JP6117746B2 - エッチング特性推定方法、プログラム、情報処理装置、加工装置、設計方法、および、製造方法 - Google Patents

エッチング特性推定方法、プログラム、情報処理装置、加工装置、設計方法、および、製造方法 Download PDF

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Description

本技術は、エッチング特性推定方法、当該方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、情報処理装置、加工装置、設計方法、および、製造方法に関する。詳しくは、ドライエッチングのエッチング特性を推定するエッチング特性推定方法、当該方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、情報処理装置、加工装置、設計方法、および、製造方法に関する。
従来より、半導体デバイスの製造においては、プラズマなどを使用してエッチングを行うドライエッチングが利用されている。昨今のデバイスの急激な微細化トレンドにより、シミュレーションを活用しエッチングメカニズムを理解した上での高精度のドライエッチング特性予測の重要性が高まっている。中でも、加工表面での反応のモデル化は、加工形状・ダメージ（結晶欠陥）シミュレーション精度を大きく左右する部分であり、いかに実際の物理・化学現象のエッセンスを抽出したモデル化ができるかが鍵となる。
例えば、ＣＦ系ガスを用いて、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む被加工物をエッチングする際に、ポリマー層と２次的に反応する酸素の量をアウトフラックスとして求め、そのアウトフラックスに基づいてエッチングレートなどのエッチング特性を求めるモデルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１２−１３４２７１号公報
しかしながら、一般的にCHxFy系ガスを用いた窒化ケイ素（ＳｉＮ）などの窒素化合物を含む被加工物のエッチングにおいては、上述の方法では、膜中の窒素化合物とエッチングガスに含まれる水素の影響を想定していないため、エッチング特性を正確に求めることができない問題がある。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、被加工物が窒素化合物を含み、CHxFy系ガスのようなエッチングガスに水素が含まれる場合のエッチング特性を求めることを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて複数のフラックスを演算するフラックス演算手順と、前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記複数のフラックスの比較結果に応じて前記除去項を切り替えて前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順とを具備するエッチング特性推定方法、および、当該方法を実行させるためのプログラムである。これにより、複数のフラックスの比較結果に応じて除去項切り替えられることを反映させてエッチング特性を予測することができるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記複数のフラックスは、前記加工表面へ入射する入射フラックスと前記被加工物のエッチングにより放出されるアウトフラックスとを含んでもよい。これにより、入射フラックスおよびアウトフラックスの比較結果に応じて除去項が切り替えられるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記複数のフラックスは、窒素および水素のフラックスを少なくとも含んでもよい。これにより、窒素および水素のフラックスの比較結果に応じて除去項が切り替えられるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記情報処理装置は、前記保護膜層演算手順において、前記比較結果に応じて少なくとも３つの異なる項のいずれかに前記除去項を切り替えてもよい。これにより、少なくとも３つの異なる項のいずれかに除去項が切り替えられるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記情報処理装置は、前記保護膜層演算手順において、前記複数のフラックスの差または比に応じて前記除去項を切り替えてもよい。これにより、複数のフラックスの差または比に応じて除去項が切り替えられるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記情報処理装置が、前記保護膜層の厚さに基づいて結晶欠陥を演算する結晶欠陥演算手順をさらに具備してもよい。これにより、保護膜層の厚さに基づいて結晶欠陥が演算されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記情報処理装置が、前記結晶欠陥の演算結果に基づいて前記被加工物の形状を演算する形状演算手順をさらに具備してもよい。これにより、結晶欠陥の演算結果に基づいて被加工物の形状が演算されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、前記情報処理装置が、前記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を演算するプラズマ状態演算手順をさらに具備してもよい。これにより、プラズマの密度が演算されるという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて複数のフラックスを演算するフラックス演算部と、上記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の上記保護膜層の厚さを演算する演算式において上記複数のフラックスの比較結果に応じて上記除去項を切り替えて上記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部とを具備する情報処理装置である。これにより、複数のフラックスの比較結果に応じて除去項が切り替えられることを反映させてエッチング特性を予測することができるという作用をもたらす。
また、本技術の第３の側面は、情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて複数のフラックスを演算するフラックス演算手順と、上記情報処理装置が、上記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の上記保護膜層の厚さを演算する演算式において上記複数のフラックスの比較結果に応じて上記除去項を切り替えて上記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と、上記情報処理装置が、上記保護膜の厚さに基づいて上記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算手順と、上記情報処理装置が、上記加工形状・結晶欠陥演算手順における演算結果に基づいて半導体デバイスの加工プロセス、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）設計、および、レイアウト設計の少なくとも１つを行う設計手順とを具備する設計方法である。これにより、複数のフラックスの比較結果に応じて除去項が切り替えられることを反映させて、加工プロセス、ＯＰＣ設計、および、レイアウト設計の少なくとも１つを行うことができるという作用をもたらす。
また、本技術の第４の側面は、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて、複数のフラックスを演算するフラックス演算部と、上記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の上記保護膜層の厚さを演算する演算式において上記複数のフラックスの比較結果に応じて上記除去項を切り替えて上記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部と、上記被加工物の加工条件に従って上記被加工物の加工を行う加工部と、上記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を上記加工条件に基づいて演算するプラズマ状態演算部と、上記プラズマ状態演算部の演算結果と上記保護膜層の厚さとに基づいて上記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算部と、上記加工形状・結晶欠陥演算部の演算結果に基づいて上記加工条件を変更する制御部とを具備する加工装置である。これにより、複数のフラックスの比較結果に応じて除去項が切り替えられることを反映させてエッチング特性を予測し、所望の形状・結晶欠陥量に制御するできることができるという作用をもたらす。
