JP2014022621A - 分析方法、分析装置、及びエッチング処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマでウェハを加工するエッチング装置に関わり、プラズマの発光データを構成する多数の波長の中から、エッチング処理のモニタ・監視・制御に用いる波長を特定する。
【解決手段】分析装置は、半導体ウェハをエッチング処理中のチャンバ内の発光を計測するステップと、計測した前記チャンバ内の発光の発光強度が時間によって変化する時系列変化を波長ごとに求めるステップと、予め特定された物質が発光する波長に対応する前記時系列変化を比較するステップと、比較した結果を用いて前記チャンバ内の発光に起因する物質が発光する特定の波長であることを特定するステップによって、ＯＥＳデータの複数の波長のうち、チャンバ内で発光する複数の波長からプラズマに含まれる物質の発光を示す波長を特定することができる
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体のウェハをプラズマを用いて加工するエッチング装置において、プラズマエッチング処理（以下、エッチング処理と呼ぶ）の間に計測される発光データの中から、エッチング処理結果に影響する波長を選定する方法に関する。

ウェハ上に形成される半導体装置などの微細形状を得るために、プラズマを利用して物質を電離し、その物質の作用（ウェハ表面における反応）によりウェハ上の物質を取り去るエッチング処理が行われる。電離する物質は様々であり、ウェハ上の物質も製品機能に応じて多種多様である。

さらに、ウェハ上に形状を形成するために、有機系物質のレジストを塗布してホトリソグラフィーにより形状を形成してからエッチング処理を行う。また、所定の形状を得るために反応の速さを調節するための物質も導入される。エッチング処理を行っているチャンバ容器内では多種多様な物質が反応しあっている。

プラズマによる電離現象は発光現象を伴うため、プラズマを利用して処理を行うエッチング装置には、分光器（ＯＥＳ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を搭載し、プラズマの発生状態をモニタできるようにしている。

分光器にて計測されたデータを以下では、ＯＥＳデータと呼ぶ。

ＯＥＳデータは、波長と時間の２次元の要素を持ち、各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値を有している。

ＯＥＳデータはエッチング処理の状態に応じて発光強度の値が変化するため、ＯＥＳデータを用いたエッチング処理の制御が行われている。
制御の例としては、ＯＥＳデータのうち特定波長の値が閾値を超えた場合にエッチング処理を終了させる、または、投入するガスの量を減少させる、といったものが挙げられる。

ＯＥＳデータから制御に利用する波長を特定する方法として、特許文献１に記載する方法が知られている。

特許文献１（特開平９−３０６８９４号公報）には、プラズマ装置を用いて行なわれるプラズマ処理に伴なって生じる発光を分析し特定の波長における発光強度の継時的な変化に基づいてプラズマ処理の実行に先立って予め終点の検出に最適な波長を自動的に設定するものである。具体的には、強度差検出回路によって検出された差分が最大値を有する波長を最適波長に決定することが示されている。

特開平９−３０６８９４号公報

近年、エッチング処理対象である半導体ウェハのパターンの微細化が進み、エッチング処理には高い精度が要求されている。

プラズマに含まれている物質の状態は、エッチング処理の結果と強く関係している。そこで、エッチング処理を高精度で行うためには、エッチング処理中のチャンバ内のプラズマの発光を観察し、観察した発光状態からプラズマに含まれている物質の発光を示す波長を特定することが重要である。プラズマに含まれる物質の発する光の情報(発光強度の値や変化量)を用いて、エッチング状態をモニタリングし、処理を監視・制御することで、エッチング処理の精度を向上させることができる。
エッチング処理のうちエッチングを終了させるタイミングである終点を検出する方法として特許文献１の方法がある。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、特定の２つの時点における発光強度を評価して波長を選択しているため、その２つの時点以外の時点（例えばエッチング処理の中間時点）における発光強度をエッチング処理の制御に使う場合には、有効な波長を選択できないという問題があった。
また、選択した波長における発光強度がプラズマ中に含まれる物質に起因するものであるか否かを判断することが困難であるという問題があった。

そこで本発明は、エッチング中の発光を観察したＯＥＳデータから、プラズマに含まれる物質の発光を示す波長を特定し、エッチング処理のモニタ・監視・制御を行うＯＥＳデータの分析方法、分析プログラム、分析装置及び分析システムを提供することが目的である。

上記目的を達成するため、本発明の代表的な形態は、ＯＥＳデータに対して演算を行う分析部を備えるエッチング装置などであって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

本発明は、半導体ウェハをエッチング処理中のチャンバ内の発光を計測するステップと、計測した前記チャンバ内の発光の発光強度が時間によって変化する時系列変化を波長ごとに求めるステップと、予め特定された物質が発光する波長に対応する前記時系列変化を比較するステップと、比較した結果を用いて前記チャンバ内のプラズマに含まれる物質の発光を示す波長であることを特定するステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ＯＥＳデータの複数の波長から、チャンバ内のプラズマに含まれる物質の発する光を示す波長を特定することができる。

