(57)【要約】【課題】半導体装置の製造方法に関し、予め計測したエッチングレートのトレンドを用いて再現性の良いエッチングを行う。【解決手段】所定の条件で既にエッチング処理された処理単位のエッチング結果を基にして、次の処理単位のエッチング条件を決定する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の条件で既にエッチング処理された処理単位のエッチング結果を基にして、次の処理単位のエッチング条件を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
直近の３処理単位以上のエッチング結果の移動平均値を、次の処理単位のエッチング結果と見なして次の処理単位のエッチング条件を決定することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記エッチング結果がエッチング深さであって、上記次の処理単位のエッチング条件として、エッチング時間を決定することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記処理単位が、ロットまたはウェハのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記処理単位がウェハであり、パターン形状の計測装置とエッチング装置との間を真空搬送し、ウェハ毎のパターン形状の計測結果を基にウェハ毎にエッチング条件を決定することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、累積処理数に依存せずに再現性の高いエッチングを行うためのエッチング条件を決定する手法に特徴のある半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのパターン形成工程において、エッチングプロセスは重要な位置を占めているが、近年の集積回路技術の発達に伴う電子回路の微細化により、さらに、重要度が増している。
【０００３】
このような微細化に伴って、現在、エッチングプロセスにおいてはプラズマエッチングが一般的に用いられているが、このプラズマエッチングにおいては、所定のエッチング深さを得るのに適切と思われるエッチング時間を試行錯誤して設定し、この設定した一定のエッチング時間でエッチングを行っている。
【０００４】
例えば、シリコンウェハに素子分離用のトレンチをエッチングプロセスによって形成する場合にも、予め設定した一定のエッチング時間で複数のロットを連続処理している。
一例を挙げれば、所定の深さ（Ｄｔ  ：ターゲット値）のトレンチを形成する場合には、エッチング時間を８２秒に設定している。
【０００５】
この様なエッチング工程においては、プラズマエッチング装置の洗浄（ウエットクリーニング）後の処理枚数に依存してエッチングレートが低下するという現象があり、一定の時間エッチングする手法ではトレンチの深さが次第に浅くなるという問題があるので、この事情を図７を参照して説明する。
【０００６】
図７参照
図７は、所定の深さ（Ｄｔ  ：ターゲット値）のトレンチを形成する際に、エッチング時間を８２秒に設定した場合の実際のトレンチ深さの累積処理ロット数依存性を示したものである。
図から明らかなように、プラズマエッチング装置の洗浄後の処理ロット数に依存してトレンチ深さが浅くなるトレンド、即ち、エッチングレートが低下する下降トレンドが見られる。
【０００７】
そこで、この様なトレンチの形成工程において、種々のエッチング環境の違いによりエッチングレートが変動する場合に、シリコン基板上に設けた多結晶シリコン層のエッチング工程におけるエッチングレートからシリコン基板のエッチングレートを換算してエッチング時間を設定することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０８−０６４５７９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シリコン基板に先行してエッチングされる部材が存在しない場合には、上記の手法を適用することができないという問題があり、さらに、リアルタイムで先行するエッチング部材のエッチングレートを測定する必要があるという問題がある。
【００１０】
