KR100779178B1 - 플라즈마처리장치 - Google Patents

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히데유키 야마모토
쇼지 이쿠하라
도시오 마스다
히로유키 기츠나이
준이치 다나카
나츠요 모리오카
겐지 다마키
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 외란에 의한 영향을 억제할 수 있는 플라즈마처리제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 제어시스템은 진공처리실 내에 수용한 시료에 처리를 실시하는 플라즈마처리장치(23)와 처리 중의 공정량을 모니터하는 센서(24)와, 센서로부터의 모니터출력 및 미리 설정한 가공결과의 예측식에 의거하여 가공결과를 추정하는 가공결과 추정모델(25)과, 가공결과의 추정모델의 추정결과에 의거하여 가공결과가 목표치가 되도록 처리조건의 보정량을 계산하는 최적 레시피계산모델(26)을 포함하고, 최적 레시피계산모델이 생성한 레시피에 의거하여 플라즈마처리장치(23)를 제어한다.

Description

플라즈마처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 드라이에칭장치의 개요를 나타내는 도,
도 2는 드라이에칭장치의 전체구성을 나타내는 도,
도 3은 드라이에칭장치의 피드백제어를 설명하는 도,
도 4는 최적 레시피계산모델의 수정을 설명하는 도,
도 5는 최적 레시피의 계산을 설명하는 도,
도 6은 드라이에칭장치의 다른 예를 나타내는 도,
도 7은 드라이에칭장치의 또 다른 예를 나타내는 도,
도 8은 In-Situ센서를 사용한 가공결과 추정과 가공제어의 효과를 나타내는 도,
도 9는 드라이에칭장치의 에칭제어를 설명하는 도,
도 10은 피드백제어 또는 피드포워드제어에 의한 안정화의 효과를 나타내는 도,
도 11은 가공결과 예측식을 생성하기 위한 처리를 설명하는 도,
도 12는 드라이에칭장치의 또 다른 예를 나타내는 도,
도 13은 최적 레시피계산모델구축을 위한 처리를 나타내는 도,
도 14는 사용 가능한 레시피선택수단의 사용 가능 레시피선택방법을 설명하 는 도,
도 15는 드라이에칭장치의 또 다른 예를 나타내는 도,
도 16은 드라이에칭장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 플라즈마처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 특히 외란에 의한 영향을 억제할 수 있는 플라즈마처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
플라즈마처리장치로서는 예를 들면 진공처리실 내에 에칭가스를 도입하고, 감압하에서 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마 중에 발생하는 래디컬 또는 이온을 피처리물인 웨이퍼 표면에 반응시켜 에칭을 하는 장치가 알려져 있다. 이와 같은 처리를 행하는 드라이에칭장치는 레시피라 불리우는 제조조건(가스유량, 가스압력, 투입전력, 에칭시간 등)을 기초로 에칭처리를 행한다. 상기 레시피는 반도체디바이스의 특정한 제조공정(동일공정)에 있어서는 항상 일정하게 유지되고 있다. 또한 상기 하나의 공정을 수단계로 분할하여 각 단계별로 제조조건을 변경하는 경우도 있다.
반도체제조공정에 있어서, 드라이에칭장치를 사용하는 공정을 실행하는 경우, 상기한 바와 같이 레시피라 불리우는 제조조건을 웨이퍼처리마다 매회 일정하게 설정하여 웨이퍼가공을 행한다.
그러나 최근의 미세화가 진행된 상태에서의 드라이에칭공정에서는 웨이퍼와 에칭가스의 반응생성물이 처리실 내벽에 퇴적하고, 이 퇴적물로부터 아웃가스라 불리우는 불필요한 가스가 발생하여 이 때문에 처리실 내의 환경이 경시변화한다. 또한 처리실 관련부품의 온도변화, 부품의 소모에 의해서도 처리실 내 환경은 변화한다. 이와 같이 드라이에칭장치에는 다양한 외란요인이 존재한다.
또 에칭의 전공정인 리소그래피공정으로 형성하는 마스크의 형상치수의 불균일도 에칭결과에 중요한 영향을 미친다.