また、本技術の第５の側面は、情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて、複数のフラックスを演算するフラックス演算部と、上記情報処理装置が、上記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の上記保護膜層の厚さを演算する演算式において上記複数のフラックスの比較結果に応じて上記除去項を切り替えて上記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部と、加工部が、上記被加工物の加工条件に従って上記被加工物の加工を行う加工手順と、上記情報処理装置が、上記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を上記加工条件に基づいて演算するプラズマ状態演算手順と、上記情報処理装置が、上記プラズマ状態演算部の演算結果と上記保護膜層の厚さとに基づいて上記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算手順と、制御部が、上記加工形状・結晶欠陥演算手順の演算結果に基づいて上記加工条件を変更する制御手順とを具備する製造方法である。これにより、複数のフラックスの比較結果に応じて除去項が切り替えられることを反映させてエッチング特性を予測し、所望の形状・結晶欠陥量に制御することができるという作用をもたらす。
本技術によれば、被加工物が窒素化合物を含むときのエッチング特性を求めることができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
第１の実施の形態におけるシミュレータの一構成例を示すブロック図である。 第１の実施の形態における表面反応モデルを説明するための図である。 第１の実施の形態における簡略化した表面反応モデルを説明するための図である。 第１の実施の形態におけるシミュレータの動作の一例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるエッチング特性演算処理の一例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における計算結果の一例を示すグラフである。 第２の実施の形態におけるシミュレータの一構成例を示すブロック図である。 第２の実施の形態における簡略化した表面反応モデルを説明するための図である。 第２の実施の形態におけるエッチング特性演算処理の一例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における計算結果の一例を示すグラフである。 第３の実施の形態におけるシミュレータの一構成例を示すブロック図である。 第３の実施の形態におけるシミュレータの動作の一例を示すフローチャートである。 第３の実施の形態における形状・ダメージ演算処理の一例を示すフローチャートである。 第３の実施の形態におけるエッチング前後の被加工物の断面図の一例である。 第４の実施の形態におけるシミュレータの一構成例を示すブロック図である。 第４の実施の形態におけるシミュレータの動作の一例を示すフローチャートである。 第５の実施の形態における製造システムの一例を示す全体図である。 第５の実施の形態における製造システムの動作の一例を示すフローチャートである。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（窒素の量から膜厚を求める例）
２．第２の実施の形態（水素および窒素の量から膜厚を求める例）
３．第３の実施の形態（水素および窒素の量から膜厚および形状を求める例）
４．第４の実施の形態（開口率、水素および窒素の量から膜厚を求める例）
５．第５の実施の形態（窒素の量から膜厚を求めて加工を行う例）
＜１．第１の実施の形態＞
［シミュレータの構成例］
図１は、第１の実施の形態におけるシミュレータ１００の一構成例を示すブロック図である。このシミュレータ１００は、ドライエッチングにおけるエッチング特性（エッチングレート、ポリマー膜厚、ダメージ）を推定する装置であり、入力部１１０、エッチング特性演算部１５０および出力部１７０を備える。エッチング特性演算部１５０は、フラックス演算部１５１、ダングリングボンド率演算部１５２、エッチングレート演算部１５３、アウトフラックス演算部１５４、ポリマー膜厚演算部１５５、およびダメージ演算部１５６を備える。なお、シミュレータ１００は、特許請求の範囲に記載の情報処理装置の一例である。
シミュレータ１００において、ＯＳ（Operation System）は、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ（登録商標）のいずれでもよい。また、プログラミング言語は、Ｃ／Ｃ＋＋（登録商標）や、Fortran、ＪＡＶＡ（登録商標）などのいずれでもよい。
入力部１１０は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）などを介して、エッチング特性の推定に必要な入力データをエッチング特性演算部１５０に入力するものである。入力データとして、例えば、エッチングガスの種類、そのエッチングガスの流量、エッチングガスの圧力、印加パワー、および、エッチング時間などの加工初期条件が入力される。
フラックス演算部１５１は、被加工物内の窒素と反応する、エッチングガス内の水素の量を必要に応じて演算するものである。ただし、ＣＦ系ガスなど、水素を含まないエッチングガスを用いる場合には、水素のフラックス量の演算は不要である。
ダングリングボンド率演算部１５２は、ダングリングボンド率を演算するものである。ここで、ダングリングボンド率は、被加工物の面積に対する、被加工物がエッチングガスと反応する面積の比率であり、反応面積率とも呼ばれる。また、被加工物はＳｉ3Ｎ4などの窒素化合物を含み、エッチングガスは、例えば、ＣＦ系のガスである。ダングリングボンド率は、例えば、次の各式により求められる。
Figure 0006117746
式１において、σSiNは、Ｓｉ3Ｎ4の面密度であり、ＹiSiNは、エッチングガスのイオン化により生じたイオンとＳｉ3Ｎ4の反応確率である。面密度の単位は、例えば、ｃｍ-2である。Ｖnetは、イオンのある深さでのエネルギーである。また、θ（ｊ，ｔ）は、ｊ番目のスラブの時間ｔにおけるダングリングボンド率である。ｔの単位は、例えば、秒である。ここで、スラブは、被加工物を複数の板状の層に分割するスラブモデルにおける、それぞれの層を示す。この式１におけるΓDB ERは、次の式により求められる。
Figure 0006117746
式２において、ρSiNは、Ｓｉ3Ｎ4の膜密度である。膜密度の単位は、例えば、グラム毎立法センチメートル（ｇ／ｃｍ-3）である。ＥＲ（ｊ，ｔ）は、ｊ番目のスラブの時間ｔにおけるエッチングレートである。エッチングレートの単位は、例えば、センチメートル毎秒（ｃｍ／ｓ）である。なお、シミュレータ１００は、被加工物を複数のスラブに分割して、スラブごとにダングリングボンド率およびエッチングレートを算出しているが、被加工物を複数のスラブに分割しない構成であってもよい。また、式１におけるＹiSiNは、たとえば、次の式により求められる。
ＹiSiN（Ｖnet）＝８．５×０．００７３×
ｅｘｐ｛０．００２３×（Ｅ−ΔＥ）｝×１．３ ・・・式３
式３において、Ｅは、イオンエネルギーである。式４において、Ｔは、被加工物およびエッチングガスの一次反応により生じたポリマー層（保護膜層）の膜厚である。時間ｔが「０」である初期状態においてはポリマー層は形成されていないため、「０」などの初期値が膜厚Ｔに設定される。ｔ＞０の期間においては、膜厚Ｔには、ポリマー膜厚演算部１５５により演算された値が設定される。膜厚の単位は、例えば、センチメートル（ｃｍ）である。この式３におけるΔＥは、たとえば、次の式により求められる。Tｐは、ポリマー膜表面からスラブまでの深さである。
ΔＥ＝４８＋１４２×Ｔｐ ・・・式４
ダングリングボンド率演算部１５２は、演算したダングリングボンド率をエッチングレート演算部１５３およびアウトフラックス演算部１５４に供給する。
エッチングレート演算部１５３は、エッチングレートを演算して、その推定値を求めるものである。エッチングレートを算出するために、次の式により、Ｓｉ3Ｎ4と反応するフッ素のフラックスΓＦ ＊が求められる。
ΓＦ ＊＝（１−ＹＨＦ）ΓＦ ・・・式５
上式において、ＹＨＦは、水素とフッ素との反応確率である。また、ΓＦは、加工表面に入射するフッ素のフラックスである。
また、たとえば、次の式により、フッ素とＳｉ3Ｎ4との反応確率ＹFSiNが求められる。Ｅは加工表面に入射するイオンの持つエネルギーである。
ＹFSiN（Ｖnet）＝０．００７３×ｅｘｐ｛０．００２３×（Ｅ−ΔＥ）｝
×１．３ ・・・式６
式５および式６により求めたＹFSiNおよびΓＦ ＊と、ダングリングボンド率演算部１５２により演算されたダングリングボンド率とに基づいて、ｊ番目のスラブのエッチングレートが、例えば、次の式により算出される。
Figure 0006117746
 上式において、β１は、反応生成物ＣＦＢ１のインデックスである。
式７により求めた各スラブのエッチングレートＥＲ（ｊ，ｔ）から、次の式により、被加工物全体のエッチングレートが演算される。
Figure 0006117746
エッチングレート演算部１５３は、算出した１つ前の時間ステップt-1のエッチングレートを時間tのアウトフラックスとしてアウトフラックス演算部１５４およびダメージ演算部１５６に供給する。
