TWI384573B - Etching apparatus, analyzing apparatus, etching processing method, and etching processing program - Google Patents

Etching apparatus, analyzing apparatus, etching processing method, and etching processing program Download PDF

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Description

蝕刻裝置、分析裝置、蝕刻處理方法、及蝕刻處理程式
本發明關於蝕刻裝置，以及在監控蝕刻裝置中之電漿發光的分析裝置之中，進行蝕刻處理中之發光強度之波形分類選定影響蝕刻處理結果之波形的方法，特別是，關於依據波形“形狀”之類似性來分類波長，選定代表性波長的方法，或者以定量方式判斷變化較小之波形的方法。
欲獲得形成於晶圓上之半導體裝置等之微細形狀，利用電漿使物質電離，藉由該物質之作用(晶圓表面之反應)除去晶圓上之物質的蝕刻處理被進行。電離之物質有各種，晶圓上之物質亦對應於製品功能而多樣化。
另外，欲於晶圓上形成形狀，而塗布有機系物質之阻劑藉由微影成像技術形成形狀之後進行蝕刻處理。欲獲得特定形狀時亦導入調節反應速度之物質。在進行蝕刻處理的腔室容器內存在多種多樣物質之反應。
電漿之電離現象會伴隨發光現象，因此可於利用電漿進行處理之蝕刻裝置中搭載發光分光器(OES：Optical Emission Spectroscopy)來監控電漿之產生狀態。
習知作為由該OES資料取出對反應有影響之物質，或發光之變化的方法，例如揭示於特開平6-224098號公報(專利文獻1)、特開2001-60585號公報(專利文獻2)、特開2001-244254號公報(專利文獻3)、特開 2003-17471號公報(專利文獻4)、特開2005-340547號公報(專利文獻5)、特開平9-306894號公報(專利文獻6)、特表2001-521280號公報(專利文獻7)。
於專利文獻1揭示，取得腔室內之電漿之發光光譜(OES)，依據對應於物質之光譜線之資訊即時界定腔室內之物質，判斷其相對濃度的方法。
於專利文獻2揭示，使用發光波形之相關係數進行主成份分析，比較參照之主成份與製造執行時獲得之主成份，界定對製程或腔室之狀況有影響的主成份，檢測出例如終點而進行控制的方法。
於專利文獻3揭示，和專利文獻2同樣，使用發光波形之相關係數進行主成份分析，比較參照之主成份與製造執行時之主成份的方法。但並非直接監控電漿之發光光譜，而是以電漿發光為光源設定晶圓表面之反射發光強度為對象，而控制膜厚的方法。
於專利文獻4揭示，針對OES等處理中之製程量之監控結果與製程處理結果間之關係施予模型化，求出最適合之程序(recipe)而控制電漿處理的方法。特別是，揭示進行OES資料之主成份分析，取出變化較大波形之波長者。
於專利文獻5揭示，特別是，針對終點之檢測，事先於資料庫準備波形變化之圖案，蝕刻處理中和特定圖案一致時，對應於該圖案而檢測出終點的方法。圖案係依據上升、下降、平坦之3種類，以及其之變化情況之類別予以 詳細設定。
於專利文獻6揭示，連接於電漿處理裝置，對電漿發光執行分光，依據波形別檢測出強度之時間變化，進行分析而自動決定最適當波長的方法。
於專利文獻7揭示，依處理時間監控P個放射波長之各個強度，產生放射波長間存在之相關關係，和以前之電漿處理比較，而檢測出狀態的方法。
(專利文獻)
