(57)【要約】【課題】処理装置の処理結果が経時的に変化する場合においても一定の処理結果を得ることのできる半導体処理装置及び処理方法を提供する。【解決手段】処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理装置であって、該半導体処理装置は、前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサ２６と、該状態センサ２６の検出データをもとに前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定するロット内変動パターン推定手段５４を備え、該ロット内変動パターン推定手段５４の推定結果をもとにロット内における試料に適用する処理条件を変更する。【選択図】        図５
2004241500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理装置であって、
該半導体処理装置は、前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサと、
該状態センサの検出データをもとに前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定するロット内変動パターン推定手段を備え、
該ロット内変動パターン推定手段の推定結果をもとにロット内における試料に適用する処理条件を変更することを特徴とする半導体処理装置。
【請求項２】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理装置であって、
該半導体処理装置は、前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサと、
状態センサの検出データとロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンとの関連情報を格納したロット内変動パターンデータベースを備えたロット内変動パターン推定手段を備え、
該ロット内変動パターン推定手段は前記状態センサの検出データをもとにロット内パターンデータベースを参照して前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定し、推定結果をもとにロット内における試料に適用する処理条件を変更することを特徴とする半導体処理装置。
【請求項３】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理装置であって、
該半導体処理装置は、前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサと、
状態センサの検出データとロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンとの関連情報を格納したロット内変動パターンデータベースを備え、前記状態センサの検出データをもとにロット内変動パターンデータベースを参照して前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定するロット内変動パターン推定手段と、
前記ロット内変動パターン推定手段が推定したロット内変動パターンをもとにロット内における試料に適用する処理条件を演算するロット内処理条件演算手段を備えたことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項４】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理装置であって、
該半導体処理装置は、前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサと、
状態センサの検出データとロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンとの関連情報を格納したロット内変動パターンデータベースを備え、前記状態センサの検出データをもとにロット内変動パターンデータベースを参照して前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定するロット内変動パターン推定手段と、
加工形状制御用のレシピを格納した加工形状制御用レシピデータベースを備え、前記ロット内変動パターン推定手段が推定したロット内変動パターンをもとに前記加工形状制御用レシピデータベースを参照してロット内における試料に適用する処理条件を演算するロット内処理条件演算手段を備えたことを特徴とする半導体処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか１の記載において、
前記状態センサの検出データは処理チャンバ内に存在するプラズマの発光スペクトルの検出データであることを特徴とする半導体処理装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項４の何れか１の記載において、