アウトフラックス演算部１５４は、ポリマー層内の炭素と反応する窒素の量を演算するものである。この窒素が炭素と二次的に反応してＣ２Ｎ２が生成され、そのＣ２Ｎ２が揮発する。このため、反応する窒素の量は、揮発して被加工物の外部へ出力されるアウトフラックスとして扱われる。アウトフラックスは、エッチングレート演算部１５３からのエッチングレートとダングリングボンド率演算部１５２により演算されたダングリングボンド率とに基づいて、例えば、次の式により演算される。
Figure 0006117746
 上式において、ΓＮ ＥＲは、被加工物から放出されるアウトフラックスである。また、ΓＨ **は、被加工物内の窒素と反応する、エッチングガス内の水素の量である。ＣＦ系ガスなど、水素を含まないエッチングガスを用いる場合には、ΓＨ **に「０」が設定される。
アウトフラックス演算部１５４は、算出したアウトフラックスをポリマー膜厚演算部１５５へ供給する。なお、アウトフラックス演算部１５４は、特許請求の範囲に記載のフラックス演算部の一例である。
ポリマー膜厚演算部１５５は、ポリマー膜の膜厚を演算するものである。ＣＦ系ガスなどの水素を含まないエッチングガスを使用する場合、ポリマー膜厚Ｔは、アウトフラックスに基づいて例えば、次の式により求められる。
Figure 0006117746
上式において、ｄ／ｄｔは、時間微分を示す。また、ρｐは、ポリマー膜の膜密度である。ＹCCは、ポリマー膜中の炭素とエッチングガス中の炭素との反応確率であり、ΓCは、加工表面に入射する炭素のフラックスである。ＹOC1は、ポリマー膜中の炭素とエッチングガス内の酸素との反応確率であり、ΓOは、加工表面に入射する酸素のフラックスである。ＹFCは、エッチングガス中のフッ素とポリマー膜中の炭素との反応確率である。ＹiCは、入射してきたイオンとポリマー膜の炭素との反応確率であり、Γｉは、入射イオンのフラックスである。γ１は、０より大きく、１以下のシミュレーションの入力パラメータである。この係数γ１が小さいほど、ポリマー膜質の変化により、入射粒子と炭素との反応確率が低く、ポリマー層から揮発量を除去する除去率が低いことを示す。ＹCNは、ポリマー膜中のＣＨ結合と、アウトフラックスの窒素との反応確率である。
式１０の右辺の第１項は、エッチングにより生成されるポリマー層の堆積量を示し、第２項は、酸素やフッ素と反応して揮発するポリマー層を減少させることを示す。また、第３項は、ポリマー膜中の炭素が窒素と反応してポリマー層を減少させることを示す。左辺は、第１項の堆積量から、第２項および第３項の揮発量を除去した値であり、堆積するポリマーの量を示す。なお、ポリマー膜厚演算部１５５は、特許請求の範囲に記載の保護膜層演算部の一例である。
ＣＦ系ガスを用いる場合には、ポリマー膜中の炭素とエッチングの際に生じる２次的な窒素とが反応してポリマー膜中に揮発しにくいシアン（ＣＮ）が形成され、ポリマーの膜質が変化する。このため、高いエネルギーを持つイオンが照射される（言い換えると、反応の閾値が低い）場合に、ポリマー膜中の炭素がＣ２Ｎ２として気相中に放出され、ポリマー膜厚が減少する。式１０の第３項が、この減少分を示す。
ポリマー膜厚演算部１５５は、算出したポリマー膜厚を出力部１７０およびダングリングボンド率演算部１５２に供給する。
ダメージ演算部１５６では、特許文献１に記述にされているダメージ計算方法に従ってダメージ（結晶欠陥）が計算される。なお、ダメージ演算部１５６は、特許請求の範囲に記載の結晶欠陥演算部の一例である。
出力部１７０は、シミュレーション結果を出力するものである。例えば、時間ごとのポリマー膜厚、エッチングレート、ダメージなどがシミュレーション結果として出力される。なお、このシミュレーション結果は、ＧＵＩにより可視化してもよい。シミュレーション結果の出力や可視化は、演算の全てが完了したときに行ってもよいし、演算中にリアルタイムに行ってもよい。
図２は、第１の実施の形態における表面反応モデルを説明するための図である。エッチングガス中のＣＨxＦｙと、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含む被加工物内の反応層とが反応して二フッ化ケイ素（ＳｉＦ２）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）やフッ化水素（ＨＦ）が生成される。ここで、ＣＨｘＦｙは、ＣＦ系ガスまたはＣＨＦ系ガスを示す。また、エッチングガスおよび反応層の一次反応により、炭素を含むポリマー層が堆積する。そして、このポリマー層とエッチングガスとの二次反応により二フッ化炭素（ＣＦ２）が生成される。
また、ポリマー層とエッチングガス中の酸素との二次反応により炭化水素（ＣＨ）、または、シアン化水素（ＨＣＮ）、あるいは、二窒化炭素（Ｃ２Ｎ２）が生成される。また、ポリマー層と酸素との反応により一酸化炭素（ＣＯ）も生成される。
図３は、第１の実施の形態におけるポリマー層の表面反応モデルを説明するための図である。ＣＦ系ガスを用いる場合には、エッチングにより炭素を含むポリマー層が生成される。そして、そのポリマー層とエッチングガス中の炭素とが反応して、二窒化炭素（Ｃ２N２）が生成される。同図に示すように、ＣＦ系ガスを用いる場合には、水素の反応を考慮する必要がないため、式９においてΓＨ **に「０」が設定される。
［シミュレータの動作例］
図４は、第１の実施の形態におけるシミュレータ１００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、シミュレーションを行うための所定のアプリケーションが実行されたときに開始する。
シミュレータ１００に加工初期条件などの入力データが入力される（ステップＳ９０２）。シミュレータ１００は、被加工物のエッチング特性演算処理を実行する（ステップＳ９２０）。そして、シミュレータ１００は、シミュレーション結果を出力する（ステップＳ９０７）。
図５は、第１の実施の形態におけるエッチング特性演算処理の一例を示すフローチャートである。シミュレータ１００は、時間ｔに初期値（例えば、「０」）を設定する（ステップＳ９２１）。シミュレータ１００は、ダングリングボンド率を計算し（ステップＳ９２３）、エッチングレートを計算する（ステップＳ９２４）。また、エッチングレートとダングリングボンド率に基づいてダメージを計算する（ステップＳ９２５）。そして、シミュレータ１００は、ダングリングボンド率およびエッチングレートからアウトフラックスを計算する（ステップＳ９２６）。また、シミュレータ１００は、そのアウトフラックスからポリマー膜厚を計算する（ステップＳ９２８）。
シミュレータ１００は、ｔを一定時間増加し（ステップＳ９２９）、ｔが予め設定された終了時間になったか否かを判断する（ステップＳ９３０）。ｔが終了時間でなければ（ステップＳ９３０：Ｎｏ）、シミュレータ１００は、ステップＳ９２３に戻る。一方、ｔが終了時間であれば（ステップＳ９３０：Ｙｅｓ）、シミュレータ１００は、エッチング特性演算処理を終了する。
図６は、第１の実施の形態における計算結果の一例を示すグラフである。同図におけるａの縦軸は、エッチングレートを示し、横軸は、Ｃ４Ｈ８のエッチングガスの流量を示す。実線は、計算により得られたエッチングレートの軌跡を示し、点線は、同じ条件で実際にエッチングを行って計測した実測値の軌跡を示す。
計算においては、次のプロセス・装置条件が入力された。
装置タイプ：ＣＣＰ（Conductively Coupled Plasma）型
印加周波数（上／下）：２７／０．８メガヘルツ（ＭＨｚ）
ガス系、流量：Ｃ４Ｈ８／Ｏ２／Ａｒ、５乃至４０／８／４００ｓｃｃｍ
圧力：３０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）
イオンエネルギー：１４５０Ｖ
エッチング時間：３０秒（ｓ）
これらの条件の下で、ＯＥＳ（Optical Emission Spectroscopy）やＱＭＳ(Quadrupole Mass Spectroscopy）のプラズマモニタリングデータからフラックスが計算される。なお、プラズマモニタリングデータは、ＩＲＬＡＳ（Infrared-diode Laser Absorption Spectroscopy）のデータをさらに含んでもよい。また、装置タイプは、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型やＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）型、その他のプラズマ発生機構でも構わない。また、フラックスは、プラズマシミュレーションやプロセスパラメータ(流量、圧力、ガス種、パワー)に依存した応答曲面関数などから導出しても構わない。
ダングリングボンド率およびエッチングレートは、例えば、０．０１秒ごとに計算された。また、各スラブの厚さを０．５ナノメートル（ｎｍ）として、反応層において、例えば、１４層のスラブ（すなわち、厚さ７ナノメートル）まで計算が行われた。また、係数γ１を０．８５としてポリマー膜厚の計算が行われた。これらの計算を、エッチング終了時間まで繰り返すことにより、時間ごとのエッチングレートが求められる。図６のａに示すように、計算結果は、実測値の傾向を再現することができている。
