JP6310866B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法並びに解析方法 - Google Patents
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Description
そのため、エッチング結果を安定化させるためにエッチング装置には、エッチング中に計測された装置のモニタデータを用いてレシピを変更する制御技術(Advanced Process Control:APC)が適用されている。モニタデータには、エッチング処理中のプラズマの発光やウェハ表面の反射光などを分光器で計測した分光計測データが用いられる。
分光計測データを用いてレシピを調整する方法として、特許文献1、特許文献2に記載されている方法が知られている。
更に、上記目的を達成するために、本発明では、フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御に用いるために適した、発光波長と発光波長の時間区間とプラズマ処理用パラメータの組み合わせを求める解析方法において、プラズマ処理の経時変化データから発光強度とプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、パラメータを変更することにより発光強度とプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、第一の回帰式の相関係数と、第一の回帰式の傾きと第二の回帰式の傾きの差分と、に基づいて制御に用いるために適した、発光波長と発光波長の時間区間とプラズマ処理用パラメータの組み合わせを求めるようにした。
(1)分光器で計測した分光計測データの発光波長帯域を示す波長と、分光計測データが計測された時間を示す時間区間と、変更するレシピ項目との組合せを作成する。
(2)この作成したそれぞれの波長と時間区間と変更レシピ項目の組合せについて、レシピ一定時のデータを用いて、分光計測データの当該波長と時間区間における値とエッチング結果の相対関係を示す回帰式1と、当該レシピ項目を変更した時の分光計測データの当該波長と時間区間における値とエッチング結果の相対関係を示す回帰式2とを作成する。
(3)前記波長と時間区間と変更レシピ項目の組合せについて、それぞれ前記回帰式1の係数と前記回帰式2の係数との差分を算出し、組合せの中で前記差分の小さいものをAPCに用いる波長と時間区間と変更レシピ項目の組合せとして提示する。
本実施例におけるプラズマ処理装置の例として、エッチング装置の場合について説明する。本実施例におけるエッチング装置1は、図1の構成図に示すように、エッチング部10と解析部20と入力部30と出力部31と通信インタフェース部(通信IF部)32とを有しこれらはバス33を介して相互に接続されている。
エッチング部10はプラズマ加工部11と分光器12と制御部13と記憶部14とIF部110とを備えている。プラズマ加工部11は、図2に示すように、図示していない真空排気手段で内部を真空に排気されるチャンバ111と、図示していない電源により高周波電力が印加されて真空に排気されたチャンバ111の内部にプラズマを発生させる1対の電極112a及び112bと、チャンバ111の内部を外側から観察する窓115と、真空に排気されたチャンバ111の内部にウェハ114をエッチング処理するためのエッチングガスを供給するガス供給部117とを備えている。なおガス供給部117は、複数の種類のガス(CF4、CHF3、Ar等)をそれぞれ流量を制御して供給することが可能となっている。
波長1欄15bには、発光強度の平均値を算出する分光計測データの波長を特定する情報が格納される。
時間区間1欄15cには、発光強度の平均値を算出する分光計測データの時間区間を特定する情報が格納される。
波長2欄15dには、発光強度の平均値を算出する分光計測データの波長を特定する情報が格納される。
時間区間2欄15eには、発光強度の平均値を算出する分光計測データの時間区間を特定する情報が格納される。
変更レシピ項目欄15fには、APCで変更するレシピの項目(ガスの流量等)を特定する情報が格納される。
図3に分光器12にて計測されたプラズマ発光の分光計測データの例として波形信号301を示す。分光計測データの波形信号301は、波長と時間の2次元の要素を持ち、各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値を表している。各波長、各時間についてそれぞれ計測された発光強度の値は、その分光計測データが計測されたウェハのIDと共に、後述の分光計測データ記憶領域24に格納される。
図5に制御部13にて行われるAPCの処理の例を示す。
APCを実行するように設定されている場合にウェハのエッチング処理が完了すると、制御部13は、記憶部14のAPC設定データ記憶領域15に記憶されている波長、時間区間、変更レシピ項目の情報を呼び出す(S101)。なお、APCの処理の例では、複数のウェハについてAPC設定データ記憶領域15に記憶されている波長、時間区間、変更レシピ項目を用いて順次処理を行うが、最初のウェハについては、予め設定された条件を用いる。
図1に示した記憶部22のレシピ一定時エッチング結果データ記憶領域23および、レシピ一定時分光計測データ記憶領域24には、予め指定された基準となるレシピを変更せずにエッチング処理を行ったときの情報が格納される。
図12は、レシピ変更時エッチング結果データ記憶領域25の例であるレシピ変更時エッチング結果データテーブル25aを示す。本テーブルは、ウェハID欄25b、エッチング結果欄25c、等の各フィールドを有する。
波長1欄28cには、APCに用いる波長の候補を特定する情報が格納される。後述の説明のために、ここで波長1欄28cの行iに格納された値をWL1と呼ぶ。
時間区間1欄28dには、APCに用いる時間区間の候補を特定する情報が格納される。時間区間1欄28dに格納された情報は、波長1欄28cに格納された情報と対応付く情報である。後述の説明のために、ここで時間区間1欄28dの行iに格納された値をWLT1と呼ぶ。
波長2欄28eには、APCに用いる波長の候補を特定する情報が格納される。後述の説明のために、ここで波長2欄28eの行iに格納された値をWL2と呼ぶ。
