(57)【要約】【課題】エッチング処理条件を微調整して、パターン完成寸法のばらつきを押さえつつ所望の完成寸法を得る。【解決手段】エッチング処理状態をモニタするセンサと、センサからの出力と処理結果の予測式から処理結果を推定する処理結果推定モデルと、その推定結果をもとに処理結果が目標値となるような処理条件を計算する処理条件計算モデルを備え、ポリシリコンを用いた半導体試料に対してエッチング処理を行なう場合、処理条件のうち少なくとも酸素または圧力の一方または両方について前記処理条件計算モデル基づいて設定値を計算して次のエッチング処理を行なう。【選択図】　図８
2004119753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコンを用いた半導体試料に対してエッチング処理を行う際、エッチング処理を制御するパラメータのうち少なくとも酸素流量または圧力またはその両方の値を変化させることによりエッチング加工量を制御することを特徴とするエッチング処理装置。
【請求項２】
真空処理室内に収容した試料に処理を施すエッチング処理装置であって、
エッチング処理の推定結果に基づき、エッチング処理を制御するパラメータのうち少なくとも酸素流量または圧力またはその両方の値について、エッチング処理の加工量が目標とする加工量となるような値を計算するパラメータ値計算手段を備え、
前記パラメータ値計算手段の計算結果に基づいて次のエッチング処理を行うことを特徴とするエッチング処理装置。
【請求項３】
複数のパラメータを含む処理条件に基づいて真空処理室内に収容した試料に処理を施すエッチング処理装置であって、
前記複数のパラメータの値を計算して求め、処理条件を生成してエッチング処理を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記複数のパラメータのうち塩素流量、臭化水素流量、高周波電源、コイル電流、温度、処理時間、電極の間隔は固定の値としてエッチング処理を制御することを特徴とするエッチング処理装置。
【請求項４】
複数のパラメータを有する処理条件に基づいて真空処理室内に収容した試料に処理を施すエッチング処理装置であって、
前記処理室内の処理状態をモニタするセンサと、
前記センサからのモニタ出力と予め設定した処理結果の予測式をもとに処理結果を推定する処理結果推定手段と、
前記処理結果推定手段の推定結果をもとに、エッチング処理結果が目標値となるような処理条件を生成する処理条件生成手段を備え、
前記処理条件生成手段は、処理結果の目標値からパラメータ値を算出するパラメータ値計算モデルを有し、前記複数のパラメータのうち、少なくとも酸素流量または圧力またはその両方について前記パラメータ値計算モデルを用いて設定値を計算し、他のパラメータについては固定の値を設定して処理条件を生成し、次のエッチング処理を行なうことを特徴とするエッチング処理装置。
【請求項５】
ポリシリコンを用いた半導体試料に対してエッチング処理を行う際、エッチング処理を制御するパラメータのうち少なくとも酸素流量または圧力またはその両方の値を変化させることによりエッチング加工量を制御することを特徴とするエッチング処理方法。
【請求項６】
真空処理室内に収容した試料に処理を施すエッチング処理方法であって、
エッチング処理の推定結果に基づき、エッチング処理を制御するパラメータのうち少なくとも酸素流量または圧力またはその両方のパラメータ値について、エッチング処理の結果が目標とする加工量となるような値を計算し、
前記パラメータ値の計算結果に基づいて次のエッチング処理を行うことを特徴とするエッチング処理方法。
【請求項７】
複数のパラメータを含む処理条件に基づいてエッチング処理を施すエッチング処理方法であって、
前記複数のパラメータのうち塩素流量、臭化水素流量、高周波電源、コイル電流、温度、処理時間、電極の間隔は固定の値としてエッチング処理を制御することを特徴とするエッチング処理方法。
【請求項８】
複数のパラメータを含む処理条件に基づいてエッチング処理を施すエッチング処理方法であって、
処理の状態をモニタし、
処理の状態から予め設定した処理結果の予測式を用いて処理結果を推定し、
前記複数のパラメータのうち、少なくとも酸素流量または圧力またはその両方について前記推定した処理結果をもとにエッチング処理の処理結果が目標とする値となるようなパラメータ設定値を計算し、他のパラメータについては固定の値を設定して処理条件を生成し、
前記処理条件に基づいて次のエッチング処理を行うことを特徴とするエッチング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理技術に関し、特に半導体製造プロセスのエッチング処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路チップは、半導体デバイス化ウェハ上に導電層や絶縁層あるいはその他の薄膜層を成膜工程により順次積層し、必要に応じて各層毎に露光工程とエッチング工程によりパターン層を形成した後個々のチップを切断分離して製造される。半導体集積回路の速度性能は、材料が同じ場合には主に回路パターンの幅寸法によって決まるため、年々微細化が押し進められている。この微細形成された回路パターンのエッチング技術として、ドライエッチングプロセスが発展してきた。
