JP4909609B2

JP4909609B2 - 加工形状シミュレーション方法、半導体装置の製造方法及び加工形状シミュレーションシステム

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Publication number: JP4909609B2
Application number: JP2006054849A
Authority: JP
Inventors: 茂行高木; 克井柳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-03-01
Also published as: JP2007234867A

Description

本発明は、加工形状シミュレーション方法、半導体装置の製造方法及び加工形状シミュレーションシステムに関する。

微細加工を必要とする半導体装置の製造等の製造方法においては、微細加工を高い精度で行うことができるドライエッチングが広く用いられている。このドライエッチングとしては、特に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が用いられている。

反応性イオンエッチングでは、加工パターンを有するマスクにより半導体ウエハ等の被加工物を覆い、その被加工物と反応性ガスとの化学反応によりマスクに覆われていない部分を削り、エッチングを行う。通常、１つの被加工物から同じ製品、例えばロジック製品やメモリ製品等の半導体製品が一度に大量に製造される。このため、マスクの加工パターンは、複数の同じ製品パターンにより構成されている。

このような反応性イオンエッチングでは、高い精度で微細加工を行うために試作を繰り返し行い、プロセス条件等を決定するので、設計や製造に関するコストや時間等を大きく費やしてしまう。そこで、被加工物のエッチング形状をシミュレーションする加工形状シミュレーション方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

通常、図８に示すように、加工形状シミュレーション１０１は、プラズマシミュレーション１０２、形状シミュレーション１０３及び反応生成物シミュレーション１０４から構成されている。

この加工形状シミュレーション１０１では、プラズマシミュレーション１０２によりプロセス条件に基づいて反応種の密度、入射角及び入射エネルギーを求め、形状シミュレーション１０３により、反応種の密度、入射角及び入射エネルギーに加え下地形状に基づいて、ローカル（局所的）なエッチング反応量を求め、反応生成物シミュレーション１０４により、ローカルなエッチング反応量に基づいてローカルな反応生成物の発生量からローカルな付着量を求め、最後に、形状シミュレーション１０３により、ローカルな付着量に加え下地形状に基づいて被加工物のエッチング形状、すなわち所定寸法との差である寸法変換差（加工変換差）を求める。

ここで、ローカルな反応生成物とは、被加工面（被エッチング面）の部分領域（ローカルな領域：微少領域）から発生し、その近傍に留まる生成物である。また、被加工面の部分領域は、加工パターンの疎密性に依存する領域である。

通常、ロジック製品等の半導体製品では、多くの品種が少量で生産されるため、寸法変換差が品種毎に異なってしまう。特に、加工パターンが孤立のライン、ライン・アンド（＆）・スペース又は孤立のスペースであるというように、被加工物に対する単位面積当たりのエッチング量、すなわち加工パターンの疎密性に応じて、寸法変換差は変化してしまう。また、同じライン・アンド・スペースでも、ライン幅及びスペース幅に応じて加工パターンの疎密性が異なるため、寸法変換差は変化してしまう。

このような寸法変換差が発生する要因は、エッチングにより発生した反応生成物の一部が被加工物の被加工面等に付着して保護膜となり、エッチング量が変化するためである。したがって、寸法変換差は反応生成物の発生量に応じて変化してしまう。

反応生成物の発生量は、（１）被加工物に対する加工パターンの疎密性と、（２）マスクによる被加工物の被覆率との影響を受ける。すなわち、反応生成物の発生量は、加工パターンが疎である程、また、マスクによる被加工物の被覆率が小さい程、増加し、加工パターンが密である程、また、マスクによる被加工物の被覆率が大きい程、減少する。

なお、図８に示すような加工形状シミュレーション１０１では、被加工面の部分領域（ローカルな領域）から発生し、その近傍に留まるローカルな反応生成物による影響を加味して、シミュレーションを行っている。
特開平９−１７１９９４号公報

