(57)【要約】【課題】精度良くエッチングレートを算出でき、所定のエッチング量やエッチング深さにエッチング処理を行う。【解決手段】ドライエッチング装置において、ガス導入部５からプロセスガスの導入および排気手段１１により所定圧力に維持した真空処理室１内で上下の電極２、４に高周波電源７、１０より高周波電力を印加してプラズマを発生させ、電極上の被処理物３をエッチング処理する。このエッチング処理時にプラズマ発光波長の発光強度を不活性ガスの発光強度で除算した発光強度比を含む装置パラメータからエッチングレート予測式を作成する。エッチングレート予測式を用いてエッチングレート予測値を算出する。エッチングレート予測値により適切なエッチング量とするエッチング処理時間を算出し、これにより制御することで微細デバイスの製造ばらつきを低減させる。【選択図】図１
2009049382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の雰囲気および圧力に維持された真空処理室内で、前記真空処理室内に設置した被処理物をプラズマによりエッチング処理するドライエッチング方法において、
複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された、エッチング反応中に前記プラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度を前記プラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて、前記複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式を求めるステップと、
前記エッチングレート予測式を用いてエッチングレート予測値を算出するステップと、
前記算出されたエッチングレート予測値に基づいて装置異常の有無を判定するステップと、
を有することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記異常判定ステップは、前記算出されたエッチングレート予測値が予め設定された所定範囲外の場合に装置異常と判定する、請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記異常判定ステップが、
前記算出されたエッチングレート予測値と先に完了したエッチング処理の処理時間とを用いてエッチング深さ予測値を算出するステップと、
前記算出されたエッチング深さ予測値が予め設定された所定範囲外の場合に装置異常と判定するステップと、
を有する、請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
所定の雰囲気および圧力に維持された真空処理室内で、前記真空処理室内に設置した被処理物をプラズマによりエッチング処理するドライエッチング方法において、
複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された、エッチング反応中に前記プラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度を前記プラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて、前記複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式を求めるステップと、
前記エッチングレート予測式を用いてエッチングレート予測値を算出するステップと、
前記算出されたエッチングレート予測値に基づいてエッチング処理時間を算出するステップと、
前記算出されたエッチング処理時間でエッチング処理を実施するステップと、
を有することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチング処理時間算出ステップは、前記エッチングレート予測値を用いて所望のエッチング量となるエッチング処理時間を算出する、請求項４記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチング処理時間算出ステップが、
前記エッチングレート予測値と先に完了したエッチング処理の処理時間とを用いてエッチング深さ予測値を算出するステップと、
前記算出されたエッチング深さ予測値を用いて所望のエッチング深さとなるエッチング処理時間を算出するステップと、
を有する、請求項４記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
エッチングレート予測式は、各エッチング処理におけるエッチングレートと、前記発光強度比を装置パラメータの１つとして含む各装置パラメータについての各エッチング処理における平均値および標準偏差を対象とする重回帰分析により求められる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のドライエッチング方法。
【請求項８】
所定の雰囲気および圧力に維持された真空処理室内で、前記真空処理室内に設置した被処理物をプラズマによりエッチング処理するドライエッチング装置において、
当該ドライエッチング装置の各制御を指示する装置制御部と、
前記真空処理室内のプラズマから放射される光のスペクトル強度を取得する発光検出器と、
エッチング反応中に前記発光検出器により取得された、前記プラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度を前記プラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータを収集するデータ収集装置と、
前記収集した装置パラメータを保存するデータ保存装置と、
複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された前記複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて予め求められた、前記複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式と、前記保存された各装置パラメータとを用いてエッチングレート予測値を算出するとともに、算出したエッチングレート予測値から所望のエッチング量となるエッチング処理時間を算出し、算出したエッチング処理時間を前記装置制御部へ指示するエッチングレート演算装置と、