本発明の一実施の形態に係るエッチング装置の構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係るエッチング部の構成を示す構成図である。 ＯＥＳデータの例を説明する図である。 特定の波長におけるＯＥＳデータの時系列変化の例を説明する図である。 物質波長対応表のテーブル例を示す図である。 ＯＥＳデータのテーブル例を示す図である。 同一物質間相関情報のテーブル例を示す図である。 周辺波長間相関情報のテーブル例を示す図である。 閾値情報のテーブル例を示す図である。 推奨波長情報のテーブル例を示す図である。 発光強度平均情報のテーブル例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る分析装置の処理フローを示す図である。 波長間の時系列変化に相関のある場合の例を示す図である。 波長間の時系列変化に相関のない場合の例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る表示画面を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る表示画面を示す図である。

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

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

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

分析部２０は、収集したＯＥＳデータを演算処理する演算部２１と、ＯＥＳデータと各物質の発する光の波長を示すデータと演算処理の結果とを記憶する記憶部２２と、ＩＦ部２１０とを備え、演算部２１はＯＥＳデータより複数の発光強度の時系列データを取得して、取得した時系列データ間の相関係数などの類似度を計算し、類似度の大きさからエッチング処理のモニタ・監視・制御に利用すべき波長を特定する処理を行う処理を行う。演算部２１の行う演算処理の詳細を図１３にて説明する。

入力部３０は、ユーザ操作による情報入力を受け付ける例えばマウスやキーボード等である。出力部３１は、ユーザに対して情報を出力するディスプレイやプリンタ等である。通信ＩＦ部３２は、バス３３や外部ネットワーク等を介して他の装置やシステム（既存の生産管理システム等とも接続可能である）と接続し情報送受信を行うためのインタフェースである。バス３３は、各部（１０，２０，３０，３１，３２）を連結する。各部のＩＦ部（１４，２９等）は、バス３３を介して情報送受信を行うためのインタフェースである。なお、分析部２０が、エッチング装置１の外部に分析装置として接続される形態としても良い。

[エッチング部]
エッチング部１０はプラズマ加工部１１と分光器（ＯＥＳ）１２と制御部１３とＩＦ部１４とを備え、プラズマ加工部１１は、チャンバ１１１と電極１１２ａ及び１１２ｂと窓１１５とガス供給器１１７とを備えている。制御部１３からの指示によってプラズマ加工部１１は、ウェハ１１４をチャンバ１１１の内部に格納し、ガス供給器１１７からエッチングガスを供給し、電極１１２ａ及び１１２ｂを用いて電圧をかけることによってプラズマ化したガス１１３をウェハ１１４に衝突させることでウェハ１１４を加工する。ガス１１３は、ガス供給器１１７から供給されたエッチングガスに含まれる物質やウェハ１１４から加工の過程で発生した物質を含んでおり、ガスに含まれている物質に応じた波長の光１１６を発生させる。発生した光は窓１１５を通して分光器（ＯＥＳ）１２にて計測される。

[ＯＥＳデータ]
図３に分光器（ＯＥＳ）１２にて計測されたＯＥＳデータの例を示す。ＯＥＳデータは、波長と時間の２次元の要素を持ち、各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値を表している。図４は特定の波長における発光強度の時系列変化を示す。図４に示すように、発光強度の値は時間によって変化する。この時系列変化の軌跡は、波長によって異なる。

[分析部]
図１に示すように、分析部２０は、演算部２１と記憶部２２とＩＦ部２１０を備え、記憶部２２は、物質波長対応表記憶領域２３と、ＯＥＳデータ記憶領域２４と、同一物質間相関情報記憶領域２５と、周辺波長間相関情報記憶領域２６と、閾値情報記憶領域２７と、推奨波長情報記憶領域２８と、を備えている。

物質波長対応表記憶領域２３には、ガス１１３に含まれる可能性のある物質について、その物質の発する光１１６の波長を特定する情報が格納される。前記物質は、単一元素または複数元素の結合したものであり、各物質の発する光の波長は事前に計測され特定されたものである。なお、ここに記された物質が常にガス１１３に含まれるわけではない。また、各物質の発する光の波長は、エッチング装置１の条件が異なっても同一物質であれば同一である。

図５は、物質波長対応表記憶領域２３の１実施形態である物質波長対応表テーブル２３ａを示す。本テーブルは、物質欄２３ｂ、波長欄２３ｃ、等の各フィールドを有する。

物質欄２３ｂには、ガス１１３に含まれる可能性のある物質を特定する情報が格納される。

波長欄２３ｃには、物質欄２３ｂにて特定された物質の発する光の波長を特定する情報が格納される。波長欄２３ｃにて特定される波長は、１つまたは複数の物質に対応付けられる。