【０００３】
ドライエッチング処理は、例えば、真空処理室内にエッチングガスを導入し、減圧下でプラズマ放電を発生させ、このプラズマ中に発生するラジカルあるいはイオンを、被処理物であるウエハ表面に反応させてエッチングする。このとき、エッチング処理はレシピと呼ばれる複数の設定条件に基づいて行われる。このレシピに規定されるパラメータとしては、ガス流量、ガス圧力、投入電力、エッチング時間等がある。従来、レシピは同一プロセス内では一定である。
【０００４】
ドライエッチングではメカニズム上、ウエハとエッチングガスの反応生成物が処理室内壁に堆積する。そしてこの堆積物からアウトガスと呼ばれる不要なガスが発生し、処理室内の環境が時間とともに変化する。また、処理室関連部品の温度変化、部品の消耗によっても処理室内環境は変化する。このようにドライエッチング処理には処理結果を左右する様々な外乱要因が存在する。
【０００５】
さらに、エッチングの前工程であるリソグラフィー工程で形成するマスクの形状寸法のばらつきも、エッチング処理結果に重要な影響を与える。
すなわち、一定のレシピを用いてエッチング処理を行っても、種々の外乱により一定の性能を得ることは困難である。
この様な種々の外乱を補償する従来技術としては、装置の状態に応じてレシピのパラメータのうちエッチング時間を微調整してエッチング量を制御する方法が報告されている（非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｔｈｏｍａｓ　Ｆ，　Ｅｄｇａｒ　Ｓ，　Ｊｏｅ　Ｑｉｎ，　Ｗ．Ｊ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ，
Ｓｈｏｒｔ　Ｃｏｕｒｓｅ，“Ｒｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｆａｕｌｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”，
ＡＥＣ／ＡＰＣ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ＸＩＩ，　２０００　Ｓｅｐｔ．，　ｐｐ．１１０−１１５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において述べた非特許文献１に制御方法の具体例は述べられていないが、通常は、ある条件に基づいてエッチング処理を行ない、処理が終了した後に処理結果を測定し、その結果に基づいてエッチング時間を微調整し、次の処理を行なうことになる。その場合エッチング処理結果の計測は、ロットと呼ばれる複数枚（数枚〜２５枚）のウエハを全て処理した後に、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　以下ＳＥＭ）等を用いてオフラインで行われる。そのため、条件の微調整結果が処理に反映されるまでには１〜２ロットの遅延を生じるという問題点があった。
【０００８】
また、エッチング時間を微調整してエッチング量を制御しようとすると、同一ロット内や、ロット間でのパターン完成寸法のばらつきが大きくなることがあった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、微細なパターンに対してもパターン完成寸法のばらつきを押さえつつ、所望の完成寸法を得ることができるドライエッチング処理装置およびドライエッチング処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、ポリシリコンを用いた半導体試料に対してエッチング処理を行う際、エッチング処理を制御するパラメータのうち少なくとも酸素流量または圧力またはその両方の値を変化させることによりエッチング加工量を制御する。
【００１１】
より詳しくは、エッチング処理状態の推定結果に基づき、エッチング処理装置のエッチング処理の結果が目標とする加工量となるようにエッチング処理を制御するパラメータのうち少なくとも酸素流量または圧力またはその両方の値を計算するパラメータ計算手段を備えパラメータ計算手段の計算結果に基づいて次のエッチング処理を制御するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
まず、本発明を適用するドライエッチング装置の概要を説明する。
図１に、ドライエッチング装置の構成図を示す。
図１には、ドライエッチング処理装置は本体１００と本体に接続された検査装置１２０で構成される例を示す。検査装置１２０はこのように本体と別構成でも本体の内部に設置されていてもよい。本体１００は制御装置１１２を備えており、検査装置１２０からの出力を受けて処理装置の運転を制御することができる。検査装置１２０としては、例えば、エッチング後の加工形状を計測するＣＤ−ＳＥＭが一般的であるが、光の散乱光を利用したスキャトロメトリと呼ばれる光学式の加工形状測定手段等でも良い。
【００１４】
本体１００内部には、処理チャンバ（処理容器）１０９と、処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段１１０と、処理ガスを排気し処理チャンバ内の圧力を制御するガス排気手段１０３を備える。さらに処理チャンバ１０９内には処理対象となる試料１０６を支持する試料台１０５が設置されており、また処理チャンバ内にはプラズマを生成するためのプラズマ生成手段１０８が備えられる。
