JP2012190842A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Hidetaro Tsuchimochi
秀太郎 土持
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Abstract

【課題】ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供する。
【解決手段】各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これらを規格化する。そして、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ予測値補正データに変換し、これら予測値補正データのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号から得られた予測値データに加えることにより、パターンの出来映え形状を予測する。
【選択図】図1
The present invention provides a technique capable of predicting a finished shape of a pattern after wafer processing with high accuracy.
The amount of each reaction product is expressed by the plasma emission intensity, and these are normalized. Then, the standardized plasma emission intensity of each reaction product is converted into predicted value correction data, and optimal predicted value correction data corresponding to the aperture ratio is selected from these predicted value correction data. By adding the predicted value correction data to the predicted value data obtained from the monitoring signal, the finished shape of the pattern is predicted.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、ドライエッチング技術を用いたウエハ加工処理工程に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a wafer processing process using a dry etching technique.

近年、回路パターンの微細化に伴いプロセスウィンドウが縮小しており、高精度なプロセス制御が要求されている。この要求を実現するには、ウエハ加工処理後の出来映え検査の頻度の増加が避けられず、半導体製品の生産性低下およびコスト増加が問題となる。そこで、ウエハ加工処理後の出来映えを予測する技術であるVM(Virtual Metrology)技術の確立が期待されている。   In recent years, the process window has been reduced with the miniaturization of circuit patterns, and high-precision process control is required. In order to realize this requirement, an increase in the frequency of workmanship inspection after the wafer processing is unavoidable, and there is a problem that the productivity of semiconductor products is reduced and the cost is increased. Therefore, establishment of VM (Virtual Metrology) technology, which is a technology for predicting the result after wafer processing, is expected.

例えば特開2009−152269号公報(特許文献1)には、ウエハ開口率および局所パターンの立体角に応じて、反応生成物フラックスと立体角の積で表される加工側壁に入射する堆積物量を制御する形状シミュレータと、形状シミュレータで得られたデータベースとドライエッチング中のエッチング状態から検出された実測値とを比較してエッチングプロセスの補正値を算出し、補正値をエッチングチャンバに指示する制御部とを備えたドライエッチング装置が開示されており、エッチングプロセスのパラメータをリアルタイムに補正する技術が記載されている。   For example, in JP 2009-152269 A (Patent Document 1), the amount of deposits incident on the processing side wall represented by the product of the reaction product flux and the solid angle is determined according to the wafer aperture ratio and the solid angle of the local pattern. A control unit for controlling the shape simulator to be controlled, calculating the correction value of the etching process by comparing the database obtained by the shape simulator and the actual value detected from the etching state during dry etching, and instructing the correction value to the etching chamber And a technique for correcting the parameters of the etching process in real time.

また、特開2007−250902号公報(特許文献2)には、所定枚数のモデル作成用ウエハをエッチング処理しながら電気的データを測定し、各モデル作成用ウエハのCD(Critical Dimension)シフト量を実測し、各CDシフト量の移動平均値を求め、多変量解析法を用いて運転データと移動平均化されたCDシフト量との相関関係式を求め、他のウエハをエッチング処理したときの運転データを相関関係式に当てはめることによりCDシフト量を予測する方法が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2007-250902 (Patent Document 2) discloses a method of measuring electrical data while etching a predetermined number of model creation wafers, and determining a CD (Critical Dimension) shift amount of each model creation wafer. Actual measurement, moving average value of each CD shift amount is obtained, a correlation equation between operation data and moving average CD shift amount is obtained by using a multivariate analysis method, and the operation when other wafers are etched. A method for predicting a CD shift amount by applying data to a correlation equation is disclosed.

また、特開2006−83433号公報(特許文献3)には、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定するセンサと、所定の線形関数を利用して、高調波成分に対応するエッチングの終点時間を算出する手段とを備えたプラズマエッチング装置が開示されており、所定の線形関数は、プラズマエッチングされる薄膜のパターン開口率に応じて、複数の線形関数の中から選択することが記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2006-83433 (Patent Document 3) discloses an etching end point time corresponding to a harmonic component by using a sensor that measures a harmonic component of plasma reactance and a predetermined linear function. A plasma etching apparatus including a calculating means is disclosed, and it is described that a predetermined linear function is selected from a plurality of linear functions according to a pattern aperture ratio of a thin film to be plasma etched. .

また、特開2005−12218号公報(特許文献4)には、エッチング処理の間に実施されたインサイチューモニタリング(例えば分光、干渉計測、散乱計測、反射率測定など)と組み合わせて、エッチング処理に対してエクスサウチューで提供された測定情報(例えば限界寸法、層の膜厚など)を使用することにより、エッチング処理をモニタリングする方法が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2005-12218 (Patent Document 4) discloses an etching process in combination with in-situ monitoring (for example, spectroscopy, interference measurement, scattering measurement, reflectance measurement, etc.) performed during the etching process. On the other hand, a method for monitoring an etching process by using measurement information (for example, critical dimension, layer thickness, etc.) provided by Exsau Chu is disclosed.

また、特開2005−183756号公報(特許文献5)には、プラズマ処理装置において、反応室内の圧力を設定圧力に制御する圧力制御バルブの開度と、高周波電力印加時に発生するバイアス電圧とを設備モニタリングシステムにて常時モニタリングして、反応室内のプラズマ状態を確認する技術が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2005-183756 (Patent Document 5) discloses an opening of a pressure control valve for controlling the pressure in a reaction chamber to a set pressure and a bias voltage generated when high-frequency power is applied in a plasma processing apparatus. A technique for constantly monitoring with an equipment monitoring system and confirming a plasma state in a reaction chamber is disclosed.

特開2009−152269号公報JP 2009-152269 A 特開2007−250902号公報JP 2007-250902 A 特開2006−83433号公報JP 2006-83433 A 特開2005−12218号公報JP 2005-12218 A 特開2005−183756号公報JP 2005-183756 A

例えばAPC(Advanced Process Control)システムを搭載したドライエッチング装置では、VM技術を適用しない場合、前のロットの検査が完了して、その仕上がり寸法等の情報がフィードバックされるのを待ってから次のロットが処理される。そのため、前のロットの検査が完了するまでの待ち時間が生じてしまう。これに対して、VM技術を適用した場合は、リアルタイムで一ロット内の全ウエハの仕上がり寸法の予測値が得られるので、VM技術を適用しない場合と比べて、ドライエッチング工程のTAT(Turn Around Time)を短くすることができる。   For example, in a dry etching system equipped with an APC (Advanced Process Control) system, if VM technology is not applied, the inspection of the previous lot is completed, and after waiting for feedback of information such as the finished dimensions, the next The lot is processed. Therefore, there is a waiting time until the inspection of the previous lot is completed. On the other hand, when the VM technology is applied, a predicted value of the finished dimensions of all the wafers in one lot can be obtained in real time. Therefore, compared with the case where the VM technology is not applied, TAT (Turn Around Time) can be shortened.

そこで、本発明者らは、ドライエッチング装置のモニタリング信号からウエハの出来映えを予測するVM技術を適用することにより、ウエハ加工処理後の出来映え検査の回数を低減している。しかし、モニタリング信号のみを用いたVM技術では、ナノメートル(nm)スケールの寸法制御が難しいため、ナノメートルスケールの精度が要求される微細加工工程では、ウエハ加工処理後の出来映え検査の数を減らすことができない。   Therefore, the present inventors have reduced the number of performance inspections after wafer processing by applying a VM technology that predicts the performance of a wafer from a monitoring signal of a dry etching apparatus. However, with the VM technology using only the monitoring signal, it is difficult to control the dimensions on the nanometer (nm) scale. Therefore, in the microfabrication process that requires nanometer scale accuracy, the number of workmanship inspections after wafer processing is reduced. I can't.

また、多層配線を形成するドライエッチング工程では、通常、配線パターンの加工形状(例えば寸法など)の規格が同じであれば、製品種または配線層を問わず、一つのエッチング条件で加工処理を行っている。しかし、配線パターンの加工形状の規格が同じであっても、パターン開口率またはパターン密度等が異なると、モニタリング信号のみを用いたVM技術では、ウエハ処理後の出来映え形状の予測精度が低くなるという問題が生じる。特に、パターン開口率の違いは、エッチングプロセス(処理圧力、エッチングガス種、反応生成物フラックス、および流量等)に影響を及ぼし、配線パターンの微細化およびウエハの大口径化が進むに従い、その影響は顕著となっている。   Also, in a dry etching process for forming a multilayer wiring, processing is usually performed under one etching condition regardless of the product type or wiring layer if the standard of the processing shape (for example, dimensions) of the wiring pattern is the same. ing. However, even if the processing pattern standard of the wiring pattern is the same, if the pattern aperture ratio or the pattern density is different, the VM technology using only the monitoring signal has a lower accuracy of predicting the finished shape after wafer processing. Problems arise. In particular, the difference in pattern aperture ratio affects the etching process (processing pressure, etching gas species, reaction product flux, flow rate, etc.), and as the wiring pattern becomes finer and the wafer diameter increases, the influence is increased. Has become prominent.

本発明の目的は、ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of predicting the finished shape of a pattern after wafer processing with high accuracy.

また、本発明の目的は、ウエハ処理後のパターンの出来映え検査の回数を低減することにより、製品の生産性の向上およびコスト低減を実現することのできる技術を提供することにある。   It is another object of the present invention to provide a technique capable of improving product productivity and reducing costs by reducing the number of pattern inspections after wafer processing.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in this application, an embodiment of a representative one will be briefly described as follows.

この実施の形態は、基板の主面上に形成された被エッチング膜を、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより加工して、被エッチング膜のパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、ドライエッチングにより生成される各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これらを規格化した後、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ予測値補正データに変換し、これら予測値補正データのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号から得られた予測値データに導入することにより、パターンの出来映え形状を予測するものである。   This embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of processing a film to be etched formed on a main surface of a substrate by dry etching using a resist pattern as a mask to form a pattern of the film to be etched. The amount of each reaction product generated by dry etching is represented by the plasma emission intensity, and after normalizing these, the plasma emission intensity of each normalized reaction product is converted into predicted value correction data, By selecting the optimal predicted value correction data corresponding to the aperture ratio from these predicted value correction data, and introducing this optimal predicted value correction data into the predicted value data obtained from the monitoring signal, the pattern performance is achieved. The shape is predicted.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by one embodiment of a representative one will be briefly described as follows.

ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供することができる。また、ウエハ処理後のパターンの出来映え検査の回数を低減することにより、製品の生産性の向上およびコスト低減を実現することができる。   It is possible to provide a technique capable of predicting a finished shape of a pattern after wafer processing with high accuracy. Also, by reducing the number of pattern inspections after wafer processing, product productivity can be improved and costs can be reduced.

本発明の一実施の形態によるドライエッチング装置に備わる各演算部の構成を説明する概略図である。It is the schematic explaining the structure of each calculating part with which the dry etching apparatus by one embodiment of this invention is equipped. (a)および(b)は、それぞれ開口率が小さい場合(開口率は約5%)の被エッチンング膜上に形成されたレジストパターンの概略平面図、および開口率が大きい場合(開口率は約55%)の被エッチング膜上に形成されたレジストパターンの概略平面図である。(A) and (b) are schematic plan views of a resist pattern formed on an etching target film when the aperture ratio is small (the aperture ratio is about 5%), and when the aperture ratio is large (the aperture ratio is about It is a schematic plan view of a resist pattern formed on a film to be etched (55%). (a)および(b)は、それぞれ開口率が小さい場合のエッチンングによる反応生成物の発生の様子、および開口率が大きい場合のエッチングによる反応生成物の発生の様子を説明する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram explaining the mode of generation of the reaction product by etching when the aperture ratio is small and the mode of generation of the reaction product by etching when the aperture ratio is large. 本発明の一実施の形態による発光データ演算処理部におけるプラズマ発光データの規格化の手順を説明する工程図である。It is process drawing explaining the procedure of the normalization of the plasma light emission data in the light emission data calculation process part by one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態によるSiO膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度と発光波長(波長領域200〜800nm)との関係の一例を示すグラフ図である。The SiO 2 film according to an embodiment of the present invention is a graph showing an example of the relationship between the plasma emission intensity obtained when dry etching the emission wavelength (wavelength region 200 to 800 nm). 本発明の一実施の形態によるSiO膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度の経時変化を示すグラフ図である。The SiO 2 film according to an embodiment of the present invention is a graph showing changes with time of plasma emission intensity obtained when the dry etching. 本発明の一実施の形態によるSiO膜をドライエッチングした際に得られる各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値および規格化したプラズマ発光強度の平均値をまとめた図である。The SiO 2 film according to an embodiment of the present invention is a diagram summarizing the mean value of the mean and normalized plasma emission intensity of the plasma emission intensity of each reaction product obtained upon dry etching. 本発明の一実施の形態による規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I、I、I)と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。Mean value data (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) and aperture ratio data of plasma emission intensity of each normalized reaction product (CO, SiF, CF, CN) according to an embodiment of the present invention It is a graph explaining the relationship. 本発明の一実施の形態による開口率が小さい場合に使用する規格化した各反応生成物(CF、CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I)と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。Relationship between average value data (I 3 , I 4 ) of plasma emission intensity of each normalized reaction product (CF, CN) used when aperture ratio is small according to an embodiment of the present invention and aperture ratio data FIG. 本発明の一実施の形態による開口率が大きい場合に使用する規格化した各反応生成物(CO、SiF)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I)と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。Relationship between the average value data (I 1 , I 2 ) of plasma emission intensity of each normalized reaction product (CO, SiF) used when the aperture ratio is large according to an embodiment of the present invention and the aperture ratio data FIG. (a)および(b)は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。(A) and (b) are graphs showing the state of fluctuation of the predicted value obtained from only the monitoring signal of the width of the wiring groove and the actual value of the width of the wiring groove as the number of processed wafers increases, and the wiring groove, respectively. It is a graph which shows the relationship between the predicted value calculated | required only from the monitoring signal of width | variety, and the measured value of the width | variety of a wiring groove | channel. (a)および(b)は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式(1)から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅の式(1)から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。(A) and (b) are graphs showing the fluctuation of the predicted value obtained from the equation (1) of the wiring groove width and the actual measurement value of the wiring groove width as the number of wafers processed increases, and wiring It is a graph which shows the relationship between the predicted value calculated | required from Formula (1) of the width | variety of a groove | channel, and the measured value of the width | variety of a wiring groove | channel. (a)および(b)は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。(A) and (b) are graphs showing the state of fluctuation of the predicted value obtained from only the monitoring signal of the wiring groove depth and the measured value of the wiring groove depth as the number of wafers processed increases, and It is a graph which shows the relationship between the predicted value calculated | required only from the monitoring signal of the depth of a wiring groove | channel, and the measured value of the depth of a wiring groove | channel. (a)および(b)は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式(2)から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さの式(2)から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。(A) And (b) is a graph which shows the mode of the fluctuation | variation of the predicted value calculated | required from Formula (2) of the depth of a wiring groove | channel accompanying the increase in the number of wafer processing, respectively, and the measured value of the wiring groove depth, It is a graph which shows the relationship between the predicted value calculated | required from Formula (2) of the depth of a wiring groove | channel, and the measured value of the depth of a wiring groove | channel. (a)および(b)は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式(9)から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅の式(9)から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。(A) and (b) are graphs showing the variation of the predicted value obtained from the equation (9) of the width of the wiring groove and the actual value of the width of the wiring groove as the number of processed wafers increases, and wiring It is a graph which shows the relationship between the predicted value calculated | required from Formula (9) of the width | variety of a groove | channel, and the measured value of the width | variety of a wiring groove | channel. (a)および(b)は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式(10)から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さの式(10)から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。(A) And (b) is a graph which shows the mode of the fluctuation | variation of the predicted value calculated | required from Formula (10) of the depth of a wiring groove | channel accompanying the increase in the number of wafer processes, respectively, and the measured value of a wiring groove depth, It is a graph which shows the relationship between the predicted value calculated | required from Formula (10) of the depth of a wiring groove | channel, and the measured value of the depth of a wiring groove | channel. 本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する製造工程中の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device in the manufacturing process explaining the manufacturing method of the semiconductor device by one embodiment of this invention. 図17に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 18 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 18; 図19に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 20 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 19; 本発明の一実施の形態によるエッチング工程の流れの一例を示す工程図であるIt is process drawing which shows an example of the flow of the etching process by one embodiment of this invention. 図20に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 20; 図22に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 23 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 22; 図23に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 24 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 23; 図24に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 24; 図25に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 26 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 25; 図26に続く半導体装置の製造工程中の図17と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 27 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 17 of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 26;

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態において、ウエハと言うときは、Si(Silicon)単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、SOI(Silicon On Insulator)ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。   Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching may be added to make the drawings easy to see even if they are plan views. In the following embodiments, the term “wafer” is mainly a Si (Silicon) single crystal wafer. However, not only that, but also an SOI (Silicon On Insulator) wafer and an integrated circuit are formed thereon. Insulating film substrate or the like. The shape includes not only a circle or a substantially circle but also a square, a rectangle and the like.

また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するもの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。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態)
本実施の形態によるVM技術を用いたウエハ処理後のパターンの出来映え予測の方法を以下に説明する。本実施の形態では、配線パターンの出来映え予測を一例に挙げて説明する。具体的には、ダマシン(Damascene)配線を形成する際に、ドライエッチング法により絶縁膜に形成される配線溝の出来映え形状を予測する。
(Embodiment)
A method for predicting the performance of a pattern after wafer processing using the VM technique according to this embodiment will be described below. In the present embodiment, description will be given by taking as an example the prediction of the performance of a wiring pattern. Specifically, when a damascene wiring is formed, a finished shape of a wiring groove formed in the insulating film is predicted by a dry etching method.

図1に、本実施の形態によるドライエッチング装置に備わる各演算部の構成を説明する概略図を示す。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of each calculation unit provided in the dry etching apparatus according to the present embodiment.

ドライエッチング装置1の内部には、モニタリング信号記憶部2および発光強度検出部3が備わっており、さらに、外部には、統計処理部4、発光データ演算処理部5、開口率データ演算処理部6、モデル式演算処理部7が備わっている。なお、外部に備わるこれら処理部4、5,6,7は、ドライエッチング装置1の内部に設けてもよい。   The dry etching apparatus 1 includes a monitoring signal storage unit 2 and a light emission intensity detection unit 3, and further includes a statistical processing unit 4, a light emission data calculation processing unit 5, and an aperture ratio data calculation processing unit 6. A model formula calculation processing unit 7 is provided. The processing units 4, 5, 6, and 7 provided outside may be provided inside the dry etching apparatus 1.

ドライエッチング装置1は枚葉式のエッチング装置である。ドライエッチング装置1に備わるチャンバ8の内部には、所定の距離を空けて下部電極9および上部電極10が平行に配置されており、下部電極9上にウエハ11が配置される。下部電極9と上部電極10との間にプラズマ12を作り、プラズマ12中に発生したイオンまたはラジカルを利用して、ウエハ11に形成された被エッチング膜(本実施の形態ではSiOからなる絶縁膜)がエッチングされる。 The dry etching apparatus 1 is a single wafer etching apparatus. Inside the chamber 8 provided in the dry etching apparatus 1, a lower electrode 9 and an upper electrode 10 are arranged in parallel at a predetermined distance, and a wafer 11 is arranged on the lower electrode 9. A plasma 12 is created between the lower electrode 9 and the upper electrode 10, and ions or radicals generated in the plasma 12 are used to form an etching target film formed on the wafer 11 (in this embodiment, an insulating film made of SiO 2. The film) is etched.

モニタリング信号記憶部2では、例えば下部電極温度(temp)、下部電極電位差(Vpp)、および上部整合キャパシタの位置(C1)などのエッチング処理時のプラズマ状態を制御するエッチングプロセスの設定値(以下、モニタリング信号という)を記憶する。   In the monitoring signal storage unit 2, for example, a set value (hereinafter referred to as an etching process) for controlling a plasma state during an etching process such as a lower electrode temperature (temp), a lower electrode potential difference (Vpp), and an upper matching capacitor position (C1). The monitoring signal).

