JP6173851B2

JP6173851B2 - 分析方法およびプラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP6173851B2
Application number: JP2013194812A
Authority: JP
Inventors: 涼次朝倉; 玉置　研二; 研二玉置; 鹿子嶋　昭; 昭鹿子嶋; 白石　大輔; 大輔白石
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: JP2015061005A; US11410836B2; TW201513209A; US20150083328A1; US10262842B2; KR101643208B1; TWI529802B; KR20150032768A; US20190189397A1; US20220328286A1

Description

本発明は、プラズマを用いて半導体のウェハを加工するエッチング装置のデータを分析する方法、および半導体エッチング装置に関する。

ウェハ上に形成される半導体装置などの微細形状を得るために、物質を電離した状態（プラズマ状態）にし、その物質の作用（ウェハ表面における反応）によりウェハ上の物質を取り去るエッチング処理が行われる。

プラズマによる電離現象は発光現象を伴うため、プラズマを利用して処理を行うエッチング装置には、分光器（ＯＥＳ：ＯｐｔｉｃａｌＥｍｉｓｓｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を搭載し、プラズマの発する光をモニタできるようにしている。分光器にて計測されたデータを以下では、ＯＥＳデータと呼ぶ。エッチング装置には、ＯＥＳデータを計測し計測結果に応じてエッチング処理条件を調整することで、エッチング処理結果を安定化させる制御技術が適用されている。

ＯＥＳデータは、複数の波長および時間における発光強度の値によって構成される。エッチング処理条件の調整には、このＯＥＳデータから波長や時間を選択することが必要である。ここで、複数の波長や時間から適切な組合せを選択することが課題となっていた。
制御に用いる波長を選択する方法として、特許文献１に記載する方法が知られている。特許文献１（特願２０１１−５０５７７号公報）には、開口率を用いてプラズマ発光の波長を選択し、エッチング処理結果を予測する方法と、予測結果に応じてエッチング処理条件を調整する方法が記載されている。

特許第３７３２７６８号公報

しかしながら、特許文献１に示す方法は、エッチング処理条件を調整した場合にはＯＥＳデータが変動することを考慮していない。このため選択した波長や時間によっては、エッチング処理条件を調整した場合にＯＥＳデータが変動し、適切にエッチング処理条件を調整できないことが課題となっていた。

そこで本発明は、エッチング処理条件の調整時におけるＯＥＳデータの変動を考慮し、エッチング処理結果の安定化が可能な波長や時間を選択することを課題とする。

本発明は、プラズマを用いて半導体ウェハがエッチング処理される際に取得されたプラズマ発光データからエッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定する分析方法であって、前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度とエッチング処理結果との関係を用いて発光強度よりエッチング処理結果を予測する場合の予測結果のばらつきを表す第１の値を求める第１の評価ステップと、エッチング処理条件の変化と前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度の変化との関係を用いてエッチング処理条件を変化させた場合の発光強度のばらつきを表す第２の値を求める第２の評価ステップと、前記第１の値と前記第２の値に基づいて前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定する特定ステップと、を備えること特徴とする。

また、本発明は、プラズマを用いて半導体ウェハがエッチング処理されるプラズマ加工部と、
前記プラズマの発光を検知する分光器と、演算部を具備する分析部と、を備えるプラズマエッチング装置であって、前記演算部は、前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度とエッチング処理結果との関係を用いて発光強度よりエッチング処理結果を予測する場合の予測結果のばらつきを表す第１の値を求め、エッチング処理条件の変化と前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度の変化との関係を用いてエッチング処理条件を変化させた場合の発光強度のばらつきを表す第２の値を求め、前記第１の値と前記第２の値に基づいて前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定することを特徴とする。

本発明によれば、エッチング処理条件の変化によるＯＥＳデータの変動を考慮した上で、エッチング処理の制御に用いる波長および時間を選択でき、エッチング処理結果の安定化を実現できる。

本発明の一実施の形態に係るエッチング装置の構成を示す構成図である。本発明の一実施の形態に係るエッチング部の構成を示す構成図である。ＯＥＳデータの例を説明する図である。エッチング処理条件を調整する制御の例を説明する図である。本発明の一実施の形態に係る量産データのテーブル例を示す図である。本発明の一実施の形態に係る実験データのテーブル例を示す図である。本発明の一実施の形態に係るＯＥＳデータのテーブル例を示す図である。本発明の一実施の形態に係る条件結果データのテーブル例を示す図である。本発明の一実施の形態に係る評価値１算出データのテーブル例を示す図である。本発明の一実施の形態に係る評価値２算出データのテーブル例を示す図である。本発明の一実施の形態に係る分析部の分析処理フローを示す図である。本発明の一実施の形態に係る表示画面を示す図である。本発明の一実施の形態に係る評価値１の算出処理の説明図である。本発明の一実施の形態に係る評価値２の算出処理の説明図である。本発明の一実施の形態に係る表示画面を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