【００１５】
プラズマ生成手段１０８は、処置チャンバ１０９内に電磁波を伝送して供給する電磁波供給手段１０１、処理チャンバ１０９内に磁場を生成するためのソレノイドコイル１０２，１０７を備える。また、試料台１０５には、発生したプラズマ種を試料側に向かわせるために高周波電源１０４から高周波の電圧が印加される。
【００１６】
このドライエッチング装置には、装置状態検出手段１１１が設置されている。装置状態検出手段１１１は、例えば、ガス供給手段１１０から供給されるガス流量を検出するモニタ、プラズマ生成のための電力を供給する給電路の電流及び電圧を検出する検出器、前記電流及び電圧の位相差を検出する検出器、プラズマ生成のために供給する高周波電力の進行波及び反射波を検出する検出器、インピーダンスモニタなどからなる。
【００１７】
装置状態検出手段１１１は、装置に供給するガス流量、ガス圧力、投入電力等の処理中のプロセス量をモニタするもので、プラズマ生成手段１０８によって生成されるプラズマからの発光を検出してこれを分析する分析装置を備えている。装置状態検出手段１１１に備えられる発光の分析装置は、波長分解された発光スペクトルを出力する分光器のように多数の信号を出力する検出器が望ましいが、モノクロメータのような単一波長の光を取り出す検出器であってもよい。分光器の出力の発光スペクトルは、各波長の光強度を表す信号である。また、装置状態検出手段１１１は、プラズマ中物質の質量スペクトルを出力する四重極質量分析器などの一般的なプラズマ状態モニターであってもよい。このような処理中のプロセス量をモニタする付加センサ１１１を以下、Ｉｎ−Ｓｉｔｕセンサと称する。Ｉｎ−Ｓｉｔｕセンサによりエッチング処理を行ないながらその状態をモニタしてフィードバックをかけるため、レシピはウエハ処理中あるいはウエハ処理毎に変更可能である。
【００１８】
制御装置１１２は、上記装置状態検出手段１１１からの出力を受けて装置の運転を調節する機能を備えている。この制御装置１１２は、例えば、プラズマを発生させるための電磁波や磁界を発生させるマグネトロン等を備えた、プラズマ発生手段１０８に対する投入電力の投入及び遮断、あるいは投入電力の調節を行う。また、他の手段を用いて発生するプラズマの出力を調節することもできる。例えば、装置状態検出手段１１１はプラズマを用いて試料を処理している間に発生する所定波長の光を検出した検出データをもとに処理に係る特定の反応量の増減、反応速度やプラズマの強さ等の反応状態を検出して、プラズマの発生・停止、装置の起動・停止を指令し装置の運転を調節することができる。
【００１９】
次に、本実施形態の処理の概要を説明する。
図２は、本実施形態の処理の概要を説明する図である。
半導体のゲート製造プロセスにおいては、エッチング工程の前にホトリソグラフィ工程２１０がある。ホトリソグラフィ工程２１０においては、半導体基板上に堆積されたゲート電極材料の上にレジストを塗布する。そして、そのレジストを、エッチング工程２２０で目的とする電界効果型トランジスタのゲート部分に目的とする電極幅のゲート電極が得られるようにエッチング加工する。必要に応じ、ホトリソグラフィ工程２１０およびエッチング工程２２０の加工結果を、検査装置で電極幅の値を計測することにより検査２４０ａ、２４０ｂする。
【００２０】
この電極幅の値を以下の説明においてはＣＤ値（ＣＤ：ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）と呼ぶ。本実施の形態で用いるＣＤ値には、エッチング前のレジストの計測ＣＤ値と、エッチング目標量である目標ＣＤ値と、エッチング後の計測ＣＤ値とがある。検査２４０に用いる装置は、ＣＤ−ＳＥＭ等の検査装置である。本実施の形態においては、レシピ生成ブロック２３０をもち、ここでエッチング工程２２０での加工結果が目的とする電極幅となるようなレシピを生成する。
【００２１】
次に、レシピ生成ブロック２３０の処理の概要について説明する。
レシピ生成ブロック２３０においては、まず入力された電極幅の目標値２３１とエッチングＣＤ−ＳＥＭ等の検査装置で検査２４０ａされたレジストのＣＤ寸法から加工量を算出して、パラメータ値計算モデルに入力する（フィードフォワード修正）。そして、目的の加工量を実現するレシピを生成する。
【００２２】
本実施の形態においては、レシピに含まれるパラメータのうちあるものはプロセス内で固定とし（２３２）、あるパラメータは目的の加工量を実現するために微調整する。このとき微調整するパラメータは、エッチング加工量を制御することが可能でかつパラメータ値を調整することが加工結果のばらつきに影響を与えにくいものを用いる。そして、目的の加工量が得られるような条件をパラメータ値計算モデル２３３により計算し、固定値の条件と合わせてレシピを生成する。エッチング装置はそのレシピに基づいてエッチング処理を行なう。
【００２３】
エッチング処理の状態はＩｎ−Ｓｉｔｕセンサ２４１によりモニタする。そして加工結果推定モデル２３４においてＩｎ−Ｓｉｔｕセンサのモニタ出力と予め設定した加工結果予測式を用いて加工結果ＣＤ値を推定し、その結果に応じて必要があれば装置状態に適したモデルの修正を行う（フィードバック修正）。なお、Ｉｎ−Ｓｉｔｕセンサはウエハ処理中にウエハ毎にモニタ可能であり、加工結果推定モデル２３４ではウエハ毎に加工結果を推定することができる。