を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項９】
前記エッチングレート演算装置により算出されたエッチングレート予測値が予め設定された所定範囲内か否かを判定するとともに、前記所定範囲外と判定した場合に前記装置制御部へ処理停止を指示する異常判定装置をさらに備えた、請求項８記載のドライエッチング装置。
【請求項１０】
所定の雰囲気および圧力に維持された真空処理室内で、前記真空処理室内に設置した被処理物をプラズマによりエッチング処理するドライエッチング装置において、
当該ドライエッチング装置の各制御を指示する装置制御部と、
前記真空処理室内のプラズマから放射される光のスペクトル強度を取得する発光検出器と、
エッチング反応中に前記発光検出器により取得された、前記プラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度を前記プラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータを収集するデータ収集装置と、
前記収集した装置パラメータを保存するデータ保存装置と、
複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された前記複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて予め求められた、前記複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式と、前記保存された各装置パラメータとを用いてエッチングレート予測値を算出するエッチングレート演算装置と、
前記エッチングレート算出装置が算出したエッチングレート予測値と、先に完了したエッチング処理の処理時間とを用いてエッチング深さ予測値を算出するとともに、算出したエッチング深さ予測値を用いて所望のエッチング量となるエッチング処理時間を算出し、算出したエッチング処理時間を前記装置制御部へ指示する深さ演算装置と、
を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１１】
前記深さ演算装置により算出されたエッチング深さ予測値が予め設定された所定範囲内か否かを判定するとともに、前記所定範囲外と判定した場合に前記装置制御部へ処理停止を指示する異常判定装置をさらに備えた、請求項１０記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用してエッチング処理を行うドライエッチング方法およびドライエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のドライエッチング装置の一例として、平行平板型のドライエッチング装置について図１０を参照しながら説明する。
【０００３】
図１０において、真空処理室１は排気手段１１により、内部を真空に保持された処理室である。エッチング処理が開始されると、ガス導入部５からプロセスガスが導入されつつ、排気手段１１により真空処理室１内が一定の圧力に保たれる。上部電極２には上部高周波電源７により上部電源整合器６を通って高周波電力が供給され、下部電極４には下部高周波電源１０により下部電源整合器９を通って高周波電力が供給される。上部電極２と下部電極４との間に発生する電界によって発生したプラズマにより、被処理物３に対してエッチング処理が行われる。エッチング処理が進行し、予め設定されたエッチング処理時間に到達するか、発光検出器８の発光強度が予め設定された闘値に達すると、エッチング処理プロセスが終了する。
【０００４】
また、エッチング処理中には、ドライエッチング装置の制御に係るパラメータである高周波電力、真空処理室１内の圧力、ガス流量、上部および下部電源整合器６、９のコンデンサ容量などがモニタされる。ドライエッチング装置は、取得した装置パラメータ毎に予め設定されている所定の範囲から外れた時に異常と判定する。そして異常と判定した場合に、ドライエッチング装置の動作を停止するインターロック方式を採用することにより、不良品の発生を最小限に抑えている。
【０００５】
エッチング反応状態および装置状態の検出方法の改善策として、特許文献１は、複数の発光検出器８により、被処理物３の被エッチング膜、フォトレジスト、エッチングガス等に固有のプラズマ発光波長の発光強度をモニタする技術を開示している。当該技術では、発光強度の変化から被エッチング膜および下地膜のエッチングレートと選択比を算出し、エッチング状態を判断して、エッチング状態の補正制御を行う。
【０００６】
また、特許文献２は、装置の電流、電圧および位相差の基本波および高調波を装置制御部１２に接続したデータ収集装置１３で収集し、収集されたデータ（装置パラメータ）をデータ保存装置１４に保存し、これらのデータを用いてエッチングレートに関して予め相関式を作成する技術を開示している。当該技術では、エッチング処理時に検出した電流、電圧および位相差の基本波および高調波からエッチングレートを演算装置１５が算出し、エッチング状態の監視と、エッチング量やエッチング深さを制御する。
【特許文献１】特開平８−２９８２５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の技術の特許文献１では、プラズマ発光の発光強度は真空処理室１に設けた窓を通して検出している。当該窓の内面はプラズマ状態の反応性雰囲気に曝され反応生成物が付着するため、窓を透過する光の透過率は使用状況や使用時間により変化する。そのため、プラズマ発光の発光強度を検出する真空処理室１外の発光検出器８から得られる信号も使用状況や使用時間により変化してしまう。このような経時変化があるため、プラズマ発光強度によるエッチングレートの算出およびエッチング状態の補正制御は長時間安定して行うことは極めて困難である。
【０００８】
また、ＳＴＩ(シャロートレンチアイソレーション)やダマシンプロセスにおけるトレンチエッチングなど、被エッチング膜を完全に除去することなく、被エッチング膜の途中でエッチング処理を停止させるプロセスでは、従来のプラズマの発光強度の変化から終点を検出することは難しい。
【０００９】