[エッチング装置]
本発明では図１のエッチング装置の構成図に示すように、エッチング装置１は、エッチング部１０と分析部２０と入力部３０と出力部３１と通信ＩＦ部３２とを有しこれらはバス３３を介して相互に接続されている。

エッチング部１０はプラズマ加工部１１と分光器（ＯＥＳ）１２と制御部１３とＩＦ部１４とを備え、プラズマ加工部１１はプラズマを発生させてウェハを加工し、分光器（ＯＥＳ）１２はエッチング処理が行われる間にプラズマの発光データであるＯＥＳデータを取得する。ＯＥＳデータはＩＦ部１４を介して分析部２０の有する記憶部２２に格納される。制御部１３はプラズマ加工部１１での処理を制御する。エッチング部１０の詳細を後述の図２にて説明する。

分析部２０は、制御に用いる波長と時間を特定する分析方法に従った処理を行う。データを分析処理する演算部２１と、エッチング処理条件の調整を行わずにエッチング処理を行ったときのデータである量産データと、エッチング処理条件を変更してエッチング処理を行ったときのデータである実験データと、エッチング処理中に得られた分光器（ＯＥＳ）の計測値であるＯＥＳデータと、演算部２１の処理の条件と結果を示すデータと、を記憶する記憶部２２と、ＩＦ部２１０とを備え、演算部２１は量産データとＯＥＳデータとを用いて発光強度とエッチング処理結果との関係、とくにエッチング処理結果の予測誤差を評価し、実験データとＯＥＳデータとを用いてエッチング処理条件と発光強度との関係、とくに発光強度の予測誤差を評価し、前記２つの評価に基づいて制御に用いる波長と時間を特定する処理を行う。演算部２１の行う分析処理の詳細を図９にて説明する。

入力部３０は、ユーザ操作による情報入力を受け付ける例えばマウスやキーボード等である。出力部３１は、ユーザに対して情報を出力するディスプレイやプリンタ等である。通信ＩＦ部３２は、バス３３や外部ネットワーク等を介して他の装置（エッチング処理結果を計測する検査装置等とも接続可能である）やシステム（既存の生産管理システム等とも接続可能である）と接続し情報送受信を行うためのインタフェースである。バス３３は、各部（１０，２０，３０，３１，３２）を連結する。各部のＩＦ部（１４，２９等）は、バス３３を介して情報送受信を行うためのインタフェースである。なお、分析部２０を分析装置として独立させて、エッチング部からなるエッチング装置にＩＦ部を介して接続される形態としても良い。

[エッチング部]
エッチング部１０はプラズマ加工部１１と分光器（ＯＥＳ）１２と制御部１３とＩＦ部１４とを備え、図２に示すようにプラズマ加工部１１は、チャンバ１１１と電極１１２ａ及び１１２ｂと窓１１５とガス供給器１１７とを備えている。制御部１３からの指示によってプラズマ加工部１１は、ウェハ１１４をチャンバ１１１の内部に格納し、ガス供給器１１７からエッチングガスを供給し、電極１１２ａ及び１１２ｂを用いて電圧をかけることによってプラズマ化したガス１１３をウェハ１１４に衝突させることでウェハ１１４を加工する。ガス１１３は、ガス供給器１１７から供給されたエッチングガスに含まれるエレメントやウェハ１１４から加工の過程で発生したエレメントを含んでおり、ガスに含まれているエレメントに応じた波長の光１１６を発生させる。発生した光は窓１１５を通して分光器（ＯＥＳ）１２にて計測される。制御部１３は、プラズマ加工部１１への指示に加えて、後述のエッチング処理条件調整処理に示す、分光器（ＯＥＳ）で計測されたＯＥＳデータを入力としてエッチング処理条件を調整する処理を行う。

エッチング処理の終了後には、処理されたウェハ１１４は別の装置（計測装置など）に搬送され、また新たな別のウェハ１１４がエッチング部１０に格納され、エッチング処理が行われる。処理されたウェハ１１４は、別の装置（計測装置など）にてエッチング処理の結果として得られる形状の寸法などが計測される。

[ＯＥＳデータ]
図３に分光器（ＯＥＳ）１２にて計測されたＯＥＳデータの例を示す。ＯＥＳデータは、計測される波長とエッチング開始からの時間の２次元の要素を持ち、各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値を表している。各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値は、そのＯＥＳデータが計測されたウェハのＩＤと共に、後述のＯＥＳデータ記憶領域２５に格納される。

