(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段と、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出手段と、該特徴量算出手段で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段とを有し、該継続判断手段が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、
該継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合に、該所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより該特徴量が該規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断手段と、該調整が可能であれば、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が該規定範囲内になるように調整処理を行って該パラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段とを有する基板処理制御装置。
【請求項２】
前記調整制御手段が、前記装置パラメータの目標値を前記所定の基板の前記特徴量から設定する請求項１に記載の基板処理制御装置。
【請求項３】
前記装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極ＲＦパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極ＲＦパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む請求項１に記載の基板処理制御装置。
【請求項４】
前記特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む請求項１に記載の基板処理制御装置。
【請求項５】
前記特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する請求項１に記載の基板処理制御装置。
【請求項６】
前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトＥｔｃｈ  Ｓｈｉｆｔ  ＝  −１９．３  ＋０．７７２×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  −０．５３９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  ＋０．０２６０×ＨＢｒＦｌｏｗ  −１．７１×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋０．２７１×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  ＋０．０４９５×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋０．０２１５  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋０．４４７×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする請求項５に記載の基板処理制御装置。
【請求項７】
前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチレート量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートＥｔｃｈ  Ｒａｔｅ  ＝  ４８５  ＋３２．５×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＋６．８９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  −３．１５×ＨＢｒＦｌｏｗ  ＋１３．８×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋８．２５×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  −５．００×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋１．１７  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋８．８６×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする請求項５に記載の基板処理制御装置。
【請求項８】
パラメータ抽出手段が、装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出工程と、特徴量算出手段が、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出工程と、継続判断手段が、特徴量算出工程で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断工程とを有し、該継続判断工程で装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、
該継続判断工程で装置の処理を継続しないと判定した場合に、該所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、調整判断手段が、関係する装置パラメータを制御することにより該特徴量が該規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断工程と、該調整が可能であれば、調整制御手段が、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が該規定範囲内になるように調整処理を行って該パラメータ抽出工程による処理に移行する調整制御工程とを有する基板処理制御方法。
【請求項９】
前記調整制御手段が、前記装置パラメータの目標値を前記所定の基板の前記特徴量から設定する請求項８に記載の基板処理制御方法。
【請求項１０】
前記装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極ＲＦパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極ＲＦパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む請求項８に記載の基板処理制御方法。
【請求項１１】
前記特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む請求項８に記載の基板処理制御方法。
【請求項１２】
前記特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する請求項８に記載の基板処理制御方法。
【請求項１３】