また、図６におけるｂの縦軸は、窒化ケイ素と二酸化ケイ素とのエッチングレートの選択比を示し、横軸は、Ｃ４Ｈ８のエッチングガスの流量を示す。実線は、計算により得られた選択比の軌跡を示し、点線は、同じ条件で実際にエッチングを行って計測した実測値の軌跡を示す。同図のｂに示すように、選択比についても再現することができている。
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、ポリマー層と反応する窒素の量を求め、その窒素の量から求めた揮発量をポリマー層から除去して膜厚を求めるため、窒素を含む被加工物のエッチングにおけるエッチング特性を正確に求めることができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、水素を含まないエッチングガスを用いることを想定していたが、ＣＨＦ系ガスなど、水素を含むエッチングガスを用いることもできる。第２の実施の形態のシミュレータ１００は、水素を含むエッチングガスによるエッチングにおけるエッチング特性を推定する点において第１の実施の形態と異なる。
図７は、第２の実施の形態におけるシミュレータ１００の一構成例を示すブロック図である。第２の実施の形態では水素を含むＣＨＦ系などのエッチングガスが用いられる。また、第２の実施の形態のフラックス演算部１５１は、水素のフラックスを演算する点において第１の実施の形態と異なる。
フラックス演算部１５１は、エッチングガス内の水素のうち、ポリマー層と反応する水素のフラックスΓＨ ***（N, O, Fとの反応で残った水素フラックス）を演算する。このフラックスΓＨ ***は、例えば、次の各式により求められる。
ΓＨ ***＝（１−ＹＮＨ）ΓＨ ** ・・・式１１
ΓＨ **＝（１−ＹＨＯ）ΓＨ * ・・・式１２
ΓＨ *＝（１−ＹＨＦ）ΓＨ ・・・式１３
式１１において、ＹＮＨは、窒素と水素との反応確率である。式１２において、ＹＨＯは、水素と酸素との反応確率である。式１３において、ＹＨＦは、水素とフッ素との反応確率である。また、ΓＨは、加工表面に入射する水素のフラックスである。
フラックス演算部１５１は、演算したΓＨ ***をポリマー膜厚演算部１５５に供給し、ΓH **をアウトフラックス演算部１５４に供給する。
第２の実施の形態のアウトフラックス演算部１５４は、フラックス演算部１５１からのΓＨ **に基づいて式９によりアウトフラックスを演算する。また、第２の実施の形態のポリマー膜厚演算部１５５は、水素のフラックスΓＨ ***と、アウトフラックスΓＮ ＥＲとを比較し、その比較結果に基づいてポリマー膜厚を演算する点において第１の実施の形態と異なる。
ΓＨ ***／ΓＮ ＥＲの値が「０」である場合、すなわちエッチングガスが水素を含まない場合には、第１の実施の形態と同様に式１０からポリマー膜厚が求められる。
また、ΓＨ ***／ΓＮ ＥＲの値が「０」より大きく、「１」以下である場合、すなわちエッチングガスが水素を含み、水素のフラックスがアウトフラックス以下の場合、例えば、次の式によりポリマー膜厚が求められる。
Figure 0006117746
式１４において、ＹHCNは、ポリマー膜中のＣＨ結合と窒素との反応確率であり、ＹCNは、ポリマー膜中の炭素と窒素との反応確率である。γ２は、０より大きく、１以下のシミュレーションのパラメータである。この係数γ２が小さいほど、ポリマー層から揮発量を除去する除去率が低いことを示す。
水素のフラックスが窒素のアウトフラックス以下の場合、水素はポリマー膜表面でフッ素と反応してフッ化水素として揮発する。さらに残った水素は、入射される酸素と反応して水酸化物（ＯＨ）として揮発する。残った水素のフラックスは式１１のΓＨ **に相当する。この水素が窒素と一部反応し、最後に残った水素がポリマー膜中の炭素と活性なＣ−Ｈ結合を形成し、そこに窒素が作用することで、反応確率ＹHCNでシアン化水素（ＨＣＮ）が形成されて揮発する。この揮発量が式１４の右辺の第３項に相当する。
さらに残った水素は、最後にポリマー中の炭素と反応して炭化水素（ＣＨ）として揮発する。この揮発量が式１３の右辺の第４項に相当する。一方、残った窒素は、ポリマー中の炭素と反応して二窒化炭素（Ｃ２Ｎ２）となって揮発する。この揮発量が、式１４の右辺の第５項に相当する。
また、ΓＨ ***／ΓＮ ＥＲの値が「１」より大きい場合、すなわちエッチングガスが水素を含み、水素のフラックスが窒素のアウトフラックスより多い場合、例えば、次の式によりポリマー膜厚が求められる。
Figure 0006117746
式１５において、γ３は、０より大きく、１以下の係数である。この係数γ３が小さいほど、ポリマー層から揮発量を除去する除去率が低いことを示す。
水素のフラックスがアウトフラックスより多い場合、水素は、ポリマー膜表面でフッ素と反応してフッ化水素として揮発する。さらに残った水素は、入射される酸素と反応して水酸化物（ＯＨ）として揮発する。残った水素のフラックスは式１１のΓＨ **に相当する。この水素が窒素と一部反応し、最後に残った水素がポリマー膜中の炭素と活性なＣ−Ｈ結合を形成する。そこに窒素が作用することで反応確率ＹHCNでシアン化水素（ＨＣＮ）が形成されて揮発する。この揮発量が式１４の右辺の第３項に相当する。その反応で残った窒素は、ポリマー膜中の炭素と反応して二窒化炭素（Ｃ２Ｎ２）となって揮発する。この揮発量が、式１３の右辺の第５項に相当する。一方、残った水素は、最後にポリマー膜中の炭素と反応して炭化水素（ＣＨ）として揮発する。この揮発量が、式１４の右辺の第４項に相当する。
このように、ポリマー膜厚演算部１５５は、水素のフラックスとアウトフラックスとの比率に応じて、ポリマー膜厚を計算する式を切り替える。これにより、水素のフラックスとアウトフラックスとの比率が時間の経過に伴って変動する場合であっても、正確なポリマー膜厚を演算することができる。これにより、シミュレータ１００は、高い精度でエッチング特性を演算することができる。
なお、水素のフラックスとアウトフラックスとの比率により、計算式を切り替えているが、この構成に限定されない。例えば、これらのフラックスの差分を求め、その差分に応じて計算式を切り替える構成であってもよい。
図８は、第２の実施の形態におけるポリマー膜の表面反応モデルを説明するための図である。同図におけるａは、水素のフラックスがアウトフラックス以下の場合の表面反応モデルを説明するための図である。ＣＨＦ系ガスを用いる場合には、エッチングにより炭素を含むポリマー層が生成される。そして、エッチングガス中の水素とポリマー層とが反応してシアン化水素（ＨＣＮ）が生成される。また、ポリマー層とエッチングガス中の炭素とが反応して、二窒化炭素（Ｃ２Ｎ２）が生成される。さらに、エッチングガス中の水素とポリマー層とが反応して炭化水素（ＣＨ）が生成される。水素のフラックスがアウトフラックス以下の場合、シアン化水素（ＨＣＮ）の揮発量が特に多くなる。
図８におけるｂは、水素のフラックスが窒素のアウトフラックスより多い場合の表面反応モデルを説明するための図である。この場合にも、炭素を含むポリマー層が生成され、シアン化水素（ＨＣＮ）、二窒化炭素（Ｃ２Ｎ２）および炭化水素（ＣＨ）が生成される。これらのうち、炭化水素（ＣＨ）の揮発量が特に多くなる。
図９は、第２の実施の形態におけるエッチング特性演算処理の一例を示すフローチャートである。第２の実施の形態のエッチング特性演算処理は、ステップＳ９２２およびＳ９２７をさらに実行する点において第１の実施の形態と異なる。
シミュレータ１００は、ｔの初期化（ステップＳ９２１）の後、水素のフラックスΓH ***を計算する（ステップＳ９２２）。シミュレータ１００は、ステップＳ９２３乃至Ｓ９２６を実行し、水素のフラックスΓH ***とアウトフラックスとを比較する（ステップＳ９２７）。そして、シミュレータ１００は、その比較結果に応じた計算式により、ポリマー膜厚を計算する（ステップＳ９２８）。
シミュレータ１００は、ｔを一定時間増加し（ステップＳ９２９）、ｔが終了時間になったか否かを判断する（ステップＳ９３０）。ｔが終了時間でなければ（ステップＳ９３０：Ｎｏ）、シミュレータ１００は、ステップＳ９２２に戻る。一方、ｔが終了時間であれば（ステップＳ９３０：Ｙｅｓ）、シミュレータ１００は、エッチング特性演算処理を終了する。
図１０は、第２の実施の形態における計算結果の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、エッチングレートを示し、横軸は、ＣＨＦ系のガスであるＣＨ２Ｆ２のエッチングガスの流量を示す。実線は、計算により得られたエッチングレートの軌跡を示し、点線は、同じ条件で実際にエッチングを行って計測した実測値の軌跡を示す。
計算においては、次のプロセス・装置条件が入力された。
装置タイプ：ＣＣＰ型
印加周波数（上／下）：６０／２メガヘルツ（ＭＨｚ）
ガス系、流量：ＣＨ２Ｆ２／Ｏ２／Ａｒ、４０乃至８０／３０／３００ｓｃｃｍ
圧力：２０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）
イオンエネルギー：３５０Ｖ
エッチング時間：２０秒（ｓ）