また、特許文献２では、装置の電流、電圧および位相差の基本波および高調波とエッチングレートに関して予め相関式を作成し、エッチング処理時に検出した電流、電圧および位相差の基本波および高調波からエッチングレートを算出するが、電流、電圧および位相差の基本波および高調波はメンテナンスやパーツ交換による処理室のインピーダンス変化があった場合にその値が変化する。そのため、事前に作成するエッチングレートの予測式はメンテナンスやパーツ交換の度に作成しないと、量産に使用できうる十分な精度、再現性を得ることができない。
【００１０】
これは、一般的にメンテナンスやパーツ交換を行うことでパーツへの反応生成物の付着状態や各パーツの組み付け状態が異なり装置状態が変化するため、各装置パラメータのエッチングレートへの影響度が変化するためである。そのため、エッチングレートの予測値と実際のエッチングレートの測定値について、あるメンテナンス間では非常に良好な相関であったとしても、メンテナンス実施後では相関係数が低下する場合がある。
【００１１】
この原因として、エッチングレートの予測式算出に使用する各装置パラメータに、メンテナンスによる前述した状態変化を予測できる装置パラメータが含まれていないことが考えられる。例えば、プラズマの発光強度はドライエッチング装置の状態変化をモニタリングできる装置パラメータのひとつであるが、プラズマの発光強度は真空処理室に設けた窓を通して検出しており、窓を透過する光の透過率がエッチング処理による反応生成物の付着状態によって変化する。その結果、プラズマ発光の発光強度を検出する真空処理室外の発光検出器から得られる信号も使用状況や使用時間により変化する。このように、プラズマの発光強度の絶対値は装置の状態変化だけではなく窓の状態の影響を受けるため、プラズマの発光強度をそのままエッチングレートの予測式の作成に用いることは困難である。
【００１２】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、量産装置においても精度良くエッチングレートを算出することができ、所定のエッチング量やエッチング深さにエッチング処理を行うことができるドライエッチング方法およびドライエッチング装置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】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず本発明は、所定の雰囲気および圧力に維持された真空処理室内で、当該真空処理室内に設置した被処理物をプラズマによりエッチング処理するドライエッチング方法を前提とする。そして、本発明に係るドライエッチング方法は、複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された、エッチング反応中にプラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度をプラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて、複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式が求められる。また、当該エッチングレート予測式を用いてエッチングレート予測値が算出される。そして、算出されたエッチングレート予測値に基づいて装置異常の有無を判定する。
【００１４】
このドライエッチング方法では、例えば、算出されたエッチングレート予測値が予め設定された所定範囲外の場合に装置異常と判定される。あるいは、算出されたエッチングレート予測値と先に完了したエッチング処理の処理時間とを用いてエッチング深さ予測値が算出され、当該算出されたエッチング深さ予測値が予め設定された所定範囲外の場合に装置異常と判定される。
【００１５】
また、本発明に係る他のドライエッチング方法は、まず、複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された、エッチング反応中にプラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度をプラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて、複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式が求められる。また、当該エッチングレート予測式を用いてエッチングレート予測値が算出される。そして、算出されたエッチングレート予測値に基づいてエッチング処理時間を算出され、当該算出されたエッチング処理時間でエッチング処理が行われる。
【００１６】
このドライエッチング方法では、例えば、エッチングレート予測値を用いて所望のエッチング量となるエッチング処理時間が算出される。あるいは、エッチングレート予測値と先に完了したエッチング処理の処理時間とを用いてエッチング深さ予測値が算出され、当該算出されたエッチング深さ予測値を用いて所望のエッチング深さとなるエッチング処理時間が算出される。
【００１７】
なお、上述のエッチングレート予測式は、各エッチング処理におけるエッチングレートと、上記発光強度比を装置パラメータの１つとして含む各装置パラメータについての各エッチング処理における平均値および標準偏差を対象とする重回帰分析により求めることができる。
【００１８】
一方、他の観点では、本発明は、所定の雰囲気および圧力に維持された真空処理室内で、前記真空処理室内に設置した被処理物をプラズマによりエッチング処理するドライエッチング装置を提供することができる。すなわち、本発明に係るドライエッチング装置は、当該ドライエッチング装置の各制御を指示する装置制御部と、真空処理室内のプラズマから放射される光のスペクトル強度を取得する発光検出器とを備える。また、データ収集装置は、エッチング反応中に発光検出器により取得された、プラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度をプラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータを収集する。データ収集装置が収集した装置パラメータはデータ保存装置に保存される。エッチングレート演算装置は、複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて予め求められた、複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式と、データ保存装置に保存された各装置パラメータとを用いてエッチングレート予測値を算出する。また、エッチングレート演算装置は、算出したエッチングレート予測値から所望のエッチング量となるエッチング処理時間を算出し、算出したエッチング処理時間を前記装置制御部へ指示する。