前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは前記統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトＥｔｃｈ  Ｓｈｉｆｔ  ＝  −１９．３  ＋０．７７２×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  −０．５３９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  ＋０．０２６０×ＨＢｒＦｌｏｗ  −１．７１×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋０．２７１×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  ＋０．０４９５×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋０．０２１５  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋０．４４７×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする請求項１２に記載の基板処理制御方法。
【請求項１４】
前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチレート量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートＥｔｃｈ  Ｒａｔｅ  ＝  ４８５  ＋３２．５×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＋６．８９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  −３．１５×ＨＢｒＦｌｏｗ  ＋１３．８×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋８．２５×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  −５．００×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋１．１７  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋８．８６×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする請求項１２に記載の基板処理制御方法。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれかに記載の基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製品の製造におけるエッチング処理などの基板処理制御装置および基板処理制御方法、この基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を製造するためには、半導体基板上に様々な種類の膜を形成したり、または半導体基板上に形成された様々な種類の膜をエッチング処理して所定形状に形成したりする。プラズマエッチング装置では、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、ポリシリコン膜などの様々な膜のエッチング処理が行われている。
【０００３】
従来より、かかる半導体基板のエッチング処理は決められたレシピに基づいて行われ、ロットの処理が終了した後に、線幅や膜厚測定結果の検査が行われる。この線幅や膜厚に異常が生じていた場合は、次のロットの処理に入る前に、高周波電力（ＲＦパワー）、チャンバ内の圧力、チャンバ内に導入されるガスの流量、チャンバ内の温度などの各種のプロセスパラメータを修正し、次のロットの処理から新たなレシピに基づいて処理が行われる。
【０００４】
近年では、高周波電力（ＲＦパワー）、チャンバ内の圧力、チャンバ内に導入されるガスの流量、チャンバ内の温度などの装置の各種複数のプロセスパラメータに独立で監視して異常値が検出された場合に、装置の処理を停止して処理の異常を早期に検出できるようなシステムが構築されている。これが特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の半導体基板のエッチング処理では、半導体基板の処理結果の検査をロットの処理後に行っており、プロセス中には半導体基板上の処理状態の異常を検知したとしても、不良品を製造することとなり、歩留まりが低下するという問題があった。
【０００７】
近年、上記従来の半導体基板のエッチング処理では、各工程にて、エッチング装置での処理時のプロセスパラメータ（例：電力、温度、圧力、ガスの流量、ＲＦ反射波など）毎に、それぞれ管理スペックを設定している。各プロセスパラメータについて、設定したスペックの範囲外の値を検出した場合に、そのエッチング装置のエッチング処理を停止している。多数のプロセスパラメータに対して、それぞれスペックを設定する必要があり、エッチング処理されたウエハの特性値が正常範囲内でも、一つのプロセスパラメータの値により装置のエッチング処理が停止する可能性があり、これによって、生産性の低下を生じる。一方で、特性値が正常範囲外であっても設備が停止しない可能性があり、歩留りの低下を生じる。このように、生産性、歩留りからの最適なスペック設定が困難であり、また、特性値が分からないため、歩留りへの影響を予測できないという課題がある。
【０００８】
即ち、高周波電力、チャンバ内の圧力、チャンバ内に導入されるガスの流量、チャンバ内の温度などのエッチング装置のプロセスパラメータが独立して監視されており、個々のプロセスパラメータの半導体基板の特徴量への影響が明確になっていないために、複数のプロセスパラメータのうち一つでもプロセスパラメータがスペックの範囲外となった場合に半導体基板の特性に影響がない場合であってのも装置のエッチング処理がストップするために生産性を不必要に低下させてしまうという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることができるエッチング処理などの基板処理制御装置および基板処理制御方法、この基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の基板処理制御装置は、装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段と、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出手段と、該特徴量算出手段で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段とを有し、該継続判断手段が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、該継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合には、該所定の基板の処理を停止するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合に、前記所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより前記特徴量が前記規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断手段と、該調整が可能であれば、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行って前記パラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段とを有する。
【００１２】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極ＲＦパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極ＲＦパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む。