[エッチング処理条件調整処理]
図４に制御部１３にて行われるエッチング処理条件調整処理の例を示す。エッチング処理条件調整処理は、エッチング処理の際に行われる処理であり、処理を行うウェハ毎に調整を行うことができる。制御部１３は、エッチング処理条件の調整がオペレータより指示されると、ＯＥＳデータから予め定められた波長、時間における発光強度の値、もしくは、予め定められた波長と時間の区間における発光強度の平均値を算出する（Ｓ１０１）。

次に制御部１３は、発光強度を入力としてエッチング処理結果の予測を行う（Ｓ１０２）。Ｓ１０２にて行うエッチング処理結果の予測処理の例を、Ａ１０１に示す。Ａ１０２は、エッチング処理結果と予め定められた波長、時間における発光強度の値もしくは、予め定められた波長と時間の区間における発光強度の平均値であり、点の１つ１つがウェハ１枚１枚を示している。発光強度とエッチング処理結果との間に相関があることがわかる。Ａ１０３は、Ａ１０２から作成した近似線であり、例えば各点からの距離の二乗和が最小となるように直線が引かれる。Ｓ１０２の処理では、Ａ１０３の近似線を用いて、図中の点線に示すように発光強度（ｅｉ）からエッチング処理結果の予測値（ｐｖ）を算出する。なお、以下では時間は、時間または時間の区間を指す。

さらに制御部１３は、エッチング処理結果の目標値とエッチング処理結果の予測値（ｐｖ）の差分を算出し（Ｓ１０３）、その差分にしたがってエッチング処理条件の調整値、例えばガス供給器１１７から供給するエッチングガスの流量（ガス流量）を算出する（Ｓ１０４）。制御部１３は、エッチング処理条件調整処理の終了した後には、この調整されたエッチング処理条件にてエッチング処理を行う。

[分析部]
図１に示すように、分析部２０は、演算部２１と記憶部２２とＩＦ部２１０を備え、記
憶部２２は、量産データ記憶領域２３と、実験データ記憶領域２４と、ＯＥＳデータ記憶領域２５と、条件結果データ記憶領域２６と、を備えている。

量産データ記憶領域２３には、エッチング処理条件の調整を行わずにエッチング処理を行ったときのウェハのＩＤを特定する情報と、エッチング処理結果を特定する情報が格納される。

図５は量産データ記憶領域２３の例である量産データテーブル２３ａを示す。本テーブルは、ウェハＩＤ欄２３ｂ、エッチング処理結果欄２３ｃ、等の各フィールドを有する。

ウェハＩＤ欄２３ｂには、ウェハ１１４を特定する情報が格納される。ウェハＩＤ欄２３ｂに格納される値は、後述するＯＥＳデータテーブル２５ａのウェハＩＤ欄２５ｂに格納された値と対応付けられており、それぞれのウェハをエッチングする際に得られたＯＥＳデータとエッチング処理結果とを対応付けられるようになっている。エッチング処理結果欄２３ｃには、エッチング処理結果の良否を特定する情報のうち、数値で表される情報が格納される。例えば、エッチング処理後にエッチング装置１に接続された計測装置などを用いて、ウェハＩＤ欄２３ｂにて特定されるウェハ１１４の表面形状を計測した結果が格納される。ウェハ毎に表面形状の寸法情報が、通信ＩＦ部３２を介して量産データ記憶領域２３に格納される。寸法情報は別途定めた目標値に対し近ければ良い。また、寸法情報の他にはウェハ上で電流値を計測して格納してもよい。

実験データ記憶領域２４には、実験などエッチング処理条件を変更してエッチング処理を行ったときのウェハのＩＤを特定する情報と、エッチング処理条件を特定する情報と、エッチング処理結果を特定する情報が格納される。

図６は実験データ記憶領域２４の例である実験データテーブル２４ａを示す。本テーブルは、ウェハＩＤ欄２４ｂ、エッチング処理条件（ガス流量）欄２４ｃ、エッチング処理結果欄２４ｄ、等の各フィールドを有する。

