JP2004039772A - プラズマ処理装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好なドライエッチング処理を実行する。
【解決手段】ドライエッチング装置の制御装置１０００は、処理後のウェハの品番と、パターン寸法に関するデータと、ウェハの処理中に測定されたインピーダンスおよび設定パラメータとを関連付けたデータベースを記憶するメモリ１０３０と、ドライエッチング装置を制御するＣＰＵ１０２０とを含む。ＣＰＵ１０２０は、処理対象のウェハの品番に対応するインピーダンスをデータベースから読出す回路と、読出されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対して測定されたインピーダンスモニタ値とを比較する回路と、その比較結果に基づいて、データベースに記憶された設定パラメータを使用して、設定されているパラメータを変更する回路とを含む。
【選択図】 図１
【解決手段】ドライエッチング装置の制御装置１０００は、処理後のウェハの品番と、パターン寸法に関するデータと、ウェハの処理中に測定されたインピーダンスおよび設定パラメータとを関連付けたデータベースを記憶するメモリ１０３０と、ドライエッチング装置を制御するＣＰＵ１０２０とを含む。ＣＰＵ１０２０は、処理対象のウェハの品番に対応するインピーダンスをデータベースから読出す回路と、読出されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対して測定されたインピーダンスモニタ値とを比較する回路と、その比較結果に基づいて、データベースに記憶された設定パラメータを使用して、設定されているパラメータを変更する回路とを含む。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ製造技術に関し、特に、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、スパッタリング装置等のプラズマ処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマ処理は、ドライエッチングによる微細加工、薄膜形成、および表面改質等の物質の表面処理に広く利用されており、特に半導体製造の分野においては、超高集積回路装置を製造する上で必要不可欠な技術となっている。
【０００３】
半導体集積回路の微細化が進むにつれ、最近では高い真空度の圧力下で高密度プラズマを生成する必要が生じてきており、コイルに流れる高周波電流により形成される誘導磁界を減圧下の空間に作用させてプラズマを発生させる誘導結合型プラズマ発生装置およびそれを用いたプラズマ処理装置が注目を集めている。
【０００４】
ドライエッチング装置の場合は、高真空においてプラズマを発生させると、基板表面に形成されるイオンシース中でイオンがイオン又は他の中性ガス粒子と衝突する確率が小さくなるために、イオンの方向性が基板に向かって揃い、エッチング異方性が高められ、高アスペクト比の加工が可能になる。また、プラズマＣＶＤの場合は、高真空においてプラズマを発生させると、イオンによるスパッタリング効果によって微細パターンの埋め込みと平坦化作用が得られ、高アスペクト比の加工が可能になる。このようなプラズマ処理装置において、プラズマ処理の変動をリアルタイムで監視して半導体ウェハの製造歩留りの向上が図られている。
【０００５】
特開平１０−１２５６６０号公報は、プラズマ特性処理の変動をリアルタイムに監視する装置を開示する。この公報に開示された装置は、プラズマ状態を反映する電気的信号を測定する信号サンプリング回路と、電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連づけるモデル式を記憶するモデル式記憶回路と、信号サンプリング回路により測定した電気信号の値を、モデル式記憶回路から読み出したモデル式に代入し、プラズマ処理特性の予測値を算出する演算回路と、プラズマ処理特性の予測値に基づいてプラズマの状態を診断する診断回路とを含む。
【０００６】
この装置によると、リアルタイムで測定した電気的信号をモデル式に代入することによってプラズマの状態を見積もることができる。このため、プラズマ処理特性が変化した場合にはオペレータが直ちにこれを知ることができる。したがって、不良ウェハが大量に発生することを未然に防止することができる。また、モデル式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号のパラメータを監視するのではなく、複数のパラメータのバランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にまとめて監視することができるので、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易となる。その結果、プラズマ処理特性の変動や経時変化をリアルタイムで監視することができ、製造歩留りおよび生産性を向上することができる。
【０００７】
特開２００１−７０８９公報は、プラズマ処理中に発生するプラズマの状態を制御する方法を開示する。この公報に開示された方法は、高周波電源からインピーダンス整合器を介してコイルに高周波電力を供給してチャンバ内に磁界を発生させ、チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化して処理を行うプラズマ処理方法である。この方法は、プラズマ処理中にプラズマの状態の変化を検出する検出ステップと、検出結果に基づいて高周波電源から出力される高周波電力量とガス供給量とチャンバ内の圧力の全てまたはいずれかを制御する制御ステップとを含む。
【０００８】
この方法によると、プラズマ処理を行っているプラズマ放電中において、電流・電圧波形はさまざまな歪み波形となり、この波形の歪み・変動はプラズマの状態の変化に対応しており、プロセス条件により異なる形状を示すことになる。ｔのときに、どのように変化するのかということは従来明らかでなかったが、電圧、電流、位相差、インピーダンス、電力についてそれぞれ第５次までの高調波成分の測定を行い、その変化がプラズマ処理結果と相関があるということが判った。これによって、プラズマ処理中にプラズマの状態の変化を検出し、検出結果に基づいて高周波電源から出力される高周波電力量とガス供給量とチャンバ内の圧力の全てまたはいずれかを制御することにより、プラズマの状態を適切に制御できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平１０−１２５６６０号公報に開示された装置では、信号サンプリング回路にてプラズマを発生するための高周波電力を印加する電極と整合器との間の電圧、電流、位相、インピーダンスおよび自己バイアス電流のうちの少なくとも１つをリアルタイムで計測し、これらをモデル式に代入してプラズマの状態を見積もる。プラズマ処理特性であるエッチングの均一性などが変化した場合、モデル式による演算結果が変化するので、オペレータは異常が発生する可能性を知ることができる。しかしながら、この装置はプラズマの状態を診断してその結果をオペレータに知らせるものに過ぎない。このため、オペレータは、プラズマ処理の結果に異常が発生する可能性を知るに過ぎず、その警報に従って原因を究明し、制御パラメータを調整しなければならない。
【００１０】
また、特開２００１−７０８９公報に開示された方法では、検出ステップにてプラズマの状態の変化を、たとえばプラズマ処理結果と相関がある、コイルとインピーダンス整合器との間の電圧、電流、位相差、インピーダンスが測定される。この測定値に元づいて、制御ステップにて、高周波電源から出力される高周波電力量とガス供給量とチャンバ内の圧力などが制御される。しかしながら、制御ステップにおける制御対象は明確であるものの、測定結果に対する制御対象の制御量が不明であるので、実際にどのようにして制御されるのかがわからない。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、良好なエッチング処理を実行することができる、半導体ウェハ製造工程におけるドライエッチング装置の制御装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明にかかる制御装置は、高周波電源からインピーダンス整合器を介してコイルに高周波電力を供給してチャンバ内に磁界を発生させ、チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化してウェハを処理するドライエッチング装置を制御する。このドライエッチング装置は、複数の設定パラメータにより処理条件が決定される。この制御装置は、コイルとインピーダンス整合器との間に配設され、インピーダンスを測定するための測定手段と、処理後のウェハの形態に関するデータと、処理後のウェハに関する情報と、処理後のウェハの処理中に、測定されたインピーダンスおよび設定された設定パラメータとを関連付けて記憶するための記憶手段と、測定手段と記憶手段とに接続され、ドライエッチング装置を制御するための制御手段とを含む。この制御手段は、処理対象のウェハと情報とに基づいて、処理対象のウェハに対応するインピーダンスを記憶手段から読出すための読出し手段と、読出し手段により読み出されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対して測定手段により測定されたインピーダンスとを比較するための比較手段と、比較手段による比較結果を用いて、記憶手段に記憶された設定パラメータに基づいて、処理対象のウェハを処理するための設定パラメータを変更するための変更手段とを含む。