なお、ＯＥＳデータのうち、波長欄２３ｃに格納された波長における発光強度の値は、物質欄２３ｂに対応付けられた（同一行に格納された）物質の発光によって決定されるとは限らない。そのため、波長欄２３ｃに格納された波長のうち、物質欄２３ｂに対応付けられた物質の発光によって発光強度の値が決定されるものを特定することが、プラズマ加工部１１のモニタ・監視・制御をする上では必要となる。

ＯＥＳデータ記憶領域２４には、分光器（ＯＥＳ）１２にて計測されたＯＥＳデータを特定する情報が格納される。

図６は、ＯＥＳデータ記憶領域２４の１実施形態であるＯＥＳデータテーブル２４ａを示す。本テーブルは、波長欄２４ｂ、時間欄２４ｃ、発光強度欄２４ｄ、等の各フィールドを有する。

波長欄２４ｂには、計測されたＯＥＳデータの波長を特定する情報が格納される。波長欄２４ｂには、前述の物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃに格納された値と同一の値が格納された列が存在する。

時間欄２４ｃには、計測されたＯＥＳデータの時間を特定する情報が格納される。

発光強度欄２４ｄには、波長欄２４ｂにて特定された波長及び時間欄２４ｃにて特定された時間における、ＯＥＳデータの発光強度を特定する情報が格納される。

同一物質間相関情報記憶領域２５には、ＯＥＳデータ記憶領域２４に記憶されたＯＥＳデータのうち物質波長対応表記憶領域２３に記憶された波長に該当するものについて、発光強度の時系列データの類似度である相関係数を計算した結果が格納される。

図７は、同一物質間相関情報記憶領域２５の１実施形態である同一物質間相関情報テーブル２５ａを示す。本テーブルは、物質欄２５ｂ、波長欄（列方向）２５ｃ、波長欄（行方向）２５ｄ、発光強度相関１欄２５ｅ、等の各フィールドを有する。

物質欄２５ｂは、波長欄（列方向）２５ｃ及び波長欄（行方向）２５ｄに格納される値によって特定される波長の光を発する物質の名称が格納される。

波長欄（列方向）２５ｃは、物質欄２５ｂに格納される値によって特定される物質が、物質波長対応表テーブル２３ａにて対応付けられている波長を特定する情報が格納される。

波長欄（行方向）２５ｄは、波長欄（列方向）２５ｃと同様に、物質欄２５ｂに格納される値によって特定される物質が、物質波長対応表テーブル２３ａにて対応付けられている波長を特定する情報が格納される。

発光強度相関１欄２５ｅは、波長欄（列方向）２５ｃに格納される値にて特定される波長における発光強度の時系列変化と、波長欄（行方向）２５ｄに格納される値にて特定される波長における発光強度の時系列変化との、類似度である相関係数を特定する情報が格納される。なお、前述の発光強度の時系列変化は、ＯＥＳデータテーブル２４ａにて特定される値である。

周辺波長間相関情報記憶領域２６には、ＯＥＳデータ記憶領域２４に記憶されたＯＥＳデータのうち物質波長対応表記憶領域２３に記憶された波長に該当するものについて、発光強度の時系列データの類似度である相関係数を計算した結果が格納される。

図８は、周辺波長間相関情報記憶領域２６の１実施形態である周辺波長間相関情報テーブル２６ａを示す。本テーブルは、物質欄２６ａ、波長欄２６ｃ、周辺波長欄２６ｄ、発光強度相関２欄２６ｅ、等の各フィールドを有する。

物質欄２６ｂは、物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂに格納される値に対応する物質名が格納される。

波長欄２６ｃは、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃに格納される値に対応する波長の値が格納される。

周辺波長欄２６ｄは、波長欄２６ｃに格納される値にて特定される波長を基準とした、波長の周辺範囲を示す情報が格納される。図８の例では、波長欄２６ｃに格納される値から５０を引いた値から、波長欄２６ｃに格納される値から５０を足した値までが、周辺波長欄２６ｄに格納されているが、５０以外の値でもよく、また引く値と足す値が異なる値となっても良い。

発光強度相関２欄２６ｅは、波長欄２６ｃに格納される値にて特定される波長における発光強度の時系列変化と、周辺波長欄２６ｄに格納される値にて特定される波長の範囲において平均した発光強度の時系列変化との、類似度である相関係数を特定する情報が格納される。なお、前述の発光強度の時系列変化は、ＯＥＳデータテーブル２４ａにて特定される値である。前述の平均した発光強度の時系列変化は、後述する発光強度平均情報テーブル２９ａにて特定される値である。

閾値情報記憶領域２７には、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用に利用するのに適した波長を選択するための条件が格納される。

図９は、閾値情報記憶領域２７の１実施形態である閾値情報テーブル２７ａを示す。本テーブルは、閾値１欄２７ｂ、閾値２欄２７ｃ、閾値３欄２７ｄ、等の各フィールドを有する。

