JP2009049305A - Oxide film thickness estimating method and device, and program - Google Patents
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Description
この発明は、プラズマ酸化プロセスにより成膜される膜厚を推定する酸化膜厚推定方法及び装置並びにプログラムに関する。 The present invention relates to an oxide film thickness estimation method, apparatus, and program for estimating a film thickness formed by a plasma oxidation process.
プラズマ成膜装置等の成膜プロセスにより製造された製品や中間品の膜厚を測定することは、その製品の良否判定や品質の評価を行なうというように直接的な利用はもちろんのこと、プラズマ成膜装置を含む製造プロセスを構成する設備機器に対する異常の有無の診断を行なうといった間接的な利用もできる。この間接的な利用は、製造プロセスを構成する設備機器が正常に動作した場合には、製造される製品も良品になるという考えを前提とし、不良品が製造された場合には設備機器に何かしらの異常・故障が生じていると推定するものである。 Measuring the film thickness of products and intermediate products manufactured by a film-forming process such as a plasma film-forming device is not only for direct use, such as judging the quality of products and evaluating the quality, but also plasma. Indirect use such as diagnosing the presence or absence of abnormality in the equipment constituting the manufacturing process including the film forming apparatus can also be performed. This indirect use is based on the premise that if the equipment that constitutes the manufacturing process operates normally, the manufactured product will also be good, and if a defective product is manufactured, something will be done to the equipment. It is estimated that an abnormality or failure has occurred.
膜厚を測定する技術は、エリプソメータ等の計測器を用いて直接測定する方法がある。エリプソメータは、測定対象物である薄膜の表面における光の入射光と反射光の偏光状態の変化を測定し、そこから得られたデータにより薄膜の膜厚や屈折率を算出するものである。また、間接的に膜厚を測定する技術としては、スパッタやCVDを用いて成膜した膜厚を、光強度を用いて推定する方法がある(特許文献1)。
エリプソメータを用いて膜厚を測定するには、成膜装置を構成するチャンバの窓に、測定対象物の表面に照射させる光を出射する発光部と、その表面で反射した反射光を受光する受光部を取り付ける必要があり、装置構成が大掛かりとなる。また、発光部と受光部、ウェハが適切な配置になるような位置にチャンバの窓がないといけないが、そういう成膜装置は少ないのでチャンバの改造が必要になり、改造によって成膜に影響を与えるおそれがある。また、エリプソメータは、入射光と反射光の偏光状態の変化に基づいて膜厚を求めるため、プラズマ成膜装置における成膜プロセス実行中に発生するプラズマ発光の影響を受け、測定精度が落ちる。そのため、成膜プロセス中にリアルタイムでの膜厚測定は行なわれず、成膜後に測定することが多い。よって、エリプソメータを用いた場合、成膜プロセスの実行中に膜厚を測定し、その測定結果に基づいて成膜装置に対するフィードバック制御を行なったり、異常の有無を推定したりすることはできない。 In order to measure the film thickness using an ellipsometer, a light emitting unit that emits light to irradiate the surface of the object to be measured and a light receiving unit that receives the reflected light reflected on the surface of the chamber are formed. It is necessary to attach a part, and the apparatus configuration becomes large. In addition, there must be a chamber window at a position where the light emitting unit, light receiving unit, and wafer are properly positioned, but since there are few such film forming apparatuses, it is necessary to modify the chamber, and the modification affects the film formation. There is a risk of giving. Further, since the ellipsometer obtains the film thickness based on the change in the polarization state of the incident light and the reflected light, it is affected by the plasma emission generated during execution of the film forming process in the plasma film forming apparatus, and the measurement accuracy is lowered. Therefore, the film thickness is not measured in real time during the film formation process, and is often measured after the film formation. Therefore, when an ellipsometer is used, the film thickness cannot be measured during the film forming process, and feedback control for the film forming apparatus cannot be performed based on the measurement result, and the presence or absence of abnormality cannot be estimated.
特許文献1に開示された発光強度による膜厚モニタリング技術は、エッチングプロセスを想定した発明であるため、発光強度およびプラズマ処理時間の二つのパラメータと膜厚の相関を利用しやすい。しかし、プラズマ酸化では発光強度、プラズマ処理時間と膜厚の関係が複雑であり、また成膜速度が時間によって変化するという特徴があるため特許文献1に開示された技術を適用することができない。
Since the film thickness monitoring technique based on the light emission intensity disclosed in
この発明は、プラズマ成膜装置で成膜される膜厚を、成膜プロセス実行中に精度良く求めることができるとともに、プラズマ成膜装置の成膜プロセスへ影響を与えない酸化膜厚推定方法及び装置並びにプログラムを提供することを目的とする。 The present invention provides an oxide film thickness estimation method capable of accurately obtaining a film thickness to be formed by a plasma film formation apparatus during execution of the film formation process and that does not affect the film formation process of the plasma film formation apparatus, and An object is to provide an apparatus and a program.