しかしながら、図８に示すような加工形状シミュレーション１０１では、マスクによる被加工物の被覆率に依存する領域、すなわち被加工面の全領域（マクロな領域）から発生し、マスク近傍から離れて留まるマクロな反応生成物による影響を加味して、シミュレーションを行っていないため、シミュレーション精度が低くなっている。特に、マスクによる被加工物の被覆率が品種毎に変動した場合には、その変動の影響を受けてシミュレーション精度が低下してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工形状のシミュレーションにおいて、マスクによる被加工物の被覆率の影響を加味し、高精度なシミュレーションを実現することである。

本発明の一態様によれば、プラズマエッチング装置における被加工物のエッチング形状をシミュレーションする加工形状シミュレーション方法であって、プラズマシミュレーションと、形状シミュレーションと、反応生成物シミュレーションとを備え、前記プラズマシミュレーションでは、プロセス条件情報に基づいて、真空室内に存在する反応種の分布量及び前記真空室内に設けられマスクに覆われた被加工物の被加工面に対する前記反応種の入射情報を求め、前記形状シミュレーションでは、前記反応種の分布量及び前記反応種の入射情報に加え、前記被加工物に関する下地形状情報に基づいて、前記被加工面の部分領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第１反応量として、及び前記被加工面の全領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第２反応量として、それぞれ求め、前記反応生成物シミュレーションでは、前記第１反応量に基づいて、前記被加工面の部分領域から発生する反応生成物の発生量を第１発生量として求め、前記第１発生量に基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第１付着量として求め、前記第２反応量に基づいて、前記被加工面の全領域から発生する反応生成物の発生量を第２発生量として求め、前記真空室内の反応性ガスの流れ及び拡散に基づいて、前記被加工面の全領域に対する前記反応生成物の分布量をガス流れ・拡散シミュレーションにより求め、前記真空室の内壁から剥離して発生した前記反応生成物の発生量を第３発生量としてガス流れ・拡散シミュレーションにより求め、前記反応生成物の分布量と前記第２発生量と、前記第３発生量とに基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第２付着量として求め、前記形状シミュレーションでは、前記第１付着量及び前記第２付着量に加え、前記被加工物に関する前記下地形状情報に基づいて、前記被加工物の被加工形状を求めることを特徴とする加工形状シミュレーション方法が提供される。

本発明の他の一態様によれば、上記に記載の加工形状シミュレーション方法からの情報を用いて、被加工物上にマスクを形成し、このマスクを用いて、前記被加工物を加工することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の一態様によれば、プロセス条件情報に基づいて、真空室内に存在する反応種の分布量及び前記真空室内に設けられマスクに覆われた被加工物の被加工面に対する前記反応種の入射情報を求める手段と、前記反応種の分布量及び前記反応種の入射情報と、前記被加工物に関する下地形状情報とに基づいて、前記被加工面の部分領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第１反応量として、及び前記被加工面の全領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第２反応量として、それぞれ求める手段と、前記第１反応量に基づいて、前記被加工面の部分領域から発生する反応生成物の発生量を第１発生量として求め、前記第１発生量に基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第１付着量として求める手段と、前記第２反応量に基づいて、前記被加工面の全領域から発生する反応生成物の発生量を第２発生量として求める手段と、前記真空室内の反応性ガスの流れ及び拡散に基づいて、前記被加工面の全領域に対する前記反応生成物の分布量を求める手段と、前記真空室の内壁から剥離して発生した前記反応生成物の発生量を第３発生量として求める手段と、前記反応生成物の分布量と前記第２発生量と、前記第３発生量とに基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第２付着量として求める手段と、前記第１付着量及び前記第２付着量に加え、前記被加工物に関する前記下地形状情報に基づいて、前記被加工物の被加工形状を求める手段とを有することを特徴とする加工形状シミュレーションシステムが提供される。

本発明によれば、高精度な加工形状シミュレーションを行うことができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。

本発明の実施の一形態について図１ないし図７を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る加工形状シミュレーションシステムとしての表面加工装置１は、プロセス条件や下地形状等の各種情報に基づいて被加工物Ｓのエッチング形状をシミュレーションする加工形状シミュレーション装置（以下、シミュレーション装置とする）２と、シミュレーション装置２によるシミュレーション結果に基づいて、被加工物Ｓに対するエッチングを行うプラズマエッチング装置３とを備えている。

