＲ２のいずれか一方を意味する）を決定す
る。これらの動作は、それぞれの基本信号Ｓ１およびＳ
２ごとに実行される。最後の２つの極値のうちの早い方
に達する前に、コンピュータは、上記の選択テストの結
果として最良の基本信号Ｓ１またはＳ２を選択する。さ
らに、コンピュータは、選択した基本信号の最後の極値
から所与の厚さまで移動するための残りのエッチング時
間ｄｔを決定する。この時間ｄｔは、ｄｔ＝Ｄ／ＥＲと
いう関係で示される。実際に、基本信号Ｓ１およびＳ２
の極値の探索、上記の選択テスト、並びに測定は、正確
さを最大にするために微分信号Ｓ'１およびＳ'２につい
て行うことが好ましい。
【００２３】誘電フィルムの屈折率のばらつきがまった
くないか、またはわずかであることが技術によって保証
される場合、または専用の監視サイトを使用する場合
は、別の好ましい実施例において、単一基本信号Ｓと小
規模サイズの光線を発生するために１種類の波長（した
がって、１つの分光計）だけを考慮することもできる。
くないか、またはわずかであることが技術によって保証
される場合、または専用の監視サイトを使用する場合
は、別の好ましい実施例において、単一基本信号Ｓと小
規模サイズの光線を発生するために１種類の波長（した
がって、１つの分光計）だけを考慮することもできる。
【００２４】したがって、本発明の誘電フィルムを所与
の厚さまで低減するドライ・エッチングを監視する方法
は、エッチング厚が不正確な起点、すなわち、誘電フィ
ルムの上面から測定される前述の既知の干渉計による監
視技法とは大幅に異なる。本発明の方法によれば、所望
の所与の厚さが達成されるとエッチングを停止するよう
に、誘電フィルム／基板の境界面から監視が行われる。
さらに、１種類の波長の放射線（誘電フィルムの屈折率
と適合しない場合に非常に不充分な干渉信号を生成する
可能性がある）を使用する代わりに、少なくとも２種類
の波長を使用する。製造プロセスに固有の誘電フィルム
の公称厚および屈折率の変動の結果発生するこのような
問題はこれで克服される。したがって、本発明の方法お
よび装置によれば、所与の厚さまでの誘電フィルムのド
ライ・エッチングが高い正確さと再現性で実行される。
本発明の方法は、図１を参照することにより上記に示し
た層の平坦化だけでなく、より一般的には所与の厚さま
での誘電フィルムの研磨など、広範囲の応用分野および
技術領域に使用することができる。
の厚さまで低減するドライ・エッチングを監視する方法
は、エッチング厚が不正確な起点、すなわち、誘電フィ
ルムの上面から測定される前述の既知の干渉計による監
視技法とは大幅に異なる。本発明の方法によれば、所望
の所与の厚さが達成されるとエッチングを停止するよう
に、誘電フィルム／基板の境界面から監視が行われる。
さらに、１種類の波長の放射線（誘電フィルムの屈折率
と適合しない場合に非常に不充分な干渉信号を生成する
可能性がある）を使用する代わりに、少なくとも２種類
の波長を使用する。製造プロセスに固有の誘電フィルム
の公称厚および屈折率の変動の結果発生するこのような
問題はこれで克服される。したがって、本発明の方法お
よび装置によれば、所与の厚さまでの誘電フィルムのド
ライ・エッチングが高い正確さと再現性で実行される。
本発明の方法は、図１を参照することにより上記に示し
た層の平坦化だけでなく、より一般的には所与の厚さま
での誘電フィルムの研磨など、広範囲の応用分野および
技術領域に使用することができる。
【００２５】本発明の特徴であると思われる新規の特徴
は特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明そ
のもの、ならびに本発明の他の目的および利点は、添付
図面に関連して以下に示す例示の好ましい実施例の詳細
な説明を参照することにより、最もよく理解できるだろ
う。
は特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明そ
のもの、ならびに本発明の他の目的および利点は、添付
図面に関連して以下に示す例示の好ましい実施例の詳細
な説明を参照することにより、最もよく理解できるだろ
う。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に図３を参照すると、同図に
は、本発明の方法を実行できるようになっているエッチ
ングおよび監視システム２０が示されている。システム
２０はまず、処理すべき物、通常はシリコン・ウェハ２
４を保持する平面形状のサセプタ２３を取り囲むエッチ
処理室２２と、ＲＦ電源２５とから本質的に構成される
ドライ・エッチング装置２１を含む。本発明の教示によ
れば、エッチ処理室２２には、適切な入射角でウェハ２
４を照射できるように、使用する波長で透明の材料から
できた少なくとも１つの窓またはのぞき窓２６が設けら
れていることが不可欠である。いくつかの理由により、
垂直入射角が非常に好ましい。図３に示す特定の実施態
様では、のぞき窓２６が処理室２２の上部壁面に位置す
る。その点で適当なエッチング装置としては、複数の単
一ウェハ・プラズマ・エッチ・リアクタを含むＲＩＥツ
ールであるＡＭＥプレシジョン５０００がAPPLIED MATE
RIALS INC社（米国サンタクララ）より市販されてい
る。このタイプのツールでは、サセプタ２３が陰極であ
り、処理室の壁面がアースに接続されたもう一方の電極
を形成する。２つの電極間に発生したプラズマ２７は、
エッチング条件を表す種を含む。エッチングを実行して
いる間、このような種からの放出の強度は、時間、被エ
ッチング材料、表面変化の関数として変化する。
は、本発明の方法を実行できるようになっているエッチ
ングおよび監視システム２０が示されている。システム
２０はまず、処理すべき物、通常はシリコン・ウェハ２
４を保持する平面形状のサセプタ２３を取り囲むエッチ
処理室２２と、ＲＦ電源２５とから本質的に構成される
ドライ・エッチング装置２１を含む。本発明の教示によ
れば、エッチ処理室２２には、適切な入射角でウェハ２
４を照射できるように、使用する波長で透明の材料から
できた少なくとも１つの窓またはのぞき窓２６が設けら
れていることが不可欠である。いくつかの理由により、
垂直入射角が非常に好ましい。図３に示す特定の実施態
様では、のぞき窓２６が処理室２２の上部壁面に位置す
る。その点で適当なエッチング装置としては、複数の単
一ウェハ・プラズマ・エッチ・リアクタを含むＲＩＥツ
ールであるＡＭＥプレシジョン５０００がAPPLIED MATE
RIALS INC社（米国サンタクララ）より市販されてい
る。このタイプのツールでは、サセプタ２３が陰極であ
り、処理室の壁面がアースに接続されたもう一方の電極
を形成する。２つの電極間に発生したプラズマ２７は、
エッチング条件を表す種を含む。エッチングを実行して
いる間、このような種からの放出の強度は、時間、被エ
ッチング材料、表面変化の関数として変化する。
【００２７】システム２０は、本発明の監視装置２８を
さらに含む。光源２９は、光ケーブル３０およびコレク
タ・レンズ３１を介して上部のぞき窓２６からウェハを
照射する。本発明の教示によれば、プロセス変動により
製品ウェハ間に発生しうるスタック１２の光学特性のば
らつきを除去するため、少なくとも２種類の指定の波長
Ｌ１およびＬ２を推奨する。これに関して、光源２９の
様々な実施態様が考えられ、たとえば、白色光源（キセ
ノンまたはハロゲン・ランプなど）または多色光源（低
圧水銀（Ｈｇ）またはアルゴン（Ａｒ）ランプなど）の
いずれかが妥当である。光源２９は、ＵＶＰ（米国カリ
フォルニア州サンガブリエル）から販売されているモデ
ル90-0020-01など、２５４〜５７９ｎｍの範囲の波長を
有する８種類の放射線を放出する、低圧水銀ペン光線で
あることが好ましい。UNIPHASE（米国カリフォルニア州
マンテカ）から販売されているモデル１１０８Ｐなどの
２つの単色レーザの組合せ（それぞれが前記２種類の指
定の波長の一方を発生するように調整されている）また
はランプ／レーザの混合解決策でも十分である。いくつ
かの理由から、外部光源２９に適合するように水銀ラン
プを選択することが好ましい。まず第１に、広範囲の波
長を選択することができ、第２に、プラズマ条件とは無
関係に強度を調整できる非常に安定した光源であり、最
後に、短い波長を使用した場合、レーザに比べ、低コス
トであり、寸法が小さいからである。さらに本発明によ
れば、光ケーブル３０は、このような所定の波長を移送
できるようになっている複数の基本的光ファイバから構
成されている。ウェハ２４の表面から反射された光は、
図３に示すように、光ケーブル３０と同じ構成を有する
光ケーブル３２Ａおよび３２Ｂから構成される光ケーブ
ル３２によって検出される。前記光ケーブル３０および
３２を形成する基本的光ファイバは、ウェハ２４に対し
て垂直なほぼ同一の光軸を有するように配置されてい
る。特定の実施態様では、１束のファイバを形成するよ
うにまとめて任意に組み立てられている。光ケーブル３
０および３２は、そのような束になったファイバから構
築されている。光ケーブル３２Ａおよび３２Ｂは、光ケ
ーブル３２を形成するファイバから構築されている。た
だし、３通りの光ケーブル３０、３２Ａ、３２Ｂからな
る組でも十分であると思われる。光ケーブル３０および
３２は、垂直入射角でウェハ２４を観察している。レン
ズ３１は、のぞき窓２６からウェハ２４に平行光線を提
供する。それぞれの光ケーブルは、ウェハ２４の比較的
大きい面積から放出／反射された光の照射／捕捉を可能
にする立体角を提供しなければならない。光ケーブル３
２Ａおよび３２Ｂは、分光計３３Ａおよび３３Ｂにそれ
ぞれ接続されている。適切な分光計としては、SOFIE IN
ST（フランス、Arpajon）から市販されているDIGISEMと
いう商標のモデルがある。このモデルの分光計は、広範
囲のスペクトルの放射線について調整可能で、この場合
は、水銀ランプ２９から放出される多色光の特定の波長
に調整されている。それぞれの分光計は、モノクロメー
タと検出器とを含む。伝送された光はモータで駆動され
るモノクロメータによって受け取られ、このモノクロメ
ータは監視すべき波長を除くすべての放射波長をろ波し
て取り除く。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
または好ましくはアナログ・フィルタおよび増幅器とを
組み合わせた低雑音光電子増倍管のいずれでもよい。分
光計３３Ａおよび３３Ｂの増幅セクションからそれぞれ
出力されるアナログ干渉信号は、標準どおり、２つのＩ
／Ｖ変換器と、アンチ・エリアス（低周波）フィルタ
と、２つのＡ／Ｄ変換器と、バッファとを含むユニット
３５と、並びにソフトウェアで動作するディジタル・コ
ンピュータなどの処理／分析ユニット３６とを含む、処
理／分析ユニット３４に印加される。最後に、コンピュ
ータ３６は、アナログ干渉信号を表す基本信号Ｓ１およ
びＳ２と、それぞれの数値ろ波による微分信号Ｓ'１お
よびＳ'２を生成する。コンピュータ３６には、プリン
タ３７（またはチャート・レコーダ・ユニットまたはプ
ロッタまたは表示装置）が接続されている。プリンタ３
７により、本発明の監視方法により生成されたアナログ
信号を印刷することができる。最後に、コンピュータ３
６は、遠隔制御ユニットを介してＲＦ周波電源２５に接
続された制御線３８によりエッチ処理室２２の動作を監
視することができる。この線３８により、所望の所与の
厚さＥｆを達成した終点検出時にエッチング処理を自動
的にスイッチオフすることができる。ただし、SOFIE IN
ST（フランス、Arpajon）から販売されているＳＤＡと
いうモデルなどの最新分光計を使用する場合は、分光計
３３を１つだけ使用することもできることに留意された
い。このタイプの分光計には、複数チャネル・フォトダ
イオード・アレイが設けられている。
さらに含む。光源２９は、光ケーブル３０およびコレク
タ・レンズ３１を介して上部のぞき窓２６からウェハを
照射する。本発明の教示によれば、プロセス変動により
製品ウェハ間に発生しうるスタック１２の光学特性のば
らつきを除去するため、少なくとも２種類の指定の波長
Ｌ１およびＬ２を推奨する。これに関して、光源２９の
様々な実施態様が考えられ、たとえば、白色光源（キセ
ノンまたはハロゲン・ランプなど）または多色光源（低
圧水銀（Ｈｇ）またはアルゴン（Ａｒ）ランプなど）の
いずれかが妥当である。光源２９は、ＵＶＰ（米国カリ
フォルニア州サンガブリエル）から販売されているモデ
ル90-0020-01など、２５４〜５７９ｎｍの範囲の波長を
有する８種類の放射線を放出する、低圧水銀ペン光線で
あることが好ましい。UNIPHASE（米国カリフォルニア州
マンテカ）から販売されているモデル１１０８Ｐなどの
２つの単色レーザの組合せ（それぞれが前記２種類の指
定の波長の一方を発生するように調整されている）また
はランプ／レーザの混合解決策でも十分である。いくつ
かの理由から、外部光源２９に適合するように水銀ラン
プを選択することが好ましい。まず第１に、広範囲の波
長を選択することができ、第２に、プラズマ条件とは無
関係に強度を調整できる非常に安定した光源であり、最
後に、短い波長を使用した場合、レーザに比べ、低コス
トであり、寸法が小さいからである。さらに本発明によ
れば、光ケーブル３０は、このような所定の波長を移送
できるようになっている複数の基本的光ファイバから構
成されている。ウェハ２４の表面から反射された光は、
図３に示すように、光ケーブル３０と同じ構成を有する
光ケーブル３２Ａおよび３２Ｂから構成される光ケーブ
ル３２によって検出される。前記光ケーブル３０および
３２を形成する基本的光ファイバは、ウェハ２４に対し
て垂直なほぼ同一の光軸を有するように配置されてい
る。特定の実施態様では、１束のファイバを形成するよ
うにまとめて任意に組み立てられている。光ケーブル３
０および３２は、そのような束になったファイバから構
築されている。光ケーブル３２Ａおよび３２Ｂは、光ケ
ーブル３２を形成するファイバから構築されている。た
だし、３通りの光ケーブル３０、３２Ａ、３２Ｂからな
る組でも十分であると思われる。光ケーブル３０および
３２は、垂直入射角でウェハ２４を観察している。レン
ズ３１は、のぞき窓２６からウェハ２４に平行光線を提
供する。それぞれの光ケーブルは、ウェハ２４の比較的
大きい面積から放出／反射された光の照射／捕捉を可能
にする立体角を提供しなければならない。光ケーブル３
２Ａおよび３２Ｂは、分光計３３Ａおよび３３Ｂにそれ
ぞれ接続されている。適切な分光計としては、SOFIE IN
ST（フランス、Arpajon）から市販されているDIGISEMと
いう商標のモデルがある。このモデルの分光計は、広範
