JP5815361B2 - Substrate processing control device, substrate processing control method, control program, and readable storage medium - Google Patents

Substrate processing control device, substrate processing control method, control program, and readable storage medium Download PDF

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Description

本発明は、半導体製品の製造におけるエッチング処理などの基板処理制御装置および基板処理制御方法、この基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体に関する。   The present invention relates to a substrate processing control apparatus and a substrate processing control method for etching processing in the manufacture of semiconductor products, a control program in which processing procedures for causing a computer to execute each step of the substrate processing control method are described, and the control program The present invention relates to a computer-readable readable storage medium in which is stored.

半導体集積回路を製造するためには、半導体基板上に様々な種類の膜を形成したり、または半導体基板上に形成された様々な種類の膜をエッチング処理して所定形状に形成したりする。プラズマエッチング装置では、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、ポリシリコン膜などの様々な膜のエッチング処理が行われている。   In order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various types of films are formed on a semiconductor substrate, or various types of films formed on a semiconductor substrate are etched into a predetermined shape. In the plasma etching apparatus, various etching processes such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a polysilicon film are performed.

従来より、かかる半導体基板のエッチング処理は決められたレシピに基づいて行われ、ロットの処理が終了した後に、線幅や膜厚測定結果の検査が行われる。この線幅や膜厚に異常が生じていた場合は、次のロットの処理に入る前に、高周波電力(RFパワー)、チャンバ内の圧力、チャンバ内に導入されるガスの流量、チャンバ内の温度などの各種のプロセスパラメータを修正し、次のロットの処理から新たなレシピに基づいて処理が行われる。   Conventionally, the etching process of the semiconductor substrate is performed based on a predetermined recipe, and after the lot process is completed, the line width and the film thickness measurement result are inspected. If there is an abnormality in the line width or film thickness, before starting the processing of the next lot, RF power (RF power), pressure in the chamber, flow rate of gas introduced into the chamber, Various process parameters such as temperature are corrected, and processing is performed based on a new recipe from processing of the next lot.

近年では、高周波電力(RFパワー)、チャンバ内の圧力、チャンバ内に導入されるガスの流量、チャンバ内の温度などの装置の各種複数のプロセスパラメータに独立で監視して異常値が検出された場合に、装置の処理を停止して処理の異常を早期に検出できるようなシステムが構築されている。これが特許文献1に開示されている。   In recent years, abnormal values have been detected by independently monitoring a plurality of various process parameters of the apparatus such as high-frequency power (RF power), pressure in the chamber, flow rate of gas introduced into the chamber, temperature in the chamber, etc. In such a case, a system has been constructed in which the processing of the apparatus can be stopped and a processing abnormality can be detected at an early stage. This is disclosed in Patent Document 1.

特開2002−203835号公報JP 2002-203835 A

上記従来の半導体基板のエッチング処理では、半導体基板の処理結果の検査をロットの処理後に行っており、プロセス中には半導体基板上の処理状態の異常を検知したとしても、不良品を製造することとなり、歩留まりが低下するという問題があった。   In the conventional semiconductor substrate etching process, the processing result of the semiconductor substrate is inspected after the lot processing, and a defective product is manufactured even if an abnormality in the processing state on the semiconductor substrate is detected during the process. Thus, there was a problem that the yield was lowered.

近年、上記従来の半導体基板のエッチング処理では、各工程にて、エッチング装置での処理時のプロセスパラメータ(例:電力、温度、圧力、ガスの流量、RF反射波など)毎に、それぞれ管理スペックを設定している。各プロセスパラメータについて、設定したスペックの範囲外の値を検出した場合に、そのエッチング装置のエッチング処理を停止している。多数のプロセスパラメータに対して、それぞれスペックを設定する必要があり、エッチング処理されたウエハの特性値が正常範囲内でも、一つのプロセスパラメータの値により装置のエッチング処理が停止する可能性があり、これによって、生産性の低下を生じる。一方で、特性値が正常範囲外であっても設備が停止しない可能性があり、歩留りの低下を生じる。このように、生産性、歩留りからの最適なスペック設定が困難であり、また、特性値が分からないため、歩留りへの影響を予測できないという課題がある。   In recent years, in the above conventional semiconductor substrate etching process, the management specifications for each process parameter (for example, power, temperature, pressure, gas flow rate, RF reflected wave, etc.) at the time of processing in the etching apparatus in each process. Is set. When a value outside the set specification range is detected for each process parameter, the etching process of the etching apparatus is stopped. It is necessary to set specifications for each of a large number of process parameters, and even if the characteristic value of the etched wafer is within the normal range, the etching process of the apparatus may stop depending on the value of one process parameter. This causes a decrease in productivity. On the other hand, even if the characteristic value is outside the normal range, the equipment may not stop, resulting in a decrease in yield. As described above, it is difficult to set an optimum specification based on productivity and yield, and there is a problem that the influence on the yield cannot be predicted because the characteristic value is unknown.

即ち、高周波電力、チャンバ内の圧力、チャンバ内に導入されるガスの流量、チャンバ内の温度などのエッチング装置のプロセスパラメータが独立して監視されており、個々のプロセスパラメータの半導体基板の特徴量への影響が明確になっていないために、複数のプロセスパラメータのうち一つでもプロセスパラメータがスペックの範囲外となった場合に半導体基板の特性に影響がない場合であってのも装置のエッチング処理がストップするために生産性を不必要に低下させてしまうという問題が生じていた。   That is, the process parameters of the etching apparatus such as the high-frequency power, the pressure in the chamber, the flow rate of the gas introduced into the chamber, and the temperature in the chamber are independently monitored, and the characteristic amount of the semiconductor substrate of each process parameter Even if one of the multiple process parameters falls outside the specification range, there is no effect on the characteristics of the semiconductor substrate even if there is no effect on the characteristics of the semiconductor substrate. Since the processing is stopped, there is a problem that productivity is unnecessarily lowered.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることができるエッチング処理などの基板処理制御装置および基板処理制御方法、この基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and includes a substrate processing control apparatus and a substrate processing control method, such as an etching process, capable of improving yield and productivity in the manufacture of semiconductor devices, and a method for controlling the substrate processing. It is an object of the present invention to provide a control program in which a processing procedure for causing a computer to execute each step is described, and a computer-readable readable storage medium in which the control program is stored.

本発明の基板処理制御装置は、装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段と、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出手段と、該特徴量算出手段で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段とを有し、該継続判断手段が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、該継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合には、該所定の基板の処理を停止するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The substrate processing control apparatus of the present invention includes a parameter extraction unit that extracts a current state of an apparatus parameter indicating an apparatus operation condition, a feature amount calculation unit that calculates a characteristic amount indicating an apparatus processing result from the current state of the apparatus parameter, A continuation determining unit that determines whether to continue the processing of the device depending on whether the feature amount calculated by the feature amount calculating unit is within a specified range, and the continuation determining unit determines to continue the processing of the device When the predetermined substrate processing is performed, and the continuation determining means determines that the processing of the apparatus is not continued, the processing of the predetermined substrate is stopped, thereby achieving the above object.

また、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合に、前記所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより前記特徴量が前記規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断手段と、該調整が可能であれば、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行って前記パラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段とを有する。   Preferably, when the continuation determination means in the substrate processing control apparatus of the present invention determines that the processing of the apparatus is not continued, the processing of the predetermined substrate is not stopped immediately, but the related apparatus parameters are controlled. In this way, it is determined whether or not the adjustment of the feature amount within the specified range is possible. If the adjustment is impossible, the adjustment determination means for stopping the processing of the predetermined substrate, and the adjustment If possible, adjustment control means for controlling the related apparatus parameters to perform adjustment processing so that the feature amount falls within a specified range and shifts to processing by the parameter extraction means.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極RFパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極RFパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む。   Further preferably, the apparatus parameters in the substrate processing control apparatus of the present invention are: the pressure in the chamber of the apparatus, the gas flow rate introduced into the chamber, the gas pressure for cooling the substrate back surface, the upper electrode RF power, the upper part It includes at least one of the lower electrode RF power for drawing the plasma generated by the electrode, the temperature in the chamber, the processing time, and the number of processed substrates.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む。   Still preferably, in a substrate processing control apparatus according to the present invention, the feature amount includes at least one of a line width, a film thickness, and a defect density of a circuit pattern formed on the substrate.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する。   Further preferably, the feature amount in the substrate processing control apparatus of the present invention is calculated from the apparatus parameters using a physical model or a statistical model.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー(SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトEtch Shift = −19.3 +0.772×Pressure −0.539×Cl2Flow +0.0260×HBrFlow −1.71×O2FLow +0.271×CF4Flow +0.0495×Back−He +0.0215 SourcePower +0.447×BiasPower
とする。
Further preferably, the apparatus parameters in the substrate processing control apparatus of the present invention are: pressure in the chamber (Pressure (mTorr)), four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 Flow and CF 4 Flow) introduced into the chamber. The gas flow rate (sccm), the back-cooling Back-He pressure (Torr), the upper electrode RF power (SourcePowerW), and the lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws plasma generated in the upper electrode, and the amount of etch shift relative to the apparatus parameters The prediction formula of the etch shift model as the physical model or statistical model by obtaining a coefficient from the relationship with
Etch Shift Etch Shift = −19.3 + 0.772 × Pressure−0.539 × Cl 2 Flow + 0.0260 × HBr Flow −1.71 × O 2 Flow + 0.271 × CF 4 Flow + 0.0495 × Back−He +0.0215 SourcePower +0.447 × BiasPower
And

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御装置における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー( SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチレート量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートEtch Rate = 485 +32.5×Pressure +6.89×Cl2Flow −3.15×HBrFlow +13.8×O2FLow +8.25×CF4Flow −5.00×Back−He +1.17 SourcePower +8.86×BiasPower
とする。
Further preferably, the apparatus parameters in the substrate processing control apparatus of the present invention are: pressure in the chamber (Pressure (mTorr)), four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 Flow and CF 4 Flow) introduced into the chamber. The gas flow rate (sccm), the back surface cooling Back-He pressure (Torr), the upper electrode RF power (SourcePowerW), and the lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws the plasma generated in the upper electrode, and the etching rate amount corresponding to the apparatus parameters The prediction formula of the etch rate model as the physical model or statistical model by obtaining a coefficient from the relationship with
Etch Rate Etch Rate = 485 + 32.5 × Pressure + 6.89 × Cl2Flow−3.15 × HBrFlow + 13.8 × O2FLow + 8.25 × CF4Flow−5.00 × Back−He + 1.17 SourcePower + 8.86 × BiasP
And

本発明の基板処理制御方法は、パラメータ抽出手段が、装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出工程と、特徴量算出手段が、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出工程と、継続判断手段が、特徴量算出工程で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断工程とを有し、該継続判断工程で装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、該継続判断工程で装置の処理を継続しないと判定した場合に該所定の基板の処理を停止するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   In the substrate processing control method of the present invention, the parameter extraction means extracts the current state of the apparatus parameter indicating the apparatus operating condition, and the feature amount calculation means indicates the apparatus processing result from the current state of the apparatus parameter. A feature amount calculating step for calculating the feature amount, and a continuation determining means for determining whether to continue the processing of the device depending on whether the feature amount calculated in the feature amount calculating step is within a specified range. The processing of the predetermined substrate is performed when it is determined that the processing of the apparatus is continued in the continuation determination step, and the processing of the predetermined substrate is stopped when it is determined that the processing of the device is not continued in the continuation determination step Thus, the above object is achieved.