また、上述の図７に示した単純な変動トレンドから、あるロットを処理する際のエッチレートを予測し、必要とする深さのトレンチを形成するためのエッチング時間を決定した場合には、標本相関係数の二乗（Ｒ２  ）が、図７の場合にはＲ２  ＝０．６２１１と小さいため、得られるトレンチ深さのばらつきが大きくなるという問題がある。
【００１１】
なお、酸化膜のエッチング工程において、前ロットに対する処理結果に基づいて処理装置の能力を評価し、酸化膜エッチングにおけるＣＤ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）ロスの移動平均、即ち、線幅等の微細な長さの減少の移動平均から処理装置と被処理ロットの最適合な組合せを決定することが提案されている（例えば、特開２００１−１８９２４７号公報参照）。
【００１２】
例えば、処理前のレジスト膜厚バラツキに応じて露光量を調整するものであり、これは従来から行われていた、処理予定ロット内の先行パイロットウェハのレジスト膜厚を測定し、その値に応じて露光量を調整する方法を適用したものであり、エッチング処理条件を変更するものではない。
【００１３】
この場合には、エッチング結果を確認するためのトレンチ深さの測定以外に、レジスト膜厚の測定等の各種の計測が前もって必要になり、工程数が増えるという問題がある。
【００１４】
したがって、本発明は、予め計測したエッチングレートのトレンドを用いて再現性の良いエッチングを行うことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、半導体装置の製造方法において、所定の条件で既にエッチング処理された処理単位のエッチング結果を基にして、次の処理単位のエッチング条件を決定することを特徴とする。
【００１６】
このように、既にエッチング処理された処理単位のエッチング結果を基にして次の処理単位のエッチング条件を決定することによって、累積処理単位が増えてもばらつきの少ない処理結果を得ることができる。
【００１７】
この場合、既にエッチング処理された処理単位のエッチング結果として、直近の３処理単位以上のエッチング結果の移動平均値を用いることによって、次の処理単位のエッチング結果における標本相関係数の二乗（Ｒ２  ）を大きく、例えば、０．９に近くすることができ、それによって、ばらつきの少ない処理結果を得ることができる。
【００１８】
この場合の次の処理単位のエッチング条件としては、エッチング時間が最も典型的な条件となる。
また、処理単位としては、ロットまたはウェハのいずれかが典型的な処理単位となる。
【００１９】
この様な方法は、エッチング装置の洗浄後に処理単位が累積するにしたがって、深さが浅くなるトレンチの形成工程に適用することによって、ばらつきの少ないトレンチ深さを得ることができる。
【００２０】
また、処理単位をウェハとし、パターン形状の計測装置とエッチング装置との間を真空搬送し、ウェハ毎のパターン形状の計測結果を基にウェハ毎にエッチング条件を決定しても良い。
【００２１】
このように、パターン形状の計測装置とエッチング装置との間を真空搬送することにより、処理後のパターン形状の計測の前における真空排気が不要となるので、連続処理が可能になり、それによって、スループットを向上することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図５を参照して、本発明の第１の実施の形態のエッチング方法を説明する。
まず、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）による素子分離のためのトレンチをプラズマエッチングにより形成して、トレンチ深さの処理ロット数依存性を調べる。
なお、この時の処理条件としては、ＨＢｒ＋Ｃｌ２  主成分とした混合ガスのプラズマでシリコン基板をエッチングする際に、エッチング時間を８２秒として、目標深さ（Ｄｔ  ：ターゲット値）のトレンチを形成する。
【００２３】
図２参照
図２は、各処理ロット毎のトレンチ深さＤの平均値を処理ロット順に並べた図であり、この場合も図７の場合と同様に累積処理ロット数の増加とともに、トレンチ深さＤが低下するトレンドが見られる。
【００２４】
ここで、エッチング時間を微変動した場合のトレンチ深さＤの変動を調べたので、図３を参照して説明する。
図３参照
図３は、トレンチ深さＤのエッチング時間依存性を示す図であり、図から明らかなように、トレンチ深さＤは、エッチング時間とともに増大する。