囲のスペクトルの放射線について調整可能で、この場合
は、水銀ランプ２９から放出される多色光の特定の波長
に調整されている。それぞれの分光計は、モノクロメー
タと検出器とを含む。伝送された光はモータで駆動され
るモノクロメータによって受け取られ、このモノクロメ
ータは監視すべき波長を除くすべての放射波長をろ波し
て取り除く。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
または好ましくはアナログ・フィルタおよび増幅器とを
組み合わせた低雑音光電子増倍管のいずれでもよい。分
光計３３Ａおよび３３Ｂの増幅セクションからそれぞれ
出力されるアナログ干渉信号は、標準どおり、２つのＩ
／Ｖ変換器と、アンチ・エリアス（低周波）フィルタ
と、２つのＡ／Ｄ変換器と、バッファとを含むユニット
３５と、並びにソフトウェアで動作するディジタル・コ
ンピュータなどの処理／分析ユニット３６とを含む、処
理／分析ユニット３４に印加される。最後に、コンピュ
ータ３６は、アナログ干渉信号を表す基本信号Ｓ１およ
びＳ２と、それぞれの数値ろ波による微分信号Ｓ'１お
よびＳ'２を生成する。コンピュータ３６には、プリン
タ３７（またはチャート・レコーダ・ユニットまたはプ
ロッタまたは表示装置）が接続されている。プリンタ３
７により、本発明の監視方法により生成されたアナログ
信号を印刷することができる。最後に、コンピュータ３
６は、遠隔制御ユニットを介してＲＦ周波電源２５に接
続された制御線３８によりエッチ処理室２２の動作を監
視することができる。この線３８により、所望の所与の
厚さＥｆを達成した終点検出時にエッチング処理を自動
的にスイッチオフすることができる。ただし、SOFIE IN
ST（フランス、Arpajon）から販売されているＳＤＡと
いうモデルなどの最新分光計を使用する場合は、分光計
３３を１つだけ使用することもできることに留意された
い。このタイプの分光計には、複数チャネル・フォトダ
イオード・アレイが設けられている。
【００２８】図４は、コレクタ・レンズ３１を取り囲む
ハウジング４０から本質的に構成されるコリメータ・セ
クション３９を詳細に示している。ハウジング４０は、
上部のぞき窓２６に面した透明の底面を有し、その上部
に接続されている光ケーブル３０および３２を受け入れ
られるようになっている。サンプル・ウェハに向けられ
（光ケーブル３０を経由）、それから反射する（光ケー
ブル３２を経由）光線の形状を図４では参照番号４１で
示す。図４に示すように、ウェハ２４の大きい面積が照
射される。
ハウジング４０から本質的に構成されるコリメータ・セ
クション３９を詳細に示している。ハウジング４０は、
上部のぞき窓２６に面した透明の底面を有し、その上部
に接続されている光ケーブル３０および３２を受け入れ
られるようになっている。サンプル・ウェハに向けられ
（光ケーブル３０を経由）、それから反射する（光ケー
ブル３２を経由）光線の形状を図４では参照番号４１で
示す。図４に示すように、ウェハ２４の大きい面積が照
射される。
【００２９】本発明の方法の説明 １つのロットの製品ウェハのエッチ・プロセスを行う前
に、これらのウェハに合わせてシステム２０を較正する
ための予備ステップがいくつか必要になる可能性があ
る。本質的に、少なくとも１種類の適切な波長を選択
し、エッチ終点判定基準を決定することが不可欠であ
る。前記波長および基準は、対象となる製品ウェハに適
合していなければならない。以下の説明では、厚さの誤
差と、前述の屈折率の違いの両方を除去するために、２
種類の波長について言及する。
に、これらのウェハに合わせてシステム２０を較正する
ための予備ステップがいくつか必要になる可能性があ
る。本質的に、少なくとも１種類の適切な波長を選択
し、エッチ終点判定基準を決定することが不可欠であ
る。前記波長および基準は、対象となる製品ウェハに適
合していなければならない。以下の説明では、厚さの誤
差と、前述の屈折率の違いの両方を除去するために、２
種類の波長について言及する。
【００３０】システム２０の較正 Ａ） 波長Ｌ１およびＬ２の選択 適切な波長を選択するための基準を以下に示す。この選
択では、適切な水銀ランプ２９の選択が決定される。製
品仕様に記載されている可能性のあるデータを使用して
波長を選択する。実際には、製品ウェハのＳｉＯ2層１
５の実際の厚さがＥ±ｅで示され（この場合、ｅはフィ
ルム厚の誤差である）、その実際の屈折率がＮ±ｎで示
される（この場合、ｎは屈折率の誤差である）。屈折率
の誤差ｎは、スタック１２を形成するすべての層の厚さ
や組成の違いによって発生する光学特性のばらつきの主
な発生源である。このような誤差ｅとｎは、前述のよう
にウェハ間のプロセス変動によって発生する。我々の例
では、Ｅは６５０ｎｍになり、ｅは６５ｎｍになり（ｅ
＝１０％と想定する）、Ｎは約１．４８になり、ｎは約
０．０２になっている。まず第１に、選択した波長Ｌ１
およびＬ２をＳｉＯ2層１５の特定の屈折率Ｎ、より一
般的にはスタック１２の光学特性に適合させなければな
らない。本質的に、ＳｉＯ2層１５は、両方の波長で透
明でなければならない。第２に、選択した波長Ｌ１およ
びＬ２がＬｍｉｎ＝４×Ｎ×ｅという関係で示される理
論値Ｌｍｉｎより大きく、すなわち、Ｌ１＞Ｌｍｉｎで
あり、Ｌ２＞Ｌｍｉｎであることが不可欠である。この
ような選択は、前述のようにウェハ間またはウェハ・ロ
ット間の光路のばらつきを除去するために特に重要であ
る。以下の説明では、慣例により、Ｌ２＞Ｌ１であると
想定する。第３に、正確さのため、Ｌ１およびＬ２につ
いてはできるだけ最小値になることが望ましい。第４
に、少なくとも製品ウェハに対して（以下に詳述する）
何らかの選択テストと測定を行う期間に、異なる挙動を
示す、対応する基本信号Ｓ１およびＳ２を得ることが必
要である。特に、異なるが互いに比較的近い前記波長Ｌ
１およびＬ２を選択した場合でも、信号Ｓ１とＳ２との
間に所望の位相のずれ、通常は１／４周期をもたらすこ
とを推奨する。最後に、このような基準を組み合わせる
と、スタック１２のトポロジおよび光学特性による寄生
反射によって発生する信号Ｓ１とＳ２のその後のひずみ
を効率よく防止することになる。Ｌｍｉｎ＝３８５ｎｍ
になるように、ｅ＝６５ｎｍとＮ＝１．４８という平均
値とを使用した単純な数値例を検討する。したがって、
その点では２５４〜５７９ｎｍの範囲の不連続な波長を
含む上記の水銀ランプが適切である。というのは、Ｌｍ
ｉｎのすぐ上にある最も近い波長の値がＬ１＝４０４．
７ｎｍとＬ２＝４３５．８ｎｍで示されるからである。
これらの値は前述の条件をすべて満たしている。ＳｉＯ
2層１５の屈折率Ｎの許容誤差がまったくない場合、よ
り一般的には使用する技術のためにスタック１２の光学
特性にばらつきがまったくない場合、１種類の波長だけ
を使用することも可能である。同様に、本発明の監視方
法は、製品ウェハの非常に特殊な専業現場に応用する場
合には１種類の波長で実施することができるが、このよ
うな手法は生産的な製造環境にとって興味深いものでは
ないだろう。
択では、適切な水銀ランプ２９の選択が決定される。製
品仕様に記載されている可能性のあるデータを使用して
波長を選択する。実際には、製品ウェハのＳｉＯ2層１
５の実際の厚さがＥ±ｅで示され（この場合、ｅはフィ
ルム厚の誤差である）、その実際の屈折率がＮ±ｎで示
される（この場合、ｎは屈折率の誤差である）。屈折率
の誤差ｎは、スタック１２を形成するすべての層の厚さ
や組成の違いによって発生する光学特性のばらつきの主
な発生源である。このような誤差ｅとｎは、前述のよう
にウェハ間のプロセス変動によって発生する。我々の例
では、Ｅは６５０ｎｍになり、ｅは６５ｎｍになり（ｅ
＝１０％と想定する）、Ｎは約１．４８になり、ｎは約
０．０２になっている。まず第１に、選択した波長Ｌ１
およびＬ２をＳｉＯ2層１５の特定の屈折率Ｎ、より一
般的にはスタック１２の光学特性に適合させなければな
らない。本質的に、ＳｉＯ2層１５は、両方の波長で透
明でなければならない。第２に、選択した波長Ｌ１およ
びＬ２がＬｍｉｎ＝４×Ｎ×ｅという関係で示される理
論値Ｌｍｉｎより大きく、すなわち、Ｌ１＞Ｌｍｉｎで
あり、Ｌ２＞Ｌｍｉｎであることが不可欠である。この
ような選択は、前述のようにウェハ間またはウェハ・ロ
ット間の光路のばらつきを除去するために特に重要であ
る。以下の説明では、慣例により、Ｌ２＞Ｌ１であると
想定する。第３に、正確さのため、Ｌ１およびＬ２につ
いてはできるだけ最小値になることが望ましい。第４
に、少なくとも製品ウェハに対して（以下に詳述する）
何らかの選択テストと測定を行う期間に、異なる挙動を
示す、対応する基本信号Ｓ１およびＳ２を得ることが必
要である。特に、異なるが互いに比較的近い前記波長Ｌ
１およびＬ２を選択した場合でも、信号Ｓ１とＳ２との
間に所望の位相のずれ、通常は１／４周期をもたらすこ
とを推奨する。最後に、このような基準を組み合わせる
と、スタック１２のトポロジおよび光学特性による寄生
反射によって発生する信号Ｓ１とＳ２のその後のひずみ
を効率よく防止することになる。Ｌｍｉｎ＝３８５ｎｍ
になるように、ｅ＝６５ｎｍとＮ＝１．４８という平均
値とを使用した単純な数値例を検討する。したがって、
その点では２５４〜５７９ｎｍの範囲の不連続な波長を
含む上記の水銀ランプが適切である。というのは、Ｌｍ
ｉｎのすぐ上にある最も近い波長の値がＬ１＝４０４．
７ｎｍとＬ２＝４３５．８ｎｍで示されるからである。
これらの値は前述の条件をすべて満たしている。ＳｉＯ
2層１５の屈折率Ｎの許容誤差がまったくない場合、よ
り一般的には使用する技術のためにスタック１２の光学
特性にばらつきがまったくない場合、１種類の波長だけ
を使用することも可能である。同様に、本発明の監視方
法は、製品ウェハの非常に特殊な専業現場に応用する場
合には１種類の波長で実施することができるが、このよ
うな手法は生産的な製造環境にとって興味深いものでは
ないだろう。
【００３１】Ｂ） エッチ終点判定基準の決定 便宜上、以下の説明では、基本信号Ｓ１およびＳ２を示
すグラフを参照して、エッチ終点判定基準を決定する。
これらのグラフは、製品仕様に基づく理論上の計算によ
って求めることができる。また、製品またはサンプル・
ウェハ（図１のスタック構造の設けられているもの）の
いずれかをエッチングすることによって求めることもで
きる。サンプル・ウェハは、付着したフィルムの特徴付
けに広く使用されている。サンプル・ウェハは、Ｓｉ3
Ｎ4層１４の上部が露出するまでエッチングすることが
でき、その結果、信号Ｓ１およびＳ２を表す干渉曲線の
全体が得られる。このような技法により、オペレータま
たはコンピュータはシステム２０の挙動の大まかな概算
を行うことができる。システム２０は、以下ウェハ試験
片という理想的な製品ウェハ（理想的な製品ウェハと
は、そのＳｉＯ2層１５の厚さが公称値になる、すなわ
ち、Ｅ＝６５０ｎｍになるウェハである）またはそのロ
ットの任意の製品ウェハのいずれかである製品ウェハを
使って較正することもできる。しかし、後者の場合、高
価なウェハであれば、予想エッチ終点に達する前にエッ
チングを停止し、次にエッチングすべき残りの厚さを測
定し（エッチ終点判定基準を決定するため）、その上で
エッチング操作を完了することを推奨する。この例で
は、前述の時間厚さ制御技法によりエッチングが行われ
る。安価なサンプル・ウェハを使用することは、製品ウ
ェハを使用するよりコスト上、明らかに有利であるが、
それぞれの表面形状の違いにより挙動が異なる可能性が
ある。最良の解決策は、このような理論上の計算による
エッチ終点判定基準の大まかな概算と、その微調整のた
めに前のＴＥＯＳ ＳｉＯ2付着ステップ中にキャリヤ
の中ほどにあるロットの製品ウェハを使用することの組
合せにあるようである。そのように調整すると、そのロ
ットの残りの製品ウェハは特別な注意を払わずとも処理
することができる。その結果、システム２０の較正を完
了するために高価な製品ウェハを使用する場合でも、無
駄にはならなくなる。前記エッチ終点判定基準の決定に
ついては、例示のために理想的な製品ウェハから較正さ
れる試験片のエッチングに関連して以下に説明する。
すグラフを参照して、エッチ終点判定基準を決定する。
これらのグラフは、製品仕様に基づく理論上の計算によ
って求めることができる。また、製品またはサンプル・
ウェハ（図１のスタック構造の設けられているもの）の
いずれかをエッチングすることによって求めることもで
きる。サンプル・ウェハは、付着したフィルムの特徴付
けに広く使用されている。サンプル・ウェハは、Ｓｉ3
Ｎ4層１４の上部が露出するまでエッチングすることが
でき、その結果、信号Ｓ１およびＳ２を表す干渉曲線の
全体が得られる。このような技法により、オペレータま
たはコンピュータはシステム２０の挙動の大まかな概算
を行うことができる。システム２０は、以下ウェハ試験
片という理想的な製品ウェハ（理想的な製品ウェハと
は、そのＳｉＯ2層１５の厚さが公称値になる、すなわ
ち、Ｅ＝６５０ｎｍになるウェハである）またはそのロ
ットの任意の製品ウェハのいずれかである製品ウェハを
使って較正することもできる。しかし、後者の場合、高
価なウェハであれば、予想エッチ終点に達する前にエッ
チングを停止し、次にエッチングすべき残りの厚さを測
定し（エッチ終点判定基準を決定するため）、その上で
エッチング操作を完了することを推奨する。この例で
は、前述の時間厚さ制御技法によりエッチングが行われ
る。安価なサンプル・ウェハを使用することは、製品ウ
ェハを使用するよりコスト上、明らかに有利であるが、
それぞれの表面形状の違いにより挙動が異なる可能性が
ある。最良の解決策は、このような理論上の計算による
エッチ終点判定基準の大まかな概算と、その微調整のた
めに前のＴＥＯＳ ＳｉＯ2付着ステップ中にキャリヤ
の中ほどにあるロットの製品ウェハを使用することの組
合せにあるようである。そのように調整すると、そのロ
ットの残りの製品ウェハは特別な注意を払わずとも処理
することができる。その結果、システム２０の較正を完
了するために高価な製品ウェハを使用する場合でも、無
駄にはならなくなる。前記エッチ終点判定基準の決定に
ついては、例示のために理想的な製品ウェハから較正さ
れる試験片のエッチングに関連して以下に説明する。
【００３２】まず、ＲＩＥツール２１内にウェハ試験片
を置く。波長Ｌ１およびＬ２の２種類の放射線を含む光
線を水銀ランプ２９によって発生し、上部のぞき窓２６
に結合してウェハ試験片２４を照射する。ウェハ照射に
よる反射光線を光ケーブル３２Ａおよび３２Ｂにより分
光計３３Ａおよび３３Ｂに印加する。処理ユニット３４
とプリンタ３７をオンにする。これでシステム２０は動