また、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における継続判断工程で装置の処理を継続しないと判定した場合に、前記所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、調整判断手段が、関係する装置パラメータを制御することにより前記特徴量が前記規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断工程と、該調整が可能であれば、調整制御手段が、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行って前記パラメータ抽出工程による処理に移行する調整制御工程とを有する。   Preferably, when it is determined that the processing of the apparatus is not continued in the continuation determination step in the substrate processing control method of the present invention, the adjustment determination means does not immediately stop the processing of the predetermined substrate. An adjustment determination step of determining whether or not the adjustment of the feature amount within the specified range is possible by controlling an apparatus parameter to be performed, and stopping the processing of the predetermined substrate if the adjustment is impossible If the adjustment is possible, the adjustment control means controls the related apparatus parameter to perform adjustment processing so that the feature amount falls within a specified range, and shifts to the processing by the parameter extraction step. And a control process.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極RFパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極RFパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む。   Further preferably, in the substrate processing control method of the present invention, the apparatus parameters include the pressure in the chamber of the apparatus, the gas flow rate introduced into the chamber, the gas pressure for cooling the substrate back surface, the upper electrode RF power, the upper part It includes at least one of the lower electrode RF power for drawing the plasma generated by the electrode, the temperature in the chamber, the processing time, and the number of processed substrates.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む。   Still preferably, in a substrate processing control method according to the present invention, the feature amount includes at least one of a line width, a film thickness, and a defect density of a circuit pattern formed on the substrate.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する。   Further preferably, the feature amount in the substrate processing control method of the present invention is calculated from the apparatus parameter using a physical model or a statistical model.

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー( SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは前記統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトEtch Shift = −19.3 +0.772×Pressure −0.539×Cl2Flow +0.0260×HBrFlow −1.71×O2FLow +0.271×CF4Flow +0.0495×Back−He +0.0215 SourcePower +0.447×BiasPower
とする。
Further preferably, in the substrate processing control method of the present invention, the apparatus parameters include pressure in the chamber (Pressure (mTorr)), and four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 Flow and CF 4 Flow) introduced into the chamber. The gas flow rate (sccm), the back-surface cooling Back-He pressure (Torr), the upper electrode RF power (SourcePowerW), and the lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws plasma generated in the upper electrode, and the amount of etch shift relative to the apparatus parameters The coefficient is calculated from the relationship of the physical model or the prediction formula of the etch shift model as the statistical model,
Etch Shift Etch Shift = −19.3 + 0.772 × Pressure−0.539 × Cl 2 Flow + 0.0260 × HBr Flow −1.71 × O 2 Flow + 0.271 × CF 4 Flow + 0.0495 × Back−He +0.0215 SourcePower +0.447 × BiasPower
And

さらに、好ましくは、本発明の基板処理制御方法における装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー( SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチレート量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートEtch Rate = 485 +32.5×Pressure +6.89×Cl2Flow −3.15×HBrFlow +13.8×O2FLow +8.25×CF4Flow −5.00×Back−He +1.17 SourcePower +8.86×BiasPower
とする。
Further preferably, in the substrate processing control method of the present invention, the apparatus parameters include pressure in the chamber (Pressure (mTorr)), and four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 Flow and CF 4 Flow) introduced into the chamber. The gas flow rate (sccm), the back surface cooling Back-He pressure (Torr), the upper electrode RF power (SourcePowerW), and the lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws the plasma generated in the upper electrode, and the etching rate amount corresponding to the apparatus parameters By calculating the coefficient from the relationship, the prediction formula of the etch rate model as the physical model or statistical model,
Etch Rate Etch Rate = 485 + 32.5 × Pressure + 6.89 × Cl2Flow−3.15 × HBrFlow + 13.8 × O2FLow + 8.25 × CF4Flow−5.00 × Back−He + 1.17 SourcePower + 8.86 × BiasP
And

本発明の制御プログラムは、本発明の上記基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The control program according to the present invention describes a processing procedure for causing a computer to execute each step of the substrate processing control method according to the present invention, thereby achieving the above object.

本発明の可読記憶媒体は、本発明の上記制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能なものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The readable storage medium of the present invention is a computer-readable storage medium storing the control program of the present invention, thereby achieving the above object.

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。   With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.

半導体デバイスの歩留り改善や短納期化のためには、無駄のない生産を行う必要がある。そのためには、半導体ウェハである基板の線幅、膜厚および欠陥数などの特性値を短時間かつ精度良く予測することができる製造装置の制御方法が有効である。   In order to improve the yield of semiconductor devices and shorten the delivery time, it is necessary to perform production without waste. For this purpose, a method for controlling a manufacturing apparatus that can predict characteristic values such as a line width, a film thickness, and the number of defects of a substrate which is a semiconductor wafer in a short time with high accuracy is effective.

本発明においては、圧力やガス流量などの装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段と、装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す線幅や膜厚などの特徴量を算出する特徴量算出手段と、算出した特徴量が規定範囲かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段とを有し、継続判断手段が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の処理を行い、継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合には、所定の処理を停止する。   In the present invention, the parameter extraction means for extracting the current state of the apparatus parameters indicating the apparatus operating conditions such as pressure and gas flow rate, and the feature amount such as the line width and the film thickness indicating the apparatus processing result from the current state of the apparatus parameters. A feature amount calculating means for calculating and a continuation determining means for determining whether or not to continue the processing of the device depending on whether or not the calculated feature amount is within a specified range, and the continuation determining means determines to continue the processing of the device When the predetermined process is performed and the continuation determination unit determines that the process of the apparatus is not continued, the predetermined process is stopped.

また、継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかどうかを判断し、調整が不可能であれば、所定の処理を停止する調整判断手段と、その調整が可能であれば、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行ってパラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段とを有する。   In addition, when the continuation determination unit determines that the processing of the device is not continued, whether or not the feature amount falls within the specified range by controlling the related device parameter instead of immediately stopping the predetermined processing. Judgment is made on whether or not adjustment is possible. If adjustment is not possible, adjustment determination means for stopping a predetermined process, and if adjustment is possible, the related apparatus parameter is controlled to define the feature amount. Adjustment control means for performing adjustment processing so as to be within the range and shifting to processing by the parameter extraction means.

このように、特徴量算出手段が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行って、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることが可能となる。   In this way, the continuation determination unit determines whether to continue the processing of the device depending on whether the feature amount calculated from the device parameters in the current state by the feature amount calculation unit is within the specified range, or the adjustment control unit It is possible to improve the yield and productivity in the manufacture of semiconductor devices by controlling the device parameters to perform adjustment processing so that the feature amount falls within the specified range.

以上により、本発明によれば、特徴量算出手段が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理するため、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることができる。   As described above, according to the present invention, the continuation determination unit determines whether or not to continue the processing of the device depending on whether or not the feature amount calculated from the device parameter in the current state by the feature amount calculation unit is within the specified range, or adjusts Since the control means controls the related apparatus parameters and performs the adjustment processing so that the feature amount falls within the specified range, it is possible to improve the yield and productivity in manufacturing the semiconductor device.

本発明の実施形態1におけるエッチング制御装置の要部構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structural example of the etching control apparatus in Embodiment 1 of this invention. 図1のエッチング制御装置1の動作を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining the operation of the etching control apparatus 1 of FIG. 1. 本実施形態1のプラズマエッチング装置を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the plasma etching apparatus of this Embodiment 1 typically. 代表的なゲートエッチング工程(その1)を説明するための半導体装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the semiconductor device for demonstrating a typical gate etching process (the 1). 代表的なゲートエッチング工程(その2)を説明するための半導体装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the semiconductor device for demonstrating a typical gate etching process (the 2). 線幅予測のためのエッチシフト量を管理するエッチシフトモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチシフト量の依存性を示す図である。It is a figure for demonstrating the etch shift model which manages the etch shift amount for line | wire width prediction, Comprising: It is a figure which shows the dependence of the etch shift amount of the vertical axis | shaft with respect to each apparatus parameter of a horizontal axis. エッチシフト量の予測値と実測値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the predicted value of etch shift amount, and an actual value. 膜厚予測のためのエッチ量を管理するエッチレートモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチレート量の依存性を示す図である。It is a figure for demonstrating the etching rate model which manages the etching amount for film thickness prediction, Comprising: It is a figure which shows the dependence of the etching rate amount of the vertical axis | shaft with respect to each apparatus parameter of a horizontal axis. エッチ量の予測値と実測値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the predicted value of etching amount, and an actual value. 欠陥数予測のためのパーティクル数を管理する欠陥数モデルを説明するための図であって、エッチング装置の累積処理枚数に対するウエハ当たりのパーティクル数を示す図である。It is a figure for demonstrating the defect number model which manages the particle number for defect number prediction, Comprising: It is a figure which shows the particle number per wafer with respect to the cumulative processing number of sheets of an etching apparatus.

以下に、本発明の半導体製品の製造における基板処理制御方法および基板処理制御装置の実施形態1について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。   Hereinafter, a substrate processing control method and a substrate processing control apparatus according to a first embodiment of the present invention for manufacturing a semiconductor product will be described in detail with reference to the drawings. In addition, each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1におけるエッチング制御装置の要部構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a main part of an etching control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、本実施形態1の基板処理制御装置としてのエッチング制御装置1は、コンピュータシステムで構成されており、各種入力指令を可能とするキーボードやマウス、画面入力装置などの操作入力部2と、各種入力指令に応じて表示画面上に、初期画面、選択誘導画面および処理結果画面などの各種画像を表示可能とする表示部3と、全体的な制御を行う制御手段としてのCPU4(中央演算処理装置)と、CPU4の起動時にワークメモリとして働く一時記憶手段としてのRAM5と、CPU4を動作させるための制御プログラムおよびこれに用いる各種データなどが記録されたコンピュータ読み取り可能な可読記録媒体(記憶手段)としてのROM6とを有している。   In FIG. 1, an etching control apparatus 1 as a substrate processing control apparatus according to the first embodiment is configured by a computer system, and includes an operation input unit 2 such as a keyboard, a mouse, and a screen input apparatus that allows various input commands. , A display unit 3 that can display various images such as an initial screen, a selection guide screen, and a processing result screen on a display screen in response to various input commands, and a CPU 4 (central processing unit) that performs overall control. Processor), RAM 5 as temporary storage means that works as a work memory when the CPU 4 is started up, a computer-readable readable recording medium (storage means) in which a control program for operating the CPU 4 and various data used therefor are recorded. ) As a ROM 6.

