(57)【要約】【課題】既知のプラズマ処理が作成する表面プロファイルを予測するためのプロセス及びプロファイルシミュレータのアルゴリズムの拡張方法を提供する。【解決手段】プロセスおよびプロファイルシミュレータアルゴリズムを拡張する方法は、与えられたプラズマプロセスが生成する表面プロファイルを予測する。高エネルギー粒子は、最初に追尾される。その後、高エネルギー粒子によって生じるイオンフラックスは、記録される。局所的なエッチング速度および局所的な付着レートは、同時解法される中性フラックス、表面化学カバレージおよび表面材の種類から演算される。【選択図】図２
2006074046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
第１の電源装置と、
第２の電源装置と、
ガス供給および排気と、
前記チャンバの上部の誘導体であって、前記第１の電源装置に連結される誘導体と、
前記チャンバ内の電極であって、前記第２の電源装置に連結される電極と、
前記第１の電源装置に連結される第１の電力コントローラと、
前記第２の電源装置に連結される第２の電力コントローラと、
前記ガス供給及び排気に連結される圧力調節器と、
前記第１の電力コントローラ、前記第２の電力コントローラ及び前記圧力調節器に連結されるコンピュータと、を備えるプラズマチャンバであって、
前記コンピュータは、プラズマ処理シーケンスによって基板上で生成される表面プロファイルを予測的に計算すること、
前記コンピュータは、高エネルギー粒子を追尾すること、
前記コンピュータは、前記高エネルギー粒子から複数のイオンフラックスを記録すること、
前記コンピュータは、複数の中性フラックスと、表面化学カバレージと、表面材タイプと、を同時解法すること、
前記コンピュータは、前記複数のイオンフラックスと、前記複数の中性フラックスと、前記表面化学カバレージと、前記表面材タイプと、から局所的なエッチ速度及び局所的な沈着速度を計算すること、を含むプラズマチャンバ。
【請求項２】
前記複数の中性フラックスと、前記表面化学カバレージと、前記表面材タイプとの前記同時解法は、
複数の中性フラックスを演算すること、
首尾一貫した複数のサイトバランス方程式を解法すること、
付着膜のエッチ速度を計算すること、
前記付着膜又は基礎をなす材質タイプに対して前記表面材タイプを調整すること、
前記複数の中性フラックス、前記表面化学カバレージ及び前記表面材タイプが互いに首尾一貫するまで、前記演算すること、前記解法すること、前記計算すること及び前記調整することを反復すること、をさらに含む請求項１記載のプラズマチャンバ。
【請求項３】
複数の中性フラックスの前記演算は、
中性種を選択すること、
前記中性種に対する直接フラックス分布を計算すること、
前記中性種に対する再放出フラックスを計算すること、
前記中性種に対する透過マトリクスを演算すること、
前記中性種に対する中性フラックスを解法すること、
全ての中性種が選択されるまで他の中性種の前記選択すること、前記直接フラックス分布の前記計算すること、前記再放出マトリクスの前記計算すること、前記演算すること及び前記解法することを繰り返すこと、をさらに含む請求項２記載のプラズマチャンバ。
【請求項４】
回帰分析の演算処理を分散するための前記コンピュータに連結される並列コンピュータ又はワークステーションネットワークをさらに含む請求項１記載のプラズマチャンバ。
【請求項５】
前記コンピュータが三次元座標を使用して前記高エネルギー粒子を追尾する請求項１記載のプラズマチャンバ。
【請求項６】
プラズマ処理シーケンスによって基板に生成されるプロセス表面プロファイルを計算すること、前記プラズマ処理シーケンスに従って前記基板処理すること、を備えるプラズマチャンバを操作する方法であって、
前記計算することは、
高エネルギー粒子を追尾すること、
前記高エネルギー粒子から複数のイオンフラックスを記録すること、
複数の中性フラックスと、表面化学カバレージと、表面材タイプと、を同時に解法すること、
前記複数のイオンフラックスと、前記複数の中性フラックスと、前記表面化学カバレージと、前記表面材タイプと、から局所的なエッチ速度及び局所的な沈着速度を演算すること、を含むプラズマチャンバを操作する方法。
【請求項７】
前記複数の中性フラックスと、前記表面化学カバレージと、前記表面材タイプとの前記同時解法することは、
複数の中性フラックスを演算すること、
首尾一貫した複数のサイトバランス方程式を解法すること、
付着膜のエッチ速度を計算すること、
前記付着膜又は基礎をなす材質タイプに対して前記表面材タイプを調整すること、
前記複数の中性フラックス、前記表面化学カバレージ及び前記表面材タイプが互いに首尾一貫するまで、前記演算すること、前記解法すること、前記計算すること及び前記調整することを反復すること、をさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
複数の中性フラックスの前記演算することは、
中性種を選択すること、
前記中性種に対する直接フラックス分布を計算すること、
前記中性種に対する再放出フラックスを計算すること、
前記中性種に対する透過マトリクスを演算すること、
前記中性種に対する中性フラックスを解法すること、
全ての中性種が選択されるまで他の中性種の前記選択すること、前記直接フラックス分布の前記計算すること、前記再放出マトリクスの前記計算すること、前記演算すること及び前記解法することを繰り返すこと、をさらに含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