作可能な状態になる。
を置く。波長Ｌ１およびＬ２の２種類の放射線を含む光
線を水銀ランプ２９によって発生し、上部のぞき窓２６
に結合してウェハ試験片２４を照射する。ウェハ照射に
よる反射光線を光ケーブル３２Ａおよび３２Ｂにより分
光計３３Ａおよび３３Ｂに印加する。処理ユニット３４
とプリンタ３７をオンにする。これでシステム２０は動
作可能な状態になる。
【００３３】エッチ・プロセスとその監視が開始される
と、ただちに分光計３３Ａおよび３３Ｂがアナログ干渉
信号Ｓ１およびＳ２をそれぞれ発生する。これらの信号
は、それぞれの放射線の経過時間の関数として反射光の
強度を示すものである。ディジタル・データへの変換と
ろ波の後、信号Ｓ１およびＳ２（簡略化のため、Ｓ１お
よびＳ２という）を数値フィルタでろ波し、それぞれの
微分信号Ｓ'１およびＳ'２を発生する。微分信号Ｓ'１
およびＳ'２は、当業者には既知のように、高調波除去
のために数学アルゴリズムを使用して信号Ｓ１およびＳ
２を数値ろ波することによって得られる。この信号処理
の目的は、対応する基本信号が極値を通過したときに任
意のＸ軸を横切る微分信号を生成することである。それ
が急激に転移するので、微分信号のゼロを処理する方が
基本信号の極値を処理するより正確である。この場合、
このように実施された数値ろ波は、基本信号の微分のよ
うに広く機能する。
と、ただちに分光計３３Ａおよび３３Ｂがアナログ干渉
信号Ｓ１およびＳ２をそれぞれ発生する。これらの信号
は、それぞれの放射線の経過時間の関数として反射光の
強度を示すものである。ディジタル・データへの変換と
ろ波の後、信号Ｓ１およびＳ２（簡略化のため、Ｓ１お
よびＳ２という）を数値フィルタでろ波し、それぞれの
微分信号Ｓ'１およびＳ'２を発生する。微分信号Ｓ'１
およびＳ'２は、当業者には既知のように、高調波除去
のために数学アルゴリズムを使用して信号Ｓ１およびＳ
２を数値ろ波することによって得られる。この信号処理
の目的は、対応する基本信号が極値を通過したときに任
意のＸ軸を横切る微分信号を生成することである。それ
が急激に転移するので、微分信号のゼロを処理する方が
基本信号の極値を処理するより正確である。この場合、
このように実施された数値ろ波は、基本信号の微分のよ
うに広く機能する。
【００３４】次に、本発明の監視方法の２つの主なパラ
メータ、すなわち、それぞれの波長Ｌ１とＬ２に関する
ストップ厚ＳＴと微分時間ＲＴを決定するには、好まし
くは基本信号と微分信号のグラフを描く必要がある。図
５は、対象となるウェハ試験片について得られた基本信
号Ｓ１およびＳ２と微分信号Ｓ'１およびＳ'２の波形の
理想化グラフ表現を示している。前述の理論上の計算で
も、極めて同様の概略曲線が得られるはずである。図５
では、明確にするため、図１を参照して前述した様々な
表面／境界面が示されている。
メータ、すなわち、それぞれの波長Ｌ１とＬ２に関する
ストップ厚ＳＴと微分時間ＲＴを決定するには、好まし
くは基本信号と微分信号のグラフを描く必要がある。図
５は、対象となるウェハ試験片について得られた基本信
号Ｓ１およびＳ２と微分信号Ｓ'１およびＳ'２の波形の
理想化グラフ表現を示している。前述の理論上の計算で
も、極めて同様の概略曲線が得られるはずである。図５
では、明確にするため、図１を参照して前述した様々な
表面／境界面が示されている。
【００３５】ストップ厚と微分時間というパラメータ
（何らかの点で両者は相関関係にある）は、以下に詳述
する本発明の監視方法の実施に不可欠なエッチ終点判定
基準を構成する。
（何らかの点で両者は相関関係にある）は、以下に詳述
する本発明の監視方法の実施に不可欠なエッチ終点判定
基準を構成する。
【００３６】ストップ厚パラメータ 本発明の原理によれば、エッチ終点は、前述の先行技術
の教示で実施されたようにＴＥＯＳ ＳｉＯ2表面１６
ｂからは求められず（不都合が報告されている）、ＴＥ
ＯＳ ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4の境界面１６ａから求められ
る。特に、ストップ厚パラメータＳＴの決定は、まず、
図５に示すように基本信号Ｓ（ＳはＳ１またはＳ２のい
ずれかを意味する）の干渉曲線がＴＥＯＳ ＳｉＯ2／
Ｓｉ3Ｎ4の境界面１６ａで極大値を有するという研究結
果に基づいている。その結果、初期ＳｉＯ2層１５の公
称厚Ｅと、エッチング処理の終了時に残っていなければ
ならないその最終的な所望の厚さＥｆが、境界面１６ａ
から所与の距離のところで所定の値を有することを考慮
すると、ウェハやプロセス変動による厚さの誤差ｅがど
のようなものであっても、信号Ｓの周期数Ｔ（ＴはＴ１
またはＴ２のいずれかを意味する）は同一になる。さら
に、指定の波長Ｌ（ＬはＬ１またはＬ２のいずれかを意
味する）について特定の選択を行っているので、所与の
厚さＥｆに対応する表面１６ｃが基本信号Ｓの連続する
２つの極値の間または微分信号Ｓ'（Ｓ'はＳ'１または
Ｓ'２のいずれかを意味する）の２つのゼロの間、すな
わち、半周期に位置すると想定することができる。した
がって、最後の極値は、図５に示す場合では全周期Ｔ、
より一般的にはその倍数に対応する、境界面１６ａから
所定の距離に位置する。したがって、この最後の極値に
対応する微分曲線Ｓ'の最後のゼロは表面１６ｃから所
定の距離Ｄ（ＤはＤ１またはＤ２のいずれかを意味す
る）に位置する。要約すると、この基本信号Ｓが表面１
６ａと１６ｃとの間の極値を通過する回数は完全に求め
られる。実際には、これは、表面１６ｃに達するまで正
確さを増すために微分信号Ｓ'のゼロ交差数をカウント
することによって行われる。
の教示で実施されたようにＴＥＯＳ ＳｉＯ2表面１６
ｂからは求められず（不都合が報告されている）、ＴＥ
ＯＳ ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4の境界面１６ａから求められ
る。特に、ストップ厚パラメータＳＴの決定は、まず、
図５に示すように基本信号Ｓ（ＳはＳ１またはＳ２のい
ずれかを意味する）の干渉曲線がＴＥＯＳ ＳｉＯ2／
Ｓｉ3Ｎ4の境界面１６ａで極大値を有するという研究結
果に基づいている。その結果、初期ＳｉＯ2層１５の公
称厚Ｅと、エッチング処理の終了時に残っていなければ
ならないその最終的な所望の厚さＥｆが、境界面１６ａ
から所与の距離のところで所定の値を有することを考慮
すると、ウェハやプロセス変動による厚さの誤差ｅがど
のようなものであっても、信号Ｓの周期数Ｔ（ＴはＴ１
またはＴ２のいずれかを意味する）は同一になる。さら
に、指定の波長Ｌ（ＬはＬ１またはＬ２のいずれかを意
味する）について特定の選択を行っているので、所与の
厚さＥｆに対応する表面１６ｃが基本信号Ｓの連続する
２つの極値の間または微分信号Ｓ'（Ｓ'はＳ'１または
Ｓ'２のいずれかを意味する）の２つのゼロの間、すな
わち、半周期に位置すると想定することができる。した
がって、最後の極値は、図５に示す場合では全周期Ｔ、
より一般的にはその倍数に対応する、境界面１６ａから
所定の距離に位置する。したがって、この最後の極値に
対応する微分曲線Ｓ'の最後のゼロは表面１６ｃから所
定の距離Ｄ（ＤはＤ１またはＤ２のいずれかを意味す
る）に位置する。要約すると、この基本信号Ｓが表面１
６ａと１６ｃとの間の極値を通過する回数は完全に求め
られる。実際には、これは、表面１６ｃに達するまで正
確さを増すために微分信号Ｓ'のゼロ交差数をカウント
することによって行われる。
【００３７】ウェハ試験片の場合、公称厚Ｅにより、基
本信号Ｓ１に関する表面１６ｂと境界面１６ａとの間の
理論上の周期数Ｋ１（１）を計算することができる。こ
の数は、Ｋ１（１）＝（２×Ｎ×Ｅ）／Ｌ１＝（２×
１．４８×６５０）／４０４．７＝４．７５、したがっ
てＥ＝４．７５ Ｔ１（信号Ｓ１の周期）のようにな
る。図５から明らかなように、この数Ｋ１（１）は、境
界面１６ａ（極大値のとき）と第１の極大値（前記境界
面１６ａから）との間の０．５周期と、次の４回の中間
の全周期と、最後に表面１６ｂに達するまでの０．２５
周期との合計を表す。これに対して、表面１６ｃによっ
て示される、エッチ・プロセスの終了時に残っていなけ
ればならないＴＥＯＳ ＳｉＯ2層１５の厚さの値は既
知であり、Ｅｆになる。次に、この値を端数の周期Ｔ１
に変換することができる。Ｅｆ＝１００ｎｍであるこの
例では、この数Ｋ１（２）がＫ１（２）＝（２×Ｎ×Ｅ
ｆ）／Ｌ１＝（２×１．４８×１００）／４０４．７＝
０．７３、したがってＥｆ＝０．７３ Ｔ１で示され
る。この値は、０．５ Ｔ１（前述の２つの極値の間）
と、０．２３ Ｔ１との合計である。これらの値は、そ
れが報告されている図５ではすべて明白である。最後
に、やはり公称厚Ｅの場合に表面１６ｂと１６ｃとの間
のゼロの数がＫ１（１）−Ｋ１（２）＝４．０２＝（８
×１／２＋０．０２）から求められ、その結果、整数で
あるゼロの数Ｋ１（３）はＫ１（３）＝８で示される。
これらのゼロは、図５では丸で囲まれている１〜８の範
囲の数字で示される。信号Ｓ２およびＳ'２に関する限
り、対応する数Ｋ２（１）とＫ２（２）も設定すること
ができる。Ｋ２（１）＝（２×Ｎ×Ｅ）／Ｌ２＝４．４
１、したがってＥ＝４．４１ Ｔ２（Ｔ２は信号Ｓ２の
周期である）、Ｋ２（２）＝（２×Ｎ×Ｅｆ）／Ｌ２＝
０．６８、したがってＥｆ＝０．６８ Ｔ２、Ｋ２
（１）−Ｋ２（２）＝３．７３であるので、上記の数値
によりＫ２（３）＝７になる。これらのゼロは、図５で
は丸で囲まれている１'〜７'の範囲の数字で示される。
本信号Ｓ１に関する表面１６ｂと境界面１６ａとの間の
理論上の周期数Ｋ１（１）を計算することができる。こ
の数は、Ｋ１（１）＝（２×Ｎ×Ｅ）／Ｌ１＝（２×
１．４８×６５０）／４０４．７＝４．７５、したがっ
てＥ＝４．７５ Ｔ１（信号Ｓ１の周期）のようにな
る。図５から明らかなように、この数Ｋ１（１）は、境
界面１６ａ（極大値のとき）と第１の極大値（前記境界
面１６ａから）との間の０．５周期と、次の４回の中間
の全周期と、最後に表面１６ｂに達するまでの０．２５
周期との合計を表す。これに対して、表面１６ｃによっ
て示される、エッチ・プロセスの終了時に残っていなけ
ればならないＴＥＯＳ ＳｉＯ2層１５の厚さの値は既
知であり、Ｅｆになる。次に、この値を端数の周期Ｔ１
に変換することができる。Ｅｆ＝１００ｎｍであるこの
例では、この数Ｋ１（２）がＫ１（２）＝（２×Ｎ×Ｅ
ｆ）／Ｌ１＝（２×１．４８×１００）／４０４．７＝
０．７３、したがってＥｆ＝０．７３ Ｔ１で示され
る。この値は、０．５ Ｔ１（前述の２つの極値の間）
と、０．２３ Ｔ１との合計である。これらの値は、そ
れが報告されている図５ではすべて明白である。最後
に、やはり公称厚Ｅの場合に表面１６ｂと１６ｃとの間
のゼロの数がＫ１（１）−Ｋ１（２）＝４．０２＝（８
×１／２＋０．０２）から求められ、その結果、整数で
あるゼロの数Ｋ１（３）はＫ１（３）＝８で示される。
これらのゼロは、図５では丸で囲まれている１〜８の範
囲の数字で示される。信号Ｓ２およびＳ'２に関する限
り、対応する数Ｋ２（１）とＫ２（２）も設定すること
ができる。Ｋ２（１）＝（２×Ｎ×Ｅ）／Ｌ２＝４．４
１、したがってＥ＝４．４１ Ｔ２（Ｔ２は信号Ｓ２の
周期である）、Ｋ２（２）＝（２×Ｎ×Ｅｆ）／Ｌ２＝
０．６８、したがってＥｆ＝０．６８ Ｔ２、Ｋ２
（１）−Ｋ２（２）＝３．７３であるので、上記の数値
によりＫ２（３）＝７になる。これらのゼロは、図５で
は丸で囲まれている１'〜７'の範囲の数字で示される。
【００３８】しかし、本発明の監視方法によれば、ゼロ
のカウントは、エッチ・プロセスが始まってから所与の
遅延後に開始される。この遅延は、以下微分時間ＲＴ
（ＲＴはＲＴ１またはＲＴ２のいずれかを意味する）と
いい、ウェハ試験片について行う数回の実験によって求
められる。微分時間ＲＴとは、ウェハのエッチング中に
所与の回数の操作、本質的にはどの基本信号が最良であ
るか（したがって、どの波長が最も適切か）を選択する
ためのテストを行い、エッチング速度ＥＲを測定するの
に必要な時間をまず考慮し、次に数値フィルタを初期設
定し、基本信号Ｓ１およびＳ２を正規化するのに必要な
時間を考慮した軽視周期である。微分時間ＲＴを決定す
るための方法については、以下に詳述する。さて、図５
では、曲線Ｓ'１に最後のゼロが（１）と示されてお
り、信号Ｓ１およびＳ'１の微分時間ＲＴ１が時間ｔ０
を経過したときに（５）と示されているゼロに相当する
と想定する。図５から明らかなように、ゼロ（５）（カ
ウントには含まれない）と最後のゼロ（１）との間のゼ
ロの数Ｘ１は４になる。数値Ｘ１はＳＴ１パラメータの
第１の成分である。信号Ｓ２およびＳ'２にも同様の理
由が当てはまり、Ｘ２も４になることが分かる（図５に
示す微分時間ＲＴ２がゼロ（５'）に対応すると想定す
る）。図５から明らかなように、信号Ｓ２およびＳ'２
の微分時間ＲＴ２は微分時間ＲＴ１とは異なり、基本信
号Ｓ１とＳ２との間には、無視できない周期差が存在す
る。特に、図５の場合、数回の選択テストと測定が行わ
れる活動領域では、約２周期Ｔ分の持続時間Ｔｒ（Ｔｒ
はＴｒ１またはＴｒ２のいずれかを意味する）におけ
る、基本信号Ｓ１とＳ２との間には周期差が存在する。
のカウントは、エッチ・プロセスが始まってから所与の
遅延後に開始される。この遅延は、以下微分時間ＲＴ
（ＲＴはＲＴ１またはＲＴ２のいずれかを意味する）と
いい、ウェハ試験片について行う数回の実験によって求
められる。微分時間ＲＴとは、ウェハのエッチング中に
所与の回数の操作、本質的にはどの基本信号が最良であ
るか（したがって、どの波長が最も適切か）を選択する
ためのテストを行い、エッチング速度ＥＲを測定するの
に必要な時間をまず考慮し、次に数値フィルタを初期設
定し、基本信号Ｓ１およびＳ２を正規化するのに必要な
時間を考慮した軽視周期である。微分時間ＲＴを決定す
るための方法については、以下に詳述する。さて、図５
では、曲線Ｓ'１に最後のゼロが（１）と示されてお
り、信号Ｓ１およびＳ'１の微分時間ＲＴ１が時間ｔ０
を経過したときに（５）と示されているゼロに相当する
と想定する。図５から明らかなように、ゼロ（５）（カ
ウントには含まれない）と最後のゼロ（１）との間のゼ
ロの数Ｘ１は４になる。数値Ｘ１はＳＴ１パラメータの
第１の成分である。信号Ｓ２およびＳ'２にも同様の理
由が当てはまり、Ｘ２も４になることが分かる（図５に
示す微分時間ＲＴ２がゼロ（５'）に対応すると想定す
る）。図５から明らかなように、信号Ｓ２およびＳ'２
の微分時間ＲＴ２は微分時間ＲＴ１とは異なり、基本信
号Ｓ１とＳ２との間には、無視できない周期差が存在す
る。特に、図５の場合、数回の選択テストと測定が行わ
れる活動領域では、約２周期Ｔ分の持続時間Ｔｒ（Ｔｒ