この場合、トレンチ深さＤとエッチング時間は、ｉ番目のトレンチ深さをＤｉ  、エッチングレートをＲｉ  、エッチング時間をＴｉ  とすれば、
Ｄｉ  ＝Ｒｉ  ×Ｔｉ  、或いは、Ｒｉ  ＝Ｄｉ  ／Ｔｉ  
で表される１次式で近似することができ、エッチング時間を１秒程度調整することによって、トレンチ深さを約３ｎｍ程度調整できることが分かった。
【００２５】
この様に、エッチング時間の調整によって、トレンチ深さを調整できることが実証された。
【００２６】
図４（ａ）及び（ｂ）参照
図４（ａ）は、移動平均するポイント数を２点〜６点取った場合のトレンチ深さＤの累積処理ロット数依存性を示す図であり、また、図４（ｂ）は、各移動平均における標本相関係数の二乗（Ｒ２  ）を示す図である。
【００２７】
図４（ｂ）に示した標本相関係数の二乗（Ｒ２  ）の値から分かるように、２点の移動平均ではＲＭＡ２  ２  ＝０．７８となり、バラツキが大きくなるが、３点以上の移動平均をとると、Ｒ２  は約０．９となり、トレンチ深さのバラツキを小さく抑えることができる。
【００２８】
したがって、直近の３ロット以上のｍ個のロットのエッチングレートの移動平均値をエッチング対象となる当該ｎ番目のロットのエッチングレートＲｎ  と見なし、目標トレンチ深さＤｔａｒｇｅｔとした場合に、
Ｔｎ  ＝Ｄｔａｒｇｅｔ／Ｒｎ  
で得られるエッチング時間Ｔｎ  でエッチング処理を行えば良い。
ここで、Ｒｎ  は、下記の式（１）で表されるが、式（１）におけるΣの表記は、ｎ番目のロットの直前のｎ−１番目のロットからｍ個前のｎ−ｍ番目のロットまでの和を意味する。
【数１】
2004342806.tif 000003
【００２９】
次に、上記のモデルにより処理した場合のシミュレーション結果を図５を参照して説明する。
図５参照
図５は、５点の移動平均を取った場合のトレンチ深さＤの累積処理ロット数依存性のシミュレーション結果を示したものであり、比較のために図２に示した実データも併せて示している。
【００３０】
この場合のシミュレーションは、まず、
（１）直前の５つのロットのエッチングレートＲｎ−５  〜Ｒｎ−１  の移動平均から、上記の式（１）によって、ｎ番目のロットの見なしエッチングレートＲｎ  を求める。
【００３１】
（２）次いで、求めた見なしエッチングレートＲｎ  と目標トレンチ深さＤｔａｒｇｅｔからエッチングＴｎ  を、
Ｔｎ  ＝Ｄｔａｒｇｅｔ／Ｒｎ  
として求める。
【００３２】
（３）次いで、従来の実測値におけるｎ番目のロットにおけるエッチング時間Ｔａｃｔｕａｌ（＝８２秒）と得られたトレンチ深さＤａｃｔｕａｌから、実際のエッチングレートＲａｃｔｕａｌを、
Ｒａｃｔｕａｌ＝Ｄａｃｔｕａｌ／Ｔａｃｔｕａｌ＝Ｄａｃｔｕａｌ／８２秒
として求める。
【００３３】
（４）次いで、求めたＲａｃｔｕａｌと、先に求めたＴｎ  とにより、ｎ番目のロットの予想トレンチ深さＤｎ  を、
Ｄｎ  ＝Ｔｎ  ×Ｒａｃｔｕａｌ
として求める。
【００３４】
このようにして求めた予想トレンチ深さＤｎ  をプロットしたのが、図５のシミュレーション結果であり、図から明らかなように、トレンチ深さの下降トレンドはなくなり、また、ロット間のトレンチ深さのバラツキも低減していることが分かる。
【００３５】
このように、本発明の第１の実施の形態においては、ｎ番目のロットのエッチング処理を行う場合に、処理直近の３個以上のロットのエッチングにおける移動平均を求めて、ｎ番目のロットのエッチング時間を決定しているので、累積処理依存性をなくすとともに、各ロット間のバラツキを小さくすることができる。
【００３６】
また、本発明の第１の実施の形態においては、先行するエッチング部材を必要とすることがなく、エッチング装置と処理ロットとの最適合の組合せを検討する必要もなく、且つ、トレンチ深さの測定以外の測定が不要になるので、工程が簡素化され、スループットが向上する。
【００３７】
次に、図６を参照して、ウェハ毎のエッチング条件の設定に関する本発明の第２の実施の形態のエッチング方法を説明する。
図６参照
図６は、本発明の第２の実施の形態のエッチング方法の概念的構成図であり、あり、計測装置１０と、エッチング装置２０と、真空搬送機構３０と、制御装置４０とによって基本的なエッチングシステムが構成される。
【００３８】