並列コンピュータ又はワークステーションネットワーク上に前記解法及びコンピュータを分散することをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項１０】
三次元座標を使用して前記高エネルギー粒子の追尾することをさらに含む請求項６の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスのプラズマ処理に関する。特に、本発明は、既知のプラズマ処理が作成する表面プロファイルを予測するためのプロセス及びプロファイルシミュレータのアルゴリズムの拡張方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング及びリアクティブイオンエッチングのようなイオン化ガスを用いるさまざまな形の処理は、半導体デバイスの製造分野において、特に重要性が増している。中でも、エッチング処理において使用する装置は、特に重要性がある。図１は、半導体デバイスの処理及び製造において用いられることができる従来の誘導結合高周波プラズマエッチングシステム１００を例示する。誘導結合高周波プラズマ処理システム１００は、プラズマチャンバ１０４を内部に有するプラズマリアクタ１０２を含む。トランス結合電力（ＴＣＰ）コントローラ１０６及びバイアス電力コントローラ１０８は、プラズマチャンバ１０４の中で生成されるプラズマに影響を与えるＴＣＰ電源装置１１０及びバイアス電源装置１１２を別々に制御する。
【０００３】
ＴＣＰ電力コントローラ１０６は、ＴＣＰ整合ネットワーク１１４によって変換される無線周波数（ＲＦ）信号を、プラズマチャンバ１０４の近くに位置するＴＣＰコイル１１６に供給するように構成されたＴＣＰ電源装置１１０に対して、設定点を設定する。ＲＦ透明窓１１８は、一般的に、ＴＣＰコイル１１６をプラズマチャンバ１０４から分離するために提供されるので、エネルギーをＴＣＰコイル１１６からプラズマチャンバ１０４まで通すことができる。
【０００４】
バイアス電力コントローラ１０８は、半導体ウェハのような処理される基板１２４を受け取る電極１２２上部の直流（ＤＣ）バイアスを生成するプラズマリアクタ１０４内に位置する電極１２２に、バイアス整合ネットワーク１２０によって変換されるＲＦ信号を供給するように構成されるバイアス電源装置１１２に対して設定点を設定する。
【０００５】
振り子式制御弁のようなガス供給メカニズム１２６は、一般的に、プラズマリアクタ１０４の内部での製造工程に必要な固有の化学反応を提供する。ガス排出メカニズム１２８は、プラズマチャンバ１０４の中から粒子を除去して、プラズマチャンバ１０４内の特定の圧力を維持する。圧力調節器１３０は、ガス供給メカニズム１２６及びガス排出メカニズム１２８を制御する。
【０００６】
温度調節器１３４は、プラズマチャンバ１０４周辺で、加熱カートリッジのようなヒーター１３６を使用して選択された温度設定値となるように、プラズマチャンバ１０４の温度を制御する。
【０００７】
プラズマチャンバ１０４において、基板エッチングは、真空下でイオン化ガス化合物（プラズマ）に基板１０４を曝すことによって行われる。ガスがプラズマチャンバ１０４に流れると、エッチング処理は開始する。ＴＣＰコイル１１６によって運ばれ、ＴＣＰ整合ネットワーク１１０によって変換されたＲＦ電力は、ガスをイオン化する。電極１２２によって流れ、バイアス整合ネットワーク１２０によって変換されたＲＦ電力は、基板１２４上のＤＣバイアスを引き起こし、基板１２４のイオン衝撃の方向及びエネルギーを制御する。エッチング処理の間、プラズマは基板１２４の表面で化学的に反応し、フォトレジストマスクにおおわれない材質を取り除く。
【０００８】
プラズマリアクタ設定のような入力パラメータは、基本的にプラズマ加工において重要である。プラズマチャンバ１０４の内の実際のＴＣＰ電力、バイアス電力、ガス圧力、ガス温度及びガスフローの量は、処理条件に大きな影響を及ぼす。プラズマチャンバ１０４に流れる実効電力の有意変化は、中性かつイオン化された粒子の密度、温度及びエッチ速度などの別プロセスの変数パラメータの期待値を想像以上に変えることができる。
【０００９】
従来、所定の一連のデバイスのフィーチャを生成するために適しているこれら入力パラメータの一組の値は、試行錯誤によって決定されている。この経験的なアプローチによる単一のプロセスの開発は、いくつかのパターン化されたウェハの処理及びその後結果として生じるプロファイルを走査型電子顕微鏡による検査を必要とするので、コストが掛かり、時間が掛かる。１つの入力パラメータのわずかな変化がプロファイルに影響を及ぼす予測できない状態となるため、例えばデバイスの寸法、ある用途から他の用途へのウェハ上のパターン密度、又は、全空所における変化のようなレイアウトの変更は、資源の消費をともなうために、プロセスの再開発を余儀なくされる。
【００１０】
デバイス製造技術における最近の進歩は、このアプローチをより一層煩わしいものとしている。フィーチャの寸法が小さくなるにつれて、フィーチャの寸法及び形態におけるより厳しい公差が要求され、所定のプロセスを最適化するのに必要な検査の数が増加する。ウェハの直径は加速度的に増大し、直径が増大することにより必要とされる完全な再設計によって、この経験的なプロセスの繰り返し回数は増加する。また特定用途に対して注文生産されるデバイスの使用が増大することは、必要とされる最適化機能及び開発の回数を増大させる。
【００１１】