はＴｒ１またはＴｒ２のいずれかを意味する）におけ
る、基本信号Ｓ１とＳ２との間には周期差が存在する。
【００３９】パラメータＳＴの第２の成分は、基本信号
Ｓの最後の極値と表面１６ｃとの間の距離Ｄ（ＤはＤ１
またはＤ２のいずれかを意味する）である。１周期Ｔに
対応する距離はＬ／２×Ｎになる。この場合、距離Ｄ
は、Ｄ＝Ｌ／２×Ｎ−Ｅｆという関係によって容易に得
られる。上記の数値を使用すると、Ｄ１＝４０４．７／
（２×１．４８）−１００＝３７ｎｍ、Ｄ２＝４３５．
８／（２×１．４８）−１００＝４７ｎｍである。
Ｓの最後の極値と表面１６ｃとの間の距離Ｄ（ＤはＤ１
またはＤ２のいずれかを意味する）である。１周期Ｔに
対応する距離はＬ／２×Ｎになる。この場合、距離Ｄ
は、Ｄ＝Ｌ／２×Ｎ−Ｅｆという関係によって容易に得
られる。上記の数値を使用すると、Ｄ１＝４０４．７／
（２×１．４８）−１００＝３７ｎｍ、Ｄ２＝４３５．
８／（２×１．４８）−１００＝４７ｎｍである。
【００４０】最後に、文字Ａで示される第３の成分は、
ウェハ試験片について微分時間ＲＴが経過した後に微分
信号Ｓ'がゼロ交差を行う方法に関連する。すなわち、
微分信号Ｓ'の増大部分または減少部分のいずれでゼロ
交差が生じるかを示す。図５から明らかなように、信号
Ｓ'１のゼロ（５）は、下降転移によって達成される。
しかし、他の場合には、上昇転移でも達成されるはずで
ある。それを完全に説明するためには、ＳＴパラメータ
にこの成分を取り入れることは価値があることである。
第１のケース（下降または減少転移）では、成分Ａが第
１の値または符号（たとえば、Ａ＝＋）で表され、もう
一方のケースでは第２の値または符号（たとえば、Ａ＝
−）で表される。
ウェハ試験片について微分時間ＲＴが経過した後に微分
信号Ｓ'がゼロ交差を行う方法に関連する。すなわち、
微分信号Ｓ'の増大部分または減少部分のいずれでゼロ
交差が生じるかを示す。図５から明らかなように、信号
Ｓ'１のゼロ（５）は、下降転移によって達成される。
しかし、他の場合には、上昇転移でも達成されるはずで
ある。それを完全に説明するためには、ＳＴパラメータ
にこの成分を取り入れることは価値があることである。
第１のケース（下降または減少転移）では、成分Ａが第
１の値または符号（たとえば、Ａ＝＋）で表され、もう
一方のケースでは第２の値または符号（たとえば、Ａ＝
−）で表される。
【００４１】したがって、最も一般的には、ストップ厚
パラメータＳＴがＡ Ｘ Ｄというワード（Ｄはナノメ
ートル単位で示される）によって表される。ストップ厚
パラメータＳＴは、波長Ｌ１およびＬ２のそれぞれにつ
いて設定される。したがって、図５に示すウェハ試験片
に関連して前述した実験では、各波長ごとのそれぞれの
ストップ厚パラメータＳＴ１およびＳＴ２は、ＳＴ１＝
＋ ４ ３７、ＳＴ２＝＋ ４ ４７で表される。この
場合、２種類の波長Ｌ１およびＬ２（ならびに対応する
周期Ｔ１およびＴ２）がわずかに異なるので、数字Ｘ１
およびＸ２は同じ値を有する（Ｘ１＝Ｘ２＝４）が、距
離成分Ｄ１およびＤ２は異なっている。
パラメータＳＴがＡ Ｘ Ｄというワード（Ｄはナノメ
ートル単位で示される）によって表される。ストップ厚
パラメータＳＴは、波長Ｌ１およびＬ２のそれぞれにつ
いて設定される。したがって、図５に示すウェハ試験片
に関連して前述した実験では、各波長ごとのそれぞれの
ストップ厚パラメータＳＴ１およびＳＴ２は、ＳＴ１＝
＋ ４ ３７、ＳＴ２＝＋ ４ ４７で表される。この
場合、２種類の波長Ｌ１およびＬ２（ならびに対応する
周期Ｔ１およびＴ２）がわずかに異なるので、数字Ｘ１
およびＸ２は同じ値を有する（Ｘ１＝Ｘ２＝４）が、距
離成分Ｄ１およびＤ２は異なっている。
【００４２】微分時間パラメータ これに対して、数値ろ波では、製造環境に適合した信頼
性のある結果を提供できるようにするために、数値フィ
ルタを安定化させ、基本信号を正規化する前に所定の遅
延が必要である。これに対して、エッチ・プロセスの監
視のためにどちらが最良か、したがって、どちらの波長
を選択すべきかを決定するには、基本信号Ｓ１およびＳ
２のテストの必要ステップに移行するための所与の時間
が必要である。この期間中に数回の測定を行い、その製
品ウェハについて最後の極値に達したときに残りのエッ
チング時間を計算するのに必要な平均エッチング速度Ｅ
Ｒを決定する。エッチング速度ＥＲの測定は、オンライ
ンならびに現場で行われるので非常に正確であり、その
ため、エッチング中のウェハ（試験片または製品）の実
際のエッチング条件に完全に対応する。このような遅延
はいずれも、簡単に前述した微分時間ＲＴパラメータに
よって考慮され、したがって、本発明の方法のもう１つ
の不可欠パラメータになっている。次に、微分時間ＲＴ
の決定に使用する基本規則を示す。
性のある結果を提供できるようにするために、数値フィ
ルタを安定化させ、基本信号を正規化する前に所定の遅
延が必要である。これに対して、エッチ・プロセスの監
視のためにどちらが最良か、したがって、どちらの波長
を選択すべきかを決定するには、基本信号Ｓ１およびＳ
２のテストの必要ステップに移行するための所与の時間
が必要である。この期間中に数回の測定を行い、その製
品ウェハについて最後の極値に達したときに残りのエッ
チング時間を計算するのに必要な平均エッチング速度Ｅ
Ｒを決定する。エッチング速度ＥＲの測定は、オンライ
ンならびに現場で行われるので非常に正確であり、その
ため、エッチング中のウェハ（試験片または製品）の実
際のエッチング条件に完全に対応する。このような遅延
はいずれも、簡単に前述した微分時間ＲＴパラメータに
よって考慮され、したがって、本発明の方法のもう１つ
の不可欠パラメータになっている。次に、微分時間ＲＴ
の決定に使用する基本規則を示す。
【００４３】微分時間ＲＴの決定には、まず、所与の選
択テストおよび想定に移行するのに必要な時間の推定が
必要である。どちらの基本信号Ｓ１またはＳ２が最良で
あるか（したがって、どの波長が最も適当であるか）を
決定し、エッチング速度を測定するには、半周期での１
回のテストで十分であるが、選択テストの最適数は約２
であると思われることが実験によりすでに立証されてい
る。この場合、合計テスト周期は全周期Ｔになる。しか
し、特別な時間的制約が一切ない場合は、正確さを高め
るためにより多くのテストを行うことができる。この方
法については、簡略化のため、図５に示す信号Ｓ１およ
びＳ'１を参照して説明する。信号Ｓ'１の最後のゼロ
（１）が実用上の理由から除外されている場合、これ
は、ゼロ（２）、（３）、（４）が選択テストに必要で
あることを意味する。この期間は確保されているので、
その時点で使用可能な第１のゼロはゼロ（５）であり、
これはゼロ（１）に達するための２周期Ｔ１に等しい持
続期間Ｔｒ１に対応する。この持続期間Ｔｒ１も、エッ
チング速度ＥＲ１を決定するのに必要な測定に移行する
のに十分であると思われる。その結果、このウェハ試験
片の場合、また、選択テストとエッチング速度測定に関
する限り、適当な微分時間ＲＴ１は４．７５ Ｔ１−３
Ｔ１＝１．７５ Ｔ１になるはずである。公称厚Ｅの
表面１６ｂから始まって、この遅延ＲＴ１を確保するの
に必要な時間ｔ０は、ｔ０＝ＲＴ１＝（１．７５×Ｌ１
×６０）／（１４０×２×Ｎ）＝１０３秒で示される
（平均エッチング速度ＥＲ１は、先行ウェハ・ロットに
ついて測定した平均値または予想値である１４０ｎｍと
想定する）。次に、この遅延ＲＴ１が数値フィルタを安
定化させ、基本信号を正規化するのに十分であることを
検査することが残る。この安定化時間は半周期Ｔ１、す
なわち、図５の記載例では約３０秒よりかなり短いこと
が分かっている。ただし、フィルタの安定化と信号の正
規化に関する前述の条件が適切に満足されている場合に
は、テスト／測定時間Ｔｒ１に関してもゼロ（５）では
なくゼロ（６）および（７）の方が適当であったはずで
あることに留意されたい。微分時間ＲＴ２の決定につい
ても同様の理由が当てはまる。したがって、微分時間Ｒ
Ｔは、増大転移または減少転移のいずれかで微分信号
Ｓ'が表面１６ｂから指定のゼロまで移動するのに必要
な時間間隔に対応する所定の期間になる。
択テストおよび想定に移行するのに必要な時間の推定が
必要である。どちらの基本信号Ｓ１またはＳ２が最良で
あるか（したがって、どの波長が最も適当であるか）を
決定し、エッチング速度を測定するには、半周期での１
回のテストで十分であるが、選択テストの最適数は約２
であると思われることが実験によりすでに立証されてい
る。この場合、合計テスト周期は全周期Ｔになる。しか
し、特別な時間的制約が一切ない場合は、正確さを高め
るためにより多くのテストを行うことができる。この方
法については、簡略化のため、図５に示す信号Ｓ１およ
びＳ'１を参照して説明する。信号Ｓ'１の最後のゼロ
（１）が実用上の理由から除外されている場合、これ
は、ゼロ（２）、（３）、（４）が選択テストに必要で
あることを意味する。この期間は確保されているので、
その時点で使用可能な第１のゼロはゼロ（５）であり、
これはゼロ（１）に達するための２周期Ｔ１に等しい持
続期間Ｔｒ１に対応する。この持続期間Ｔｒ１も、エッ
チング速度ＥＲ１を決定するのに必要な測定に移行する
のに十分であると思われる。その結果、このウェハ試験
片の場合、また、選択テストとエッチング速度測定に関
する限り、適当な微分時間ＲＴ１は４．７５ Ｔ１−３
Ｔ１＝１．７５ Ｔ１になるはずである。公称厚Ｅの
表面１６ｂから始まって、この遅延ＲＴ１を確保するの
に必要な時間ｔ０は、ｔ０＝ＲＴ１＝（１．７５×Ｌ１
×６０）／（１４０×２×Ｎ）＝１０３秒で示される
（平均エッチング速度ＥＲ１は、先行ウェハ・ロットに
ついて測定した平均値または予想値である１４０ｎｍと
想定する）。次に、この遅延ＲＴ１が数値フィルタを安
定化させ、基本信号を正規化するのに十分であることを
検査することが残る。この安定化時間は半周期Ｔ１、す
なわち、図５の記載例では約３０秒よりかなり短いこと
が分かっている。ただし、フィルタの安定化と信号の正
規化に関する前述の条件が適切に満足されている場合に
は、テスト／測定時間Ｔｒ１に関してもゼロ（５）では
なくゼロ（６）および（７）の方が適当であったはずで
あることに留意されたい。微分時間ＲＴ２の決定につい
ても同様の理由が当てはまる。したがって、微分時間Ｒ
Ｔは、増大転移または減少転移のいずれかで微分信号
Ｓ'が表面１６ｂから指定のゼロまで移動するのに必要
な時間間隔に対応する所定の期間になる。
【００４４】次に、これらのパラメータＳＴおよびＲＴ
をその後エッチングすべき製品ウェハのエッチ終点判定
基準としてコンピュータ３６に入力する。エッチ終点に
達すると、ただちにウェハ試験片のエッチングが停止
し、ウェハ試験片はエッチング装置２１から取り除かれ
る。ＴＥＯＳ ＳｉＯ2層１５の残りの厚さが測定さ
れ、調整したストップ厚ＳＴパラメータが要求される。
ここでシステム２０が較正され、そのロットの残りの製
品ウェハを処理できる状態になる。それぞれの製品ウェ
ハごとに、コンピュータはＳＴパラメータによってエッ
チ終点を自動的に決定することができ、信号処理にとり
かかる前に待たなければならない、時間軽視周期ｔ０
（ＲＴと等しい）という遅延を把握する。この時間軽視
周期が経過した後、数値フィルタが有効になり、基本信
号が正規化され、コンピュータは前述のように基本信号
Ｓ１およびＳ２を適切に分析することができる。
をその後エッチングすべき製品ウェハのエッチ終点判定
基準としてコンピュータ３６に入力する。エッチ終点に
達すると、ただちにウェハ試験片のエッチングが停止
し、ウェハ試験片はエッチング装置２１から取り除かれ
る。ＴＥＯＳ ＳｉＯ2層１５の残りの厚さが測定さ
れ、調整したストップ厚ＳＴパラメータが要求される。
ここでシステム２０が較正され、そのロットの残りの製
品ウェハを処理できる状態になる。それぞれの製品ウェ
ハごとに、コンピュータはＳＴパラメータによってエッ
チ終点を自動的に決定することができ、信号処理にとり
かかる前に待たなければならない、時間軽視周期ｔ０
（ＲＴと等しい）という遅延を把握する。この時間軽視
周期が経過した後、数値フィルタが有効になり、基本信
号が正規化され、コンピュータは前述のように基本信号
Ｓ１およびＳ２を適切に分析することができる。
【００４５】Ｂ） 製品ウェハのエッチ・プロセスの監
視 所与の厚さまで正確にエッチングすることの難しさは図
６に明確に示されている。同図は、図５から直接得たも
のである。図６から明らかなように、製品ウェハのエッ
チングは、プロセス変動による厚さの誤差ｅの結果とし
てハッチ・ゾーン内の基本信号Ｓ１およびＳ２を表す曲
線のどの点からでも始めることができる。
視 所与の厚さまで正確にエッチングすることの難しさは図
６に明確に示されている。同図は、図５から直接得たも
のである。図６から明らかなように、製品ウェハのエッ
チングは、プロセス変動による厚さの誤差ｅの結果とし
てハッチ・ゾーン内の基本信号Ｓ１およびＳ２を表す曲
線のどの点からでも始めることができる。
【００４６】エッチ終点判定基準が前述のように決定さ
れたと想定すると、図７の流れ図６０は、その基礎にあ
る２つの原理を示すために本発明の所与の厚さまたはス
トップ厚Ｅｆまで誘電フィルムを低減するドライ・エッ
チングを監視するための方法の重要な処理ステップを示
している。第１の原理は、ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4の境界面
１６ａからＳｉＯ2層１５の残りの厚さを連続監視する
ことであって、ＳｉＯ2層１５の上面１６ｂからのエッ
チング深さを測定することではない。第２の原理は、そ
の値がプロセス変動による厚さの誤差ｅによって決まる
少なくとも２種類の波長を使用することである。このよ
うに２種類の波長を使用することにより、厚さの誤差ｅ
とスタック１２の光学特性のばらつきの両方を除去する
ことができ、特に、前記プロセス変動によって同様に引
き起こされる可能性のある指定の波長とＳｉＯ2層１５
の屈折率Ｎとの不適合を除去することができる。システ
ム２０の較正に使用するウェハ試験片と同じタイプの製
品ウェハのエッチングを監視する重要なステップについ
て、図７を参照して以下に説明する。
れたと想定すると、図７の流れ図６０は、その基礎にあ
る２つの原理を示すために本発明の所与の厚さまたはス
トップ厚Ｅｆまで誘電フィルムを低減するドライ・エッ
チングを監視するための方法の重要な処理ステップを示
している。第１の原理は、ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4の境界面
１６ａからＳｉＯ2層１５の残りの厚さを連続監視する