この発明による酸化膜厚推定方法は、(1)プラズマ酸化プロセスにともない発生するプラズマ発光強度と、酸化種密度と、の関係をテンプレートとして記憶保持する。そして、監視対象のプロセス実行中に測定したプラズマ発光強度を取得し、その取得したプラズマ発光強度と、テンプレートとして記憶した関係とから酸化種密度を求める工程と、求めた酸化種密度を予め設定した酸化膜成長モデルに代入して酸化膜厚を求める工程と、からなる。 The oxide film thickness estimation method according to the present invention stores (1) the relationship between the plasma emission intensity generated by the plasma oxidation process and the oxidation species density as a template. Then, the plasma emission intensity measured during the execution of the process to be monitored is acquired, the step of obtaining the oxidized species density from the acquired plasma emission intensity and the relationship stored as the template, and the obtained oxidized species density are preset. And substituting in an oxide film growth model to obtain an oxide film thickness.
(2)前記プラズマ酸化プロセスは、酸素とクリプトン或いは酸素とアルゴンを用い、前記発光強度は2つのプラズマ発光強度の比とすることができる。 (2) The plasma oxidation process uses oxygen and krypton or oxygen and argon, and the emission intensity can be a ratio of two plasma emission intensity.
(3)発光強度は、酸素分圧により補正するとよい。 (3) The emission intensity may be corrected by the oxygen partial pressure.
(4)発光強度は、マイクロ波パワーにより補正するとよい。 (4) The emission intensity is preferably corrected by the microwave power.
(5)本発明の酸化膜厚推定装置は、プラズマ酸化プロセスにともない発生するプラズマ発光強度と、酸化種密度と、の関係をテンプレートとして記憶保持する記憶部と、監視対象のプロセス実行中に測定したプラズマ発光強度を取得し、その取得したプラズマ発光強度と、前記記憶部から読み出した前記関係とから酸化種密度を求める酸化種密度推定手段と、求めた酸化種密度を、予め設定した酸化膜成長モデルに代入して酸化膜厚を求める膜厚推定手段と、を備えて構成した。 (5) The oxide film thickness estimation apparatus according to the present invention includes a storage unit that stores and holds, as a template, the relationship between the plasma emission intensity generated during the plasma oxidation process and the density of the oxidized species as a template, and is measured during execution of the process to be monitored The oxidized plasma density is obtained from the acquired plasma emission intensity and the relationship read from the storage unit, and the oxidized species density is obtained by setting the obtained oxidized species density in advance. And a film thickness estimating means for obtaining an oxide film thickness by substituting into the growth model.
(6)本発明のプログラムは、コンピュータを、監視対象のプロセス実行中に測定したプラズマ発光強度を取得し、その取得したプラズマ発光強度と、記憶手段に格納されたプラズマ酸化プロセスにともない発生するプラズマ発光強度と酸化種密度との関係と、に基づいて、酸化種密度を求める酸化種密度推定手段、求めた酸化種密度を、予め設定した酸化膜成長モデルに代入して酸化膜厚を求める膜厚推定手段、として機能させるためのプログラムである。 (6) The program of the present invention acquires a plasma emission intensity measured during execution of a process to be monitored by a computer, and the generated plasma emission intensity and a plasma generated in association with a plasma oxidation process stored in a storage means Based on the relationship between the emission intensity and the oxidized species density, the oxidized species density estimating means for obtaining the oxidized species density, and the film for obtaining the oxidized film thickness by substituting the obtained oxidized species density into a preset oxide film growth model This is a program for functioning as thickness estimation means.
テンプレートは、事前実験結果より発光強度と酸化膜厚の関係を求め、上記計算結果より酸化膜厚と酸化種の関係を求めることにより、発光強度と酸化種の関係についての、テンプレートを作成ことができる。酸化膜成長モデルは、例えば、ウェハ上での反応メカニズムに基づく微分方程式等により規定できる。 Templates can be created for the relationship between emission intensity and oxidation species by determining the relationship between emission intensity and oxide thickness from the results of previous experiments and by determining the relationship between oxide thickness and oxidation species from the above calculation results. it can. The oxide film growth model can be defined by, for example, a differential equation based on a reaction mechanism on the wafer.