【００１３】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む。
【００１４】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトＥｔｃｈ  Ｓｈｉｆｔ  ＝  −１９．３  ＋０．７７２×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  −０．５３９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  ＋０．０２６０×ＨＢｒＦｌｏｗ  −１．７１×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋０．２７１×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  ＋０．０４９５×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋０．０２１５  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋０．４４７×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチレート量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートＥｔｃｈ  Ｒａｔｅ  ＝  ４８５  ＋３２．５×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＋６．８９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  −３．１５×ＨＢｒＦｌｏｗ  ＋１３．８×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋８．２５×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  −５．００×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋１．１７  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋８．８６×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする。
【００１７】
本発明の基板処理制御方法は、パラメータ抽出手段が、装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出工程と、特徴量算出手段が、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出工程と、継続判断手段が、特徴量算出工程で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断工程とを有し、該継続判断工程で装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、該継続判断工程で装置の処理を継続しないと判定した場合に該所定の基板の処理を停止するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１８】
また、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における継続判断工程で装置の処理を継続しないと判定した場合に、前記所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、調整判断手段が、関係する装置パラメータを制御することにより前記特徴量が前記規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断工程と、該調整が可能であれば、調整制御手段が、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行って前記パラメータ抽出工程による処理に移行する調整制御工程とを有する。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極ＲＦパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極ＲＦパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは前記統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトＥｔｃｈ  Ｓｈｉｆｔ  ＝  −１９．３  ＋０．７７２×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  −０．５３９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  ＋０．０２６０×ＨＢｒＦｌｏｗ  −１．７１×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋０．２７１×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  ＋０．０４９５×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋０．０２１５  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋０．４４７×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２Ｆｌｏｗ、ＨＢｒＦｌｏｗ、Ｏ２ＦＬｏｗおよびＣＦ４Ｆｌｏｗ）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＢａｃｋ−Ｈｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒＷ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（ＢｉａｓＰｏｗｅｒＷ）であり、該装置パラメータに対するエッチレート量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートＥｔｃｈ  Ｒａｔｅ  ＝  ４８５  ＋３２．５×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＋６．８９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  −３．１５×ＨＢｒＦｌｏｗ  ＋１３．８×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋８．２５×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  −５．００×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋１．１７  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋８．８６×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
とする。
【００２４】
本発明の制御プログラムは、本発明の上記基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
本発明の可読記憶媒体は、本発明の上記制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能なものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００２７】