【００１３】
第１の発明によると、記憶手段には、処理後のウェハの形態に関するパターン寸法などのデータと、処理後のウェハに関する品種などの情報と、処理後のウェハの処理中に、測定されたインピーダンスおよび設定された設定パラメータとが関連付けられたデータベースが記憶される。このようなデータベースが記憶されている状態で、処理対象のウェハがドライエッチング装置に装填され、エッチング処理が開始されて、測定手段によりインピーダンスが測定される。この測定されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対応して記憶されたインピーダンスとに基づく比較結果に基づいて、変更手段が設定パラメータを変更する。このとき、記憶手段に記憶された設定パラメータが用いられる。これにより、様々な要因により変動するプラズマの状態を、インピーダンスをモニタリングすることにより監視することができる。測定されたインピーダンスと記憶されたインピーダンスとがたとえば不一致であると、変更手段が設定パラメータを変更する。設定パラメータを変更して、インピーダンスが一致すると、所望のエッチング処理が実行されることになる。その結果、良好なエッチング処理を実行することができる、半導体ウェハ製造工程におけるドライエッチング装置の制御装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明にかかる制御装置は、第１の発明の構成に加えて、変更手段は、比較結果がインピーダンスの不一致を示す場合、処理対象のウェハに対応する設定パラメータに基づいて、処理対象のウェハを処理するための設定パラメータを変更するための手段を含む。
【００１５】
第２の発明によると、処理対象のウェハがドライエッチング装置に装填され、エッチング処理が開始されて、測定手段によりインピーダンスが測定される。この測定されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対応して記憶されたインピーダンスとが不一致であると判断されると、変更手段が設定パラメータを変更する。これにより、インピーダンスをモニタリングして、様々な要因により変動するプラズマの状態を、測定されたインピーダンスと記憶されたインピーダンスとの一致／不一致により監視することができる。
【００１６】
第３の発明にかかる制御装置は、第１または２の発明の構成に加えて、比較結果がインピーダンスの不一致を、予め定められた回数示す場合、記憶手段に記憶されたインピーダンスおよび設定パラメータとを修正するための修正手段をさらに含む。
【００１７】
第３の発明によると、変更手段により設定パラメータを変更しても、測定されたインピーダンスと記憶されたインピーダンスとが不一致であることが予め定められた回数になると、データベースの修正が実行される。この修正は、記憶手段に記憶されたインピーダンスおよび設定パラメータとに対して実行される。これにより、データベースが正しく修正されて、変更手段が、記憶された設定パラメータに基づいて設定パラメータを変更することにより、インピーダンスが一致して、所望のエッチング処理が実行される。
【００１８】
第４の発明にかかる制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、記憶手段に記憶されるデータは、ウェハのパターン寸法に基づくデータを含むものである。
【００１９】
第４の発明によると、ウェハのパターン寸法を評価基準として、エッチング処理を実行できる。
【００２０】
第５の発明にかかる制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、記憶手段に記憶される情報は、ウェハの品種に基づく情報を含むものである。
【００２１】
第５の発明によると、ウェハの品種毎にデータベースを構築して、品種に基づいて記憶手段からインピーダンスを読み出して、測定されたインピーダンスと比較する。これにより、ウェハの品種毎にインピーダンスや設定パラメータをデータベースに記憶しておいて、ドライエッチング装置を制御できる。
【００２２】
第６の発明にかかる制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、記憶手段に記憶される設定パラメータは、高周波電源に供給される電力に関するパラメータ、ガスの流量に関するパラメータ、コイルの電流に関するパラメータおよびチャンバの圧力に関するパラメータの少なくとも１つのパラメータを含むものである。
【００２３】
第６の発明によると、ドライエッチング装置における処理条件を決定する設定パラメータである、高周波電源に供給される電力に関するパラメータ、ガスの流量に関するパラメータ、コイルの電流に関するパラメータおよびチャンバの圧力に関するパラメータを含むデータベースを構築する。これらの設定パラメータに基づいてドライエッチング装置の処理条件を決定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
図１を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００を含むドライエッチング装置の構成について説明する。図１に示すように、このドライエッチング装置は、圧力容器であるエッチングチャンバ１００と、エッチングチャンバ１００の内部に設けられた磁場発生用コイル１１０と、エッチング終点検出器１２０とを含む。
【００２６】
エッチングチャンバ１００には、ウェハ５００が載置されるバイアス電極１３０と、圧力制御バルブ１５０を介して接続されたガス排気部１４０と、エッチングチャンバ１００の内部の圧力を測定する圧力計１６０と、マスフローメータ２１０を経由して接続されたガス供給部２００と、導波管３１０を経由して接続されたプラズマ発生用高周波電源３００とを含む。バイアス電極１３０は、プラズマインピーダンスモニタ４００およびマッチングボックス４１０を経由してバイアス発生用高周波電源４２０に接続されている。これらの構成要素のそれぞれは、制御装置１０００に接続されている。
【００２７】
エッチングチャンバ１００には、ガス供給部２００からプロセスガスがマスフローコントローラ２１０により流量が制御された状態で供給される。エッチングチャンバ１００の圧力は圧力計１６０により検出され、ガス排気部１４０の前段に設けられた圧力制御バルブ１５０により制御される。エッチングチャンバ１００内のプロセスガスをプラズマ化させるためにプラズマ発生用高周波電源３００により高周波電力が発生され、導波管３１０を通してエッチングチャンバ１００に供給される。その際、エッチングチャンバ１００内のプラズマ密度を上昇させるために、磁場発生用コイル１１０により磁場が印加される。
【００２８】
このようにして発生されたプラズマによりウェハ上の配線、ホールなどの微細加工がなされるが、プラズマ中のイオンによりエッチング形状の異方性を制御するために、ウェハステージを兼ねるバイアス電極１３０には、高周波電力を供給するバイアス発生用高周波電源４２０が、プラズマとのインピーダンス整合をとるためのマッチングボックス４１０を介して接続されている。なおエッチングの終点を表わすジャストエッチ時間を判定するために、フォトマルなどのエッチング終点検出器１２０が設けられている。
【００２９】