時間区間2欄28fには、APCに用いる時間区間の候補を特定する情報が格納される。時間区間2欄28fに格納された情報は、波長2欄28eに格納された情報と対応付く情報である。後述の説明のために、ここで時間区間2欄28fの行iに格納された値をWLT2と呼ぶ。
本実施例による解析処理の方法は、プラズマを用いて半導体ウェハをエッチング処理する半導体エッチング処理において、APCに用いる分光計測データの波長、時間区間およびレシピ項目の組合せを特定する解析方法である。
生産工程でエッチング装置1を用いて複数のウェハを順次エッチング処理する前の段階として、エッチング装置1を扱う装置管理者が、APCに用いる波長と時間区間とレシピ項目の組合せを決定するために、解析部20において解析処理を実行する。
APCに適した波長と時間区間とレシピ項目の組合せは、エッチング処理の対象である半導体ウェハ表面上の膜の構成などによって変化するため、エッチング処理の立上げ時には、適宜、本解析処理を実行することが必要になる。本解析処理により決定したエッチング処理の条件を用いて、生産工程(量産工程)においてエッチング装置1を用いて複数のウェハが順次エッチング処理される。
図23に示すような表示画面D100上で解析処理の実行を指示するボタンD106上で図示していないカーソルがクリックされると、解析部20は解析処理を行う。はじめに、表示画面D100上で入力された波長候補、時間区間候補、変更レシピ項目候補の情報を用いて波長候補D101,D103、時間区間候補D102,D104、変更レシピ項目候補D105の組合せを作成し、図15に示したAPC設定データ候補テーブル28aに格納する(S301)。次に、S301で作成した波長候補D101,D103、時間区間候補D102,D104、変更レシピ項目候補D105の組合せのうち、波長候補D101,D103と時間区間候補D102,D104の情報を用いて、レシピ一定時データを用いて発光強度モニタ値を算出し(S302)、レシピ一定の時の発光強度とエッチング結果の間の相関の強さを示す情報として発光強度モニタ値とエッチング結果の間の回帰式(回帰直線)の残差を算出する(S303)。さらに発光強度モニタ値とエッチング結果の間の回帰式(回帰直線)の係数を算出する(S304)。
(S301):演算部21は、図23に示す表示画面D100上で波長1入力欄D101と時間区間1入力欄D102に入力された複数の波長候補と時間区間の候補と、波長2入力欄D103と時間区間2入力欄D104に入力された複数の波長候補と時間区間の候補と、変更レシピ項目候補入力欄D105に入力された変更レシピ項目の候補とを用いて、2つの波長と2つの時間区間と変更レシピ項目の組合せを複数作成し、波長と時間区間と変更レシピ項目の各組合せをそれぞれ図15に示したAPC設定データ候補テーブル28aの波長1欄28c、時間区間1欄28d、波長2欄28e、時間区間2欄28f、変更レシピ項目欄28gに格納する。格納する組合せは、例えば、入力欄D101、D102、D103、D104、D105に入力された全ての波長と時間区間と変更レシピ項目の組合せであっても良い。また演算部21は、ID欄28bにも第1行から順に番号を付ける。
(S302):演算部21は、図18に示すような、ウェハID欄29b、発光強度モニタ値欄29c、エッチング結果欄29dを備えた発光強度モニタ値データテーブル29aを作成する。
演算部21は、前述の式(数1)、(数3)、(数4)と図18の発光強度モニタ値データテーブル29aの発光強度モニタ欄29cとエッチング結果欄29dに格納された値を用いて、(数4)の左辺の変数(a1)を算出する。この変数(a1)は図20の直線A602の傾きを示している。演算部21は、この算出した傾き(a1)を後述の処理S310で利用する。
(S305):演算部21は、レシピ変更時のデータを用いて図18に示した発光強度モニタ値データテーブル29aに相当するデータテーブルを作成する。その一例として、図19に、レシピ変更時のデータを用いた時の発光強度モニタ値データテーブル29−2aを示す。
ウェハID欄29−2bはデータを取得したウェハを示す情報として、例えば図10に示したレシピ変更時エッチング結果テーブル23aのウェハID欄23bに格納された情報のうち、図13のレシピ変更時レシピデータテーブル26aに示したレシピ変更量欄26cのRcpに相当するレシピ項目の値が0ではないウェハの値が格納される。
レシピ変更時のデータにおいて、発光強度モニタ値とエッチング結果との相関が強いほど第2の残差二乗平均値(AveSe2)の値は小さくなる。算出した第2の残差二乗平均値(AveSe2)は、当該行の波長と時間区間の組合せの良し悪しを評価する情報として、図15に示したAPC設定データ候補テーブル28aのレシピ変更時残差欄28iの当該行に格納される。
演算部21は、前述の式(数6)、(数8)、(数9)と図19の発光強度モニタ値データテーブル29−2aの発光強度モニタ欄29−2cとエッチング結果欄29−2dに格納された値を用いて、(数9)の左辺の変数(a2)を算出する。この変数(a2)はレシピ変更時のデータから作成した回帰式(回帰直線)の傾きを示している。
なお、レシピ一定時のデータについても回帰式の傾きの推定誤差を算出し、(数12)の括弧内に加えても良い。また、Δa2を定数倍(1.5倍、2倍等)しても良い。またΔei2の代わりにレシピ一定時の発光強度モニタ値のばらつきである(X11)を用いても良い。
演算部21は、(数12)で求めた傾き差の評価値(Ea)を、図15に示したAPC設定データ候補テーブル28aのモデル差欄28jの当該行に格納する。
(S310):演算部21は、波長、時間区間、変更レシピ項目の組合せのAPCに適している度合いを示す値を、以下の式(数13)を用いて算出する。
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
Claims (10)
- フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御であるAPCを用いて試料にプラズマ処理を施し、前記APCを用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置を備えるプラズマ処理装置において、