半導体デバイスの歩留り改善や短納期化のためには、無駄のない生産を行う必要がある。そのためには、半導体ウェハである基板の線幅、膜厚および欠陥数などの特性値を短時間かつ精度良く予測することができる製造装置の制御方法が有効である。
【００２８】
本発明においては、圧力やガス流量などの装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段と、装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す線幅や膜厚などの特徴量を算出する特徴量算出手段と、算出した特徴量が規定範囲かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段とを有し、継続判断手段が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の処理を行い、継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合には、所定の処理を停止する。
【００２９】
また、継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかどうかを判断し、調整が不可能であれば、所定の処理を停止する調整判断手段と、その調整が可能であれば、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行ってパラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段とを有する。
【００３０】
このように、特徴量算出手段が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行って、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
以上により、本発明によれば、特徴量算出手段が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理するため、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態１におけるエッチング制御装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のエッチング制御装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本実施形態１のプラズマエッチング装置を模式的に示す縦断面図である。
【図４】代表的なゲートエッチング工程（その１）を説明するための半導体装置の縦断面図である。
【図５】代表的なゲートエッチング工程（その２）を説明するための半導体装置の縦断面図である。
【図６】線幅予測のためのエッチシフト量を管理するエッチシフトモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチシフト量の依存性を示す図である。
【図７】エッチシフト量の予測値と実測値との関係を示す図である。
【図８】膜厚予測のためのエッチ量を管理するエッチレートモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチレート量の依存性を示す図である。
【図９】エッチ量の予測値と実測値との関係を示す図である。
【図１０】欠陥数予測のためのパーティクル数を管理する欠陥数モデルを説明するための図であって、エッチング装置の累積処理枚数に対するウエハ当たりのパーティクル数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明の半導体製品の製造における基板処理制御方法および基板処理制御装置の実施形態１について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００３４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるエッチング制御装置の要部構成例を示すブロック図である。
【００３５】
図１において、本実施形態１の基板処理制御装置としてのエッチング制御装置１は、コンピュータシステムで構成されており、各種入力指令を可能とするキーボードやマウス、画面入力装置などの操作入力部２と、各種入力指令に応じて表示画面上に、初期画面、選択誘導画面および処理結果画面などの各種画像を表示可能とする表示部３と、全体的な制御を行う制御手段としてのＣＰＵ４（中央演算処理装置）と、ＣＰＵ４の起動時にワークメモリとして働く一時記憶手段としてのＲＡＭ５と、ＣＰＵ４を動作させるための制御プログラムおよびこれに用いる各種データなどが記録されたコンピュータ読み取り可能な可読記録媒体（記憶手段）としてのＲＯＭ６とを有している。
【００３６】
ＣＰＵ４は、操作入力部２からの入力指令の他、ＲＯＭ６内からＲＡＭ５内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、圧力、温度、ＲＦパワーおよびガス流量などの装置動作条件を示す装置パラメータ（プロセスパラメータ）の現状態を抽出するパラメータ抽出手段４１と、装置パラメータの現状態から、エッチング処理後の線幅や膜厚などの装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出手段４２と、算出した特徴量が規定範囲かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段４３とを有し、継続判断手段４３が規定範囲内で装置の処理を継続すると判定した場合に所定のエッチング処理を行い、継続判断手段４３が規定範囲外で装置の処理を継続しないと判定した場合には、所定のエッチング処理を停止する。
【００３７】
また、好ましくは、ＣＰＵ４は、操作入力部２からの入力指令の他、ＲＯＭ６内からＲＡＭ５内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、継続判断手段４３が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定のエッチング処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかを判断し、その調整が不可能であれば（ＮＯ）、エッチング処理を停止する調整判断手段４４と、その調整が可能であれば（ＹＥＳ）、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理する調整制御手段４５とを有している。
【００３８】
パラメータ抽出手段４１は、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した基板に対して、基板のエッチング工程の装置パラメータの現状態を抽出する。装置パラメータの現状態は、さらに詳細に後述するが、現時点でのチャンバ内の圧力（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入されるガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却用のＨｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（高周波電力Ｗ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（高周波電力Ｗ）、さらに、チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む。
【００３９】