【００１９】
このドライエッチング装置は、エッチングレート演算装置により算出されたエッチングレート予測値が予め設定された所定範囲内か否かを判定するとともに、所定範囲外と判定した場合に装置制御部へ処理停止を指示する異常判定装置をさらに備えてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る他のドライエッチング装置は、当該ドライエッチング装置の各制御を指示する装置制御部と、真空処理室内のプラズマから放射される光のスペクトル強度を取得する発光検出器とを備える。また、データ収集装置は、エッチング反応中に発光検出器により取得された、プラズマから放射される光の特定波長のスペクトル強度をプラズマから放射される特定の不活性ガスの波長のスペクトル強度で除算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータを収集する。データ収集装置が収集した装置パラメータはデータ保存装置に保存される。エッチングレート演算装置は、複数回のエッチング処理に対してそれぞれ取得された複数の装置パラメータおよびエッチングレートに基づいて予め求められた、複数の装置パラメータとエッチングレートとの対応関係を示すエッチングレート予測式と、データ保存装置に保存された各装置パラメータとを用いてエッチングレート予測値を算出する。深さ演算装置は、エッチングレート算出装置が算出したエッチングレート予測値と、先に完了したエッチング処理の処理時間とを用いてエッチング深さ予測値を算出する。また、深さ演算装置は、算出したエッチング深さ予測値を用いて所望のエッチング量となるエッチング処理時間を算出し、算出したエッチング処理時間を前記装置制御部へ指示する。
【００２１】
このドライエッチング装置は、深さ演算装置により算出されたエッチング深さ予測値が予め設定された所定範囲内か否かを判定するとともに、所定範囲外と判定した場合に装置制御部へ処理停止を指示する異常判定装置をさらに備えてもよい。
【００２２】
前記したドライエッチング方法および装置によれば、プラズマ発光波長の発光強度を不活性ガスの発光強度で割り算した発光強度比を装置パラメータの１つとして含む装置パラメータからエッチングレート予測値またはエッチング深さ予測値を算出するため、従来のようなメンテナンスやパーツ交換による状態変化がある度にエッチングレート予測式を作成する必要がない。このため、装置の使用状況や使用時間に関係なく、精度の高いエッチングレートの予測と量産装置で使用できる再現性を得ることができる。したがって、適切なエッチング量やエッチング深さに制御して、ばらつきのない高精度なエッチング処理ができる。また、装置状態やプラズマ状態の変動等により正常なエッチングレートでエッチング処理が行われていない場合、確実に異常を検知することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、精度の高いエッチングレートの予測と量産装置で使用できる再現性を得ることができ、これにより、適切なエッチング量やエッチング深さに制御して、微細デバイスの製造ばらつきを低減したエッチング処理ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１におけるドライエッチング装置の概略構成を示す図である。ここで、前記従来例を示す図１０において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。
【００２６】
図１に示すように、真空処理室１には内部を真空に保持し、バルブの開度を制御して所望の圧力に制御する排気手段１１と、真空処理室１内に反応ガスを導入するガス導入部５が設けられている。真空処理室１内の下部には、下部電極４が配設され、この下部電極４上にエッチング処理を行う半導体ウェハ等の被処理物３を載置して保持させる。
【００２７】
また、下部高周波電源１０は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する電源であり、下部電源整合器９を介して下部電極４に接続されている。上部電極２は真空処理室１の上部に下部電極４に対向して配置される。上部高周波電源７は高周波電力を出力する電源であり、上部電源整合器６を介して上部電極２に接続されている。なお、下部電源整合器９および上部電源整合器６は、電源内部の抵抗値（特性インピーダンス）と電源の出力以降の抵抗値（特性インピーダンス）とを整合させる機能を有する装置である。電源整合器６、９は、例えば、可変コンデンサを内蔵し、当該可変コンデンサの容量を変化させて整合状態を調整することにより、高周波電源７、１０の出力電力を電極２、４へ安定して供給する作用を奏する。発光検出器８は真空処理室１に設けた窓を通して被処理物３上の被エッチング膜、フォトレジスト、エッチングガス等に固有のプラズマ発光波長の発光強度（スペクトル強度）を検出する。
【００２８】
装置制御部１２はドライエッチング装置の各部の制御を指示している制御部であり、かつ下部高周波電源１０および上部高周波電源７の電力や下部電源整合器９および上部電源整合器６の可変コンデンサ容量や排気手段１１のバルブ開度やガス導入部５の各プロセスガスの流量などの装置パラメータを取得している。ここで、装置制御部１２で取得する装置パラメータは、上述の装置パラメータに限定されるものではなく、例えば、電極温度や、圧力などの他の装置パラメータであっても良い。また、本実施形態のドライエッチング装置は、データ収集装置１３、データ保存装置１４、エッチングレート演算装置１５および異常判定装置１６を備える。データ収集装置１３は、装置制御部１２で取得される各装置パラメータを収集し、収集したデータをデータ保存装置１４に保存する。エッチングレート演算装置１５は、データ保存装置１４に保存された各装置パラメータと予め取得されたエッチングレート予測式（後述する）とに基づいてエッチングレートを算出する。異常判定装置１６は、エッチングレート演算装置１５で算出されたエッチングレート予測値が予め設定されている所定の範囲内にあるか否かを比較し、所定の範囲から外れた時に異常であると判定する。なお、上記データ収集装置１３は、エッチング処理ごとに各装置パラメータを収集し、データ保存装置１４に記録することが好ましい。