発光強度検出部3では、所定の波長領域(例えば200〜800nm)におけるエッチング処理時に発生するプラズマの発光強度データを取得する。   The emission intensity detection unit 3 acquires emission intensity data of plasma generated during an etching process in a predetermined wavelength region (for example, 200 to 800 nm).

統計処理部4では、エッチング処理時のモニタリング信号のうち、ウエハ処置後の配線パターン(配線溝の幅および深さ)の出来映え形状と相関があり、配線パターンの出来映え形状の予測式に必要となる複数のモニタリング信号を抽出する。   The statistical processing unit 4 has a correlation with the finished shape of the wiring pattern (width and depth of the wiring groove) after the wafer treatment in the monitoring signal at the time of the etching process, and is necessary for the prediction formula of the finished shape of the wiring pattern. Extract multiple monitoring signals.

発光データ演算処理部5では、発光強度検出部3で得られたプラズマの発光強度データから、各反応生成物のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の時系列データを求め、さらに、平均値データを求める。そして、その平均値データを規格化した後、さらに、その規格化した各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値データを予測式に導入できる予測値補正データに変換する。   The emission data calculation processing unit 5 obtains time-series data of plasma emission intensity at each emission wavelength of each reaction product from the plasma emission intensity data obtained by the emission intensity detection unit 3, and further calculates average value data. Ask. Then, after normalizing the average value data, the average value data of the plasma emission intensity of each normalized reaction product is converted into predicted value correction data that can be introduced into the prediction formula.

開口率データ演算処理部6では、発光データ演算処理部5において得られた各反応生成物の予測値補正データのなかから、ウエハ情報から得られる開口率に応じて最適な予測値補正データ(f(Ix),g(Ix))を選択する。 In the aperture ratio data calculation processing unit 6, the optimum predicted value correction data (f) according to the aperture ratio obtained from the wafer information from the predicted value correction data of each reaction product obtained in the light emission data calculation processing unit 5. 2 (Ix), g 2 (Ix)).

モデル式演算処理部7では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、開口率データ演算処理部6において、開口率に応じて選択された最適な予測値補正データ(f(Ix),g(Ix))を加えた予測式(式(1)および式(2))により、配線パターンの出来映え形状の予測値を求める。モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データの算出には、統計処理部4において抽出された複数のモニタリング信号を用いる。 In the model formula calculation processing unit 7, the optimum predicted value correction data selected according to the aperture ratio in the aperture ratio data calculation processing unit 6 is used as the predicted value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal. A predicted value of the finished shape of the wiring pattern is obtained by a prediction formula (formula (1) and formula (2)) to which (f 2 (Ix), g 2 (Ix)) is added. A plurality of monitoring signals extracted by the statistical processing unit 4 are used to calculate the predicted value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal.

配線溝の幅=f(temp,Vpp,C1)+(Δマスク寸法)+f(Ix) 式(1)
配線溝の深さ=g(Vpp,temp)+g(Ix) 式(2)
次に、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値デーに、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データを加えた配線パターンの出来映え形状の予測式(式(1)および式(2))について詳細に説明する。
Wiring groove width = f (temp, Vpp, C1) + (Δmask dimension) + f 2 (Ix) Equation (1)
The depth of the wiring groove = g (Vpp, temp) + g 2 (Ix) Equation (2)
Next, a predictive formula for the finished shape of the wiring pattern obtained by adding the optimum predicted value correction data selected according to the aperture ratio to the predicted value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal (formula ( 1) and formula (2)) will be described in detail.

まず、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データについて説明する。   First, the predicted value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal will be described.

統計処理部4で抽出された、例えば下部電極温度(temp)、下部電極電位差(Vpp)、および上部整合キャパシタの位置(C1)などのモニタリング信号を用いて、実験計画法を用いた実験および統計解析を行い、ウエハ処理後の配線パターン(配線溝の幅および深さ)の出来映え形状の予測値データを求める。本実施の形態では、統計解析に重回帰分析を用いる。   Experiments and statistics using an experimental design using monitoring signals extracted by the statistical processing unit 4, such as the lower electrode temperature (temp), the lower electrode potential difference (Vpp), and the position of the upper matching capacitor (C1). Analysis is performed to obtain predicted value data of a finished shape of the wiring pattern (width and depth of the wiring groove) after the wafer processing. In the present embodiment, multiple regression analysis is used for statistical analysis.

配線溝の幅は、ドライエッチング装置のモニタリング信号のうち下部電極温度(temp)、下部電極電位差(Vpp)、および上部整合キャパシタの位置(C1)の統計解析から得られる予測値データ(f(temp,Vpp,C1))と、マスク寸法データ(Δマスク寸法)とにより予測することが可能である。マスク寸法データとは、例えばレジストパターン寸法とマスク寸法(設計寸法)との誤差等である。   The width of the wiring groove is predicted value data (f (temp) obtained from statistical analysis of the lower electrode temperature (temp), the lower electrode potential difference (Vpp), and the position (C1) of the upper matching capacitor in the monitoring signal of the dry etching apparatus. , Vpp, C1)) and mask dimension data (Δ mask dimension). The mask dimension data is, for example, an error between a resist pattern dimension and a mask dimension (design dimension).

また、配線溝の深さは、ドライエッチング装置のモニタリング信号のうち下部電極電位差(Vpp)および下部電極温度(temp)の統計解析から得られる予測値データ(g(Vpp,temp))により予測することが可能である。   Further, the depth of the wiring trench is predicted by predicted value data (g (Vpp, temp)) obtained from statistical analysis of the lower electrode potential difference (Vpp) and the lower electrode temperature (temp) in the monitoring signal of the dry etching apparatus. It is possible.

次に、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データを加えた配線パターンの出来映え形状の予測式(式(1)および式(2))について詳細に説明する。   Next, the prediction formulas (formula (1) and formula (2)) for the finished shape of the wiring pattern to which the optimum predicted value correction data selected according to the aperture ratio is added will be described in detail.

ここで、開口率とは、被処理面全体のうちエッチングされる部分の占める割合または面積比で定められる量である。例えば絶縁膜をエッチングする場合に、絶縁膜の全表面積のうち80%がレジストパターンにより被覆され、20%が露出しているとすると、開口率は20%となる。   Here, the aperture ratio is an amount determined by the ratio or area ratio of the etched portion of the entire surface to be processed. For example, when etching an insulating film, if 80% of the total surface area of the insulating film is covered with a resist pattern and 20% is exposed, the aperture ratio is 20%.

図2(a)および(b)に、それぞれ開口率が小さい場合(開口率は約5%)の概略図および開口率が大きい場合(開口率は約55%)の概略図を示す。図2中、符号14は被エッチンング膜上に形成されたレジストパターン、符号15は被エッチング膜が露出した開口部を示している。   2A and 2B show a schematic diagram when the aperture ratio is small (the aperture ratio is about 5%) and a schematic diagram when the aperture ratio is large (the aperture ratio is about 55%), respectively. In FIG. 2, reference numeral 14 denotes a resist pattern formed on the etching target film, and reference numeral 15 denotes an opening from which the etching target film is exposed.

開口率が相対的に大きいとエッチングにより生じる反応生成物の量が多くなり、開口率が相対的に小さいとエッチングにより生じる反応生成物の量が少なくなる。また、一般に、開口率が相対的に大きいとエッチングレートが遅くなり、開口率が相対的に小さいとエッチングレートが速くなる傾向がある。従って、開口率が様々に変化することにより、プラズマ発光強度またはエッチングレートも変化する。   When the aperture ratio is relatively large, the amount of reaction products generated by etching increases. When the aperture ratio is relatively small, the amount of reaction products generated by etching decreases. In general, when the aperture ratio is relatively large, the etching rate tends to be slow, and when the aperture ratio is relatively small, the etching rate tends to be fast. Accordingly, the plasma emission intensity or the etching rate changes as the aperture ratio changes variously.

例えば絶縁膜にSiO膜を用いた場合、CF系ガスおよび不活性ガスArを用いると、式(3)の反応によりSiO膜のエッチングが進む。 For example, when a SiO 2 film is used as the insulating film, if a CF-based gas and an inert gas Ar are used, the etching of the SiO 2 film proceeds by the reaction of formula (3).

SiO+CF→SiF+CO 式(3)
従って、エッチンングにより反応生成物として、例えばCO、SiF、CF、CN等が生じるが、これらの量は開口率に依存する。
SiO + CF → SiF + CO Formula (3)
Therefore, etching produces, for example, CO, SiF, CF, CN, etc. as reaction products, and these amounts depend on the aperture ratio.

図3(a)および(b)に、それぞれ開口率が相対的に小さい場合のエッチンングによる反応生成物の発生の様子および開口率が相対的に大きい場合のエッチングによる反応生成物の発生の様子を説明する模式図を示す。SiO膜13上に形成されたレジストパターン14の開口部15において、エッチングガス種(CF*)によりSiO膜13がエッチングされる。このエッチンングにより反応生成物であるCO、SiF等が生じるが、開口率が相対的に大きいとCO、SiF等の量は多く、開口率が相対的に小さいとCO、SiF等の量は少なくなる。 FIGS. 3A and 3B show the generation of reaction products by etching when the aperture ratio is relatively small and the generation of reaction products by etching when the aperture ratio is relatively large, respectively. The schematic diagram to explain is shown. In the opening 15 of the resist pattern 14 formed on the SiO 2 film 13, SiO 2 film 13 is etched by the etching gas species (CF *). This etching produces reaction products such as CO and SiF. When the aperture ratio is relatively large, the amount of CO and SiF is large, and when the aperture ratio is relatively small, the amount of CO and SiF and the like is small. .

すなわち、エッチングにより生じる反応生成物の量は、式(4)に示すように、単位時間当たりのエッチング量(エッチングレート)と開口率との積に比例する。   That is, the amount of reaction product generated by etching is proportional to the product of the etching amount per unit time (etching rate) and the aperture ratio, as shown in Equation (4).