代替的な、演算アプローチは、巨視的な入力パラメータと巨視的なフラックス、プラズマにおける様々な種の集中度とエネルギー分布との間の結合を表わすプラズマモデルと、ウェハ表面に沿って生じるエッチ速度と沈着速度から巨視的なフラックスを原子的に決定し、プロファイルの展開を計算するプロファイルシュミレータとを含む。理論上、プラズマエッチング及び沈着プロセスのこのような物理的な記述は、基板上に所望のプロファイルを生成し、コストが高く、時間のかかる検査シーケンスの必要性を排除するのに適した巨視的な入力パラメータを最初から選択することができる。
【００１２】
この分野での研究は、動作中のプラズマ処理のメカニズムを多く明らかになり、物理的な記述を組み立てることができるスケーリング則を導いた。しかしながら、演算の有用性が、公知のスケーリング則が基となる必要な演算を実行するのに十分に効果的であること示すにも関わらず、このような最初からのアプローチの実施は、データの欠如によって制限されている。例えば、これらの規則におけるいくつかの係数の値が、所定のプロセスの特徴性に依存するという方式は、未だ知られていない。いくつかの研究では、所定の一連の入力パラメータによって定義されるプラズマ処理と一致するこのようなスケーリング係数の値の決定は、調節可能なパラメータとして１以上のこれらの係数を含むシミュレートされたプロファイルによって、そのプロセスを適用することによって生成してできあがったプロファイルを比較することによって行われる。このような後からの評価においては、スケーリング則の所定の係数の役割の理解を促すが、その係数の値を引き出すのに使用される経験的なプロセスにおいて使用される入力パラメータと異なる一連の入力パラメータによって定義されるプロセスに関して、プロファイルの展開を予測するには及ばない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、既知のプラズマ処理が作成する表面プロファイルを正確に予測する、プロセス及びプロファイルシミュレータのアルゴリズムを拡張する方法が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、既知のプラズマ処理が作成する表面プロファイルを予測するプロセス及びプロファイルシミュレータのアルゴリズムを拡張する方法である。その方法は、最初に高エネルギー粒子を追尾して、高エネルギー粒子によって生成されるイオンフラックスを記録する。局所的なエッチ速度及び局所的な沈着速度は、同時に解法される中性フラックス、表面化学カバレージ及び表面材の種類から演算される。
【００１５】
中性フラックス、表面化学カバレージ及び表面材の種類は、同時に第１の中性フラックスを計算することによって解法される。最初に、中性フラックスを使用することによって、サイトバランス方程式を、首尾一貫して解法される。それから、沈着膜のエッチ速度は、サイトバランス方程式の解法を使用して計算される。表面材の種類は、沈着膜のエッチ速度に基づいて、沈着膜又は基礎をなす材質の種類へと調整される。その方法は、中性フラックス、表面化学カバレージ及び表面材の種類それぞれが首尾一貫となるまで、解法を繰り返す。
【００１６】
各中性種に対する直接フラックスの寄与率、再放出フラックス及び透過マトリクスを計算することによって、より精度的で性能的な演算効率を得るため、中性フラックスは分析的に計算される。前記の計算は、全ての中性種に対して繰り返される。
【００１７】
プラズマエッチング又は沈着プロセスのシミュレーションもまた、３つの空間的自由度及び粒子速度に対する３つの自由度への粒子速度に対する３つの自由度を有する直交座標及び方位角的に対称な円柱座標を使用するフィーチャプロファイルの内容を外挿することによって拡張される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本願明細書に組込まれ、かつ、この一部を形成する添付図面は、本発明の１以上の実施形態を示し、かつ、詳細な説明と相俟って本発明の原理及び実施を説明する機能を有している。
【００１９】
本発明の実施形態は、プロファイルシミュレータアルゴリズムの内容について、本願明細書で記載されている。当業者ならば、本発明の以下の詳細な説明は単なる例示であって、いかなる制限をも意味するものではないことが理解されよう。本発明の他の実施形態は、本願の開示に利益を有する当業者にとっては容易に示唆されるものである。本発明の実施には、添付図面に示されたものを詳細に参照されたい。全図面及び以下の詳細な説明を通して、同じ又は同類の部品には同じ参照番号が使用されている。
【００２０】
明瞭化の観点で、実施上の必ずしも全ての特徴が図示及び説明されてはいない。このようなあらゆる実際上の実施の開発を行なうに際し、応用上及び商業上の拘束の順守など、開発者の特定目的を達成するには多くの実装時固有な決定を行なう必要があること、及び、これらの特定目的は一実施から他の実施へ、及び、一開発者から他の開発者へと変わることは、もちろん理解されよう。また、このような開発努力は複雑で時間を要するものであるが、本願開示の利益を有する当業者は工学的な機械事業化が可能であろう。
【００２１】
本発明の一実施例に従い、構成要素、工程段階および／またはデータ構造体を、様々な形のオペレーティングシステム（ＯＳ）、コンピュータプラットフォーム、ファームウェア、コンピュータープログラム、コンピュータ言語および／または汎用機を使用して実施することができる。その方法は、処理回路上で動作するプログラムされたプロセスとして動作することができる。処理回路は、プロセッサ及びオペレーティングシステム又はスタンドアロン装置の多数の組合せの形をとることができる。そのプロセスは、このようなハードウェア、ハードウェア単体又はいかなる組み合わせのハードウェアによる実行命令として実行することができる。ソフトウェアは、機械による読み込み可能なプログラム記憶装置に格納することができる。