以上説明した本実施形態の処理の流れをまとめたものが図３である。
【００２４】
次に、目標加工量について説明する。
図４はレジストＣＤ寸法と、加工量の関係を説明する図である。
図４の（ａ）にホトリソグラフィー工程後の半導体基板の一部分を示している。
【００２５】
４３はＳｉ基板、４２は絶縁膜であり、ここではポリシリコン４１上にレジスト４０がパターニングされている場合を示している。完成ＣＤ寸法と、加工量の関係は、図３の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す３通りとなる。まず、レジストのＣＤ寸法が、完成ＣＤ寸法の目標値より大きい場合を図４（ｂ）に示す。この場合、完成ＣＤ寸法がレジストのＣＤ寸法よりも細くなるようにエッチング処理を行なう（細め狙い）。図４（ｂ）の場合には、レジストＣＤ寸法と完成ＣＤ寸法とのずれを相殺する加工量であるＣＤシフト量はマイナス（−）の値となる。図４（ｃ）はレジストＣＤ寸法と完成ＣＤ寸法の目標値が等しい場合で、ＣＤシフト量は０となる（中心狙い）。図４（ｄ）は、レジストＣＤ寸法に対して完成ＣＤ寸法の目標値が大きい場合で、ＣＤシフト量はプラス（＋）の値となる。この場合は、完成ＣＤ寸法がレジストのＣＤ寸法よりも太くなるようにエッチング処理を行なう（太め狙い）。
【００２６】
上記のようにレジストのＣＤ寸法や、エッチング装置の状態に応じてＣＤシフト量を制御し、目標の完成ＣＤ寸法を得るレシピのパラメータ値の求め方について図５および図６を用いて説明する。
図５は、レシピのパラメータの値を求める処理のフローを示す図である。
【００２７】
パラメータの分析の説明に先立って、まずレシピで値を指定する各パラメータについてエッチング反応におけるその働きを説明する。
【００２８】
（１）Ｃｌ２　（２）ＨＢｒ
塩素Ｃｌ２、臭酸ＨＢｒは、被エッチング材料であるポリシリコンと反応して、化合物を形成し、被エッチング材料を気相中に脱離・排気させる役割を果たす。ＨＢｒの単位ｓｃｃｍは１分間に流すガスの体積を示し、ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｕｂｉｃ　ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒの略である。
【００２９】
（３）Ｏ２
酸素Ｏ２は、ポリシリコンと反応して、化合物を形成し、エッチングパターンの側壁に付着してパターンの側壁を保護する膜を形成する。またＯ２はＨＢｒが分離して派生するＨ原子と反応して、水分子Ｈ２Ｏを形成する。Ｈ２Ｏは低圧下では容易に気化して排気される。Ｃｌ２流量とＯ２流量はＨＢｒ流量との比をパラメータとして使用した。なぜならばＣｌ２はＨＢｒと相関しながらポリシリコンと反応し、Ｏ２もＨＢｒと相関しながらエッチング反応を進行させるからである。
【００３０】
（４）圧力
圧力はチャンバ内に存在するガス分子の量を決定する。圧力はチャンバに導入するガス流量に応じて、排気するガス流量をバタフライバルブで調整して決定される。
【００３１】
（５）ＵＨＦパワー
ＵＨＦパワーは電磁波供給手段１０１（図１）に印可する電力を示すもので、ガスのプラズマ化に寄与する。ＵＨＦパワーが大きいほどプラズマ密度が増加する。
【００３２】
（６）ＲＦパワー
ＲＦパワーは試料台１０５（図１）に印可される高周波の電力を示し、プラズマを基板に引き込む効果を有する。印可電力が大きいほど基板に引き込まれるプラズマ種の量が多くなる。
【００３３】
（７）ダミー因子
以上（１）ないし（６）の６つのパラメータをタグチメソッドを用いて直交表に割り付けて実験を実施した。タグチメソッドとは、半導体製造装置等において製造条件のパラメータを分析し特徴を抽出する手法である。具体的には、複数のパラメータについて条件を変えた組み合わせを直交表で表し、その直交表に従って実験を行い、実験の結果に基づいて各パラメータを分析する。その際、６つのレシピパラメータ以外にエッチング結果（ＣＤシフト量）に影響を及ぼす因子があるかどうかの示唆を与えるものがダミー因子である。直交表上に７番目の因子としてダミー因子をとり、ダミー因子についても、同様の計算を実施する。計算の結果、水準１・水準２間でＳ／Ｎ比が大きく異なった場合は、上記６つのパラメータとは別の重要な因子の存在が示唆される。今回は、計算の結果、重要な因子の存在は認められなかった。
【００３４】
（８）パラメータ設計に用いなかったその他のパラメータ
・コイル電流
コイル電流はチャンバ上部と周辺に置かれたソレノイドコイルに流す電流値である。これによりチャンバ内に発生する磁場分布が決定され、これに伴いプラズマ分布が決定される。プラズマ分布はエッチング結果の面内でのばらつきに大きく影響するため、制御因子を選択するパラメータ設計には用いなかった。
・温度
ステージ温度は試料台の温度である。プラズマ種のポリシリコンへの吸着・反応・脱離といったエッチング反応速度を決定する、反応の各ステップに影響を及ぼす。温度は一定化するのに時間がかかるため、ダイナミックな制御が難しく制御因子の選択肢より除外した。