(反応生成物の量)∝(エッチングレート)×(開口率) 式(4)
本実施の形態では、各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これを規格化する。そして、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度のデータを、予測式に加えることのできる予測値補正データに変換する。そのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えた予測式(式(1)および式(2))を構築し、この予測式(式(1)および式(2))を用いて配線パターンの出来映え形状を予測する。
(Amount of reaction product) ∝ (etching rate) × (opening ratio) Equation (4)
In the present embodiment, the amount of each reaction product is expressed by the plasma emission intensity and normalized. Then, the normalized plasma emission intensity data of each reaction product is converted into predicted value correction data that can be added to the prediction formula. Among them, the optimum prediction value correction data corresponding to the aperture ratio is selected, and this optimum prediction value correction data is added to the prediction value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal ( Formulas (1) and (2)) are constructed, and the finished shape of the wiring pattern is predicted using the prediction formulas (Formula (1) and Formula (2)).

予測値補正データの基となる各反応生成物のプラズマ発光強度は、発光データ演算処理部5でデータ処理され、最適な予測値補正データは、開口率データ演算処理部6で開口率に応じて選択され、配線パターンの出来映え形状は、モデル式演算処理部7において最適な予測値補正データを導入した予測式(式(1)および式(2))を用いて算出される。   The plasma emission intensity of each reaction product that is the basis of the predicted value correction data is subjected to data processing by the light emission data calculation processing unit 5, and the optimal predicted value correction data is determined by the aperture ratio data calculation processing unit 6 according to the aperture ratio. The finished shape of the selected wiring pattern is calculated by using the prediction formulas (formula (1) and formula (2)) in which the optimal prediction value correction data is introduced in the model formula calculation processing unit 7.

次に、発光データ演算処理部5における各反応生成物のプラズマ発光強度の規格化について図4〜図7を用いて詳細に説明する。図4は、発光データ演算処理部5におけるプラズマ発光データの規格化の手順を説明する工程図、図5は、SiO膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度と発光波長(波長領域200〜800nm)との関係の一例を示すグラフ図、図6は、SiO膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度の経時変化を示すグラフ図、図7は、SiO膜をドライエッチングした際に得られる各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値および規格化したプラズマ発光強度の平均値をまとめた図である。 Next, standardization of the plasma emission intensity of each reaction product in the emission data calculation processing unit 5 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is a process diagram for explaining the procedure for normalizing the plasma emission data in the emission data calculation processing unit 5, and FIG. 5 shows the plasma emission intensity and emission wavelength (wavelength region 200) obtained when the SiO 2 film is dry-etched. FIG. 6 is a graph showing the change over time in plasma emission intensity obtained when dry etching the SiO 2 film, and FIG. 7 is dry etching the SiO 2 film. It is the figure which put together the average value of the plasma luminescence intensity of each reaction product obtained at the time, and the average value of the normalized plasma luminescence intensity.

(図4の工程P1)発光データ演算処理部5では、発光強度検出部3において取得された200〜800nmの波長領域におけるプラズマ発光強度を、例えば±1nmの間隔でウエハ処理が終了するまでモニタリングする。   (Step P1 in FIG. 4) The light emission data calculation processing unit 5 monitors the plasma light emission intensity in the wavelength region of 200 to 800 nm acquired by the light emission intensity detection unit 3 until the wafer processing is completed at intervals of ± 1 nm, for example. .

(図4の工程P2)各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の時系列データを求める。図5に示すように、200〜800nmの波長領域において、例えばCOでは約483nmの発光波長におけるプラズマ発光強度を求め、Arでは約750nmの発光波長におけるプラズマ発光強度を求める。   (Step P2 in FIG. 4) Time-series data of plasma emission intensity at each emission wavelength of each reaction product (CO, SiF, CF, CN) is obtained. As shown in FIG. 5, in the wavelength region of 200 to 800 nm, for example, CO emits plasma emission intensity at an emission wavelength of about 483 nm, and Ar obtains plasma emission intensity at an emission wavelength of about 750 nm.

(図4の工程P3)各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ(ICO、ISiF、ICF、ICN)をそれぞれ求める。図6に示すように、時系列データを、例えば移動平均等のスムージングを行った後、プラズマ放電開始時と終了時の数秒間のプラズマ発光強度が安定していない時間は含まずに、平均値データを求める。 (Step P3 in FIG. 4) The average value data (I CO , I SiF , I CF , I CN ) of the plasma emission intensity at each emission wavelength of each reaction product (CO, SiF, CF, CN) is obtained. As shown in FIG. 6, the time series data, for example, after performing smoothing such as moving average, does not include the time during which plasma emission intensity is not stable for several seconds at the start and end of plasma discharge, Ask for data.

(図4の工程P4)各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ(ICO、ISiF、ICF、ICN)を、Arの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ(IAr)を用いて規格化する。例えば規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ(I,I,I,I)は、式(5)〜式(8)のように表すことができる。 (Step P4 in FIG. 4) The average value data (I CO , I SiF , I CF , I CN ) of the plasma emission intensity at the respective emission wavelengths of each reaction product (CO, SiF, CF, CN) is obtained from Ar. Normalization is performed using the average value data (I Ar ) of the plasma emission intensity at the emission wavelength. For example, the average value data (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) of the plasma emission intensity at each emission wavelength of each normalized reaction product (CO, SiF, CF, CN) is expressed by the formula (5) to It can be expressed as equation (8).

=ICO/IAr 式(5)
=ISiF/IAr 式(6)
=ICF/IAr 式(7)
=ICN/IAr 式(8)
図7に、各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ(ICO、ISiF、ICF、ICN)および規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ(I、I、I、I)をまとめる。
I 1 = I CO / I Ar formula (5)
I 2 = I SiF / I Ar formula (6)
I 3 = I CF / I Ar formula (7)
I 4 = I CN / I Ar formula (8)
FIG. 7 shows average data (I CO , I SiF , I CF , I CN ) of plasma emission intensity at each emission wavelength of each reaction product (CO, SiF, CF, CN ) and each reaction product normalized. The average value data (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) of the plasma emission intensity at each emission wavelength of the product (CO, SiF, CF, CN) is summarized.

(図4の工程P5)規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データを、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えて補正できるように、予測値補正データ(f(Ix):x=1〜4およびg(Ix):x=1〜4)に変換する。 (Step P5 in FIG. 4) The result of the wiring pattern obtained by using only the monitoring signal, the average value data of the plasma emission intensity at each emission wavelength of each normalized reaction product (CO, SiF, CF, CN) as can be corrected by adding the predicted value data of the shape, the predicted value correction data (f 2 (Ix): x = 1~4 and g 2 (Ix): x = 1~4) to convert.

次に、開口率データ演算処理部6における最適な予測値補正データの選択方法について図8〜図10を用いて説明する。図8は、規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I、I、I)(プラズマ発光データ)と開口率データとの関係を説明するグラフ図、図9は、開口率が小さい場合に使用する規格化した各反応生成物(CF、CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I)(プラズマ発光データ)と開口率データとの関係を説明するグラフ図、図10は、開口率が大きい場合に使用する規格化した各反応生成物(CO、SiF)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I)と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。 Next, a method for selecting optimum predicted value correction data in the aperture ratio data calculation processing unit 6 will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows average value data (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) (plasma emission data) and aperture ratio data of plasma emission intensity of each normalized reaction product (CO, SiF, CF, CN). FIG. 9 is a graph illustrating the relationship between the plasma emission intensity average values (I 3 , I 4 ) (plasma) of each normalized reaction product (CF, CN) used when the aperture ratio is small FIG. 10 is a graph for explaining the relationship between the emission data) and the aperture ratio data. FIG. 10 is a graph showing average data (I, plasma emission intensity of each reaction product (CO, SiF) normalized when the aperture ratio is large). 1 , I 2 ) and the aperture ratio data.

図8に示すように、規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I、I、I)と開口率データとの間には、相関関係がある。 As shown in FIG. 8, the average value data (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) of the plasma emission intensity of each normalized reaction product (CO, SiF, CF, CN) and the aperture ratio data There is a correlation between them.

開口率が相対的に小さい場合は、被エッチング膜(SiO膜)の露出した面積の割合が小さく、レジストパターンの割合が大きい。このため、エッチングガス種の反応生成物(CF)のプラズマ発光強度の平均値データ(I)またはエッチングガス種の反応生成物(CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I)が大きくなる。そこで、図9に示すように、規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I、I、I)から、平均値データ(I)または平均値データ(I)を選択する。そして、これらを変換して予測値補正データを求めて、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、最適な予測値補正データを補正値として導入する。 When the aperture ratio is relatively small, the ratio of the exposed area of the etching target film (SiO 2 film) is small and the ratio of the resist pattern is large. Therefore, the average value data (I 3 ) of the plasma emission intensity of the reaction product (CF) of the etching gas species or the average value data (I 4 ) of the plasma emission intensity of the reaction product (CN) of the etching gas species is large. Become. Therefore, as shown in FIG. 9, from the average value data (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) of the plasma emission intensity of each normalized reaction product (CO, SiF, CF, CN), the average value is obtained. Data (I 3 ) or average value data (I 4 ) is selected. Then, these values are converted to obtain predicted value correction data, and optimum predicted value correction data is introduced as a correction value into the predicted value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal.

これに対して、開口率が相対的に大きい場合は、被エッチング膜(SiO膜)の露出した面積の割合が大きく、レジストパターンの割合が小さい。このため、被エッチング膜を構成するSiOの反応生成物(CO)のプラズマ発光強度の平均値データ(I)またはSiOの反応生成物(SiF)の発光強度の平均値データ(I)が大きくなる。そこで、図10に示すように、規格化した各反応生成物(CO、SiF、CF、CN)のプラズマ発光強度の平均値データ(I、I、I、I)から、平均値データ(I)または平均値データ(I)を選択する。そして、これらを変換して予測値補正データを求めて、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、最適な予測値補正データを補正値として導入する。 On the other hand, when the aperture ratio is relatively large, the ratio of the exposed area of the etching target film (SiO 2 film) is large and the ratio of the resist pattern is small. Therefore, the average value data of the emission intensity of the average value data of the plasma emission intensity of the reaction product of SiO 2 constituting the film to be etched (CO) (I 1) or SiO 2 in the reaction product (SiF) (I 2 ) Becomes larger. Therefore, as shown in FIG. 10, from the average value data (I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ) of the plasma emission intensity of each normalized reaction product (CO, SiF, CF, CN), the average value is obtained. Data (I 1 ) or average value data (I 2 ) is selected. Then, these values are converted to obtain predicted value correction data, and optimum predicted value correction data is introduced as a correction value into the predicted value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal.