【００２２】
加えて、当業者は、ハードワイアードの装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）及びコンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤｓ）を含むフィールドプログラマブルロジックデバイス（ＦＰＬＤｓ）、又は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）のような、非汎用性の装置を認識し、また、本願明細書において開示される発明概念の範囲及び趣旨から逸脱することなく、使用することができる。
【００２３】
本発明の一実施例に従い、その方法は、パーソナルコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、メインフレームコンピュータ、又は、サン・マイクロシステムズ社（米国カリフォルニア州パロアルト）の製品であるＳｏｌａｒｉｓ（登録商標）やマイクロソフト社（米国ワシントン州レドモンド）の製品であるＭｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）  ＸＰ及びＭｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）  ２０００、又は、多くのベンダーから入手可能なさまざまなバージョンのＵｎｉｘ（登録商標）のようなＯＳが動作する高性能サーバなどのデータ処理コンピュータで実施することができる。その方法は、また、マルチプロセッサシステムで、又は、入力装置、出力装置、ディスプレイ、ポインティングデバイス、メモリ、記憶装置、データをプロセッサへ転送するための媒体インターフェースなどのさまざまな周辺機器を含むコンピューティング環境において実施することができる。さらに、このようなコンピュータシステム又はコンピューティング環境では、ローカル又はインターネット上でネットワーク化することができる。
【００２４】
プロファイル及びプロセスシミュレータの反実験的なアプローチは、表面プロファイル又は基礎をなすプラズマモデルのいかなる特定の巨視的な物理的記述にも、制限されない。数学的モデルは、基本的なプラズマの物理化学、多くのシミュレーション又は経験から導かれるスケーリング則を取り入れることができる。一般にプラズマモデルは、リアクタの機能に関する巨視的なパラメータをもとに、対象の種に対して、基板表面に到達するフラックス、エネルギー及び角分布を返すよう形づくられる。プラズマモデルは、ガス相の化学的性質及びプラズマ表面の相互作用に関する全ての既知の横断面、又は、単に実験的に測定されたフラックス及び観測傾向のルックアップテーブルを備える完全なプラズマシミュレーションツールを必要とする。
【００２５】
精度的及び汎用的に、プロファイルシミュレータは、離散化したプロファイル表面に沿って各セグメントの移動を計算し、処理されるフィーチャの展開をモデル化することが好ましい。一般に適切なプロファイルシミュレータは、基板表面の各点に到達する局所的なフラックスを計算する、局所的な輸送モジュールと、表面化学カバレージ（基板表面の各点における反応、抑制及び沈着種の集中度）を計算するサイトバランスモジュールと、局地的エッチ速度及び沈着速度を計算するレートモデル、及び、正味の表面変化にこれらのメカニズムを翻訳する表面アドバンスメントアルゴリズムと、を含む。好ましい実施例において、プロファイルシミュレータは、モンテカルロ法および／または分析的方法を用いたプラズマモデルによって与えられる巨視的パラメータから、局所的なフラックスを導く。レートモデル及びサイトバランスモデルは、粒子−表面相互作用のキネティックスのラングミュア−タイプモデルに基づくのが好ましいが、粒子間の相互作用及び多くの単分子層が密集しうる表面混合層を示すために汎化することができる。モデルは、エッチング液として基板から材質を取り除き、デポジターとして基盤表面上に材質を沈着し、及び、抑制剤として表面反応を抑制する種を特徴とする。
【００２６】
表面アドバンスメントアルゴリズムは、衝撃波面−トラッキングアプローチを含む。一般に、これらの４つの各セグメントは、プロファイルシミュレータの未知の係数値が、処理媒質と基板表面の反応との間の結びつきを特徴付け、したがって基板表面の展開を集合的に記述する。
【００２７】
一実施態様に従い、プラズマモデルは、例えば、適用されるバイアス、又は、ガス粒子及び励起ラジカルのような中性種によって基板に引き寄せられるように、荷電粒子などのアクタの一般的な分類に属するときのみ対象の種を特徴とする。粒子フラックス、エネルギー、角分布等のようなプラズマ記述子の経験的入力パラメータの管理に関する関数的依存に基づく、例えばマックスウェル及びボルツマン方程式である物理的モデルは、当業者には公知である。（例えば、Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ及びＬｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇによるＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ，１９９４年を参照のこと。）入力パラメータを備えるこのような記述子のスケールが、経験的なデータと結びつけられるこのような基本的な物理モデルにいかにして基づくかは、技術的に良く知られている。しかしながらこれらのフラックスの絶対値又は分布は、所望のプロセスに関して先験的に知られていない。