プラズマ成膜プロセス実行中に外乱が発生すると、酸化種密度とともに発光強度も揺らぐ。そこで、発光強度をモニタすることで、プロセス条件だけではわからない外乱の影響を反映させた酸化種密度を精度良く推定できる。そして、推定した酸化種密度から膜成長の微分方程式を用いて膜成長の推定を求めることで、外乱の影響を考慮した膜厚を求めることできる。よって、本発明は、プロセス条件に基づく物理化学モデルだけでは求められない、プロセス中の揺らぎを反映できる。 When a disturbance occurs during the execution of the plasma film formation process, the emission intensity fluctuates with the density of the oxidized species. Therefore, by monitoring the emission intensity, it is possible to accurately estimate the oxidized species density reflecting the influence of disturbance that cannot be understood only by the process conditions. And the film thickness which considered the influence of a disturbance can be calculated | required by calculating | requiring the film growth estimation using the differential equation of film growth from the estimated oxidation seed density. Therefore, the present invention can reflect fluctuations in the process that cannot be obtained only by the physicochemical model based on the process conditions.
本発明の膜厚の推定処理は、プラズマ成膜プロセス実行にともない発生する発光の強度を用いるため、他の方法と異なりプラズマの状態を乱すことなくプラズマの状態を測定できる。よって、プロセス実行中にリアルタイムで膜厚の推定を行なうことができる。求めた膜厚をもとに、プロセスの異常診断を行ったり、あるいはモニタリング膜厚をフィードバックしてプロセス条件を調整したりすることで常に再現性の高いプロセスを行える。また、システム構成としても、プラズマの発光強度を測定するための分光器を取り付けるだけでよいので簡便な構成で膜厚を得ることができる。 Unlike the other methods, the film thickness estimation process of the present invention uses the intensity of light emission generated with the execution of the plasma film formation process, so that the plasma state can be measured without disturbing the plasma state. Therefore, the film thickness can be estimated in real time during the process execution. A process with high reproducibility can always be performed by diagnosing the process abnormality based on the obtained film thickness, or by adjusting the process conditions by feeding back the monitored film thickness. Also, as a system configuration, it is only necessary to attach a spectroscope for measuring the emission intensity of plasma, so that the film thickness can be obtained with a simple configuration.
また、補正処理をすることで、異なるプロセス条件のものも同じテンプレート(プラズマ発光強度と酸化種密度との関係)を用いて酸化種密度の推定を行なうことができる。換言すると、事前実験で求めた同じプロセス条件に基づいて設定されるテンプレートを用いると、補正をすることなく酸化種密度の推定並びに膜厚の推定を行なうことができる。 Further, by performing the correction process, it is possible to estimate the oxidized species density using the same template (relation between plasma emission intensity and oxidized species density) even under different process conditions. In other words, if a template set based on the same process conditions obtained in a prior experiment is used, the oxidation species density and the film thickness can be estimated without correction.
本発明は、プラズマ成膜装置で成膜される膜厚を、成膜プロセスへ影響を与えることなく、成膜プロセス実行中に精度良く求めることができる。もちろん、本発明は、成膜プロセス実行後に膜厚を求めるのも妨げない。 According to the present invention, the film thickness formed by the plasma film forming apparatus can be accurately obtained during the film forming process without affecting the film forming process. Of course, the present invention does not prevent the film thickness from being obtained after the film formation process is performed.
図1は、本発明の好適な一実施形態である酸化膜厚推定装置を含む製造システムを示す。図1に示すように、プラズマ成膜装置は、プラズマ酸化プロセスによる成膜処理が行なわれるエリアとなるプロセスチャンバ1と、プロセスチャンバ1内で実行されるプロセスの動作を制御する装置コントローラ2と、を備えている。装置コントローラ2は、プロセスチャンバ1に対してガス流量やマイクロ波パワーなどの指示を与えてプロセスを制御する。本実施形態では、プラズマ成膜装置は、クリプトンと酸素を用いたマイクロ波励起高密度プラズマ装置とした。
FIG. 1 shows a manufacturing system including an oxide film thickness estimation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the plasma film forming apparatus includes a
プロセスチャンバ1内におけるプラズマ酸化メカニズムは、以下のようになっている。図2に示すように、プロセスチャンバ1内にシリコンウェハ5をセットした状態で、チャンバ1内に所定のガスを供給する。その状態で、マイクロ波を印加することで、プラズマを生成し、そのプラズマ中で励起された酸素原子によりシリコンウェハ5の表面が酸化され、SiO2膜6が成膜される。
The plasma oxidation mechanism in the
このとき、プロセスチャンバ1の内部では、気相反応と表面反応が発生している。気相反応は、(a)プラズマ中での酸化種の生成反応である。この酸化種の生成反応は、30種類を超える素反応からなる。表面反応は、(b)チャンバ1の内壁での酸化種の失活と、(c)シリコンウェハ5の表面で発生するシリコンの酸化反応がある。この(a)で生産された量から(b)で失われた量を差し引いた量が(c)の酸化反応に寄与する。
At this time, a gas phase reaction and a surface reaction occur inside the
そこで、これらの反応をパーソナルコンピュータ上でシミュレーションすることにより酸化膜成長の推定、予測を行なう。シミュレーションは、例えばCHEMKINのような市販の化学反応シミュレータを用いることができる。図3は、酸化膜成長の様子をシミュレーションした結果である。図示するように、開始直後に急に酸化膜が成長し、その後は徐々に酸化膜が成長する。 Therefore, the oxide film growth is estimated and predicted by simulating these reactions on a personal computer. For the simulation, a commercially available chemical reaction simulator such as CHEMKIN can be used. FIG. 3 shows the result of simulating the state of oxide film growth. As shown in the figure, the oxide film grows immediately immediately after the start, and thereafter the oxide film grows gradually.