CPU4は、操作入力部2からの入力指令の他、ROM6内からRAM5内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、圧力、温度、RFパワーおよびガス流量などの装置動作条件を示す装置パラメータ(プロセスパラメータ)の現状態を抽出するパラメータ抽出手段41と、装置パラメータの現状態から、エッチング処理後の線幅や膜厚などの装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出手段42と、算出した特徴量が規定範囲かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段43とを有し、継続判断手段43が規定範囲内で装置の処理を継続すると判定した場合に所定のエッチング処理を行い、継続判断手段43が規定範囲外で装置の処理を継続しないと判定した場合には、所定のエッチング処理を停止する。   The CPU 4 performs apparatus operation conditions such as pressure, temperature, RF power, and gas flow rate based on a control program read from the ROM 6 into the RAM 5 and various data used for the input command from the operation input unit 2. A parameter extracting unit 41 for extracting the current state of the apparatus parameter (process parameter) indicating the characteristic amount, and a feature amount for calculating a characteristic amount indicating the apparatus processing result such as the line width and film thickness after the etching process from the current state of the apparatus parameter A calculating unit 42 and a continuation determining unit 43 that determines whether or not to continue the processing of the device depending on whether or not the calculated feature amount is within a specified range, and the continuation determining unit 43 continues the processing of the device within the specified range. When the determination is made, a predetermined etching process is performed, and when the continuation determination unit 43 determines that the apparatus process is not continued outside the specified range, To stop the etching process.

また、好ましくは、CPU4は、操作入力部2からの入力指令の他、ROM6内からRAM5内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、継続判断手段43が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定のエッチング処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかを判断し、その調整が不可能であれば(NO)、エッチング処理を停止する調整判断手段44と、その調整が可能であれば(YES)、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理する調整制御手段45とを有している。   Preferably, the CPU 4 determines that the continuation determination unit 43 performs the processing of the apparatus based on an input command from the operation input unit 2 and a control program read from the ROM 6 to the RAM 5 and various data used for the control program. If it is determined not to continue, instead of immediately stopping the predetermined etching process, it is determined whether it is possible to adjust whether the feature amount is within the specified range by controlling the relevant apparatus parameters, If the adjustment is impossible (NO), the adjustment determination means 44 for stopping the etching process, and if the adjustment is possible (YES), the related apparatus parameters are controlled to make the feature amount within the specified range. Adjustment control means 45 for performing the adjustment processing as described above.

パラメータ抽出手段41は、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した基板に対して、基板のエッチング工程の装置パラメータの現状態を抽出する。装置パラメータの現状態は、さらに詳細に後述するが、現時点でのチャンバ内の圧力(mTorr)、チャンバ内に導入されるガス流量(sccm)、裏面冷却用のHe圧力(Torr)、上部電極RFパワー(高周波電力W)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(高周波電力W)、さらに、チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む。   The parameter extracting means 41 extracts the current state of the apparatus parameters of the substrate etching process for the substrate on which the circuit pattern composed of at least one pattern region is formed. The current state of the apparatus parameters will be described later in more detail. The current pressure in the chamber (mTorr), the flow rate of gas introduced into the chamber (sccm), the He pressure for backside cooling (Torr), the upper electrode RF It includes at least one of power (high-frequency power W), lower electrode RF power (high-frequency power W) for drawing plasma generated by the upper electrode, temperature in the chamber, processing time, and the number of processed substrates.

特徴量算出手段42は、各エッチング工程の装置パラメータから基板毎の特徴量を算出する。基板毎の特徴量としては、基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度などのいずれかを含む。基板毎の特徴量の算出には、基板の各エッチング工程の装置パラメータから、詳細に後述する物理モデルまたは統計モデルを用いる。   The feature amount calculation means 42 calculates the feature amount for each substrate from the apparatus parameters of each etching process. The feature quantity for each substrate includes any of the line width, film thickness, defect density, and the like of the circuit pattern formed on the substrate. For the calculation of the feature amount for each substrate, a physical model or a statistical model, which will be described in detail later, is used from the apparatus parameters of each etching process of the substrate.

継続判断手段43は、算出された基板毎の特徴量が、設定された規定範囲外の場合に装置の処理を停止し、また、算出された基板毎の特徴量が、設定された規定範囲内の場合に装置のエッチング処理を継続する。従来であれば、多数存在する装置パラメータのうちの少なくとも一つが所定の規定範囲を脱した場合に装置のエッチング処理を停止していたが、本実施形態1では、装置パラメータの一つが所定範囲を脱した場合であっても、複数または多数の装置パラメータから計算された基板毎の特徴量が設定された規定範囲を脱しない限り、装置のエッチング処理は停止されないので、装置のエッチング処理などの処理を停止する確率が少なくなって歩留まりを含め生産性が向上する。   The continuation determination unit 43 stops the processing of the apparatus when the calculated feature value for each board is outside the set specified range, and the calculated feature value for each board is within the set specified range. In this case, the etching process of the apparatus is continued. Conventionally, the etching process of the apparatus is stopped when at least one of a large number of apparatus parameters deviates from the predetermined specified range. However, in the first embodiment, one of the apparatus parameters falls within the predetermined range. Even if it has been removed, the etching process of the apparatus will not be stopped unless the characteristic amount for each substrate calculated from a plurality of or a large number of apparatus parameters is set. Therefore, the process such as the etching process of the apparatus is not stopped. And the productivity including yield is improved.

また、好ましくは、継続判断手段43において、装置パラメータの変化に対する基板毎の特徴量の変化が大きい装置パラメータが所定範囲を脱した場合には、装置の処理を停止しなければ不良になることが多いが、このような場合にも、所定のエッチング処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかを判断し、その調整が不可能であれば(NO)、エッチング処理を停止する調整判断手段44を設けることができる。   Preferably, in the continuation determination unit 43, when a device parameter having a large change in the feature value for each substrate with respect to a change in the device parameter is out of a predetermined range, it may be defective unless the processing of the device is stopped. In many cases, however, the predetermined etching process is not stopped immediately, but it is determined whether the feature amount can be adjusted by controlling the related apparatus parameters. If the adjustment is impossible (NO), an adjustment determination means 44 for stopping the etching process can be provided.

調整判断手段44は、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかの特徴量が規定範囲内になるかどうか、つまり調整可能かどうを判断する。   The adjustment determination unit 44 controls each related apparatus parameter to determine whether or not at least one of the feature amounts of the line width, the film thickness, and the defect density falls within a specified range, that is, whether the adjustment is possible. .

調整制御手段45は、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度の特徴量が各規定範囲内になるように調整処理を行って、パラメータ抽出手段41による処理に移行する。   The adjustment control means 45 controls each related apparatus parameter, performs adjustment processing so that the feature values of the line width, film thickness, and defect density are within the specified ranges, and proceeds to the processing by the parameter extraction means 41. To do.

ROM6は、ハードディスク、光ディスク、磁気ディスクおよびICメモリなどの可読記録媒体(記憶手段)で構成されている。この制御プログラムおよびこれに用いる各種データは、携帯自在な光ディスク、磁気ディスクおよびICメモリなどからROM6にダウンロードされてもよいし、コンピュータのハードディスクからROM6にダウンロードされてもよいし、無線または有線、インターネットなどを介してROM6にダウンロードされてもよい。後述するエッチング制御方法をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラムをコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体に格納して、コンピュータ(CPU4)によりエッチング制御するものである。   The ROM 6 is configured by a readable recording medium (storage means) such as a hard disk, an optical disk, a magnetic disk, and an IC memory. The control program and various data used for the control program may be downloaded to the ROM 6 from a portable optical disk, a magnetic disk, an IC memory, or the like, or may be downloaded to the ROM 6 from a hard disk of a computer, or wirelessly, wired, or the Internet. It may be downloaded to the ROM 6 via the above. A control program in which a processing procedure for causing a computer to execute an etching control method to be described later is stored in a computer-readable readable storage medium, and etching control is performed by a computer (CPU 4).

次に、半導体製品の製造における基板処理制御方法としてのエッチング制御方法について説明する。   Next, an etching control method as a substrate processing control method in the manufacture of semiconductor products will be described.

本実施形態1の基板処理制御方法として、エッチング制御装置1を用いたエッチング制御方法は、パラメータ抽出手段41が、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した基板(ウエハ)に対して、基板のエッチング工程の装置パラメータを抽出するパラメータ抽出工程と、特徴量算出手段42が、各エッチング工程の装置パラメータから基板毎の特徴量を算出する特徴量算出工程と、継続判断手段43が、算出された特徴量の目標値に基づいて装置の処理を装置パラメータを変更して継続、または算出された基板毎の特徴量が設定された規定範囲外の場合に装置の処理を停止する継続判断工程とを有する。   As a substrate processing control method according to the first embodiment, an etching control method using the etching control apparatus 1 is configured such that the parameter extraction unit 41 is a substrate (wafer) on which a circuit pattern including at least one pattern region is formed. The parameter extraction step for extracting the apparatus parameters of the etching process, the feature amount calculating means 42 calculates the feature amount calculating process for calculating the feature amount for each substrate from the apparatus parameters of each etching process, and the continuation determining means 43 are calculated. A process for determining whether to continue the process of the apparatus based on the target value of the characteristic amount by changing the apparatus parameter, or to stop the process of the apparatus when the calculated characteristic amount for each substrate is outside the set specified range; Have

また、好ましくは、エッチング制御方法は、操作入力部2からの入力指令の他、ROM6内からRAM5内に読み出された制御プログラムおよびこれに用いる各種データに基づいて、継続判断手段43が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定のエッチング処理をすぐに中止するのではなく、調整判断手段44が、関係する各装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかを判断し、調整が不可能であれば(NO)、エッチング処理を停止する調整判断工程と、その調整が可能であれば(YES)、調整制御手段45が、関係する各装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理する調整制御工程とを有している。   Preferably, in the etching control method, the continuation determination means 43 is based on a control program read from the ROM 6 into the RAM 5 and various data used therefor in addition to an input command from the operation input unit 2. If it is determined that the process is not continued, the predetermined etching process is not stopped immediately, but the adjustment determination unit 44 controls whether or not the feature amount falls within the specified range by controlling each related apparatus parameter. If the adjustment is impossible (NO), the adjustment determination step for stopping the etching process, and if the adjustment is possible (YES), the adjustment control means 45 includes the related steps. An adjustment control step for adjusting the apparatus parameters so that the feature amount falls within the specified range.

