JPH07507904A

JPH07507904A - 信号の傾斜決定を用いたエンドポイント検出技術

Info

Publication number: JPH07507904A
Application number: JP6501499A
Authority: JP
Inventors: リッツバク　ヘルバート　イー．
Original assignee: ラクストロン　コーポレイション
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: TW223176B; JP3375338B2; KR950702029A; WO1993025893A1; EP0645008A1

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】信号の傾斜決定を用いたエンドポイント検出技術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ツ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。半導体ウエノ１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（。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１゛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１１プロセスエンド′１といわれている。

半導体ウェ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、一括処理のウェハのうちの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。

湿式エツチング過程においては、ホトレジスト材料がエツ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。乾式エツ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、エツ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がなり降下するので、これが電子的に検出される。

本発明の１つの目的は、半導体ウェ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だ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がし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、適宜半導体ウェ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（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ェ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７八と図７Ｂはエツ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ツ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、そこには半導体ウェ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、処理中の半導体ウェハ１９である。処理過程のこの時点において、ウェ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算出されている。この物理的なマスクパターンがエツチングの引き続（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、ウェハ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が現像中のウェハ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がウェハ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（ＬＥＤ）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にあられれたものは、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が複数のウェハ、たとえばウェハ４９を支持した形で現像液５１中に浸漬されている。ウェハ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とそのウェハはタンク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。

−膜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。

システムパス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（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ボレーシコンのキシニック　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３７′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（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、不幸なことには図面の簡単な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か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性われ、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ツ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ツ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５八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ツ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５へ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一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１０５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つ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つ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ー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、ジエイ、イー。

ゴレイ、アナリティカル　ケミストリー、ボリューム３６．１６２７〜１６３９頁（１９６４年）、またはピー、エイ、ゴーリー、アナリテイカル　ケミストリー、ボリューム６２．５７０〜５７３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ツチングにより除去するというよりは、むしろエツチングは真空室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ェハ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が半導体ウェハ１３３の上に形成される。その結果、ウェハ１３３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ェハ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、ウェットエツ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、その結果エツ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ツ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ＩＯＡ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。エツチングされている層のブレークスルーは時間ｔ、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ツ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、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、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１ＯＡ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（して、エツ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１４５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ＩＯＡ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、モして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　ｔｔ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のデータ点は通常型なり合う間隔をもってグループ化されており、それは図８八に示されているが、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（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（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がもつ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ツ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。この数はまた、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１０八および図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（。

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１九ではな（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。

２：ｌ　１．ｒｌｎ溶液ｚ′１１／ス溶液４ｔ　Ｊ−ノドボイノト制御回路Ｃ１１制御および大小バイルｆ）９　ブ１１セス馴御出力回路ＦＩＧ　６Ａ、　ＦＩＧ　６θ ＦＩＧ、７Ａ、　ＦＩＧ　７Ｂ。

特表千７−５０７９０４　（１３）ＦＩＧ、９゜１３７　電源１；３９　ガス源１６８　過剰処理期間だけ動作を継続１６９　ス０−ブエノドヵウノタを０にリセット国際調査報告１ｍ、ｐａ＋１１４１．、ｊＡ６ｅ’＋＋−＋＊−Ｎ６ＰＣＴ／ＵＳ９３７０４９３ＧＡｈＪ　ＨＡＮＣｉ　ＡｈＪ　ＮＥ：　Ｘ　ＡＦＪ　ｈＪ　Ｅ：　Ｘ　Ｅ：フロントページの続き（５１）　Ｉｎｔ、Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号Ｇ　Ｏ６Ｔ　７１００ＨＯＩＬ　２１／３０６５９２８７−５ＬＩＧＯ６Ｆ　１５／６２　４０５　２

Claims

【特許請求の範囲】

１．条件の変化の特定の段階を検出する方法において：前記条件の変化をモニタするステップと、前記条件の変化に関連して変化する電気信号を代表する周期的な一連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引続くグループの中から個々の信号の変化の値を算出するステップと、および前記特定の段階に関連して、予め定められた制限内に予め定められた数の引き続く前記信号の変化の値が入ったときに、前記特定の段階に前記条件の変化が達したことを決定するステップと、を含む条件の変化の特定の段階を検出する方法。
２．請求項１記載の方法において、前記計算のステップは：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第１のグループに曲線を合せるステップと、前記直線から信号の変化の１つの値を算出するステップと、および経時的に前記合わせと信号変化の値の算出を複数の異なった前記予め定められたデジタルサンプルのグループごとに繰り返し行い、前記個々のグループのサンプルは少なくともいくつかのサンプルを含んでいるが、少なくとも先行する最先に取得されたものを外している繰り返しステップと、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１記載の方法であって、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１記載の方法において、物品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条件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物品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．物品の処理に応答する変化により物品の条件の特定の段階を検出するための方法であって：１つの検出器に前記物品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、そしてそれは前記物品の条件の変化に関連するものを発生するステップと、前記物品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、前記信号の変化値から物品の処理が始まったことを検出するステップと、および前記物品の処理が始まったことを決定した後に、前記第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であって、前記物品の段階の条件が入ったことを検出し、これによって前記物品の条件が前記ステージに入ったことを検出するステップと、を含む物品の条件の特定の段階を検出するための方法。
１９．請求項１８記載の方法であって、その物品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物品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物品の条件の特定の段階を検出するための方法。
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物品の条件の特定の段階を検出するための方法。
２１．請求項１８記載の方法において、前記方法は前記物品の条件が前記予め定められた段階に応答して前記物品の処理を終了する付加的なステップを含む物品の条件の特定の段階を検出するための方法。
２２．請求項１８記載の方法において、前記物品の条件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物品の条件の特定の段階を検出するための方法。
２３．合成構造の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を発生し、前記信号の変化は材料が前記層から除去されるにしたがって行われ、前記反射された放射を受信するステップと、前記信号の時間的に変化を代表する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、ここによって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される検出ステップと、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２３記載の方法において、前記傾斜関数を算出ステップは：（ａ）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するステップと、（ｂ）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第１のグループに曲線を当てはめるステップと、（ｃ）前記曲線から傾斜関数の少なくとも１つの値を算出するステップと、（ｄ）時間的に前述したステップ（ｂ）および（ｃ）を複数の異なる前述した予め定められた数のデジタルサンプルの複数のグループについて繰り返し、各々のグループのサンプルは少なくとも直前の先行するグループのサンプル中最も早く獲得されたサンプルを排除するステップと、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。
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．合成構造の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であって：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と、前記傾斜関数が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３６記載の方法において、前記傾斜関数算出ステップは以下を含む；（ａ）前記検出器によって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、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３７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。
３９．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指示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。
４０．請求項３６記載の方法は、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。
４１．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。