前記解析装置は、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分に基づいて前記差分が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御であるAPCを用いて試料にプラズマ処理を施し、前記APCを用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置に接続されたプラズマ処理装置において、
前記解析装置は、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分に基づいて前記差分が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
前記パラメータは、複数であることを特徴とするプラズマ処理装置。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御であるAPCを用いて試料にプラズマ処理を施し、前記APCを用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置を備えるプラズマ処理装置において、
前記解析装置は、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記第一の回帰式の残差と前記第二の回帰式の残差の重み付き和を求め、
前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分と前記重み付き和に基づいて前記差分と前記重み付き和が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御であるAPCを用いて試料にプラズマ処理を施し、前記APCを用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置に接続されたプラズマ処理装置において、
前記解析装置は、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記第一の回帰式の残差と前記第二の回帰式の残差の重み付き和を求め、
前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分と前記重み付き和に基づいて前記差分と前記重み付き和が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御であるAPCを用いて試料にプラズマ処理を施し、前記APCを用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置を備えるプラズマ処理装置において、
前記解析装置は、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することによって得られた前記第二の発光強度により前記第二の回帰式の残差の二乗平均値を除した値である推定誤差を前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分に加算し、
前記推定誤差が加算された前記差分に基づいて前記推定誤差が加算された前記差分が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御であるAPCを用いて試料にプラズマ処理を施し、前記APCを用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置に接続されたプラズマ処理装置において、
前記解析装置は、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することによって得られた前記第二の発光強度により前記第二の回帰式の残差の二乗平均値を除した値である推定誤差を前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分に加算し、
前記推定誤差が加算された前記差分に基づいて前記推定誤差が加算された前記差分が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とするプラズマ処理装置。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御であるAPCを用いて試料に前記プラズマ処理を施し、前記APCに用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置を備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分に基づいて前記差分が所定値より小さくなる前記組み合わせを求め、
求められた前記組み合わせを適用した前記APCを用いて前記試料を前記プラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御に用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析装置において、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分に基づいて前記差分が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とする解析装置。 - フィードバック制御またはフィードフォワード制御によりプラズマ処理の変動を抑制する制御に用いるための、発光波長と前記発光波長の時間区間と前記プラズマ処理用のパラメータの組み合わせを求める解析方法において、
前記プラズマ処理の経時変化データを用いて第一の発光強度と第一のプラズマ処理結果の相関関係を示す第一の回帰式を求め、
前記パラメータを変更することにより得られた第二の発光強度および第二のプラズマ処理結果を用いて前記第二の発光強度と前記第二のプラズマ処理結果の相関関係を示す第二の回帰式を求め、
前記第一の回帰式の傾きと前記第二の回帰式の傾きの差分に基づいて前記差分が所定値より小さくなる前記組み合わせを求めることを特徴とする解析方法。
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