なお、この場合の計測装置１０は、例えば、表面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察装置であり、エッチング装置２０は、例えば、プラズマエッチング装置であり、真空搬送機構３０は、例えば、エッチング装置２０のロードロックと計測装置とを連結するゲートバルブを備えた真空搬送室である。
【００３９】
例えば、微細ポリシリコン配線のエッチング工程においては、レジストパターンの形成→レジストパターンの計測→エッチング処理→エッチングパターンの計測という手順で処理が行われる。
なお、この間の各工程の制御は、制御装置４０によって行う。
【００４０】
したがって、この場合には、微細ポリシリコン配線をエッチングするためのレジストパターンを形成した基板を表面ＳＥＭ観察装置でレジストパターンの形状を計測したのち、真空搬送室を介してプラズマエッチング装置に搬入し、プラズマエッチング装置においてエッチングを行い、次いで、エッチング処理終了後の基板を真空搬送室を介して表面ＳＥＭ観察装置に搬入してエッチングによって形成した微細ポリシリコン配線のパターンを計測する。
なお、従来においては、エッチング処理後のウェハは、一旦、大気中に取り出して計測装置に搬送していた。
【００４１】
次いで、レジストパターンの形状の計測結果と、エッチング後の微細ポリシリコン配線のパターンの計測結果との比較を行い、所定の微細ポリシリコン配線パターンが得られるように次のウェハのエッチング条件を決定して、同じサイクルを繰り返す。
【００４２】
例えば、微細ポリシリコン配線のエッチング工程においては、その線幅Ｗと微調整エッチング時間ΔＴとの間には、Ｗ０  を微調整エッチング時間なしの線幅、ａ（＞０）を比例係数とした場合、
Ｗ＝Ｗ０  −ａΔＴ
の関係がある。
【００４３】
したがって、ある１枚のウェハのエッチングの終了後に線幅Ｗを表面ＳＥＭ観察装置で計測し、所望の線幅Ｗｔａｒｇｅｔとの差ΔＷ（＝Ｗｔａｒｇｅｔ−Ｗ）を求め、
ΔＷ＝ａΔＴ、即ち、ΔＴ＝ΔＷ／ａ
となる微調整エッチング時間ΔＴを求め、次のウェハをΔＷ＞０の場合には微調整エッチング時間ΔＴだけ余分にエッチングを行う。
また、ΔＷ＜０の場合には、微調整エッチング時間ΔＴだけ短くエッチングを行う。
【００４４】
なお、エッチングするウェハにおけるレジストパターンにおける線幅が、直近処理ウェハにおけるレジストパターンにおける線幅と異なっている場合には、この変動分も考慮して微調整エッチング時間ΔＴを決定する必要がある。
【００４５】
この本発明の第２の実施の形態においては、直近処理ウェハの計測を行う場合に、計測装置１０とエッチング装置２０との間を真空搬送機構３０によって結合しているので、エッチング後のウェハを取り出して計測装置１０に搬送する際に、エッチング装置２０のロードロックのベントと計測装置１０を真空排気する必要がなく、エッチング装置２０で次のウェハを処理を開始するまでの待ち時間も不要になるので、スループットを向上することができる。
【００４６】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の第１の実施の形態においては、トレンチの形成工程として説明してきたが、トレンチの形成工程に限られるものではない。
【００４７】
即ち、ドライエッチング工程においては、エッチング残渣や反応生成物がチャンバーの内壁に付着し、処理ロットが累積するに連れてエッチングレートが低下する傾向となる場合があるので、このような累積処理数がエッチング結果に影響を与える各エッチング工程に適用されるものである。
【００４８】
また、上記の第１の実施の形態においては、処理単位をロットとしたが、ロットに限られるものではなく、ウェハを処理単位としても良いものであり、その場合には、直近の３枚以上ウェハのエッチングレートの移動平均を、処理ウェハの見なしエッチングレートとしてエッチング時間を決定すれば良いものである。
【００４９】
また、上記の第２の実施の形態においては、直前の１枚の処理結果によって、次のウェハのエッチング処理条件を決定しているが、上記の第１の実施の形態と同様に、直近の３枚以上ウェハの処理結果の移動平均によりエッチング条件を決定しても良いものである。
【００５０】
この場合、参照する処理結果は、直近の処理結果に限らず、エッチング装置の洗浄直後は、必要に応じて前回のエッチング装置の洗浄処理直後の処理結果も移動平均に加えエッチング条件を決定しても良いものである。