・エッチング時間
エッチング時間は結果に大きな影響を及ぼす因子である。但し、エッチングの終了は通常終点検出によって決定されるため、制御因子の選択肢より除外した。
【００３５】
次に、パラメータの分析方法について説明する。
図６は、実験結果のグラフである。
まず、エッチング装置を対象にタグチメソッドを用いたパラメータ分析を実施する（Ｓ５０１）。タグチメソッドとは、前にも述べたが半導体製造装置等において製造条件のパラメータを分析し特徴を抽出する手法である。具体的には、複数のパラメータについて条件を変えた組み合わせを直交表で表し、その直交表に従って実験を行い、実験の結果に基づいて各パラメータを分析する。
【００３６】
まず、実験結果に基づき加工結果のばらつき（均一性）に対する影響が大きいパラメータを抽出する（均一性影響因子抽出　図５　Ｓ５０２）。
加工結果のばらつきであるＣＤ値の誤差を生じる因子としては、ウエハ内位置、パターン密度差、材料差（ｎ・ｐ）が考えられる。誤差を正確に捕らえるために、これら種々の誤差因子が異なるパターンのＣＤシフト量を計測し、Ｓ／Ｎ比と均一性を算出した。
【００３７】
Ｓ／Ｎ比は、ばらつき具合を測る相対的な尺度であり、ＣＤシフト量の平均値の２乗を分散の２乗で割り、対数を取ったものである。Ｓ／Ｎ比は相対的な尺度であるので、条件の比較は可能であるが、絶対量を表すものではない。
一方、均一性はばらつき具合の絶対値を表す。均一性の値は、ＣＤシフト量の最大値と最小値との差を、最大値と最小値の和で割って算出する。Ｓ／Ｎ比は相対的な尺度であるので、条件の比較は可能であるが、その条件におけるばらつき具合の絶対値を知るためには、最大値と最小値との差を、最大値と最小値の和で割った均一性の算出が必要である。
【００３８】
図６（ａ）は、各パラメータと均一性の関係を表す図である。図６（ａ）に示すようにＣｌ２／ＨＢｒ流量比、ＨＢｒ，ＵＨＦパワー、ＲＦパワーは、パラメータの値をそれぞれａ１からａ２、ｃ１からｃ２、ｅ１からｅ２、ｆ１からｆ２に変化させると均一性の指標であるＳ／Ｎ比が変動している。従ってこれらのパラメータはＣＤシフト量の均一性に対する影響が大きい面内均一性影響因子と考えられる。一方Ｏ２／ＨＢｒ流量比と圧力はパラメータの値をそれぞれｂ１からｂ２、ｄ１からｄ２に変化させても均一性にほとんど影響がない。ＣＤシフト量の制御に用いるパラメータは均一性に対する影響が小さいものが望ましいので、均一性への影響が大きいパラメータは選択肢から除く。
【００３９】
次に、均一性に対する影響が小さいパラメータの中からＣＤシフト量の制御性が優れたパラメータを抽出する（ＣＤシフト量制御因子抽出　Ｓ５０３）。
図６（ｂ）は、各パラメータとＣＤシフト量の関係を表す図である。ＣＤシフト量制御性に優れたパラメータは、圧力とＲＦパワーとＯ２／ＨＢｒ流量比である。しかし、ＲＦパワーは均一性影響因子であるので、圧力とＯ２／ＨＢｒ流量比がＣＤシフト量制御性に優れたパラメータとして抽出される。
【００４０】
均一性に対する影響が大きいパラメータについてはその影響が最小となるようにパラメータを最適化し、条件を固定する（均一性影響因子最適化　Ｓ５０４）。そして、ステップ５０３で得られた、均一性への影響が小さくＣＤシフト量の制御性に優れたパラメータ（本実施の形態ではＯ２流量と圧力）について、パラメータの変化とＣＤシフト量との関係を把握する実験を実施し、モデルを導出する（Ｓ５０５）。
【００４１】
図７は、圧力とＯ２流量とＣＤシフト量との関係を示す図である。これが、レシピ計算のモデルとなる。
【００４２】
図８に、圧力とＯ２流量をＣＤシフト量制御因子として用い、その他のパラメータは固定値としてレシピを生成してエッチング処理を制御する場合の処理の概要を示す。
図８は図２の固定値２３２と、パラメータ値計算モデル２３３の部分に具体的なパラメータを追加した図である。図８においては、目的の加工量を実現できるような製造条件をエッチング装置に与えるレシピを生成する際、レシピに含まれるパラメータのうちＣｌ２／ＨＢｒ流量比、ＨＢｒ，ＵＨＦパワー、ＲＦパワーはプロセス内で固定とし、圧力とＯ２／ＨＢｒ流量比は目的の加工量を実現するために調整する。圧力とＯ２／ＨＢｒ流量比は、目的の加工量が得られるような条件をパラメータ値計算モデル２３３により計算する。
【００４３】
パラメータ値計算モデルによるパラメータ値の計算方法について説明する。
図９は、本発明の実施形態にかかるパラメータ値計算モデルを示す図である。図９（ａ）は圧力とＯ２／ＨＢｒ流量比の２条件と目標加工量の関係を示すモデルである。図９において、軸９０２に目標加工量（図４のＣＤシフト量にあたる）を、軸９０３には制御因子の１つであるＯ２／ＨＢｒ流量比を、軸９０４には制御因子の１つである圧力をとっている。９００は応答曲面（ＲＳＭ：Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｏｄｅｌ）で表されるレシピ計算モデル、黒点で示した９つの点は実験値である（まとめて９０１の符号を付している）。
【００４４】