ＣＨ２Ｆ２の流量が６０ｓｃｃｍ以下の範囲では、Ｈ（水素）のフラックスはアウトフラックス以下であった。このため、式１４によりポリマー膜厚が演算され、エッチングレートが求められた。一方、ＣＨ２Ｆ２流量が６０ｓｃｃｍを超える範囲では、Ｈのフラックスはアウトフラックスより大きくなった。このため、式１５に切り替えてポリマー膜厚が演算され、エッチングレートが求められた。Ｈのフラックスがアウトフラックスより大きくなる範囲では、ポリマー膜表面でのＣＨ結合が増加することにより、フッ素や酸素と炭素との反応確率が低下する。この効果を考慮して、γ３にγ２より小さな値を設定して演算が行われた。このように計算式を切り替えることにより、図１０に例示するように、実際のエッチング特性の変動傾向を再現することができる。
なお、シミュレータ１００は、ＣＨＦ系ガスによりＳｉ３Ｎ４膜のエッチングにおいてエッチング特性を求めている。しかし、エッチングガス、ポリマー層および被加工物に少なくとも炭素、水素および窒素が含まれるのであれば、エッチングガスおよび被加工物の組合せは限定されない。例えば、シミュレータ１００は、Ｎ２／Ｈ２ガスによる有機膜や、誘電率の低い（いわゆる、Ｌｏｗ−ｋ）膜のエッチングにおいてエッチング特性を求めてもよい。具体的には、例えば、次のプロセス・装置条件が入力される。
装置タイプ：ＣＣＰ型
印加周波数（上／下）：６０／２７メガヘルツ（ＭＨｚ）
ガス系、流量：Ｈ２／Ｎ２、２００／３００ｓｃｃｍ
圧力：４０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）
ソース／バイアス電力：５００／２００ワット（Ｗ）
イオンエネルギー：６００Ｖ
エッチング時間：２０秒（ｓ）
このように、第２の実施の形態によれば、水素の量と窒素の量とを比較して、その比較結果に基づいてポリマー膜厚を求めるため、水素の量と窒素の量との比率が変動する場合であってもポリマー膜厚を正確に求めることができる。これにより、正確なエッチング特性を求めることができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第２の実施の形態では、ポリマー膜厚、エッチングレート、ダメージを求めていたが、そのエッチングレートから、エッチング後の被加工物の形状を求めることもできる。第３の実施の形態のシミュレータ１００は、エッチング後の被加工物の形状をさらに求める点において第２の実施の形態と異なる。
図１１は、第３の実施の形態におけるシミュレータ１００の一構成例を示すブロック図である。第３の実施の形態のシミュレータ１００は、形状演算部１６０およびダメージ配分演算部１６５をさらに備える点において第２の実施の形態と異なる。
形状演算部１６０は、エッチングレートに基づいてエッチング後の被加工物の形状を演算により推定するものである。形状は、例えば、非加工物を、立方体状の多数のボクセルに分割して、ボクセル単位で形状の進展を演算するボクセル法により求められる。この形状演算部１６０は、演算結果をダメージ配分演算部１６５に供給する。ダメージ配分演算部１６５は、例えば、特願２０１３−０１４５５６号に記載された方法により、ダメージ配分の演算を行うものである。ダメージ配分演算部１６５は、演算結果をエッチング特性演算部１５０および出力部１７０に供給する。なお、ダメージ演算部１５６および形状演算部１６０は、特許請求の範囲に記載の加工形状・結晶欠陥演算部の一例である。
なお、シミュレータ１００は、ボクセル法により形状を推定しているが、この構成に限定されない。シミュレータ１００は、ボクセル法の代わりに、例えば、ストリング法やレベルセット法などにより形状を推定してもよい。計算の次元は、２次元、３次元を問わない。
図１２は、第３の実施の形態におけるシミュレータ１００の動作の一例を示すフローチャートである。第３の実施の形態のシミュレータ１００の動作は、エッチング特性演算処理（ステップＳ９２０）の代わりに形状・ダメージ演算処理（ステップＳ９３０）を実行する点において第２の実施の形態と異なる。
図１３は、第３の実施の形態における形状・ダメージ演算処理の一例を示すフローチャートである。この形状・ダメージ演算処理は、ステップＳ９３１とステップ９３２をさらに実行する点以外は、第２の実施の形態のダメージ演算処理と同様である。
シミュレータ１００は、ポリマー膜厚の計算（ステップＳ９２８）の後、被加工物の形状を計算し（ステップＳ９３１）、ダメージを分配し（ステップＳ９３２）、ｔを一定時間増加する（ステップＳ９２９）。
図１４は、第３の実施の形態におけるトランジスタのサイドウォールエッチング前後の被加工物の断面図の一例である。同図におけるａは、エッチング前の断面図であり、同図におけるｂは、エッチング後の断面図である。
ボクセルサイズは、例えば、１ナノメートル（ｎｍ）である。また、ポリシリコンのトランジスタが被加工物として用いられた。幅６０ナノメートル、高さ１５０ナノメートルのゲートを加工後、二酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜を堆積し、その窒化ケイ素膜のエッチバック工程を想定し、サイドウォール加工後の形状とその際生じるダメージの分布の計算が行われた。加工装置はＣＣＰエッチング装置であり、プロセス条件は下記である。また、サイドウォールパターン周辺の開口率は１００％である。ここで、開口率は、被加工物の表面積に対する、エッチングが施される面積の比率である。
ガス系、流量：ＣＦ４/Ｏ２/ＣＨＦ３、２００/５/１００ｓｃｃｍ
ソース／バイアス電力：７００／４００ワット（Ｗ）
圧力：４０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）
下部電極温度：４０℃
パターン直上でのフラックスの計算には、特開２０１３−１１５３５４号公報に記載の、プラズマ／壁相互作用を取り扱ったプラズマシミュレーションが用いられた。なお、プラズマモニタリング等の実測値や応答曲面関数を用いても構わない。
さらに、ミリメートルオーダーのターゲット周辺のチップレベルの開口率依存を加味してエッチングによる反応生成物のパターンへの再堆積効果も入れて半径２０ミリメートルでパターンに入射するフラックスの算出が行われた。エッチレート導出後の形状進展に用いる法線に関しては、たとえば、特開２０１４−２９９８２号公報に記載の方法を用いて、フラックスベクトルから導出された。この表面反応モデルにてエッチレートとダメージを計算し、エッチレートに対応した領域内で法線方向のボクセルが除去され、さらにダメージ量を周囲に分配してエッチングが終了するまで繰り返し形状の進展が行われた。その結果、図１４におけるｂに示す形状・ダメージ分布が得られた。
なお、適用パターンはサイドウォールに限定されない。マスクやレンズ等様々なパターン加工に適用できる。また、図１４では、シミュレータ１００は、２次元の形状を計算しているが、３次元の形状を計算してもよい。
このように、第３の実施の形態によれば、シミュレータ１００は、エッチングレートからエッチング後の被加工物の形状とダメージを推定するため、エッチングにより加工を行う際に、所望のスペック内で正確に加工を行うことができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第３の実施の形態では、シミュレータ１００は、エッチングガスの密度や、イオンエネルギー分布および開口率などを一定としてエッチングレート等を推定していたが、これらをさらに推定してもよい。第４の実施の形態のシミュレータ１００は、エッチングガスの密度や、イオンエネルギー分布および開口率などをさらに推定する点において第３の実施の形態と異なる。
図１５は、第４の実施の形態におけるシミュレータ１００の一構成例を示すブロック図である。第４の実施の形態のシミュレータ１００は、プラズマ状態演算部１２０、シース加速演算部１３０および開口率演算部１４０をさらに備える点において第３の実施の形態と異なる。
この第４の実施の形態では、レシピ情報、装置情報、計算用パラメータ、GDS（Graphic Data System）データ、膜厚情報などが入力データとして入力される。
プラズマ状態演算部１２０は、プラズマの状態を示すパラメータ（ガス密度など）を演算するものである。このプラズマ状態演算部１２０は、初期条件を基にバルクプラズマ中での各ガス種（イオンやラジカルなど）の密度を計算して計算結果をシース加速演算部１３０に供給する。ガス密度の演算は、例えば、特許５３９７２１５号に記載の手順により行われる。
シース加速演算部１３０は、イオンのエネルギー分布やイオン入射角度を演算するものである。このシース加速演算部１３０は、ガス密度、ガス圧力、印加パワーに基づいて、バルクプラズマで生成されたイオンのシース内加速された終状としてのイオンのエネルギー分布と、パターンへの入射角度分布とを演算する。これらの演算は、例えば、M.J.Kushner, Distribution of ion energies incident on electrodes in capacitively coupled discharges, J.Appl.Phys.に記載の手順により行われる。
イオンのエネルギー分布は、例えば、イオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ：Ion Energy Distribution Function）により表される。また、イオンの入射角は、イオン入射角度分布関数（ＩＡＤＦ：ion angular distribution function）により表される。これらの分布関数に対しては実測等から得られるデータベースを用いてもよい。シース加速演算部１３０は、演算結果をエッチング特性演算部１５０へ供給する。