즉 일정한 레시피를 사용하여 에칭처리를 행하여도 각종 외란에 의해 일정한 성능을 얻는 것은 곤란하다.
본 발명의 목적은 이들 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 특히 외란에 의한 영향을 억제할 수 있는 플라즈마처리제어시스템 및 처리제어방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에 따르는 공정처리제어시스템은, 진공처리실 내에 수용한 시료에 처리를 실시하는 플라즈마처리장치와, 그 처리장치의 처리 중의 공정량을 모니터하는 센서와, 그 센서로부터의 모니터출력 및 미리 설정한 가공결과의 예측식에 의거하여 가공결과를 추정하는 가공결과 추정모델을 부여하는 수단과, 상기 가공결과 추정모델의 추정결과에 의거하여 가공결과가 목표치가 되도록 최적의 처리조건을 계산하는 최적 레시피계산모델을 부여하는 수단과, 상기 최적 레시피계산모델을 사용하여 생성한 레시피에 의거하여 상기 플라 즈마처리장치를 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 진공처리실 내에 수용한 시료에 플라즈마처리를 실시하는 플라즈마처리방법으로서, 그 처리방법은 상기 처리 중의 공정량을 모니터하는 단계와, 상기 모니터결과에 의거하여 가공결과를 추정하는 단계와, 상기 가공결과의 추정결과에 의거하여 가공결과가 목표치가 되도록 처리조건의 보정량을 계산하여 최적 레시피를 생성하는 단계와, 상기 생성한 최적 레시피에 의거하여 상기 플라즈마처리장치를 제어하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 드라이에칭장치의 개요를 나타낸다.
도 1에 있어서 1은 플라즈마(1c)를 생성하는 플라즈마처리실, 1b는 처리실 내의 웨이퍼스테이지(1a) 위에 얹어 놓은 피처리물인 웨이퍼이다. 2는 드라이에칭장치에 공급하는 가스유량, 가스압력, 투입전력 등의 처리 중의 공정량을 모니터하기 위한 센서이고, 이들 센서는 통상 드라이에칭장치에 표준 장비된다. 3은 추가센서로서, 예를 들면 플라즈마광의 스펙트럼을 해석하기 위한 발광분광센서(OES : Optical Emission Spectroscopy), 플라즈마입자의 질량을 분석하기 위한 4중극 질량분석장치(QMS : Quadrupole Mass Spectrometry), 4는 레시피(6)를 나타내는 데이터에 따라 드라이에칭장치를 제어하는 엑츄에이터, 5는 처리 중의 공정량을 레시피 또는 로트번호, 웨이퍼ID와 같은 생산관리정보와 결합하여 보존하는 데이터베이스이다. 또한 상기 레시피는 웨이퍼처리 중 또는 웨이퍼처리마다 변경 가능하다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 드라이에칭처리시스템의 전체구성을 나타낸다. 상기 장치는 피드백(FB)제어계 및 피드포워드(FF)제어계를 포함한다.
도 2에 있어서 21은 포토리소그래피처리장치로서, 예를 들면 반도체기판 위에 레지스트를 도포하고, 그 레지스트를 예를 들면 목적으로 하는 field-effect transistor(FET)의 게이트부분에 소망의 전극폭의 게이트전극이 얻어지도록 에칭가공한다. 이하 이 전극폭의 목표치 또는 가공결과의 값을 CD(crtical dimension)치라 칭한다. 22는 상기 에칭 후의 레지스트의 CD치를 계측하는 CD-SEM(scanning Electron Microscope) 등의 계측기, 23은 플라즈마에칭처리장치(에처), 24는 플라즈마에칭처리장치에 공급하는 가스유량, 가스압력, 투입전력, OES, QMS 등의 처리 중의 공정량을 모니터하기 위한 센서(이하, In-Situ센서라 칭함)를 나타낸다. 25는 가공결과 추정모델을 나타내는 정보이고, 상기 In-Situ센서의 모니터출력 또는 미리 설정한 가공결과의 예측치를 사용하여 가공결과(예를 들면 상기 가공결과 CD치)를 추정한다. 또한 In-Situ센서는 웨이퍼처리 중에 웨이퍼별로 모니터 가능하기 때문에 상기 추정모델은 웨이퍼마다 가공결과를 추정할 수 있다. 또 이 추정모델은 뒤에서 설명하는 가공결과의 측정기출력에 의거하여 수정할 수 있다.