シミュレーション装置２は、各部を制御する制御部２１、及び制御部２１が実行するプログラムや各種の情報を記憶する記憶部２２等を備えている。このシミュレーション装置２は、記憶部２２に記憶されたプログラムや各種の情報に基づいて被加工物Ｓのエッチング形状をシミュレーションする。

プラズマエッチング装置３も、シミュレーション装置２と同じように、各部を制御する制御部３１、及び制御部３１が実行するプログラムや各種の情報を記憶する記憶部３２等を備えている。このプラズマエッチング装置３は、記憶部２２に記憶されたプログラムや各種の情報に加え、シミュレーション装置２から得られたシミュレーション結果、例えばプロセス条件、下地条件及び寸法変換差等に基づいて、被加工物Ｓに対するエッチングを行う。

図２に示すように、プラズマエッチング装置３は、例えば平行平板型のプラズマエッチング装置である。このプラズマエッチング装置３は、被加工物Ｓを収容する処理室である真空室３３、その真空室３３内に設けられた支持台３４、支持台３４上に設けられた下部電極３５、及び下部電極３５に対向させて真空室３３内に設けられた上部電極３６等を備えている。

真空室３３は、真空状態となるチャンバ等の処理室であり、真空室３３内に反応性ガスを供給するための供給口３３ａ及び真空室３３内からガスを排気する排気口３３ｂを有している。支持台３４は真空室３３の中央部分に設けらており、下部電極３５を支持している。下部電極３５はコンデンサＣを介して高周波電源３７に接続されている。上部電極３６は、多数の孔を有するシャワープレートとして形成されている。この上部電極３６は接地されている。

下部電極３５上には、半導体ウエハ等のエッチング対象物となる被加工物Ｓが載置される。この被加工物Ｓ上には、被加工物Ｓに対する加工パターン、すなわち開口パターンを有するマスクＭが形成される。加工パターンは複数の同じ製品パターンにより構成されている。

ここで、反応性ガスとしては、Ｃ_５Ｆ_８ガスやＣＨ_４ガス等を用いる。被加工物Ｓとしては、例えば、Ｓｉ基板及びそのＳｉ基板上に積層されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）から構成された積層体等を用いる。また、マスクＭとしては、例えばレジスト膜等を用いる。

このようなプラズマエッチング装置３は、真空室３３内のガス圧を一定に保ちながら反応性ガスを供給口３３ａから上部電極３６を介して真空室３３内に導入する。その後、プラズマエッチング装置３は、高周波電源３７からコンデンサＣを介して下部電極３５に高周波電力を供給し、真空室３３内にプラズマを発生させ、マスクＭを介して被加工物Ｓの被加工面（例えば、被エッチング面）Ｓａをエッチングする。

このようなエッチング動作中には、プラズマ中のイオン又はラジカル等の反応種は、マスクＭにより覆われていない被加工物Ｓの被加工面Ｓａと化学反応する。このとき、図３に示すように、被加工物Ｓの被加工面Ｓａ等から反応生成物（生成種）Ｈが発生する。なお、真空室３３内に導入された反応性ガスは拡散し、その後、排気口３３ｂから排出される。したがって、真空室３３内には、反応性ガスの流れが生じる。

このため、反応生成物Ｈは、図３に示すように、被加工物ＳのマスクＭ近傍に留まるローカル（局所的）な反応生成物Ｈ１となったり、マスクＭ近傍から離れて真空室３３内に留まるマクロ（巨視的）な反応生成物Ｈ２になったり、あるいは、排気口３３ｂから排出されたりする。このマクロな反応生成物Ｈ２の一部は、真空室３３の内壁３３ｃに反応生成物Ｈ３として付着することもある。この反応生成物Ｈ３は、次回のエッチング時等に削られて剥離し、再び反応性ガス中に拡散する。