【００２９】
以上のような構成のドライエッチング装置を用いたドライエッチング処理工程について説明する。まず、被処理物３を真空処理室１内に搬入して下部電極４上に載置して保持させる。その後、ガス導入部５より不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）等）および被エッチング膜に応じたガスを含むエッチングガスを真空処理室１内に導入するとともに排気手段１１により真空排気して真空処理室１の内部を所定の雰囲気および圧力に維持する。次に、下部高周波電源１０から下部電極４に高周波電力を印加し、また上部高周波電源７からも上部電極２に高周波電力を印加する。下部電極４および上部電極２に印加された高周波電力により真空処理室１内の気体がプラズマ化され、プラズマ中のイオン、電子およびラジカルにより被処理物３上に形成されている被エッチング膜をプラズマエッチングする。この後、不活性ガス成分やエッチング反応により生じた反応生成物は排気手段１１により排気される。
【００３０】
ここで、被エッチング膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）のウェハ構造のエッチング処理に適用した時の具体例に基づいて、エッチングレート予測式について説明する。この場合、エッチングガスとして、例えば、フルオロカーボン系ガスおよび不活性ガスを含むエッチングガス使用することができる。図２は、シリコン酸化膜を備える半導体ウェハを下部電極４に設置してエッチング処理を行った時のフッ素（Ｆ）の発光強度（スペクトル強度）の変化の模式図を示す。
【００３１】
図２において、時刻Ｔのタイミングでエッチングステップが開始し、時刻Ｕのタイミングでエッチングステップが終了する。フッ素の発光強度について、図２中の区間Ｐはエッチングステップ開始後、プラズマが着火してからプラズマが安定するまでの不安定領域であり、図２中の区間Ｑはエッチングステップでの安定領域で、図２中の区間Ｒはプラズマをオフしてからエッチングステップ終了までの不安定領域である。図２中の区間Ｑの安定したフッ素の発光強度データを抽出し、区間Ｑにおけるフッ素の発光強度の平均値および標準偏差を算出する。
【００３２】
図示は省略するが、フッ素の発光強度以外の装置パラメータ（ここでは、高周波電源の電力、電源整合器の可変コンデンサ容量、排気手段のバルブ開度、ガス導入部の各プロセスガスの流量）も同様にエッチング処理を行った時のエッチングステップ開始後と終了前の不安定領域除いた安定領域のデータを用いて、区間Ｑにおける平均値および標準偏差をそれぞれ算出しておく。また、このエッチング処理時のシリコン酸化膜のエッチングレートを測定しておく。エッチングレートは、例えば、膜厚測定機等にシリコン酸化膜のエッチング量を測定し、当該エッチング量をエッチング処理時間で除することにより算出することができる。
【００３３】
このような手順で、数十枚から数百枚のシリコン酸化膜のエッチング処理を行い、各装置パラメータのデータの平均値と標準偏差およびエッチングレートを算出する。なお、このデータはメンテナンスやパーツ交換を複数回行った期間のデータであることが望ましい。
【００３４】
図３は複数のメンテナンスおよびパーツ交換を実施した期間での発光強度の推移を示す図である。図３において、データＪはフッ素の発光強度（スペクトル強度）の平均値の推移であり、データＫは不活性ガスであるアルゴンの発光強度（スペクトル強度）の平均値の推移である。フッ素およびアルゴンの発光強度は既に述べたとおり、真空処理室１に設けた窓の内面に反応生成物が付着するため、窓を透過する光の透過率が使用状況や使用時間により変化し、発光強度の絶対値が変化する。データＬはフッ素の発光強度をアルゴンの発光強度で割り算した時の発光強度比を示す。
【００３５】
アルゴンは不活性ガスであり、プラズマ中のアルゴンの発光強度は真空処理室１に設けた窓における光の透過率の変化の目安となる。このアルゴンの発光強度で、例えばフッ素の発光強度を割り算した発光強度比にすることで窓の透過率の影響を除外させて、純粋にプラズマ中でのフッ素の発光強度の変化を算出することができる。被エッチング膜、フォトレジスト、エッチングガス等の発光強度データも同様にアルゴンの発光強度データで割り算し発光強度比を算出することで、窓における透過率の変化の影響を除外することができる。
【００３６】
次に、高周波電源７、１０の電力と、電源整合器６、９の可変コンデンサ容量と、排気手段１１のバルブ開度と、ガス導入部５の各プロセスガスの流量と、各発光強度をＡｒの発光強度で割り算した発光強度比と、真空処理室１の各部における温度等の装置パラメータの平均値および標準偏差と実測したエッチングレートの重回帰分析を行い、エッチングレートの予測に必要な装置パラメータを選択し、選択されたそれぞれの装置パラメータの係数を決定することで式（数１）のようなエッチングレート予測値Ｙ（ｎｍ／ｍｉｎ）を算出するためのエッチングレート予測式を作成することができる。
【００３７】
【数１】
2009049382.tif 000003
【００３８】
式（数１）において、係数ａ１〜ａｎおよび定数ｂ０は、重回帰分析により求められる係数であり、説明変数Ｐ１〜Ｐｎは各装置パラメータの平均値または標準偏差である。
【００３９】
図４は実際にシリコン酸化膜を２００スライスエッチングし、式（数１）のエッチングレート予測式で算出したエッチングレート予測値と実測したエッチングレートとの関係を示す図である。図４において、横軸がエッチングレート予測値に対応し、縦軸がエッチングレート実測値に対応する。図４では、各波長の発光強度をアルゴンの発光強度で割り算した発光強度比を用いて作成したエッチングレート予測式により得られたエッチングレート予測値とエッチングレート実測値との関係を四角印で示している。また、発光強度比を用いずに作成したエッチングレートの予測式により得られたエッチングレート予測値とエッチングレート実測値との関係をＸ印で示している。図４に示すように、発光強度比を用いて作成したエッチングレート予測式によるエッチングレート予測値は実測のエッチングレートとの相関係数が０．９８と非常に良好な相関であった。それに対し、発光強度比を用いずにその他の装置パラメータのみ用いて作成したエッチングレート予測値によるエッチングレート予測値と実測のエッチングレートの相関係数は０．５４と弱い相関であった。
【００４０】