26은 최적 레시피계산모델을 나타내는 정보이고, 상기 가공결과의 추정모델의 추정결과 및 목표치(27)에 의거하여 최적 레시피계산모델을 예를 들면 도면의 예 1 또는 예 2에 나타내는 바와 같이 수정하여 최적 레시피를 생성한다. 또 이 계산모델은 상기 CD-SEM 등의 계측기(22)의 출력을 예 3에 나타내는 바와 같이 피드포워드제어입력으로서 이용할 수 있다.
28은 사용 가능 레시피선택수단을 나타내고, 레시피서버(29)에 저장한 레시피 중으로부터 최적 레시피 계산모델이 생성한 최적 레시피에 가장 가까운 레시피 를 선택하여 사용 가능 레시피로서 설정한다.
30은 가공결과의 CD치를 측정하는 CD-SEM(치수측장용 주사형 전자현미경 ;Critical Dimension-Scanning Electron Microscope), 31은 그 밖의 가공결과를 측정하는 X-SEM[단면측정용 주사형 전자현미경;Cross Section-Scanning Electron Microscope) 등의 가공결과의 측정기를 나타내고, 가공결과를 CD치 또는 게이트형상신호(32)로서 출력한다. 또한 상기 CD-SEM(30) 및 X-SEM(31) 등의 측정기는 상기 플라즈마에칭처리장치의 처리단위마다, 즉 로트단위마다 웨이퍼를 샘플링하여 계측한다. 이 때문에 상기 CD치 또는 게이트형상은 로트별로 얻어진다.
도 3은 본 실시예의 드라이에칭장치의 피드백제어를 설명하는 플로우이다. 먼저 단계(1)에 있어서 가공목표치(CD치)를 설정한다. 단계(2)에 있어서 최적 레시피계산모델에 의거하여 가공목표치로부터 목표치를 달성하는 데에 최적인 레시피를 계산한다. 단계(3)에 있어서 최적레시피에 가장 가까운 사용 가능한 레시피를 선택하고, 단계(4)에 있어서 그 레시피를 에칭처리장치(23)에 설정한다. 단계(5)에 있어서 에칭을 개시한다. 단계(6)에 있어서 에칭을 행하고 있는 동안의 장치의 상태를 In-Situ센서에 의하여 모니터링한다. 단계(7)에 있어서 1매의 웨이퍼의 에칭처리가 종료하면 단계(8)에 있어서 가공결과 추정모델을 사용하여 상기 In-Situ센서의 측정치에 의거하여 웨이퍼의 가공결과를 추정한다. 단계(9)에 있어서 상기 추정한 가공결과와 목표치에 의거하여 도 4에 나타내는 바와 같이 최적 레시피 게산모델을 수정하고, 수정한 최적 레시피를 에칭처리장치(23)에 설정한다. 이어서 단계(2)로 진행하여 다음의 웨이퍼를 처리한다.
또 상기한 바와 같이 각 로트별로 웨이퍼를 1매씩 샘플링하여 웨이퍼의 실치수를 CD-SEM(30) 또는 X-SEM(31) 등의 가공결과의 측정기로 측정하고, 그 측정결과에 의거하여 가공결과의 추정모델을 정밀도 좋게 수정할 수 있다. 또 이 추정모델의 수정에 의하여 상기 샘플링검사만에 의하여 웨이퍼의 모든 수 검사에 필적하는 정밀도 좋은 검사를 실행할 수 있다.
이와 같이 본 제어방식에 의하면 In-Situ센서의 측정치를 사용하여 가공결과를 추정하고, 피드백제어할 수 있다. 또 In-Situ센서의 측정치를 사용하므로 웨이퍼의 실치수를 CD-SEM(30) 또는 X-SEM(31) 등의 가공결과의 측정기만으로 측정하는 방법(In-Situ센서를 사용하지 않는 방법)에 비하여 고속의 피드백루프(웨이퍼마다의 피드백제어루프)구성할 수 있어 불량 웨이퍼의 대량생산을 억제할 수 있다.