閾値１欄２７ｂは、同一物質間相関情報テーブル２５ａの発光強度相関１欄２５ｅにおいて、大きな相関係数の格納されているセルを特定するための情報が格納される。

閾値２欄２７ｃは、同一物質間相関情報テーブル２５ａに格納された情報を用いて、推奨波長とすべき波長を特定するための情報が格納される。

閾値３欄２７ｄは、周辺波長間相関情報テーブル２６ａに格納された情報を用いて、推奨波長とすべき波長を特定するための情報が格納される。

推奨波長情報記憶領域２８は、物質波長対応表記憶領域２３に記憶された波長のうち、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用する波長を特定する情報を記憶する。

図１０は、推奨波長情報記憶領域２８の１実施形態である推奨波長情報テーブル２８ａを示す。本テーブルは、物質欄２８ａ、波長欄２８ｃ、推奨波長欄２８ｄ、等の各フィールドを有する。

物質欄２８ｂは、物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂに格納される値に対応する物質名が格納される。

波長欄２８ｃは、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃに格納される値に対応する波長の値が格納される。

推奨波長欄２８ｄは、波長欄２８ｃに格納される値にて特定される波長が、エッチング部１０のモニタ・監視・制御への利用に適した波長であるものを特定する情報が格納される。

発光強度平均情報記憶領域２９は、ＯＥＳデータ記憶領域２４に記憶されたＯＥＳデータを特定の波長区間において平均した値を特定する情報が格納される。

図１１は、発光強度平均情報記憶領域２９の１実施形態である発光強度平均情報テーブル２９ａを示す。本テーブルは、周辺波長欄２９ｂ、時間欄２９ｃ、発光強度平均欄２９ｄ、等の各フィールドを有する。

周辺波長欄２９ｂは、発光強度平均欄２９ｄに格納される値にて特定される発光強度平均を算出した、波長の周辺範囲を特定する情報が格納される。

時間欄２９ｃは、発光強度平均欄２９ｄに格納される値にて特定される発光強度平均が計測された時間を特定する情報が格納される。

発光強度平均欄２９ｄには、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値を、周辺波長欄２９ｂに格納される値にて特定される範囲で平均化した結果を特定する情報が格納される。

[分析部２０の分析処理]
図１２は、分析部２０の主に演算部２１による分析処理を示す（Ｓ１０１等は処理ステップを表す）。図１２を用いて、分析処理を説明する。

演算部２１は、エッチング部１０によるエッチング処理が終了するか、もしくはユーザによる分析処理の実行命令が入力されると、図１２に示す分析処理を実行する。分析処理実行の段階で、物質波長対応表テーブル２３ａ、ＯＥＳデータテーブル２４ａ、閾値情報テーブル２７ａにはそれぞれ値が格納されている。物質波長対応表テーブル２３ａには過去の実験で計測された値が、ＯＥＳデータテーブル２４ａには分光器（ＯＥＳ）１２にて計測された値が、閾値情報テーブル２７ａには設計者により決定された値が、格納されている。

（Ｓ１０１）
Ｓ１０１では、演算部２１は、各データテーブルに計算上必要なデータを格納する。

まず、演算部２１は、物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂに格納された値を、周辺波長間相関情報テーブル２６ａの物質欄２６ｂに格納し、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃに格納された値を、波長欄２６ｃに、格納する。

また、演算部２１は、物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂに格納された値を、推奨波長情報テーブル２８ａの物質欄２８ｂに格納し、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃに格納された値を、波長欄２８ｃに、格納する。

さらに、演算部２１は、ＯＥＳデータテーブル２４ａの時間欄２４ｃに格納された値を、発光強度平均情報テーブル２９ａの時間欄２９ｃに、格納する。

Ｓ１０１終了時に、演算部は物質波長対応表テーブル２３ａの行番号を示す値ｉに１を格納する。

（Ｓ１０２）
Ｓ１０２では、演算部２１は、ＯＥＳデータテーブル２４ａの情報を入力として、同一物質間での発光強度の時系列データの相関を算出し、算出した相関を同一物質相関情報テーブル２５ａに格納する。

まず演算部２１は、同一物質間相関情報テーブル２５ａの全データを消去する。

次に、物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂのｉ行目に格納された値（物質ｉ）を読み込み、同一物質間相関情報テーブル２５ａの物質欄２５ｂに格納する。

また、演算部２１は、物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂを第１行目から最終行まで走査し、物質ｉと同一の値が格納された行については、波長欄２３ｃの当該行に格納された値を波長欄（列方向）２５ｃの最終列及び、波長欄（行方向）２５ｄの最終行に格納する。なお、最終列に既に値が格納されている場合には最終列に１列追加し、当該列に値を格納する。また、最終行に既に値が格納されている場合も同様に、最終行に1行追加し、当該行に値を格納する。この処理により、同一物質間相関情報テーブル２５ａの波長欄（列方向）２５ｃ及び波長欄（行方向）２５ｄには、物質ｉに対応する波長を特定する値が格納されることとなる。