【００２８】
したがって、本発明は、図２で図示したように、プラズマエッチングシステムの力学、より詳細には、ウェハのような半導体の基板に衝撃を与える高エネルギー粒子の相互作用を正確に予測するアルゴリズムを提供しようとする。その方法は、モデル（局所輸送モデル、サイトバランスモデル、レートモデル、表面アドバンスメントアルゴリズム）を使用し、解法により同時に、そして、一貫して得られるいくつかの演算プロセスに組み合わせる。
【００２９】
図２は、本発明の一実施例に従って、誘導結合高周波プラズマエッチングシステム２００を例示する。誘導結合高周波プラズマ処理システム２００は、プラズマチャンバ２０４を内部に有するプラズマリアクタ２０２を含む。トランス結合電力（ＴＣＰ）コントローラ２０６及びバイアス電力コントローラ２０８は、プラズマチャンバ２０４の中で生成されるプラズマに影響を与えるＴＣＰ電源装置２１０及びバイアス電源装置２１２を別々に制御する。
【００３０】
ＴＣＰ電力コントローラ２０６は、ＴＣＰ整合ネットワーク２１４によって変換される、無線周波数（ＲＦ）信号を、プラズマチャンバ２０４の近くに位置するＴＣＰコイル２１６に供給するように構成されるＴＣＰ電源装置２１０に対して、設定点を設定する。ＲＦ透明窓２１８は、一般的に、ＴＣＰコイル２１６をプラズマチャンバ２０４から分離するために提供されるので、エネルギーをＴＣＰコイル２１６からプラズマチャンバ２０４まで通すことができる。
【００３１】
バイアス電力コントローラ２０８は、半導体ウェハのような処理される基板２２４を受け取る電極２２２上部の直流（ＤＣ）バイアスを生成するプラズマリアクタ２０４内に位置する電極２２２に、バイアス整合ネットワーク２２０によって変換されるＲＦ信号を供給するように構成されるバイアス電源装置２１２に対して設定点を設定する。
【００３２】
振り子式制御弁のようなガス供給メカニズム２２６は、一般的に、プラズマリアクタ２０４の内部への製造工程に必要な固有の化学反応を提供する。ガス排出メカニズム２２８は、プラズマチャンバ２０４の中から粒子を除去して、プラズマチャンバ２０４内の特定の圧力を維持する。圧力調節器２３０は、ガス供給機構２２６及びガス排出機構２２８を制御する。
【００３３】
温度調節器２３４は、プラズマチャンバ２０４周辺で、加熱カートリッジのようなヒーター２３６を使用して選択された温度設定値となるように、プラズマチャンバ２０４の温度を制御する。
【００３４】
プラズマチャンバ２０４において、基板エッチングは、真空下でイオン化ガス化合物（プラズマ）に基板２０４を曝すことによって行われる。ガスがプラズマチャンバ２０４に流れると、エッチング処理は開始する。ＴＣＰコイル２１６によって運ばれ、ＴＣＰ整合ネットワーク２１０によって変換されたＲＦ電力は、ガスをイオン化する。電極２２２によって運ばれ、バイアス整合ネットワーク２２０によって変換されたＲＦ電力は、基板２２４上のＤＣバイアスを引き起こし、基板２２４のイオン衝撃の方向及びエネルギーを制御する。エッチング処理の間、プラズマは基板２２４の表面で化学的に反応し、フォトレジストマスクにおおわれない材質を取り除く。
【００３５】
コンピュータシステム２３８は、ＴＣＰ電力コントローラ２０６、バイアス電力コントローラ２０８、圧力調節器２３０及び温度調節器２３４に連結される。コンピュータシステム２３８のハードウェア構成要素は、図３においてより詳細に記述される。コンピュータシステム２３８があるプロファイルシミュレータアルゴリズムは、図４において詳しく記述される。コンピュータシステム２３８は、ＴＣＰ電力コントローラ２０６、バイアス電力コントローラ２０８、圧力調節器２３０及び温度調節器２３４からの設定に基づいて、チャンバ２０２の内部で処理される基板２２２のプロファイルを予測的に計算する。従って、コンピュータシステム２３８によって予測されるウェハ２２２の所望のプロファイルは、アルゴリズムの予測的出力に基づいて、ＴＣＰ電力コントローラ２０６、バイアス電力コントローラ２０８、圧力調節器２３０及び温度調節器２３４を制御することによって得られる。
【００３６】
図３において、本発明の一実施例を含むハードウェアシステムは構成図の形で例示される。そこに示されるように、そのシステムは、全システム要素が通信するシステムバス３００、ハードディスク又は光記憶ユニットのような大容量記憶装置３０２やメインシステムメモリ３０４を含む。
【００３７】
図示されるシステムの操作は、中央演算ユニット（「ＣＰＵ」）３０６によって指示される。ユーザは、キーボード３０８及び位置検出デバイス（例えばマウス）３１０を使用してシステムと対話する。これらのデバイスの出力は、情報を指示、又は、スクリーンディスプレイ３１２の特定領域を選択して、システムによって実行される機能を指示するために使用される。
【００３８】
メインメモリ３０４は、ＣＰＵ３０６の操作及び他のハードウェア要素との相互作用を制御するモジュールのグループを含む。オペレーティングシステム３１４は、メモリ割付、ファイル管理、大容量記憶装置３０２の操作のような低レベルの基本システム機能の実行を指示する。高レベルでは、一連の記憶命令として実行されるアナリシスモジュール３１６が、以下に記述するように、本発明によって実行される基本機能の実行を指示する。ユーザーインターフェース３１８を定義する命令は、スクリーンディスプレイ３１２上に直接的な対話を可能にする。ユーザーインターフェース３１８は、ユーザによる入力動作に対してディスプレイ３１２上に文字又はグラフィカルイメージを生成し、キーボード３０８および／または位置検出装置３１０からユーザコマンドを受け取る。メインメモリ３０４もまた一般的に、入力変数、所望のプロファイル、試験表面プロファイル及び大まかな予備試験値をプラズマモデル及びプロファイルシミュレータに含む入力パラメータの試験又はプロセス値のいずれかを含む、１以上のデータベース３２０を含む。