半導体基板のエッチング処理において、エッチング装置のパラメータは、処理後に計測される線幅や膜厚および欠陥数などの半導体製品の特徴量より算出される。これにより、処理状態が適切(特徴量が規定範囲内)であると認められるときは、半導体基板に対するエッチング処理をそのままの継続し、エッチング処理状態が不適切(特徴量が規定範囲外)であると認められるときは、半導体基板に対する装置パラメータ(プロセスパラメータ)の少なくともいずれかを変更するかまたは半導体基板に対するエッチング処理を停止する。このようにして、半導体基板に対するエッチング処理中に適切な処置をとることにより、半導体装置の製造における歩留まりの向上を図ることが可能となり、生産性の低下を最小限に抑えることが可能となる。   In the etching process of a semiconductor substrate, the parameters of the etching apparatus are calculated from the feature quantities of the semiconductor product such as the line width, the film thickness, and the number of defects measured after the process. As a result, when it is recognized that the processing state is appropriate (feature amount is within the specified range), the etching process on the semiconductor substrate is continued as it is, and the etching processing state is inappropriate (the feature amount is outside the specified range). If it is recognized, at least one of apparatus parameters (process parameters) for the semiconductor substrate is changed or the etching process for the semiconductor substrate is stopped. In this way, by taking appropriate measures during the etching process on the semiconductor substrate, it is possible to improve the yield in the manufacture of the semiconductor device, and to minimize the decrease in productivity.

上記構成により、以下、その動作を説明する。   The operation of the above configuration will be described below.

図2は、図1のエッチング制御装置1の動作を説明するためのフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the etching control apparatus 1 of FIG.

図2に示すように、まず、ステップS1でパラメータ抽出手段41が装置パラメータの現状況のモニタリングを行う。このモニタリングは、パラメータ抽出手段41が、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した基板(半導体ウエハ)に対して、基板のエッチング工程のチャンバ圧力やガス流量などの装置パラメータの現状態を検出する。   As shown in FIG. 2, first, in step S1, the parameter extraction means 41 monitors the current status of the apparatus parameters. In this monitoring, the parameter extraction means 41 detects the current state of apparatus parameters such as chamber pressure and gas flow rate in the substrate etching process for a substrate (semiconductor wafer) on which a circuit pattern consisting of at least one pattern region is formed. To do.

次に、ステップS2〜S4で同時に、特徴量算出手段42が、基板の各エッチング工程で抽出した各装置パラメータから、後述する物理モデルまたは統計モデルを用いて、ステップS2で特徴量の線幅のエッチシフトを計算して予測し、ステップS3で特徴量の膜厚のエッチレートを計算して予測し、ステップS4で特徴量の欠陥密度を装置パラメータの基板処理枚数から予測する。   Next, at the same time in steps S2 to S4, the feature quantity calculation means 42 uses the physical model or statistical model described later from each apparatus parameter extracted in each etching process of the substrate, and in step S2, the feature quantity line width is calculated. The etch shift is calculated and predicted. In step S3, the etch rate of the film thickness of the feature amount is calculated and predicted. In step S4, the defect density of the feature amount is predicted from the number of processed substrates in the apparatus parameter.

続いて、ステップS5〜S7で同時に継続判断手段43が継続判断処理を行う。即ち、ステップS5で継続判断手段43が、ステップS2で予測した線幅のエッチシフト量が規定範囲内にあるかどうか、即ち、ステップS2で予測した線幅が「OK」かどうかを判断する。また、ステップS6で継続判断手段43が、ステップS3で予測した膜厚のエッチレート量が規定範囲内にあるかどうか、即ち、ステップS3で予測した膜厚が「OK」かどうかを判断する。また、ステップS7で継続判断手段43が、ステップS4で予測した欠陥数(パーティクル数)が規定範囲内かどうか、即ち、ステップS4で予測した欠陥密度が「OK」かどうかを判断する。   Subsequently, in steps S5 to S7, the continuation determination unit 43 performs continuation determination processing at the same time. That is, in step S5, the continuation determination unit 43 determines whether the etch shift amount of the line width predicted in step S2 is within a specified range, that is, whether the line width predicted in step S2 is “OK”. In step S6, the continuation determination unit 43 determines whether or not the etching rate of the film thickness predicted in step S3 is within a specified range, that is, whether or not the film thickness predicted in step S3 is “OK”. In step S7, the continuation determination unit 43 determines whether the number of defects (number of particles) predicted in step S4 is within a specified range, that is, whether the defect density predicted in step S4 is “OK”.

さらに、ステップS8で、ステップS2で予測した線幅が「OK」、ステップS3で予測した膜厚が「OK」およびステップS4で予測した欠陥密度が「OK」の全て「OK」かどうかを継続判断手段43が判断する。継続判断手段43が、各特徴量の全てが「OK」の場合に、次のステップS9で基板のエッチング処理を実行して良好な線幅、膜厚および欠陥密度とすることができる。   Further, in step S8, it is continued whether or not the line width predicted in step S2 is “OK”, the film thickness predicted in step S3 is “OK”, and the defect density predicted in step S4 is “OK”. The determination means 43 determines. When all of the feature values are “OK”, the continuation determination unit 43 can execute the substrate etching process in the next step S9 to obtain a good line width, film thickness, and defect density.

次に、ステップS5〜S7で継続判断手段43による継続判断処理において少なくともいずれかが「NO」の場合、即ち、線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかが規定範囲内ではない場合(特徴量が規定範囲外)に、ステップS10において、調整判断手段44が、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかが規定範囲内になるかどうか、つまり調整可能かどうを判断する。ステップS10で調整が不可能な場合(NO)にはステップS11でエッチング処理を停止処理する。   Next, when at least one of the continuation determination processes by the continuation determination unit 43 is “NO” in steps S5 to S7, that is, at least one of the line width, the film thickness, and the defect density is not within the specified range. In step S10, the adjustment determination unit 44 controls each related apparatus parameter so that at least one of the line width, the film thickness, and the defect density is within the specified range. To determine whether it is adjustable. If adjustment is impossible in step S10 (NO), the etching process is stopped in step S11.

また、ステップS10で調整が可能な場合(YES)には、ステップS12で調整制御手段45が、関係する各装置パラメータを制御して、線幅、膜厚および欠陥密度が各規定範囲内になるように調整処理する。その調整処理後、ステップS1の関係する各装置パラメータのモニタリング処理に移行する。   If adjustment is possible in step S10 (YES), the adjustment control means 45 controls each related apparatus parameter in step S12, and the line width, film thickness, and defect density fall within the specified ranges. Adjust processing as follows. After the adjustment process, the process proceeds to a monitoring process of each related apparatus parameter in step S1.

ここで、本実施形態1のエッチング制御装置1およびこれを用いたエッチング制御方法についてさらに詳細に説明する。まずは、プラズマエッチング装置について簡単に説明する。   Here, the etching control apparatus 1 of Embodiment 1 and the etching control method using the same will be described in more detail. First, the plasma etching apparatus will be briefly described.

図3は、本実施形態1のプラズマエッチング装置を模式的に示す縦断面図である。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the plasma etching apparatus of the first embodiment.

図3において、本実施形態1のプラズマエッチング装置11は、ドーム状部材12の外周側にコイル13が巻きつけられて上部電極14を構成している。下部電極を構成するステージ15上に半導体ウエハ16が搭載されている。上部電極14と下部電極上の半導体ウエハ16との間の上部電極14側に、チャンバ17内にここでは4種類のCl、HBr、OおよびCFのガスを導入するガス導入口を持つガス導入管18が配設されている。下部電極を構成するステージ15には、半導体ウエハ16の裏面を冷却するためのHeが供給されている。 In FIG. 3, the plasma etching apparatus 11 according to the first embodiment forms an upper electrode 14 by winding a coil 13 around the outer periphery of a dome-shaped member 12. A semiconductor wafer 16 is mounted on a stage 15 constituting the lower electrode. On the upper electrode 14 side between the upper electrode 14 and the semiconductor wafer 16 on the lower electrode, there is a gas introduction port for introducing four kinds of gases of Cl 2 , HBr, O 2 and CF 4 into the chamber 17 here. A gas introduction pipe 18 is provided. The stage 15 constituting the lower electrode is supplied with He for cooling the back surface of the semiconductor wafer 16.

上記構成により、上部電極14に所定のRFパワー(高周波電力W)が印加され、上部電極14で発生したガス導入管18からのガスのプラズマを引き込む下部電極に所定のRFパワーが印加されて、ステージ15上の基板としての半導体ウエハ16、即ち、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した半導体ウエハ16上のレジスト膜が開口した部分が所定線幅で所定膜厚になるようにエッチング処理される。   With the above configuration, a predetermined RF power (high-frequency power W) is applied to the upper electrode 14, and a predetermined RF power is applied to the lower electrode that draws the gas plasma from the gas introduction pipe 18 generated in the upper electrode 14, Etching treatment is performed so that a portion of the semiconductor wafer 16 as a substrate on the stage 15, that is, a portion of the semiconductor wafer 16 on which a circuit pattern including at least one pattern region is formed, has a predetermined line width and a predetermined film thickness. Is done.

次に、代表的なエッチング工程の一つであるゲートエッチング工程の制御について説明する。   Next, control of a gate etching process which is one of typical etching processes will be described.

図4および図5は、代表的なゲートエッチング工程を説明するための半導体装置の縦断面図である。   4 and 5 are vertical sectional views of the semiconductor device for explaining a typical gate etching process.

図4に示すように、まず、半導体ウエハとしてのシリコンウエハなどからなる半導体基板21上に、LOCOS法やShallow Trench Isolation(STI)などの既知の方法で素子分離層22を形成して素子分離を行い、半導体基板21上に、フォトレジストパターンを形成し、イオン注入および熱処理を行ってウェル形成を行う(図示しない)。   As shown in FIG. 4, first, an element isolation layer 22 is formed on a semiconductor substrate 21 made of a silicon wafer or the like as a semiconductor wafer by a known method such as a LOCOS method or Shallow Trench Isolation (STI). A photoresist pattern is formed on the semiconductor substrate 21, and well formation is performed by ion implantation and heat treatment (not shown).