以上説明したように、発光強度比を装置パラメータの１つとして含む複数の装置パラメータを説明変数として作成したエッチングレート予測式を使用することで、エッチングレートを極めて高精度に予測することができる。なお、本実施形態では、データ収集装置１３が各装置パラメータについての各エッチング処理の区間Ｑ（図２参照）における平均値および標準偏差を算出し、データ保存装置１４に格納している。また、データ保存装置１４には、各エッチング処理におけるエッチングレートも格納される。データ保存装置１４に格納された、複数回のエッチング処理における、エッチングレートと、各装置パラメータについての各エッチング処理における平均値および標準偏差を対象とする重回帰分析により上述の発光強度比を含む複数の装置パラメータを用いたエッチングレート予測式は、エッチングレート演算装置１５が求めている。なお、上述の発光強度比の平均値および標準偏差は、式（数１）の説明変数（Ｐ１〜Ｐｎ）のいずれかとして使用され、式（数１）中の他の説明変数は、変数増減法等の変数決定法を使用して適宜決定することができる。本構成に限らず、上述の発光強度比を含む複数の装置パラメータを用いたエッチングレート予測式が他の演算機器により求められ、エッチングレート演算装置１５に登録される構成であってもよい。また、エッチングレート予測式は、真空処理室１に導入されるプロセスガス種や、被処理体の品種ごとに求められることが好ましい。
【００４１】
次いで、上述のドライエッチング装置において実施される、ドライエッチング処理について説明する。図５は、本実施形態のドライエッチング装置が実施する、エッチングレート予測式から算出されたエッチングレート予測値が正常な値であるか否かを判断する処理を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、エッチングレート演算装置１５は、例えば、先のエッチング処理が完了し、次のエッチング処理を開始するまでの間に、上述の発光強度比を含む複数の装置パラメータを用いたエッチングレート予測式にエッチング処理中にデータ収集装置１３が取得した装置パラメータをデータ保存装置１４から取得して代入し（Ｓ１）、エッチングレート予測値を算出する（Ｓ２）。なお、各装置パラメータは、上述のようにデータ収集装置１３に取得され、データ保存装置１４に保存されている。また、データ保存装置１４から取得する装置パラメータは、直前のエッチング処理において取得されたものであることが特に好ましい。
【００４３】
エッチングレート演算装置１５は、算出したエッチングレート予測値を異常判定装置１６に入力する。異常判定装置１６には、エッチングレートの上下限値が予め設定されており、入力されたエッチングレート予測値が当該範囲内にあるか、外れているかを比較判定する（Ｓ３）。入力されたエッチングレート予測値が設定範囲から外れている場合（Ｓ３ＮＧ）、異常判定装置１６はエッチングレートが異常であると判定する（Ｓ５）。異常判定の場合、異常判定装置１６は装置制御部１２へ装置処理停止指示を出力し、ドライエッチング装置の処理を停止させる（Ｓ６）。入力されたエッチングレート予測値が設定範囲内である場合、異常判定装置１６は装置処理停止指示を出力することなく、ドライエッチング装置の処理は継続される（Ｓ３ＯＫ、Ｓ４）。
【００４４】
本構成によれば、プラズマ発光波長の発光強度を不活性ガスの発光強度で割り算した発光強度比を含む装置パラメータからエッチングレート予測値を算出するため、従来のようなメンテナンスやパーツ交換による状態変化がある度にエッチングレート予測式を作成することなく、確実に異常を検知することができる。なお、異常判定装置１６に設定されるエッチングレートの上下限値は、デバイスに求められる性能(例えば、配線の抵抗値など)を満たすために一様に決まるエッチング深さや残膜量の規格値を基に、前記規格値を満たすことができるエッチングレートの範囲として決められる。または、設備の長期的なエッチングレートの管理データから、±４シグマなどで決めてもよい。
【００４５】
また、図６は、本実施形態のドライエッチング装置が所望のエッチング量を得るために実施する、エッチングレート予測式から算出されたエッチングレート予測値を用いてエッチング処理時間のフィードバック制御を示すフローチャートである。まず、ドライエッチング装置が備える操作パネル（図示せず）等から利用者が所望のエッチング量を入力する（Ｓ１１）。装置制御部１２は、入力されたエッチング量を、エッチングレート演算装置１５に入力する。また、エッチングレート演算装置１５は、後述する現在のエッチングレート予測値を用いて、予測される最適なエッチング処理時間を算出する（Ｓ１２、Ｓ１３）。
【００４６】
エッチングレート演算装置１５は、算出したエッチング処理時間を装置制御部１２へ入力する。入力されたエッチング処理時間にしたがった装置制御部１２の制御によりエッチング処理が行われる（Ｓ１４）。エッチング処理終了（Ｓ１５）後に、エッチングレート演算装置１５は、エッチング処理中にデータ収集装置１３が取得した発光強度比を含む装置パラメータをデータ保存装置１４から取得し、予め作成したエッチングレート予測式に代入し（Ｓ１６）、エッチングレート予測値を算出する（Ｓ１７）。このエッチングレート予測値が、上述の現在のエッチングレート予測値である。
【００４７】
さらに、エッチングレート演算装置１５は、装置制御部１２へ次のエッチング処理の有無を確認し（Ｓ１８）、次処理がある場合（Ｓ１８Ｙｅｓ）は得られたエッチングレート予測値、および次に処理される被処理物３について前述した処理Ｓ１１で入力された所望のエッチングレート量により、次に処理される被処理物３のエッチング量が所望の値となるようにエッチング処理時間を算出する処理Ｓ１２へ戻る。一方、次処理がない場合（Ｓ１８Ｎｏ）は処理を終了する。
【００４８】
本構成によれば、プラズマ発光波長の発光強度を不活性ガスの発光強度で割り算した発光強度比を含む装置パラメータからエッチングレート予測値を算出するため、従来のようなメンテナンスやパーツ交換による処理室内部の状態変化がある度にエッチングレート予測式を作成することなく、精度の高いエッチングレートの予測と量産装置で使用できる再現性を得ることができる。
【００４９】
その結果、処理室内部の状態変化などによりエッチングレートが変化した時に、その変化に応じてエッチング処理時間を制御することができるため、ドライエッチング装置の状態に左右されない再現性の高い高精度なエッチング処理を実現することができる。
【００５０】