前記状態センサの検出データは処理チャンバ内に存在するプラズマの発光スペクトルの検出データであり、ロット内変動パターンデータベースはロット内における加工寸法の変動パターンを格納することを特徴とする半導体処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４の何れか１の記載において、
前記ロット内変動パターン推定手段は、状態センサが検出した処理チャンバ内に存在するプラズマの発光スペクトルデータとロット内連続処理におけるロット内における加工寸法の変動パターンとの関連情報を格納したロット内変動パターンデータベースを備え、前記状態センサの検出データをもとにロット内変動パターンデータベースを補間して参照して前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定することを特徴とする半導体処理装置。
【請求項８】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理方法であって、
前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサの検出データをもとに、ロット処理の開始前に前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定し、この推定結果をもとにロット内における試料に適用する処理条件を試料毎に変更して処理することを特徴とする半導体処理方法。
【請求項９】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理方法であって、
前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサの検出データとロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンとの関連情報を格納したロット内変動パターンデータベースを備えたロット内変動パターン推定手段を備え、
該ロット内変動パターン推定手段は、前記状態センサの検出データをもとにロット処理の開始前にロット内変動パターンデータベースを参照して前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定し、推定結果をもとにロット内における試料に適用する処理条件を試料毎に変更して処理することを特徴とする半導体処理方法。
【請求項１０】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理方法であって、
前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサの検出データとロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンとの関連情報を格納したロット内変動パターンデータベースを備え、前記状態センサの検出データをもとに、ロット処理の開始前にロット内変動パターンデータベースを参照して前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定し、推定した変動パターンをもとにロット内の各試料に対する加工寸法変動量を算出し、算出した加工寸法変動量をもとに各試料に適用する処理条件を変更することを特徴とする半導体処理方法。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０の何れか１の記載において、
前記状態センサの検出データは処理チャンバ内に存在するプラズマの発光スペクトルの検出データであり、ロット内変動パターンデータベースはロット内における加工寸法の変動パターンを格納することを特徴とする半導体処理方法。
【請求項１２】
請求項８ないし請求項１０の何れか１の記載において、
状態センサが検出した処理チャンバ内に存在するプラズマの発光スペクトルデータとロット内連続処理におけるロット内における加工寸法の変動パターンとの関連情報を格納したロット内変動パターンデータベースを備え、前記状態センサの検出データをもとにロット内変動パターンデータベースを補間して参照して前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定することを特徴とする半導体処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置及び半導体処理方法に係り、特に、連続処理に好適な半導体処理装置及び半導体処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの寸法は微細化しており、加工の寸法精度に対する要求も厳しくなっている。半導体処理装置は、熱あるいはプラズマを用いて半導体ウエハに物理化学的な加工処理を施す。このような処理装置では、装置内部の化学反応により生成された反応生成物が処理装置の内壁に堆積して残留する。残留する反応生成物は処理時間の経過と共に増大し、これに伴いウエハの処理状態は徐々に変化する。