ここで、図４は、一例として、被加工物Ｓ（例えば、Ｓｉ基板及びそのＳｉ基板上に積層されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）から構成された積層体等）の全面において、反応生成物Ｈの分布状態を色の濃度差によって示すものである。ここでは、特に、被加工物Ｓの周辺部において、その反応生成物Ｈの分布量が他の領域より色濃く示されている。これは、被加工物Ｓにおいて、その中央部から放出された反応生成物Ｈが、その周辺部に特に集まっている状態を示すものである。

次に、シミュレーション装置２による加工形状シミュレーション方法、すなわちエッチング形状シミュレーション処理（エッチングシミュレーション）について説明する。このエッチング形状シミュレーション処理は、記憶部２２に記憶されたプログラムや各種の情報に基づいてシミュレーション装置２の制御部２１により実行される。

図５に示すように、エッチング形状シミュレーション処理は、プラズマシミュレーション５１、形状シミュレーション５２及び反応生成物シミュレーション５３から構成されている。これらのプラズマシミュレーション５１、形状シミュレーション５２及び反応生成物シミュレーション５３は、粒子モデルのシミュレーションである。

反応生成物シミュレーション５３は、被加工物Ｓの被加工面Ｓａの部分領域（ローカルな領域）に対する第１の反応生成物シミュレーション５３ａ及び被加工物Ｓの被加工面Ｓａの全領域（マクロな領域）に対する第２の反応生成物シミュレーション５３ｂから構成されている。第２の反応生成物シミュレーション５３ｂは、ガス流れ・拡散シミュレーション５３ｃを有している。

プラズマシミュレーション５１では、プロセス条件情報に基づいて、真空室３３内に存在する反応種（例えばイオンやラジカル等）の分布量、すなわち空間分布（例えば密度）を求め、さらに、反応種の入射角及び入射エネルギー等の入射情報を求める。ここで、プロセス条件情報としては、反応性ガスの種類（ガス種）、ガス流量、ガス圧及び入力パワー等がある。

なお、プラズマシミュレーション５１では、最初に、ポアソン方程式から電界分布を求め、モンテカルロ法（例えばＰＩＣ−ＭＣＣ：Particle-In-Cell Monte Carlo Collision）により反応種の空間分布を計算して求め、また、モンテカルロ法により被加工物Ｓ近傍の反応種の動きをサンプルし、反応種の入射角及び入射エネルギー等の入射情報を求める。ここで、ＰＩＣ−ＭＣＣ法では、プラズマ中の荷電粒子を超粒子により代表させ、数千から数十万個の超粒子の軌跡を追跡することによって、プラズマ全体の挙動をシミュレーションする。

形状シミュレーション５２では、プラズマシミュレーション５１により求められた反応種の分布量及び入射情報に加え、被加工物Ｓに関する下地形状情報を用いて、ローカルなエッチング反応量及びマクロなエッチング反応量を求める。なお、プラズマシミュレーション５１では、形状シミュレーション５２により求められたローカルなエッチング反応量及びマクロなエッチング反応量を用いて、反応種の分布量及び入射情報を適宜更新する。

ここで、下地形状情報としては、レジスト形状及びスペース形状（溝形状）等を含む加工パターンの加工情報、マスクＭとなるレジスト膜の種類及びレジスト膜の厚さ等がある。加工情報は、加工パターンの疎密性やレジスト膜による被加工物Ｓの被覆率等の情報を含んでいる。

また、ローカルなエッチング反応量とは、反応種がエッチングにより被加工面Ｓａの部分領域（ローカルな領域）で反応する量であり、マクロなエッチング反応量とは、反応種がエッチングにより被加工面Ｓａの全領域（マクロな領域）で反応する量である。

反応生成物シミュレーション５３では、プラズマシミュレーション５１により求められた反応種の分布量及び入射情報に加え、形状シミュレーション５２により求められたローカルなエッチング反応量及びマクロなエッチング反応量を用いて、第１の反応生成物シミュレーション５３ａによりローカルな反応生成物Ｈ１の付着量（ローカルな付着量）を求め、第２の反応生成物シミュレーション５３ｂによりマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の付着量（マクロな付着量）を求め、それらのローカルな付着量とマクロな付着量をたして反応生成物Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のトータルの付着量を求める。