このように、開口率に応じて、予測式(式(1)および式(2))に導入する最適な予測値補正データを選択することにより、配線パターンの出来映え形状を高精度に予測することができる。   As described above, by selecting the optimum predicted value correction data to be introduced into the prediction formula (formula (1) and formula (2)) according to the aperture ratio, the work pattern shape of the wiring pattern can be predicted with high accuracy. Can do.

次に、モデル式演算処理部7において算出される配線溝の出来映え形状の予測結果について図11〜図16を用いて説明する。   Next, the prediction result of the finished shape of the wiring groove calculated in the model formula calculation processing unit 7 will be described with reference to FIGS.

配線溝の幅を予測する式(1)では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データ(f(temp,Vpp,C1)+(Δマスク寸法))に予測値補正データf(Ix)を加える。f(Ix)には、予測値補正データf(I)、f(I)、f(I)、f(I)のうちから、開口率から選択される最適な予測値補正データが導入される。同様に、配線溝の深さを予測する式(2)では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データ(g(Vpp,temp)に予測値補正データg(Ix)を加える。g(Ix)には、予測値補正データg(I)、g(I)、g(I)、g(I)のうちから、開口率から選択される最適な予測値補正データが導入される。 In the formula (1) for predicting the width of the wiring groove, the predicted value is corrected to predicted value data (f (temp, Vpp, C1) + (Δ mask size)) of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal. Add data f 2 (Ix). f 2 (Ix) is an optimum value selected from the aperture ratio among the predicted value correction data f 2 (I 1 ), f 2 (I 2 ), f 2 (I 3 ), and f 2 (I 4 ). Predictive value correction data is introduced. Similarly, in the formula (2) for predicting the depth of the wiring groove, the predicted value correction data g 2 (Ix) is used as the predicted value data (g (Vpp, temp)) of the work pattern shape obtained using only the monitoring signal. G 2 (Ix) includes predicted value correction data g 2 (I 1 ), g 2 (I 2 ), g 2 (I 3 ), and g 2 (I 4 ) from the aperture ratio. The optimum predicted value correction data to be selected is introduced.

例えば、開口率が5%のウエハを処理する場合は、発光データ演算処理部5で得られた予測値補正データf(I)、f(I)、f(I)、f(I)のうち、予測値補正データf(I)またはf(I)を加え、予測値補正データg(I)、g(I)、g(I)、g(I)のうち、予測値補正データg(I)またはg(I)を加える。 For example, when processing a wafer having an aperture ratio of 5%, predicted value correction data f 2 (I 1 ), f 2 (I 2 ), f 2 (I 3 ), Of f 2 (I 4 ), predicted value correction data f 2 (I 3 ) or f 2 (I 4 ) is added, and predicted value correction data g 2 (I 1 ), g 2 (I 2 ), g 2 ( I 3), of g 2 (I 4), added to the predicted value correction data g 2 (I 3) or g 2 (I 4).

また、開口率が55%のウエハを処理する場合は、発光データ演算処理部5で得られた予測値補正データf(I)、f(I)、f(I)、f(I)のうち、予測値補正データf(I)またはf(I)を加え、予測値補正データg(I)、g(I)、g(I)、g(I)のうち、予測値補正データg(I)またはg(I)を加える。 Further, when processing a wafer having an aperture ratio of 55%, predicted value correction data f 2 (I 1 ), f 2 (I 2 ), f 2 (I 3 ), obtained by the light emission data calculation processing unit 5, f 2 (I 4) of the predicted value correction data f 2 (I 1) or f 2 (I 2) was added, the predicted value correction data g 2 (I 1), g 2 (I 2), g 2 ( Predicted value correction data g 2 (I 1 ) or g 2 (I 2 ) is added out of I 3 ) and g 2 (I 4 ).

図11(a)は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図11(b)は、配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。また、図12(a)は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式(1)から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図12(b)は、配線溝の幅の式(1)から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。   FIG. 11A is a graph showing the state of fluctuation of the predicted value obtained from only the monitoring signal of the width of the wiring groove and the actual value of the width of the wiring groove as the number of processed wafers increases, and FIG. FIG. 10 is a graph showing a relationship between a predicted value obtained only from a wiring groove width monitoring signal and an actual measured value of the wiring groove width; FIG. 12A is a graph showing the variation of the predicted value obtained from the equation (1) of the wiring groove width and the actual value of the wiring groove width as the number of wafers processed increases. b) is a graph showing the relationship between the predicted value obtained from the wiring groove width formula (1) and the actual measured value of the wiring groove width;

図11および図12に示すように、モニタリング信号のみから求めた配線溝の幅の予測値よりも、予測値補正データを導入した式(1)から求めた配線溝の幅の予測値のほうが、予測精度が高いことが分かる。   As shown in FIG. 11 and FIG. 12, the predicted value of the width of the wiring groove obtained from the formula (1) in which the predicted value correction data is introduced is larger than the predicted value of the width of the wiring groove obtained from only the monitoring signal. It can be seen that the prediction accuracy is high.

図13(a)は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図13(b)は、配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。また、図14(a)は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式(2)から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図14(b)は、配線溝の深さの式(2)から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。   FIG. 13A is a graph showing the state of fluctuation of the predicted value obtained from only the monitoring signal of the wiring groove depth and the measured value of the wiring groove depth as the number of processed wafers increases, and FIG. ) Is a graph showing the relationship between the predicted value obtained only from the monitoring signal of the wiring groove depth and the measured value of the wiring groove depth. FIG. 14A is a graph showing how the predicted value obtained from the equation (2) of the wiring groove depth and the measured value of the wiring groove depth fluctuate as the number of wafers processed increases. FIG. 14B is a graph showing the relationship between the predicted value obtained from the equation (2) of the wiring groove depth and the measured value of the wiring groove depth.

図13および図14に示すように、モニタリング信号のみから求めた配線溝の深さの予測値よりも、予測値補正データを導入した式(2)から求めた配線溝の深さの予測値のほうが、予測精度が高いことが分かる。   As shown in FIG. 13 and FIG. 14, the predicted value of the wiring groove depth obtained from the formula (2) in which the predicted value correction data is introduced, rather than the predicted value of the wiring groove depth obtained from only the monitoring signal. It can be seen that the prediction accuracy is higher.

なお、本実施の形態では、統計解析に重回帰分析を用いているため、独立変数(説明変数)間に相関がある場合は、多重共線性の状態となり予測値が不安定となる。本実施の形態では、プラズマ発光データ同士に強い相関関係があるため、予測式(式(1)および式(2))に複数の予測値補正データを導入すると、予測値の精度が低下する。   In the present embodiment, since multiple regression analysis is used for statistical analysis, if there is a correlation between independent variables (explanatory variables), a multicollinearity state occurs and the predicted value becomes unstable. In the present embodiment, since plasma emission data has a strong correlation, when a plurality of prediction value correction data is introduced into the prediction equations (Equation (1) and Equation (2)), the accuracy of the prediction value decreases.

図15に、例えば2つの予測値補正データf(Ix,Iy)を導入した式(9)を用いて求めた配線溝の幅の予測値を示し、図16に、例えば2つの予測値補正データg(Ix,Iy)を導入した式(10)を用いて求めた配線溝の深さの予測値を示す。図15(a)は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式(9)から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図15(b)は、配線溝の幅の式(9)から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。また、図16(a)は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式(10)から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図16(b)は、配線溝の深さの式(10)から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。 FIG. 15 shows a predicted value of the width of the wiring trench obtained by using the formula (9) in which, for example, two predicted value correction data f 3 (Ix, Iy) are introduced, and FIG. 16 shows, for example, two predicted value corrections The predicted value of the depth of the wiring groove obtained by using equation (10) in which data g 3 (Ix, Iy) is introduced is shown. FIG. 15A is a graph showing the variation of the predicted value obtained from the equation (9) of the wiring groove width and the actual measurement value of the wiring groove width as the number of wafers processed increases, and FIG. These are graph figures which show the relationship between the predicted value calculated | required from Formula (9) of the width | variety of a wiring groove | channel, and the measured value of the width | variety of a wiring groove | channel. FIG. 16A is a graph showing how the predicted value obtained from the equation (10) of the wiring groove depth and the measured value of the wiring groove depth fluctuate as the number of wafers processed increases. FIG. 16B is a graph showing the relationship between the predicted value obtained from the wiring groove depth equation (10) and the actual measured value of the wiring groove depth.

配線溝の幅=f(temp, Vpp, C1)+(Δマスク寸法)+f(Ix, Iy) 式(9)
配線溝の深さ=g(Vpp, temp)+g(Ix, Iy) 式(10)
図15および図16に示すように、2つの予測値補正データを用いると、1つの予測値補正データを用いた場合(前述の図12および図14)よりも、配線溝の幅および深さの予測値の精度が低くなっている。従って、統計解析に重回帰分析を用いた予測式には、選択された1つの予測値補正データの使用が望ましい。
Wiring groove width = f (temp, Vpp, C1) + (Δ mask dimension) + f 2 (Ix, Iy) Equation (9)
Wiring groove depth = g (Vpp, temp) + g 2 (Ix, Iy) Equation (10)
As shown in FIGS. 15 and 16, when two pieces of predicted value correction data are used, the width and depth of the wiring trench are larger than when one piece of predicted value correction data is used (the above-described FIGS. 12 and 14). The accuracy of the predicted value is low. Therefore, it is desirable to use one selected predicted value correction data in a prediction formula using multiple regression analysis for statistical analysis.