【０００３】
すなわち、ウエハの処理を重ねるうちに、半導体デバイスの加工形状は徐々に変化し、これに伴い半導体デバイスの性能が劣化する。
【０００４】
この問題に対しては、通常、プラズマを用いて、処理チャンバ内壁の堆積物をクリーニングする。しかし、このプラズマクリーニングでは処理チャンバ内壁に堆積する反応生成物を完全に除去することはできない。このため、前述のように処理を重ねるうちに、処理チャンバ内壁の一部に堆積する反応生成物の膜厚は徐々に増大し、半導体デバイスの加工形状が徐々に変化することになる。このため、通常は、加工形状が問題となるほどに変化する前に半導体処理装置を構成する部品を交換し、あるいは洗浄する。
【０００５】
また、前記反応生成物の堆積の外、様々な装置状態の変動がウエハの加工形状の変動に関与する。このため、例えばプラズマ処理装置においては、その内部状態の変化を検出し、この検出結果をプラズマ処理装置の処理条件にフィードバックすることにより処理特性を一定に保つなどの工夫がなされてきた。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ウエハ１枚毎にエッチング処理の結果をモニタし、モニタ結果が検査条件に対して合格か不合格かを判定し、不合格と判定した場合には処理条件の修正を行い、処理特性を回復させることのできるエッチング処理装置が示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、試料の処理中に、プラズマ状態を反映する電気的信号を測定し、測定した電気信号の値をもとにプラズマ処理特性の予測値を算出し、この算出した予測値に基づいてプラズマの状態を診断することのできるプラズマ処理装置が示されている。
【０００８】
また、特許文献３には、過去のウエハの処理結果と処理状態のモニタデータをデータベースに保存しておき、現在のウエハのモニタデータから現在のウエハの処理結果を予測して処理の最適化制御を行う方法が示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−１３２２５１号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１０−１２５６６０号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２００１−２６７２３２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記引用文献１ないし３に示される方法では、ある特定のウエハの処理状態をモニタしてそのモニタデータをもとに該ウエハの加工結果のずれを予測して、次のウエハの処理条件を制御することになる。従って、この方法は、予測に用いた前記特定のウエハの加工結果と前記次のウエハの加工結果が同一でない場合は処理の最適化を図ることができない。
【００１３】
例えば、処理条件を変更しないとき、前記特定のウエハの加工寸法が過大であり、前記次のウエハの加工寸法が適切である場合において、前記特定のウエハの加工寸法が過大であるというモニタ結果をもとに、前記次のウエハの加工寸法を小さくするように処理条件を制御すると、本来は正常な加工結果が得られるはずの前記次のウエハの加工寸法が正常値より小さくなる。すなわち、処理を重ねるにつれて経時的に処理結果（加工結果）が変化するような処理装置においては、特定のウエハの処理状態をモニタしてそのモニタデータをもとに処理結果のずれを予測して次のウエハの処理条件を制御するのでは、最適の処理結果を得ることはできない。
【００１４】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、処理装置の処理結果が経時的に変化する場合においても一定の処理結果を得ることのできる半導体処理装置及び処理方法を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１６】
処理チャンバ、該処理チャンバ内に試料を保持するための試料台及び前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段を備え、前記処理チャンバ内に複数の試料を一つのロットとして連続して供給してロット内連続処理を施す半導体処理装置であって、該半導体処理装置は、前記処理チャンバ内の状態を検出する状態センサと、該状態センサの検出データをもとに前記ロット内連続処理における処理結果のロット内変動パターンを推定するロット内変動パターン推定手段を備え、該ロット内変動パターン推定手段の推定結果をもとにロット内における試料に適用する処理条件を変更する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体処理装置を説明する図である。図１では半導体処理装置としてプラズマエッチング装置を例に説明する。図において、８は装置全体を制御する処理コントローラであり、後述する処理条件演算装置から最適な処理条件を受信し、受信した処理条件をもとに処理装置の各部を制御する。１０はマイクロ波を発生するためのマグネトロン、１２はマグネトロン１０で発生したマイクロ波を処理チャンバ２０に伝送する導波管、１４は導波管１２と処理チャンバ間に設けたインピーダンス整合器、１６は処理チャンバ２０内に試料１８を保持する試料台、１８はウエハ等の試料、２０は処理チャンバであり、内部にプラズマを生成する。