図９（ｂ）は、図９（ａ）を説明のために簡略化し、圧力の１因子と目標加工量の関係を示したモデルである。図において、９００は一次元応答曲面で、簡略化したため回帰直線で表現される。実験値９０１はここでは３つである。モデルは目標仕様から処理条件を逆計算するために用いるものである。図９の目標加工量９０２は、図４のＣＤシフト量に当たり、完成ＣＤ寸法の目標値である目標仕様９０５からレジストＣＤ寸法である前工程処理結果９０６を差し引くことによって求まる。目標仕様９０５から前工程処理結果９０６を差し引くようにしているため、前工程処理結果９０６が変動してもその変動に対応したエッチング処理条件を設定して目標仕様を達成することができる。
【００４５】
前工程処理結果９０６が目標仕様９０５と等しい場合（図４（ｃ）に示した中心狙い）、目標加工量９０８ａを得るための処理条件は、モデル９００から９０８ｂが逆計算され、この処理条件でエッチングを行うことにより図４（ｃ）のエッチング結果が得られる。
前工程処理結果９０６が目標仕様９０５より大きい場合（図４（ｂ）に示した細め狙い）、目標加工量９０７ａから処理条件９０７ｂが逆計算され、この処理条件でエッチングを行うことにより図４（ｂ）のエッチング結果が得られる。
前工程処理結果９０６が目標仕様９０５より小さい場合（図４（ｄ）に示した太め狙い）、目標加工量９０９ａから処理条件９０９ｂが逆計算され、この処理条件でエッチングを行うことにより図４（ｄ）のエッチング結果が得られる。
【００４６】
以上で述べた逆計算は、簡略化して２次元のグラフ上で行う場合について説明した。２つの因子を制御してＣＤシフト量を制御する場合には、図９（ａ）の応答曲面９００上で目標のＣＤシフト量が得られる２つの因子の値の組み合わせを選択すればよい。その場合、どちらか一方の因子を主に調整する場合や、両方の因子を少しずつ調整する場合が考えられる。
【００４７】
図９（ａ）に示したパラメータ値計算モデルによってパラメータ値を算出するパラメータはＯ２流量と圧力の２つである。その他のパラメータ（Ｃｌ２流量・ＨＢｒ流量・ＵＨＦパワー・ＲＦパワー等）は、固定値として扱う。そしてこれらのパラメータについてパラメータ値、固定値をそれぞれ設定したレシピを生成し、エッチング装置に設定し、エッチング処理２２０を開始する。
【００４８】
次に、パラメータ値計算モデルの修正方法について説明する。
図１０はパラメータ値計算モデルの修正方法を説明する図である。目標加工量に対して算出されたレシピを用いてエッチングを実施した結果、目標加工量が実現された場合は、パラメータ値計算モデルの修正の必要はない。しかし所望の結果が得られない場合は、パラメータ値計算モデルの修正が必要である。修正方法としてはエッチングに使用した初期のレシピに対する実際の加工量１０００をプロットし、その点を通るものとしてパラメータ値計算モデルを修正する９００Ａ。図１０（ａ）では傾きを一定にしてモデルを切片調整した例を示したが、切片を一定にして傾き調整する方法も考えられる。
【００４９】
Ｏ２と圧力を用いたＣＤシフト量の制御方法について具体的に説明する。Ｏ２のみではおよそ３ｎｍのＣＤシフト量の調整が可能であり、圧力のみではおよそ４ｎｍの調整が可能である。
【００５０】
図１０（ｂ）はＯ２／ＨＢｒ流量比と圧力の２条件と目標加工量との関係を示すパラメータ値計算モデルを切片調整した例である。１次元の回帰直線の場合と同様、初期のレシピとその実際の加工結果のプロットからパラメータ値計算モデルを修正する。そして、エッチングを実施するウエハについては、修正後のパラメータ値計算モデルを用いて、レシピを生成しエッチング処理を実施する。以下エッチング装置に投入された一連のウエハ（通常ロットと呼ぶ）の処理が終了するまで、随時パラメータ値計算モデルを修正しながらエッチング処理を実施する。
【００５１】
目標とするシフト量に対し、使用可能なＯ２流量と圧力の組み合わせは、図５（ｂ）に示すとおり線上に無数に存在する。従って、目標ＣＤシフト量が３〜４ｎｍ内である場合、一つの因子の条件を固定とし、もう一方の因子のみでＣＤシフト量を調整することも可能であり、両方の因子を微小に調整して、目標ＣＤシフト量を実現することも可能である。
【００５２】
さらに大きな７ｎｍまでのＣＤシフト量を調整する場合には、両方の因子を調整することが必要である。７ｎｍより大きな値を調整するためには、３番目の調整因子を使用することも考えられる。但し、この場合は、均一性の多少の劣化を伴う。ＲＦパワーがＣＤシフト量の調整効果が高いことがわかっており、ＲＦパワーが第３の調整因子としては有望である。
【００５３】
Ｏ２と圧力がＣＤシフト量の調整因子として適当である理由を考察する。
Ｏ２流量は前述のように側壁保護膜の量に寄与するため、Ｏ２流量を増加させることで、側壁に付着する保護膜が増加し、ＣＤシフト量は増加する。圧力はチャンバ内のガス分子の量を決定する。圧力が増加すると、基板に引き込まれる分子の量が増加して、側壁に付着する保護膜の量が増加すると考えられる。
【００５４】
次に加工結果の推定処理（図２、図８の加工結果推定モデル２３４の処理内容）について説明する。
図１１（ａ）は、装置状態をモニタするｉｎ−Ｓｉｔｕセンサのデータから予測加工結果を得るためのフローである。
【００５５】
ｉｎ−Ｓｉｔｕセンサとしてプロセス量をモニタして加工結果推定に利用するセンサとしては、発光分光器などの多数のデータを出力するセンサ、プラズマインピーダンスモニタのようにプラズマの状態に感度が高いセンサ、その他の圧力や温度や電圧、電力の入射、反射などの種々のセンサが使用可能である。また、発光分光器のように多数のデータを同時に取得できるセンサが一つあるだけでもよい。これらのセンサを用い一定時間毎、たとえば１秒毎に、装置の状態を表す信号を取得する（Ｓ１１０１）。この一回の取得で得られるセンサデータの数は数十個から数千個である。