ことであって、ＳｉＯ2層１５の上面１６ｂからのエッ
チング深さを測定することではない。第２の原理は、そ
の値がプロセス変動による厚さの誤差ｅによって決まる
少なくとも２種類の波長を使用することである。このよ
うに２種類の波長を使用することにより、厚さの誤差ｅ
とスタック１２の光学特性のばらつきの両方を除去する
ことができ、特に、前記プロセス変動によって同様に引
き起こされる可能性のある指定の波長とＳｉＯ2層１５
の屈折率Ｎとの不適合を除去することができる。システ
ム２０の較正に使用するウェハ試験片と同じタイプの製
品ウェハのエッチングを監視する重要なステップについ
て、図７を参照して以下に説明する。
【００４７】システム２０が較正されると、そのロット
の第１の製品ウェハがエッチング装置２１に投入される
（ボックス６１）。システムは前述のように準備され、
ウェハは波長Ｌ１およびＬ２を有する放射線を含む光で
照射される（ボックス６２）。これらの波長Ｌ１および
Ｌ２はボックス６３による指定の値を有する。次に、ボ
ックス６４が示すように、エッチ・プロセスが開始され
る。基本信号Ｓ１およびＳ２とそれぞれの微分信号Ｓ'
１およびＳ'２がコンピュータによって生成される（ボ
ックス６５）。エッチ・プロセスが進行する間、コンピ
ュータ３６は、微分時間ＲＴに等しい遅延を待ってか
ら、基本／微分信号Ｓ１／Ｓ'１およびＳ２／Ｓ'２を分
析する。したがって、それぞれの微分時間ＲＴ１および
ＲＴ２が経過するまで、コンピュータ３６は前記信号対
Ｓ１／Ｓ'１およびＳ２／Ｓ'２のグラフを描く。次にコ
ンピュータは、ボックス６６により各基本信号ごとにい
くつかのステップにとりかかる（複数のステップが同時
に行われる）。基本的には、所与の厚さＥｆに対応する
表面１６ｃに達する前に微分信号Ｓ'１およびＳ'２の最
後のゼロを検出するためにゼロの数Ｘ１およびＸ２をカ
ウントする。次に、前述の選択テストに移行する。すな
わち、どちらの対が最良であるかを判定できるように、
最小期間（この場合は全周期）にわたって２対の信号Ｓ
１／Ｓ'１およびＳ２／Ｓ'２を比較する。また、エッチ
ング速度ＥＲ１およびＥＲ２も計算する。２つのゼロ
（１）と（１'）のうちの早い方に達する前に、最も適
切な信号／波長の組合せを選択し、指定の波長に応じて
残りの時間ｄｔ１またはｄｔ２を決定する。最良の信号
対がＳ１／Ｓ'１であると想定すると、ゼロ（１）に達
した後、ただちにコンピュータは残りの時間ｄｔ１（前
に計算したもの）を０までカウント・ダウンし、図３の
線３８を介してエッチング・プロセスを停止する。その
結果、エッチ・プロセスはエッチ終点、すなわち、表面
１６ｃで正確に終了する。ボックス６７で格納されたエ
ッチ終点判定基準を使用してボックス６６で実行される
これらすべての操作については、以下に詳述する。
の第１の製品ウェハがエッチング装置２１に投入される
（ボックス６１）。システムは前述のように準備され、
ウェハは波長Ｌ１およびＬ２を有する放射線を含む光で
照射される（ボックス６２）。これらの波長Ｌ１および
Ｌ２はボックス６３による指定の値を有する。次に、ボ
ックス６４が示すように、エッチ・プロセスが開始され
る。基本信号Ｓ１およびＳ２とそれぞれの微分信号Ｓ'
１およびＳ'２がコンピュータによって生成される（ボ
ックス６５）。エッチ・プロセスが進行する間、コンピ
ュータ３６は、微分時間ＲＴに等しい遅延を待ってか
ら、基本／微分信号Ｓ１／Ｓ'１およびＳ２／Ｓ'２を分
析する。したがって、それぞれの微分時間ＲＴ１および
ＲＴ２が経過するまで、コンピュータ３６は前記信号対
Ｓ１／Ｓ'１およびＳ２／Ｓ'２のグラフを描く。次にコ
ンピュータは、ボックス６６により各基本信号ごとにい
くつかのステップにとりかかる（複数のステップが同時
に行われる）。基本的には、所与の厚さＥｆに対応する
表面１６ｃに達する前に微分信号Ｓ'１およびＳ'２の最
後のゼロを検出するためにゼロの数Ｘ１およびＸ２をカ
ウントする。次に、前述の選択テストに移行する。すな
わち、どちらの対が最良であるかを判定できるように、
最小期間（この場合は全周期）にわたって２対の信号Ｓ
１／Ｓ'１およびＳ２／Ｓ'２を比較する。また、エッチ
ング速度ＥＲ１およびＥＲ２も計算する。２つのゼロ
（１）と（１'）のうちの早い方に達する前に、最も適
切な信号／波長の組合せを選択し、指定の波長に応じて
残りの時間ｄｔ１またはｄｔ２を決定する。最良の信号
対がＳ１／Ｓ'１であると想定すると、ゼロ（１）に達
した後、ただちにコンピュータは残りの時間ｄｔ１（前
に計算したもの）を０までカウント・ダウンし、図３の
線３８を介してエッチング・プロセスを停止する。その
結果、エッチ・プロセスはエッチ終点、すなわち、表面
１６ｃで正確に終了する。ボックス６７で格納されたエ
ッチ終点判定基準を使用してボックス６６で実行される
これらすべての操作については、以下に詳述する。
【００４８】簡略化のため、さらに信号Ｓ１およびＳ'
１を参照すると、図６から明らかなように、微分時間Ｒ
Ｔ１が経過した後にコンピュータが最初に検出するゼロ
は、エッチングの開始点（ハッチ・ゾーン内のどこか）
に応じて、ゼロ（５）またはゼロ（４）のいずれかにな
る。この不確かさはもはや問題ではない。というのは、
本発明の重要な特性により、プロセス変動による厚さの
誤差ｅによって発生するすべての不都合が以下に立証す
るように除去されるからである。これは、Ｌ１＞Ｌｍｉ
ｎになるような波長Ｌ１と、ＳＴ１＝Ａ１ Ｘ１ Ｄ１
＝＋ ４ ３７というストップ厚パラメータの成分Ａ１
の値を選択したことによる直接的な結果である。ここで
図６に移行すると、製品ウェハが仕様の最大厚、すなわ
ちＥ＋ｅになっている場合、起点（表面１６ｂ"でｔ＝
０）からの時間軽視周期は、ゼロ（６）の直後に時間軸
上の時間ｔ'０に対応する。したがって、コンピュータ
が最初に検出するゼロは、コンピュータによってこのよ
うに識別される下降転移（Ａ１＝＋）のゼロ（５）にな
る。コンピュータは、このゼロ（５）から４つのゼロ
（Ｘ１＝４）を計算し、後者をカウントから除外しなけ
ればならないことを認識する。これに対して、製品ウェ
ハが仕様の最小厚、すなわちＥ−ｅになっている場合、
時間軽視時間はゼロ（４）の直前の起点（表面１６ｂ'
でｔ＝０）からの時間ｔ"０に対応する。この場合、コ
ンピュータは上昇転移で最初のゼロを検出するので、４
つのゼロをただちにカウントし、ゼロ（４）をそのカウ
ントに含めなければならないことを認識する。どちらの
場合も、コンピュータが最初に検出し、カウントに考慮
されるゼロは、微分時間ＲＴ１で示される時間軽視周期
が経過したときに、ゼロ（４）になる。信号Ｓ２および
Ｓ'２にも同様の理由が当てはまる。したがって、波長
Ｌ１およびＬ２を選択するために行った指定の選択によ
り、時間軽視周期ｔ０が厳密に１周期Ｔ１内のゼロ
（５）の周りに集中する。すなわち、Ｔｍｉｎと等しい
時間間隔ｔ'０〜ｔ"０は、図６から明らかなように周期
Ｔ１より短い。この特徴は、前述の不確かさを高めるた
めの決定的要因である。
１を参照すると、図６から明らかなように、微分時間Ｒ
Ｔ１が経過した後にコンピュータが最初に検出するゼロ
は、エッチングの開始点（ハッチ・ゾーン内のどこか）
に応じて、ゼロ（５）またはゼロ（４）のいずれかにな
る。この不確かさはもはや問題ではない。というのは、
本発明の重要な特性により、プロセス変動による厚さの
誤差ｅによって発生するすべての不都合が以下に立証す
るように除去されるからである。これは、Ｌ１＞Ｌｍｉ
ｎになるような波長Ｌ１と、ＳＴ１＝Ａ１ Ｘ１ Ｄ１
＝＋ ４ ３７というストップ厚パラメータの成分Ａ１
の値を選択したことによる直接的な結果である。ここで
図６に移行すると、製品ウェハが仕様の最大厚、すなわ
ちＥ＋ｅになっている場合、起点（表面１６ｂ"でｔ＝
０）からの時間軽視周期は、ゼロ（６）の直後に時間軸
上の時間ｔ'０に対応する。したがって、コンピュータ
が最初に検出するゼロは、コンピュータによってこのよ
うに識別される下降転移（Ａ１＝＋）のゼロ（５）にな
る。コンピュータは、このゼロ（５）から４つのゼロ
（Ｘ１＝４）を計算し、後者をカウントから除外しなけ
ればならないことを認識する。これに対して、製品ウェ
ハが仕様の最小厚、すなわちＥ−ｅになっている場合、
時間軽視時間はゼロ（４）の直前の起点（表面１６ｂ'
でｔ＝０）からの時間ｔ"０に対応する。この場合、コ
ンピュータは上昇転移で最初のゼロを検出するので、４
つのゼロをただちにカウントし、ゼロ（４）をそのカウ
ントに含めなければならないことを認識する。どちらの
場合も、コンピュータが最初に検出し、カウントに考慮
されるゼロは、微分時間ＲＴ１で示される時間軽視周期
が経過したときに、ゼロ（４）になる。信号Ｓ２および
Ｓ'２にも同様の理由が当てはまる。したがって、波長
Ｌ１およびＬ２を選択するために行った指定の選択によ
り、時間軽視周期ｔ０が厳密に１周期Ｔ１内のゼロ
（５）の周りに集中する。すなわち、Ｔｍｉｎと等しい
時間間隔ｔ'０〜ｔ"０は、図６から明らかなように周期
Ｔ１より短い。この特徴は、前述の不確かさを高めるた
めの決定的要因である。
【００４９】所望のエッチ終点でエッチ・プロセスを終
了するためには、残りの時間ｄｔの決定も必要である。
したがって、残りの時間は、最後の極値から表面１６ｃ
のエッチ終点に達するのに必要な時間である。次に、残
りの時間ｄｔには、エッチング速度ＥＲの値を決定する
必要がある。このエッチング残り時間ｄｔは、ｄｔ＝Ｄ
／ＥＲで示される。この場合、Ｄはストップ厚ＳＴパラ
メータから分かる。その結果、エッチ・プロセスが進行
している間、数回の測定によって処理中の製品ウェハに
ついて、エッチング速度ＥＲが現場で正確に求められ
る。この値はリアルタイムで容易に求めることができな
いので、先行周期、たとえば、図６の信号Ｓ'１のゼロ
（４）と（２）との間の平均エッチング速度値によって
概算する。Ｓ'１信号の２つの連続するゼロはＬ１／４
×Ｎで示される厚さ低減量だけ分離されているので、そ
れぞれのエッチング速度値ＥＲ１（１）およびＥＲ１
（２）を決定するために、第１の測定がゼロ（４）と
（３）の間で行われ、次にゼロ（３）と（２）の間で行
われる。それぞれの測定が半周期について行われるの
で、１周期Ｔ１内で２回の測定が行われる。現在までの
ところ、エッチング速度測定を行うための最小時間は、
信頼できる結果を達成するには半周期であるようだ。上
限は、指定のゼロから前記所与の厚さまで移動するのに
必要な時間によって決まる。このケースでは、全周期が
最適化時間であるようで、エッチング速度ＥＲ１はＥＲ
１＝（ＥＲ１（１）＋ＥＲ１（２））／２で示される。
ＥＲ２の決定についても同様の理由が当てはまる。図６
に関連して示されている実際の実験では、ＥＲ１＝１４
０ｎｍ／分、ＥＲ２＝１４５ｎｍ／分であることが分か
っている。
了するためには、残りの時間ｄｔの決定も必要である。
したがって、残りの時間は、最後の極値から表面１６ｃ
のエッチ終点に達するのに必要な時間である。次に、残
りの時間ｄｔには、エッチング速度ＥＲの値を決定する
必要がある。このエッチング残り時間ｄｔは、ｄｔ＝Ｄ
／ＥＲで示される。この場合、Ｄはストップ厚ＳＴパラ
メータから分かる。その結果、エッチ・プロセスが進行
している間、数回の測定によって処理中の製品ウェハに
ついて、エッチング速度ＥＲが現場で正確に求められ
る。この値はリアルタイムで容易に求めることができな
いので、先行周期、たとえば、図６の信号Ｓ'１のゼロ
（４）と（２）との間の平均エッチング速度値によって
概算する。Ｓ'１信号の２つの連続するゼロはＬ１／４
×Ｎで示される厚さ低減量だけ分離されているので、そ
れぞれのエッチング速度値ＥＲ１（１）およびＥＲ１
（２）を決定するために、第１の測定がゼロ（４）と
（３）の間で行われ、次にゼロ（３）と（２）の間で行
われる。それぞれの測定が半周期について行われるの
で、１周期Ｔ１内で２回の測定が行われる。現在までの
ところ、エッチング速度測定を行うための最小時間は、
信頼できる結果を達成するには半周期であるようだ。上
限は、指定のゼロから前記所与の厚さまで移動するのに
必要な時間によって決まる。このケースでは、全周期が
最適化時間であるようで、エッチング速度ＥＲ１はＥＲ
１＝（ＥＲ１（１）＋ＥＲ１（２））／２で示される。
ＥＲ２の決定についても同様の理由が当てはまる。図６
に関連して示されている実際の実験では、ＥＲ１＝１４
０ｎｍ／分、ＥＲ２＝１４５ｎｍ／分であることが分か
っている。
【００５０】処理中の製品ウェハの特定の屈折率Ｎにど
の基本信号対が最も適合しているかを判定するために、
前述のように、一方ではゼロ位置（４）と（３）の間、
もう一方ではゼロ位置（３）と（２）の間の同一の２つ
の半周期間隔で選択テストを実行することができる。基
本的には、それぞれの信号対ごとに、２つのカテゴリの
テスト基準を採用した。第１のカテゴリは信号対Ｓ／
Ｓ'を示す曲線の対称性に関連し、第２のカテゴリはエ
ッチング速度値ＥＲに関連する。どちらを選択すべきか
を判定するための分析用として信号対Ｓ１／Ｓ'１とＳ
２／Ｓ'２との比較はコンピュータ３６によって行われ
るが、これは、エキスパート・システムまたはニューロ
ン・ベースのプロセッサの使用を含む、いくつかの方法
で実施することができる。ここでは、３つの対称性関連
テストを必要とする、第１のカテゴリの基準の実施につ
いて説明する。便宜上、これらのテストは、信号対Ｓ１
／Ｓ'１に関して説明する。これらのテストは、基本信
号Ｓ１の２つの連続する極値での振幅ｉ１とｉ２（これ
らは信号強度に直接関連する）、ゼロ（４）と（３）と
の間およびゼロ（３）と（２）との間の微分信号Ｓ'１
の部分について２つの連続するゼロの間の距離とアーチ
表面を測定することから構成される。この結果は、同一
であるかどうかを判定するために比較される。両者が近
ければ近いほど、信号対Ｓ１／Ｓ'１の対称性が優れて
いる。第２のカテゴリのテストは、同一期間中に異なる
エッチング速度測定を行うことにあり、その値が時間に
つれて大幅に変化しないことを検査する。コンピュータ
３６がエッチング速度値の大幅な変化を検出すると、対
応する信号対と、したがって対応する波長がただちに却
下されるはずである。信号対Ｓ２／Ｓ'２についても同
様の選択テストと分析が行われる。これらのすべてのテ
ストに関して許容される変動がコンピュータに入力され
る。他のカテゴリのテストも考えられる。
の基本信号対が最も適合しているかを判定するために、
前述のように、一方ではゼロ位置（４）と（３）の間、
もう一方ではゼロ位置（３）と（２）の間の同一の２つ
の半周期間隔で選択テストを実行することができる。基
本的には、それぞれの信号対ごとに、２つのカテゴリの