図1に戻り、全体の構成を説明する。本実施形態では、プロセスチャンバ1の測定窓に光ファイバ7の一端を取り付けるとともに、その光ファイバ7の他端を分光器3に接続する。プラズマ酸化プロセス中にプロセスチャンバ1内で発生するプラズマ発光の一部は、光ファイバ7を介して分光器3に導かれ、そこにおいて発光強度が求められる。その求めた発光強度は、酸化膜厚推定装置10に入力される。本実施形態のプラズマ成膜装置は、クリプトンと酸素を用いたマイクロ波励起高密度プラズマ装置であるため、分光器3では、クリプトンと酸素のそれぞれの発光強度が求められ、出力される。
Returning to FIG. 1, the overall configuration will be described. In this embodiment, one end of the
また、この酸化膜厚推定装置10には、装置コントローラ2から出力されるプロセス条件も入力される。プロセス条件は、レシピとも称されるもので、作成条件装置コントローラ2がプロセスチャンバ1に対して与えるガス流量やマイクロ波パワーなどの指示値がある。本実施形態では、酸素分圧、マイクロ波パワー、プロセス時間並びにチャンバ内圧力がある。
The process conditions output from the
さらに、エリプソメータ10は、事前実験の際にプロセスチャンバ1で酸化されたシリコンウェハ5の酸化膜厚を測定する。このエリプソメータ4で求めた膜厚データは、酸化膜厚推定装置10に与えられる。
Further, the
酸化膜厚推定装置10は、事前実験で発光強度と酸化種密度の関係を求める処理を行ない、運用時には発光強度とプロセス条件から膜厚を推定する処理を行なう。酸化膜厚推定装置10におけるプラズマの発光強度による膜厚モニタリングは、以下のようになっている。
The oxide film
プラズマ酸化プロセスでは、酸化の主要因となる酸化種がプラズマによって生成され、その酸化種がシリコンウェハ6上でシリコンと反応して酸化膜が生成される。従って、酸化種の密度がわかると、酸化膜厚を推定することができる。
In the plasma oxidation process, oxidation species that are the main cause of oxidation are generated by plasma, and the oxidation species react with silicon on the
図3にシミュレーション結果を示すように、マイクロ波パワー等のプロセス条件に基づく物理化学モデルを利用し、プロセス条件を与えると生成される酸化膜厚を推定することができる。しかし、実際の酸化膜の成膜プロセスでは、プロセス条件では規定できない揺らぎ・外乱が発生する。酸化膜厚と密接に関連する酸化種の密度は、係る外乱の影響を受ける。一方、上述のシミュレーションを用いた酸化膜厚の推定では、外乱の影響をシミュレーションに反映することができないので、精度が低い。 As shown in the simulation results in FIG. 3, a physicochemical model based on process conditions such as microwave power can be used to estimate the oxide film thickness generated when the process conditions are given. However, in an actual oxide film formation process, fluctuations and disturbances that cannot be specified under process conditions occur. The density of the oxidized species closely related to the oxide film thickness is affected by the disturbance. On the other hand, the estimation of the oxide film thickness using the above-mentioned simulation has low accuracy because the influence of disturbance cannot be reflected in the simulation.
そこで、本実施形態では、外乱を考慮した酸化種の密度の推定処理を行ない、次いで、推定した酸化種の密度に基づいて酸化膜厚を推定する。酸化種の密度の推定は、プロセス条件とプラズマ発光強度を用いて推定するようにした。これは、外乱によって酸化種密度とともに発光強度も揺らぐので、発光強度を用いることにより、プロセス条件だけではわからない外乱の影響を反映させる。また、膜成長の推定は、推定した酸化種密度から膜成長の微分方程式を用いて求める。 Therefore, in the present embodiment, the processing for estimating the density of oxidized species in consideration of disturbance is performed, and then the oxide film thickness is estimated based on the estimated density of oxidized species. The density of the oxidized species was estimated using process conditions and plasma emission intensity. This causes the emission intensity to fluctuate together with the density of oxidized species due to disturbance, so that the influence of disturbance not reflected only by the process conditions is reflected by using the emission intensity. Further, the estimation of film growth is obtained from the estimated oxidation species density using a differential equation for film growth.