制御装置１０００は、ドライエッチング装置の各部に設けられた機器とのインターフェイス１０００と、インターフェイス１０００に接続されたバス１０１０と、バス１０１０に接続され、制御装置１０００を介してドライエッチング装置を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０２０と、ＣＰＵ１０２０で実行されるプログラムと、プログラムの実行結果およびデータベースを記憶するメモリ１０３０と、予め設定された値に対して計数を行なうカウンタ１０４０とを含む。プラズマインピーダンスモニタ４００は、バイアス電極１３０とマッチングボックス４１０との間に挿入され、インピーダンスを測定する。
【００３０】
図２を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のメモリ１０３０に記憶される第１のデータベースについて説明する。図２に示すように、この第１のデータベースは、ウェハ５００の品種、工程およびデータ番号ごとに、インピーダンスモニタ値、ジャストエッチ時間およびエッチング後のパターン寸法を記憶する。図２に示すように、ウェハ５００の品種、その工程およびデータ番号ごとに、プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスモニタ値、エッチング終点検出器１２０により検出されたジャストエッチ時間および測長ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの寸法測定器により測定されたエッチング後のパターン寸法を記憶する。
【００３１】
図３を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のメモリ１０３０に記憶される第２のデータベースについて説明する。図３に示すように、この第２のデータベースは、前述の図２に示した第１のデータベースと同様、ウェハ５００の品種、工程およびデータ番号ごとに、プラズマ発生用高周波電力、バイアス発生用高周波電力、プロセスガス流量、チャンバ圧力および磁場発生用コイル電流を記憶する。プラズマ発生用高周波電力は、プラズマ発生用高周波電源３００に供給される電力を、バイアス発生用高周波電力はバイアス発生用高周波電源４２０に供給される電力を示す。プロセスガス流量は、マスフローメータ２１０により計測される流量である。チャンバ圧力は圧力計１６０により計測される圧力である。磁場発生用コイル電流は、磁場発生用コイル１１０に供給される電流値を示す。
【００３２】
図４を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のＣＰＵ１０２０で実行されるプログラムの制御構造は、データベース作成処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００３３】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＣＰＵ１０２０は、プロセスパラメータの設定を行なう。このプロセスパラメータの設定は、オペレータが経験値などに基づいて行なう。Ｓ１１０にて、ＣＰＵ１０２０は、ウェハのエッチングを開始する。Ｓ１２０にて、ＣＰＵ１０２０は、ＣＰＵ１０２０に内蔵されたタイマをスタートさせることにより、ジャストエッチタイマをスタートさせる。
【００３４】
Ｓ１３０にて、ＣＰＵ１０２０は、プラズマインピーダンスモニタ４００を用いてインピーダンスを測定する。Ｓ１４０にて、ＣＰＵ１０２０は、測定されたインピーダンスおよびプロセスパラメータをメモリ１０３０に記憶する。Ｓ１５０にて、ＣＰＵ１０２０は、エッチング終点を検出したか否かを判断する。この判断は、エッチング終点検出器１２０からＣＰＵ１０２０が受信した信号に基づいて行なわれる。エッチング終点を検出すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ１６０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１３０へ戻される。
【００３５】
Ｓ１６０にて、ＣＰＵ１０２０は、ＣＰＵ１０２０に内蔵されたタイマであるジャストエッチタイマの値に基づいて、ジャストエッチ時間を算出する。Ｓ１７０にて、ＣＰＵ１０２０は、エッチング後のパターン寸法を算出する。この処理は、たとえばエッチング後のパターン寸法を、測長ＳＥＭを用いて測定した結果を、制御装置１０００に接続された入力装置（図示しない）に入力することにより行なわれる。
【００３６】
Ｓ１８０にて、ＣＰＵ１０２０は、第１のデータベース（図２）および第２のデータベース（図３）を作成する。Ｓ１９０にて、ＣＰＵ１０２０は、Ｓ１８０にて作成したデータベースをメモリ１０３０に記憶する。
【００３７】
図５を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のＣＰＵ１０２０で実行されるプログラムは、ウェハエッチング処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００３８】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１０２０は、プロセスパラメータ設定する。Ｓ２１０にて、ＣＰＵ１０２０は、ウェハのエッチングを開始する。Ｓ２２０にて、ＣＰＵ１０２０は、ＣＰＵ１０２０に内蔵されたジャストエッチタイマをスタートさせる。このとき、ウェハ５００の品種などに基づいて、第１のデータベース（図２）に記憶されたジャストエッチ時間が設定される。
【００３９】
Ｓ２３０にて、ＣＰＵ１０２０は、プロセスパラメータを設定する。Ｓ２４０にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタ１０４０を初期化（Ｃ＝１）する。
【００４０】
Ｓ２５０にて、ＣＰＵ１０２０は、品種および工程に基づいて、第１のデータベース（図２）からインピーダンスモニタ値を読出す。
【００４１】
Ｓ２６０にて、ＣＰＵ１０２０は、プラズマインピーダンスモニタ４００によりインピーダンスを測定して、測定された測定インピーダンスと、メモリ１０３０から読出したインピーダンスモニタ値とが一致するか否かを判断する。測定インピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致すると（Ｓ２６０にてＹＥＳ）、処理はＳ３３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ２７０へ移される。
【００４２】
Ｓ２７０にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタ値に１を加算する。Ｓ２８０にて、ＣＰＵ１０２０は、測定インピーダンス、エッチング後のパターン寸法および品種、工程に基づいて、第２のデータベース（図３）からプロセスパラメータを読出す。Ｓ２９０にて、ＣＰＵ１０２０は、読出したプロセスパラメータに基づいて、ドライエッチング装置を制御する。
【００４３】
Ｓ３００にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタ値Ｃが予め定められたしきい値よりも大きいか否かを判断する。カウンタ値Ｃが予め定められたしきい値よりも大きい場合には（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ３１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３３０へ移される。
【００４４】
Ｓ３１０にて、ＣＰＵ１０２０は、第２のデータベース（図３）のプロセスパラメータを再計算する。Ｓ３２０にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタを初期化（Ｃ＝０）する。Ｓ３３０にて、ＣＰＵ１０２０は、ジャストエッチタイマがタイムアップしたか否かを判断する。ジャストエッチタイマがタイムアップすると（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ３３０にてＮＯ）、処理はＳ２５０へ戻される。
【００４５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態にかかるドライエッチング装置の動作について説明する。
【００４６】
［データベース作成動作］
オペレータがプロセスパラメータを設定し（Ｓ１００）、予め定められた条件が満たされるとウェハのエッチングが開始される（Ｓ１１０）。ジャストエッチタイマがスタートされ（Ｓ１２０）、プラズマインピーダンスモニタ４００によりインピーダンスが測定される（Ｓ１３０）。測定されたインピーダンスおよびプロセスパラメータがメモリ１０３０に記憶される（Ｓ１４０）。エッチング終点検出器１２０がエッチング終点を検出するまでは（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、インピーダンス測定（Ｓ１３０）、測定インピーダンスおよびプロセスパラメータがメモリ１０３０に繰返し記憶される（Ｓ１４０）。