特徴量算出手段４２は、各エッチング工程の装置パラメータから基板毎の特徴量を算出する。基板毎の特徴量としては、基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度などのいずれかを含む。基板毎の特徴量の算出には、基板の各エッチング工程の装置パラメータから、詳細に後述する物理モデルまたは統計モデルを用いる。
【００４０】
継続判断手段４３は、算出された基板毎の特徴量が、設定された規定範囲外の場合に装置の処理を停止し、また、算出された基板毎の特徴量が、設定された規定範囲内の場合に装置のエッチング処理を継続する。従来であれば、多数存在する装置パラメータのうちの少なくとも一つが所定の規定範囲を脱した場合に装置のエッチング処理を停止していたが、本実施形態１では、装置パラメータの一つが所定範囲を脱した場合であっても、複数または多数の装置パラメータから計算された基板毎の特徴量が設定された規定範囲を脱しない限り、装置のエッチング処理は停止されないので、装置のエッチング処理などの処理を停止する確率が少なくなって歩留まりを含め生産性が向上する。
【００４１】
また、好ましくは、継続判断手段４３において、装置パラメータの変化に対する基板毎の特徴量の変化が大きい装置パラメータが所定範囲を脱した場合には、装置の処理を停止しなければ不良になることが多いが、このような場合にも、所定のエッチング処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかを判断し、その調整が不可能であれば（ＮＯ）、エッチング処理を停止する調整判断手段４４を設けることができる。
【００４２】
調整判断手段４４は、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかの特徴量が規定範囲内になるかどうか、つまり調整可能かどうを判断する。
【００４３】
調整制御手段４５は、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度の特徴量が各規定範囲内になるように調整処理を行って、パラメータ抽出手段４１による処理に移行する。
【００４４】
ＲＯＭ６は、ハードディスク、光ディスク、磁気ディスクおよびＩＣメモリなどの可読記録媒体（記憶手段）で構成されている。この制御プログラムおよびこれに用いる各種データは、携帯自在な光ディスク、磁気ディスクおよびＩＣメモリなどからＲＯＭ６にダウンロードされてもよいし、コンピュータのハードディスクからＲＯＭ６にダウンロードされてもよいし、無線または有線、インターネットなどを介してＲＯＭ６にダウンロードされてもよい。後述するエッチング制御方法をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラムをコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体に格納して、コンピュータ（ＣＰＵ４）によりエッチング制御するものである。
【００４５】
次に、半導体製品の製造における基板処理制御方法としてのエッチング制御方法について説明する。
【００４６】
本実施形態１の基板処理制御方法として、エッチング制御装置１を用いたエッチング制御方法は、パラメータ抽出手段４１が、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した基板（ウエハ）に対して、基板のエッチング工程の装置パラメータを抽出するパラメータ抽出工程と、特徴量算出手段４２が、各エッチング工程の装置パラメータから基板毎の特徴量を算出する特徴量算出工程と、継続判断手段４３が、算出された特徴量の目標値に基づいて装置の処理を装置パラメータを変更して継続、または算出された基板毎の特徴量が設定された規定範囲外の場合に装置の処理を停止する継続判断工程とを有する。
【００４７】
また、好ましくは、エッチング制御方法は、操作入力部２からの入力指令の他、ＲＯＭ６内からＲＡＭ５内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、継続判断手段４３が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定のエッチング処理をすぐに中止するのではなく、調整判断手段４４が、関係する各装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかを判断し、調整が不可能であれば（ＮＯ）、エッチング処理を停止する調整判断工程と、その調整が可能であれば（ＹＥＳ）、調整制御手段４５が、関係する各装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理する調整制御工程とを有している。
【００４８】
半導体基板のエッチング処理において、エッチング装置のパラメータは、処理後に計測される線幅や膜厚および欠陥数などの半導体製品の特徴量より算出される。これにより、処理状態が適切（特徴量が規定範囲内）であると認められるときは、半導体基板に対するエッチング処理をそのままの継続し、エッチング処理状態が不適切（特徴量が規定範囲外）であると認められるときは、半導体基板に対する装置パラメータ（プロセスパラメータ）の少なくともいずれかを変更するかまたは半導体基板に対するエッチング処理を停止する。このようにして、半導体基板に対するエッチング処理中に適切な処置をとることにより、半導体装置の製造における歩留まりの向上を図ることが可能となり、生産性の低下を最小限に抑えることが可能となる。
【００４９】
上記構成により、以下、その動作を説明する。
【００５０】
図２は、図１のエッチング制御装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５１】
図２に示すように、まず、ステップＳ１でパラメータ抽出手段４１が装置パラメータの現状況のモニタリングを行う。このモニタリングは、パラメータ抽出手段４１が、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した基板（半導体ウエハ）に対して、基板のエッチング工程のチャンバ圧力やガス流量などの装置パラメータの現状態を検出する。
【００５２】
次に、ステップＳ２〜Ｓ４で同時に、特徴量算出手段４２が、基板の各エッチング工程で抽出した各装置パラメータから、後述する物理モデルまたは統計モデルを用いて、ステップＳ２で特徴量の線幅のエッチシフトを計算して予測し、ステップＳ３で特徴量の膜厚のエッチレートを計算して予測し、ステップＳ４で特徴量の欠陥密度を装置パラメータの基板処理枚数から予測する。
【００５３】
続いて、ステップＳ５〜Ｓ７で同時に継続判断手段４３が継続判断処理を行う。即ち、ステップＳ５で継続判断手段４３が、ステップＳ２で予測した線幅のエッチシフト量が規定範囲内にあるかどうか、即ち、ステップＳ２で予測した線幅が「ＯＫ」かどうかを判断する。また、ステップＳ６で継続判断手段４３が、ステップＳ３で予測した膜厚のエッチレート量が規定範囲内にあるかどうか、即ち、ステップＳ３で予測した膜厚が「ＯＫ」かどうかを判断する。また、ステップＳ７で継続判断手段４３が、ステップＳ４で予測した欠陥数（パーティクル数）が規定範囲内かどうか、即ち、ステップＳ４で予測した欠陥密度が「ＯＫ」かどうかを判断する。
【００５４】
さらに、ステップＳ８で、ステップＳ２で予測した線幅が「ＯＫ」、ステップＳ３で予測した膜厚が「ＯＫ」およびステップＳ４で予測した欠陥密度が「ＯＫ」の全て「ＯＫ」かどうかを継続判断手段４３が判断する。継続判断手段４３が、各特徴量の全てが「ＯＫ」の場合に、次のステップＳ９で基板のエッチング処理を実行して良好な線幅、膜厚および欠陥密度とすることができる。
【００５５】