ウェハＩＤ欄２４ｂには、ウェハ１１４を特定する情報が格納される。ウェハＩＤ欄２４ｂに格納される値は、後述するＯＥＳデータテーブル２５ａのウェハＩＤ欄２５ｂに格納された値と対応付けられており、それぞれのウェハをエッチングする際に得られたＯＥＳデータと、エッチング処理を行ったときのエッチング処理条件と、エッチング処理結果とを対応付けられるようになっている。エッチング処理条件（ガス流量）欄２４ｃには、エッチング処理を行ったときのエッチング処理条件を特定する情報が格納される。ここに格納されるエッチング処理条件は、設計者の実験において変更されたエッチング処理条件であり、主にガス供給器１１７から供給されるエッチングガスの流量（ガス流量）の値が格納される。ただし、ガス流量以外のエッチング処理条件、例えばプラズマを発生させるときの電圧値などが格納されてもよい。

エッチング処理結果欄２４ｄには、エッチング処理結果の良否を特定する情報のうち、数値で表される情報が格納される。例えば、エッチング処理後にエッチング装置１に接続された計測装置などを用いて、ウェハＩＤ欄２４ｂにて特定されるウェハ１１４の表面形状を計測した結果が格納される。ウェハ毎に表面形状の寸法情報が、通信ＩＦ部３２を介して実験データ記憶領域２４に格納される。

図７は、ＯＥＳデータ記憶領域２５の例であるＯＥＳデータテーブル２５ａを示す。本テーブルは、ウェハＩＤ欄２５ｂと、発光強度欄２５ｃ、等の各フィールドを有する。なお、本テーブルはＯＥＳデータが計測されたウェハの数だけ存在する。

ウェハＩＤ欄２５ｂには、ウェハ１１４を特定する情報が格納される。ウェハＩＤ欄２５ｂに格納される値は、前述の量産データテーブル２３ａのウェハＩＤ欄２３ｂおよび実験データテーブル２４ａのウェハＩＤ欄２４ｂに格納される値と対応付けられている。

発光強度欄２５ｃには、各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値が格納される。

図８は、条件結果データ記憶領域２６の例である条件結果データテーブル２６ａを示す。本テーブルは、条件ＩＤ欄２６ｂ、波長欄２６ｃ、時間欄２６ｄ、エッチング処理条件欄２６ｅ、評価値１欄２６ｆ、評価値２欄２６ｇ、合計値欄２６ｈ、合計値最小欄２６ｉ、等の各フィールドを有する。

条件ＩＤ欄２６ｂには、条件結果データテーブル２６ａの各行に格納されたデータと、後述する図１０の画面にて入力されたデータとの対応関係を特定する情報が格納される。波長欄２６ｃには、図４にて示されるエッチング処理条件の調整処理にて発光強度を算出する波長の候補を特定する情報が格納される。時間欄２６ｄには、図４にて示されるエッチング処理条件の調整処理にて発光強度を算出する時間の候補を特定する情報が格納される。エッチング処理条件欄２６ｅには、図４にて示されるエッチング処理条件の調整処理にて調整されるエッチング処理条件を特定する情報が格納される。

評価値１欄２６ｆには、波長欄２６ｃに格納された波長および時間欄２６ｄに格納された時間にて得られる発光強度を用いて、エッチング処理条件欄２６ｅに格納されたエッチング処理条件を調整する場合の良否を、発光強度の値とエッチング処理結果の値との関係から評価した値が格納される。評価値２欄２６ｇには、波長欄２６ｃに格納された波長および時間欄２６ｄに格納された時間にて得られる発光強度を用いて、エッチング処理条件欄２６ｅに格納されたエッチング処理条件を調整する場合の良否を、エッチング処理条件の値と発光強度の値の関係から評価した値が格納される。合計値欄２６ｈには、評価値１欄に格納された値と評価値２欄に格納された値の和が格納される。合計値最小２６ｉには、合計値欄２６ｈに格納された値の最も小さい行に「○」が格納される。

図９は、評価値１算出データ記憶領域２７の例である評価値１算出データテーブル２７ａを示す。本テーブルは、発光強度平均値欄２７ｂ、エッチング処理結果欄２７ｃ、等の各フィールドを有する。発光強度平均値欄２７ｂには、後述の分析処理にて、ＯＥＳデータテーブル２５ａの発光強度欄２５ｃに格納された値を平均化した値が格納される。

エッチング処理結果欄２７ｃには、後述の分析処理にて、量産データテーブル２３ａのエッチング処理結果欄２３ｃに格納された値が格納される。図１０は、評価値２算出データ記憶領域２８の例である評価値２算出データテーブル２８ａを示す。本テーブルは、発光強度平均値欄２８ｂ、エッチング処理条件（ガス流量）欄２８ｃ、等の各フィールドを有する。