ここで、反応生成物Ｈ１のローカルな付着量とは、ローカルな反応生成物Ｈ１が被加工面Ｓａの部分領域（ローカルな領域）に付着する量であり、反応生成物Ｈ２、Ｈ３のマクロな付着量とは、マクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３が被加工面Ｓａの部分領域（ローカルな領域）に付着する量である。

最後に、形状シミュレーション５２では、反応生成物シミュレーション５３により求められた反応生成物Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のトータルの付着量に加え、下地形状情報、反応種の分布量及び入射情報に基づいて、被加工物Ｓのエッチング形状（例えば寸法変換差等）を求める。これにより、プロセス依存性、面内依存性、パターン依存性及び被覆率依存性等を加味した被加工物Ｓのエッチング形状が得られる。

なお、形状シミュレーション５２では、下地形状のある空間をメッシュ状に分割し、この空間にプラズマシミュレーション５１から得られる入射角に従うようにモンテカルロ法により反応種及び生成種（反応生成物Ｈ）を飛ばす。また、粒子がマスク等の壁面と衝突する場合には、一定の確率で反応するように設定する。メッシュ内の反応種の量が一定値以上になった場合には、そのメッシュ部分の材料を削除し、エッチングが進行して消滅する現象に対応させる。また、生成種の量が一定値以上になった場合には、壁面に生成種に対応する材料（例えばポリマ等）を付着させ、デポ反応に対応させる。このような処理を繰り返し、被加工物Ｓのエッチング形状、すなわち加工形状を計算する。

次いで、反応生成物シミュレーション５３の第１の反応生成物シミュレーション５３ａ及び第２の反応生成物シミュレーション５３ｂのシミュレーション処理について詳しく説明する。

図６に示すように、まず、形状シミュレーション５２では、ローカルなエッチング反応量、すなわち第１反応量と、マクロなエッチング反応量、すなわち第２反応量を求める（ステップＳ１及びステップＳ２）。

次に、反応生成物シミュレーション５３の第１の反応生成物シミュレーション５３ａでは、形状シミュレーション５２により求められた第１反応量に基づいて、被加工面Ｓａの部分領域から発生し、その近傍に留まるローカルな反応生成物Ｈ１の発生量、すなわち第１発生量を求め（ステップＳ１１）、求めた第１発生量に基づいて、被加工面Ｓａの部分領域に付着するローカルな反応生成物Ｈ１の付着量、すなわち第１付着量を求める（ステップＳ１２）。

ステップＳ１１では、第１反応量に所定の発生値（例えば数％の発生確率）をかけて第１発生量を求める。また、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求めた第１発生量に所定の付着値（例えば数％の付着確率）をかけて第１付着量を求める。なお、発生値及び付着値は、プラズマシミュレーション５１により求められた反応種の分布量及び入射情報等に基づいて理論的に設定される。

一方、反応生成物シミュレーション５３の第２の反応生成物シミュレーション５３ｂでは、形状シミュレーション５２により求められた第２反応量に基づいて、被加工面Ｓａの全領域から発生しその近傍から離反して留まるマクロな反応生成物Ｈ２の発生量、すなわち第２発生量を求め（ステップＳ２１）、また、真空室３３の内壁３３ｃから剥離して発生したマクロな反応生成物Ｈ３の剥離量、すなわち第３発生量を求め（ステップＳ２２）、ガス流れ・拡散シミュレーション５３ｃを行う（ステップＳ２３）。その後、求めた第２発生量及び第３発生量に加え、ガス流れ・拡散シミュレーション５３ｃにより求められたマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の分布量に基づいて、被加工面Ｓａの部分領域に付着するマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の付着量、すなわち第２付着量を求める（ステップＳ２４）。

ステップＳ２１では、第２反応量に所定の発生値（例えば数％の発生確率）をかけて第２発生量を求める。また、ステップＳ２２では、第２反応量及びエッチングの連続回数等に基づいて、エッチングの連続動作により真空室３３の内壁３３ｃに付着したマクロな反応生成物Ｈ３の付着量を求め、求めた付着量に所定の剥離値（例えば数％の剥離確率）をかけて第３発生量を求める。ここで、これらの発生値、付着値及び剥離値は、プラズマシミュレーション５１により求められた反応種の分布量及び入射情報等に基づいて理論的に設定される。