專利文獻1：特開平6-224098號公報
專利文獻2：特開2001-60585號公報
專利文獻3：特開2001-244254號公報
專利文獻4：特開2003-17471號公報
專利文獻5：特開2005-340547號公報
專利文獻6：特開平9-306894號公報
專利文獻7：特表2001-521280號公報
但是，專利文獻1揭示的方法之中，雖可由同一物質引起之發光峰值來限定發光波長，但無法針對物質所對應之光譜線之設定資訊以外的波長之發光進行分類。另外，並未揭示關於波長之變化之共通性評估方法，無法依據反應進行波長之分類。
另外，專利文獻2揭示的方法之中，雖可由主成份分析進行主成份評估，可以評估共通變化之全波長區域之發光強度變化，(相當於波形)，但無法針對波形間之波形之一部分差異進行評估而分類波長。
另外，專利文獻3揭示的方法，亦和專利文獻2揭示的方法同樣，無法進行波長之分類。
另外，專利文獻4揭示的方法之中，僅揭示由主成份分析取出變化大的波形之波長，但無法進行複數個波形之分類。
另外，專利文獻5揭示的方法之中，需要事先於變化圖案登錄圖案，因而無法對應於蝕刻處理內容進行各種變化波形之分類。
另外，專利文獻6揭示的方法之中，雖可分析電漿發光之發光強度，針對電漿處理終點之前之時點之發光強度位準與終點之後之時點之發光強度位準的差分予以檢測，但其僅可評估2個強度差引起之波形變化，無法充分針對各種變化方式不同之波形進行分類。
另外，專利文獻7揭示的方法之中，雖產生放射波長間存在之相關關係，依據該相關主成份向量間之角度來檢測-蝕刻處理終點，但主成份僅止於取出複數個波長共通之變化，即使調查該向量間之角度，亦僅能發現複數個波長之共通變化，無法由各種變化波形找出代表性波長。
本發明目的在於提供，無須設定物質或化學反應之資訊，可由多數波長中之波形，選定代表性之少數波長，可 削減花費大工時之蝕刻資料之解析，可有效進行蝕刻之監控設定的蝕刻裝置、分析裝置、蝕刻處理方法、及蝕刻處理程式。
本發明上述以及其他目的與特徵可由本說明書之記述及附加圖面予以理解。
本發明之代表性概要簡單說明如下。
亦即，代表性概要為，電腦系統係具備：發光強度波形取得手段，用於取得過去實施之1次以上蝕刻處理中之電漿發光資料的，複數個沿著蝕刻處理時間軸之發光強度波形；波形變化有無判斷手段，用於判斷發光強度波形取得手段所取得之複數個發光強度波形之變化之有無；波形相關行列算出手段，用於算出被波形變化有無判斷手段判斷為有變化的發光強度波形間之相關行列；波形分類手段，以波形相關行列算出手段所算出之相關行列之各列或各行，作為發光強度波形對應之向量，依據向量值評估發光強度波形間之類似性，對發光強度波形進行群組分類；及代表波形選定手段，用於由波形分類手段所分類之群組(group)來選定代表性之發光強度波形，以所選定之代表性發光強度波形作為對蝕刻性能或晶圓之蝕刻處理結果有影響之發光強度波形而予以界定，以該發光強度波形所獲得之波長作為應監控之發光波長予以決定，顯示於終端機。
以下依據圖面詳細說明本發明之實施形態。又，實施形態說明之全圖中，同一之構件原則上附加同一符號並省略重複說明。
首先，說明本發明之概要。
本發明中，蝕刻裝置係搭載有分光器(OES)，具備依每一蝕刻處理來取得OES資料的手段。發光分光器被連接於記憶裝置或資料庫，具備將OES資料儲存於記憶裝置或資料庫的手段。具備：由OES資料取得複數個波形、進行波形之分類、求出代表波形監控蝕刻的手段、判斷異常/正常的手段、解析/評估蝕刻處理結果的手段、以及調整蝕刻處理條件的手段，另外，具備由記憶裝置或資料庫取得OES資料的手段。又，彼等各手段亦可由連接於蝕刻裝置的分析裝置予以具備，藉由蝕刻裝置來觀察蝕刻處理而構成亦可。