発光強度平均値欄２８ｂには、後述の分析処理にて、ＯＥＳデータテーブル２５ａの発光強度欄２５ｃに格納された値を平均化した値が格納される。

エッチング処理条件（ガス流量）欄２８ｃには、後述の分析処理にて、実験データテーブル２４ａのエッチング処理条件（ガス流量）欄２４ｃに格納された値が格納される。

[分析部２０の分析処理]
図１１は、分析部２０の主に演算部２１による分析処理を示す。Ｓ２０１等の処理は分析部２０による分析処理を示す。本分析処理は、エッチング装置にエッチング処理条件調整処理を導入する設計者が、エッチング処理条件調整処理にどの波長、時間を用いるべきかを決定する際に利用される。設計者が、図１２に示す表示画面にて評価する波長、時間、エッチング処理条件を入力し、演算実行を指示すると、分析部２０は分析処理を実行し、エッチング処理条件調整処理に適した波長、時間を出力する。当該処理は、１つのプロセスを導入する際に１度行う処理である。一旦用いるべき波長、時間を決定すると、そのプロセスを行う場合は、決定した波長、時間を用いて各ウェハに対し図４に示す処理を実施すれば良い。
図１２の条件ＩＤ欄Ｄ１０１には、エッチング処理条件調整処理に用いる波長や時間、エッチング処理条件を特定する情報が入力される。条件ＩＤ欄Ｄ１０１に格納される値と条件結果データテーブル２６ａの条件ＩＤ欄２６ｂに格納される値が同一であれば、それぞれの行が対応関係にあることを示す。

波長欄Ｄ１０２には、エッチング処理条件調整処理に用いる波長の候補を特定する情報が入力される。時間欄Ｄ１０３には、エッチング処理条件調整処理に用いる時間の候補を特定する情報が入力される。エッチング処理条件欄Ｄ１０４には、エッチング処理条件調整処理に用いるエッチング処理条件の候補を特定する情報が入力される。

なお、波長欄Ｄ１０２に入力される波長は、予め定められた波長（例：２０１、２１１など等間隔に定められた波長）が入力されてもよい。また、時間欄Ｄ１０３に入力される時間は、予め定められた時間（例：１−１０、１１−２０など等間隔に定められた時間）が自動で入力されてもよい。

設計者が、演算実行Ｄ１０５が押すと、分析部２０による分析処理が実行される。図１１を用いて、分析処理を説明する。
（Ｓ２０１）
演算部２１は、条件ＩＤ欄Ｄ１０１、波長欄Ｄ１０２、時間欄Ｄ１０３、エッチング処理条件欄Ｄ１０４に入力された情報を、条件結果データテーブル２６ａの条件ＩＤ欄２６ｂ、波長欄２６ｃ、時間欄２６ｄ、エッチング処理条件欄２６ｅにそれぞれ格納する。

演算部２１は、条件結果データテーブル２６ａの各行に格納された波長、時間、エッチング処理条件の組合せについて、上の行から順に次のＳ２０２からＳ２０５の処理を実行する。Ｓ２０２からＳ２０５では、処理の対象となっている行を当該行と呼ぶ。

（Ｓ２０２）
演算部２１は、発光強度の平均値を算出する。演算部２１は、波長欄２６ｃの当該行に格納された波長候補の値と、時間候補の値を取得する。そして、量産データテーブル２３ａのウェハＩＤ欄２３ｂの各列について、ウェハＩＤ欄２３ｂに格納された値にて指定されるＯＥＳデータテーブル２５ａを特定し、前期波長候補と前記時間候補にて指定される発光強度欄２５ｃに格納された値の平均値を算出する。例えば、波長候補が２０１であって、時間が１−１０である場合には、波長が２０１の列であり、時間が１から１０の行に位置する発光強度欄２５ｃに格納された値の平均値を算出する。算出した平均値と、エッチング処理結果欄２３ｃに格納された値を、列の対応関係を保持したまま、それぞれ評価値１算出データテーブル２７ａの発光強度欄２７ｂとエッチング処理結果欄２７ｃに格納する。

さらに演算部２１は、実験データテーブル２４ａのウェハＩＤ欄２４ｂの各列について、ウェハＩＤ欄２４ｂに格納された値にて指定されるＯＥＳデータテーブル２５ａを特定し、前記波長候補と前記時間候補にて指定される発光強度欄２５ｃに格納された値の平均値を算出する。算出した平均値と、エッチング処理条件（ガス流量）欄２４ｃに格納された値を、列の対応関係を保持したまま、それぞれ評価値２算出データテーブル２８ａの発光強度欄２８ｂとエッチング処理条件（ガス流量）欄２８ｃに格納する。