さらに、演算部２１は、発光強度相関１欄２５ｅに値を格納する。波長欄（列方向）２５ｃの列番号をｊとし、波長欄（行方向）の行番号をｋとおくと、発光強度相関１欄２５ｅのｋ行ｊ列に格納される値（ｒ_１）は、下記の式（１）にて算出される。

式（１）における各記号の意味は下記の通りである。
ｐは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの波長欄２４ｂにおいて、波長欄（列方向）２５ｃのｊ列に格納された値と同一の値が格納された列の番号を示す。
ｑは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの波長欄２４ｂにおいて、波長欄（行方向）２５ｄのｋ行に格納された値と同一の値が格納された列の番号を示す。
ｘ_ｌｐは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値のうち、ｌ行ｐ列に格納された値を示す。
ｘ_ｍｐは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値のうち、ｍ行ｐ列に格納された値を示す。
ｘ_ｌｑは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値のうち、ｌ行ｑ列に格納された値を示す。
ｘ_ｍｑは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値のうち、ｍ行ｑ列に格納された値を示す。
ｎは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄの行数を表している。
ｒ_１は、式（１）で計算される値（相関係数）であって、発光強度欄２４ｄのｐ列に格納された値と、発光強度欄２４ｄのｑ列に格納された値の、時系列変化の類似度の大きさを表している。

図１３に、発光強度の時系列変化をグラフ化したものと、その２本のグラフで表される時系列変化間の相関係数ｒ_１の値を示す。２本のグラフの時系列変化は類似しており、相関係数ｒ_１も大きいことがわかる。
なお、式（１）では、相関係数を用いているが、それ以外の類似度を評価する指標を用いても良い。
演算部２１は、発光強度相関１欄２５ｅの行及び列のすべての組み合わせについて、式（１）を用いて相関係数を算出し、算出した値を格納する。

（Ｓ１０３）
Ｓ１０３では、演算部２１は、ＯＥＳデータテーブル２４ａの情報を入力として、ｉ行目の波長の周辺の波長における発光強度の平均値を算出し、発光強度平均情報テーブル２９ａに格納する。

まず、演算部２１は、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値を読み込み、読み込んだ値を基準とした波長の周辺範囲を決定する。本実施例では、読み込んだ値から５０を引いた値を範囲の最小値とし、読み込んだ値に５０を足した値を範囲の最大値とする。

演算部２１は、決定した範囲を、「範囲の最小値〜範囲の最大値」の形式で、周辺波長間相関情報テーブル２６ｄの周辺波長欄２６ｄのｉ行目と、推奨波長情報データテーブル２９ａの周辺波長欄２９ｂに格納する。

次に、演算部２１は、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄの１行目から最終行について、周辺波長における発光強度の平均値を下記の式（２）にて算出し、算出した値（Ａｖｅ_ｏ）を発光強度平均情報テーブル２９ａの発光強度平均欄２９ｄに格納する。

式（２）における各記号の意味は下記の通りである。
ｏは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄにおける行番号を示す。
ｘ_ｏｓは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値のうち、ｏ行ｓ列に格納された値を示す。
λ_ｓは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの波長欄２４ｂに格納された値のうち、ｓ列に格納された値を示す。
λ_ｍｉｎは、前述の範囲の最小値を示す。
λ_ｍａｘは、前述の範囲の最大値を示す。
λ_ｉは、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値を示す。
ｕは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの波長欄２４ｃの列数を示す。
Ａｖｅ_ｏは、発光強度平均情報テーブル２９ａの発光強度平均欄２９ｄのｏ行に格納される値を示す。

式（２）は、周辺波長間相関情報テーブル２６ｄの周辺波長欄２６ｄのｉ行目に格納された値の範囲に含まれ、かつ、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値に一致しない、波長について発光強度の平均を算出することを意味している。なお、ここではｉ行目に格納された値と一致する波長の発光強度を平均値の計算から除外しているが、含めてもよい。

（Ｓ１０４）
Ｓ１０４では、演算部２１は、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された情報と、発光強度平均情報テーブル２９ａの発光強度平均欄２９ｄに格納された情報から、発光強度の時系列データの相関を算出し、算出した値を周辺波長間相関情報テーブル２６ａの発光強度相関２欄２６ｅに格納する。

演算部２１は、発光強度相関２欄２６ｅのｉ行目に、下記の式（３）にて算出される値（ｒ_２）を格納する。

式（３）における各記号の意味は下記の通りである。
ｐは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの波長欄２４ｂにおいて、波長欄２３ｃのｉ行に格納された値と同一の値が格納された列の番号を示す。
ｘ_ｌｐは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値のうち、ｌ行ｐ列に格納された値を示す。
ｙ_ｌは、発光強度平均情報テーブル２９ａの発光強度欄２９ｄに格納された値のうち、ｌ行に格納された値を示す。
ｎは、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄの行数を表している。
ｒ_２は、式（３）で計算される値（相関係数）であって、ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄのｐ列に格納された値と、発光強度欄２４ｄのｑ列に格納された値の、時系列変化の類似度の大きさを表している。
なお、式（３）では、相関係数を用いているが、それ以外の類似度を評価する指標を用いても良い。