テスト基準を採用した。第１のカテゴリは信号対Ｓ／
Ｓ'を示す曲線の対称性に関連し、第２のカテゴリはエ
ッチング速度値ＥＲに関連する。どちらを選択すべきか
を判定するための分析用として信号対Ｓ１／Ｓ'１とＳ
２／Ｓ'２との比較はコンピュータ３６によって行われ
るが、これは、エキスパート・システムまたはニューロ
ン・ベースのプロセッサの使用を含む、いくつかの方法
で実施することができる。ここでは、３つの対称性関連
テストを必要とする、第１のカテゴリの基準の実施につ
いて説明する。便宜上、これらのテストは、信号対Ｓ１
／Ｓ'１に関して説明する。これらのテストは、基本信
号Ｓ１の２つの連続する極値での振幅ｉ１とｉ２（これ
らは信号強度に直接関連する）、ゼロ（４）と（３）と
の間およびゼロ（３）と（２）との間の微分信号Ｓ'１
の部分について２つの連続するゼロの間の距離とアーチ
表面を測定することから構成される。この結果は、同一
であるかどうかを判定するために比較される。両者が近
ければ近いほど、信号対Ｓ１／Ｓ'１の対称性が優れて
いる。第２のカテゴリのテストは、同一期間中に異なる
エッチング速度測定を行うことにあり、その値が時間に
つれて大幅に変化しないことを検査する。コンピュータ
３６がエッチング速度値の大幅な変化を検出すると、対
応する信号対と、したがって対応する波長がただちに却
下されるはずである。信号対Ｓ２／Ｓ'２についても同
様の選択テストと分析が行われる。これらのすべてのテ
ストに関して許容される変動がコンピュータに入力され
る。他のカテゴリのテストも考えられる。
【００５１】ゆえに、所定の基本信号について結果が受
け入れられないときは、いつでも後者がコンピュータに
よって却下される。最良の基本信号と、したがって対応
する波長がボックス６８により選択される。信号Ｓ１と
Ｓ２は極めて理想的な形状で示されているので、前述の
選択基準を図６から明らかにすることはできない。この
点については、図８および図９に関連すれば、さらによ
く理解される。これらの図は、本発明の監視方法により
製品ウェハのエッチングを監視している間に作成した実
際のコンピュータ・プリントアウトである。
け入れられないときは、いつでも後者がコンピュータに
よって却下される。最良の基本信号と、したがって対応
する波長がボックス６８により選択される。信号Ｓ１と
Ｓ２は極めて理想的な形状で示されているので、前述の
選択基準を図６から明らかにすることはできない。この
点については、図８および図９に関連すれば、さらによ
く理解される。これらの図は、本発明の監視方法により
製品ウェハのエッチングを監視している間に作成した実
際のコンピュータ・プリントアウトである。
【００５２】図８および図９は、コンピュータ３６（お
よびＲＩＥツールを使用するオペレータ）が使用する何
らかの製品ウェハのエッチ・プロセス中に得られた信号
の波形を示している。ただし、これらの実験に使用した
製品ウェハの公称厚が６５０ｎｍではないことに留意さ
れたい。
よびＲＩＥツールを使用するオペレータ）が使用する何
らかの製品ウェハのエッチ・プロセス中に得られた信号
の波形を示している。ただし、これらの実験に使用した
製品ウェハの公称厚が６５０ｎｍではないことに留意さ
れたい。
【００５３】ここで図８を参照すると、同図には、エッ
チ・プロセスが停止する数秒前の時間ｔにおける２つの
基本信号Ｓ１およびＳ２を示す曲線が示されている。図
８から明らかなように、信号Ｓ１およびＳ２は、スタッ
ク１２の光学特性、特に対象となる製品ウェハのＳｉＯ
2層１５の屈折率Ｎに完全に適合している。基本信号Ｓ
１またはＳ２のいずれかが適切であり、したがって、波
形Ｌ１またはＬ２のいずれかを選択できることは明らか
である。判断を行う前に信号Ｓ１とＳ２の両方について
時間ｔ１（２つの経過時間ｔ１およびｔ'１のうちの遅
い方）で選択テストが終了することが好ましい。これに
対して、図９は、前記スタック１２および前記屈折率Ｎ
とは完全に不一致の基本信号Ｓ２を示している。この場
合、波長Ｌ２は明らかに却下しなければならない。とこ
ろで、図９の信号Ｓ１とＳ２との比較から明らかなよう
に、前述の第１のカテゴリの基準（対称性）に関する限
り、信号Ｓ２は良好な周期性が欠落しているだけでな
く、強度も乏しいことは明らかである。また、時間の関
数としてその値が許容できないほど変動するので、信号
Ｓ２もエッチング速度テストに不合格になるはずであ
る。
チ・プロセスが停止する数秒前の時間ｔにおける２つの
基本信号Ｓ１およびＳ２を示す曲線が示されている。図
８から明らかなように、信号Ｓ１およびＳ２は、スタッ
ク１２の光学特性、特に対象となる製品ウェハのＳｉＯ
2層１５の屈折率Ｎに完全に適合している。基本信号Ｓ
１またはＳ２のいずれかが適切であり、したがって、波
形Ｌ１またはＬ２のいずれかを選択できることは明らか
である。判断を行う前に信号Ｓ１とＳ２の両方について
時間ｔ１（２つの経過時間ｔ１およびｔ'１のうちの遅
い方）で選択テストが終了することが好ましい。これに
対して、図９は、前記スタック１２および前記屈折率Ｎ
とは完全に不一致の基本信号Ｓ２を示している。この場
合、波長Ｌ２は明らかに却下しなければならない。とこ
ろで、図９の信号Ｓ１とＳ２との比較から明らかなよう
に、前述の第１のカテゴリの基準（対称性）に関する限
り、信号Ｓ２は良好な周期性が欠落しているだけでな
く、強度も乏しいことは明らかである。また、時間の関
数としてその値が許容できないほど変動するので、信号
Ｓ２もエッチング速度テストに不合格になるはずであ
る。
【００５４】以下の説明のために、図６の信号Ｓ１がコ
ンピュータによって選択されたと想定する。これで、コ
ンピュータはボックス６９によりエッチング操作を終了
することができる。
ンピュータによって選択されたと想定する。これで、コ
ンピュータはボックス６９によりエッチング操作を終了
することができる。
【００５５】残りの時間ｄｔ１は、曲線Ｓ'１のゼロ
（１）に対応する曲線Ｓ１の最後の極値から表面１６ｃ
（エッチ終点）まで移動するのに必要な時間に相当す
る。したがって、エッチング中の製品ウェハについて前
に計算したエッチング速度値ＥＲ１を把握している必要
がある。残りの時間ｄｔ１はＤ１／ＥＲ１になり、Ｄ１
はストップ厚パラメータＳＴ１から得られる。さらに上
記の数値を使用すると、Ｄ１＝３７ｎｍになり、したが
って、ｄｔ１＝３７×６０／１４０＝１６秒になる。信
号Ｓ２の場合は、Ｄ２＝４７ｎｍ、ＥＲ２＝１４５ｎｍ
によって、対応する残りの時間値がｄｔ２＝１９秒で示
されているはずである。この時間が経過すると、ボック
ス７０が示すようにエッチ・プロセスが停止する。これ
は、表面１６ｃに達し、残りのＳｉＯ2層１５の実際の
厚さが所望の値Ｅｆに非常に近いことを意味する。
（１）に対応する曲線Ｓ１の最後の極値から表面１６ｃ
（エッチ終点）まで移動するのに必要な時間に相当す
る。したがって、エッチング中の製品ウェハについて前
に計算したエッチング速度値ＥＲ１を把握している必要
がある。残りの時間ｄｔ１はＤ１／ＥＲ１になり、Ｄ１
はストップ厚パラメータＳＴ１から得られる。さらに上
記の数値を使用すると、Ｄ１＝３７ｎｍになり、したが
って、ｄｔ１＝３７×６０／１４０＝１６秒になる。信
号Ｓ２の場合は、Ｄ２＝４７ｎｍ、ＥＲ２＝１４５ｎｍ
によって、対応する残りの時間値がｄｔ２＝１９秒で示
されているはずである。この時間が経過すると、ボック
ス７０が示すようにエッチ・プロセスが停止する。これ
は、表面１６ｃに達し、残りのＳｉＯ2層１５の実際の
厚さが所望の値Ｅｆに非常に近いことを意味する。
【００５６】説明の簡略化のため、ウェハ試験片を使用
してエッチ終点判定基準を決定する予備ステップを分離
して、本発明の監視方法を説明してきたが、ウェハ試験
片は処理すべきロットで選択した製品ウェハでもよいこ
とに留意されたい。ただし、前述のように製品ウェハを
無駄にしないために過剰にエッチングしないよう、注意
が必要である。
してエッチ終点判定基準を決定する予備ステップを分離
して、本発明の監視方法を説明してきたが、ウェハ試験
片は処理すべきロットで選択した製品ウェハでもよいこ
とに留意されたい。ただし、前述のように製品ウェハを
無駄にしないために過剰にエッチングしないよう、注意
が必要である。
【００５７】この技術によって前記光学特性のばらつき
なしにスタック１２を製造できる場合、あるいはその目
的のために専用現場を特に使用する場合、前述のよう
に、２種類ではなく１種類の波長を使用することも考え
られる。
なしにスタック１２を製造できる場合、あるいはその目
的のために専用現場を特に使用する場合、前述のよう
に、２種類ではなく１種類の波長を使用することも考え
られる。
【００５８】本発明の監視方法には、いくつかの明確な
利点がある。まず第１に、ＳｉＯ2層１５が非常に正確
に所与の厚さまで（先行技術で実施されている所与の深
さまでではない）エッチ・ダウンされる。さらに、本発
明の監視方法では、外部での（ｅｘ−ｓｉｔｕ）測定が
不要であり、処理ステップ数が低減され、そのため、人
間のエラーという危険も低減されるので、処理時間を大
幅に短縮することができる。また、処理時間も最適化さ
れ、前記所与の厚さに達するのに本当に必要な時間と等
しくなる。また、最終的に得られる残りのＳｉＯ2層１
５の再現性が良好である結果、再加工も大幅に低減され
る。その直接の結果として、汚染が減少し、製造歩留ま
りが改善される。大規模サイズの光線と組み合わせて少
なくとも２種類の指定の波長を使用することにより、ス
タック１２の光学特性のばらつきを取り除くことができ
る。しかし、前述のように、所与のケースでは小規模サ
イズの光線と１種類の指定の波長だけを使用することも
考えられる。最後に、エッチング速度の測定は、処理中
の製品ウェハに関する正確な値を現場ならびにオンライ
ンで提供するだけでなく、エッチング・プロセス・パラ
メータのふらつきを直接制御することができ、それによ
り、エッチング装置２１の高機能メンテナンスのための
貴重な情報が提供される。
利点がある。まず第１に、ＳｉＯ2層１５が非常に正確
に所与の厚さまで（先行技術で実施されている所与の深
さまでではない）エッチ・ダウンされる。さらに、本発
明の監視方法では、外部での（ｅｘ−ｓｉｔｕ）測定が
不要であり、処理ステップ数が低減され、そのため、人
間のエラーという危険も低減されるので、処理時間を大
幅に短縮することができる。また、処理時間も最適化さ
れ、前記所与の厚さに達するのに本当に必要な時間と等
しくなる。また、最終的に得られる残りのＳｉＯ2層１
５の再現性が良好である結果、再加工も大幅に低減され
る。その直接の結果として、汚染が減少し、製造歩留ま
りが改善される。大規模サイズの光線と組み合わせて少
なくとも２種類の指定の波長を使用することにより、ス
タック１２の光学特性のばらつきを取り除くことができ
る。しかし、前述のように、所与のケースでは小規模サ
イズの光線と１種類の指定の波長だけを使用することも
考えられる。最後に、エッチング速度の測定は、処理中
の製品ウェハに関する正確な値を現場ならびにオンライ
ンで提供するだけでなく、エッチング・プロセス・パラ
メータのふらつきを直接制御することができ、それによ
り、エッチング装置２１の高機能メンテナンスのための
貴重な情報が提供される。
【００５９】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。
【００６０】（１）基板上に形成した誘電フィルムを有
する構造をエッチングし、プロセス変動による公称厚Ｅ
と屈折率Ｎの誤差がどのようなものであっても、前記誘
電フィルムの所与の厚さＥｆに達すると前記エッチング
を自動的に終了することのできるエッチング・システム
において、（ａ）のぞき窓を有し、エッチ処理のために
前記構造を受け入れるエッチ処理室と、（ｂ）４×Ｎ×
ｅ（ただし、ｅは厚さの誤差である）に等しい最小値よ
り大きい少なくとも２種類の波長を含む光を発生する光
源手段と、（ｃ）前記のぞき窓からほぼ直角入射角で前
記のぞき窓を介して前記構造の表面を照射するために前
記光源手段からの光を移送し、前記構造から反射した光
を集める光学手段と、（ｄ）前記光学手段に接続され
て、各々の前記波長について、反応時間につれて変動す
る前記反射した光の強度に対応するアナログ干渉信号に
変換する分光計手段と、（ｅ）信号処理／分析手段とを
含み、前記信号処理／分析手段は、前記アナログ信号か
らディジタル基本信号を生成するために前記アナログ干
渉信号をディジタル化する手段と、エッチング・プロセ
スが始まってから所定の時間軽視周期または評価時間後
に、前記基本信号の指定の極値を定義する、前記基本信
号の分析を開始する手段と、前記指定の極値から所与の
厚さＥｆが達成される直前の前記基本信号の最後の極値
までの極値の数をカウントする手段と、前記基本信号の
前記最後の極値と前記所与の厚さとの間の距離を決定す
る手段と、前記基本信号によってエッチング速度を現場
ならびにオンラインで測定する手段と、前記波長のどち
らが前記誘電フィルムの組成に最も適合しているかを識
別するために前記基本信号の波形の対称性と前記エッチ
ング速度の変動を分析し、対応する基本信号／波長の組
合せを選択する手段と、前記選択された基本信号につい
て残りの時間を決定する手段と、前記残りの時間が経過
したときに前記エッチングを終了する手段とを含むこと
を特徴とする、システム。 （２）前記信号処理／分析手段で行われる所与の操作
が、数値ろ波によって前記基本信号から得られる微分信
号について行われることを特徴とする、上記（１）に記
載のシステム。 （３）前記光源手段が複数波長光源から構成されること
を特徴とする、上記（１）に記載のシステム。 （４）前記複数波長光源が、水銀ランプ、ハロゲン・ラ
ンプ、キセノン・ランプを含む多色光源の群から選択さ
れることを特徴とする、上記（３）に記載のシステム。 （５）前記複数波長光源が、それぞれが所定の波長を有
する複数の単色レーザから構成されることを特徴とす
る、上記（３）に記載のシステム。 （６）前記光学手段が、本質的に集光レンズから構成さ
れる投射光学系を含むことを特徴とする、上記（１）に
記載のシステム。 （７）エッチング装置ののぞき窓が設けられた処理室内
に置かれた構造のエッチングを監視する装置であって、
前記構造が基板上に形成した誘電フィルムを有し、プロ
セス変動による公称厚Ｅと屈折率Ｎの誤差がどのような
ものであっても、前記誘電フィルムの所与の厚さＥｆに
達すると前記エッチングを自動的に終了するための装置
において、前記装置が（ａ）その値が４×Ｎ×ｅ（ただ
し、ｅは厚さの誤差である）に等しい最小値より大きい
少なくとも２種類の波長を含む光を発生する光源手段
と、（ｂ）前記のぞき窓からほぼ直角入射角で前記構造