このように、本実施の形態によれば、各反応生成物のプラズマ発光データから得られる各予測値補正データのなかから、開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、これをモニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えた予測式(式(1)および式(2))を用いることにより、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測よりも高精度な予測、例えばナノメートルスケールの精度の予測が可能となる。これにより、ウエハ処理後の検査頻度を削減できて、生産性の向上およびコストの低減を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, the optimum predicted value correction data corresponding to the aperture ratio is selected from the predicted value correction data obtained from the plasma emission data of each reaction product, and this is monitored. By using prediction formulas (Equation (1) and Equation (2)) in addition to the predicted value data of the finished shape of the wiring pattern obtained using only the signal, the finished shape of the wiring pattern obtained using only the monitoring signal It is possible to predict with higher accuracy than the prediction of, for example, nanometer-scale accuracy. Thereby, the inspection frequency after wafer processing can be reduced, and productivity can be improved and costs can be reduced.

次に、本実施の形態による半導体装置の製造方法について図17〜図27を用いて工程順に説明する。半導体装置には、電界効果トランジスタ、抵抗素子、容量素子等の種々の半導体素子が形成されるが、本実施の形態では、CMIS(Complementary Metal Insulator Oxide Semiconductor)デバイスを例示する。図17〜図20および図22〜図27は、半導体装置の要部断面図、図21は、エッチング工程の流れの一例を示す工程図である。また、以下の説明においては、電界効果トランジスタを代表するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をMISと略し、pチャネル型のMISFETをpMISと略し、nチャネル型のMISFETをnMISと略す。   Next, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. Various semiconductor elements such as a field effect transistor, a resistance element, and a capacitor element are formed in the semiconductor device. In this embodiment, a CMIS (Complementary Metal Insulator Oxide Semiconductor) device is exemplified. FIGS. 17 to 20 and FIGS. 22 to 27 are cross-sectional views of main parts of the semiconductor device, and FIG. 21 is a process diagram showing an example of the flow of the etching process. In the following description, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) representing a field effect transistor is abbreviated as MIS, a p-channel type MISFET is abbreviated as pMIS, and an n-channel type MISFET is abbreviated as nMIS.

まず、図17に示すように、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板(ウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板)21を用意する。次に、半導体基板21の主面の素子分離領域に絶縁膜からなる分離部22を形成する。続いて、nMISが形成される領域(nMIS形成領域)の半導体基板21にp型の導電性を示す不純物をイオン注入してp型ウェル23を形成し、同様に、pMISが形成される領域(pMIS形成領域)の半導体基板21にn型の導電性を示す不純物をイオン注入してn型ウェル24を形成する。   First, as shown in FIG. 17, for example, a semiconductor substrate (semiconductor plate having a substantially circular plane called a wafer) 21 made of single crystal silicon is prepared. Next, an isolation portion 22 made of an insulating film is formed in the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate 21. Subsequently, an impurity exhibiting p-type conductivity is ion-implanted into the semiconductor substrate 21 in a region where the nMIS is formed (nMIS formation region) to form a p-type well 23. Similarly, a region where the pMIS is formed ( An n-type well 24 is formed by ion-implanting an impurity having n-type conductivity into the semiconductor substrate 21 in the pMIS formation region.

次に、半導体基板21の主面(p型ウェル23およびn型ウェル24のそれぞれの表面)にゲート絶縁膜25を形成する。続いて、nMIS形成領域のゲート絶縁膜25上にnMISのゲート電極26nを形成し、同様に、pMIS形成領域のゲート絶縁膜25上にpMISのゲート電極26pを形成する。   Next, a gate insulating film 25 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 21 (the respective surfaces of the p-type well 23 and the n-type well 24). Subsequently, an nMIS gate electrode 26n is formed on the gate insulating film 25 in the nMIS formation region, and similarly, a pMIS gate electrode 26p is formed on the gate insulating film 25 in the pMIS formation region.

次に、nMISのゲート電極26nおよびpMISのゲート電極26pのそれぞれの側壁にサイドウォール27を形成する。続いて、nMISのゲート電極26nの両側のp型ウェル23にn型の導電性を示す不純物をイオン注入し、nMISのソース・ドレインとして機能するn型半導体領域28をゲート電極26nおよびサイドウォール27に対して自己整合的に形成する。同様に、pMISのゲート電極26pの両側のn型ウェル24にp型の導電性を示す不純物をイオン注入し、pMISのソース・ドレインとして機能するp型半導体領域29をゲート電極26pおよびサイドウォール27に対して自己整合的に形成する。   Next, sidewalls 27 are formed on the respective sidewalls of the nMIS gate electrode 26n and the pMIS gate electrode 26p. Subsequently, an impurity having n-type conductivity is ion-implanted into the p-type well 23 on both sides of the nMIS gate electrode 26n, and the n-type semiconductor region 28 functioning as the source / drain of the nMIS is formed in the gate electrode 26n and the sidewall 27. In a self-aligned manner. Similarly, an impurity exhibiting p-type conductivity is ion-implanted into the n-type well 24 on both sides of the gate electrode 26p of the pMIS, and the p-type semiconductor region 29 functioning as the source / drain of the pMIS is formed into the gate electrode 26p and the sidewall 27. In a self-aligned manner.

次に、図18に示すように、半導体基板21の主面上に絶縁膜30を形成した後、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより絶縁膜30を加工して接続孔31を形成する。この接続孔31はn型半導体領域28上またはp型半導体領域29上などの必要部分に形成する。続いて、接続孔31の内部に、例えばタングステン(W)膜を主導体とするプラグ32を形成する。   Next, as shown in FIG. 18, after forming the insulating film 30 on the main surface of the semiconductor substrate 21, the insulating film 30 is processed by dry etching using the resist pattern as a mask to form connection holes 31. The connection hole 31 is formed in a necessary portion such as on the n-type semiconductor region 28 or the p-type semiconductor region 29. Subsequently, a plug 32 having, for example, a tungsten (W) film as a main conductor is formed in the connection hole 31.

次に、半導体基板21の主面上にストッパ絶縁膜33および配線形成用の絶縁膜34を順次形成する。ストッパ絶縁膜33は絶縁膜34への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜34に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。ストッパ絶縁膜33は、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される窒化シリコン膜とし、絶縁膜34は、例えばプラズマCVD法により形成される酸化シリコン膜とすることができる。なお、ストッパ絶縁膜33と絶縁膜34には次に説明する第1層目の配線M1が形成される。   Next, a stopper insulating film 33 and a wiring forming insulating film 34 are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate 21. The stopper insulating film 33 is a film that serves as an etching stopper when a groove is formed in the insulating film 34, and a material having an etching selectivity with respect to the insulating film 34 is used. The stopper insulating film 33 can be a silicon nitride film formed by, for example, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), and the insulating film 34 can be a silicon oxide film formed by, for example, plasma CVD. The stopper insulating film 33 and the insulating film 34 are formed with a first layer wiring M1 described below.

次に、シングルダマシン法により第1層目の配線M1を形成する。   Next, the first layer wiring M1 is formed by a single damascene method.

まず、図19に示すように、絶縁膜34上にレジストパターンRPを形成する。ここで、所定の領域に形成されたレジストパターンRPにおいて、レジストパターン寸法を測定し、レジストパターン寸法とマスク寸法(設計寸法)との誤差(Δマスク寸法)を求める。   First, as shown in FIG. 19, a resist pattern RP is formed on the insulating film 34. Here, in the resist pattern RP formed in a predetermined region, the resist pattern dimension is measured, and an error (Δmask dimension) between the resist pattern dimension and the mask dimension (design dimension) is obtained.

次に、図20に示すように、レジストパターンRPをマスクとして、絶縁膜34およびストッパ絶縁膜33を順次ドライエッチングして、ストッパ絶縁膜33および絶縁膜34の所定の領域に凹形状の配線溝35を形成する。   Next, as shown in FIG. 20, the insulating film 34 and the stopper insulating film 33 are sequentially dry-etched using the resist pattern RP as a mask to form concave wiring grooves in predetermined regions of the stopper insulating film 33 and the insulating film 34. 35 is formed.

ここで、図21に示すように、エッチング処理時にリアルタイムで、モニタリング信号およびプラズマ発光データを求める。さらに、各反応生成物のプラズマ発光強度から求まるそれぞれの予測値補正データを求め、これらのなかかから、開口率に応じた最適な予測値補正データを求める。配線溝35の出来映え形状を予測する式(1)に、モニタリング信号から得られた予測値データ(f(temp,Vpp,C1))と、マスク寸法との誤差(Δマスク寸法)と、最適な予測値補正データ(f(Ix))とを入力することにより、配線溝35の幅の予測値をリアルタイムで得ることができる。同様に、配線溝35の出来映え形状を予測する式(2)に、モニタリング信号から得られた予測値データ(g(Vpp,temp))と、最適な予測値補正データ(g(Ix))とを入力することにより、配線溝35の深さの予測値をリアルタイムで得ることができる。 Here, as shown in FIG. 21, the monitoring signal and the plasma emission data are obtained in real time during the etching process. Further, respective predicted value correction data obtained from the plasma emission intensity of each reaction product is obtained, and optimum predicted value correction data corresponding to the aperture ratio is obtained from these. In formula (1) for predicting the finished shape of the wiring groove 35, an error (Δ mask dimension) between the predicted value data (f (temp, Vpp, C1)) obtained from the monitoring signal and the mask dimension is optimal. By inputting the predicted value correction data (f 2 (Ix)), the predicted value of the width of the wiring trench 35 can be obtained in real time. Similarly, the predicted value data (g (Vpp, temp)) obtained from the monitoring signal and the optimal predicted value correction data (g 2 (Ix)) are expressed in Equation (2) for predicting the finished shape of the wiring groove 35. Can be obtained in real time.

得られた配線溝35の幅の予測値と深さの予測値とはドライエッチング装置にフィードバック(FB)されて、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハのストッパ絶縁膜33および絶縁膜34はエッチングされる。配線溝35の幅の予測値と深さの予測値が規格値よりもずれている場合は、エッチング処理条件を調整することにより、早期に配線溝35の幅および深さを規格値に戻すことができるので、配線溝35の加工不良の増加を抑えることができる。   The obtained predicted value of the width and depth of the wiring trench 35 are fed back (FB) to the dry etching apparatus, and the set value of the etching process is corrected in real time, while the stopper insulating film 33 of each wafer and The insulating film 34 is etched. When the predicted value of the width of the wiring groove 35 and the predicted value of the depth are deviated from the standard value, the width and depth of the wiring groove 35 can be quickly returned to the standard value by adjusting the etching process conditions. Therefore, an increase in processing defects of the wiring groove 35 can be suppressed.