発光強度と、酸化種密度の関係を求めるために、事前実験として以下の処理を行なう。ユーザは、プロセス条件を適宜変えてプラズマ成膜プロセスを実行する。プロセス条件と、プロセス実行中に分光器3を用いて得られた発光強度と、を酸化膜厚推定装置10に与える。発光強度は、例えば、プロセス実行中に得られた値の平均値とすることができる。プロセス実行後にエリプソメータ4でシリコンウェハ5上に成膜されたSiO2膜6の酸化膜厚を測定した結果を酸化膜厚推定装置10に入力する。
In order to obtain the relationship between the emission intensity and the oxidized species density, the following processing is performed as a preliminary experiment. The user changes the process conditions as appropriate to execute the plasma film forming process. The process conditions and the emission intensity obtained using the
変更するプロセス条件は、酸素分圧,マイクロ波パワー,プロセス時間,チャンバ内圧力とした。具体的な条件の一例を示すと、下記表1に示す通りである。また、この各条件の値は、レシピと称される指示値としたが、実測値を利用しても良い。
酸化膜厚推定装置10は、与えられた各データを関連付けて記憶保持する。この関連づけは、例えば表1に示す各プロセス条件に対し、それぞれ対応する発光強度と、膜厚と、を関連付けたテーブル構造とすることができる。
The oxide film
酸化膜厚推定装置10の具体的な機能を説明するに先立ち、プラズマ酸化メカニズム詳述すると、酸化種が、シリコンウェハ上で反応して酸化膜が形成される。熱酸化においては、SiO2膜中を酸化種が拡散していき、Si界面で反応してSiO2が生成されるというDeal-Groveモデルが知られている。Deal-Groveモデルでは以下の微分方程式によって酸化膜成長の様子が表される。
L:酸化膜厚
C0:SiO2表面の酸化種密度
C1:SiO2生成に必要な単位体積当たりの酸化種の数
D:SiO2中の酸化種の拡散係数
k:酸化反応の速度定数
t:時間
α:定数
である。
Prior to explaining the specific function of the oxide film
L: Oxide film thickness C 0 : Oxidized species density on SiO 2 surface C 1 : Number of oxidized species per unit volume necessary for SiO 2 production D: Diffusion coefficient of oxidized species in SiO 2 k: Rate constant of oxidation reaction t: time α: constant.
しかし、Deal-Groveモデルはプラズマ酸化では実験データとあまり一致しないため、ここでは以下のように微分方程式を修正した酸化膜成長モデルを用いる。
ただし、a,b,cは定数であり、[O*]はプラズマによって生成された酸化種の密度である。
However, a, b, and c are constants, and [O * ] is the density of oxidized species generated by the plasma.
図4に示すように、プラズマによって生成された酸化種の一部はエネルギーの高い状態(上準位)から低い状態(下準位)に落ちるときに光を放射する。このときのプラズマ発光強度Iは、下記関係式が成り立つ。
上記の関係式に示すように、発光強度は粒子密度に依存するので、発光強度を測定することによって発光に関係している粒子密度を推定することが考えられる。発光強度から粒子密度を推定する方法としてはアクチノメトリが知られている。アクチノメトリは、2種類の粒子に起因する発光強度の比をとることによって粒子密度を求める方法である。ところが、表1に示すプロセス条件で酸素とクリプトンを用いてプロセスを行い測定した発光強度比(酸素の発光強度として777nm、クリプトンの発光強度として893nmを使用)と、酸化種密度をシミュレーションで求めた値とをプロットすると、図5に示す結果が得られた。図5から明らかなように、両者の間にアクチノメトリで期待されるような関係が見られない。これは、アクチノメトリを用いるための条件が成立していないためと考えられる。アクチノメトリを用いることができるためには以下のような条件aからcが成立している必要がある。 As shown in the above relational expression, since the emission intensity depends on the particle density, it is conceivable to estimate the particle density related to the emission by measuring the emission intensity. Actinometry is known as a method for estimating particle density from emission intensity. Actinometry is a method for obtaining the particle density by taking the ratio of the emission intensity caused by two types of particles. However, the emission intensity ratio (uses 777 nm as the emission intensity of oxygen and 893 nm as the emission intensity of krypton) and the oxidation species density obtained by performing the process using oxygen and krypton under the process conditions shown in Table 1 were obtained by simulation. When the values were plotted, the results shown in FIG. 5 were obtained. As is clear from FIG. 5, there is no relationship between the two as expected in actinometry. This is considered because the conditions for using actinometry are not satisfied. In order to be able to use actinometry, the following conditions a to c need to be satisfied.
a.プラズマ発光はコロナ平衡モデルで表される。
b.それぞれの粒子の励起に必要なエネルギーが等しい。
c.それぞれの粒子の衝突断面積が相似形である。
a. Plasma emission is represented by a corona equilibrium model.
b. The energy required for excitation of each particle is equal.
c. The collision cross section of each particle is similar.