另外，為判斷蝕刻之異常/正常，而具備設定判斷基準的手段，以及將判斷結果儲存於記憶裝置或資料庫、或對使用者顯示/通知的手段。
另外，欲將蝕刻處理結果與OES資料之發光強度或波形之相關係數設定關連對應，而具備：將蝕刻處理結果儲存於記憶裝置或資料庫的手段，以及由記憶裝置或資料庫取得蝕刻處理結果的手段，具備：求出發光強度或波形之相關係數與蝕刻處理結果間之關係的手段，以及由發光 強度或波形之相關係數來推斷/預測蝕刻處理結果的手段。
另外，為調整蝕刻處理條件，而具備將成為目標的蝕刻處理結果予以設定的手段，具備：依據實際之蝕刻處理結果與目標間之誤差，算出蝕刻處理條件(蝕刻時間、氣體流量、壓力、電壓、溫度)之調整量的手段，具備將求出之條件設定於蝕刻裝置的手段。
本發明中，首先，由OES資料取得波形，藉由針對發光強度之變動的變化量之大小進行算出/評估之功能，來找出波形變化之有無、或者變化大的波形。
另外，因為具有：由1次以上蝕刻處理中之OES資料取得複數個波形，算出波形之相關行列，求出各波形之相關係數向量，由各波形之相關係數向量來分類波形之功能，以及由各個分類之相關係數向量來決定代表波形之功能，如此則，可以不必要利用物質與發光波長之關係或化學反應關係之資訊，可以自動求出應監控之發光波長。
另外，藉由將蝕刻處理結果與選定之波形之發光強度間之關係予以設定關連對應之功能，算出蝕刻之異常/正常之基準，判斷異常/正常，或者解析、評估蝕刻處理，更進一步調整蝕刻處理條件，而控制蝕刻處理結果。
另外，藉由以某一蝕刻處理之波形為基準，求出和其他蝕刻處理之波形間之相關係數，設定和蝕刻處理結果間之關連對應的功能，來算出蝕刻之異常/正常之基準，判斷異常/正常，或者解析、評估蝕刻處理，更進一步調整 蝕刻處理條件，而控制蝕刻處理結果。藉由將相關係數與蝕刻處理結果之關係以數式予以模型化之功能，可以推斷/預測蝕刻處理結果。
以下說明本發明上述各手段及上述各功能之具體實施形態。
首先，參照圖1-3說明本發明之一實施形態之蝕刻裝置使用的基本技術及基本原理。圖1為本發明之一實施形態之蝕刻裝置使用的發光分光器OES之光譜及波形之一例之圖。圖2為本發明之一實施形態之蝕刻裝置使用的發光強度之相關關係之原因說明用之說明圖。圖3為本發明之一實施形態之蝕刻裝置使用的波形及其主成份分析結果之一例之圖。
首先，發光分光器OES之發光資料之一例圖示於圖1。
如圖1所示，以時間104為x軸、波長105為y軸的發光強度光譜分布，可以位元映射(bit map)予以表現。位元映射101、102、103，係描繪對複數個晶圓之發光現象者。
由某一時點之發光強度之發光光譜分布111可知，在監控波長之中心附近成為大區域之凸狀，另外，於多數波長位置存在峰值。另外，由沿著特定波長中之處理時間的發光強度、亦即波形121、122可知，雖蝕刻處理之進行發光強度呈變化，特別是，在蝕刻處理內容之變更時點107，發光現象呈現變化。
藉由監控該電漿之發光現象可以確認蝕刻處理之性能。例如在蝕刻裝置之開始時，判斷引起特定反應而確認蝕刻處理。另外，於量產時，在晶圓之連續工程進行中藉由監控發光可檢測出異常，另外，亦可活用發光資料作為判斷蝕刻處理終了時之終點檢測。
特別是，發光資料可於進行蝕刻處理當中同時並行監控蝕刻狀況，可以有效判斷發光狀態，另外，欲利用於量產時，在每一次晶圓製程進行時可以自動判斷發光狀態乃重要者。
進行此種判斷時，係依據光譜解析峰值產生之位置之波長及其強度。此乃對應於腔室內物質以特定波長來觀察發光。但是，如發光光譜分布111所示，被觀察到數十個峰值，引難以界定對蝕刻處理有大影響的物質。因而需要界定對蝕刻性能有影響的物質，而限定判斷用應監控之波長。