の表面を照射するために前記光源手段からの光を移送
し、前記構造から反射した光を集める光学手段と、
（ｃ）前記光学手段に接続されて、前記波長のそれぞれ
について、反応時間につれて変動する前記反射した光の
強度に対応するアナログ干渉信号に変換する分光計手段
と、（ｄ）信号処理／分析手段とを含み、前記信号処理
／分析手段が、前記アナログ干渉信号からディジタル基
本信号を生成するために前記アナログ干渉信号をディジ
タル化する手段と、エッチング・プロセスが始まってか
ら所定の時間軽視周期または評価時間後に、前記基本信
号の指定の極値を定義する、前記基本信号の分析を開始
する手段と、前記指定の極値から所与の厚さＥｆが達成
される直前の前記基本信号の最後の極値までの極値の数
をカウントする手段と、前記基本信号の前記最後の極値
と前記所与の厚さとの間の距離を決定する手段と、前記
基本信号によってエッチング速度を現場ならびにオンラ
インで測定する手段と、前記波長のどちらが前記誘電フ
ィルムの組成に最も適合しているかを識別するために前
記基本信号の波形の対称性とエッチング速度の変動を分
析し、対応する信号／波長の組合せを選択する手段と、
前記選択された基本信号について残りの時間を決定する
手段と、前記残りの時間が経過したときに前記エッチン
グ処理を終了する手段とを含むことを特徴とする、装
置。 （８）信号処理／分析手段で行われる所与の操作が、数
値ろ波によって基本信号から得られる微分信号について
行われることを特徴とする、上記（７）に記載の装置。 （９）前記光源手段が複数波長光源から構成されること
を特徴とする、上記（７）に記載の装置。 （１０）前記光学手段が、本質的に集光レンズから構成
される投射光学系を含むことを特徴とする、上記（７）
に記載の装置。 （１１）基板上に形成した公称厚Ｅと屈折率Ｎの誘電フ
ィルムから構成される構造のドライ・エッチングのため
に、プロセス変動による厚さの誤差ｅと屈折率の誤差ｎ
がどのようなものであっても、前記誘電フィルムの所与
の厚さＥｆにおけるエッチ終点判定基準を決定する方法
において、（ａ）エッチング装置ののぞき窓が設けられ
た処理室内に前記公称厚Ｅを有する前記構造を置くステ
ップと、（ｂ）その値が４×Ｎ×ｅ（ただし、ｅは仕様
に示された構造の厚さの誤差である）に等しい最小値よ
り大きい少なくとも２種類の波長を含む光によって前記
構造の表面を照射するステップと、（ｃ）各々の前記波
長について、分光計手段に反射した光を印加し、反応時
間につれて変動するその強度を対応するアナログ干渉信
号に変換するステップと、（ｄ）前記アナログ干渉信号
からディジタル基本信号を生成するために前記アナログ
干渉信号をディジタル化するステップと、（ｅ）前記基
本信号を分析して、評価時間パラメータおよびストップ
厚パラメータから構成される前記エッチ終点判定基準を
作成するステップとを含み、 ［１］前記評価時間パラメータは、前記基本信号を正規
化するのに必要な初期時間と、どの基本信号と波長の組
合せが最も適切かを判定するための選択テストと前記所
与の厚さが達成される前のエッチング速度測定とを実行
するために必要な終了時間のいずれよりも長く、かつ、
前記基本信号の指定の極値に相関し、 ［２］前記ストップ厚パラメータは、基本信号が極値に
達する方法に関連する第１のデータ（Ａ）と、前記指定
の極値と前記所与の厚さが達成される前の最後の極値の
間の極値の数に関連する第２のデータ（Ｘ）と、前記最
後の極値と前記所与の厚さとの距離を示す第３のデータ
（Ｄ）という３つのデータ（Ａ Ｘ Ｄ）から構成され
ることを特徴とする方法。 （１２）前記基本信号について行われる所与の操作が、
数値ろ波によって前記基本信号から得られる微分信号に
ついて行われることを特徴とする、上記（１１）に記載
の方法。 （１３）基板上に形成した公称厚Ｅと屈折率Ｎの誘電フ
ィルムを有する半導体ウェハのドライ・エッチングであ
って、プロセス変動による厚さの誤差ｅと屈折率の誤差
ｎがどのようなものであっても、前記誘電フィルムの所
与の厚さＥｆにおけるドライ・エッチングを監視する方
法において、（ａ）製品ウェハと同じ特性を有するウェ
ハ試験片について、評価時間パラメータおよびストップ
厚パラメータから構成されるエッチ終点判定基準を作成
するステップと、（ｂ）エッチング装置ののぞき窓が設
けられたエッチ処理室内に製品ウェハを置くステップ
と、（ｃ）その値が４×Ｎ×ｅに等しい最小値より大き
い少なくとも２種類の波長を含む光によってウェハを照
射するステップと、（ｄ）各々の前記波長について、反
射した光を分光計手段に印加し、反応時間につれて変動
するその強度を対応するアナログ干渉信号に変換するス
テップと、（ｅ）前記アナログ干渉信号からディジタル
基本信号を生成するために前記アナログ干渉信号をディ
ジタル化するステップと、（ｆ）前記評価時間が経過す
ると、指定の極値から所与の厚さが達成される直前の最
後の極値まで前記基本信号ごとの指定の数の極値をただ
ちにカウントするステップと、（ｇ）前記基本信号によ
ってエッチング速度を現場ならびにオンラインで測定
し、前記波長のどちらが前記誘電フィルムの組成に最も
適合しているかを識別するために前記基本信号の波形の
対称性と前記エッチング速度の変動を分析し、対応する
基本信号／波長の組合せを選択するステップと、（ｈ）
前記最後の極値のうちの最も早いものがエッチ終点に達
する前に前記選択された基本信号について残りの時間を
決定するステップと、（ｉ）前記残りの時間が経過した
ときにエッチング処理を終了するステップとを含むこと
を特徴とする方法。
する構造をエッチングし、プロセス変動による公称厚Ｅ
と屈折率Ｎの誤差がどのようなものであっても、前記誘
電フィルムの所与の厚さＥｆに達すると前記エッチング
を自動的に終了することのできるエッチング・システム
において、（ａ）のぞき窓を有し、エッチ処理のために
前記構造を受け入れるエッチ処理室と、（ｂ）４×Ｎ×
ｅ（ただし、ｅは厚さの誤差である）に等しい最小値よ
り大きい少なくとも２種類の波長を含む光を発生する光
源手段と、（ｃ）前記のぞき窓からほぼ直角入射角で前
記のぞき窓を介して前記構造の表面を照射するために前
記光源手段からの光を移送し、前記構造から反射した光
を集める光学手段と、（ｄ）前記光学手段に接続され
て、各々の前記波長について、反応時間につれて変動す
る前記反射した光の強度に対応するアナログ干渉信号に
変換する分光計手段と、（ｅ）信号処理／分析手段とを
含み、前記信号処理／分析手段は、前記アナログ信号か
らディジタル基本信号を生成するために前記アナログ干
渉信号をディジタル化する手段と、エッチング・プロセ
スが始まってから所定の時間軽視周期または評価時間後
に、前記基本信号の指定の極値を定義する、前記基本信
号の分析を開始する手段と、前記指定の極値から所与の
厚さＥｆが達成される直前の前記基本信号の最後の極値
までの極値の数をカウントする手段と、前記基本信号の
前記最後の極値と前記所与の厚さとの間の距離を決定す
る手段と、前記基本信号によってエッチング速度を現場
ならびにオンラインで測定する手段と、前記波長のどち
らが前記誘電フィルムの組成に最も適合しているかを識
別するために前記基本信号の波形の対称性と前記エッチ
ング速度の変動を分析し、対応する基本信号／波長の組
合せを選択する手段と、前記選択された基本信号につい
て残りの時間を決定する手段と、前記残りの時間が経過
したときに前記エッチングを終了する手段とを含むこと
を特徴とする、システム。 （２）前記信号処理／分析手段で行われる所与の操作
が、数値ろ波によって前記基本信号から得られる微分信
号について行われることを特徴とする、上記（１）に記
載のシステム。 （３）前記光源手段が複数波長光源から構成されること
を特徴とする、上記（１）に記載のシステム。 （４）前記複数波長光源が、水銀ランプ、ハロゲン・ラ
ンプ、キセノン・ランプを含む多色光源の群から選択さ
れることを特徴とする、上記（３）に記載のシステム。 （５）前記複数波長光源が、それぞれが所定の波長を有
する複数の単色レーザから構成されることを特徴とす
る、上記（３）に記載のシステム。 （６）前記光学手段が、本質的に集光レンズから構成さ
れる投射光学系を含むことを特徴とする、上記（１）に
記載のシステム。 （７）エッチング装置ののぞき窓が設けられた処理室内
に置かれた構造のエッチングを監視する装置であって、
前記構造が基板上に形成した誘電フィルムを有し、プロ
セス変動による公称厚Ｅと屈折率Ｎの誤差がどのような
ものであっても、前記誘電フィルムの所与の厚さＥｆに
達すると前記エッチングを自動的に終了するための装置
において、前記装置が（ａ）その値が４×Ｎ×ｅ（ただ
し、ｅは厚さの誤差である）に等しい最小値より大きい
少なくとも２種類の波長を含む光を発生する光源手段
と、（ｂ）前記のぞき窓からほぼ直角入射角で前記構造
の表面を照射するために前記光源手段からの光を移送
し、前記構造から反射した光を集める光学手段と、
（ｃ）前記光学手段に接続されて、前記波長のそれぞれ
について、反応時間につれて変動する前記反射した光の
強度に対応するアナログ干渉信号に変換する分光計手段
と、（ｄ）信号処理／分析手段とを含み、前記信号処理
／分析手段が、前記アナログ干渉信号からディジタル基
本信号を生成するために前記アナログ干渉信号をディジ
タル化する手段と、エッチング・プロセスが始まってか
ら所定の時間軽視周期または評価時間後に、前記基本信
号の指定の極値を定義する、前記基本信号の分析を開始
する手段と、前記指定の極値から所与の厚さＥｆが達成
される直前の前記基本信号の最後の極値までの極値の数
をカウントする手段と、前記基本信号の前記最後の極値
と前記所与の厚さとの間の距離を決定する手段と、前記
基本信号によってエッチング速度を現場ならびにオンラ
インで測定する手段と、前記波長のどちらが前記誘電フ
ィルムの組成に最も適合しているかを識別するために前
記基本信号の波形の対称性とエッチング速度の変動を分
析し、対応する信号／波長の組合せを選択する手段と、
前記選択された基本信号について残りの時間を決定する
手段と、前記残りの時間が経過したときに前記エッチン
グ処理を終了する手段とを含むことを特徴とする、装
置。 （８）信号処理／分析手段で行われる所与の操作が、数
値ろ波によって基本信号から得られる微分信号について
行われることを特徴とする、上記（７）に記載の装置。 （９）前記光源手段が複数波長光源から構成されること
を特徴とする、上記（７）に記載の装置。 （１０）前記光学手段が、本質的に集光レンズから構成
される投射光学系を含むことを特徴とする、上記（７）
に記載の装置。 （１１）基板上に形成した公称厚Ｅと屈折率Ｎの誘電フ
ィルムから構成される構造のドライ・エッチングのため
に、プロセス変動による厚さの誤差ｅと屈折率の誤差ｎ
がどのようなものであっても、前記誘電フィルムの所与
の厚さＥｆにおけるエッチ終点判定基準を決定する方法
において、（ａ）エッチング装置ののぞき窓が設けられ
た処理室内に前記公称厚Ｅを有する前記構造を置くステ
ップと、（ｂ）その値が４×Ｎ×ｅ（ただし、ｅは仕様
に示された構造の厚さの誤差である）に等しい最小値よ
り大きい少なくとも２種類の波長を含む光によって前記
構造の表面を照射するステップと、（ｃ）各々の前記波
長について、分光計手段に反射した光を印加し、反応時
間につれて変動するその強度を対応するアナログ干渉信
号に変換するステップと、（ｄ）前記アナログ干渉信号
からディジタル基本信号を生成するために前記アナログ
干渉信号をディジタル化するステップと、（ｅ）前記基
本信号を分析して、評価時間パラメータおよびストップ
厚パラメータから構成される前記エッチ終点判定基準を
作成するステップとを含み、 ［１］前記評価時間パラメータは、前記基本信号を正規
化するのに必要な初期時間と、どの基本信号と波長の組
合せが最も適切かを判定するための選択テストと前記所
与の厚さが達成される前のエッチング速度測定とを実行
するために必要な終了時間のいずれよりも長く、かつ、
前記基本信号の指定の極値に相関し、 ［２］前記ストップ厚パラメータは、基本信号が極値に
達する方法に関連する第１のデータ（Ａ）と、前記指定
の極値と前記所与の厚さが達成される前の最後の極値の
間の極値の数に関連する第２のデータ（Ｘ）と、前記最
後の極値と前記所与の厚さとの距離を示す第３のデータ
（Ｄ）という３つのデータ（Ａ Ｘ Ｄ）から構成され
ることを特徴とする方法。 （１２）前記基本信号について行われる所与の操作が、
数値ろ波によって前記基本信号から得られる微分信号に
ついて行われることを特徴とする、上記（１１）に記載
の方法。 （１３）基板上に形成した公称厚Ｅと屈折率Ｎの誘電フ
ィルムを有する半導体ウェハのドライ・エッチングであ
って、プロセス変動による厚さの誤差ｅと屈折率の誤差
ｎがどのようなものであっても、前記誘電フィルムの所
与の厚さＥｆにおけるドライ・エッチングを監視する方
法において、（ａ）製品ウェハと同じ特性を有するウェ
ハ試験片について、評価時間パラメータおよびストップ
厚パラメータから構成されるエッチ終点判定基準を作成
するステップと、（ｂ）エッチング装置ののぞき窓が設
けられたエッチ処理室内に製品ウェハを置くステップ
と、（ｃ）その値が４×Ｎ×ｅに等しい最小値より大き
い少なくとも２種類の波長を含む光によってウェハを照
射するステップと、（ｄ）各々の前記波長について、反
射した光を分光計手段に印加し、反応時間につれて変動
するその強度を対応するアナログ干渉信号に変換するス
テップと、（ｅ）前記アナログ干渉信号からディジタル
基本信号を生成するために前記アナログ干渉信号をディ
ジタル化するステップと、（ｆ）前記評価時間が経過す
ると、指定の極値から所与の厚さが達成される直前の最
後の極値まで前記基本信号ごとの指定の数の極値をただ
ちにカウントするステップと、（ｇ）前記基本信号によ
ってエッチング速度を現場ならびにオンラインで測定
し、前記波長のどちらが前記誘電フィルムの組成に最も
適合しているかを識別するために前記基本信号の波形の
対称性と前記エッチング速度の変動を分析し、対応する
基本信号／波長の組合せを選択するステップと、（ｈ）
前記最後の極値のうちの最も早いものがエッチ終点に達
する前に前記選択された基本信号について残りの時間を
決定するステップと、（ｉ）前記残りの時間が経過した
ときにエッチング処理を終了するステップとを含むこと
を特徴とする方法。
【図１】その厚さに誤差ｅが生じやすい誘電（ＴＥＯＳ
ＳｉＯ2）フィルムを所与の厚さまで低減して平坦化
するステップで製作された絶縁トレンチが設けられたシ
リコン構造の概略図であって、標準の時間ベースの技法
または干渉計による技法を使用したときに残りの層の厚
さに固有の誤差ｅが結果的に発生することを示す図であ