次に、ステップＳ５〜Ｓ７で継続判断手段４３による継続判断処理において少なくともいずれかが「ＮＯ」の場合、即ち、線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかが規定範囲内ではない場合（特徴量が規定範囲外）に、ステップＳ１０において、調整判断手段４４が、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかが規定範囲内になるかどうか、つまり調整可能かどうを判断する。ステップＳ１０で調整が不可能な場合（ＮＯ）にはステップＳ１１でエッチング処理を停止処理する。
【００５６】
また、ステップＳ１０で調整が可能な場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２で調整制御手段４５が、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度が各規定範囲内になるように調整処理する。その調整処理後、ステップＳ１の関係する各装置パラメータのモニタリング処理に移行する。
【００５７】
ここで、本実施形態１のエッチング制御装置１およびこれを用いたエッチング制御方法についてさらに詳細に説明する。まずは、プラズマエッチング装置について簡単に説明する。
【００５８】
図３は、本実施形態１のプラズマエッチング装置を模式的に示す縦断面図である。
【００５９】
図３において、本実施形態１のプラズマエッチング装置１１は、ドーム状部材１２の外周側にコイル１３が巻きつけられて上部電極１４を構成している。下部電極を構成するステージ１５上に半導体ウエハ１６が搭載されている。上部電極１４と下部電極上の半導体ウエハ１６との間の上部電極１４側に、チャンバ１７内にここでは４種類のＣｌ２、ＨＢｒ、Ｏ２およびＣＦ４のガスを導入するガス導入口を持つガス導入管１８が配設されている。下部電極を構成するステージ１５には、半導体ウエハ１６の裏面を冷却するためのＨｅが供給されている。
【００６０】
上記構成により、上部電極１４に所定のＲＦパワー（高周波電力Ｗ）が印加され、上部電極１４で発生したガス導入管１８からのガスのプラズマを引き込む下部電極に所定のＲＦパワーが印加されて、ステージ１５上の基板としての半導体ウエハ１６、即ち、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した半導体ウエハ１６上のレジスト膜が開口した部分が所定線幅で所定膜厚になるようにエッチング処理される。
【００６１】
次に、代表的なエッチング工程の一つであるゲートエッチング工程の制御について説明する。
【００６２】
図４および図５は、代表的なゲートエッチング工程を説明するための半導体装置の縦断面図である。
【００６３】
図４に示すように、まず、半導体ウエハとしてのシリコンウエハなどからなる半導体基板２１上に、ＬＯＣＯＳ法やＳｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＳＴＩ）などの既知の方法で素子分離層２２を形成して素子分離を行い、半導体基板２１上に、フォトレジストパターンを形成し、イオン注入および熱処理を行ってウェル形成を行う（図示しない）。
【００６４】
半導体基板２１上にＣＶＤ法や熱酸化などにより、例えばＳｉＯ２膜またはＳｉＯＮ膜からなるゲート酸化膜２３を形成し、さらに例えばポリシリコン膜（またはメタル）からなるゲート膜２４を形成する。その後、既知のアライメント方法でゲート膜を２４上にレジストパターン２５を形成し、プラズマエッチング装置１１に供じる（図３）。
【００６５】
プラズマエッチング装置１１によるエッチング処理時の制御については詳細は後述する。その後に残存するレジストパターン２５を例えば酸素プラズマなどにより除去した後、ゲートパターン側壁に付着するエッチング処理時の反応生成物を例えばフッ化水素などの薬液を用いて除去し、図５に示すように、半導体基板２１上の所定位置に所望形状のゲート電極２４ａを形成する。
【００６６】
ゲート電極２４ａを形成後の半導体基板２１が所望の特性（例えば線幅、膜厚、ゲート酸化膜残膜および欠陥密度など）が得られているかを計測する。
【００６７】
その後、イオン注入工程や熱処理工程を実施し、層間絶縁膜として、例えばＢＰＳＧまたは熱酸化により成膜したシリコン酸化膜を形成し、ＣＭＰ法などで平坦化した後にコンタクトホールを既知のリソグラフィー法やドライエッチング法で形成し、タングステンなどの材料を埋め込んでコンタクトプラグを形成し、その上部にアルミニウムなどの材料で金属配線層を形成する。さらに、その後は、半導体製品に必要とされる金属配線層をビアプラグを介して既知の方法で形成し、最後に最上層の金属配線層上に接続窓を形成して半導体装置を得る（図示しない）。
【００６８】
次に、ゲートエッチング工程の制御のうち線幅制御方法について説明する。
【００６９】
ゲートエッチング工程の装置パラメータ（プロセスパラメータ）としては、例えば、（１）処理時の圧力、（２）ガスの種類および供給量（ガスの種類は例えば、塩素ガス、臭化水素ガス、酸素、４フッ化メタン）、（３）半導体基板冷却用ガス（ヘリウム）の圧力、（４）ＲＦパワー、（５）処理時間などがある。
【００７０】
例えばゲートエッチング条件として、圧力６０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）、塩素流量  ６０ｓｃｃｍ、臭化水素流量１００ｓｃｃｍ、酸素流量５ｓｃｃｍ、４フッ化炭素流量２５ｓｃｃｍ、冷却用ヘリウムガス圧力８トール（Ｔｏｒｒ）、ＲＦパワー（ソース電極；上部電極）８００Ｗ、（バイアス電極；下部電極）８０Ｗの条件について、各装置パラメータを独立で変化させた場合のエッチシフト値を算出し、エッチシフト値の各パラメータ毎の依存性を算出する。これを後述する図６に示している。
【００７１】
全ての装置パラメータとエッチシフト量の関係より、物理モデルまたは統計モデルとして例えばエッチシフトモデルは以下のように抽出する。
【００７２】
エッチシフト量＝ｋ  ＋  α＊圧力  ＋  β＊塩素流量  ＋  γ＊臭化水素流量  ＋  θ＊酸素流量  ＋  ｗ＊４フッ化炭素  ＋  ｘ＊冷却用ヘリウム圧力  ＋  ｙ＊ＲＦパワー（ソース電極）  ＋  ｚ＊ＲＦパワー（バイアス電極）
ｋ、α、β、γ、θ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ係数が算出される。
【００７３】
上記で算出されたエッチシフトモデルおよび各係数とエッチシフトのターゲットよりエッチング処理時の装置パラメータのスペック（許容値）が算出される。
【００７４】
上記で算出されたスペックを各装置パラメータで抽出した値からエッチシフトモデルに基づくエッチシフト量の予測値を算出する機能を有する制御装置へ入力することにより、定められたスペックの規定範囲内で半導体基板の処理が行われる。また、処理中にスペックの範囲を超えた処理が行われた場合には、エッチング処理を停止またはエッチシフト値がスペック内（規定範囲内）となるように各装置パラメータの変更により処理が継続され得る。
【００７５】
さらに、図６および図７を用いてゲートエッチング工程の制御項目のうち線幅制御方法について更に具体的に説明する。
【００７６】
図６は、線幅予測のためのエッチシフト量を管理するエッチシフトモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチシフト量の依存性を示す図である。
【００７７】
図６に示すように、縦軸がエッチシフト量で、横軸が、エッチング装置の装置パラメータとして、左からチャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２、ＨＢｒ、Ｏ２およびＣＦ４）のガス流量（ｓｃｃｍ）、裏面冷却のＨｅ圧力（Ｔｏｒｒ）、上部電極ＲＦパワー（高周波電力Ｗ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワー（高周波電力Ｗ）である。