【００１８】
２６は処理チャンバ２０の内部状態を検出する状態センサであり、プラズマ発光を検出する分光器等を用いることができる。２８はプラズマ発光を光採取窓３０を介して状態センサ２６に導くための光ファイバ、３０はプラズマ発光を外部から観測するための光採取窓、３２は処理チャンバ内の処理ガスを排出するための排気管、３４は処理ガスを排気するターボ分子ポンプ、３６は処理条件演算装置であり、例えば前記状態センサ２６を構成する分光器からプラズマ発光スペクトルを受け取り、該スペクトルの分布をもとにウエハの加工形状のロット内の変動パターンを推定し、この変動パターンをもとにロット内の各ウエハ毎に最適な処理条件を演算する。
【００１９】
３８は処理チャンバ２０に処理ガスを導入するガス導入管、４０は複数種の処理ガスの流入量をそれぞれ制御するマスフロー制御器、４２は試料１８の搬入時に開放する試料搬入ゲート、４４はロードロック室、４６は試料を搬送する試料搬送アーム、４８は例えば１ロット分の試料を格納するロット保持カセットである。なお、半導体処理装置は複数のロット保持カセットを備えることができるのが望ましい。５０は処理チャンバ内のガス圧力を制御するための圧力制御器である。
【００２０】
処理チャンバ２０内の処理ガス等はターボ分子ポンプ３４によって排気され、処理チャンバ２０内は低圧に保持される。この状態で導波管１２を介してマイクロ波を導入すると処理チャンバ内の処理ガスはプラズマ化する。このプラズマにより、試料１８の表面に形成した半導体デバイスを加工する。試料台１６には、プラズマを試料１８に向かって引き込むための高周波バイアス電圧を印加することがある。
【００２１】
前記試料１８としては、半導体ウエハを例に説明したが、半導体ウエハの外にＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）パネル、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）などの微細構造物等を加工対象とすることができる。また、半導体処理装置として、マイクロ波プラズマによる半導体処理装置を例に説明したが、平行平板型ＲＦプラズマ処理装置、ＩＣＰ型プラズマ処理装置、ヘリコン波プラズマ装置など任意のプラズマ処理装置等、他の半導体処理装置を用いることができる。また、処理チャンバの内部状態を検出する状態センサとしてプラズマ状態を検出する分光器を例に説明したが、プラズマの電気的特性、例えばプラズマ生成装置に供給する電圧、電流、電圧・電流の位相差、前記電圧・電流の高調波成分などを測定するインピーダンスモニタ、プラズマプローブ、チャンバ壁面の温度を測定する赤外温度計あるいは蛍光温度計等の他のセンサを状態センサとして利用することができる。処理装置内部の装置状態を正確に把握するためには、各種状態センサによりできるだけ多種・多量のモニタデータを取得することが望ましい。
【００２２】
図２は、半導体処理装置のロット内連続処理を説明する図である。通常、半導体処理装置は、装置のスループット向上のためにロット保持カセット４８に含まれる全てのウエハあるいは一部のウエハを連続的に処理する機能を持っている。この連続処理をロット内連続処理と呼ぶ。
【００２３】
ロット内連続処理の開始前には、通常、安定した加工形状を得るためプラズマチャンバの壁状態を調整するロット前安定化処理を行う。ロット前安定化処理にはクリーニングと呼ばれるプラズマチャンバ２０の内壁に堆積した堆積膜を除去する処理ステップ、あるいはシーズニングと呼ばれるプラズマチャンバの壁状態の改質する処理ステップが含まれる（ステップＳ１）。
【００２４】
次にロット内の第１枚目のウエハの処理を行う。第１枚目のウエハの処理後には、ウエハ処理中に生じた反応生成物がプラズマチャンバ２０の内壁に堆積している。このためこの堆積膜を取り除くためウエハ処理毎にウエハ毎クリーニングを行う（ステップＳ２，Ｓ３・・・Ｓ６，Ｓ７）。
【００２５】
なお、ロット前安定化処理（ステップＳ１）はウエハ毎クリーニング処理（ステップＳ３）と同一の処理条件で行ってもよい。また、前記ロット内連続処理は、通常は同一デバイスを製作するウエハ群に対してのみ実施する。
【００２６】
図３は、ロット内連続処理を施した結果、得られたウエハ毎の加工寸法の分布を示す図である。
【００２７】
前述のように、ロット内連続処理の前には処理チャンバ２０の安定化が行われる。次いで、この処理チャンバを用いて、同一のデバイスを製作するための複数のウエハを連続して処理する。このため、ロット内の複数のウエハの加工結果はランダムに変化するのではなく特定の変動パターンを持つようになる。