다음에 본 실시예의 드라이에칭장치의 피드포워드제어를 도 2와 도 5를 참조하여 설명한다. 포토리소그래피처리장치(21)에 의하여 처리한 웨이퍼의 레지스트가공치수(예를 들면 CD치)는 CD-SEM 등의 측정기(22)에 의하여 측정한다. 최적 레시피계산모델(26)은 이 측정치와 상기 목표치(27)를 비교하여 포토리소그래피공정에 있어서의 레지스트가공치수의 목표치로부터의 상기 어긋남을 상쇄하는 가공량(CD시프트량)을 견적하고(도 5 중 Y), 이 견적에 의거하여 최적 레시피계산모델을 사용하여 최적 레시피를 계산한다. 이어서 사용 가능한 레시피선택수단 (28)은 레시피서버에 저장한 레시피 중으로부터 최적 레시피계산모델이 생성한 최적 레시피에 가장 가까운 레시피를 선택하여 사용 가능 레시피로서 설정한다.
도 4에 있어서는 포토리소그래피공정에 있어서의 가공결과가 목표CD치보다도 큰 경우의 예를 나타내고 있다. 이와 같은 경우는 레지스트를 목표 CD치가 되도록 에칭처리로 세밀하게 하거나(슬리밍처리), 또는 BARC/HLD(반사방지막) 에칭처리로 목표CD치가 되도록 조정한다. 이어서 목표CD치가 된 레지스트, 또는 BARC/HLD를 마스크로서 에칭처리한다. 이 경우 목표로 하는 레지스트의 사이드에칭에 의하여 생기는 CD시프트량을 예상하여 이 예상에 의거하여 도 5에 나타내는 바와 같이 최적 레시피계산모델에 의하여 최적 레시피를 계산한다. 이어서 계산한 최적 레시피에 가장 가까운 사용 가능한 레시피를 선택하여 레지스트를 에칭처리한다.
다음에 마찬가지로 상기 레지스트의 CD치를 기초로 최적 레시피계산모델에 의하여 최적 레시피를 계산하고, 계산한 최적 레시피에 가장 가까운 사용 가능한 레시피를 선택하여 웨이퍼의 에칭처리를 행하고 에칭처리의 공정을 종료한다.
도 6은 본 발명의 드라이에칭장치의 다른 예를 블록도로 나타낸다. 또한 도 6에 있어서 도 2에 나타내는 부분과 동일부분에 대해서는 동일부호를 붙이고 그 설명을 설명한다. 이 예에 있어서는 도 2에 나타내는 가공결과추정모델은 사용하지 않는다. 이와 같이 함으로써 피드백의 루프속도는 느려지나, 가공결과의 측정기 (30, 31)로부터의 실데이터를 사용한 피드백을 행할 수 있다. 이 때문에 최적 레시피계산모델을 더욱 정확하게 수정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 드라이에칭장치의 다른 에를 나타낸다. 또한 도면에 있어서 도 2에 나타내는 부분과 동일부분에 대해서는 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 이 예에 있어서는 도 6의 실시예와 반대로 도 2에 나타내는 CD-SEM(30)과 X-SEM(31) 및 가공결과(32)는 사용하지 않는다. 본예와 같이 In-Situ센서(24) 와 가공결과 추정모델(25)을 높은 정밀도로 유지할 수 있는 경우, CD-SEM 등으로부터의 모델보정은 불필요하게 되기 때문이다. 이와 같이 함으로써 CD-SEM, X-SEM 등의 검사장치를 필요로 하지 않는 처리방법을 실현할 수 있어 반도체제조에 있어서 검사공정을 삭감할 수 있다.