【００７８】
エッチシフト量とは、例えばゲートのポリシリコン（またはメタル）をエッチングする場合に、エッチング後の線幅−フォト後の線幅に対応しており、エッチングでどれだけ線幅が変動したかを示す値である。フォト後の線幅はエッチング時点で分かっているので、エッチング装置で制御するのはエッチシフト量であって、エッチシフト量がエッチング装置の個々のパラメータに対してどの程度の係数になっているのかである。８種類のパラメータに対するエッチシフト量の関係において、中心にあるのは個々のパラメータの制御すべきターゲットである。個々のパラメータがエッチング装置側で変化したときに、エッチング後の線幅がどの程度変動するのかを予測することができる。
【００７９】
この８種類の装置パラメータに対するエッチシフトの関係から係数を求めて予測式（エッチシフトモデル）を作ることができる。
【００８０】
エッチシフトＥｔｃｈ  Ｓｈｉｆｔ  ＝  −１９．３  ＋０．７７２×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  −０．５３９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  ＋０．０２６０×ＨＢｒＦｌｏｗ  −１．７１×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋０．２７１×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  ＋０．０４９５×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋０．０２１５  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋０．４４７×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
この予測式（エッチシフトモデル）を用いてエッチシフト量を予測することができる。例えば、チャンバ内の圧力のターゲットが５ｍＴｏｒｒのところ、従来では、４ｍＴｏｒｒになるとエッチング装置のエッチング処理が停止するが、本実施形態１では、チャンバ内の圧力が４ｍＴｏｒｒのときに、他のパラメータを含めてエッチシフトがどのようになるかを確認することができ、確認結果において、エッチシフト量が正常（規定範囲内）であればエッチング装置のエッチング処理を停止する必要がない。さらに、所定の線幅を得るために、他の装置パラメータを調整することもできる。例えばチャンバ内の圧力が４ｍＴｏｒｒのときに、他の装置パラメータの例えばＣｌ２のガス流量を変化させる。これによって、線幅が安定した半導体ウエハを得ることができて、歩留まりおよび生産性を向上させることができる。
【００８１】
図７は、エッチシフト量の予測値と実測値との関係を示す図である。
【００８２】
図７に示すように、上記予測式（エッチシフトモデル）をグラフ化したものであり、図７の左右方向の破線がエッチシフト実測値の中心を示し、このときのエッチシフト実測値が「６．３」である。エッチシフトの予測値が「６．３」のときに、エッチシフトの実測値も「６．３」である。このエッチシフト中心ほどエッチシフトの予測値と実測値とが一致しているが、中心から離れるほどエッチシフトの予測値と実測値とが分散する。そのバラツキの範囲内を規定範囲内として一点鎖線で示している。例えばエッチシフトの予測値が「０」のとき、即ち、エッチ後の線幅−フォト後の線幅が「０」のとき、エッチシフトの実測値は「０」を含む一点鎖線の範囲内でばらつく。
【００８３】
図８は、膜厚予測のためのエッチ量を管理するエッチレートモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチレート量の依存性を示す図である。
【００８４】
図８に示すように、縦軸がエッチレート量で、横軸が、エッチング装置のパラメータとして、左からチャンバ内の圧力Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｍＴｏｒｒ）、チャンバ内に導入される４種類（Ｃｌ２、ＨＢｒ、Ｏ２およびＣＦ４）のガス流量（ｓｃｃｍ）、上部電極ＲＦパワーＷｓ（高周波電力Ｗ）、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極ＲＦパワーＷｂ（高周波電力Ｗ）、裏面冷却のＨｅ圧力（Ｔｏｒｒ）である。
【００８５】
エッチレート量とは、例えばゲートのポリシリコンまたはメタルをエッチングする場合に、エッチング後の所望の残膜厚を得るためのエッチ量であり、エッチングでどれだけの膜厚になるかを示す単位エッチ量である。エッチレート量がエッチング装置の個々の装置パラメータに対してどの程度の係数になっているのかを知る必要がある。８種類のパラメータに対するエッチレート量の関係において、中心にあるのは個々の装置パラメータの制御すべきターゲットである。個々の装置パラメータがエッチング装置側で変化したときに、エッチング後のエッチレート量がどの程度変動するのかを予測することができる。
【００８６】
この８種類の装置パラメータに対するエッチ量の関係から係数を求めて予測式（エッチレートモデル）を作ることができる。
【００８７】
エッチレートＥｔｃｈ  Ｒａｔｅ  ＝  ４８５  ＋３２．５×Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＋６．８９×Ｃｌ２Ｆｌｏｗ  −３．１５×ＨＢｒＦｌｏｗ  ＋１３．８×Ｏ２ＦＬｏｗ  ＋８．２５×ＣＦ４Ｆｌｏｗ  −５．００×Ｂａｃｋ−Ｈｅ  ＋１．１７  ＳｏｕｒｃｅＰｏｗｅｒ  ＋８．８６×ＢｉａｓＰｏｗｅｒ
この予測式（エッチレートモデル）を用いてエッチ量を予測することができる。例えば、チャンバ内の圧力のターゲットが６．３ｍＴｏｒｒのところ、従来では、４ｍＴｏｒｒになるとエッチング装置のエッチング処理が停止するが、本実施形態１では、チャンバ内の圧力が４ｍＴｏｒｒのときに、他のパラメータを含めてエッチ量がどのようになるかを確認することができ、エッチ量が正常であればエッチング装置を停止する必要がない。さらに、所定の膜厚を得るために、他のパラメータを調整することもできる。例えばチャンバ内の圧力が４ｍＴｏｒｒのときに、他のパラメータの例えばＣｌ２のガス流量を変化させる。これによって、膜厚が安定した半導体ウエハで生産性を向上させることができる。
【００８８】
図９は、エッチ量の予測値と実測値との関係を示す図である。
【００８９】
図９に示すように、上記予測式（エッチレートモデル）をグラフ化したものであり、図９の左右方向の破線が実測値の中心位置を示し、このときの単位エッチ量（エッチレート量）の実測値が「２６７３」である。エッチ量の予測値が「２６７３」のときに、エッチ量の実測値も略「２６７３」である。この中心位置ほど単位エッチ量（エッチレート量）の予測値と実測値が一致しているが、中心から離れるほど単位エッチ量（エッチレート量）の予測値と実測値が分散する。そのバラツキの規定範囲内を一点鎖線で示している。
【００９０】
図１０は、欠陥数予測のためのパーティクル数を管理する欠陥数モデルを説明するための図であって、エッチング装置の累積処理枚数に対するウエハ当たりのパーティクル数を示す図である。
【００９１】
図１０に示すように、装置周辺に膜が付着してそれが累積的に増加してくるので、ウエハ１枚当たりのパーティクル数はエッチング装置の基板累積処理枚数に対して指数関数的に上昇する。特徴量のスペックは、ウエハ１枚当たりのパーティクル数を１５個以下とする。この場合、装置パラメータとして、エッチング装置の基板累積処理枚数を８００枚以下に設定する必要がある。