【００２８】
この変動パターンを、ＣＭＯＳトランジスタのゲート電極のエッチング加工を例に説明する。まず、ＨＢｒ、Ｃｌ２及びＯ２を処理ガスとして、ゲート加工用のマスクパターンが転写されたウエハをプラズマエッチングする。エッチング加工後のゲート電極の幅はデバイスの性能を決定する最重要の管理項目であり、このゲート電極の幅を監視すべき加工寸法とする。図３は、あるプラズマエッチング装置で処理した場合に得られる加工寸法のロット内変動パターンを示す。なお、この例の場合、１ロットは２５枚のウエハで構成されている。
【００２９】
図において、変動パターン（Ａ）は、プラズマエッチング装置をウェットクリーニングした直後に得られる変動パターン、変動パターン（Ｂ）は、ウェットクリーニング後、５００枚ほどウエハを処理した時点で得られる変動パターン、変動パターン（Ｃ）は、さらにウエハ処理を重ね、次のウェットクリーニング直前である５０００枚ほどウエハ処理を行った時点で得られる変動パターンである。
【００３０】
このように、ロット内変動パターンはウェットクリーニングを行った後、ウエハ処理を重ねるに従って変動パターン（Ａ）から（Ｂ）に、さらに（Ｂ）から（Ｃ）に遷移する。なお、この遷移の進行は、ウエハ処理枚数に比例して単調に遷移するわけではなく、製作するデバイスのタイプ、あるいはロット間の空き時間などの様々な要因で変化する。例えば、量産ラインの都合でウエハ処理を全く行わずにプラズマチャンバを真空排気したまま長時間放置しておいた場合などには、変動パターン（Ｂ）から（Ａ）に向かって少々逆行するようなこともある。このため、ウェットクリーニング後の処理枚数によって変動パターンを単純に推定できるわけではない。
【００３１】
図４は、ロット前安定化処理（前記ステップＳ１）を行う際に得られる発光スペクトルを示す図である。
【００３２】
発明者らの実験によると、ロット前安定化処理の際に得られる発光スペクトルの波形と、前記加工形状のロット内変動パターンには相関が見られる。図４は図３に示すロット内変動パターンと相関のあるロット前安定化処理中の発光スペクトル波形の例を示す図であり、図４に示す発光スペクトル波形（Ａ）は図３の変動パターン（Ａ）に対応し、発光スペクトル波形（Ｂ）は変動パターン（Ｂ）に、発光スペクトル波形（Ｃ）は変動パターン（Ｃ）にそれぞれ対応する。
【００３３】
従って、図４に示す発光スペクトル波形からロット内加工形状変動パターンを推測することができる。
【００３４】
ところで、発光スペクトルの波形は、前記発光スペクトル波形（Ａ）、（Ｂ）あるいは（Ｃ）に完全に一致することはまれである。同様にロット内変動パターンは、変動パターン（Ａ）、（Ｂ）あるいは（Ｃ）に完全に一致することはまれであり、多くのロットではこれらの中間状態にある。従って、これらの中間状態にある発光スペクトル波形から同様に中間状態にあるロット内変動パターンを補間して算出することが必要となる。
【００３５】
以下、この算出処理を説明する。波長毎に複数のデータ（発光強度データ）を持つ発光スペクトル等のセンサデータはベクトル表記できる。このため、ベクトルの距離の概念を用いてこれらの中間状態を算出することができる。例えば、発光スペクトルがＭピクセル分のデータを持つとすると、発光スペクトル（Ａ）、発光スペクトル（Ｂ）及び発光スペクトル（Ｃ）は、それぞれ式１で表すことができる。
【００３６】
【数１】
2004241500.tif 000003
ここでベクトルの各成分Ｉはそれぞれ対応する波長の発光強度である。各要素が対応する波長は式２に示すようなベクトルで表される。
【００３７】
【数２】
2004241500.tif 000004
図４に示す発光スペクトルは横軸に波長λ、縦軸に発光強度Ｉを取ったグラフである。また、二つの発光スペクトルＳＡとＳＢ間の距離をｌａｂで表し、ｌａｂを例えば式３で計算する。
【００３８】
【数３】
2004241500.tif 000005
次に加工形状のロット内変動パターンをベクトルで表す。図３に示すロット内変動パターン（Ａ）をベクトルΔＡ、ロット内変動パターン（Ｂ）をベクトルΔＢ、ロット内変動パターン（Ｃ）をベクトルΔＣで表とすると、ベクトルΔＡ、ΔＢ、ΔＣはそれぞれ４式で表される。
【００３９】
【数４】
2004241500.tif 000006
式４において、記号δｉｊはロット内変動パターン（ｊ）におけるロット内のｉ番目のウエハの加工寸法変動量を表す。式４及び図３に示すようにロット内変動パターンのベクトルはロット内の全てのウエハを含む必要はない。式４及び図３に含まれないウエハの変動量は、それを挟むウエハの加工寸法変動量から内挿（補間）によって計算することができる。
【００４０】
例えば、あるロット内連続処理においてロット前安定化処理中に得られた発光スペクトルがＳＤで表されるとすると、まずベクトルＳＤと前記の発光スペクトル（Ａ）を表すベクトルＳＡとの距離ｌＡＤ、スペクトルＳＤと発光スペクトル（Ｂ）を表すベクトルＳＢとの距離ｌＢＤ、及びスペクトルＳＤと発光スペクトル（Ｃ）を表すベクトルＳＣとの距離ｌＣＤをそれぞれ計算する。