도 7은 본 발명의 드라이에칭장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다. 또한 도 7에 있어서 도 2에 나타내는 부분과 동일부분에 대해서는 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 이 예에 있어서는 도 2에 나타내는 In-Situ센서(24)를 대신하여 광산란형상 추정수단(Scatterometry)을 사용한다. 광산란형상 추정수단은 웨이퍼 위에 설치한 복수의 격자형 마크에 파장 또는 입사각을 파라미터로서 광을 조사하여 반사율을 측정한다. 다음에 미리 이론계산에 의하여 작성하여 둔 특징라이브러리와 비교하여 일치도가 좋은 라이브러리파형을 탐색하고, 다시 형상파라미터를 조정함으로써 복수의 격자형 마크에 의하여 형성되는 웨이퍼의 형상, 치수를 추정할 수 있다.
여기서 도 15의 수정예와 같이 이 광산란형상 추정수단(24A)을 사용하여 로트별로 샘플한 웨이퍼의 격자형 마크의 가공형상을 측정하고, 상기 가공결과 추정모델(25)을 수정하도록 하면 X-SEM에 의한 파괴검사를 행하는 일 없이 형상추정정밀도를 수정할 수 있다.
이 광산란형상 추정수단(24A)을 공정량을 모니터하기 위한 측정장치 (Integrated Metrology)로서 에칭처리장치(23)에 조립하여 에칭 직후의 웨이퍼를 에칭장치 내에서 계측하여 치수, 형상을 추정한다. 추정결과를 기초로 최적 레시 피 계산모델을 수정하는 것은 도 2의 경우와 동일하다.
도 8은 In-Situ센서를 사용한 가공결과추정과 가공제어의 효과를 나타낸다. 도 8에서는 In-Situ센서의 예로서 처리 중의 플라즈마발광을 측정하는 예를 나타낸다. 플라즈마발광에는 공정을 지배하는 에천트나 이온의 정보가 포함되어 있어 플라즈마발광의 피크강도나 스펙트럼형상의 변화로부터 가공결과의 변화를 추정할 수 있다.
또한 플라즈마발광의 변화는 약간이므로, 플라즈마발광에 대하여 무엇인가의 수치처리를 실시하여 발광스펙트럼의 변화성분을 감도좋게 추출하는 것이 바람직하다. 연산처리로서는 예를 들면 표준스펙트럼에 대하여 비나 차분을 취하는 방법이 있다. 또는 통계해석적인 방법, 예를 들면 주성분 분석을 사용하면 많은 발광피크 중으로부터 변화한 피크성분만을 필터링하여 인출할 수 있다.
도 8의 좌측란에는 플라즈마발광에 대하여 수치처리를 행한 결과를 나타내고 있다. 도면의 *표는 측벽 퇴적물에 영향을 미치는 발광피크의 변화를 나타낸다. 이 발광피크의 분석결과로부터 가공결과 추정모델에 의거하여 가공결과를 추정할 수 있다. 이 형상은 도 8의 중앙부에 나타내고 있고, 소정의 가공형상(최상단에 나타낸다)에 비하여 발광피크의 변화에 대응하여 측벽 퇴적물이 증가하여 테이퍼각이 증가하고 있는 것이 추정된다.
이들 결과에 의거하여 최적 레시피를 계산하여 가공제어를 행한다. 최적 레시피계산은 처리레시피에 대하여 보정을 행함으로써 실현된다. 가공목표치로부터의 어긋남량에 따라 예를 들면 테이퍼각이 목표치에 일치하고 있는 경우는 보정을 가하지 않고, 테이퍼각이 큰 경우는 보정량을 크게 한다. 이에 의하여 도 8의 우측란에 나타내는 바와 같이 테이퍼각을 일정하게 유지할 수 있다. 이 최적 레시피계산의 방법은 뒤에서 설명한다. 또한 여기서는 In-Situ센서로서 플라즈마발광을 검출하는 센서를 사용하였으나, 이 외에도 예를 들면 방전전압(Vpp)이나 바이어스전압(Vdc), 또는 임피던스모니터를 사용할 수도 있다.
도 9는 본 실시예에 관한 드라이에칭장치의 에칭제어를 블록도로 나타낸다.