本発明の対象であるプラズマ成膜装置に用いられるのは高密度プラズマであるので、上記の条件のaが成り立たないと考えられる。 Since the high-density plasma is used in the plasma film forming apparatus which is the subject of the present invention, it is considered that the above condition a is not satisfied.
そこで本実施形態では、発光強度以外のパラメータを用いて発光強度比を補正することによって酸化種密度と発光強度の対応付けるようにした。具体的には、図6に示すような酸素分圧に依存する変換係数を求める。すると、その変換係数を発光強度比に掛けて補正を行なった発光強度比と酸化種密度の関係は、図7に示すようになる。図7に示すように、この補正後のデータを用いた場合、ほぼひとつの曲線上にプロットされる。よって、この関係をテンプレートとして用いて発光強度比と酸素分圧から酸化種密度を推定できる。 Therefore, in this embodiment, the oxidation species density and the emission intensity are associated by correcting the emission intensity ratio using a parameter other than the emission intensity. Specifically, a conversion coefficient depending on the oxygen partial pressure as shown in FIG. 6 is obtained. Then, the relationship between the light emission intensity ratio corrected by multiplying the light emission intensity ratio by the conversion coefficient and the density of oxidized species is as shown in FIG. As shown in FIG. 7, when this corrected data is used, it is plotted on almost one curve. Therefore, using this relationship as a template, the oxidized species density can be estimated from the emission intensity ratio and the oxygen partial pressure.
図6に示す酸素分圧に対する変換係数のグラフは、実験により求める。つまり、図5を見ると、同じ酸素分圧に着目して発光強度と酸化種密度の相関を見ると、それぞれがある曲線(或いは直線)上に沿ってプロットされることがわかる。そこで、1つの酸素分圧(例えば、1.75%)を基準酸素分圧とし、他の酸素分圧の酸化種密度が、基準酸素分圧の当該曲線上に載るか或いはその付近になるような変換係数を求める。例えば、酸素分圧が0.5%のある実験データが、発光強度比A1,酸化種密度Bとし、基準酸素分圧(1.75%)の相関を示す曲線上の酸化種密度Bの時の発光強度比がA2とすると、変換係数は、A2/A1となる。個々のデータについての変換係数は、ユーザが求め、求めた値を酸化膜厚推定装置10に入力するようにしても良いし、基準酸素分圧の当該曲線が演算式で特定できる場合には、その演算式を用いて酸化膜厚推定装置10が自動的に求めるようにしても良い。
The graph of the conversion coefficient with respect to the oxygen partial pressure shown in FIG. 6 is obtained by experiment. In other words, when looking at FIG. 5, when focusing on the same oxygen partial pressure and looking at the correlation between the emission intensity and the oxidized species density, it can be seen that each is plotted along a certain curve (or straight line). Therefore, one oxygen partial pressure (for example, 1.75%) is set as the reference oxygen partial pressure, and the oxidized species density of the other oxygen partial pressure is on or near the curve of the reference oxygen partial pressure. Find the correct conversion factor. For example, when the experimental data with an oxygen partial pressure of 0.5% is the emission intensity ratio A1 and the oxidized species density B, the oxidized species density B on the curve showing the correlation of the reference oxygen partial pressure (1.75%). If the emission intensity ratio of A2 is A2, the conversion coefficient is A2 / A1. The conversion coefficient for each data is obtained by the user, and the obtained value may be input to the oxide film
このようにして、他の酸素分圧の一部或いは全部のデータに対して、基準酸素分圧の相関を示す曲線上に乗るようなそれぞれの変換係数を求め、求めた値を図6に示すような酸素分圧と変換係数の相関を示すグラフ上にプロットする。そして、プロットした各値に対し、もっともフィットするように、最小二乗法等を用いて図6中に示す“酸素分圧−変換係数特性”を規定する特性式中の係数を決定する。この係数の決定は、酸化膜厚推定装置10が算出して行なう。