なお、図６における処理Ｓ１６、Ｓ１７は、図５に示す処理Ｓ１、Ｓ２と同様であり、処理Ｓ１８の前に図５で説明した算出のエッチングレート予測値が正常な値か否かの判断を行っても良い。この場合、図５に示す処理Ｓ４のエッチングレート正常と判定した後の次処理が図６の処理Ｓ１８となる。
【００５１】
また、上記では、異常判定装置１６が、各エッチング処理について装置異常の有無を判定する構成を説明したが、異常判定装置１６は、さらに、エッチングレート演算装置１５から入力されたエッチングレート予測値の経時変化をモニタし、経時変化のトレンドから異常発生を予測して警告を発報する構成にしてもよい。例えば、入力された複数回のエッチング処理に対応するエッチングレート予測値が単調に増加（あるいは減少）する場合、当該経時変化の回帰直線を求めることで、設定範囲外に達する時期を予測することができる。
【００５２】
（実施形態２）
図７は本発明の実施形態２におけるドライエッチング装置の概略構成を示す図である。また、本実施形態２のドライエッチング装置においては、前述した実施形態１の構成にエッチングレート演算装置１５と異常判定装置１６の間にエッチング深さを計算する深さ演算装置１７を設けたものであり、その重複する構成部材の説明については省略する。
【００５３】
図７に示すような構成のドライエッチング装置を用いたドライエッチング処理工程について説明する。本実施形態のドライエッチング装置は、エッチング処理時にエッチングレート演算装置１５において、エッチングレート予測式と装置パラメータからエッチングレート予測値を算出する。さらに、装置制御部１２から得た先のエッチング処理時間（例えば、直前に完了したエッチング処理の処理時間）と、エッチングレート演算装置１５から得たエッチングレート予測値とから深さ演算装置１７において掛け算することでエッチング深さ予測値を算出する。また、深さ演算装置１７は算出したエッチング深さ予測値から最適なエッチング深さとするエッチング処理時間を算出し、装置制御部１２へ指示しエッチング処理を行わせる。
【００５４】
図８は、本実施形態のドライエッチング装置が実施する、エッチングレート予測式から得たエッチングレート予測値と装置制御部からのエッチング処理時間とから算出されたエッチング深さ予測値が正常な値であるか否かを判断するフローチャートである。
【００５５】
まず、エッチングレート演算装置１５は、例えば、先のエッチング処理が完了し、次のエッチング処理を開始するまでの間に、実施形態１で説明した発光強度比を含む複数の装置パラメータを用いたエッチングレート予測式にエッチング処理中にデータ収集装置１３が取得した装置パラメータを代入し（Ｓ２１）、エッチングレート予測値を算出する（Ｓ２２）。エッチングレート演算装置１５は、算出したエッチングレート予測値を深さ演算装置１７に入力する。このとき、深さ演算装置１７は、先のエッチング処理で得たエッチング処理時間をデータ収集装置１３から取得する（Ｓ２３）。なお、本実施形態では、データ収集装置１３が装置制御部１２から先のエッチング処理におけるエッチング時間を取得する構成になっているが、本構成に限定されるものではなく、深さ演算装置１７がエッチング時間を取得可能な任意の構成を採用することができる。深さ演算装置１７は、エッチングレート予測値とエッチング処理時間を掛け合わせエッチング深さ予測値を算出する（Ｓ２４）。深さ演算装置１７は、算出したエッチング深さ予測値を異常判定装置１６に入力する。異常判定装置１６には、エッチング深さ予測値の上下限値が予め設定されており、入力されたエッチング深さ予測値が当該範囲内にあるか、外れているかを比較判定する（Ｓ２５）。入力されたエッチング深さ予測値が設定範囲から外れている場合（Ｓ２５ＮＧ）、異常判定装置１６はエッチング深さが異常であると判定する（Ｓ２７）。異常判定の場合、異常判定装置１６は装置制御部１２へ装置処理停止指示を出力し、ドライエッチング装置の処理を停止させる（Ｓ２８）。入力されたエッチング深さ予測値が設定範囲内である場合、異常判定装置１６は装置処理停止指示を出力することなく、ドライエッチング装置の処理は継続される（Ｓ２５ＯＫ、Ｓ２６）。
【００５６】
本構成によれば、プラズマ発光波長の発光強度を不活性ガスの発光強度で割り算した発光強度比を含む装置パラメータからエッチング深さ予測値を算出するため、従来のようなメンテナンスやパーツ交換による状態変化がある度にエッチングレート予測式を作成することなく、確実に異常を検知することができる。
【００５７】
また、図９は、本実施形態のドライエッチング装置が所望のエッチング深さを得るために、エッチングレート予測式から得たエッチングレート予測値とエッチング処理時間とから算出されたエッチング深さ予測値を用いてエッチング処理時間のフィードバック制御を示すフローチャートである。まず、ドライエッチング装置が備える操作パネル（図示せず）等から利用者が所望のエッチング深さを入力（Ｓ３１）する。このとき、深さ演算装置１７は、後述するように、現在のエッチングレート予測値と先のエッチング処理時間とから求めた現在のエッチング深さ予測値を用いて、予測される最適なエッチング処理時間を算出する（Ｓ３２、Ｓ３３）。最適なエッチング処理時間は、例えば、所望のエッチング量を現在のエッチング深さ予測値で除算した値に、先のエッチング処理時間を掛け合わせることで算出することができる。なお、被処理体の表面形状等やパターンの疎密に依存して、このような単純な算出式を使用できない品種に対しては、現在のエッチング深さ予測値から最適なエッチング処理時間を求める算出式は、実験等により予め求めることができる。
【００５８】
深さ演算装置１７は、算出したエッチング処理時間を装置制御部１２へ入力する。入力されたエッチング処理時間にしたがった装置制御部１２の制御によりエッチング処理が行われる（Ｓ３４）。エッチング処理終了（Ｓ３５）後に、エッチングレート演算装置１５は、エッチング処理中にデータ収集装置１３が取得した発光強度比を含む装置パラメータをデータ保存装置１４から取得し、予め作成したエッチングレート予測式に代入し（Ｓ３６）、エッチングレート予測値を算出する（Ｓ３７）。エッチングレート演算装置１５は算出したエッチングレート予測値を深さ演算装置１７へ入力する。このとき、深さ演算装置１７は、データ収集装置１３が装置制御部１２から取得した先のエッチング処理で得たエッチング処理時間を取得する（Ｓ３８）。そして、深さ演算装置１７は、取得したエッチングレート予測値とエッチング処理時間を掛け合わせエッチング深さ予測値を算出する（Ｓ３９）。なお、当該エッチング深さ予測値が上述の現在のエッチング深さ予測値である。