半導体基板21上にCVD法や熱酸化などにより、例えばSiO膜またはSiON膜からなるゲート酸化膜23を形成し、さらに例えばポリシリコン膜(またはメタル)からなるゲート膜24を形成する。その後、既知のアライメント方法でゲート膜を24上にレジストパターン25を形成し、プラズマエッチング装置11に供じる(図3)。 A gate oxide film 23 made of, for example, a SiO 2 film or a SiON film is formed on the semiconductor substrate 21 by CVD or thermal oxidation, and a gate film 24 made of, for example, a polysilicon film (or metal) is further formed. Thereafter, a resist pattern 25 is formed on the gate film 24 by a known alignment method, and used for the plasma etching apparatus 11 (FIG. 3).

プラズマエッチング装置11によるエッチング処理時の制御については詳細は後述する。その後に残存するレジストパターン25を例えば酸素プラズマなどにより除去した後、ゲートパターン側壁に付着するエッチング処理時の反応生成物を例えばフッ化水素などの薬液を用いて除去し、図5に示すように、半導体基板21上の所定位置に所望形状のゲート電極24aを形成する。   Details of the control during the etching process by the plasma etching apparatus 11 will be described later. Thereafter, the remaining resist pattern 25 is removed by, for example, oxygen plasma, and then a reaction product adhering to the side wall of the gate pattern is removed by using a chemical such as hydrogen fluoride, as shown in FIG. Then, a gate electrode 24 a having a desired shape is formed at a predetermined position on the semiconductor substrate 21.

ゲート電極24aを形成後の半導体基板21が所望の特性(例えば線幅、膜厚、ゲート酸化膜残膜および欠陥密度など)が得られているかを計測する。   It is measured whether the semiconductor substrate 21 after the formation of the gate electrode 24a has desired characteristics (for example, line width, film thickness, gate oxide film residual film, defect density, etc.).

その後、イオン注入工程や熱処理工程を実施し、層間絶縁膜として、例えばBPSGまたは熱酸化により成膜したシリコン酸化膜を形成し、CMP法などで平坦化した後にコンタクトホールを既知のリソグラフィー法やドライエッチング法で形成し、タングステンなどの材料を埋め込んでコンタクトプラグを形成し、その上部にアルミニウムなどの材料で金属配線層を形成する。さらに、その後は、半導体製品に必要とされる金属配線層をビアプラグを介して既知の方法で形成し、最後に最上層の金属配線層上に接続窓を形成して半導体装置を得る(図示しない)。   Thereafter, an ion implantation process or a heat treatment process is performed, and a silicon oxide film formed by, for example, BPSG or thermal oxidation is formed as an interlayer insulating film. After planarization by CMP or the like, the contact hole is formed by a known lithography method or dry process. A contact plug is formed by embedding a material such as tungsten by an etching method, and a metal wiring layer is formed on the upper portion thereof by using a material such as aluminum. Further, thereafter, a metal wiring layer required for the semiconductor product is formed by a known method through a via plug, and finally a connection window is formed on the uppermost metal wiring layer to obtain a semiconductor device (not shown). ).

次に、ゲートエッチング工程の制御のうち線幅制御方法について説明する。   Next, a line width control method in the control of the gate etching process will be described.

ゲートエッチング工程の装置パラメータ(プロセスパラメータ)としては、例えば、(1)処理時の圧力、(2)ガスの種類および供給量(ガスの種類は例えば、塩素ガス、臭化水素ガス、酸素、4フッ化メタン)、(3)半導体基板冷却用ガス(ヘリウム)の圧力、(4)RFパワー、(5)処理時間などがある。   The apparatus parameters (process parameters) of the gate etching process are, for example, (1) pressure during processing, (2) gas type and supply amount (gas types are, for example, chlorine gas, hydrogen bromide gas, oxygen, 4 Fluorinated methane), (3) pressure of semiconductor substrate cooling gas (helium), (4) RF power, and (5) processing time.

例えばゲートエッチング条件として、圧力60ミリトール(mTorr)、塩素流量 60sccm、臭化水素流量100sccm、酸素流量5sccm、4フッ化炭素流量25sccm、冷却用ヘリウムガス圧力8トール(Torr)、RFパワー(ソース電極;上部電極)800W、(バイアス電極;下部電極)80Wの条件について、各装置パラメータを独立で変化させた場合のエッチシフト値を算出し、エッチシフト値の各パラメータ毎の依存性を算出する。これを後述する図6に示している。   For example, gate etching conditions are as follows: pressure 60 mTorr (mTorr), chlorine flow rate 60 sccm, hydrogen bromide flow rate 100 sccm, oxygen flow rate 5 sccm, carbon tetrafluoride flow rate 25 sccm, cooling helium gas pressure 8 Torr (Torr), RF power (source electrode) ; For the conditions of upper electrode) 800W and (bias electrode; lower electrode) 80W, the etch shift value is calculated when each device parameter is changed independently, and the dependence of the etch shift value for each parameter is calculated. This is shown in FIG.

全ての装置パラメータとエッチシフト量の関係より、物理モデルまたは統計モデルとして例えばエッチシフトモデルは以下のように抽出する。   For example, an etch shift model is extracted as a physical model or a statistical model from the relationship between all the apparatus parameters and the etch shift amount as follows.

エッチシフト量=k + α*圧力 + β*塩素流量 + γ*臭化水素流量 + θ*酸素流量 + w*4フッ化炭素 + x*冷却用ヘリウム圧力 + y*RFパワー(ソース電極) + z*RFパワー(バイアス電極)
k、α、β、γ、θ、w、x、y、zはそれぞれ係数が算出される。
Etch shift amount = k + α * pressure + β * chlorine flow rate + γ * hydrogen bromide flow rate + θ * oxygen flow rate + w * 4 fluorocarbon + x * cooling helium pressure + y * RF power (source electrode) + z * RF power (bias electrode)
Coefficients are calculated for k, α, β, γ, θ, w, x, y, and z, respectively.

上記で算出されたエッチシフトモデルおよび各係数とエッチシフトのターゲットよりエッチング処理時の装置パラメータのスペック(許容値)が算出される。   The specifications (allowable values) of the apparatus parameters during the etching process are calculated from the etch shift model calculated above, each coefficient, and the etch shift target.

上記で算出されたスペックを各装置パラメータで抽出した値からエッチシフトモデルに基づくエッチシフト量の予測値を算出する機能を有する制御装置へ入力することにより、定められたスペックの規定範囲内で半導体基板の処理が行われる。また、処理中にスペックの範囲を超えた処理が行われた場合には、エッチング処理を停止またはエッチシフト値がスペック内(規定範囲内)となるように各装置パラメータの変更により処理が継続され得る。   By inputting to the control device having the function of calculating the predicted value of the etch shift amount based on the etch shift model from the values extracted by the device parameters from the values calculated above, the semiconductor within the specified range of the specified specifications Substrate processing is performed. If processing exceeding the specification range is performed during processing, the processing is continued by stopping the etching process or changing each device parameter so that the etch shift value is within the specification (within the specified range). obtain.

さらに、図6および図7を用いてゲートエッチング工程の制御項目のうち線幅制御方法について更に具体的に説明する。   Further, the line width control method among the control items of the gate etching process will be described more specifically with reference to FIGS.

図6は、線幅予測のためのエッチシフト量を管理するエッチシフトモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチシフト量の依存性を示す図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining an etch shift model for managing the etch shift amount for line width prediction, and showing the dependency of the vertical axis etch shift amount on each apparatus parameter on the horizontal axis. .

図6に示すように、縦軸がエッチシフト量で、横軸が、エッチング装置の装置パラメータとして、左からチャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(Cl、HBr、OおよびCF)のガス流量(sccm)、裏面冷却のHe圧力(Torr)、上部電極RFパワー(高周波電力W)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(高周波電力W)である。 As shown in FIG. 6, the vertical axis represents the etch shift amount, and the horizontal axis represents the apparatus parameters of the etching apparatus. From the left, the pressure Pressure (mTorr) in the chamber and the four types introduced into the chamber (Cl 2 , HBr) , O 2 and CF 4 ) gas flow rate (sccm), back surface cooling He pressure (Torr), upper electrode RF power (high frequency power W), lower electrode RF power (high frequency power W) for drawing plasma generated in the upper electrode It is.

エッチシフト量とは、例えばゲートのポリシリコン(またはメタル)をエッチングする場合に、エッチング後の線幅−フォト後の線幅に対応しており、エッチングでどれだけ線幅が変動したかを示す値である。フォト後の線幅はエッチング時点で分かっているので、エッチング装置で制御するのはエッチシフト量であって、エッチシフト量がエッチング装置の個々のパラメータに対してどの程度の係数になっているのかである。8種類のパラメータに対するエッチシフト量の関係において、中心にあるのは個々のパラメータの制御すべきターゲットである。個々のパラメータがエッチング装置側で変化したときに、エッチング後の線幅がどの程度変動するのかを予測することができる。   The etch shift amount corresponds to, for example, the line width after etching−the line width after photo when etching polysilicon (or metal) of the gate, and indicates how much the line width has changed by etching. Value. Since the line width after photo is known at the time of etching, it is the etch shift amount that is controlled by the etching apparatus, and what is the coefficient of the etch shift amount for each parameter of the etching apparatus? It is. In the relationship of the etch shift amount with respect to the eight kinds of parameters, what is at the center is a target to be controlled for each parameter. When individual parameters change on the etching apparatus side, it is possible to predict how much the line width after etching varies.

この8種類の装置パラメータに対するエッチシフトの関係から係数を求めて予測式(エッチシフトモデル)を作ることができる。   A prediction formula (etch shift model) can be created by obtaining a coefficient from the relationship of the etch shift to these eight kinds of apparatus parameters.