In this way, the respective conversion coefficients that are placed on the curve indicating the correlation of the reference oxygen partial pressure are obtained for some or all of the other oxygen partial pressure data, and the obtained values are shown in FIG. Plot on a graph showing the correlation between oxygen partial pressure and conversion coefficient. Then, the coefficient in the characteristic equation defining the “oxygen partial pressure-conversion coefficient characteristic” shown in FIG. 6 is determined by using the least square method or the like so as to best fit the plotted values. This coefficient is determined by the oxide film
このようにして決定した特性式に従い、基準酸素分圧以外のデータに対して発光強度比に変換係数を掛けた値を横軸とし、縦軸は酸化種密度とするグラフを再作成する。そして、再作成したグラフ中の各ポイントに基づき、最小二乗法等を用いて図7に示す“発光強度比に変換係数を掛けた値−酸化種密度特性”を規定する演算式中の係数を決定することでテンプレートが求められる。これらの係数を決定するまでの一連の処理は、酸化膜厚推定装置10が実行する。もちろん、ユーザがその一部または全部を実行し、その結果を酸化膜厚推定装置10に入力するようにしても良い。
In accordance with the characteristic formula thus determined, a graph is re-created in which the horizontal axis represents a value obtained by multiplying the emission intensity ratio by the conversion coefficient with respect to data other than the reference oxygen partial pressure, and the vertical axis represents the oxidized species density. Then, based on each point in the re-created graph, a coefficient in an arithmetic expression that prescribes “a value obtained by multiplying the light emission intensity ratio by the conversion coefficient—oxidized species density characteristic” shown in FIG. 7 using a least square method or the like. By determining, a template is obtained. A series of processing until these coefficients are determined is executed by the oxide film
酸化膜厚推定装置10は、このようにして求めた変換係数を求めるための特性式と、酸化種密度を求めるための演算式と、を、テンプレートとしてデータベース11に記憶保持する。酸化膜厚推定装置10は、実際のプロセス実行時に取得する発光強度とプロセス条件から、そのテンプレートを用いて酸化種密度を推定する酸化種密度推定部12と、その酸化種密度推定部12で求めた酸化種密度に基づいて酸化膜厚を推定する膜厚推定部13と、を備えている。
The oxide film
酸化種密度推定部12は、事前実験により求めデータベース11に記憶されているテンプレートを読み出し、そのテンプレート(変換係数を求めるための特性式)を用いてプロセス条件の酸素分圧に対応する変換係数を決定する(特性式中のxに酸素分圧を代入し、変換係数yを求める。)。次いで、酸化種密度推定部12は、与えられた2種類の発光強度から発光強度比を算出すると共に、算出した発光強度比に先に求めた変換係数を掛けて補正発光強度比を求め、求めた補正発光強度比を、酸化種密度を求める演算式中のxに代入し、酸化種密度を算出する。酸化種密度推定部12は、求めた酸化種密度を次段の膜厚推定部13に与える。
The oxidized species
膜厚推定部13は、取得した酸化種密度を、(式2)に代入して計算することによって酸化膜厚を求める。
ただし、
a=2.36×1011
b=−3.54×1012
c=1.39×1013
とし、初期膜厚を5オングストロームとした。
The film
However,
a = 2.36 × 10 11
b = −3.54 × 10 12
c = 1.39 × 10 13
The initial film thickness was 5 angstroms.
図8は、本実施形態の酸化膜厚推定装置10を用いて求めた酸化膜厚と、エリプソメータ4で求めた実測値の比較を示している。図8から明らかなように、酸化膜厚の実測値と推定値がよくあっており、外乱による影響を考慮した正しい膜厚の推定が行なえることが確認できた。
FIG. 8 shows a comparison between the oxide film thickness obtained using the oxide film
酸化膜厚推定装置10にて求めた膜厚をもとに、プロセスの異常診断を行ったり、あるいはモニタリング膜厚をフィードバックしてプロセス条件を調整したりすることで常に再現性の高いプロセスを行なうことができる。
Based on the film thickness obtained by the oxide film
図9以降は、本発明の第2実施形態を説明する図である。上記の第1実施形態では、発光強度比に酸素分圧に依存する変換係数を掛けることによって酸化種密度との対応付けを行なったが、本発明は、これに限ることはなく酸素分圧以外のパラメータ(マイクロ波パワー、プロセスチャンバ内圧力)なども用いて対応付けを行なうこともできる。 FIG. 9 and subsequent figures are diagrams for explaining a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the emission intensity ratio is associated with the oxidation species density by multiplying the conversion coefficient depending on the oxygen partial pressure. However, the present invention is not limited to this, and other than the oxygen partial pressure. These parameters (microwave power, process chamber pressure) can also be used for the correspondence.