【００５９】
さらに、深さ演算装置１７は、装置制御部１２へ次のエッチング処理の有無を確認し（Ｓ４０）、次処理がある場合（Ｓ４０Ｙｅｓ）は得られたエッチングレート予測値、および次に処理される被処理物３について前述した処理Ｓ３１で入力された所望のエッチング深さにより、次に処理される被処理物３のエッチング深さが所望の値となるようにエッチング処理時間を算出するため処理Ｓ３２へ戻る。一方、次処理がない場合（Ｓ４０Ｎｏ）は処理を終了する。
【００６０】
本構成によれば、プラズマ発光波長の発光強度を不活性ガスの発光強度で割り算した発光強度比を含む装置パラメータからエッチング深さ予測値を算出するため、従来のようなメンテナンスやパーツ交換による状態変化がある度にエッチングレート予測式を作成することなく、精度の高いエッチングレートの予測と量産装置で使用できる再現性を得ることができる。その結果、高精度なエッチング処理を実現することができる。
【００６１】
また、本構成では、エッチング深さ予測値に基づいてエッチング処理時間を決定するため、被エッチング膜の途中でエッチング処理を停止するプロセスにおいても、高精度なエッチング処理を実現することができる。
【００６２】
また、図９においても、前述した実施形態１と同様に、図８の処理Ｓ２１〜Ｓ２４と図９の処理Ｓ３６〜Ｓ３９は同じであり、エッチング深さ予測値の正常か否かの判断を行ってから次の処理Ｓ４０へ移るようにしても良い。
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、精度の高いエッチングレートの予測と量産装置で使用できる再現性を得ることができる。これにより、適切なエッチング量やエッチング深さに制御して、微細デバイスの製造ばらつきを低減したエッチング処理ができる。
【００６４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。上記各実施形態では、特に好ましい形態として、異常判定装置を備えた構成について説明したが、異常判定装置を備えない構成であっても、従来に比べて、精度よくエッチング量を制御できるという効果を得ることができる。また、上記では、エッチングレート予測式を求めるために使用する説明変数を、装置パラメータの平均値または標準偏差として説明したが、平均値に代えて、最大値、最小値、中間値等を使用してもよい。また、標準偏差に代えてレンジ（最大値と最小値の差）を使用してもよい。さらに、上述のエッチングレート予測値は、ウェハ（被処理体）上の複数点について求めてもよい。この場合、上述の異常判定は、各点において算出されたそれぞれのエッチングレート予測値、あるいはエッチング深さ予測値について実施してもよく、各点において算出されたそれぞれのエッチングレート予測値の平均値、あるいはエッチング深さ予測値の平均値について実施してもよい。加えて、上記各実施形態では、平行平板型のドライエッチング装置の事例について説明したが、本発明は、真空処理室内でプラズマによりエッチング処理を行ういかなるドライエッチング装置にも適用することができる。
【００６５】
また、上述したエッチングレート演算装置、深さ演算装置、異常判定装置は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリとを備えたハードウエア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等として実現することができる。さらに、データ収集装置、データ保存装置、エッチングレート演算装置、深さ演算装置、異常判定装置等はそれぞれ分離していることは必須の構成ではなく、適宜組み合わせた一体の装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係るドライエッチング方法およびドライエッチング装置は、精度の高いエッチングレートの予測と量産装置で使用できる再現性を得ることができ、適切なエッチング量やエッチング深さに制御して、微細デバイスの製造ばらつきを低減したエッチング処理として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態１におけるドライエッチング装置の概略構成図
【図２】シリコン酸化膜のエッチング処理時におけるフッ素の発光強度の変化を示す模式図
【図３】複数のメンテナンスおよびパーツ交換の実施期間で発光強度の推移を示す図
【図４】エッチングレート予測式から算出した予測値と実測したエッチングレートとの相関図
【図５】エッチングレート予測式から算出した予測値の異常を判断するフローチャート
【図６】エッチングレート予測式から算出した予測値を用いたエッチング処理時間のフィードバック制御のフローチャート
【図７】本発明の実施形態２におけるドライエッチング装置を示す概略構成図
【図８】エッチングレート予測式から算出した予測値と装置制御部からのエッチング処理時間から得たエッチング深さ予測値とに基づいて異常を判断するフローチャート
【図９】エッチングレート予測式から算出した予測値と装置制御部からのエッチング処理時間から得たエッチング深さ予測値とを用いたエッチング処理時間のフィードバック制御のフローチャート
【図１０】従来の平行平板型ドライエッチング装置を示す概略構成図
【符号の説明】
【００６８】
１  真空処理室
２  上部電極
３  被処理物
４  下部電極
５  ガス導入部
６  上部電源整合器
７  上部高周波電源
８  発光検出器
９  下部電源整合器
１０  下部高周波電源
１１  排気手段
１２  装置制御部
１３  データ収集装置
１４  データ保存装置
１５  エッチングレート演算装置
１６  異常判定装置
１７  深さ演算装置
【図１】
2009049382.tif 000004
【図２】
2009049382.tif 000005
【図３】
2009049382.tif 000006
【図４】
2009049382.tif 000007
【図５】
2009049382.tif 000008
【図６】
2009049382.tif 000009
【図７】
2009049382.tif 000010
【図８】
2009049382.tif 000011
【図９】
2009049382.tif 000012
【図１０】
2009049382.tif 000013