공정량을 모니터하고, 다시 가공결과를 모니터하는 센서(91)로서는 발광분광기 등의 다수의 데이터를 출력하는 센서, 플라즈마 임피던스 모니터와 같이 플라즈마의 상태에 감도가 높은 센서, 그 밖의 압력이나 온도나 전압, 전력의 입사, 반 사 등의 각종 센서를 구비할 수 있다. 또 발광분광기와 같이 다수의 데이터를 동시에 취득할 수 있는 센서가 1개만 설치되어도 좋다. 이들 센서는 일정시간마다, 예를 들면 1초마다 드라이에칭장치의 상태를 나타내는 신호를 출력한다. 이 1회의 출력당, 센서데이터의 수는 수십개 내지 수천개이다.
신호압축부(92)는 이들 다수의 데이터를 압축하여 장치상태신호를 생성한다. 장치상태신호의 수는 경우에 따라 변하나, 수개 내지 수십개의 경우가 있다. 이 신호압축에는 주성분 분석 등의 통계적 해석법을 사용할 수 있다.
가공결과추정부(93)는 상기 장치상태신호의 시간변화로부터 평균화나 미분조작에 의해 웨이퍼마다의 처리상태신호를 생성한다.
여기서 도 9의 가공결과예측식(94)은 상기 생성한 웨이퍼마다의 처리상태신호로부터 처리 후의 웨이퍼의 가공결과를 예측하는 예측식으로 미리 데이터베이스 에 저장하여 둔다. 또한 상기 가공결과추정부(93)는 상기 처리상태신호 및 예측식을 사용하여 웨이퍼의 가공형상을 예측한다. 또한 웨이퍼 내에서 가공형상의 불균일이 있을 때에는 이 불균일도 계산한다.
최적 레시피계산모델(95)은 상기 예측결과 및 처리의 목표치(96)를 입력하여 가공결과가 목표치가 되도록 처리조건의 보정량을 계산한다. 이 보정된 처리조건(최적 레시피)을 장치제어부(97)에 건네어 에칭장치(98)를 제어하여 다음의 웨이퍼처리를 행한다. 또한 상기 가공결과 예측식은 그 예측정밀도의 검정을 CD-SEM 등의 가공형상의 측정기에 의한 실측결과와 비교함으로써 행할 수 있다.
도 10은 피드백제어 또는 피드포워드제어에 의한 안정화의 효과를 나타낸다. 세로축은 CD게인이고, CD치의 가공에 의한 증가량을 나타낸다. 생산관리상 이 CD게인은 약간의 양(+)의 값으로 일정하게 유지되는 것이 이상적이다. 그러나 리액터 내벽면에의 반응생성물의 퇴적 등에 의하여 플라즈마나 케미스트리의 상태가 약간이기는 하나 변화하여 가기 때문에 가공에 장기적인 변동이 생긴다. 이것을 이 도면에서는 로트간 변동이라 이름붙이고 있다. 특히 리액터를 대기개방하여 내부의 퇴적물을 제거하는 모든 청소(full cleaning) 후로부터 리액터 내벽면의 상태가 안정되기까지의 사이에 변동이 생긴다. 또 로트내에 있어서도 반응생성물의 퇴적이나 내벽면의 온도변화 등에 의하여 단기적인 변동(로트내 변동)이 생긴다. 또한 포토공정이나 에칭공정의 가공에 의한 불균일 변동도 생긴다.
종래부터 이와 같은 변동에 대해서는 내벽면의 온도조정 등의 하드적인 개선에 의하여 또는 적당한 간격으로(예를 들면 로트별이나 웨이퍼별) 세정을 행하여 퇴적물을 제거하여 리액터의 상태를 안정화시킴으로써 디바이스가공의 마진 이내에 수납하고 있다. 그러나 디바이스의 미세화에 따라 가공 마진이 작아지면 종래의 방법에서는 안정화의 한계가 생기고 있다. 이에 대하여 본 실시예에 나타내는 바와 같이 피드백제어 또는 피드포워드제어를 실시함으로써 도 10 하단에 나타내는 바와 같이 로드간 변동·로트내 변동·불균일 변동을 억제하여 디바이스가공의 마진 이내에 수납하는 것이 가능하게 된다.