【００３９】
メインメモリ３０４のモジュールが分離して記述されたが、これは図示を明瞭にする目的とするだけのものであり、システムが全ての必要な機能を実行する限りは、どのようにシステム及びプログラム構造の内に割り当てられるのかは、問題とならない。
【００４０】
試験表面プロファイルは、技術的に良く知られているように、プラズマリアクタ内の１以上の試験基板に対して試験プロセスに実施し、例えば、走査型電子顕微鏡を使用して生じる表面プロファイルを測定することによって、経験的に生成される。所望の及び試験表面プロファイルは、電子形式又は図形処理ハードコピーとしてハードウェアシステムに供給される。この場合には、概略予想との数値比較の前に、イメージがデジタイザ３２２によって処理される。デジタル化されたプロファイルは、ビットストリームとしてバス３００上をメインメモリ３０４のデータベース３２０へと送られる。試験表面プロファイルは、データベース３２０と同様に大容量記憶装置３０２にも格納される。
【００４１】
上述のように、本発明に関連する主なタスクの実行は、アナリシスモジュール３１６によって指示される。アナリシスモジュール３１６は、初期表面プロファイルモデルで較正された最適値を含む、最終数学的表面プロファイルモデルを提供するために必要なブロックの実行において、プロセス基板上の所望のプロファイルを生成するのに適したプラズマ処理シーケンスを管理する、１つ以上の入力変数プロセス値を決定するため、最終表面プロファイルモデルと所望の表面プロファイルをさらなる処理によって、又は、プロセス値によって定義されるプラズマ処理シーケンスによってプロセス表面プロファイルを予測的に計算するため、最終数学的モデルへの入力変数のプロセス値を挿入することによって、ＣＰＵ３０６の操作を管理し、メインメモリ３０４との相互作業を制御する。
【００４２】
以下の通り、別の実施形態に従って、図３において表されるハードウェアシステムは、較正手順を実行するために用いることができる。アナリシスモジュール４１６が使用できるようにするために、入力パラメータ検査値、いかなる固定入力パラメータ検査値、及び、対象となる試験表面プロファイル、必要に応じて、所望の表面プロファイルおよび／またはプロセス値が、データベース３２０に与えられる。代替的にはモジュール３１６は、任意の試験値、大まかな予備値、試験表面プロファイルデータを、大容量記憶装置３０２又はユーザコマンドに応答するユーザーインターフェース３１８から検索する。あるいはおおまかな予備値が、予め決められたアルゴリズムによって、入力変数検査値を基にして、モジュール３１６によって決定される。
【００４３】
プラズマモデリング及びプロファイルシミュレーションを実行することによって、それぞれ、モジュール３１６は、検査プロセスによって生成されるプロファイルを予測する初期数学的表面モデルを確立する。モジュール３１６は、試験表面プロファイルにアクセスし、初期数学的表面モデルを比較し、既定基準による誤差を評価する。誤差が十分に小さくない場合、アナリシスモジュール３１６はプラズマモデル及びプロファイルシミュレータの試験値を調整するために比較の結果を使用する。新しい試験値が、モデルリング／シミュレーション及び比較ブロックの別の反復のためにデータベース３２０内に保持される。試験表面プロファイル及び概略予測値が十分に小さい場合には、最終的な反復において使用された試験値が、最適値としてデータベース３２０に格納される。
【００４４】
アナリシスモジュールは、プロセス値を演算するための入力変数のプロセス値を使用する。このプロセス値は、所望のプロファイルからなるデバイスの製造、又は、上述のようなプロファイル予測のためにプラズマリアクタにロードすることができる。
【００４５】
試験プロファイル及び擬似プロファイル間の適合度を導く固定されないパラメータを決定する回帰分析の速度及び効率は、並列コンピュータ又はワークステーションネットワークの上の電算処理を分散することによって向上する。
【００４６】
このように広く伸展し、半導体デバイスのプラズマ処理に対して利点のあるアプローチであることが上記に示された。本明細書で使用される用語及び表現は、説明用の用語として使用され、制限するものではない。またこのような用語及び表現の使用において、示され記述された特徴又はその部分と同等であることを制限することを意図していないが、種々の変更が本発明の特許請求の範囲の範囲内で可能であることが認められる。例えば、本発明のさまざまなモジュールを、適切なソフトウェア命令を使用する汎用コンピュータ、コンピュータ又はマルチプロセッサコンピュータネットワーク上で、あるいは、ハードウェア回路又は（例えば、プラズマモデリング及びプロファイルシミュレーションが、専用ハードウェア構成要素によって実行される）混合ハードウェアソフトウェアの組合上で実施することができる。
【００４７】