（Ｓ１０５）
Ｓ１０５では、演算部２１は、同一物質間相関情報テーブル２５ａに格納された情報を用いて、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値にて特定される波長が、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用できる波長であるか否かを判定する。

演算部２１は、同一物質間相関情報テーブル２５ａの発光強度相関１欄２５ｅに格納された値を入力として、発光強度相関１欄２５ｅに格納された値が、閾値情報テーブル２７ａの閾値１欄２７ｂに格納された値を以上となる割合（Ｒ_１）下記の式（４）を用いて算出する。

式（４）における各記号の意味は下記の通りである。
ｖは、同一物質間相関情報テーブル２５ａの波長欄（行方向）２５ｄにおいて、波長欄２３ｃのｉ行に格納された値と同一の値が格納された行の番号を示す。
ｗは、同一物質間相関情報テーブル２５ａの発光強度相関１欄２５ｅの列番号を指定する値である。
ａは、同一物質間相関情報テーブル２５ａの発光強度相関１欄２５ｅの列数を示す。
ｚ_ｖｗは、同一物質間相関情報テーブル２５ａの発光強度相関１欄２５ｅに格納された値のうち、ｖ行ｗ列に格納された値を示す。
Ｔｈ_１は、閾値情報テーブル２７ａの閾値１欄２７ｂに格納された値である。
λ_ｖは、同一物質間相関情報テーブル２５ａの波長欄（行方向）２５ｄに格納された値のうち、ｖ行に格納された値を示す。
λ_ｗは、同一物質間相関情報テーブル２５ａの波長欄（列方向）２５ｃに格納された値のうち、ｗ列に格納された値を示す。
Ｒ_１は、式（４）で計算される値であって、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値にて特定される波長の発光強度の相関係数が、閾値１欄２７ｂにて特定される値以上であるものの割合を示している。Ｒ_１の値が大きいことは、同一物質に対応付けられた波長の発光強度が、類似の時系列変化をしていることを示している。類似の時系列変化をする理由は、その対応付けられた物質の量の増減などに起因すると考えられる（物質の量が増えれば、その物質に対応付いた波長の発光強度は物質の量の増加量に従って大きくなる）。そのような波長の発光強度をエッチング部１０のモニタ・監視・制御に用いることで、ガス１１３に含まれる物質の量などを把握することができ、エッチング部１０を適切にモニタ・監視・制御することができると考えられる。

上記の考え方のもと、次に演算部２１は、Ｒ_１と閾値２欄２７ｃに格納される値を比較し、Ｒ_１が閾値２欄２７ｃに格納される値以上であれば、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値にて特定される波長が、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用できる波長であると判定し、Ｓ１０６の処理に進む。
Ｒ_１が閾値２欄２７ｃに格納される値よりも小さければ、演算部２１はＳ１０７の処理に進む。

（Ｓ１０６）
Ｓ１０６では、演算部２１は、推奨波長情報テーブル２８ａの推奨波長欄２８ｄのｉ行に、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用できる波長であると判定したことを示す“推奨１”の値を格納する。

（Ｓ１０７）
Ｓ１０７では、演算部２１は、同一物質間相関情報テーブル２５ａに格納された情報を用いて、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値にて特定される波長が、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用できる波長であるか否かを判定する。

演算部２１は、周辺波長間相関情報テーブル２６ａの発光強度相関２欄２６ｅに格納された値と、閾値情報テーブル２７ａの閾値３欄２７ｄに格納された値とを比較し、発光強度相関２欄２６ｅに格納された値が、閾値３欄２７ｄに格納された値よりも小さければ、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値にて特定される波長が、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用できる波長であると判定し、Ｓ１０８の処理に進む。

周辺波長間相関情報テーブル２６ａの発光強度相関２欄２６ｅに格納された値が小さい場合は、図１４に示すように物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値にて特定される波長の発光強度の時系列変化と、周辺の波長における発光強度の平均の時系列変化との間の、類似度が小さいことを示している。この場合、当該波長の発光強度は、その対応付けられた物質の量や温度などに起因して増減するものと考えられる。そのような波長の発光強度をエッチング部１０のモニタ・監視・制御に用いることで、ガス１１３に含まれる物質の量や温度などを把握することができ、エッチング部１０を適切にモニタ・監視・制御することができると考えられる。