エッチシフトEtch Shift = −19.3 +0.772×Pressure −0.539×Cl2Flow +0.0260×HBrFlow −1.71×O2FLow +0.271×CF4Flow +0.0495×Back−He +0.0215 SourcePower +0.447×BiasPower
この予測式(エッチシフトモデル)を用いてエッチシフト量を予測することができる。例えば、チャンバ内の圧力のターゲットが5mTorrのところ、従来では、4mTorrになるとエッチング装置のエッチング処理が停止するが、本実施形態1では、チャンバ内の圧力が4mTorrのときに、他のパラメータを含めてエッチシフトがどのようになるかを確認することができ、確認結果において、エッチシフト量が正常(規定範囲内)であればエッチング装置のエッチング処理を停止する必要がない。さらに、所定の線幅を得るために、他の装置パラメータを調整することもできる。例えばチャンバ内の圧力が4mTorrのときに、他の装置パラメータの例えばClのガス流量を変化させる。これによって、線幅が安定した半導体ウエハを得ることができて、歩留まりおよび生産性を向上させることができる。
Etch Shift Etch Shift = −19.3 + 0.772 × Pressure−0.539 × Cl 2 Flow + 0.0260 × HBr Flow −1.71 × O 2 Flow + 0.271 × CF 4 Flow + 0.0495 × Back−He +0.0215 SourcePower +0.447 × BiasPower
The amount of etch shift can be predicted using this prediction formula (etch shift model). For example, when the pressure target in the chamber is 5 mTorr, the etching process of the etching apparatus is stopped when the pressure target is 4 mTorr. In the first embodiment, when the pressure in the chamber is 4 mTorr, other parameters are included. Thus, it is possible to confirm what the etch shift will be. If the amount of etch shift is normal (within the specified range) in the confirmation result, it is not necessary to stop the etching process of the etching apparatus. Furthermore, other device parameters can be adjusted to obtain a predetermined line width. For example, when the pressure in the chamber is 4 mTorr, the gas flow rate of other apparatus parameters such as Cl 2 is changed. As a result, a semiconductor wafer having a stable line width can be obtained, and yield and productivity can be improved.

図7は、エッチシフト量の予測値と実測値との関係を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the predicted value of the etch shift amount and the actual measurement value.

図7に示すように、上記予測式(エッチシフトモデル)をグラフ化したものであり、図7の左右方向の破線がエッチシフト実測値の中心を示し、このときのエッチシフト実測値が「6.3」である。エッチシフトの予測値が「6.3」のときに、エッチシフトの実測値も「6.3」である。このエッチシフト中心ほどエッチシフトの予測値と実測値とが一致しているが、中心から離れるほどエッチシフトの予測値と実測値とが分散する。そのバラツキの範囲内を規定範囲内として一点鎖線で示している。例えばエッチシフトの予測値が「0」のとき、即ち、エッチ後の線幅−フォト後の線幅が「0」のとき、エッチシフトの実測値は「0」を含む一点鎖線の範囲内でばらつく。   As shown in FIG. 7, the prediction formula (etch shift model) is graphed, and the broken line in the horizontal direction in FIG. 7 indicates the center of the measured etch shift value. .3 ". When the predicted value of etch shift is “6.3”, the actually measured value of etch shift is also “6.3”. The predicted value of the etch shift and the actually measured value coincide with each other at the center of the etch shift, but the predicted value and the actually measured value of the etch shift are dispersed as the distance from the center increases. The range of the variation is within the specified range and is indicated by a one-dot chain line. For example, when the predicted value of etch shift is “0”, that is, when the line width after etching−the line width after photo is “0”, the measured value of etch shift is within the range of the one-dot chain line including “0”. It varies.

図8は、膜厚予測のためのエッチ量を管理するエッチレートモデルを説明するための図であって、横軸の各装置パラメータに対する縦軸のエッチレート量の依存性を示す図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining an etch rate model for managing the etch amount for predicting the film thickness, and showing the dependence of the etch rate amount on the vertical axis with respect to the apparatus parameters on the horizontal axis.

図8に示すように、縦軸がエッチレート量で、横軸が、エッチング装置のパラメータとして、左からチャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(Cl、HBr、OおよびCF)のガス流量(sccm)、上部電極RFパワーWs(高周波電力W)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワーWb(高周波電力W)、裏面冷却のHe圧力(Torr)である。 As shown in FIG. 8, the vertical axis represents the etch rate amount, and the horizontal axis represents the etching apparatus parameters from the left, the pressure Pressure (mTorr) in the chamber and the four types (Cl 2 , HBr, O 2 and CF 4 ) gas flow rate (sccm), upper electrode RF power Ws (high frequency power W), lower electrode RF power Wb (high frequency power W) for drawing plasma generated in the upper electrode, He pressure (Torr for back surface cooling) ).

エッチレート量とは、例えばゲートのポリシリコンまたはメタルをエッチングする場合に、エッチング後の所望の残膜厚を得るためのエッチ量であり、エッチングでどれだけの膜厚になるかを示す単位エッチ量である。エッチレート量がエッチング装置の個々の装置パラメータに対してどの程度の係数になっているのかを知る必要がある。8種類のパラメータに対するエッチレート量の関係において、中心にあるのは個々の装置パラメータの制御すべきターゲットである。個々の装置パラメータがエッチング装置側で変化したときに、エッチング後のエッチレート量がどの程度変動するのかを予測することができる。   The amount of etch rate is the amount of etch for obtaining the desired residual film thickness after etching, for example when etching polysilicon or metal of the gate, and unit etching indicating how much film thickness is obtained by etching Amount. It is necessary to know how much the etching rate amount is for each apparatus parameter of the etching apparatus. In the relationship of the etching rate amount with respect to the eight kinds of parameters, what is at the center is a target to be controlled for each apparatus parameter. When the individual apparatus parameters change on the etching apparatus side, it is possible to predict how much the amount of etch rate after etching varies.

この8種類の装置パラメータに対するエッチ量の関係から係数を求めて予測式(エッチレートモデル)を作ることができる。   A prediction formula (etch rate model) can be created by obtaining a coefficient from the relationship of the etching amount with respect to these eight kinds of apparatus parameters.

エッチレートEtch Rate = 485 +32.5×Pressure +6.89×Cl2Flow −3.15×HBrFlow +13.8×O2FLow +8.25×CF4Flow −5.00×Back−He +1.17 SourcePower +8.86×BiasPower
この予測式(エッチレートモデル)を用いてエッチ量を予測することができる。例えば、チャンバ内の圧力のターゲットが6.3mTorrのところ、従来では、4mTorrになるとエッチング装置のエッチング処理が停止するが、本実施形態1では、チャンバ内の圧力が4mTorrのときに、他のパラメータを含めてエッチ量がどのようになるかを確認することができ、エッチ量が正常であればエッチング装置を停止する必要がない。さらに、所定の膜厚を得るために、他のパラメータを調整することもできる。例えばチャンバ内の圧力が4mTorrのときに、他のパラメータの例えばClのガス流量を変化させる。これによって、膜厚が安定した半導体ウエハで生産性を向上させることができる。
Etch Rate Etch Rate = 485 + 32.5 × Pressure + 6.89 × Cl2Flow−3.15 × HBrFlow + 13.8 × O2FLow + 8.25 × CF4Flow−5.00 × Back−He + 1.17 SourcePower + 8.86 × BiasP
The amount of etch can be predicted using this prediction formula (etch rate model). For example, when the target of the pressure in the chamber is 6.3 mTorr, the etching process of the etching apparatus stops conventionally when the pressure becomes 4 mTorr. In the first embodiment, when the pressure in the chamber is 4 mTorr, other parameters It is possible to check the etching amount including the above, and if the etching amount is normal, there is no need to stop the etching apparatus. Further, other parameters can be adjusted to obtain a predetermined film thickness. For example, when the pressure in the chamber is 4 mTorr, the gas flow rate of another parameter such as Cl 2 is changed. Thus, productivity can be improved with a semiconductor wafer having a stable film thickness.

図9は、エッチ量の予測値と実測値との関係を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the predicted value of the etch amount and the actual measurement value.

図9に示すように、上記予測式(エッチレートモデル)をグラフ化したものであり、図9の左右方向の破線が実測値の中心位置を示し、このときの単位エッチ量(エッチレート量)の実測値が「2673」である。エッチ量の予測値が「2673」のときに、エッチ量の実測値も略「2673」である。この中心位置ほど単位エッチ量(エッチレート量)の予測値と実測値が一致しているが、中心から離れるほど単位エッチ量(エッチレート量)の予測値と実測値が分散する。そのバラツキの規定範囲内を一点鎖線で示している。   As shown in FIG. 9, the prediction formula (etch rate model) is graphed, and the broken line in the horizontal direction in FIG. 9 indicates the center position of the actual measurement value, and the unit etch amount (etch rate amount) at this time The actual measurement value is “2673”. When the predicted value of the etch amount is “2673”, the actually measured value of the etch amount is also substantially “2673”. The predicted value and measured value of the unit etch amount (etch rate amount) match the closer to the center position, but the predicted value and measured value of the unit etch amount (etch rate amount) disperse as the distance from the center increases. The prescribed range of the variation is indicated by a one-dot chain line.

図10は、欠陥数予測のためのパーティクル数を管理する欠陥数モデルを説明するための図であって、エッチング装置の累積処理枚数に対するウエハ当たりのパーティクル数を示す図である。   FIG. 10 is a diagram for explaining a defect number model for managing the number of particles for predicting the number of defects, and is a diagram illustrating the number of particles per wafer with respect to the cumulative number of processed sheets in the etching apparatus.

図10に示すように、装置周辺に膜が付着してそれが累積的に増加してくるので、ウエハ1枚当たりのパーティクル数はエッチング装置の基板累積処理枚数に対して指数関数的に上昇する。特徴量のスペックは、ウエハ1枚当たりのパーティクル数を15個以下とする。この場合、装置パラメータとして、エッチング装置の基板累積処理枚数を800枚以下に設定する必要がある。   As shown in FIG. 10, since a film adheres to the periphery of the apparatus and increases cumulatively, the number of particles per wafer rises exponentially with respect to the cumulative number of substrates processed by the etching apparatus. . In the feature quantity specification, the number of particles per wafer is 15 or less. In this case, it is necessary to set the number of substrates accumulated in the etching apparatus to 800 or less as an apparatus parameter.

以上により、本実施形態1によれば、圧力やガス流量などの装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段41と、装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す線幅や膜厚などの特徴量を算出する特徴量算出手段42と、算出した特徴量が規定範囲かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段43とを有し、継続判断手段43が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の処理を行い、継続判断手段43が装置の処理を継続しないと判定した場合には、所定の処理を停止する。   As described above, according to the first embodiment, the parameter extraction means 41 for extracting the current state of the apparatus parameters indicating the apparatus operating conditions such as pressure and gas flow rate, the line width indicating the apparatus processing result from the current state of the apparatus parameters, And a continuation determining unit 43 that includes a feature amount calculating unit 42 that calculates a feature amount such as a film thickness, and a continuation determining unit 43 that determines whether to continue the processing of the apparatus depending on whether the calculated feature amount is within a specified range. Performs a predetermined process when it is determined that the processing of the apparatus is to be continued, and stops the predetermined process when the continuation determination unit 43 determines not to continue the process of the apparatus.