る。
ＳｉＯ2）フィルムを所与の厚さまで低減して平坦化
するステップで製作された絶縁トレンチが設けられたシ
リコン構造の概略図であって、標準の時間ベースの技法
または干渉計による技法を使用したときに残りの層の厚
さに固有の誤差ｅが結果的に発生することを示す図であ
る。
【図２】（ａ）および（ｂ）を含み、誘電フィルムの屈
折率が指定の波長に十分適合している場合または適合し
ていない場合に干渉計から得られる干渉信号をそれぞれ
示す図である。
折率が指定の波長に十分適合している場合または適合し
ていない場合に干渉計から得られる干渉信号をそれぞれ
示す図である。
【図３】垂直入射角でウェハの大きい面積を照射する多
色水銀ランプと、対応する干渉信号を発生するようにそ
れぞれが指定の波長に適合している２つの分光計とを含
む、本発明の装置の概略図である。
色水銀ランプと、対応する干渉信号を発生するようにそ
れぞれが指定の波長に適合している２つの分光計とを含
む、本発明の装置の概略図である。
【図４】図３の装置の視準セクションの拡大図である。
【図５】それぞれの指定の波長Ｌ１およびＬ２について
分光計の出力でウェハ試験片（理想的な製品ウェハ）に
ついて得られた信号Ｓ１およびＳ２と、数値ろ波によっ
てそれからそれぞれ微分した信号Ｓ'１およびＳ'２の波
形の概略表現を示す図である。
分光計の出力でウェハ試験片（理想的な製品ウェハ）に
ついて得られた信号Ｓ１およびＳ２と、数値ろ波によっ
てそれからそれぞれ微分した信号Ｓ'１およびＳ'２の波
形の概略表現を示す図である。
【図６】厚さの誤差ｅを考慮したときの図５の信号を示
す図である。
す図である。
【図７】本発明により基板上に形成した誘電フィルムを
所与の厚さまで低減するドライ・エッチングを監視する
方法の重要ステップを示す流れ図である。
所与の厚さまで低減するドライ・エッチングを監視する
方法の重要ステップを示す流れ図である。
【図８】両方の波長が誘電フィルムの屈折率Ｎに適合し
ている場合の信号Ｓ１／Ｓ'１とＳ２／Ｓ'２の実際の波
形を示す図である。
ている場合の信号Ｓ１／Ｓ'１とＳ２／Ｓ'２の実際の波
形を示す図である。
【図９】信号Ｓ２の波長が前記屈折率Ｎに適合していな
い場合の信号Ｓ１／Ｓ'１とＳ２／Ｓ'２の実際の波形を
示す図である。
い場合の信号Ｓ１／Ｓ'１とＳ２／Ｓ'２の実際の波形を
示す図である。
２０ エッチングおよび監視システム ２１ ドライ・エッチング装置 ２２ エッチ処理室 ２３ 平面形状のサセプタ ２４ シリコン・ウェハ ２５ ＲＦ電源 ２６ のぞき窓 ２７ プラズマ ２８ 監視装置 ２９ 光源 ３０ 光ケーブル ３１ コレクタ・レンズ ３２ 光ケーブル ３２Ａ 光ケーブル ３２Ｂ 光ケーブル ３３Ａ 分光計 ３３Ｂ 分光計 ３４ 処理／分析ユニット ３５ ユニット ３６ 処理／分析ユニット ３７ プリンタ ３８ 制御線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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・ニーマン 23 (72)発明者 ジャン・カントループ フランス91310 モンレリー アレ・ デ・ポミエ18 (56)参考文献 特開 平４−94533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23113（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−259125（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−308531（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/66 C23F 4/00 G01B 11/06
Claims (13)
- 【請求項１】基板上に形成した誘電フィルムを有する構
造をエッチングし、プロセス変動による公称厚Ｅと屈折
率Ｎの誤差がどのようなものであっても、前記誘電フィ
ルムの所与の厚さＥｆに達すると前記エッチングを自動
的に終了することのできるエッチングシステムにおい
て、 （ａ）のぞき窓を有し、エッチ処理のために前記構造を
受け入れるエッチ処理室と、 （ｂ）４×Ｎ×ｅ（ただし、ｅは厚さの誤差である）に
等しい最小値より大きい少なくとも２種類の波長を含む
光を発生する光源手段と、 （ｃ）前記のぞき窓から直角入射角で前記のぞき窓を介
して前記構造の表面を照射するために前記光源手段から
の光を移送し、前記構造から反射した光を集める光学手
段と、 （ｄ）前記光学手段に接続されて、各々の前記波長につ
いて、反応時間につれて変動する前記反射した光の強度
に対応するアナログ干渉信号に変換する分光計手段と、 （ｅ）信号処理及び分析手段とを含み、前記信号処理及
び分析手段は、 前記アナログ信号からディジタル基本信号を生成するた
めに前記アナログ干渉信号をディジタル化する手段と、エッチングプロセス が始まってから所定の時間軽視周期
または評価時間後に、前記基本信号の指定の極値を定義
する、前記基本信号の分析を開始する手段と、 前記指定の極値から所与の厚さＥｆが達成される直前の
前記基本信号の最後の極値までの極値の数をカウントす
る手段と、 前記基本信号の前記最後の極値が示す厚さと前記所与の
厚さとの間の距離を決定する手段と、 前記基本信号によってエッチング速度を現場ならびにオ
ンラインで測定する手段と、 前記波長のどちらが前記誘電フィルムの組成に最も適合
しているかを識別するために前記基本信号の波形の対称
性と前記エッチング速度の変動を分析し、対応する基本
信号と波長の組合せを選択する手段と、 前記選択された基本信号について残りの時間を決定する
手段と、 前記残りの時間が経過したときに前記エッチングを終了
する手段とを含むことを特徴とする、システム。 - 【請求項２】前記信号処理及び分析手段で行われる所与
の操作が、数値ろ波によって前記基本信号から得られる
微分信号について行われることを特徴とする、請求項１
に記載のシステム。 - 【請求項３】前記光源手段が複数波長光源から構成され
ることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。 - 【請求項４】前記複数波長光源が、水銀ランプ、ハロゲ
ンランプ、キセノンランプを含む多色光源の群から選択
されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。 - 【請求項５】前記複数波長光源が、それぞれが所定の波
長を有する複数の単色レーザから構成されることを特徴
とする、請求項３に記載のシステム。 - 【請求項６】前記光学手段が、本質的に集光レンズから
構成される投射光学系を含むことを特徴とする、請求項
１に記載のシステム。 - 【請求項７】エッチング装置ののぞき窓が設けられた処
理室内に置かれた構造のエッチングを監視する装置であ
って、前記構造が基板上に形成した誘電フィルムを有
し、プロセス変動による公称厚Ｅと屈折率Ｎの誤差がど
のようなものであっても、前記誘電フィルムの所与の厚
さＥｆに達すると前記エッチングを自動的に終了するた
めの装置において、前記装置が （ａ）その値が４×Ｎ×ｅ（ただし、ｅは厚さの誤差で
ある）に等しい最小値より大きい少なくとも２種類の波
長を含む光を発生する光源手段と、 （ｂ）前記のぞき窓から直角入射角で前記構造の表面を
照射するために前記光源手段からの光を移送し、前記構
造から反射した光を集める光学手段と、 （ｃ）前記光学手段に接続されて、前記波長のそれぞれ
について、反応時間につれて変動する前記反射した光の
強度に対応するアナログ干渉信号に変換する分光計手段
と、 （ｄ）信号処理及び分析手段とを含み、前記信号処理及
び分析手段が、 前記アナログ干渉信号からディジタル基本信号を生成す
るために前記アナログ干渉信号をディジタル化する手段
と、エッチングプロセス が始まってから所定の時間軽視周期
または評価時間後に、前記基本信号の指定の極値を定義
する、前記基本信号の分析を開始する手段と、 前記指定の極値から所与の厚さＥｆが達成される直前の
前記基本信号の最後の極値までの極値の数をカウントす
る手段と、 前記基本信号の前記最後の極値が示す厚さと前記所与の
厚さとの間の距離を決定する手段と、 前記基本信号によってエッチング速度を現場ならびにオ
ンラインで測定する手段と、 前記波長のどちらが前記誘電フィルムの組成に最も適合
しているかを識別するために前記基本信号の波形の対称
性とエッチング速度の変動を分析し、対応する信号と波
長の組合せを選択する手段と、 前記選択された基本信号について残りの時間を決定する
手段と、 前記残りの時間が経過したときに前記エッチング処理を
終了する手段とを含むことを特徴とする、装置。 - 【請求項８】信号処理及び分析手段で行われる所与の操
作が、数値ろ波によって基本信号から得られる微分信号
について行われることを特徴とする、請求項７に記載の
装置。 - 【請求項９】前記光源手段が複数波長光源から構成され
ることを特徴とする、請求項７に記載の装置。 - 【請求項１０】前記光学手段が、本質的に集光レンズか
ら構成される投射光学系を含むことを特徴とする、請求
項７に記載の装置。 - 【請求項１１】基板上に形成した公称厚Ｅと屈折率Ｎの
誘電フィルムから構成される構造のドライエッチングの
ために、プロセス変動による厚さの誤差ｅと屈折率の誤
差ｎがどのようなものであっても、前記誘電フィルムの
所与の厚さＥｆにおけるエッチ終点判定基準を決定する
方法において、 （ａ）エッチング装置ののぞき窓が設けられた処理室内
に前記公称厚Ｅを有する前記構造を置くステップと、 （ｂ）その値が４×Ｎ×ｅ（ただし、ｅは仕様に示され
た構造の厚さの誤差である）に等しい最小値より大きい
少なくとも２種類の波長を含む光によって前記構造の表
面を照射するステップと、 （ｃ）各々の前記波長について、分光計手段に反射した
光を印加し、反応時間につれて変動するその強度を対応
するアナログ干渉信号に変換するステップと、 （ｄ）前記アナログ干渉信号からディジタル基本信号を
生成するために前記アナログ干渉信号をディジタル化す
るステップと、 （ｅ）前記基本信号を分析して、評価時間パラメータお
よびストップ厚パラメータから構成される前記エッチ終
点判定基準を作成するステップとを含み、 （１）前記評価時間パラメータは、前記基本信号を正規
化するのに必要な初期時間と、どの基本信号と波長の組
合せが最も適切かを判定するための選択テストと前記所
与の厚さが達成される前のエッチング速度測定とを実行
するために必要な終了時間のいずれよりも長く、かつ、
前記基本信号の指定の極値に相関し、 （２）前記ストップ厚パラメータは、基本信号が極値に
達する方法に関連する第１のデータ（Ａ）と、前記指定
の極値と前記所与の厚さが達成される前の最後の極値の
間の極値の数に関連する第２のデータ（Ｘ）と、前記最
後の極値が示す厚さと前記所与の厚さとの距離を示す第
３のデータ（Ｄ）という３つのデータ（Ａ Ｘ Ｄ）か
ら構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項１２】前記基本信号について行われる所与の操
作が、数値ろ波によって前記基本信号から得られる微分
信号について行われることを特徴とする、請求項１１に
記載の方法。 - 【請求項１３】基板上に形成した公称厚Ｅと屈折率Ｎの
誘電フィルムを有する半導体ウェハのドライエッチング
であって、プロセス変動による厚さの誤差ｅと屈折率の
誤差ｎがどのようなものであっても、前記誘電フィルム
の所与の厚さＥｆにおけるドライエッチングを監視する
方法において、 （ａ）製品ウェハと同じ特性を有するウェハ試験片につ
いて、評価時間パラメータおよびストップ厚パラメータ
から構成されるエッチ終点判定基準を作成するステップ
と、 （ｂ）エッチング装置ののぞき窓が設けられたエッチ処
理室内に製品ウェハを置くステップと、 （ｃ）その値が４×Ｎ×ｅに等しい最小値より大きい少
なくとも２種類の波長を含む光によってウェハを照射す
るステップと、 （ｄ）各々の前記波長について、反射した光を分光計手
段に印加し、反応時間につれて変動するその強度を対応
するアナログ干渉信号に変換するステップと、 （ｅ）前記アナログ干渉信号からディジタル基本信号を
生成するために前記アナログ干渉信号をディジタル化す
るステップと、 （ｆ）前記評価時間が経過すると、指定の極値から所与
の厚さが達成される直前の最後の極値まで前記基本信号
ごとの指定の数の極値をただちにカウントするステップ
と、 （ｇ）前記基本信号によってエッチング速度を現場なら
びにオンラインで測定し、前記波長のどちらが前記誘電
フィルムの組成に最も適合しているかを識別するために
前記基本信号の波形の対称性と前記エッチング速度の変
動を分析し、対応する基本信号と波長の組合せを選択す
るステップと、 （ｈ）前記基本信号ごとの前記最後の極値のうちの、最
も早い極値に対応する厚さにエッチングが達する前に前
記選択された基本信号について残りの時間を決定するス
テップと、 （ｉ）前記残りの時間が経過したときにエッチング処理
を終了するステップとを含み、 （１）前記評価時間パラメータは、前記基本信号を正規
化するのに必要な初期時間と、どの基本信号と波長の組
合せが最も適切かを判定するための選択テストと前記所
与の厚さが達成される前のエッチング速度測定とを実行
するために必要な終了時間のいずれよりも長く、かつ、
前記基本信号の指定の極値に相関し、 （２）前記ストップ厚パラメータは、基本信号が極値に
達する方法に関連する第１のデータ（Ａ）と、前記指定
の極値と前記所与の厚さが達成される前の最後の極値の
間の極値の数に関連する第２のデータ（Ｘ）と、前記最
後の極値が示す厚さと前記所与の厚さとの距離を示す第
３のデータ（Ｄ）という３つのデータ（Ａ Ｘ Ｄ）か
ら構成されることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP95480031A EP0735565B1 (en) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | Method and apparatus for monitoring the dry etching of a dielectric film to a given thickness |
| FR95480031.4 | 1995-03-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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