次に、図22に示すように、レジスタパターンRPを除去する。ここで、前述の図21に示したように、配線溝35の幅および深さの仕上がり寸法を測定してもよい。   Next, as shown in FIG. 22, the register pattern RP is removed. Here, as shown in FIG. 21 described above, the finished dimensions of the width and depth of the wiring groove 35 may be measured.

次に、図23に示すように、半導体基板21の主面上にバリアメタル膜36を形成する。バリアメタル膜36は、例えば窒化チタン(TiN)膜、タンタル(Ta)膜、または窒化タンタル(TaN)膜等である。続いて、CVD法またはスパッタリング法によりバリアメタル膜36上にCuのシード層(図示は省略)を形成し、さらに電解めっき法を用いてシード層上にCuめっき膜37を形成する。Cuめっき膜37により配線溝35の内部を埋め込む。   Next, as shown in FIG. 23, a barrier metal film 36 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 21. The barrier metal film 36 is, for example, a titanium nitride (TiN) film, a tantalum (Ta) film, or a tantalum nitride (TaN) film. Subsequently, a Cu seed layer (not shown) is formed on the barrier metal film 36 by CVD or sputtering, and a Cu plating film 37 is further formed on the seed layer by electrolytic plating. The inside of the wiring groove 35 is buried with the Cu plating film 37.

次に、図24に示すように、配線溝35の内部以外の領域のCuめっき膜37、シード層、およびバリアメタル膜36をCMP法により除去して、Cu膜を主導体とする第1層目の配線M1を形成する。なお、本実施の形態では、第1層目の配線M1を構成する主導体であるCu膜を電解めっき法により形成したが、CVD法、スパッタリング法、またはスパッタリフロー法などにより形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 24, the Cu plating film 37, the seed layer, and the barrier metal film 36 in a region other than the inside of the wiring groove 35 are removed by a CMP method, and the first layer having the Cu film as a main conductor is removed. An eye wiring M1 is formed. In this embodiment, the Cu film, which is the main conductor constituting the first-layer wiring M1, is formed by the electrolytic plating method, but may be formed by the CVD method, the sputtering method, the sputter reflow method, or the like. .

次に、デュアルダマシン法により第2層目の配線を形成する。   Next, a second layer wiring is formed by a dual damascene method.

まず、図25に示すように、半導体基板21の主面上にキャップ絶縁膜38、層間絶縁膜39、および配線形成用のストッパ絶縁膜40を順次形成する。キャップ絶縁膜38および層間絶縁膜39には、後に説明するように接続孔が形成される。キャップ絶縁膜38は、層間絶縁膜39に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、例えばプラズマCVD法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。さらにキャップ絶縁膜38は第1層目の配線M1を構成するCuの拡散を防止する保護膜としての機能を有している。層間絶縁膜39は、例えばプラズマCVD法により形成されるTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜とすることができる。ストッパ絶縁膜40は、層間絶縁膜39および後にストッパ絶縁膜40の上層に堆積される配線形成用の絶縁膜に対してエッチング選択比を有する絶縁材料で構成され、例えばプラズマCVD法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。   First, as shown in FIG. 25, a cap insulating film 38, an interlayer insulating film 39, and a stopper insulating film 40 for wiring formation are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate 21. A connection hole is formed in the cap insulating film 38 and the interlayer insulating film 39 as described later. The cap insulating film 38 is made of a material having an etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 39, and can be a silicon nitride film formed by, for example, a plasma CVD method. Further, the cap insulating film 38 has a function as a protective film for preventing diffusion of Cu constituting the first layer wiring M1. The interlayer insulating film 39 can be a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film formed by, for example, a plasma CVD method. The stopper insulating film 40 is made of an insulating material having an etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 39 and a wiring forming insulating film deposited on the stopper insulating film 40 later, and is formed by, for example, a plasma CVD method. A silicon nitride film can be formed.

次に、孔形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングによりストッパ絶縁膜40を加工する。ここで、前述した配線溝35を形成する際のドライエッチング工程と同様に、パターンの出来映え形状の予測値を求め、これをドライエッチング装置へフィードバックして、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハのストッパ絶縁膜40を加工する。   Next, the stopper insulating film 40 is processed by dry etching using a resist pattern for hole formation as a mask. Here, similarly to the dry etching process when forming the wiring trench 35 described above, a predicted value of the pattern finished shape is obtained and fed back to the dry etching apparatus to correct the set value of the etching process in real time. However, the stopper insulating film 40 of each wafer is processed.

続いて、ストッパ絶縁膜40上に配線形成用の絶縁膜41を形成する。絶縁膜41は、例えばTEOS膜とすることができる。   Subsequently, an insulating film 41 for wiring formation is formed on the stopper insulating film 40. The insulating film 41 can be a TEOS film, for example.

次に、配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより絶縁膜41を加工する。この際、ストッパ絶縁膜40がエッチングストッパとして機能する。ここで、前述した配線溝35を形成する際のドライエッチング工程と同様に、パターンの出来映え形状の予測値を求め、これをドライエッチング装置へフィードバックして、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハの絶縁膜41を加工する。   Next, the insulating film 41 is processed by dry etching using a resist pattern for wiring trench formation as a mask. At this time, the stopper insulating film 40 functions as an etching stopper. Here, similarly to the dry etching process when forming the wiring trench 35 described above, a predicted value of the pattern finished shape is obtained and fed back to the dry etching apparatus to correct the set value of the etching process in real time. However, the insulating film 41 of each wafer is processed.

続いて、ストッパ絶縁膜40および配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより層間絶縁膜39を加工する。この際、キャップ絶縁膜38がエッチングストッパとして機能する。続いて、露出したキャップ絶縁膜38をドライエッチングにより除去することにより、キャップ絶縁膜38および層間絶縁膜39に接続孔42が形成され、ストッパ絶縁膜40および絶縁膜41に配線溝43が形成される。   Subsequently, the interlayer insulating film 39 is processed by dry etching using the stopper insulating film 40 and the wiring groove forming resist pattern as a mask. At this time, the cap insulating film 38 functions as an etching stopper. Subsequently, by removing the exposed cap insulating film 38 by dry etching, a connection hole 42 is formed in the cap insulating film 38 and the interlayer insulating film 39, and a wiring groove 43 is formed in the stopper insulating film 40 and the insulating film 41. The

次に、図26に示すように、接続孔42および配線溝43の内部に第2層目の配線M2を形成する。第2層目の配線M2は、バリアメタル層および主導体であるCu膜からなり、この配線M2と下層配線である第1層目の配線M1とを接続する接続部材は第2層目の配線M2と一体に形成される。まず、接続孔42および配線溝43の内部を含む半導体基板21の主面上にバリアメタル膜を形成する。バリアメタル膜は、例えば窒化チタン(TiN)膜、タンタル(Ta)膜または窒化タンタル(TaN)膜等である。続いて、CVD法またはスパッタリング法によりバリアメタル膜上にCuのシード層を形成し、さらに電解めっき法を用いてシード層上にCuめっき膜を形成する。Cuめっき膜により接続孔42および配線溝43の内部を埋め込む。続いて、接続孔42および配線溝43以外の領域のCuめっき膜、シード層、およびバリアメタル膜をCMP法により除去して、第2層目の配線M2を形成する。   Next, as shown in FIG. 26, the second-layer wiring M <b> 2 is formed inside the connection hole 42 and the wiring groove 43. The second layer wiring M2 is made of a barrier metal layer and a Cu film as a main conductor, and a connecting member for connecting the wiring M2 and the first layer wiring M1 as a lower layer wiring is a second layer wiring. It is formed integrally with M2. First, a barrier metal film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 21 including the insides of the connection holes 42 and the wiring grooves 43. The barrier metal film is, for example, a titanium nitride (TiN) film, a tantalum (Ta) film, or a tantalum nitride (TaN) film. Subsequently, a Cu seed layer is formed on the barrier metal film by a CVD method or a sputtering method, and a Cu plating film is further formed on the seed layer by an electrolytic plating method. The inside of the connection hole 42 and the wiring groove 43 is embedded with a Cu plating film. Subsequently, the Cu plating film, the seed layer, and the barrier metal film in regions other than the connection hole 42 and the wiring groove 43 are removed by CMP to form a second-layer wiring M2.

その後、図27に示すように、例えば前述した第2層目の配線M2と同様な方法によりさらに上層の配線を形成する。図27では、第3層目〜第6層目の配線M3、M4、M5、およびM6を形成した半導体装置を例示している。   Thereafter, as shown in FIG. 27, for example, an upper layer wiring is formed by the same method as the above-described second layer wiring M2. FIG. 27 illustrates a semiconductor device in which wirings M3, M4, M5, and M6 of the third to sixth layers are formed.

本実施の形態による半導体装置では、第1層目の配線M1から第4層目の配線M4には、例えば最小線幅が70nm以下の相対的に細いCu配線を採用し、第5層目の配線M5および第6層目の配線M6には、例えば最小線幅が100nm以上の相対的に太いCu配線を採用する。また、配線溝が形成される絶縁膜の厚さ、開口率、およびパターン密度等も各配線層によって異なる。しかし、各配線層の配線溝パターンに対してそれぞれ予測値補正データを加えた予測式を立てることができるので、各配線層の配線溝パターンの出来映え形状の予測値を精度よく求めることができる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, for example, a relatively thin Cu wiring having a minimum line width of 70 nm or less is adopted as the first-layer wiring M1 to the fourth-layer wiring M4. For the wiring M5 and the sixth-layer wiring M6, for example, a relatively thick Cu wiring having a minimum line width of 100 nm or more is employed. In addition, the thickness, aperture ratio, pattern density, and the like of the insulating film in which the wiring trench is formed vary depending on each wiring layer. However, since a prediction formula in which predicted value correction data is added to the wiring groove pattern of each wiring layer can be established, the predicted value of the finished shape of the wiring groove pattern of each wiring layer can be obtained with high accuracy.