【００５６】
これら多数のデータの情報量を圧縮して装置の状態を表す装置状態信号を生成する（Ｓ１１０２）。装置状態信号の数は場合によって変わるが、数個から数十個である。信号圧縮には主成分分析などの統計的解析法を用いる。
【００５７】
このようにして得られた装置状態信号の時間変化を、平均化や微分操作することによって、ウエハ毎の処理状態信号を生成する（Ｓ１１０３）。
そしてその処理状態信号および前に求めた処理結果予測式を用いてウエハの加工形状を予測する（Ｓ１１０４）。処理結果予測式１１０５は処理後のウエハの加工結果を予測する予測式であり、予めデータベースに格納しておく。さらに、前記加工結果推定処理（Ｓ１１０４）では処理状態信号を用いてウエハ内で加工形状のばらつきも計算する。
【００５８】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す加工結果予測式１１０５を生成するための処理を説明する図である。まず、エッチング処理装置を用いてウエハの処理を行う（Ｓ１１０７）。つぎにプロセス量をモニタするセンサのデータを圧縮し（Ｓ１１０２）、圧縮したデータを処前記処理の終了した処理状態信号データベースに格納する（Ｓ１１０８）。そして、ウエハの加工形状を、例えばＣＤ−ＳＥＭなどで測定し（Ｓ１１０９）、加工結果データベースに保存する（Ｓ１１１０）。実測した加工形状と処理状態信号の相関関係式を重回帰分析により求め、加工結果予測式１１０５を生成する（Ｓ１１１１）。
【００５９】
図１２は、本実施形態による装置安定化の効果を従来の場合と比較して示す図である。縦軸はＣＤシフト量であり、上に行くほどＣＤ値の加工結果が太ることを示している。生産管理上、このＣＤシフト量はわずかに正の値で一定に保たれることが理想的である。しかし、処理室内壁面への反応生成物の堆積などにより、プラズマやケミストリの状態がわずかではあるが変化していくために加工に長期的な変動が生じる。これをこの図ではロット間変動と名づけている。特に内部の堆積物を除去するために処理室を大気開放して全掃をした後から、処理室内壁面の状態が安定するまでの間の変動が大きい。また、ロット内においても、反応生成物の堆積や内壁面の温度変化などにより短期的な変動（ロット内変動）が生じる。さらに、ホト工程やエッチング工程の加工による同一ウェハ内のばらつき変動も生じる。
【００６０】
図１２では、３つの条件下でのロット間変動、各表において黒点で示した部分についてのロット内変動、ロット内の５つのウェハを抽出してみた場合のウェハ内のばらつきを示している。ここで１ロット２５枚としている。は図１２（ａ）は、従来のエッチング処理の場合のロット間、ロット内のＣＤシフト量の変動量、およびウェハ内のばらつきを示している。ばらつきは、縦方向に大小を幅で示している。
【００６１】
従来からこうした変動に対しては、内壁面の温度調整などのハード的な改善により、あるいは適当な間隔で（たとえばロットごとやウエハごと）クリーニングをおこなって堆積物を除去して、処理室の状態を安定化させることによりデバイス加工の許容範囲以内におさめている。しかしながら、デバイスの微細化にともない、許容範囲が小さくなると従来の方法では安定化の限界が生じている。
【００６２】
図１２（ｂ）は圧力とＲＦパワーを制御因子として、モデルに基づくフィードバック制御およびレジストＣＤ値に対して加工量を最適化させたフィードフォワード制御を実施した結果である。レシピ調整をしない場合に比べ、ロット間変動・ロット内変動とも抑えられているが、ばらつき変動についてはかえってばらつきが大きくなってしまう。
【００６３】
図１２（ｃ）は本実施の形態の場合で、圧力とＯ２流量を制御因子として、モデルに基づくフィードバック制御およびレジストＣＤ値に対して加工量を最適化させたフィードフォワード制御を実施した結果である。ＲＦパワーを制御因子として選択した場合に比べ、ロット間変動・ロット内変動のみならず、ばらつき変動も抑えられ、デバイス加工の許容範囲以内におさめることが可能になる。
【００６４】
次に別の実施形態について図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明のさらに他の実施形態を示す図である。なお、この図において図２に示される部分と同一部分についてはその説明を省略する。本実施の形態においては、図２に示すＩｎ−Ｓｉｔｕセンサ２４２に代えて、光散乱形状推定処理（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）１３０１を用いる。光散乱形状推定処理１３０１は、ウェハ上に設けた複数の格子マークに、波長もしくは入射角をパラメータとして光を照射して反射率を測定する。そして予め理論計算によって作成しておいた特徴ライブラリと比較して一致度の良いライブラリ波形を探索し、さらに、形状パラメータを調整することにより複数の格子マークにより形成されるウエハの形状、寸法を推定することができる。
【００６５】