蝕刻乃物質反應引起之化學反應。該反應為某一物質(分子構成)變化為其他物質(分子構成)者。彼等變化本身具有高的相關性。該反應引起之發光強度之相關性之原因，係如圖2所示。
於圖2，於1次系201，物質[A]被分解為[B]、[C]，反應之過程以式202予以訂定。
於2次系203，2個物質[A]成為[C]，反應過程成為式204，在多數物質成為[C]之高次式205，反應過程成為式206。
亦即，物質之增減關係，可藉由各反應於1個物質予以說明。例如在[物質1]變化為[物質2]與[物質3]的反應211，物質1(231)減少時，對應於此物質2(232)與物質3(233)呈增加，而於波形間具有相關關係。
於此，例如可以將應監控之物質僅設為[物質1]，而限定發光波長。
另外，發光光譜存在著和物質之重複相關的特徵。例如氟化矽SiF之光譜線，係於波長334.6[nm]、336.3[nm]、436.8[nm]、440.1[nm]、777.0[nm]產生，1種類之物質於多數波長產生發光。因此，彼等波長之波形間，基於該物質之狀態而存在相關關係。
因此，依據此種波形之相關性，針對代表性之反應物質對應之發光波長進行監控，可以有效限定波長。
主成份分析係指，由複數個資料項目間之資料之相關行列，針對各別之資料項目同時變化、或獨立變化等之組合，依據變化之大小分解為主成份的分析方法。以資料項目間之變化之組合作為主成份(固有向量)予以求出，變化之大小、或者相對於全體變化之主成份之佔有比例，係作為賦與率被求出。
波形及其主成份分析結果(第3主成份為止)之一例被圖示於圖3。由波形分布可知，波形(1)311、波形(2)312、波形(7)317之組，波形(3)313、波形(4)314之組，波形(5)315、波形(6)316之組存在類似性。
檢討以主成份之各波形中之正負予以分類時，於第1主成份可以區分為波形(1)311、波形(2)312、波形(5)315、波形(6)316、波形(7)317之組，與波形(5)315、波形(6)316之組。
此乃可以分類為上升與下降之波形之組合。但是，依據第2主成份可以區分為波形(1)311、波形(2)312之組，與波形(5)315、波形(6)316、波形(7)317之組。
此乃因為，基於圖3之321所示部分之變化，以賦與率13%之變化之共通性予以分類。
其中，針對以第1主成份之固有向量之大小進行判斷加以檢討時，波形(1)311與波形(2)312為極為接近之值，因此，可知為變化之共通性高者，但是關於波形(5)315、波形(6)316、波形(7)317間之關係無法以數值判斷。
於主成份分析中雖可分類較大之變化，但對於更細之變化則難以以定量方式予以分類，亦即無法活用自動分類。
因此，本實施形態中，首先，於OES資料之複數個波形，判斷各波形之變化之有無，針對有變化之複數個波形依據相關行列進行類似波形之分類，求出代表性之波形，監控蝕刻處理，如此則特別是，可以判斷蝕刻之異常或正常，可以解析、評估蝕刻處理結果，更進一步可以進行條件調整而提升蝕刻處理結果之精確度。
所謂蝕刻處理結果，係指檢測蝕刻處理之晶圓予以定量化之結果，係關於各種尺寸、形狀、個數、或蝕刻處理前後之差的定量值。另外，為判斷各波形之變化之有無，而評估變動之變化量之大小。如此則，可以定量方式判斷包含變動在內的波形之變化之有無。
以下參照圖4、5說明本發明之一實施形態之蝕刻裝置之構成及動作。圖4為本發明之一實施形態之蝕刻裝置的構成圖。圖5為本發明之一實施形態之蝕刻裝置之蝕刻處理控制的系統構成圖。