【００４１】
次にベクトルＳＤと最も距離の近い二つのベクトルを選ぶ。ここでは例えばベクトルＳＡとＳＢであったとすると、このロットのロット内変動パターンは式５で算出することができる。
【００４２】
【数５】
2004241500.tif 000007
以上の例では、３つの変動パターンを用いた計算方法を示したが、変動パターンが２つであっても、あるいは４以上であっても、式３及び数式５を用いることによりロット内変動パターンを計算することができる。
【００４３】
図４示す発光スペクトルはロット前安定化処理の最後の数秒間に得られる発光スペクトルの平均値である。なお、発光スペクトルとしてロット前安定化処理全体の平均発光スペクトルを利用することもできる。また、ロット前安定化処理がクリーニングとシーズニングの連続処理である場合はシーズニングの開始後数秒間の発光スペクトルとシーズニング終了前数秒間における発光スペクトルの差のスペクトルを利用するとよい。これは、シーズニング開始後の数秒間の発光スペクトルは、直前のクリーニングにより堆積膜を除去された清浄なプラズマチャンバ内壁状態を表す発光スペクトルであり、この発光スペクトルとプラズマチャンバ内壁が安定化されたシーズニング終了直前の発光スペクトルとの差を用いることにより、チャンバ内壁の動的な挙動を監視することができるからである。
【００４４】
図５は、処理条件演算装置を説明する図である。図において、５４はロット内変動パターン推定手段であり、処理コントローラ８からの指示を受けてロット前安定化処理中に分光器から必要な発光スペクトルを受け取る。また、ロット内変動パターン推定部５４は、状態センサ２６から得た発光スペクトルをもとに、ロット内変動パターンデータベース５８参照して、これから処理するロットのロット内変動パターンを推定し、推定した変動パターンをもとに該ロット内の各ウエハの加工寸法変動量を算出し、算出した加工寸法変動量をロット内処理条件計算手段５６に渡す。
【００４５】
５８はロット内変動パターンデータベースであり、該データベース５８には前記発光スペクトル波形のベクトルＳＡ，ＳＢ，ＳＣ、及び加工形状のロット内変動パターンを表すベクトルΔＡ、ΔＢ、ΔＣをそれぞれ対応付けて格納する。
【００４６】
５６は、ロット内処理条件計算手段であり、各ウエハに対する処理条件の補正量を加工形状制御用レシピデータベース６０を参照して算出し、各ウエハ毎の最適な処理条件を処理コントローラ８に伝送する。６０は加工形状制御用レシピデータベースであり、加工形状の補正量とこの補正量を得るに要する処理条件（レシピ）の変更量を格納する。
【００４７】
図６は、処理条件演算装置の処理を説明する図である。まず、ロット内連続処理の開始前、安定した加工形状を得るためプラズマチャンバの壁状態を調整するロット前安定化処理を行う。ロット前安定化処理としては前述のクリーニング処理あるいはシーズニング処理を行う（ステップＳ１０１）。
【００４８】
次に、ロット内変動パターン推定手段５４は状態センサ２６から得た発光スペクトルをもとに、ロット内変動パターンデータベース５８参照して、これから処理するロットのロット内変動パターンを推定し、推定した変動パターンをもとに該ロット内の各ウエハの加工寸法変動量を算出し、算出した加工寸法変動量をロット内処理条件計算手段５６に渡す（ステップＳ１０２，１０３）。
【００４９】
次に、ロット内処理条件計算手段５６は、受信した前記加工寸法変動量をもとに各ウエハに対する処理条件の補正量を加工形状制御用レシピデータベース６０を参照して算出し、各ウエハ毎の最適な処理条件（レシピ）を処理コントローラ８に伝送する（ステップＳ１０４，１０５）。
【００５０】
次に、処理コントローラ８は前記最適な処理条件を受信し、受信した処理条件に基づいてロット内連続処理を開始する（ステップＳ１０６〜１１１）。
【００５１】
この方法によれば、ロット内連続処理の開始時にロット内の全てのウエハに対するレシピが決定されているため、安定、かつ迅速に制御を行うことができる。
【００５２】
図７は、他の実施形態を説明する図である。前述の例では、中間状態にある発光スペクトル波形から中間状態にあるロット内変動パターンを補間して算出するのに、発光スペクトルの距離を用いたが、本実施形態では主成分分析を行い、主成分スコアによって発光スペクトルの類似性を判断する。図において、６２は主成分分析実行手段であり、発光スペクトル波形のベクトルＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤを用いて主成分分析を行い、主成分スコアベクトルを生成する。５４’はロット内変動パターン推定手段であり、前記主成分スコアベクトルをもとにロット内変動パターンデータベース５８を参照して、これから処理するロットのロット内変動パターンを推定し、推定した変動パターンをもとに該ロット内の各ウエハの加工寸法変動量を算出し、算出した加工寸法変動量をロット内処理条件計算手段５６に渡す。なお、図において図５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