開口率演算部１４０は、開口率を演算するものである。この開口率演算部１４０は、ＧＤＳデータ、膜厚情報、などから、ウェハ開口率やセミローカル開口率を演算する。ここで、ウェハ開口率は、ウェハを被加工物とする際の、ウェハ全体の開口率である。また、セミローカル開口率は、ウェハに形成されるチップレベルの開口率である。これらの開口率の演算は、例えば、特許第５４４００２１号に記載の手順により行われる。開口率演算部１４０は、計算結果をエッチング特性演算部１５０へ供給する。
この第４の実施の形態のエッチング特性演算部１５０は、開口率に基づいてアウトフラックスや入射フラックスなどの各種のフラックスを演算する。また、第４の実施の形態のエッチング特性演算部１５０は、シース加速演算部１３０の演算結果に基づいて、ダングリングボンド率やエッチングレートを演算する。
図１６は、第４の実施の形態におけるシミュレータ１００の動作の一例を示すフローチャートである。第４の実施の形態のシミュレータ１００の動作は、ステップＳ９０３乃至Ｓ９０５と、Ｓ９０６と、Ｓ９０８とをさらに実行する点において第１の実施の形態と異なる。
加工初期条件の入力（ステップＳ９０２）の後、シミュレータ１００は、プラズマ状態を演算し（ステップＳ９０３）、シース加速演算を行う（ステップＳ９０４）。そして、シミュレータ１００は、開口率を演算し（ステップＳ９０５）、形状・ダメージ演算処理を実行する（ステップＳ９３０）。
そして、シミュレータ１００は、形状やダメージの演算結果と要求されるスペックとを比較し、スペックとの差が所定の許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ９０６）。スペックとの差が許容範囲内でない場合（ステップＳ９０６：Ｎｏ）、シミュレータ１００は、ダミーパターンの配置などを行って開口率を変更し（ステップＳ９０８）、ステップＳ９０３に戻る。一方、スペックとの差が許容範囲内である場合（ステップＳ９０６：Ｙｅｓ）、シミュレータ１００は、シミュレーション結果を出力し（ステップＳ９０７）、動作を終了する。
このシミュレータ１００は、例えば、半導体デバイスのレイアウト設計などに用いられる。例えば、トランジスタサイドウォールの幅の所望スペックが６０ナノメール±１０％である場合を想定する。この場合、図１６のステップＳ９０８においてターゲット加工の周辺にレジストマスクで覆われたダミーパターンが配置される。ダミーパターンの配置によって、チップ内開口率を小さく（または、大きく）すると、マスクからの反応生成物がパターンへ再入射する量が増加（または、減少）する。この結果、サイドウォール幅が大きく（または、小さく）なり、所望スペックに近づく。
なお、プロセス設計やＯＰＣ（Optical Proximity Correction）設計に関しても、補正要因をダミーパターンの配置から、プロセス条件やマスク形状へ変更することで、同様の方法で実施可能である。
このように、第４の実施の形態によれば、ガス密度、イオンエネルギー分布、イオン入射角度および開口率をさらに演算して、それらの演算結果からエッチング特性を推定するため、高い精度で推定を行うことができる。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第４の実施の形態では、エッチング特性の推定を行っていたが、その推定結果を用いて被加工物の加工を行ってもよい。第５の実施の形態は、エッチングレート等の推定結果を使用して被加工物の加工をさらに行う点において第４の実施の形態と異なる。
図１７は、第５の実施の形態における製造システムの一例を示す全体図である。この製造システムは、半導体デバイスを製造するものであり、シミュレータ１００、加工チャンバー２００、制御装置３００を備える。また、製造システムは、ＦＤＣ(Fault Detection & Classification)・ＥＥＳ（Equipment Engineering System）システム４００を備える。なお、シミュレータ１００、加工チャンバー２００および制御装置３００を含む装置は、特許請求の範囲に記載の加工装置の一例である。
加工チャンバー２００は、半導体ウェハなどの被加工物を加工するものである。この加工チャンバー２００として、例えば、ＣＣＰ型の装置が用いられる。加工チャンバー２００には、シミュレーションに必要な入力データを取得するためのＯＥＳ、ＱＭＳ、ＩＲＬＡＳ、および、エネルギースペクトルアナライザーなどが実装され、これらによって加工中常時プラズマがモニタリングされている。サンプリング速度はたとえば０．１秒（ ｓ）である。加工中に、これらによって取得される情報が、加工条件とともにシミュレータ１００に送信される。なお、加工チャンバー２００は、特許請求の範囲に記載の加工部の一例である。
この第５の実施の形態のシミュレータ１００は、上述の第４の実施の形態と同様の構成を備える。このシミュレータ１００は、加工チャンバー２００からのデータに基づいて、ガス密度、ガスフラックス、イオンのエネルギー分布や入射角度分布を計算する。計算時間が実加工時間よりも十分小さければすべてリアクターシミュレーションによって求めても良い。さらに、シミュレータ１００は、ＧＤＳおよび膜厚情報を用いて開口率を演算し、その開口率のフラックスへの寄与を加味して、形状やダメージを演算する。開口率およびフラックスは、一般に互いに線形関係を持つ。
形状やダメージの演算結果が所望のスペックから外れた場合には、シミュレータ１００は、ガス流量、ガス圧力、印加パワー、ウェハ温度の順にプロセスパラメータを変更して、再計算することにより、所望スペックを満たすことができる補正条件を見つけ出す。所望のスペックとして、例えば、サイドウォールの幅６０ナノメートル（ｎｍ）が設定される。この場合、例えば、所望幅の±１０％の許容範囲を外れるか否かが判断される。ダメージ量については、例えば、所望量の５０％の許容範囲を外れるか否かが判断される。
なお、プラズマを生成する装置であれば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）型など、ＣＣＰ型以外の装置を加工チャンバー２００として用いてもよい。
シミュレータ１００は、補正条件を見つけた場合に、制御装置３００に、その条件を送信する。一方、補正条件が見つからなかった場合にシミュレータ１００は、アラート信号を生成してＦＤＣ・ＥＥＳシステム４００に送信する。
なお、計算時間が実加工時間以上である場合には、シミュレータ１００は、加工中に形状やダメージを計算するのでなく、加工前に予め形状およびダメージを計算してデータベースなどに保存しておく構成であってもよい。この場合、加工チャンバー２００は、そのデータベースを利用して加工を行えばよい。
制御装置３００は、加工チャンバー２００を制御するものである。この制御装置３００は、シミュレータ１００が求めた補正条件に基づいて、加工チャンバー２００のプロセスパラメータを変更する。なお、制御装置３００は、特許請求の範囲に記載の制御部の一例である。
ＦＤＣ・ＥＥＳシステム４００は、半導体デバイスの品質管理などを行うものである。このＦＤＣ・ＥＥＳシステム４００は、アラート信号をシミュレータ１００から受信すると、製造システム全体を停止させる。
このような製造システムにより、例えば、イメージセンサ、駆動回路および信号処理回路などが製造される。また、これらのデバイスから、撮像装置などの電子機器が製造される。
図１８は、第５の実施の形態における製造システムの動作の一例を示すフローチャートである。まず、搬送ロボットないしは作業員により加工チャンバー２００にウェハロットがセットされ（ステップＳ９０１）、作業員などによる直接入力、ないしは、装置機能によりより自動で加工初期条件（プロセスレシピ）が入力される（ステップＳ９０２）。
ここで、加工工程は、例えば、膜厚１５０ナノメートルのポリシリコンにおけるゲートのサイドウォール加工である。また、加工初期条件として、例えば、次の条件が入力される。
ウェハ開口率：４５％
ＳｉＮエッチング：メインエッチングステップ
ＣＦ４ガス：２００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：５ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３ガス：１００ｓｃｃｍ
ソース電力：７００ワット（Ｗ）
バイアス電力：４００ワット（Ｗ）
圧力：４０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）
ＳｉＮエッチング：オーバーエッチングステップ
ＣＦ３ガス：１５０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：１００ｓｃｃｍ
Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
ソース電力：５００ワット（Ｗ）
バイアス電力：３００ワット（Ｗ）
圧力：５０ミリトール（ｍＴｏｒｒ）