ステップＳ２３では、真空室３３内の反応性ガスの流れ及び拡散に基づいて、被加工面Ｓａの全領域に対するマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の分布量、すなわち空間分布（例えば密度）を求める。このガス流れ・拡散シミュレーション５３ｃでは、ナビア・ストークス等の連続の式と拡散方程式を連動させ、反応性ガスの流速、ガス圧及び着目する分子（反応種や生成種）の空間分布を計算し、マクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の分布量を求める。

ステップＳ２４では、ステップＳ２３により求められたマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の分布量に基づいて付着値（例えば数％の付着確率）を算出し、算出した付着値を第２発生量と第３発生量との合計発生量にかけて第２付着量を求める。

このように反応生成物シミュレーション５３は、第１の反応生成物シミュレーション５３ａ及び第２の反応生成物シミュレーション５３ｂにより、第１付着量及び第２付着量を求め、最後に、それらを足し合わすことによって反応生成物Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のトータルの付着量（合計付着量）を求める（ステップＳ３）。その後、形状シミュレーション５２では、そのトータルの付着量に加え、下地形状情報に基づいて、被加工物Ｓのエッチング形状、例えば寸法変換差等を求める（ステップＳ４）。

このような加工形状シミュレーションを用いることにより、例えば、図７に示すように、加工パターンが同じで被覆率が異なる製品Ａ、Ｂ及びＣ毎の寸法変換差が求められる。全ての製品Ａ、Ｂ及びＣにおいて、スペースの幅が大きくなる程、寸法変換差も大きくなる。このように加工パターンが同じで被覆率が異なる製品Ａ、Ｂ及びＣに対しても、それぞれ異なる寸法変換差を正確に求めることができる。なお、図７では、ラインの幅は一定であり、スペース（溝）の幅は変化する。ここで、スペースが大きくなると、加工パターンは疎になり、逆にスペースが狭くなると、加工パターンは密になる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、ローカルな付着量とマクロな付着量とのトータルの付着量を求め、求めたトータルの付着量に基づいて被加工物Ｓのエッチング形状を求めることから、マスクＭによる被加工物Ｓの被覆率に依存する領域、すなわち被加工面Ｓａの全領域から発生し、マスク近傍から離れて留まるマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３による影響が加味されて、シミュレーションが行われるので、高精度な加工形状のシミュレーションを実現することができる。特に、マスクＭによる被加工物Ｓの被覆率が品種毎に変動した場合でも、その変動の影響を受けてシミュレーション精度が低下してしまうことを防止することができる。これにより、試作を行うことなく、例えば半導体装置の製造において、プロセス条件等を求めることが可能になるので、時間的及び費用的なコストの削減を実現することができる。また、試作を行う場合でも、試作回数や試作時間等を短縮することができる。

また、真空室３３内の反応性ガスの流れ及び拡散に基づいて、被加工面Ｓａの全領域に対するマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の分布量を求め、求めたマクロな反応生成物Ｈ２、Ｈ３の分布量に基づいて第２付着量を求めることから、より正確な第２付着量を得ることができる。

さらに、真空室３３の内壁３３ｃから剥離して発生したマクロな反応生成物Ｈ３の第３発生量を求め、求めた第３発生量と第２発生量とに基づいて第２付着量を求めることから、真空室３３の内壁３３ｃから剥離して発生したマクロな反応生成物Ｈ３による影響も加味されるので、より高精度な加工形状のシミュレーションを実現することができる。特に、真空室３３の内壁３３ｃから発生するマクロな反応生成物Ｈ３が要因となる時間経過に対する寸法変換差の変化を求めることが可能になるので、時間経過に対する寸法変換差の変化を補正するようにプロセス条件を変更することができる。その結果として、寸法変換差を一定に維持した状態で安定な加工を行うことができる。