この光散乱推定処理１３０１を行う光散乱推定装置を、プロセス量をモニタするための測定装置（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）としてエッチング処理装置に組み込み、エッチング処理直後のウェハをエッチング装置内で計測し、寸法、形状を推定する。推定結果を基にパラメータ値計算モデルを修正することは図２の場合と同様である。
【００６６】
図１４は、本発明の他の実施の形態を示す図である。なお、図１４において図２に示される部分と同一部分についてはその説明を省略する。本実施形態においては、図２に示す加工結果推定モデルは使用しない。こうすることにより、フィードバックのループ速度は遅くなるが、実際の加工結果の計測値を用いたフィードバックを行うことができる。このため、パラメータ値計算モデルをより正確に修正することができる。
また本実施形態においては、生成したレシピに対して、過去の実績あるレシピを参照して使用可能レシピを選択する機能１４０２を付加した。これにより、パラメータ値計算モデルが出力するレシピを実績に即したものとすることが可能である。
【００６７】
以上に述べた実施形態によれば、プロセス量をモニタするためのセンサ出力あるいは加工結果の測定機の測定結果を基にフィードバック制御およびフィードフォワード制御を施すので、経時変化等に基づくロット間変動・ロット内変動およびばらつき変動をおさえて精度のよいデバイス加工を実施することができる。
【００６８】
また、パターン完成寸法の均一性の劣化を引き起こすことなく、複数のレシピをウエハ毎に微調整して、所望の完成寸法を得ることが可能である。また、装置初期化（クリーニング）等の保守作業の頻度を従来より大幅に軽減し、装置稼働率を向上して生産性を向上させる効果がある。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハ毎にレシピを微調整して、所望の完成寸法を得ることができるドライエッチング処理装置およびドライエッチング処理方法を提供することができる。また、パターン完成寸法のばらつきの少ないドライエッチング処理装置およびドライエッチング処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチング装置の概要を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態のエッチング処理の概要を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態のエッチング処理の流れを示す図である。
【図４】ＣＤシフト量を説明する図である。
【図５】制御因子を求める処理のフローを示す図である。
【図６】実験結果のグラフである。
【図７】制御因子とＣＤシフト量の関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態のエッチング処理の概要を示す図である。
【図９】パラメータ値計算モデルを示す図である。
【図１０】パラメータ値計算モデルの修正方法を説明する図である。
【図１１】加工結果の予測方法について説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態による効果を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態のエッチング処理の流れを示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態のエッチング処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
１００…エッチング処理装置の本体、１０１…電磁波供給手段、１０２、１０７…ソレノイドコイル、１０３…ガス排気手段、１０４…高周波電源、１０５…試料台、１０６…試料、１０８…プラズマ生成手段、１０９…処理チャンバ、１１０…ガス供給手段、１１１…装置状態検出手段、１１２…制御装置、１２０…検査装置、２１０…ホトリソグラフィ処理、２２０…エッチング処理、２３０…レシピ生成部、２３１…目標値、２３２…レシピパラメータの固定値、２３３…パラメータ値計算モデル、２３４…加工結果推定モデル、２４０，２４１…検査、４０…レジスト、４１…ゲート材料、４２…下地絶縁膜、４３…シリコン基板、１３０１…検査、１４０１…レシピサーバ、１４０２…使用可能レシピ選択部。
【図１】
2004119753.tif 000003
【図２】
2004119753.tif 000004
【図３】
2004119753.tif 000005
【図４】
2004119753.tif 000006
【図５】
2004119753.tif 000007
【図６】
2004119753.tif 000008
【図７】
2004119753.tif 000009
【図８】
2004119753.tif 000010
【図９】
2004119753.tif 000011
【図１０】
2004119753.tif 000012
【図１１】
2004119753.tif 000013
【図１２】
2004119753.tif 000014
【図１３】
2004119753.tif 000015
【図１４】
2004119753.tif 000016