【００４７】
エッチング終点検出器１２０がエッチングの終点を検出すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、ジャストエッチ時間が算出される（Ｓ１６０）。エッチング後のパターン寸法が測長ＳＥＭなどを用いて測定される（Ｓ１７０）。図２に示す第１のデータベースおよび図３に示す第２のデータベースが作成され（Ｓ１８０）、作成されたデータベースがメモリ１０３０に記憶される（Ｓ１９０）。
【００４８】
以上のようにして、第１のデータベース（図２）、第２のデータベース（図３）がメモリ１０３０に記憶される。
【００４９】
［エッチング動作］
前述のデータベース作成動作に基づいて、メモリ１０３０にデータベース（図２、図３）が記憶されると、処理対象である次のウェハ５００がドライエッチング装置にセットされる。オペレータによるプロセスパラメータが設定され（Ｓ２００）、ウェハのエッチングが開始される（Ｓ２１０）。ジャストエッチタイマがスタートされ（Ｓ２２０）、プロセスパラメータが設定される（Ｓ２３０）。カウンタが初期化され（Ｓ２４０）、ドライエッチング装置にセットされたウェハ５００の品種および工程に基づいて、第１のデータベース（図２）からインピーダンスモニタ値が読出される（Ｓ２５０）。プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスと読出されたインピーダンスモニタ値とが一致すると（Ｓ２６０にてＹＥＳ）、ジャストエッチタイマがタイムアップするまで（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、測定されたインピーダンスとインピーダンスモニタ値とが一致するか否かが繰返し判断される。
【００５０】
プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスと読出されたインピーダンスモニタ値とが一致しないと（Ｓ２６０にてＮＯ）、カウンタ値に１が加算される（Ｓ２７０）。測定されたインピーダンス、エッチング後のパターン寸法および品種、工程に基づいて、第２のデータベース（図３）からプロセスパラメータが読出される（Ｓ２８０）。読出されたプロセスパラメータに基づいてドライエッチング装置が制御される（Ｓ２９０）。カウンタ値が予め定められたしきい値よりも大きくなると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、第２のデータベース（図３）のプロセスパラメータが再計算される（Ｓ３１０）。その後カウンタが初期化され（Ｓ３２０）、ジャストエッチタイマがタイムアップするまでは（Ｓ３３０にてＮＯ）、再度Ｓ２６０〜Ｓ３２０の処理が繰返し行なわれる。なお、カウンタ値Ｃが予め定められたしきい値以下であると（Ｓ３００にてＮＯ）、第２のデータベース（図３）のプロセスパラメータは再計算されない。
【００５１】
図６を参照して、本実施の形態にかかるドライエッチング装置のインピーダンスの変化を説明する。図６に示すように、エッチングが開始されると（Ｓ２１０）、プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスと、メモリ１０３０から読出されたインピーダンスモニタ値とが比較される（Ｓ２６０）。測定されたインピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致しない場合には（Ｓ２６０にてＮＯ）、プロセスパラメータの再設定が実行される（Ｓ２８０、Ｓ２９０）。プロセスパラメータの再設定により、インピーダンスは第１のデータベース（図２）に記憶されたインピーダンスモニタ値となり、ジャストエッチタイマがタイムアップする（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、エッチングが終了する。
【００５２】
図７を参照して、プロセスパラメータが再々設定される場合について説明する。エッチングが開始され（Ｓ２１０）、インピーダンスが測定され測定されたインピーダンスと読出されたインピーダンスモニタ値とが一致しない場合（Ｓ２６０にてＮＯ）、プロセスパラメータが再設定される。プロセスパラメータが再設定されてカウンタ値が１であって再度測定された測定インピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致しない場合（Ｓ２６０にてＮＯ）、カウンタが２になる（Ｓ２７０）。この状態で、プロセスパラメータの再々設定が行なわれ（Ｓ２８０、Ｓ２９０）、目標とするインピーダンスすなわち、測定されたインピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致すると、ジャストエッチタイマがタイムアップすると（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、エッチングは終了する。
【００５３】
以上のようにして、本実施の形態にかかるドライエッチング装置の制御装置によると、メモリには、ドライエッチングのパターン寸法と、ウェハの品種などの情報と、ウェハの処理中に測定されたインピーダンスおよび設定された設定パラメータとが関連付けられたデータベースが記憶される。このようなデータベースが記憶されている状態で、新たな処理対象であるウェハがドライエッチング装置に装填され、エッチング処理が開始される。プラズマインピーダンスモニタによりインピーダンスが測定され、この測定されたインピーダンスと、処理対象であるウェハに対応してメモリに記憶されたインピーダンスモニタ値とに基づいて、それらが一致しない場合には、ＣＰＵによりメモリからプロセスパラメータが読出され、そのプロセスパラメータに基づいて制御が実行される。これにより、さまざまな要因により変動するプラズマの状態を、インピーダンスをモニタリングすることにより監視することができる。測定されたインピーダンスと記憶されたモニタインピーダンス値とが不一致である場合には設定パラメータが変更される。設定パラメータが変更されてインピーダンスが一致すると、所望のエッチング処理が実行されることになる。その結果、良好なエッチング処理を実行することができる、半導体ウェハ製造工程におけるドライエッチング装置の制御装置を提供することができる。
【００５４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる制御装置を含むドライエッチング装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる制御装置のメモリに記憶される第１のデータベースを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる制御装置のメモリに記憶される第２のデータベースを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる制御装置のＣＰＵで実行されるデータベース作成処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態にかかる制御装置のＣＰＵで実行されるウェハエッチング処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態にかかる制御装置におけるエッチング処理において測定されたインピーダンスを示す図（その１）である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる制御装置におけるエッチング処理において測定されたインピーダンスを示す図（その２）である。
【符号の説明】
１００ エッチングチャンバ、１１０ 磁場発生用コイル、１２０ エッチング終点検出器、１３０ バイアス電極、１４０ ガス排気部、１５０ 圧力制御バルブ、１６０ 圧力計、２００ ガス供給部、２１０ マスフローメータ、３００ プラズマ発生用高周波電源、３１０ 導波管、４００ プラズマインピーダンスモニタ、４１０ マッチングボックス、４２０ バイアス発生用高周波電源、５００ ウェハ、１０００ 制御装置、１０１０ バス、１０２０ ＣＰＵ、１０３０ メモリ、１０４０ カウンタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ製造技術に関し、特に、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、スパッタリング装置等のプラズマ処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマ処理は、ドライエッチングによる微細加工、薄膜形成、および表面改質等の物質の表面処理に広く利用されており、特に半導体製造の分野においては、超高集積回路装置を製造する上で必要不可欠な技術となっている。