（Ｓ２０３）
演算部２１は、評価値１の値を算出し、評価値１欄２６ｆの当該行に格納する。
演算部２１は、評価値１算出データテーブル２７ａに格納された値を用いて、発光強度を用いてエッチング処理結果を予測するときの予測誤差（ｅ_１１）と、発光強度を用いてエッチング処理結果を予測する関数の傾き（ａ_１１）を、以下の式（１）〜式（５）を用いて算出する。

本式において、ｘ_１ｉは発光強度平均値欄２７ｂの第ｉ列に格納された値を示している。ｙ_１ｉはエッチング処理結果欄２７ｃの第ｉ列に格納された値を示している。ｎは評価値１算出データテーブル２７ａの列数を示している。Σ記号は、評価値１算出データテーブル２７ａの全ての列についての和をとることを示している。

算出した値の意味を、図１３を用いて説明する。図１３は、発光強度平均値欄２７ｂに格納された値と、エッチング処理結果欄２７ｃに格納された値と、を示した散布図である。図１３（ａ）のＡ２０１などの各点は、評価値１算出データテーブル２７ａの各列に格納された値を示しており、発光強度平均値欄２７ｂに格納された値を横軸にとり、エッチング処理結果２７ｃに格納された値を縦軸にとった点である。Ａ２０２に示す直線は、各点からの距離の二乗和の平均が最小となる直線を示している。

式（４）にて算出した傾き（ａ_１１）は、Ａ２０２に示す直線の傾きを示している。また、式（５）にて算出した予測誤差（ｅ_１１）は、各点と直線との距離の和を示している。

図１３の（ａ）と図１３（ｂ）は、それぞれ異なる波長と時間における発光強度の平均を取った散布図である。したがって、各点においてエッチング処理結果の値は等しいが、発光強度の値は異なっている。

図１３（ａ）に示すデータと、図１３（ｂ）に示すデータについて、それぞれ予測誤差（ｅ_１１）を算出すると、図１３（ａ）に示すデータの予測誤差（ｅ_１１）の方が小さくなる。図１３（ａ）に示すデータの方が直線に近辺に点が分布しており、図１３（ａ）に示す発光強度平均の方が前述のエッチング処理結果予測値算出処理（Ｓ１０２）において、エッチング処理結果の予測に適していることが分かる。予測誤差（ｅ_１１）の小さい波長と時間を選択することで、エッチング処理結果予測値算出処理に適した波長と時間を選択できる。

算出した予測誤差（ｅ_１１）は、当該行の波長候補および時間候補の良し悪しを評価する情報として、評価値１欄２６ｆの当該行に格納される。

なお、ここで算出した予測誤差以外の値であっても、発光強度を用いてエッチング処理結果を予測する場合の予測結果のばらつきを表す値であれば、他の値を用いてもよい。たとえば、発光強度平均とエッチング処理結果との間の相関係数などであってもよい。

（Ｓ２０４）
演算部２１は評価値２の値を算出し、評価値２欄２６ｇの当該行に格納する。
演算部２１は、評価値２算出データテーブル２８ａに格納された値を用いて、エッチング処理条件（ガス流量）を用いて発光強度を予測するときの予測誤差（ｅ_２１）を、以下の式（６）〜式（１０）を用いて算出する。

本式において、ｘ_２ｉはエッチング処理条件（ガス流量）欄２８ｂの第ｉ列に格納された値を示している。ｙ_２ｉは発光強度平均値欄２８ｃの第ｉ列に格納された値を示している。ｍは評価値２算出データテーブル２８ａの列数を示している。Σ記号は、評価値２算出データテーブル２８ａの全ての列についての和をとることを示している。

算出した値の意味を、図１４を用いて説明する。図１４は、エッチング処理条件（ガス流量）欄２８ｃに格納された値と、発光強度平均値欄２８ｂに格納された値と、を示した散布図である。

図１４（ａ）のＡ３０１などの各点は、評価値２算出データテーブル２８ａの各列に格納された値を示しており、エッチング処理条件欄２８ｃに格納された値を横軸にとり、発光強度平均値欄２８ｂに格納された値を縦軸にとった点である。Ａ３０２に示す直線は、各点からの距離が最小となる直線を示している。

式（１０）にて算出した予測誤差（ｅ_２１）は、各点と直線との距離の二乗和の平均を示している。図１４の（ａ）と図１４（ｂ）は、それぞれ異なる波長と時間における発光強度の平均を取った散布図となる。したがって、各点においてエッチング処理条件（ガス流量）の値は等しいが、発光強度の値は異なっている。