도 11은 도 9에 나타내는 가공결과예측식을 생성하기 위한 처리를 설명하는 플로우이다. 먼저 단계(S1)에 있어서 에칭처리장치를 사용하여 시료(웨이퍼)의 에칭처리를 행한다. 단계(S2)에 있어서 공정량을 모니터하는 센서의 데이터를 데이터압축부에 있어서 압축하고, 단계(S3)에 있어서 압축한 데이터를 처리상태신호 데이터베이스에 저장한다. 단계(S4)에 있어서 상기 처리가 종료한 웨이퍼의 가공형상을 예를 들면 CD-SEM 등으로 측정하고, 단계(S5)에 있어서 가공결과 데이터베이스에 보존한다. 단계(S6)에 있어서 상기 실측한 가공형상과 처리상태신호의 상관 관계식을 중회귀분석에 의하여 구하고 가공결과 예측식을 생성한다.
도 12는 본 발명의 드라잉칭장치의 또 다른 제어예를 나타낸다. 이 예에서는 최적 레시피계산모델의 모델화방법으로서 통계처리에 일반적으로 사용되고 있는 응답곡면모델을 이용하였다. 또 도 13은 도 12의 예에 대한 최적 레시피계산모델구축을 위한 처리를 나타낸다.
먼저 목표로 하는 에칭성능의 항목을 A, B, C로 하고, 에칭장치에 설정하는 레시피파라미터가 a, b, c, d, e, f의 6항목이라고 한다. A, B, C는 예를 들면 선 택비, 사이드에칭량, 테이퍼각도라는 것으로, a, b, c, d, e, f는 각각 예를 들면 가스유량, 압력, 전압, 전력, 온도, 시간을 나타낸다. 먼저 단계(S1)에 있어서 다구치법을 사용한 평가실험을 행하여 단계(S2)에 있어서 균일성에 영향을 미치는 레시피파라미터를 선택하여 제어 가능한 파라미터로부터 제외한다. 이들 파라미터(본 도면에서는 d, e, f)는 고정레시피 파라미터로서 항시 고정함으로써 웨이퍼마다의 피드백제어(Run-to-Run제어)에 의하여 균일성이 열화하는 것을 방지한다.
단계(S3)에 있어서 실험계획법을 사용하여 모델화에 필요한 데이터를 취득하고, 단계(S4)에 있어서 최적 레시피계산모델을 작성한다. 도 11에 있어서는 최적레시피계산모델의 개념을 용이하게 이해할 수 있도록 레시피라파미터(a, b, c)에 대하여 에치성능(A, B), 에칭성능(A, C) 및 에치성능(B, C)만이 각각 관여하고 있는 3차원의 모델을 가정하였다. 실제로는 응답곡면법에 의하여생성되는 최적 레시피계산모델은 에치성능(A, B, C)을 입력으로 하여 레시피파라미터(a, b, c)를 출력으로 하는 다차원의 모델이다. 본 구축예에 있어서는 에칭성능을 변화시키기 위하여 모델의 경사를 변화시키는 방법을 취하였다. 이와 같이 하여 수정된 모델을 사용하여 유도되는 갱신된 레시피파라미터(a', b', c')와 고정레시피 파라미터(d, e, f)를 다음 웨이퍼의 처리조건으로서 부여한다. 단계(S5)에 있어서 상기 에칭조건에 따라 에칭처리를 실행한다.
도 14는 사용 가능한 레시피선택수단의 사용 가능한 레시피선택방법을 설명하는 도면이다. 소정의 공정에 있어서, 1매째의 웨이퍼를 처리하는 경우, 먼저 최적 레시피계산모델에 의하여 CD시프트량 및 CD테이퍼의 목표치를 기초로 ① 에서 나타내는 No.20이 산출되어 이 레시피로 처리가 행하여진다. 여기서는 설명을 간단하게 하기 위하여 목표치를 2변수로 하였으나, 2변수 이상의 경우도 동일하다.