【０００３】
半導体集積回路の微細化が進むにつれ、最近では高い真空度の圧力下で高密度プラズマを生成する必要が生じてきており、コイルに流れる高周波電流により形成される誘導磁界を減圧下の空間に作用させてプラズマを発生させる誘導結合型プラズマ発生装置およびそれを用いたプラズマ処理装置が注目を集めている。
【０００４】
ドライエッチング装置の場合は、高真空においてプラズマを発生させると、基板表面に形成されるイオンシース中でイオンがイオン又は他の中性ガス粒子と衝突する確率が小さくなるために、イオンの方向性が基板に向かって揃い、エッチング異方性が高められ、高アスペクト比の加工が可能になる。また、プラズマＣＶＤの場合は、高真空においてプラズマを発生させると、イオンによるスパッタリング効果によって微細パターンの埋め込みと平坦化作用が得られ、高アスペクト比の加工が可能になる。このようなプラズマ処理装置において、プラズマ処理の変動をリアルタイムで監視して半導体ウェハの製造歩留りの向上が図られている。
【０００５】
特開平１０−１２５６６０号公報は、プラズマ特性処理の変動をリアルタイムに監視する装置を開示する。この公報に開示された装置は、プラズマ状態を反映する電気的信号を測定する信号サンプリング回路と、電気的信号の値とプラズマ処理特性とを関連づけるモデル式を記憶するモデル式記憶回路と、信号サンプリング回路により測定した電気信号の値を、モデル式記憶回路から読み出したモデル式に代入し、プラズマ処理特性の予測値を算出する演算回路と、プラズマ処理特性の予測値に基づいてプラズマの状態を診断する診断回路とを含む。
【０００６】
この装置によると、リアルタイムで測定した電気的信号をモデル式に代入することによってプラズマの状態を見積もることができる。このため、プラズマ処理特性が変化した場合にはオペレータが直ちにこれを知ることができる。したがって、不良ウェハが大量に発生することを未然に防止することができる。また、モデル式では、電流、電圧、位相など、個々の電気的信号のパラメータを監視するのではなく、複数のパラメータのバランスをプラズマ処理特性等と関連づけて一度にまとめて監視することができるので、装置に異常が生じた場合の原因究明が容易となる。その結果、プラズマ処理特性の変動や経時変化をリアルタイムで監視することができ、製造歩留りおよび生産性を向上することができる。
【０００７】
特開２００１−７０８９公報は、プラズマ処理中に発生するプラズマの状態を制御する方法を開示する。この公報に開示された方法は、高周波電源からインピーダンス整合器を介してコイルに高周波電力を供給してチャンバ内に磁界を発生させ、チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化して処理を行うプラズマ処理方法である。この方法は、プラズマ処理中にプラズマの状態の変化を検出する検出ステップと、検出結果に基づいて高周波電源から出力される高周波電力量とガス供給量とチャンバ内の圧力の全てまたはいずれかを制御する制御ステップとを含む。
【０００８】
この方法によると、プラズマ処理を行っているプラズマ放電中において、電流・電圧波形はさまざまな歪み波形となり、この波形の歪み・変動はプラズマの状態の変化に対応しており、プロセス条件により異なる形状を示すことになる。ｔのときに、どのように変化するのかということは従来明らかでなかったが、電圧、電流、位相差、インピーダンス、電力についてそれぞれ第５次までの高調波成分の測定を行い、その変化がプラズマ処理結果と相関があるということが判った。これによって、プラズマ処理中にプラズマの状態の変化を検出し、検出結果に基づいて高周波電源から出力される高周波電力量とガス供給量とチャンバ内の圧力の全てまたはいずれかを制御することにより、プラズマの状態を適切に制御できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平１０−１２５６６０号公報に開示された装置では、信号サンプリング回路にてプラズマを発生するための高周波電力を印加する電極と整合器との間の電圧、電流、位相、インピーダンスおよび自己バイアス電流のうちの少なくとも１つをリアルタイムで計測し、これらをモデル式に代入してプラズマの状態を見積もる。プラズマ処理特性であるエッチングの均一性などが変化した場合、モデル式による演算結果が変化するので、オペレータは異常が発生する可能性を知ることができる。しかしながら、この装置はプラズマの状態を診断してその結果をオペレータに知らせるものに過ぎない。このため、オペレータは、プラズマ処理の結果に異常が発生する可能性を知るに過ぎず、その警報に従って原因を究明し、制御パラメータを調整しなければならない。
【００１０】
また、特開２００１−７０８９公報に開示された方法では、検出ステップにてプラズマの状態の変化を、たとえばプラズマ処理結果と相関がある、コイルとインピーダンス整合器との間の電圧、電流、位相差、インピーダンスが測定される。この測定値に元づいて、制御ステップにて、高周波電源から出力される高周波電力量とガス供給量とチャンバ内の圧力などが制御される。しかしながら、制御ステップにおける制御対象は明確であるものの、測定結果に対する制御対象の制御量が不明であるので、実際にどのようにして制御されるのかがわからない。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、良好なエッチング処理を実行することができる、半導体ウェハ製造工程におけるドライエッチング装置の制御装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明にかかる制御装置は、高周波電源からインピーダンス整合器を介してコイルに高周波電力を供給してチャンバ内に磁界を発生させ、チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化してウェハを処理するドライエッチング装置を制御する。このドライエッチング装置は、複数の設定パラメータにより処理条件が決定される。この制御装置は、コイルとインピーダンス整合器との間に配設され、インピーダンスを測定するための測定手段と、処理後のウェハの形態に関するデータと、処理後のウェハに関する情報と、処理後のウェハの処理中に、測定されたインピーダンスおよび設定された設定パラメータとを関連付けて記憶するための記憶手段と、測定手段と記憶手段とに接続され、ドライエッチング装置を制御するための制御手段とを含む。この制御手段は、処理対象のウェハと情報とに基づいて、処理対象のウェハに対応するインピーダンスを記憶手段から読出すための読出し手段と、読出し手段により読み出されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対して測定手段により測定されたインピーダンスとを比較するための比較手段と、比較手段による比較結果を用いて、記憶手段に記憶された設定パラメータに基づいて、処理対象のウェハを処理するための設定パラメータを変更するための変更手段とを含む。
【００１３】
第１の発明によると、記憶手段には、処理後のウェハの形態に関するパターン寸法などのデータと、処理後のウェハに関する品種などの情報と、処理後のウェハの処理中に、測定されたインピーダンスおよび設定された設定パラメータとが関連付けられたデータベースが記憶される。このようなデータベースが記憶されている状態で、処理対象のウェハがドライエッチング装置に装填され、エッチング処理が開始されて、測定手段によりインピーダンスが測定される。この測定されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対応して記憶されたインピーダンスとに基づく比較結果に基づいて、変更手段が設定パラメータを変更する。このとき、記憶手段に記憶された設定パラメータが用いられる。これにより、様々な要因により変動するプラズマの状態を、インピーダンスをモニタリングすることにより監視することができる。測定されたインピーダンスと記憶されたインピーダンスとがたとえば不一致であると、変更手段が設定パラメータを変更する。設定パラメータを変更して、インピーダンスが一致すると、所望のエッチング処理が実行されることになる。その結果、良好なエッチング処理を実行することができる、半導体ウェハ製造工程におけるドライエッチング装置の制御装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明にかかる制御装置は、第１の発明の構成に加えて、変更手段は、比較結果がインピーダンスの不一致を示す場合、処理対象のウェハに対応する設定パラメータに基づいて、処理対象のウェハを処理するための設定パラメータを変更するための手段を含む。