図１４（ａ）に示すデータと、図１４（ｂ）に示すデータについて、それぞれ予測誤差（ｅ_２１）を算出すると、図１４（ａ）に示すデータの予測誤差（ｅ_２１）の方が小さくなる。図１４（ｂ）に示すデータは、エッチング処理条件（ガス流量）が大きくなると、もしくは、小さくなると、発光強度平均のばらつきが大きくなる。このような発光強度平均を用いると、エッチング処理条件（ガス流量）の調整時には、発光強度の前述のエッチング処理結果予測値算出処理（Ｓ１０２）において、エッチング処理結果の予測誤差が大きくなる。そこで、予測誤差（ｅ_２１）の小さい波長と時間、つまりエッチング処理条件（ガス流量）変更時の発光強度平均のばらつきの小さい波長と時間を選択することで、エッチング処理結果予測値算出処理に適した波長と時間を選択できる。

算出した予測誤差（ｅ_２１）の、エッチング処理結果の予測誤差への寄与度は、予測誤差（ｅ_２１）と前述の傾き（ａ_１１）の積として計算できる。予測誤差（ｅ_２１）と前述の傾き（ａ_１１）の積は、当該行の波長候補および時間候補の良し悪しを評価する情報として、評価値２欄２６ｇの当該行に格納される。
なお、ここで算出した予測誤差以外の値であっても、エッチング処理条件が変化したときの当該波長と当該時間における発光強度平均のばらつきの大きさを示す値であれば、他の値を用いてもよい。たとえば、エッチング処理条件（ガス流量）と発光強度平均との間の相関係数などであってもよい。

（Ｓ２０５）
演算装置２１は、評価値１欄２６ｆの当該行に格納された値と、評価値２欄２６ｇの当該行に格納された値との和を、合計値欄２６ｈの当該行に格納する。

（Ｓ２０６）
演算装置２１は、条件結果データテーブル２６ａの全ての行について合計値欄２６ｈの値を格納するまで、Ｓ２０２からＳ２０６の処理を実行する。

（Ｓ２０７）
演算装置２１は、合計値欄２６ｈに格納された値の最も小さい行を特定する。以下では特定された行を当該行と呼ぶ。当該行に「○」を格納し、当該行に格納された値と、散布図を設計者に提示する。

演算装置２１が設計者に提示する出力画面を図１５に示す。図１５の条件ＩＤ欄Ｄ２０１、波長欄Ｄ２０２、時間欄Ｄ２０３、エッチング処理条件欄Ｄ２０４、評価値１欄Ｄ２０５、評価値２欄Ｄ２０６、合計値欄Ｄ２０７には、条件結果データテーブル２６ａの条件ＩＤ欄２６ｂ、波長欄２６ｃ、時間欄２６ｄ、エッチング処理条件欄２６ｅ、評価値１欄２６ｆ、評価値２欄２６ｇ、合計値欄２６ｈの当該行に格納された値がそれぞれ表示される。

またＤ２０８には、図１３に示す発光強度平均とエッチング処理結果との散布図を、波長欄２６ｃと時間欄２６ｄの当該行に格納された波長および時間の値と、量産データテーブル２３ａおよびＯＥＳデータテーブル２５ａに格納された値を用いて作成したものが表示される。Ｄ２０９には、図１４に示すエッチング処理条件（ガス流量）と発光強度平均との散布図を、波長欄２６ｃと時間欄２６ｄの当該行に格納された波長および時間の値と、実験データテーブル２４ａおよびＯＥＳデータテーブル２５ａに格納された値を用いて作成したものが表示される。

設計者は、図１５に示す出力画面をみることで、エッチング処理条件を調整した場合であってもエッチング処理結果の予測誤差の小さい波長および時間を把握することができ、どの波長および時間が制御に適しているかを、容易に把握することができる。

なお、エッチング処理条件欄Ｄ１０４の各行に異なるエッチング処理条件が入力された場合には、それぞれのエッチング処理条件について評価値合計を計算し、それぞれのエッチング処理条件について評価値合計の小さい波長、時間の組合せが出力される。また、それぞれのエッチング処理条件について評価値合計を計算し、最も小さい波長、時間、エッチング処理条件の組合せを出力してもよい。

以上説明したように、本実施の形態のエッチング装置１（分析部２０）が実行する分析方法を用いることによって、ガス流量などの異なる複数のエッチング処理条件において計測したエッチング処理の際に得られる異なる波長及び時間における発光強度を示すプラズマ発光データ（実験データ）を取得し、プラズマ発光データの複数の異なる波長と時間について、エッチング処理条件の変化と、当該波長と当該時間における発光強度の変化との関係を評価し、その結果に基づいて、エッチング処理条件の調整に用いるプラズマ発光データの波長と時間を特定することができる。つまり、多数の波長や時間の候補の中から、ガス流量などのエッチング処理条件を調整した場合であってもエッチング処理結果の予測誤差の小さい波長と時間、つまりエッチング処理条件を調整する制御に適した波長と時間を、容易に把握することができる。