また、継続判断手段43が装置の処理を継続しないと判定した場合に、所定の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより特徴量が規定範囲内になるかどうかの調整が可能であるかどうかを判断し、調整が不可能であれば、所定の処理を停止する調整判断手段44と、その調整が可能であれば、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行ってパラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段45とを有する。   Also, if the continuation determination unit 43 determines not to continue the processing of the device, whether or not the feature amount falls within the specified range by controlling the related device parameters instead of immediately stopping the predetermined processing If the adjustment is impossible, the adjustment determination means 44 for stopping the predetermined processing, and if the adjustment is possible, the related apparatus parameter is controlled to control the feature amount. Adjustment control means 45 which performs adjustment processing so that the value falls within the specified range and shifts to processing by the parameter extraction means.

このように、特徴量算出手段42が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段43が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段45が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理を行うため、半導体製品の製造における歩留まりの向上および生産性の向上を図ることができる。この場合、エッチング工程の装置パラメータの目標値を基板の特徴量から設定することができる。   As described above, the continuation determination unit 43 determines whether or not to continue the processing of the device depending on whether or not the feature amount calculated from the device parameters in the current state by the feature amount calculation unit 42 is within the specified range, or the adjustment control unit 45. However, since the adjustment processing is performed so that the related apparatus parameters are controlled and the feature amount falls within the specified range, it is possible to improve the yield and the productivity in the manufacture of semiconductor products. In this case, the target value of the apparatus parameter for the etching process can be set from the feature amount of the substrate.

要するに、基板の歩留りに密接に結びつく、各工程のプロセス特性値および欠陥密度の値から、エッチング装置の制御を行なうことができるため、生産性、歩留りの面から、各パラメータの最適なスペック設定が可能となる。このため、半導体デバイスの歩留り改善や短納期化に対応した、無駄のない生産が可能になる。   In short, since the etching equipment can be controlled from the process characteristic values and defect density values of each process, which are closely related to the substrate yield, the optimum specifications for each parameter can be set in terms of productivity and yield. It becomes possible. For this reason, it becomes possible to produce without waste corresponding to improvement in yield of semiconductor devices and shortening of delivery time.

なお、本実施形態1では、特に説明しなかったが、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法では、装置パラメータ(プロセスパラメータ)の変更は、半導体基板の特徴量とプロセスパラメータとの関係を示すプロセストレンドデータに基づいて行われることを特徴としてもよい。このようにすれば、かかるデータに基づいて、プロセスパラメータを適切に変更することが可能となる。   Although not specifically described in the first embodiment, in the etching control method in the manufacture of semiconductor products, the change of the apparatus parameter (process parameter) indicates a process trend indicating the relationship between the feature quantity of the semiconductor substrate and the process parameter. It may be performed based on data. In this way, the process parameter can be appropriately changed based on such data.

なお、本実施形態1では、特に説明しなかったが、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法では、装置パラメータ(プロセスパラメータ)には、チャンバに印加する高周波の電力、チャンバ内における圧力、チャンバに導入されるガスの流量、チャンバ内における温度、および半導体基板を挟むようにチャンバ内に配置された電極間の距離のうちの少なくともいずれかが含まれることを特徴としてもよい。半導体基板の処理状態が適切でないとき、上記したプロセスパラメータを変更することにより処理状態が修正され、その結果、所望の処理結果および所望の特性を有する半導体製品を効率よく得ることが可能となる。   Although not particularly described in the first embodiment, in the etching control method in manufacturing a semiconductor product, the apparatus parameters (process parameters) include high-frequency power applied to the chamber, pressure in the chamber, and introduction into the chamber. And / or a distance between electrodes arranged in the chamber so as to sandwich the semiconductor substrate. When the processing state of the semiconductor substrate is not appropriate, the processing state is corrected by changing the above-described process parameters, and as a result, a semiconductor product having a desired processing result and desired characteristics can be efficiently obtained.

なお、本実施形態1では、特に説明しなかったが、エッチング制御方法では、半導体基板の特徴量には、半導体基板上の線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかが含まれることを特徴としてもよい。エッチング処理においては、処理中にモニタされた電流信号および電圧信号に基づいて、上記した装置パラメータを算出することができる。よって、かかる装置パラメータから計算される特徴量が規定範囲内かどうかに基づいてエッチング処理が適切か否かを判定することが可能となり、これにより、半導体基板に対する処理中に適切な処置を取ることにより、半導体製品における歩留まりの向上を図ることが可能となる。   Although not specifically described in the first embodiment, in the etching control method, the feature amount of the semiconductor substrate includes at least one of the line width, the film thickness, and the defect density on the semiconductor substrate. May be a feature. In the etching process, the above apparatus parameters can be calculated based on the current signal and the voltage signal monitored during the process. Therefore, it is possible to determine whether or not the etching process is appropriate based on whether or not the feature amount calculated from the apparatus parameters is within a specified range, and accordingly, an appropriate action can be taken during the process on the semiconductor substrate. As a result, it is possible to improve the yield of semiconductor products.

なお、本実施形態1では、特に説明しなかったが、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法は、上記した本発明に係る半導体製品の製造におけるエッチング制御方法を有効に実施するための装置である。   Although not particularly described in the first embodiment, the etching control method in manufacturing a semiconductor product is an apparatus for effectively implementing the above-described etching control method in manufacturing a semiconductor product according to the present invention.

即ち、半導体製品の製造におけるエッチング制御方法は、少なくとも一つのパターン領域からなる回路パターンを形成した半導体基板に対し、基板のエッチング工程の装置パラメータを抽出する工程と、各エッチング工程の装置パラメータから基板毎の特徴量を算出する工程と、算出された特徴量の目標値に基づいて装置の処理を処理時間及び装置パラメータの少なくともいずれかを変更して継続、または算出された基板毎の特徴量が設定された規定範囲外の場合に装置の処理を停止する工程とを備えることを特徴とする。   That is, an etching control method in the manufacture of a semiconductor product includes a step of extracting device parameters of a substrate etching process for a semiconductor substrate on which a circuit pattern composed of at least one pattern region is formed, and a substrate from the device parameters of each etching step. The step of calculating the feature amount for each and the processing of the device is continued by changing at least one of the processing time and the device parameter based on the calculated target value of the feature amount, or the calculated feature amount for each substrate is And a step of stopping the processing of the apparatus when it is outside the set specified range.

なお、本実施形態1でも説明したが、本発明に係る半導体製品の製造におけるエッチング装置の制御方法における基板毎の特徴量の算出は、基板の各エッチング工程の装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いることを特徴とする。   As described in the first embodiment, the feature amount for each substrate in the method for controlling an etching apparatus in the manufacture of a semiconductor product according to the present invention is calculated using a physical model or a statistical model from the apparatus parameters of each etching process of the substrate. It is characterized by using.

なお、本実施形態1では、プラズマエッチング装置11を用いてエッチング処理について本発明の基板処理制御装置および基板処理制御方法をエッチング制御装置およびエッチング制御方法に適用して説明したが、これに限らず、図4および図5のゲート膜24を形成する場合に、装置パラメータを酸素流量やチャンバ内温度およびチャンバ内圧力とし、特徴量を膜厚として本発明の基板処理制御装置および基板処理制御方法を薄膜形成制御装置および薄膜形成制御方法に適用することもできる。   In the first embodiment, the substrate processing control apparatus and the substrate processing control method of the present invention are applied to the etching control apparatus and the etching control method for the etching process using the plasma etching apparatus 11, but the present invention is not limited thereto. 4 and 5, the substrate processing control apparatus and the substrate processing control method according to the present invention are performed using the apparatus parameters as the oxygen flow rate, the chamber temperature and the chamber pressure, and the characteristic amount as the film thickness. The present invention can also be applied to a thin film formation control device and a thin film formation control method.

以上のように、本発明の好ましい実施形態1を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range from the description of the specific preferred embodiment 1 of the present invention based on the description of the present invention and the common general technical knowledge. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、半導体製品の製造におけるエッチング処理などの基板処理制御装置および基板処理制御方法、この基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム、この制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体の分野において、特徴量算出手段が現状態の装置パラメータから算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより継続判断手段が装置の処理を継続するかどうかを判断するかまたは、調整制御手段が、関係する装置パラメータを制御して特徴量が規定範囲内になるように調整処理するため、半導体装置の製造における歩留まりおよび生産性の向上を図ることができる。   The present invention relates to a substrate processing control apparatus and a substrate processing control method for etching processing in the manufacture of semiconductor products, a control program in which processing procedures for causing a computer to execute each step of the substrate processing control method are described, and the control program In the field of computer-readable readable storage media in which is stored, whether or not the continuation determination unit continues the processing of the device depending on whether or not the feature amount calculated by the feature amount calculation unit from the device parameters in the current state is within a specified range. Judgment or the adjustment control means controls the related apparatus parameters to perform adjustment processing so that the feature amount falls within the specified range, so that the yield and productivity in the manufacture of the semiconductor device can be improved.

1 エッチング制御装置(基板処理制御装置)
2 操作入力部
3 表示部
4 CPU(制御部)
41 パラメータ抽出手段
42 特徴量算出手段
43 継続判断手段
44 調整判断手段
45 調整制御手段
5 RAM(一時記憶手段)
6 ROM(可読記録媒体)
11 プラズマエッチング装置
12 ドーム状部材
13 コイル
14 上部電極
15 ステージ
16 半導体ウエハ(基板)
17 チャンバ
18 ガス導入管
21 半導体基板
22 素子分離層
23 ゲート酸化膜
24 ゲート膜
24a ゲート電極
25 レジストパターン
1 Etching control device (substrate processing control device)
2 Operation input unit 3 Display unit 4 CPU (control unit)
41 parameter extraction means 42 feature quantity calculation means 43 continuation judgment means 44 adjustment judgment means 45 adjustment control means 5 RAM (temporary storage means)
6 ROM (readable recording medium)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Plasma etching apparatus 12 Dome-shaped member 13 Coil 14 Upper electrode 15 Stage 16 Semiconductor wafer (substrate)
17 chamber 18 gas introduction pipe 21 semiconductor substrate 22 element isolation layer 23 gate oxide film 24 gate film 24a gate electrode 25 resist pattern

Claims (16)