まず、処理コントローラ８は主成分分析実行手段６２に対し、ロット前安定化処理中の発光スペクトルを状態センサ２６から取得するタイミングを指示する。主成分分析実行手段は、状態センサから受信した発光スペクトル波形のベクトルＳＤ及びロット内変動パターンデータベースから取得した発光スペクトル波形のベクトルＳＡ，ＳＢ，ＳＣを用いて主成分分析を行い、主成分スコアベクトルを生成する。生成した主成分スコアベクトルをＰｎＡ，ＰｎＢ，ＰｎＣ、ＰｎＤとする。ロット内変動パターンは任意の数の主成分スコアを用いて推定することができるが、ここでは第１主成分と第２主成分を用いる方法を説明する。したがって、前記主成分スコアベクトルは２次元のベクトルである。
【００５４】
主成分分析実行手段６２は主成分スコアベクトルをロット内変動パターン推定手段５４１に送る。ロット内変動パターン推定手段５４は前記のベクトルの距離を定義する式３を用いて、主成分スコアベクトルＰｎＤ  とＰｎＡ  との距離ＬＡＤ、主成分スコアベクトルＰｎＤ  とＰｎＢ  との距離ＬＢＤ、主成分スコアベクトルＰｎＤ  とＰｎＣ  との距離ＬＣＤを算出する。次に、算出した距離ＬＡＤ、距離ＬＢＤ、距離ＬＣＤを用いて、ベクトルＰｎＤ  に最も近い２つのベクトルを選択する。選択したベクトルがベクトルＰｎＡ  とＰｎＢであったとすると、このロットのロット内変動パターンΔＤは、式６で算出することができる。
【００５５】
【数６】
2004241500.tif 000008
ロット内変動パターン推定手段５４’は前記ロット内変動パターンΔＤをもとにロット内の各ウエハの加工寸法の変動量を算出し、算出した変動量をロット内処理条件計算手段５６に渡す。ロット内処理条件計算手段５６は各ウエハに対する処理条件の補正量を加工形状制御用レシピデータベース６０を参照して計算し、各ウエハの最適な処理条件（レシピ）を処理コントローラ８に伝送する。処理コントローラ８は最適レシピを受け取り、ロットの連続処理を始める。
【００５６】
このように、本実施形態では発光スペクトルそのものではなく次元を制限した主成分スコアベクトルを用いる。これによりノイズなどの擾乱に影響されることなくロット内変動パターン推定を行うことができる。
【００５７】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、ロット前安定化処理の際に得られる発光スペクトルの波形と加工形状のロット内変動パターンには相関があることを利用し、ロット内の加工結果の変動パターンをロット内連続処理前に予測することができる。また、この予測結果をもとにロット内の加工結果が一定になるように処理条件を最適化することができる。すなわち、ロット内連続処理の開始時にロット内の全てのウエハに対する最適レシピを決定することができるため、安定、かつ迅速にロット内連続処理の制御を行うことができる。また、本実施例ではベクトルの距離を用いて発光スペクトルとロット内変動パターンを関連付ける方法を説明したが、この目的を実施する数学的な手法は様々なものが挙げられ、それらのうちのどの手法を用いてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、処理装置の処理結果が経時的に変化する場合においても一定の処理結果を得ることのできる半導体処理装置及び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】本発明の実施形態に係る半導体処理装置を説明する図である。
【図２】半導体処理装置のロット内連続処理を説明する図である。
【図３】ウエハ毎の加工寸法の分布を示す図である。
【図４】ロット前安定化処理を行う際に得られた発光スペクトルを示す図である。
【図５】処理条件演算装置を説明する図である。
【図６】処理条件演算装置の処理を説明する図である。
【図７】他の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
８  処理コントローラ
１０  マグネトロン
１２  導波管
１４  整合器
１６  試料台
１８  試料（ウエハ）
２０  処理チャンバ
２６  状態センサ
２８  光ファイバ
３０  光採取窓
３２  排気管
３４  ターボ分子ポンプ
３６  処理条件演算装置
３８  ガス供給管
４０  マスフロー制御器
４２  試料搬入ゲート
４４  ロードロック室
４６  試料搬送アーム
４８  ロット保持カセット
５０  圧力制御器
５４、５４’  ロット内変動パターン推定手段
５６  ロット内処理条件計算手段
５８  ロット内変動パターンデータベース
６０  加工形状制御用レシピデータベース
６２  主成分分析実行手段
【図１】
2004241500.tif 000009
【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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