図４は、基板のフィーチャプロファイルに沿ってエッチ速度又は沈着速度を演算するためにフィーチャプロファイルの中の表面セグメントに材質タイプ、表面化学カバレージ、中性及びイオンフラックスを計算するプロセス及び方法を例示する。その方法は、４００から始まる。４０２において、高エネルギー粒子軌道、例えば、イオン軌道は、シミュレーション領域から出るまで、追尾される。プラズマリアクタ内のイオンは、電極に配置される基板の方へ進む。イオンが基板の表面に接触すると、それらは反映されるか吸収される。軌道の追尾は、高エネルギー粒子の運動方程式を集積し、イオン壁相互作用の経験的又は公開された理論上のモデルを使用することによって実施される。４０４で、シリコン、ポリマー又は沈着膜等の各材質タイプに対する各表面セグメントの沈着エネルギーの項目は、サイトバランス及びレートモデルを使用するために、記録される。通常、イオンフラックスは、プラズマモデルで決められる。４０４の演算は、図５において更に詳細に記載されている。
【００４８】
４０６において、フィーチャ表面に沿った各セグメントにおける中性フラックス、表面化学カバレージ及び表面材タイプのような結合量は、同時に首尾一貫して解法される。各量が互いに共依存であるので、演算には各方程式によって解法される結合量の一貫性及び整合性の同時演算及び複数の確認を含む。同時演算は、図５及び６において例示される。
【００４９】
４０８において、局所的なエッチ速度及び沈着速度及び新規のセグメントのタイプは、標準の表面アドバンスメントアルゴリズムを使用して演算される。表面アドバンスメントに関する解析スキームを使用することによって、細密なフィーチャをより正確に解決することが確かに好ましい。技術的には公知であり、急な曲線のような細密なフィーチャの外観をモデル化することができるこのようなスキームの１つは、衝撃波面追尾アルゴリズムとして知られている独特の方法である。（例えばＳ．Ｈａｍａｇｕｃｈｉの「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｆｉｌｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ，ｖｏｌ．２２，ｐ．８１，Ｓ．Ｒｏｓｓｎａｇｅｌ，ｅｄ．，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，１９９６年を参照のこと。）他にはレベルセットアプローチがある。（Ｊ．Ａ．Ｓｅｔｈｉａｎ、Ｌｅｖｅｌ  Ｓｅｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ：Ｅｖｏｌｖｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  ｉｎ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ，  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ，  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ  １９９６年参照のこと。）ストックフロントトラッキングアプローチは、ひとまとまりの、各セグメントに対して運動レートを計算するため、区分的な連続線セグメントとして表面（たとえば、真空及び固体間のインターフェース層）をモデル化する。他のセグメントの移動に依存しない法線方向に沿って、前進及び後退する可能性は、生じる表面に対する複数のポテンシャル解が得られる。複数解を避けるために、これらの解析スキームは、衝撃（すなわち、傾斜面における不連続）として線セグメント間の点をモデル化し、衝撃の移動を適切に追尾する。４１０において、プロセスは１１２において完了するまで繰り返される。
【００５０】
図５は、中性フラックス、表面化学カバレージ及び表面材タイプを含む結合量の差演算を例示する。入射中性フラックスは、５００において最初に演算される。図６は、入射中性フラックスの演算の詳細を例示する。
【００５１】
ブロック５０２において、表面材タイプが、その表面セグメントの下の材質によって与えられるタイプ、及び、沈着膜の材質タイプのものであるという仮定によって、予め演算されたフラックス及びサイトバランス方程式を使用して、各表面セグメント上の表面化学カバレージを解法することができる。５０４で、コンピュータは、表面セグメント上の表面化学カバレージが、収束したどうかを確認する。表面セグメントに対する入射中性フラックスの演算は、表面材タイプにも依存する特定の表面化学カバレージとみなす。サイトバランス方程式の解法は、入射中性フラックスを再計算するときに用いられる新たに演算される表面化学カバレージを与える。新たな入射中性フラックスは、再びサイトバランス方程式を解法するときに使用される。両方の中性フラックス及び表面化学カバレージが、サイトバランスモデルによって互いに整合となるまで、演算の反復は続く。したがって、各表面セグメント上の表面化学カバレージが収束するまで、中性フラックス及びサイトバランス方程式を演算して解法する。
【００５２】
フィーチャプロファイルを定義する各表面セグメント上の沈着膜のエッチ速度は、５０６において演算される。代表的なエッチ速度／沈着速度の方程式は、以下の方程式で例示される。
【数１】
2006074046.tif 000003
【００５３】
５０８において、コンピュータは、演算されたエッチ速度が負か（すなわち沈着）どうかを決定する。沈着が発生したとプロセスが判定する場合、表面セグメントの材質タイプは、５１２において沈着膜に設定される。プロセスがエッチ速度は正で、すなわちエッチングと判定する場合、表面素子の材質タイプは５１０において基礎をなす材質タイプに設定される。
【００５４】