そこで、本実施形態では、発光強度比に酸素分圧に依存する係数と、マイクロ波パワーに依存する係数を掛けて酸化種密度との対応付けを行なうようにした。図9は、マイクロ波パワーについての変換係数を示しめしている。この変換係数は、表1に示すプロセス条件に対して作成したもので、上述した第1実施形態における酸素分圧の変換係数を求めたものと同様の手順により作成する。そして、図9に示すように変換係数を特定するための式の係数が決定されたならば、それをテンプレートとしてデータベース11に格納する。同様にして、図10に示すように酸素分圧による変換係数を求める式の係数を決定し、それをデータベースに格納する。
Therefore, in this embodiment, the light emission intensity ratio is associated with the oxidized species density by multiplying the coefficient depending on the oxygen partial pressure and the coefficient depending on the microwave power. FIG. 9 shows conversion coefficients for microwave power. This conversion coefficient is created for the process conditions shown in Table 1, and is created by the same procedure as that for obtaining the oxygen partial pressure conversion coefficient in the first embodiment described above. Then, when the coefficient of the expression for specifying the conversion coefficient is determined as shown in FIG. 9, it is stored in the
図11は、これら2つの変換係数を発光強度比に掛けた値と、酸化種密度との対応関係を示している。この酸化種密度を推定するための演算式の係数も、第1実施形態と同様の手順で作成し、データベース11に格納する。
FIG. 11 shows the correspondence between the value obtained by multiplying the light emission intensity ratio by these two conversion coefficients and the density of oxidized species. The coefficient of the arithmetic expression for estimating the oxidation species density is also created in the same procedure as in the first embodiment and stored in the
実際のプロセス実行時には、酸化種密度推定部12が、データベース11に格納した各テンプレートを用いて、与えられた発光強度と酸素分圧とマイクロ波パワーとから酸化種密度を推定し、膜厚推定部13が、酸化膜厚を算出する。図12は、第2実施形態の装置を用いて求めた酸化膜厚と実測値の比較を示している。図12から明らかなように、酸化膜厚の実測値と推定値がよくあっており、外乱による影響を考慮した正しい膜厚の推定が行なえることが確認できた。
During actual process execution, the oxidized species
上記の各実施形態では、プラズマ成膜装置は、クリプトンと酸素を用いたマイクロ波励起高密度プラズマ装置としたが、本発明はこれに限ることはなく、例えば、クリプトンに変えてアルゴンを用いることができる。 In each of the above embodiments, the plasma film forming apparatus is a microwave-excited high-density plasma apparatus using krypton and oxygen. However, the present invention is not limited to this, for example, argon is used instead of krypton. Can do.
1 プロセスチャンバ
2 装置コントローラ
3 分光器
4 エリプソメータ
10 酸化膜厚推定装置
11 データベース
12 酸化種密度推定部
13 膜厚推定部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
監視対象のプロセス実行中に測定したプラズマ発光強度を取得し、その取得したプラズマ発光強度と、前記テンプレートとして記憶した関係とから酸化種密度を求める工程と、
求めた酸化種密度を予め設定した酸化膜成長モデルに代入して酸化膜厚を求める工程と、
からなる酸化膜厚推定方法。 The relationship between the plasma emission intensity generated during the plasma oxidation process and the density of oxidized species is stored and retained as a template,
Obtaining the plasma emission intensity measured during the process being monitored, and obtaining the oxidized species density from the acquired plasma emission intensity and the relationship stored as the template;
Substituting the obtained oxide species density into a predetermined oxide film growth model to obtain an oxide film thickness,
An oxide film thickness estimation method comprising:
監視対象のプロセス実行中に測定したプラズマ発光強度を取得し、その取得したプラズマ発光強度と、前記記憶部から読み出した前記関係とから酸化種密度を求める酸化種密度推定手段と、
求めた酸化種密度を、予め設定した酸化膜成長モデルに代入して酸化膜厚を求める膜厚推定手段と、
を備えた酸化膜厚推定装置。 A storage unit that stores and holds the relationship between the plasma emission intensity generated in accordance with the plasma oxidation process and the density of oxidized species as a template,
An oxidized species density estimating means for obtaining the plasma emission intensity measured during execution of the process to be monitored, and obtaining the oxidized species density from the acquired plasma emission intensity and the relationship read from the storage unit;
Film thickness estimation means for substituting the determined oxidation species density into a predetermined oxide film growth model to obtain an oxide film thickness,
An oxide film thickness estimation apparatus comprising:
監視対象のプロセス実行中に測定したプラズマ発光強度を取得し、その取得したプラズマ発光強度と、記憶手段に格納されたプラズマ酸化プロセスにともない発生するプラズマ発光強度と酸化種密度との関係と、に基づいて、酸化種密度を求める酸化種密度推定手段、
求めた酸化種密度を、予め設定した酸化膜成長モデルに代入して酸化膜厚を求める膜厚推定手段、
として機能させるためのプログラム。 Computer
The plasma emission intensity measured during the execution of the monitored process is acquired, the acquired plasma emission intensity, and the relationship between the plasma emission intensity generated by the plasma oxidation process stored in the storage means and the density of the oxidized species. Based on the oxidized species density estimation means for obtaining the oxidized species density,
Film thickness estimating means for substituting the determined oxidation species density into a predetermined oxide film growth model to obtain an oxide film thickness,
Program to function as.
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2007
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