【００５１】
また、上記の第２の実施の形態においては、レジストパターンの計測→エッチング処理→エッチングパターンの計測のサイクルで処理を行っているが、レジストパターンの計測は事前に一括して行っても良いものである。
【００５２】
この場合、エッチング処理→エッチングパターンの計測→次のウェハエッチング処理・・・という連続処置を待ち時間なしで行うことができるので、さらに所定の線幅と出来上がり線幅との差ΔＷを減少させることが可能になる。
【００５３】
また、上記の各実施の形態においては、決定する処理条件をエッチング時間としているが、エッチング時間に限られるものではなく、エッチング時における基板温度、或いは、エッチングガスの流量等の他のエッチング条件を微変更しても良いものである。
【００５４】
また、上記の各実施の形態においては、シリコン基板に対するトレンチの形成工程或いは、シリコン基板上に設けるポリシリコン配線のパターニング工程として説明しているが、基板はシリコンに限られるものではなく、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板にも適用されるものである。
【００５５】
ここで、再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  所定の条件で既にエッチング処理された処理単位のエッチング結果を基にして、次の処理単位のエッチング条件を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２）  直近の３処理単位以上のエッチング結果の移動平均値を、次の処理単位のエッチング結果と見なして次の処理単位のエッチング条件を決定することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
（付記３）  上記エッチング結果がエッチング深さであって、上記次の処理単位のエッチング条件として、エッチング時間を決定することを特徴とする付記２記載の半導体装置の製造方法。
（付記４）  上記処理単位が、ロットまたはウェハのいずれかであることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記５）  上記エッチング処理が、トレンチの形成工程であることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記６）  上記処理単位がウェハであり、パターン形状の計測装置とエッチング装置との間を真空搬送し、ウェハ毎のパターン形状の計測結果を基にウェハ毎にエッチング条件を決定することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、直近のエッチング結果を反映させて次のエッチング処理の条件を決定しているので、処理装置の洗浄後の累積処理数や処理装置の状態に依存することなく、所定のトレンチ深さや線幅等の設定目標を精度良く達成することができ、半導体装置の信頼性の向上と低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】トレンチ深さＤの累積処理ロット数依存性の説明図である。
【図３】トレンチ深さＤのエッチング時間依存性の説明図である。
【図４】移動平均値を用いた場合のトレンチ深さＤの累積処理ロット数依存性の説明図である。
【図５】５点の移動平均を取った場合のトレンチ深さＤの累積処理ロット数依存性のシミュレーション結果の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態のエッチング方法の概念的構成図である。
【図７】エッチング時間を８２秒に設定した場合の実際のトレンチ深さの累積処理ロット数依存性の説明図である。
【符号の説明】
１０  計測装置
２０  エッチング装置
３０  真空搬送手段
４０  制御装置
【図１】
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【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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