５１４において、フィーチャプロファイルに沿った各表面セグメントの材質タイプの集束の確認が行われる。５０６における沈着膜のエッチ速度の演算が表面材タイプがその表面セグメントの下の材質によって与えられるタイプであり、沈着膜のタイプであるという仮定に依存するので、表面化学カバレージもまた、表面材タイプ及び中性フラックスに依存する。材質タイプを、５１０における基礎をなす材質タイプ又は５１２における沈着膜のいずれかに対して設定することによって、材質タイプは変化した可能性があり、プロセスは前もって決定される中性フラックスを有する一貫した解法及び表面材タイプにも依存する表面化学カバレージを維持する必要がある。材質タイプが収束したかどうかを確認することによって、決定ブロック５１４の目的はこのような整合性を維持することである。結合量が収束すると、５０８において局所的なエッチ速度及び沈着速度の演算をし始める。
【００５５】
図６は、中性フラックスの分析的計算を例示する。この計算では、以下の方程式での解法を挙げられる。
【数２】
2006074046.tif 000004
【００５６】
６００において、中性種は選択される。６０２において、各中性種に対する直接フラックスの寄与率を計算する。直接フラックスは、フィーチャ表面に沿った他の場所では反射を受けず、プラズマチャンバから直接に届く表面上のフラックス入射として定義される。
【００５７】
６０４において、セグメントｉに届く再放出フラックスは、セグメントｊからの再放出フラックスを定義することによって、以下のように演算される。
【数３】
2006074046.tif 000005
【００５８】
透過マトリクスＴは、６０６において計算される。粒子に対する反射確率は、１からオリジナル材質上の吸収確率を引き、膜上の吸収確率を掛けたオリジナル材質上のデポジターカバレージを引いたものと等しい。表面上の粒子入射のための吸収確率は、吸着率、表面材タイプ及び入射中性及びイオンフラックス分布に依存することができる関数である。吸着確率を管理するパラメータは、プロファイルシミュレータの較正中に、知らされるか決定される。膜材質は、表面上のデポジター種の蓄積によって形成する材質として定義される。
【００５９】
６０８において、入射中性フラックスは、上記の方程式１を使用するフィーチャ全体にわたって解法される。６１０において全ての中性フラックスが計算されなかった場合、別の中性種が６００で選択され、６０２でプロセスが再開する。そうでない場合は、プロセスは５０２におけるサイトバランス方程式の解法を継続する。
【００６０】
2006074046.tif 000006
【００６１】
曝された材質のエッチ速度及び膜材質のエッチング又は沈着速度の方程式は、適切な材質上の化学カバレージ、中性及びエネルギー性イオン種の入射フラックス分布、ウェハの温度、及び、図７にて図示する反応速度定数に関して表される。これらのレートは、その後のフィーチャプロファイルの展開を予測するために、時間内でフィーチャ表面を反復的に促進するために使用される。
【００６２】
各中性タイプのためのカバレージは、各セグメントにおいて２回演算される。カバレージで第１のセット（θ）は、セグメントの材質タイプがオリジナル／基礎をなす材質であるという仮定に基づいて演算される。第２のセット（η）は、沈着膜の基礎をなすセグメントタイプを仮定する。これらのカバレージは、基礎をなす及び膜材質タイプに対して、エッチ速度／沈着速度、放出率及び吸着確率を別々に演算するために用いる。中性フラックス輸送を計算することにおいて、セグメントは、膜タイプの中であると仮定される表面の部分がオリジナル／基礎をなす材質上のデポジターのカバレージによって与えられる２つの材質タイプの線形組成物とみなされる。
【００６３】
プラズマリアクタプロセスのシミュレーションもまた、３つの空間的自由度及び粒子速度に対する３つの自由度への粒子速度に対する３つの自由度を有する直交座標及び方位角的に対称な円柱座標を使用するフィーチャプロファイルの内容を外挿することによって拡張される。
【００６４】
以上、本発明の実施形態及び用途を図示しかつ説明したが、本願開示の利益を有する当業者ならば、本発明の概念から逸脱することなく、上記以外の変更形態を想定し得ることは明白である。従って本発明は、特許請求の範囲に記載の精神を除き、いかなる制限を受けるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
図面の説明は以下の通りである。
【図１】従来のプラズマエッチングシステムを例示するブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に従い、プラズマエッチングシステムを例示するブロック図である。
【図３】本発明の一実施例に従い、コンピュータを例示するシステムブロック図である。
【図４】本発明の一実施例に従い、フィーチャプロファイルに沿ってエッチ速度を演算するために、フィーチャプロファイル内の表面セグメントに対する、材質の種類、化学カバレージ、中性及びイオンフラックスを計算する方法を例示するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例に従い、フィーチャプロファイルに沿った各セグメントにおいて表面化学カバレージ、入射中性フラックス及び表面材の種類を含む結合量を同時に解法する方法を例示するフローチャートである。
【図６】本発明の一実施例に従って表面セグメントに対して中性フラックスを計算する方法を例示するフローチャートである。
【図７】ラングミュアモデルによるプラズマ処理における表面キネティックスを表す断面立面図である。
【図１】
2006074046.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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