発光強度相関２欄２６ｅに格納された値が、閾値３欄２７ｄに格納された値以上であれば、演算部２１は、Ｓ１０９の処理に進む。

（Ｓ１０８）
Ｓ１０８では、演算部２１は、推奨波長情報テーブル２８ａの推奨波長欄２８ｄのｉ行に、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用できる波長であると判定したことを示す“推奨２”の値を格納する。なお、既に“推奨１”の値が格納されていた場合は、“推奨１”と“推奨２”を併記する。

（Ｓ１０９）
Ｓ１０９では、演算部２１は、Ｓ１０６またはＳ１０８の処理を実行した場合に、エッチング部１０のモニタ・監視・制御に利用できる波長をユーザに提示する処理を行う。

推奨波長情報テーブル２８ａの推奨波長欄２８ｄのｉ行に“推奨１”の値が格納されていた場合は、演算部２１は出力部３１に例えば図１５に示すような情報を表示する。

演算部２１は、チャンバ内のプラズマに含まれる物質の発する光を示す波長であると判定され、装置制御及び品質解析に用いることを推奨とされる波長（物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値）とその波長が対応付けられた物質の名称（物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂのｉ行目に格納された値）を表示する。

また、演算部２１は、推奨とする波長の発光強度の時系列変化と、推奨とする波長と同一物質に起因する波長の発光強度の時系列変化との相関係数（同一物質間相関情報テーブル２５ａの発光強度相関１欄２５ｅに格納された値）を表示する。

さらに、演算部２１は、推奨とする波長の発光強度の時系列変化と、推奨とする波長と同一物質に起因する波長の発光強度の時系列変化（ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値）をグラフとして表示する。

推奨波長情報テーブル２８ａの推奨波長欄２８ｄのｉ行に“推奨２”の値が格納されていた場合は、演算部２１は出力部３１に例えば図１６に示すような情報を表示する。

演算部２１は、推奨とする波長（物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃのｉ行目に格納された値）とその波長が対応付けられた物質の名称（物質波長対応表テーブル２３ａの物質欄２３ｂのｉ行目に格納された値）を表示する。

また、演算部２１は、推奨とする波長の発光強度の時系列変化と、推奨とする波長の周辺波長における発光強度平均の時系列変化との相関係数（周辺波長間相関情報テーブル２６ａの発光強度相関２欄２６ｅに格納された値）を表示する。

さらに、演算部２１は、推奨とする波長の発光強度の時系列変化（ＯＥＳデータテーブル２４ａの発光強度欄２４ｄに格納された値）と、推奨とする波長と同一物質に起因する波長の発光強度の時系列変化（発光強度平均情報テーブル２９ａの発光強度平均欄２９ｄに格納された値）をグラフとして表示する。

（Ｓ１１０）
Ｓ１１０では、演算部２１は、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃの最終行に達していた場合は処理を終了し、最終行に達していない場合は、ｉに１を足して、物質波長対応表テーブル２３ａの波長欄２３ｃの次の行について計算を実行する。

以上説明したように、本実施の形態のエッチング装置１（分析部２０）においては、分光器（ＯＥＳ）の計測したデータと、各々の物質の発する光の波長の情報などを入力情報として、ガス１１３の特性（ガス１１３に含まれる物質の量や温度など）を適切に把握することのできる波長を提示できる。エッチング装置１の制御部１３は、提示された波長の発光強度を入力として、チャンバ１１１に供給するガスの量や温度、電圧などを適切に制御することで、エッチング処理をより効率よく行うことができる。

また、多数の候補を持つＯＥＳデータの波長の中から、モニタ・監視・制御に利用する波長を自動的に選定できるため、大きな工数のかかるエッチングデータの解析を削減して、効率的にエッチングのモニタ・監視・制御をすることが可能となる。

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

１…エッチング装置、１０…エッチング部、１１…プラズマ加工部、１２…分光器（ＯＥＳ）、１３…制御部、１４…ＩＦ部、２０…分析部、２１…演算部、２２…記憶部、２３…物質波長対応表記億領域、２４…ＯＥＳデータ記憶領域、２５…同一物質間相関情報記憶領域、２６…周辺波長間相関情報記憶領域、２７…閾値情報記憶領域、２８…推奨波長情報記憶領域、２９…発光強度平均情報記憶領域、２１０…ＩＦ部、３０…入力部、３１…出力部、３２…通信ＩＦ部、３３…バス

Claims (15)