以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１…エッチング装置、１０…エッチング部、１１…プラズマ加工部、１２…分光器（ＯＥＳ）、１３…制御部、１４…ＩＦ部、２０…分析部、２１…演算部、２２…記憶部、２３…量産データ記憶領域、２４…実験データ記憶領域、２５…ＯＥＳデータ記憶領域、２６…条件結果データ記憶領域、２７…評価値１算出データ記憶領域、２８…評価値２算出データ記憶領域、２１０…ＩＦ部、３０…入力部、３１…出力部、３２…通信ＩＦ部、３３…バス

Claims

プラズマを用いて半導体ウェハがエッチング処理される際に取得されたプラズマ発光データからエッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定する分析方法であって、
前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度とエッチング処理結果との関係を用いて発光強度よりエッチング処理結果を予測する場合の予測結果のばらつきを表す第１の値を求める第１の評価ステップと、
エッチング処理条件の変化と前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度の変化との関係を用いてエッチング処理条件を変化させた場合の発光強度のばらつきを表す第２の値を求める第２の評価ステップと、
前記第１の値と前記第２の値に基づいて前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定する特定ステップと、を備えること特徴とする分析方法。
請求項１に記載の分析方法であって、
前記第２の値は、予測誤差または相関係数であることを特徴とする分析方法。
請求項１に記載の分析方法であって、
前記第１の値は、予測誤差または相関係数であることを特徴とする分析方法。
請求項２に記載の分析方法であって、
前記第１の値は、予測誤差または相関係数であり、
前記特定ステップは、前記第１の評価ステップの予測誤差または相関係数と前記第２の評価ステップの予測誤差または相関係数を用いた関数が最小になるように前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定することを特徴とする分析方法。
請求項２に記載の分析方法であって、
前記第１の値は、予測誤差または相関係数であり、
前記特定ステップは、前記第１の評価ステップの予測誤差と、前記第２の評価ステップの予測誤差に前記エッチング処理条件の変化と前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度の変化との関係を示す係数を掛けた値と、の合計が最小になるように前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定することを特徴とする分析方法。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の分析方法であって、
前記特定ステップにより特定された波長と時間または時間の区間におけるプラズマ発光データの発光強度と、エッチング処理結果と、の関係を用いてエッチング処理結果が前記エッチング処理結果の目標値となるように前記エッチング処理条件の調整値を求めることを特徴とする分析方法。
プラズマを用いて半導体ウェハがエッチング処理されるプラズマ加工部と、
前記プラズマの発光を検知する分光器と、
演算部を具備する分析部と、を備えるプラズマエッチング装置であって、
前記演算部は、前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度とエッチング処理結果との関係を用いて発光強度よりエッチング処理結果を予測する場合の予測結果のばらつきを表す第１の値を求め、
エッチング処理条件の変化と前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間における発光強度の変化との関係を用いてエッチング処理条件を変化させた場合の発光強度のばらつきを表す第２の値を求め、
前記第１の値と前記第２の値に基づいて前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定することを特徴とするプラズマエッチング装置。
請求項７に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記第１の値は、予測誤差または相関係数であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
請求項７に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記第２の値は、予測誤差または相関係数であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
請求項８に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記第２の値は、予測誤差または相関係数であり、
前記演算部は、前記第１の値の予測誤差または相関係数と前記第２の値の予測誤差または相関係数を用いた関数が最小になるように前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定することを特徴とするプラズマエッチング装置。
請求項８に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記第２の値は、予測誤差または相関係数であり、
前記演算部は、前記第１の値の予測誤差と、前記第２の値の予測誤差に前記エッチング処理条件の変化と前記プラズマ発光の波長および前記プラズマ発光が取得された時間または時間区間における発光強度の変化との関係を示す係数を掛けた値と、の合計が最小になるように前記エッチング処理条件の調整に適する、プラズマ発光の波長と前記プラズマ発光が取得された時間または時間の区間を特定することを特徴とするプラズマエッチング装置。
請求項７ないし１１のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置であって、
前記演算部は、前記特定された波長と時間または時間の区間におけるプラズマ発光データの発光強度と、エッチング処理結果と、の関係を用いてエッチング処理結果が前記エッチング処理結果の目標値となるように前記エッチング処理条件の調整値を求め、前記プラズマ加工部において、前記演算部により求められた調整値に基づいて調整されたエッチング処理条件にて加工が行われることを特徴とするプラズマエッチング装置。