【００１５】
第２の発明によると、処理対象のウェハがドライエッチング装置に装填され、エッチング処理が開始されて、測定手段によりインピーダンスが測定される。この測定されたインピーダンスと、処理対象のウェハに対応して記憶されたインピーダンスとが不一致であると判断されると、変更手段が設定パラメータを変更する。これにより、インピーダンスをモニタリングして、様々な要因により変動するプラズマの状態を、測定されたインピーダンスと記憶されたインピーダンスとの一致／不一致により監視することができる。
【００１６】
第３の発明にかかる制御装置は、第１または２の発明の構成に加えて、比較結果がインピーダンスの不一致を、予め定められた回数示す場合、記憶手段に記憶されたインピーダンスおよび設定パラメータとを修正するための修正手段をさらに含む。
【００１７】
第３の発明によると、変更手段により設定パラメータを変更しても、測定されたインピーダンスと記憶されたインピーダンスとが不一致であることが予め定められた回数になると、データベースの修正が実行される。この修正は、記憶手段に記憶されたインピーダンスおよび設定パラメータとに対して実行される。これにより、データベースが正しく修正されて、変更手段が、記憶された設定パラメータに基づいて設定パラメータを変更することにより、インピーダンスが一致して、所望のエッチング処理が実行される。
【００１８】
第４の発明にかかる制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、記憶手段に記憶されるデータは、ウェハのパターン寸法に基づくデータを含むものである。
【００１９】
第４の発明によると、ウェハのパターン寸法を評価基準として、エッチング処理を実行できる。
【００２０】
第５の発明にかかる制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、記憶手段に記憶される情報は、ウェハの品種に基づく情報を含むものである。
【００２１】
第５の発明によると、ウェハの品種毎にデータベースを構築して、品種に基づいて記憶手段からインピーダンスを読み出して、測定されたインピーダンスと比較する。これにより、ウェハの品種毎にインピーダンスや設定パラメータをデータベースに記憶しておいて、ドライエッチング装置を制御できる。
【００２２】
第６の発明にかかる制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、記憶手段に記憶される設定パラメータは、高周波電源に供給される電力に関するパラメータ、ガスの流量に関するパラメータ、コイルの電流に関するパラメータおよびチャンバの圧力に関するパラメータの少なくとも１つのパラメータを含むものである。
【００２３】
第６の発明によると、ドライエッチング装置における処理条件を決定する設定パラメータである、高周波電源に供給される電力に関するパラメータ、ガスの流量に関するパラメータ、コイルの電流に関するパラメータおよびチャンバの圧力に関するパラメータを含むデータベースを構築する。これらの設定パラメータに基づいてドライエッチング装置の処理条件を決定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
図１を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００を含むドライエッチング装置の構成について説明する。図１に示すように、このドライエッチング装置は、圧力容器であるエッチングチャンバ１００と、エッチングチャンバ１００の内部に設けられた磁場発生用コイル１１０と、エッチング終点検出器１２０とを含む。
【００２６】
エッチングチャンバ１００には、ウェハ５００が載置されるバイアス電極１３０と、圧力制御バルブ１５０を介して接続されたガス排気部１４０と、エッチングチャンバ１００の内部の圧力を測定する圧力計１６０と、マスフローメータ２１０を経由して接続されたガス供給部２００と、導波管３１０を経由して接続されたプラズマ発生用高周波電源３００とを含む。バイアス電極１３０は、プラズマインピーダンスモニタ４００およびマッチングボックス４１０を経由してバイアス発生用高周波電源４２０に接続されている。これらの構成要素のそれぞれは、制御装置１０００に接続されている。
【００２７】
エッチングチャンバ１００には、ガス供給部２００からプロセスガスがマスフローコントローラ２１０により流量が制御された状態で供給される。エッチングチャンバ１００の圧力は圧力計１６０により検出され、ガス排気部１４０の前段に設けられた圧力制御バルブ１５０により制御される。エッチングチャンバ１００内のプロセスガスをプラズマ化させるためにプラズマ発生用高周波電源３００により高周波電力が発生され、導波管３１０を通してエッチングチャンバ１００に供給される。その際、エッチングチャンバ１００内のプラズマ密度を上昇させるために、磁場発生用コイル１１０により磁場が印加される。
【００２８】
このようにして発生されたプラズマによりウェハ上の配線、ホールなどの微細加工がなされるが、プラズマ中のイオンによりエッチング形状の異方性を制御するために、ウェハステージを兼ねるバイアス電極１３０には、高周波電力を供給するバイアス発生用高周波電源４２０が、プラズマとのインピーダンス整合をとるためのマッチングボックス４１０を介して接続されている。なおエッチングの終点を表わすジャストエッチ時間を判定するために、フォトマルなどのエッチング終点検出器１２０が設けられている。
【００２９】
制御装置１０００は、ドライエッチング装置の各部に設けられた機器とのインターフェイス１０００と、インターフェイス１０００に接続されたバス１０１０と、バス１０１０に接続され、制御装置１０００を介してドライエッチング装置を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０２０と、ＣＰＵ１０２０で実行されるプログラムと、プログラムの実行結果およびデータベースを記憶するメモリ１０３０と、予め設定された値に対して計数を行なうカウンタ１０４０とを含む。プラズマインピーダンスモニタ４００は、バイアス電極１３０とマッチングボックス４１０との間に挿入され、インピーダンスを測定する。
【００３０】
図２を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のメモリ１０３０に記憶される第１のデータベースについて説明する。図２に示すように、この第１のデータベースは、ウェハ５００の品種、工程およびデータ番号ごとに、インピーダンスモニタ値、ジャストエッチ時間およびエッチング後のパターン寸法を記憶する。図２に示すように、ウェハ５００の品種、その工程およびデータ番号ごとに、プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスモニタ値、エッチング終点検出器１２０により検出されたジャストエッチ時間および測長ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの寸法測定器により測定されたエッチング後のパターン寸法を記憶する。
【００３１】
図３を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のメモリ１０３０に記憶される第２のデータベースについて説明する。図３に示すように、この第２のデータベースは、前述の図２に示した第１のデータベースと同様、ウェハ５００の品種、工程およびデータ番号ごとに、プラズマ発生用高周波電力、バイアス発生用高周波電力、プロセスガス流量、チャンバ圧力および磁場発生用コイル電流を記憶する。プラズマ発生用高周波電力は、プラズマ発生用高周波電源３００に供給される電力を、バイアス発生用高周波電力はバイアス発生用高周波電源４２０に供給される電力を示す。プロセスガス流量は、マスフローメータ２１０により計測される流量である。チャンバ圧力は圧力計１６０により計測される圧力である。磁場発生用コイル電流は、磁場発生用コイル１１０に供給される電流値を示す。
【００３２】