装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出手段と、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出手段と、該特徴量算出手段で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断手段とを有し、該継続判断手段が装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、
該継続判断手段が装置の処理を継続しないと判定した場合に、該所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、関係する装置パラメータを制御することにより該特徴量が該規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断手段と、該調整が可能であれば、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が該規定範囲内になるように調整処理を行って該パラメータ抽出手段による処理に移行する調整制御手段とを有する基板処理制御装置。
Parameter extracting means for extracting the current state of the device parameter indicating the device operating condition, feature amount calculating means for calculating the feature amount indicating the device processing result from the current state of the device parameter, and the feature calculated by the feature amount calculating means Continuation determination means for determining whether or not to continue the processing of the apparatus depending on whether the amount is within a specified range, and when the continuation determination means determines to continue the processing of the apparatus, performs a predetermined substrate processing,
If the continuation determining means determines that the processing of the apparatus is not continued, the feature amount is within the specified range by controlling the related apparatus parameters instead of immediately stopping the processing of the predetermined substrate. If the adjustment is impossible, the adjustment determination means for stopping the processing of the predetermined substrate and, if the adjustment is possible, control the related apparatus parameters. Then, the substrate processing control apparatus includes an adjustment control unit that performs an adjustment process so that the feature amount falls within the specified range and shifts to a process by the parameter extraction unit .
前記調整制御手段が、前記装置パラメータの目標値を前記所定の基板の前記特徴量から設定する請求項1に記載の基板処理制御装置。 The substrate processing control apparatus according to claim 1, wherein the adjustment control unit sets a target value of the apparatus parameter from the feature amount of the predetermined substrate . 前記装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極RFパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極RFパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む請求項1に記載の基板処理制御装置。   The apparatus parameters include the pressure in the chamber of the apparatus, the gas flow rate introduced into the chamber, the gas pressure for cooling the substrate back surface, the upper electrode RF power, and the lower electrode RF for drawing the plasma generated in the upper electrode. The substrate processing control apparatus according to claim 1, comprising at least one of power, temperature in the chamber, processing time, and the number of processed substrates. 前記特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む請求項1に記載の基板処理制御装置。   The substrate processing control apparatus according to claim 1, wherein the feature amount includes at least one of a line width, a film thickness, and a defect density of a circuit pattern formed on the substrate. 前記特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する請求項1に記載の基板処理制御装置。   The substrate processing control apparatus according to claim 1, wherein the feature amount is calculated from the apparatus parameter using a physical model or a statistical model. 前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー(SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトEtch Shift = −19.3 +0.772×Pressure −0.539×Cl2Flow +0.0260×HBrFlow −1.71×O2FLow +0.271×CF4Flow +0.0495×Back−He +0.0215 SourcePower +0.447×BiasPower
とする請求項5に記載の基板処理制御装置。
The apparatus parameters include pressure Pressure (mTorr) in the chamber, gas flow rates (sccm) of four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 FLow and CF 4 Flow) introduced into the chamber, Back-Heating Back-He Pressure (Torr), upper electrode RF power (SourcePowerW), and lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws plasma generated in the upper electrode, and the physical model or The prediction formula of the etch shift model as a statistical model
Etch Shift Etch Shift = −19.3 + 0.772 × Pressure−0.539 × Cl 2 Flow + 0.0260 × HBr Flow −1.71 × O 2 Flow + 0.271 × CF 4 Flow + 0.0495 × Back−He +0.0215 SourcePower +0.447 × BiasPower
The substrate processing control apparatus according to claim 5.
前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー( SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチレート量との関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートEtch Rate = 485 +32.5×Pressure +6.89×Cl2Flow −3.15×HBrFlow +13.8×O2FLow +8.25×CF4Flow −5.00×Back−He +1.17 SourcePower +8.86×BiasPower
とする請求項5に記載の基板処理制御装置。
The apparatus parameters include pressure Pressure (mTorr) in the chamber, gas flow rates (sccm) of four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 FLow and CF 4 Flow) introduced into the chamber, Back-Heating Back-He Pressure (Torr), upper electrode RF power (SourcePowerW), and lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws plasma generated in the upper electrode. The prediction formula of the etch rate model as a statistical model
Etch Rate Etch Rate = 485 + 32.5 × Pressure + 6.89 × Cl2Flow−3.15 × HBrFlow + 13.8 × O2FLow + 8.25 × CF4Flow−5.00 × Back−He + 1.17 SourcePower + 8.86 × BiasP
The substrate processing control apparatus according to claim 5.
パラメータ抽出手段が、装置動作条件を示す装置パラメータの現状態を抽出するパラメータ抽出工程と、特徴量算出手段が、該装置パラメータの現状態から装置加工結果を示す特徴量を算出する特徴量算出工程と、継続判断手段が、特徴量算出工程で算出した特徴量が規定範囲内かどうかにより装置の処理を継続するかどうかを判断する継続判断工程とを有し、該継続判断工程で装置の処理を継続すると判定した場合に所定の基板の処理を行い、
該継続判断工程で装置の処理を継続しないと判定した場合に、該所定の基板の処理をすぐに停止するのではなく、調整判断手段が、関係する装置パラメータを制御することにより該特徴量が該規定範囲内になる調整が可能であるかどうかを判断し、該調整が不可能であれば、該所定の基板の処理を停止する調整判断工程と、該調整が可能であれば、調整制御手段が、該関係する装置パラメータを制御して該特徴量が該規定範囲内になるように調整処理を行って該パラメータ抽出工程による処理に移行する調整制御工程とを有する基板処理制御方法。
A parameter extraction step in which the parameter extraction means extracts the current state of the device parameter indicating the device operating condition, and a feature amount calculation step in which the feature amount calculation means calculates a feature amount indicating the device processing result from the current state of the device parameter. And a continuation determination step for determining whether or not to continue the processing of the device depending on whether or not the feature amount calculated in the feature amount calculation step is within a specified range, and the processing of the device in the continuation determination step If it is determined to continue, the predetermined substrate is processed,
If it is determined in the continuation determination step that the processing of the apparatus is not continued, the adjustment determination means does not stop the processing of the predetermined substrate immediately, but the adjustment determination means controls the related apparatus parameters to determine the feature amount. It is determined whether or not adjustment within the specified range is possible. If the adjustment is impossible, an adjustment determination process for stopping the processing of the predetermined substrate; and adjustment control if the adjustment is possible. A substrate processing control method comprising: an adjustment control step in which means controls the related apparatus parameters to perform adjustment processing so that the feature amount falls within the specified range, and shifts to processing by the parameter extraction step .
前記調整制御手段が、前記装置パラメータの目標値を前記所定の基板の前記特徴量から設定する請求項8に記載の基板処理制御方法。 The substrate processing control method according to claim 8, wherein the adjustment control unit sets a target value of the apparatus parameter from the feature amount of the predetermined substrate . 前記装置パラメータは、前記装置のチャンバ内の圧力、該チャンバ内に導入されるガス流量、基板裏面冷却用のガス圧力、上部電極RFパワー、該上部電極で発生したプラズマを引き込むための下部電極RFパワー、該チャンバ内の温度、処理時間および基板処理枚数のうちの少なくともいずれかを含む請求項8に記載の基板処理制御方法。   The apparatus parameters include the pressure in the chamber of the apparatus, the gas flow rate introduced into the chamber, the gas pressure for cooling the substrate back surface, the upper electrode RF power, and the lower electrode RF for drawing the plasma generated in the upper electrode. The substrate processing control method according to claim 8, comprising at least one of power, temperature in the chamber, processing time, and number of processed substrates. 前記特徴量は、前記基板上に形成された回路パターンの線幅、膜厚および欠陥密度のうちの少なくともいずれかを含む請求項8に記載の基板処理制御方法。   The substrate processing control method according to claim 8, wherein the feature amount includes at least one of a line width, a film thickness, and a defect density of a circuit pattern formed on the substrate. 前記特徴量は、前記装置パラメータから物理モデルまたは統計モデルを用いて算出する請求項8に記載の基板処理制御方法。   The substrate processing control method according to claim 8, wherein the feature amount is calculated from the apparatus parameter using a physical model or a statistical model. 前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー( SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチシフト量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは前記統計モデルとしてのエッチシフトモデルの予測式を、
エッチシフトEtch Shift = −19.3 +0.772×Pressure −0.539×Cl2Flow +0.0260×HBrFlow −1.71×O2FLow +0.271×CF4Flow +0.0495×Back−He +0.0215 SourcePower +0.447×BiasPower
とする請求項12に記載の基板処理制御方法。
The apparatus parameters include pressure Pressure (mTorr) in the chamber, gas flow rates (sccm) of four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 FLow and CF 4 Flow) introduced into the chamber, Back-Heating Back-He Pressure (Torr), upper electrode RF power (SourcePowerW), and lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws plasma generated in the upper electrode. The coefficient is obtained from the relationship between the etch shift amount with respect to the apparatus parameter, and the physical model or the The prediction formula of the etch shift model as a statistical model
Etch Shift Etch Shift = −19.3 + 0.772 × Pressure−0.539 × Cl 2 Flow + 0.0260 × HBr Flow −1.71 × O 2 Flow + 0.271 × CF 4 Flow + 0.0495 × Back−He +0.0215 SourcePower +0.447 × BiasPower
The substrate processing control method according to claim 12.
前記装置パラメータは、チャンバ内の圧力Pressure(mTorr)、チャンバ内に導入される4種類(ClFlow、HBrFlow、OFLowおよびCFFlow)のガス流量(sccm)、裏面冷却のBack−He圧力(Torr)、上部電極RFパワー( SourcePowerW)、上部電極で発生したプラズマを引き込む下部電極RFパワー(BiasPowerW)であり、該装置パラメータに対するエッチレート量の関係から係数を求めて前記物理モデルまたは統計モデルとしてのエッチレートモデルの予測式を、
エッチレートEtch Rate = 485 +32.5×Pressure +6.89×Cl2Flow −3.15×HBrFlow +13.8×O2FLow +8.25×CF4Flow −5.00×Back−He +1.17 SourcePower +8.86×BiasPower
とする請求項12に記載の基板処理制御方法。
The apparatus parameters include pressure Pressure (mTorr) in the chamber, gas flow rates (sccm) of four types (Cl 2 Flow, HBrFlow, O 2 FLow and CF 4 Flow) introduced into the chamber, Back-Heating Back-He Pressure (Torr), upper electrode RF power (SourcePowerW), and lower electrode RF power (BiasPowerW) that draws plasma generated in the upper electrode. The prediction formula of the etch rate model as a model
Etch Rate Etch Rate = 485 + 32.5 × Pressure + 6.89 × Cl2Flow−3.15 × HBrFlow + 13.8 × O2FLow + 8.25 × CF4Flow−5.00 × Back−He + 1.17 SourcePower + 8.86 × BiasP
The substrate processing control method according to claim 12.
請求項8から14のいずれかに記載の基板処理制御方法の各工程をコンピュータに実行させるための処理手順が記述された制御プログラム。   15. A control program in which a processing procedure for causing a computer to execute each step of the substrate processing control method according to claim 8 is described. 請求項15に記載の制御プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な可読記憶媒体。   A computer-readable storage medium in which the control program according to claim 15 is stored.
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