1. 半導体ウェハをエッチング処理中のチャンバ内の発光を計測するステップと、
   計測した前記チャンバ内の発光の発光強度が時間によって変化する時系列変化を波長ごとに求めるステップと、
   予め特定された物質が発光する波長における前記時系列変化を比較するステップと、
   比較した結果を用いて前記チャンバ内のプラズマに含まれる物質が発する光を示す波長であることを特定するステップと、
   を有することを特徴とする分析方法。
2. 請求項１記載の分析方法であって、
   前記比較するステップは、
   前記特定された物質が発光する波長から所定の距離にある波長である周辺波長における発光強度の時系列変化を算出するステップと、
   前記特定された物質が発光する波長の発光強度の時系列変化と前記周辺波長の発光強度の時系列変化とを比べるステップと、
   を有することを特徴とする分析方法。
3. 請求項２記載の分析方法であって、
   前記周辺波長における発光強度の時系列変化は、前記特定された物質が発光する波長から所定の距離にある波長までの発光強度の平均値の時系列変化であること
   を特徴とする分析方法。
4. 請求項１記載の分析方法であって、
   前記比較するステップは、
   前記時系列変化のうち、前記特定された物質が発光する複数の波長それぞれの発光強度の時系列変化を比べるステップと、
   前記複数の波長それぞれの発光強度の時系列変化を用いて、前記チャンバ内の発光スペクトルのうち前記物質に対応する波長との関係を特定するステップと、
   を有することを特徴とする分析方法。
5. 請求項４記載の分析方法であって、
   前記関係を特定するステップは、前記時系列変化のうち、前記それぞれの時系列変化の曲線の形状を比較し、時系列変化を比べること
   を特徴とする分析方法。
6. 半導体ウェハをエッチング処理中のチャンバ内の発光を計測した値を受信する手段と、
   受信した前記チャンバ内の発光強度が時間によって変化する時系列変化を波長ごとに求める手段と、
   予め特定された物質が発光する波長における前記時系列変化を比較する手段と、
   比較した結果を用いて前記チャンバ内のプラズマに含まれる物質が発する光を示す波長であることを特定する手段と、
   を有することを特徴とする分析装置。
7. 請求項６記載の分析装置であって、
   前記比較する手段は、
   前記特定された物質が発光する波長から所定の距離にある波長である周辺波長における発光強度の時系列変化を算出する手段と、
   前記特定された物質が発光する波長の発光強度の時系列変化と前記周辺波長の発光強度の時系列変化とを比べる手段と、
   を有することを特徴とする分析装置。
8. 請求項７記載の分析装置であって、
   前記周辺波長における発光強度の時系列変化は、前記特定された物質が発光する波長から所定の距離にある波長までの発光強度の平均値の時系列変化であること
   を特徴とする分析装置。
9. 請求項６記載の分析装置であって、
   前記比較する手段は、
   前記時系列変化のうち、前記特定された物質が発光する複数の波長それぞれの発光強度の時系列変化を比べる手段と、
   前記複数の波長それぞれの発光強度の時系列変化を用いて、前記チャンバ内の発光スペクトルのうち前記物質に対応する波長との関係を特定する手段と、
   を有することを特徴とする分析装置。
10. 請求項９記載の分析装置であって、
    前記関係を特定するステップは、前記時系列変化のうち、前記それぞれの時系列変化の曲線の形状を比較し、時系列変化を比べること
    を特徴とする分析装置。
11. 半導体ウェハをエッチング処理するシステムであって、
    前記半導体ウェハをエッチング処理するエッチング装置は、
    チャンバ内で前記半導体ウェハをエッチング処理する手段と、
    前記チャンバ内の発光の強度を計測する手段と、
    を有し、
    前記エッチング処理の状態を分析する装置は、
    計測した前記チャンバ内の発光の強度を受信する手段と、
    受信した前記チャンバ内の発光強度が時間によって変化する時系列変化を波長ごとに求める手段と、
    予め特定された物質が発光する波長における前記時系列変化を比較する手段と、
    比較した結果を用いて前記チャンバ内のプラズマに含まれる物質が発する光を示す波長であることを特定する手段と、
    を有することを特徴とするエッチング処理システム。
12. 請求項１１記載のエッチング処理システムであって、
    前記比較する手段は、
    前記特定された物質が発光する波長から所定の距離にある波長である周辺波長における発光強度の時系列変化を算出する手段と、
    前記特定された物質が発光する波長の発光強度の時系列変化と前記周辺波長の発光強度の時系列変化とを比べる手段と、
    を有することを特徴とするエッチング処理システム。
13. 請求項１２記載のエッチング処理システムであって、
    前記周辺波長における発光強度の時系列変化は、前記特定された物質が発光する波長から所定の距離にある波長までの発光強度の平均値の時系列変化であること
    を特徴とするエッチング処理システム。
14. 請求項１１記載のエッチング処理システムであって、
    前記比較する手段は、
    前記時系列変化のうち、前記特定された物質が発光する複数の波長それぞれの発光強度の時系列変化を比べる手段と、
    前記複数の波長それぞれの発光強度の時系列変化を用いて、前記チャンバ内の発光スペクトルのうち前記物質に対応する波長との関係を特定する手段と、
    を有することを特徴とするエッチング処理システム。
15. 請求項１４記載のエッチング処理システムであって、
    前記関係を特定するステップは、前記時系列変化のうち、前記それぞれの時系列変化の曲線の形状を比較し、時系列変化を比べること
    を特徴とするエッチング処理システム。

Images