図４を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のＣＰＵ１０２０で実行されるプログラムの制御構造は、データベース作成処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００３３】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＣＰＵ１０２０は、プロセスパラメータの設定を行なう。このプロセスパラメータの設定は、オペレータが経験値などに基づいて行なう。Ｓ１１０にて、ＣＰＵ１０２０は、ウェハのエッチングを開始する。Ｓ１２０にて、ＣＰＵ１０２０は、ＣＰＵ１０２０に内蔵されたタイマをスタートさせることにより、ジャストエッチタイマをスタートさせる。
【００３４】
Ｓ１３０にて、ＣＰＵ１０２０は、プラズマインピーダンスモニタ４００を用いてインピーダンスを測定する。Ｓ１４０にて、ＣＰＵ１０２０は、測定されたインピーダンスおよびプロセスパラメータをメモリ１０３０に記憶する。Ｓ１５０にて、ＣＰＵ１０２０は、エッチング終点を検出したか否かを判断する。この判断は、エッチング終点検出器１２０からＣＰＵ１０２０が受信した信号に基づいて行なわれる。エッチング終点を検出すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ１６０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１３０へ戻される。
【００３５】
Ｓ１６０にて、ＣＰＵ１０２０は、ＣＰＵ１０２０に内蔵されたタイマであるジャストエッチタイマの値に基づいて、ジャストエッチ時間を算出する。Ｓ１７０にて、ＣＰＵ１０２０は、エッチング後のパターン寸法を算出する。この処理は、たとえばエッチング後のパターン寸法を、測長ＳＥＭを用いて測定した結果を、制御装置１０００に接続された入力装置（図示しない）に入力することにより行なわれる。
【００３６】
Ｓ１８０にて、ＣＰＵ１０２０は、第１のデータベース（図２）および第２のデータベース（図３）を作成する。Ｓ１９０にて、ＣＰＵ１０２０は、Ｓ１８０にて作成したデータベースをメモリ１０３０に記憶する。
【００３７】
図５を参照して、本実施の形態にかかる制御装置１０００のＣＰＵ１０２０で実行されるプログラムは、ウェハエッチング処理に関し、以下のような制御構造を有する。
【００３８】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１０２０は、プロセスパラメータ設定する。Ｓ２１０にて、ＣＰＵ１０２０は、ウェハのエッチングを開始する。Ｓ２２０にて、ＣＰＵ１０２０は、ＣＰＵ１０２０に内蔵されたジャストエッチタイマをスタートさせる。このとき、ウェハ５００の品種などに基づいて、第１のデータベース（図２）に記憶されたジャストエッチ時間が設定される。
【００３９】
Ｓ２３０にて、ＣＰＵ１０２０は、プロセスパラメータを設定する。Ｓ２４０にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタ１０４０を初期化（Ｃ＝１）する。
【００４０】
Ｓ２５０にて、ＣＰＵ１０２０は、品種および工程に基づいて、第１のデータベース（図２）からインピーダンスモニタ値を読出す。
【００４１】
Ｓ２６０にて、ＣＰＵ１０２０は、プラズマインピーダンスモニタ４００によりインピーダンスを測定して、測定された測定インピーダンスと、メモリ１０３０から読出したインピーダンスモニタ値とが一致するか否かを判断する。測定インピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致すると（Ｓ２６０にてＹＥＳ）、処理はＳ３３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ２７０へ移される。
【００４２】
Ｓ２７０にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタ値に１を加算する。Ｓ２８０にて、ＣＰＵ１０２０は、測定インピーダンス、エッチング後のパターン寸法および品種、工程に基づいて、第２のデータベース（図３）からプロセスパラメータを読出す。Ｓ２９０にて、ＣＰＵ１０２０は、読出したプロセスパラメータに基づいて、ドライエッチング装置を制御する。
【００４３】
Ｓ３００にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタ値Ｃが予め定められたしきい値よりも大きいか否かを判断する。カウンタ値Ｃが予め定められたしきい値よりも大きい場合には（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ３１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３３０へ移される。
【００４４】
Ｓ３１０にて、ＣＰＵ１０２０は、第２のデータベース（図３）のプロセスパラメータを再計算する。Ｓ３２０にて、ＣＰＵ１０２０は、カウンタを初期化（Ｃ＝０）する。Ｓ３３０にて、ＣＰＵ１０２０は、ジャストエッチタイマがタイムアップしたか否かを判断する。ジャストエッチタイマがタイムアップすると（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ３３０にてＮＯ）、処理はＳ２５０へ戻される。
【００４５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態にかかるドライエッチング装置の動作について説明する。
【００４６】
［データベース作成動作］
オペレータがプロセスパラメータを設定し（Ｓ１００）、予め定められた条件が満たされるとウェハのエッチングが開始される（Ｓ１１０）。ジャストエッチタイマがスタートされ（Ｓ１２０）、プラズマインピーダンスモニタ４００によりインピーダンスが測定される（Ｓ１３０）。測定されたインピーダンスおよびプロセスパラメータがメモリ１０３０に記憶される（Ｓ１４０）。エッチング終点検出器１２０がエッチング終点を検出するまでは（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、インピーダンス測定（Ｓ１３０）、測定インピーダンスおよびプロセスパラメータがメモリ１０３０に繰返し記憶される（Ｓ１４０）。
【００４７】
エッチング終点検出器１２０がエッチングの終点を検出すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、ジャストエッチ時間が算出される（Ｓ１６０）。エッチング後のパターン寸法が測長ＳＥＭなどを用いて測定される（Ｓ１７０）。図２に示す第１のデータベースおよび図３に示す第２のデータベースが作成され（Ｓ１８０）、作成されたデータベースがメモリ１０３０に記憶される（Ｓ１９０）。
【００４８】
以上のようにして、第１のデータベース（図２）、第２のデータベース（図３）がメモリ１０３０に記憶される。
【００４９】
［エッチング動作］
前述のデータベース作成動作に基づいて、メモリ１０３０にデータベース（図２、図３）が記憶されると、処理対象である次のウェハ５００がドライエッチング装置にセットされる。オペレータによるプロセスパラメータが設定され（Ｓ２００）、ウェハのエッチングが開始される（Ｓ２１０）。ジャストエッチタイマがスタートされ（Ｓ２２０）、プロセスパラメータが設定される（Ｓ２３０）。カウンタが初期化され（Ｓ２４０）、ドライエッチング装置にセットされたウェハ５００の品種および工程に基づいて、第１のデータベース（図２）からインピーダンスモニタ値が読出される（Ｓ２５０）。プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスと読出されたインピーダンスモニタ値とが一致すると（Ｓ２６０にてＹＥＳ）、ジャストエッチタイマがタイムアップするまで（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、測定されたインピーダンスとインピーダンスモニタ値とが一致するか否かが繰返し判断される。
【００５０】
プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスと読出されたインピーダンスモニタ値とが一致しないと（Ｓ２６０にてＮＯ）、カウンタ値に１が加算される（Ｓ２７０）。測定されたインピーダンス、エッチング後のパターン寸法および品種、工程に基づいて、第２のデータベース（図３）からプロセスパラメータが読出される（Ｓ２８０）。読出されたプロセスパラメータに基づいてドライエッチング装置が制御される（Ｓ２９０）。カウンタ値が予め定められたしきい値よりも大きくなると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、第２のデータベース（図３）のプロセスパラメータが再計算される（Ｓ３１０）。その後カウンタが初期化され（Ｓ３２０）、ジャストエッチタイマがタイムアップするまでは（Ｓ３３０にてＮＯ）、再度Ｓ２６０〜Ｓ３２０の処理が繰返し行なわれる。なお、カウンタ値Ｃが予め定められたしきい値以下であると（Ｓ３００にてＮＯ）、第２のデータベース（図３）のプロセスパラメータは再計算されない。
【００５１】
図６を参照して、本実施の形態にかかるドライエッチング装置のインピーダンスの変化を説明する。図６に示すように、エッチングが開始されると（Ｓ２１０）、プラズマインピーダンスモニタ４００により測定されたインピーダンスと、メモリ１０３０から読出されたインピーダンスモニタ値とが比較される（Ｓ２６０）。測定されたインピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致しない場合には（Ｓ２６０にてＮＯ）、プロセスパラメータの再設定が実行される（Ｓ２８０、Ｓ２９０）。プロセスパラメータの再設定により、インピーダンスは第１のデータベース（図２）に記憶されたインピーダンスモニタ値となり、ジャストエッチタイマがタイムアップする（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、エッチングが終了する。
【００５２】
図７を参照して、プロセスパラメータが再々設定される場合について説明する。エッチングが開始され（Ｓ２１０）、インピーダンスが測定され測定されたインピーダンスと読出されたインピーダンスモニタ値とが一致しない場合（Ｓ２６０にてＮＯ）、プロセスパラメータが再設定される。プロセスパラメータが再設定されてカウンタ値が１であって再度測定された測定インピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致しない場合（Ｓ２６０にてＮＯ）、カウンタが２になる（Ｓ２７０）。この状態で、プロセスパラメータの再々設定が行なわれ（Ｓ２８０、Ｓ２９０）、目標とするインピーダンスすなわち、測定されたインピーダンスがインピーダンスモニタ値と一致すると、ジャストエッチタイマがタイムアップすると（Ｓ３３０にてＹＥＳ）、エッチングは終了する。
【００５３】
以上のようにして、本実施の形態にかかるドライエッチング装置の制御装置によると、メモリには、ドライエッチングのパターン寸法と、ウェハの品種などの情報と、ウェハの処理中に測定されたインピーダンスおよび設定された設定パラメータとが関連付けられたデータベースが記憶される。このようなデータベースが記憶されている状態で、新たな処理対象であるウェハがドライエッチング装置に装填され、エッチング処理が開始される。プラズマインピーダンスモニタによりインピーダンスが測定され、この測定されたインピーダンスと、処理対象であるウェハに対応してメモリに記憶されたインピーダンスモニタ値とに基づいて、それらが一致しない場合には、ＣＰＵによりメモリからプロセスパラメータが読出され、そのプロセスパラメータに基づいて制御が実行される。これにより、さまざまな要因により変動するプラズマの状態を、インピーダンスをモニタリングすることにより監視することができる。測定されたインピーダンスと記憶されたモニタインピーダンス値とが不一致である場合には設定パラメータが変更される。設定パラメータが変更されてインピーダンスが一致すると、所望のエッチング処理が実行されることになる。その結果、良好なエッチング処理を実行することができる、半導体ウェハ製造工程におけるドライエッチング装置の制御装置を提供することができる。
【００５４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる制御装置を含むドライエッチング装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる制御装置のメモリに記憶される第１のデータベースを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる制御装置のメモリに記憶される第２のデータベースを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる制御装置のＣＰＵで実行されるデータベース作成処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態にかかる制御装置のＣＰＵで実行されるウェハエッチング処理の制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態にかかる制御装置におけるエッチング処理において測定されたインピーダンスを示す図（その１）である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる制御装置におけるエッチング処理において測定されたインピーダンスを示す図（その２）である。
【符号の説明】
１００ エッチングチャンバ、１１０ 磁場発生用コイル、１２０ エッチング終点検出器、１３０ バイアス電極、１４０ ガス排気部、１５０ 圧力制御バルブ、１６０ 圧力計、２００ ガス供給部、２１０ マスフローメータ、３００ プラズマ発生用高周波電源、３１０ 導波管、４００ プラズマインピーダンスモニタ、４１０ マッチングボックス、４２０ バイアス発生用高周波電源、５００ ウェハ、１０００ 制御装置、１０１０ バス、１０２０ ＣＰＵ、１０３０ メモリ、１０４０ カウンタ。
Claims (6)
- 高周波電源からインピーダンス整合器を介してコイルに高周波電力を供給してチャンバ内に磁界を発生させ、前記チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化してウェハを処理するドライエッチング装置の制御装置であって、前記ドライエッチング装置は、複数の設定パラメータにより処理条件が決定され、前記制御装置は、
前記コイルと前記インピーダンス整合器との間に配設され、インピーダンスを測定するための測定手段と、
処理後のウェハの形態に関するデータと、前記処理後のウェハに関する情報と、前記処理後のウェハの処理中に、測定されたインピーダンスおよび設定された設定パラメータとを関連付けて記憶するための記憶手段と、
前記測定手段と前記記憶手段とに接続され、前記ドライエッチング装置を制御するための制御手段とを含み、前記制御手段は、
処理対象のウェハと前記情報とに基づいて、前記処理対象のウェハに対応するインピーダンスを前記記憶手段から読出すための読出し手段と、
前記読出し手段により読み出されたインピーダンスと、前記処理対象のウェハに対して前記測定手段により測定されたインピーダンスとを比較するための比較手段と、
前記比較手段による比較結果を用いて、前記記憶手段に記憶された前記設定パラメータに基づいて、前記処理対象のウェハを処理するための設定パラメータを変更するための変更手段とを含む、ドライエッチング装置の制御装置。 - 前記変更手段は、前記比較結果がインピーダンスの不一致を示す場合、前記処理対象のウェハに対応する設定パラメータに基づいて、前記処理対象のウェハを処理するための設定パラメータを変更するための手段を含む、請求項１に記載のドライエッチング装置の制御装置。
- 前記制御装置は、前記比較結果がインピーダンスの不一致を、予め定められた回数示す場合、前記記憶手段に記憶されたインピーダンスおよび設定パラメータとを修正するための修正手段をさらに含む、請求項１または２に記載のドライエッチング装置の制御装置。
- 前記記憶手段に記憶されるデータは、前記ウェハのパターン寸法に基づくデータを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング装置の制御装置。
- 前記記憶手段に記憶される情報は、前記ウェハの品種に基づく情報を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング装置の制御装置。
- 前記記憶手段に記憶される設定パラメータは、前記高周波電源に供給される電力に関するパラメータ、前記ガスの流量に関するパラメータ、前記コイルの電流に関するパラメータおよび前記チャンバの圧力に関するパラメータの少なくとも１つのパラメータを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング装置の制御装置。
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