シミュレータ１００は、形状・ダメージ演算処理（ステップＳ９３０）を実行する。そして、シミュレータ１００は、演算結果と、所望スペックとを比較して、プロセスの補正が必要か否かを判断する（ステップＳ９１１）。プロセスの補正が必要であれば（ステップＳ９１１：Ｙｅｓ）、制御装置３００は、プロセスを補正する（ステップＳ９１２）。
一方、プロセスの補正が必要でなければ（ステップＳ９１１：Ｙｅｓ）、シミュレータ１００は、現在の時間がエッチングの終了時間であるか否かを判断する（ステップＳ９１３）。終了時間でなければ（ステップＳ９１３：Ｎｏ）、シミュレータ１００は、ステップＳ９３０に戻る。終了時間であれば（ステップＳ９１３：Ｙｅｓ）、シミュレータ１００は、動作を停止する。
また、加工チャンバー２００は、チャンバー内でエッチングを行い（ステップＳ９１４）、現在の時間がエッチングの終了時間であるか否かを判断する（ステップＳ９１５）。終了時間でなければ（ステップＳ９１４：Ｎｏ）、加工チャンバー２００は、ステップＳ９１４に戻る。終了時間であれば（ステップＳ９１４：Ｙｅｓ）、加工チャンバー２００は、エッチングの動作を停止する。
シミュレータ１００および加工チャンバー２００の動作停止後、搬送ロボットないしは作業員により、ウェハロットが回収される（ステップＳ９１６）。ステップＳ９１６の後、製造動作は終了する。
なお、製造システムは、プラズマエッチングにより加工を行っているが、プラズマを用いる半導体の加工であれば、プラズマエッチングに限定されない。製造システムは、例えば、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)やＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)により加工を行ってもよい。
このように、第５の実施の形態によれば、製造システムがエッチング特性の推定結果に基づいて被加工物のエッチングを行うため、高い精度で被加工部を加工することができる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は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実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて複数のフラックスを演算するフラックス演算手順と、
前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記複数のフラックスの比較結果に応じて前記除去項を切り替えて前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と
を具備するエッチング特性推定方法。
（２）前記複数のフラックスは、前記加工表面へ入射する入射フラックスと前記被加工物のエッチングにより放出されるアウトフラックスとを含む
前記（１）記載のエッチング特性推定方法。
（３）前記複数のフラックスは、窒素および水素のフラックスを少なくとも含む
前記（２）記載のエッチング特性推定方法
（４）前記情報処理装置は、前記保護膜層演算手順において、前記比較結果に応じて少なくとも３つの異なる項のいずれかに前記除去項を切り替える
前記（２）または（３）記載のエッチング特性推定方法。
（５）前記情報処理装置は、前記保護膜層演算手順において、前記複数のフラックスの差または比に応じて前記除去項を切り替える
前記（１）から（４）のいずれかに記載のエッチング特性推定方法。
（６）前記情報処理装置が、前記保護膜層の厚さに基づいて結晶欠陥を演算する結晶欠陥演算手順をさらに具備する
前記（１）から（５）のいずれかに記載のエッチング特性推定方法。
（７）前記情報処理装置が、前記結晶欠陥の演算結果に基づいて前記被加工物の形状を演算する形状演算手順をさらに具備する
前記（６）記載のエッチング特性推定方法。
（８）前記情報処理装置が、前記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を演算するプラズマ状態演算手順をさらに具備する
前記（１）から（８）のいずれかに記載のエッチング特性推定方法。
（９）情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて複数のフラックスを演算するフラックス演算手順と、
前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記複数のフラックスの比較結果に応じて前記除去項を切り替えて前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
（１０）被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて複数のフラックスを演算するフラックス演算部と、
前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記複数のフラックスの比較結果に応じて前記除去項を切り替えて前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部と
を具備する情報処理装置。
（１１）情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて複数のフラックスを演算するフラックス演算手順と、
前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記複数のフラックスの比較結果に応じて前記除去項を切り替えて前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と、
前記情報処理装置が、前記保護膜の厚さに基づいて前記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算手順と、
前記情報処理装置が、前記加工形状・結晶欠陥演算手順における演算結果に基づいて半導体デバイスの加工プロセス、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）設計、および、レイアウト設計の少なくとも１つを行う設計手順と
を具備する設計方法。
（１２）被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて、複数のフラックスを演算するフラックス演算部と、
前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記複数のフラックスの比較結果に応じて前記除去項を切り替えて前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部と、
前記被加工物の加工条件に従って前記被加工物の加工を行う加工部と、
前記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を前記加工条件に基づいて演算するプラズマ状態演算部と、
前記プラズマ状態演算部の演算結果と前記保護膜層の厚さとに基づいて前記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算部と、
前記加工形状・結晶欠陥演算部の演算結果に基づいて前記加工条件を変更する制御部と、
を具備する加工装置。
（１３）情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいて、複数のフラックスを演算するフラックス演算部と、
前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記複数のフラックスの比較結果に応じて前記除去項を切り替えて前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部と、
加工部が、前記被加工物の加工条件に従って前記被加工物の加工を行う加工手順と、
前記情報処理装置が、前記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を前記加工条件に基づいて演算するプラズマ状態演算手順と、
前記情報処理装置が、前記プラズマ状態演算部の演算結果と前記保護膜層の厚さとに基づいて前記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算手順と、
制御部が、前記加工形状・結晶欠陥演算手順の演算結果に基づいて前記加工条件を変更する制御手順と
を具備する製造方法。
１００ シミュレータ
１１０ 入力部
１２０ プラズマ状態演算部
１３０ シース加速演算部
１４０ 開口率演算部
１５０ エッチング特性演算部
１５１ フラックス演算部
１５２ ダングリングボンド率演算部
１５３ エッチングレート演算部
１５４ アウトフラックス演算部
１５５ ポリマー膜厚演算部
１５６ ダメージ演算部
１６０ 形状演算部
１６５ ダメージ配分演算部
１７０ 出力部
２００ 加工チャンバー
３００ 制御装置
４００ ＦＤＣ・ＥＥＳシステム

Claims (9)

  1. 情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいてエッチングガス内の水素のうち前記被加工物と反応する前記水素の量である水素フラックスと前記被加工物内の窒素のうち放出される前記窒素の量である窒素アウトフラックスとを演算するフラックス演算手順と、