【００９２】
以上により、本実施形態１によれば、圧力やガス流量などの装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段４１と、装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す線幅や膜厚などの特徴量を算出する特徴量算出手段４２と、算出した特徴量が規定範囲かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段４３とを有し、継続判断手段４３が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の処理を行い、継続判断手段４３が装置の処理を継続しないと判定した場合には、所定の処理を停止する。
【００９３】
また、継続判断手段４３が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかどうかを判断し、調整が不可能であれば、所定の処理を停止する調整判断手段４４と、その調整が可能であれば、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行ってパラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段４５とを有する。
【００９４】
このように、特徴量算出手段４２が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段４３が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段４５が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行うため、半導体製品の製造における歩留まりの向上および生産性の向上を図ることができる。この場合、エッチング工程の装置パラメータの目標値を基板の特徴量から設定することができる。
【００９５】
要するに、基板の歩留りに密接に結びつく、各工程のプロセス特性値および欠陥密度の値から、エッチング装置の制御を行なうことができるため、生産性、歩留りの面から、各パラメータの最適なスペック設定が可能となる。このため、半導体デバイスの歩留り改善や短納期化に対応した、無駄のない生産が可能になる。
【００９６】
なお、本実施形態１では、特に説明しなかったが、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法では、装置パラメータ（プロセスパラメータ）の変更は、半導体基板の特徴量とプロセスパラメータとの関係を示すプロセストレンドデータに基づいて行われることを特徴としてもよい。このようにすれば、かかるデータに基づいて、プロセスパラメータを適切に変更することが可能となる。
【００９７】
なお、本実施形態１では、特に説明しなかったが、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法では、装置パラメータ（プロセスパラメータ）には、チャンバに印加する高周波の電力、チャンバ内における圧力、チャンバに導入されるガスの流量、チャンバ内における温度、および半導体基板を挟むようにチャンバ内に配置された電極間の距離のうちの少なくともいずれかが含まれることを特徴としてもよい。半導体基板の処理状態が適切でないとき、上記したプロセスパラメータを変更することにより処理状態が修正され、その結果、所望の処理結果および所望の特性を有する半導体製品を効率よく得ることが可能となる。
【００９８】
なお、本実施形態１では、特に説明しなかったが、エッチング制御方法では、半導体基板の特徴量には、半導体基板上の線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかが含まれることを特徴としてもよい。エッチング処理においては、処理中にモニタされた電流信号および電圧信号に基づいて、上記した装置パラメータを算出することができる。よって、かかる装置パラメータから計算される特徴量が規定範囲内かどうかに基づいてエッチング処理が適切か否かを判定することが可能となり、これにより、半導体基板に対する処理中に適切な処置を取ることにより、半導体製品における歩留まりの向上を図ることが可能となる。
【００９９】
なお、本実施形態１では、特に説明しなかったが、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法は、上記した本発明に係る半導体製品の製造におけるエッチング制御方法を有効に実施するための装置である。
【０１００】
即ち、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法は、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した半導体基板に対し、基板のエッチング工程の装置パラメータを抽出する工程と、各エッチング工程の装置パラメータから基板毎の特徴量を算出する工程と、算出された特徴量の目標値に基づいて装置の処理を処理時間及び装置パラメータの少なくともいずれかを変更して継続、または算出された基板毎の特徴量が設定された規定範囲外の場合に装置の処理を停止する工程とを備えることを特徴とする。
【０１０１】
なお、本実施形態１でも説明したが、本発明に係る半導体製品の製造におけるエッチング装置の制御方法における基板毎の特徴量の算出は、基板の各エッチング工程の装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いることを特徴とする。
【０１０２】
なお、本実施形態１では、プラズマエッチング装置１１を用いてエッチング処理について本発明の基板処理制御装置および基板処理制御方法をエッチング制御装置およびエッチング制御方法に適用して説明したが、これに限らず、図４および図５のゲート膜２４を形成する場合に、装置パラメータを酸素流量やチャンバ内温度およびチャンバ内圧力とし、特徴量を膜厚として本発明の基板処理制御装置および基板処理制御方法を薄膜形成制御装置および薄膜形成制御方法に適用することもできる。
【０１０３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、半導体製品の製造におけるエッチング処理などの基板処理制御装置および基板処理制御方法、この基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体の分野において、特徴量算出手段が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理するため、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  エッチング制御装置（基板処理制御装置）
２  操作入力部
３  表示部
４  ＣＰＵ（制御部）
４１  パラメータ抽出手段
４２  特徴量算出手段
４３  継続判断手段
４４  調整判断手段
４５  調整制御手段
５  ＲＡＭ（一時記憶手段）
６  ＲＯＭ（可読記録媒体）
１１  プラズマエッチング装置
１２  ドーム状部材
１３  コイル
１４  上部電極
１５  ステージ
１６  半導体ウエハ（基板）
１７  チャンバ
１８  ガス導入管
２１  半導体基板
２２  素子分離層
２３  ゲート酸化膜
２４  ゲート膜
２４ａ  ゲート電極
２５  レジストパターン
【図１】
0005815361.tif 000002
【図２】
0005815361.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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