次に、第6層目の配線M6上に窒化シリコン膜44を形成し、窒化シリコン膜44上に酸化シリコン膜45を形成する。これら窒化シリコン膜44および酸化シリコン膜45は、外部からの水分や不純物の侵入防止およびα線の透過の抑制を行うパッシベーション膜として機能する。   Next, a silicon nitride film 44 is formed on the sixth-layer wiring M 6, and a silicon oxide film 45 is formed on the silicon nitride film 44. The silicon nitride film 44 and the silicon oxide film 45 function as a passivation film that prevents moisture and impurities from entering from the outside and suppresses the transmission of α rays.

次に、レジストパターンをマスクとしたエッチングにより窒化シリコン膜44および酸化シリコン膜45を加工して、第6層目の配線M6の一部(ボンディングパッド部)を露出させる。続いて、露出した第6層目の配線M6上に金(Au)膜およびニッケル(Ni)膜等の積層膜からなるバンプ下地電極46を形成し、バンプ下地電極46上に金(Au)または半田等からなるバンプ電極47を形成することにより、本実施の形態である半導体装置が略完成する。なお、このバンプ電極47は外部接続用電極となる。この後、ウエハから半導体チップに個々に切り分けられ、パッケージ基板等に実装されるが、それらの説明は省略する。   Next, the silicon nitride film 44 and the silicon oxide film 45 are processed by etching using the resist pattern as a mask to expose a part of the sixth-layer wiring M6 (bonding pad portion). Subsequently, a bump base electrode 46 made of a laminated film such as a gold (Au) film and a nickel (Ni) film is formed on the exposed sixth layer wiring M6, and gold (Au) or gold is formed on the bump base electrode 46. By forming the bump electrode 47 made of solder or the like, the semiconductor device according to the present embodiment is almost completed. The bump electrode 47 serves as an external connection electrode. Thereafter, the wafer is cut into individual semiconductor chips and mounted on a package substrate or the like, but the description thereof is omitted.

以上、本発明者によってなされた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ことはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば前述した実施の形態では、本発明をSiO膜のエッチングプロセスへ適用した場合について説明したが、被エッチング膜はこれに限定されるものではない。例えばSi膜またはAl膜へも適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the etching process of the SiO 2 film has been described, but the film to be etched is not limited to this. For example, it can be applied to a Si film or an Al film.

Si膜の場合は、式(11)の反応によりSi膜のエッチングが進む。   In the case of the Si film, the etching of the Si film proceeds by the reaction of the formula (11).

Si+Cl→SiCl 式(11)
従って、エッチングにより反応生成物として、例えばSiClが生成されるので、SiClのプラズマ発光データと開口率データとを用いて、予測値補正データを得ることができる。これにより、ウエハ処理後のパターン形状を高精度に予測することができる。
Si + Cl → SiCl Formula (11)
Accordingly, for example, SiCl is generated as a reaction product by etching, and therefore, predicted value correction data can be obtained using the plasma light emission data and the aperture ratio data of SiCl. Thereby, the pattern shape after wafer processing can be predicted with high accuracy.

また、Al膜の場合は、式(12)の反応によりAl膜のエッチングが進む。   In the case of an Al film, the etching of the Al film proceeds by the reaction of the formula (12).

Al+Cl→AlCl 式(12)
従って、エッチングにより反応生成物として、例えばAlClが生成されるので、AlClのプラズマ発光データと開口率データとを用いて、予測値補正データを得ることができる。これにより、ウエハ処理後のパターン形状を高精度に予測することができる。
Al + Cl → AlCl Formula (12)
Therefore, for example, AlCl is generated as a reaction product by etching, so that predicted value correction data can be obtained by using plasma emission data and aperture ratio data of AlCl. Thereby, the pattern shape after wafer processing can be predicted with high accuracy.

本発明は、半導体装置を製造するためのドライエッチング装置を用いたエッチングプロセスに適用することができる。   The present invention can be applied to an etching process using a dry etching apparatus for manufacturing a semiconductor device.

1 ドライエッチング装置
2 モニタリング信号記憶部
3 発光強度検出部
4 統計処理部
5 発光データ演算処理部
6 開口率データ演算処理部
7 モデル式演算処理部
8 チャンバ
9 下部電極
10 上部電極
11 ウエハ
12 プラズマ
13 SiO
14 レジストパターン
15 開口部
21 半導体基板
22 分離部
23 p型ウェル
24 n型ウェル
25 ゲート絶縁膜
26n,26p ゲート電極
27 サイドウォール
28 n型半導体領域
29 p型半導体領域
30 絶縁膜
31 接続孔
32 プラグ
33 ストッパ絶縁膜
34 絶縁膜
35 配線溝
36 バリアメタル膜
37 銅(Cu)めっき膜
38 キャップ絶縁膜
39 層間絶縁膜
40 ストッパ絶縁膜
41 絶縁膜
42 接続孔
43 配線溝
44 窒化シリコン膜
45 酸化シリコン膜
46 バンプ下地電極
47 バンプ電極
M1〜M6 配線
RP レジストパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dry etching apparatus 2 Monitoring signal memory | storage part 3 Light emission intensity detection part 4 Statistical processing part 5 Light emission data arithmetic processing part 6 Aperture ratio data arithmetic processing part 7 Model type arithmetic processing part 8 Chamber 9 Lower electrode 10 Upper electrode 11 Wafer 12 Plasma 13 SiO 2 film 14 Resist pattern 15 Opening 21 Semiconductor substrate 22 Separating part 23 P-type well 24 N-type well 25 Gate insulating film 26n, 26p Gate electrode 27 Side wall 28 N-type semiconductor region 29 P-type semiconductor region 30 Insulating film 31 Connection Hole 32 Plug 33 Stopper insulating film 34 Insulating film 35 Wiring groove 36 Barrier metal film 37 Copper (Cu) plating film 38 Cap insulating film 39 Interlayer insulating film 40 Stopper insulating film 41 Insulating film 42 Connection hole 43 Wiring groove 44 Silicon nitride film 45 Silicon oxide film 46 Bump foundation electrode 47 Bump electricity Pole M1-M6 Wiring RP Resist pattern

Claims (6)

以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法:
(a)基板の主面上に被エッチング膜を形成する工程;
(b)前記被エッチング膜上にレジストパターンを形成する工程;
(c)ドライエッチング装置において、前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を加工し、前記被エッチング膜からなるパターンを形成する工程、
ここで、前記(c)工程では、
モニタリング信号から得られる予測値データと、各反応生成物のプラズマ発光強度から得られるそれぞれの予測値補正データのなかから、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データとを含む予測式により、前記パターンの出来映え形状を予測し、エッチングプロセスの設定値をリアルタイムに補正する。
A method for manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) forming an etching target film on the main surface of the substrate;
(B) forming a resist pattern on the film to be etched;
(C) In a dry etching apparatus, a step of processing the etching target film using the resist pattern as a mask to form a pattern made of the etching target film;
Here, in the step (c),
Prediction formula including predicted value data obtained from the monitoring signal and optimum predicted value correction data selected according to the aperture ratio from the respective predicted value correction data obtained from the plasma emission intensity of each reaction product Thus, the finished shape of the pattern is predicted, and the set value of the etching process is corrected in real time.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記開口率が相対的に小さい場合は、前記最適な予測値補正データに、エッチングガス種の反応生成物のプラズマ発光強度から得られる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein when the aperture ratio is relatively small, the predicted value correction obtained from the plasma emission intensity of the reaction product of the etching gas species is used as the optimal predicted value correction data. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by using data. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記開口率が相対的に大きい場合は、前記最適な予測値補正データに、前記被エッチング膜の反応生成物のプラズマ発光強度から得られる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein when the aperture ratio is relatively large, the optimum predicted value correction data includes the predicted value obtained from the plasma emission intensity of the reaction product of the film to be etched. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein correction data is used. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記最適な予測値補正データは、以下の工程を含む処理により求めることを特徴とする半導体装置の製造方法:
(c1)所定の発光波長の範囲におけるプラズマの発光強度データをモニタリングする工程;
(c2)前記プラズマの発光強度データから、前記各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ求める工程;
(c3)前記各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値データを求める工程;
(c4)前記平均値データを規格化する工程;
(c5)規格化した前記平均値データを、前記予測値補正データに変換する工程;
(c6)前記予測値補正データのなかから前記開口率に応じて前記最適な予測値補正データを選択する工程。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the optimum predicted value correction data is obtained by a process including the following steps:
(C1) monitoring plasma emission intensity data in a predetermined emission wavelength range;
(C2) obtaining plasma emission intensity of each reaction product from the emission intensity data of the plasma;
(C3) a step of obtaining average value data of plasma emission intensity of each reaction product;
(C4) normalizing the average value data;
(C5) converting the normalized average value data into the predicted value correction data;
(C6) A step of selecting the optimum predicted value correction data according to the aperture ratio from the predicted value correction data.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記予測式には、前記レジストパターンの寸法と、前記(b)工程で前記レジストパターンを形成する際に用いられるマスクの寸法との誤差を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the prediction formula includes an error between a dimension of the resist pattern and a dimension of a mask used when forming the resist pattern in the step (b). A method of manufacturing a semiconductor device. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記被エッチング膜がSiO膜の場合は、CO、SiF、CF、およびCNのプラズマ発光強度を求め、
前記開口率が相対的に小さい場合は、前記最適な予測値補正データに、CFまたはCNのプラズマ発光強度から求まる前記予測値補正データを用い、
前記開口率が相対的に大きい場合は、前記最適な予測値補正データに、COまたはSiFのプラズマ発光強度から求まる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein when the film to be etched is a SiO 2 film, the plasma emission intensity of CO, SiF, CF, and CN is obtained,
When the aperture ratio is relatively small, the predicted value correction data obtained from the plasma emission intensity of CF or CN is used as the optimal predicted value correction data,
When the aperture ratio is relatively large, the predicted value correction data obtained from the plasma emission intensity of CO or SiF is used as the optimum predicted value correction data.
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