    前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスより大きい場合には前記窒素アウトフラックスの項と当該窒素アウトフラックスの項より多くの前記水素フラックスの項とを前記除去項に設定してエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算し、前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスに満たない場合には前記水素フラックスの項と当該水素フラックスの項より多くの前記窒素アウトフラックスの項とを前記除去項に設定して前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と
    を具備するエッチング特性推定方法。
  2. 前記情報処理装置が、前記保護膜層の厚さに基づいて結晶欠陥を演算する結晶欠陥演算手順をさらに具備する
    請求項１に記載のエッチング特性推定方法。
  3. 前記情報処理装置が、前記結晶欠陥の演算結果に基づいて前記被加工物の形状を演算する形状演算手順をさらに具備する
    請求項２に記載のエッチング特性推定方法。
  4. 前記情報処理装置が、前記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を演算するプラズマ状態演算手順をさらに具備する
    請求項１から３のいずれかに記載のエッチング特性推定方法。
  5. 情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいてエッチングガス内の水素のうち前記被加工物と反応する前記水素の量である水素フラックスと前記被加工物内の窒素のうち放出される前記窒素の量である窒素アウトフラックスとを演算するフラックス演算手順と、
    前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスより大きい場合には前記窒素アウトフラックスの項と当該窒素アウトフラックスの項より多くの前記水素フラックスの項とを前記除去項に設定してエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算し、前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスに満たない場合には前記水素フラックスの項と当該水素フラックスの項より多くの前記窒素アウトフラックスの項とを前記除去項に設定して前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  6. 被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいてエッチングガス内の水素のうち前記被加工物と反応する前記水素の量である水素フラックスと前記被加工物内の窒素のうち放出される前記窒素の量である窒素アウトフラックスとを演算するフラックス演算部と、
    前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスより大きい場合には前記窒素アウトフラックスの項と当該窒素アウトフラックスの項より多くの前記水素フラックスの項とを前記除去項に設定してエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算し、前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスに満たない場合には前記水素フラックスの項と当該水素フラックスの項より多くの前記窒素アウトフラックスの項とを前記除去項に設定して前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部と
    を具備する情報処理装置。
  7. 情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいてエッチングガス内の水素のうち前記被加工物と反応する前記水素の量である水素フラックスと前記被加工物内の窒素のうち放出される前記窒素の量である窒素アウトフラックスとを演算するフラックス演算手順と、
    前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスより大きい場合には前記窒素アウトフラックスの項と当該窒素アウトフラックスの項より多くの前記水素フラックスの項とを前記除去項に設定してエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算し、前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスに満たない場合には前記水素フラックスの項と当該水素フラックスの項より多くの前記窒素アウトフラックスの項とを前記除去項に設定して前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と、
    前記情報処理装置が、前記保護膜の厚さに基づいて前記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算手順と、
    前記情報処理装置が、前記加工形状・結晶欠陥演算手順における演算結果に基づいて半導体デバイスの加工プロセス、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）設計、および、レイアウト設計の少なくとも１つを行う設計手順と
    を具備する設計方法。
  8. 被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいてエッチングガス内の水素のうち前記被加工物と反応する前記水素の量である水素フラックスと前記被加工物内の窒素のうち放出される前記窒素の量である窒素アウトフラックスとを演算するフラックス演算部と、
    前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスより大きい場合には前記窒素アウトフラックスの項と当該窒素アウトフラックスの項より多くの前記水素フラックスの項とを前記除去項に設定してエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算し、前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスに満たない場合には前記水素フラックスの項と当該水素フラックスの項より多くの前記窒素アウトフラックスの項とを前記除去項に設定して前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算部と
    前記被加工物の加工条件に従って前記被加工物の加工を行う加工部と、
    前記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を前記加工条件に基づいて演算するプラズマ状態演算部と、
    前記プラズマ状態演算部の演算結果と前記保護膜層の厚さとに基づいて前記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算部と、
    前記加工形状・結晶欠陥演算部の演算結果に基づいて前記加工条件を変更する制御部と、
    を具備する加工装置。
  9. 情報処理装置が、被加工物の加工表面が保護膜層および反応層を含む表面反応モデルにおいてエッチングガス内の水素のうち前記被加工物と反応する前記水素の量である水素フラックスと前記被加工物内の窒素のうち放出される前記窒素の量である窒素アウトフラックスとを演算するフラックス演算手順と、
    前記情報処理装置が、前記保護膜層の除去を記述する除去項に基づいてエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算する演算式において前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスより大きい場合には前記窒素アウトフラックスの項と当該窒素アウトフラックスの項より多くの前記水素フラックスの項とを前記除去項に設定してエッチング後の前記保護膜層の厚さを演算し、前記窒素アウトフラックスが前記水素フラックスに満たない場合には前記水素フラックスの項と当該水素フラックスの項より多くの前記窒素アウトフラックスの項とを前記除去項に設定して前記保護膜層の厚さを演算する保護膜層演算手順と、
    加工部が、前記被加工物の加工条件に従って前記被加工物の加工を行う加工手順と、
    前記情報処理装置が、前記被加工物に対するエッチングに用いられるプラズマの密度を前記加工条件に基づいて演算するプラズマ状態演算手順と、
    前記情報処理装置が、前記プラズマ状態演算部の演算結果と前記保護膜層の厚さとに基づいて前記被加工物の加工形状および結晶欠陥の少なくとも一方の変動を演算する加工形状・結晶欠陥演算手順と、
    制御部が、前記加工形状・結晶欠陥演算手順の演算結果に基づいて前記加工条件を変更する制御手順と
    を具備する製造方法。
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