1매째 웨이퍼의 에칭처리종료 후, 가공결과 추정모델 또는 CD-SEM 등의 계측기에 의하여 가공결과를 측정한다. 이 측정결과가 ②에 나타내는 바와 같이 목표로 하고 있던 것으로부터 어긋나 있었다고 한다. 이 경우는 당초의 계산모델이 경시변화 등에 의하여 변동하고 있다고 판단하여 모델을 당초의 레시피(여기서는 레시피No.20)가 해당 가공결과에 일치하도록 이동 또는 경사시켜 모델수정을 행한다[초기의 최적 레시피계산모델을 이동하여 수정 후의 최적 레시피계산모델(1)로 한다].
2매째 웨이퍼의 에칭처리시에는 수정된 최적 레시피계산모델(1)을 사용하여 목표치로부터 최적 레시피(④에 나타내는 2매째 웨이퍼의 레시피No.10)를 선택한다.
그러나 모델수정 후에 모델이 도면 중에 나타나 있는 「수정 후의 최적 레시피계산모델(2)」이 된 경우는 목표치에서의 최적 레시피는 존재하지 않는다. 따라서 이 경우는 알람을 내어 에칭처리는 행하지 않게 된다. 이에 의하여 장치가 이상이 된 경우, 많은 불량을 내는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또 이 알람은 상기 모두 청소라는 메인티넌스처리의 실행판단으로서 사용할 수도 있다. 또한 이상의 설명에서는 플라즈마처리장치로서 플라즈마에칭장치를 대표예로서 설명하였으나, 본 발명은 플라즈마CVD장치와 같은 다른 플라즈마처리장치에도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 공정량을 모니터하기 위한 센서출력 또는 가공결과 측정기의 측정결과를 기초로 피드백제어 또는 피드포워드제어를 실시하기 때문에 경시변화 등에 의거하는 로드간 변동·로드 내 변동 및 불균일변동을 억제하여 정밀도 좋은 디바이스가공을 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 처리에 적합한 레시피에 의하여 시료를 플라즈마처리하는 제 1 수단과,
    상기 제 1 수단으로 플라즈마처리 중의 모니터값에 의하여 레시피를 수정하고, 상기 수정된 레시피에 의거하여 다음의 시료를 플라즈마처리하는 제 2 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  2. 진공처리실 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마 중의 라디칼 또는 이온에 의하여 진공처리실 내에 탑재된 시료를 플라즈마처리하는 플라즈마처리장치와,
    상기 플라즈마처리장치에서의 시료의 처리 전에 상기 시료의 형상을 측정하는 전측정기와,
    상기 플라즈마처리장치에서의 시료의 처리 후에 상기 시료의 형상을 측정하는 후측정기와,
    상기 플라즈마처리장치의 레시피 파라미터마다, 에칭 성능결과를 관련짓는 최적 레시피 모델을 적어도 하나 가지고, 가공결과 목표값과 상기 전측정기의 측정결과의 차분으로부터 목표 가공량을 산출하고, 상기 목표 가공량과 상기 최적 레시피로부터 레시피 파라미터의 적어도 하나의 파라미터를 변경하는 수단과,
    상기 최적 레시피 모델은, 동일 시료의, 상기 전측정기의 측정결과와 상기 후측정기의 측정결과의 차분으로부터 모델을 수정하는 수단을 포함하고,
    에칭마다 레시피 파라미터의 적어도 하나를 갱신하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전측정기와 상기 후측정기는 동일 측정기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  4. 처리에 적합한 레시피를 기초로 시료를 플라즈마처리하고, 상기 처리결과를 계측하여 얻어진 계측결과와,
    미리 정해진 목표값과의 편차에 의거하여 레시피를 수정하고, 상기 수정된 레시피를 기초로 복수의 레시피 중에서 하나를 선택하여 다음의 플라즈마처리를 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  5. 처리에 적합한 레시피를 기초로 시료를 플라즈마처리하고, 그 처리상황을 모니터하는 인 시츄(in-situ) 센서에 의하여 얻어진 모니터정보와,
    미리 정해진 목표값과의 편차에 의거하여 최적 레시피를 구하여, 상기 최적 레시피를 기초로 복수의 적합한 레시피 중에서 하나를 선택하여 다음의 플라즈마처리를 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
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