また、プラズマシミュレーション５１、形状シミュレーション５２及び反応生成物シミュレーション５３は、粒子モデルのシミュレーションであることから、正確な計算を行うことが可能になり、高精度な加工形状のシミュレーションを実現することができる。特にガス圧が低い場合にも、高い精度で加工形状のシミュレーションを行うことができる。

また、前述のように、エッチング等の加工に関する加工形状シミュレーションの情報を用いて、加工用のマスクＭを製造すれば、試作を行うことなくプロセス条件等を求めることが可能になるので、時間的及び費用的なコストの削減を実現することができる。加えて、試作を行う場合でも、試作回数や試作時間等を短縮することができる。

また、エッチング等の加工に関する加工形状シミュレーションの情報を用いて、前述と同様の効果を得ながら、半導体装置を製造することができる。すなわち、エッチング等の加工に関する加工形状シミュレーションの情報を用い、被加工物Ｓ（例：Ｓｉ基板及びそのＳｉ基板上に積層されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）から構成された積層体等）上のマスクＭの形状や寸法を制御すること等を含めて、その加工プロセス条件を調整し、そのマスクＭを用いて被加工物Ｓを精度良く加工して、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能になる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の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において種々変更し得ることは勿論である。

例えば、前述の実施の形態においては、プラズマシミュレーション５１、形状シミュレーション５２及び反応生成物シミュレーション５３に粒子モデルのシミュレーションを用いているが、これに限るものではない。例えば、反応生成物シミュレーション５３がガス流れ・拡散シミュレーション５３ｃを有する場合には、ガス流れ・拡散シミュレーション５３ｃに流体モデルのシミュレーションを用いるようにしてもよい。この場合には、シミュレーションに関する計算を短時間で行うことができる。特に、ガス圧が高い場合には、流体モデルのシミュレーションが有効である。

また、前述の実施の形態においては、プラズマエッチング装置３として平行平板型のプラズマエッチング装置を用いているが、これに限るものではなく、例えばバレル型のプラズマエッチング装置を用いるようにしてもよい。

また、前述の実施の形態においては、プラズマシミュレーション５１により求められた反応種の分布量及び入射情報等に基づいて理論的に発生値、付着値及び剥離値を設定しているが、これに限るものではなく、例えば実験的に発生値、付着値及び剥離値を予め設定しておいてもよい。

また、このような場合にも、前述のように、エッチング等の加工に関する加工形状シミュレーションの情報を用いて、前述と同様の効果を得ながら、半導体装置を製造することができる。すなわち、エッチング等の加工に関する加工形状シミュレーションの情報を用い、被加工物Ｓ上のマスクＭの形状や寸法を制御すること等を含めて、その加工プロセス条件を調整し、そのマスクＭを用いて被加工物Ｓを精度良く加工し、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能になる。なお、ここでは、前述と同様に、被加工物Ｓとして、例えば、Ｓｉ基板及びそのＳｉ基板上に積層されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）から構成された積層体等を用いるものとする。

本発明の実施の一形態に係る表面加工装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す表面加工装置が備えるプラズマエッチング装置の概略構成を示す縦断側面図である。図２に示すプラズマエッチング装置内に留まる反応生成物を説明するための縦断側面図である。図２に示すプラズマエッチング装置内に留まる反応生成物の分布状態を説明するための模式図である。図１に示す表面加工装置が備えるシミュレーション装置が行う加工形状シミュレーションの流れを示すブロック図である。図５に示す加工形状シミュレーションの一部の流れを示すブロック図である。加工パターンのスペースと寸法変換差との関係を示す説明図である。先行技術に係る加工形状シミュレーションの流れを示すブロック図である。

符号の説明

１…加工形状シミュレーションシステム（表面加工装置）、３３…処理室（真空室）、Ｈ…反応生成物、Ｍ…マスク、Ｓ…被加工物、Ｓａ…被加工面

Claims

プラズマエッチング装置における被加工物のエッチング形状をシミュレーションする加工形状シミュレーション方法であって、
プラズマシミュレーションと、形状シミュレーションと、反応生成物シミュレーションとを備え、
前記プラズマシミュレーションでは、プロセス条件情報に基づいて、真空室内に存在する反応種の分布量及び前記真空室内に設けられマスクに覆われた被加工物の被加工面に対する前記反応種の入射情報を求め、
前記形状シミュレーションでは、前記反応種の分布量及び前記反応種の入射情報に加え、前記被加工物に関する下地形状情報に基づいて、前記被加工面の部分領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第１反応量として、及び前記被加工面の全領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第２反応量として、それぞれ求め、
前記反応生成物シミュレーションでは、前記第１反応量に基づいて、前記被加工面の部分領域から発生する反応生成物の発生量を第１発生量として求め、前記第１発生量に基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第１付着量として求め、前記第２反応量に基づいて、前記被加工面の全領域から発生する反応生成物の発生量を第２発生量として求め、前記真空室内の反応性ガスの流れ及び拡散に基づいて、前記被加工面の全領域に対する前記反応生成物の分布量をガス流れ・拡散シミュレーションにより求め、前記真空室の内壁から剥離して発生した前記反応生成物の発生量を第３発生量としてガス流れ・拡散シミュレーションにより求め、前記反応生成物の分布量と前記第２発生量と、前記第３発生量とに基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第２付着量として求め、
前記形状シミュレーションでは、前記第１付着量及び前記第２付着量に加え、前記被加工物に関する前記下地形状情報に基づいて、前記被加工物の被加工形状を求めることを特徴とする加工形状シミュレーション方法。
前記反応種の分布量、前記反応種の入射情報、前記第１反応量、前記第２反応量、前記第１付着量、前記第２付着量及び前記被加工形状は、粒子モデルのシミュレーションにより求められることを特徴とする請求項１記載の加工形状シミュレーション方法。
前記反応生成物の分布量は、流体モデルのシミュレーションにより求められることを特徴とする請求項１記載の加工形状シミュレーション方法。
請求項１乃至３のいずれか一に記載の加工形状シミュレーション方法からの情報を用いて、被加工物上にマスクを形成し、このマスクを用いて、前記被加工物を加工することを特徴とする半導体装置の製造方法。
プラズマエッチング形状をシミュレーションする加工形状シミュレーションシステムであって、
プロセス条件情報に基づいて、真空室内に存在する反応種の分布量及び前記真空室内に設けられマスクに覆われた被加工物の被加工面に対する前記反応種の入射情報を求める手段と、
前記反応種の分布量及び前記反応種の入射情報と、前記被加工物に関する下地形状情報とに基づいて、前記被加工面の部分領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第１反応量として、及び前記被加工面の全領域に対する前記反応種のエッチング反応量を第２反応量として、それぞれ求める手段と、
前記第１反応量に基づいて、前記被加工面の部分領域から発生する反応生成物の発生量を第１発生量として求め、前記第１発生量に基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第１付着量として求める手段と、
前記第２反応量に基づいて、前記被加工面の全領域から発生する反応生成物の発生量を第２発生量として求める手段と、
前記真空室内の反応性ガスの流れ及び拡散に基づいて、前記被加工面の全領域に対する前記反応生成物の分布量を求める手段と、
前記真空室の内壁から剥離して発生した前記反応生成物の発生量を第３発生量として求める手段と、
前記反応生成物の分布量と前記第２発生量と、前記第３発生量とに基づいて、前記被加工面の部分領域に付着する前記反応生成物の付着量を第２付着量として求める手段と、
前記第１付着量及び前記第２付着量に加え、前記被加工物に関する前記下地形状情報に基づいて、前記被加工物の被加工形状を求める手段と、
を有することを特徴とする加工形状シミュレーションシステム。
前記反応種の分布量及び前記反応種の入射情報を求める手段、前記第１反応量及び前記第２反応量を求める手段、前記第１付着量を求める手段、前記第２付着量を求める手段、及び前記被加工形状を求める手段は、粒子モデルのシミュレーションであることを特徴とする請求項５記載の加工形状シミュレーションシステム。
前記反応生成物の分布量を求める手段は、流体モデルのシミュレーションであることを特徴とする請求項５記載の加工形状シミュレーションシステム。