於圖4，蝕刻裝置401，係有以下構成：腔室402；電極403；晶圓405；電極406；排氣系407；氣體供給系408；裝置控制器/外部通信裝置409；分光器(OES)410；電腦系統之電腦/記憶裝置411；以及終端機之畫面/使用者介面412，於腔室402設置窗421，電漿之光422被射入分光器(OES)410。
另外，蝕刻裝置401，係介由網路432被連接於檢測裝置431、資料庫(DB)433、電腦系統、亦即OES資料解析系統434。
於蝕刻裝置401設置腔室402，於該腔室402內進行蝕刻，晶圓405被電極403、406挾持而配置，於電極403、406間產生電漿404而蝕刻晶圓405。
又，電漿404之產生未必依賴電極。蝕刻必要之氣體材料係由氣體供給系408導入，蝕刻反應後之氣體係由排氣系407排出。
電漿404會伴隨發光，藉由分光器(OES)410可依據光422之波長別檢測出該光之發光強度。經由窗421取出腔室402內部之光。分光器(OES)410及裝置控制器/外部通信裝置409，係被連接於設於蝕刻裝置401的電腦/記憶裝置411，藉由電腦/記憶裝置411進行光譜、波形之計算處理，監控蝕刻處理。
於電腦/記憶裝置411儲存複數OES資料，依據監控結果來判斷蝕刻之異常/正常，或調整蝕刻處理條件。電腦/記憶裝置411被連接於畫面/使用者介面412，介由畫面/使用者介面412，使用者可進行計算處理必要之設定，或確認計算處理結果。
又，以分光器(OES)410、電腦/記憶裝置411、畫面/使用者介面412作為獨立之分析裝置，而構成觀察電漿之發光亦可。
分光器(OES)410及裝置控制器/外部通信裝置409，係介由網路432被連接於資料庫(DB)433，可將OES資料或蝕刻處理條件、工程進行履歷相關之資料儲存於資料庫(DB)433。
另外，蝕刻前/後之線寬、CD(LSI晶圓內之最小閘極尺寸)或膜厚等蝕刻處理結果之計測用的檢測裝置431，亦同樣被連接於網路432，檢測結果被儲存於資料庫(DB)433。儲存於資料庫433之OES資料、蝕刻處理相關之資料、以及檢測結果，係經由OES資料解析系統434進行解析/評估。
另外，藉由蝕刻裝置401之裝置控制器/外部通信裝置409，於蝕刻裝置401取得儲存於資料庫433之檢測結果，反應該檢測結果而可於電腦/記憶裝置411調整蝕刻處理條件。
蝕刻處理控制之系統構成係如圖5所示，藉由圖5所示各功能511~528來執行各種異常/判斷處理。
搭載於蝕刻裝置401的電腦/記憶裝置411與OES資料解析系統434，其之各功能511~528為共通。
另外，功能511~528之各處理，亦可設為僅為電腦/記憶裝置411之處理、或僅為OES資料解析系統434之處理。
於蝕刻裝置401，為進行OES資料之波形分類、判斷蝕刻之異常/正常，首先，藉由發光強度波形取得手段、亦即批次/晶圓/步驟別OES資料檢索/取得功能511，取得份對象之波形，藉由波形變化有無判斷手段、亦即波形變化有無判斷功能521除去無變化之波形，於波形相關行列算出手段、亦即波形相關行列算出功能522求出相關行列，藉由波形分類手段之波形分類功能523進行波形之分類。
藉由代表波形選定手段之代表波形選定功能524來界定波形，以由該波形獲得之波長作為應監控之波長，進行蝕刻處理而監控該波長之發光強度。依據發光強度之大小，藉由異常/正常判斷功能527來判斷異常/正常。
又，批次為複數晶圓統合連續進行蝕刻處理的單位， 步驟意味著，於同一腔室內針對1片晶圓依據複數條件進行連續處理時，某一條件下之處理之單位。
另外，欲設定和蝕刻處理結果間之關連對應，判斷蝕刻之異常/正常，首先，藉由批次/晶圓/步驟別OES資料檢索/取得功能511取得成為分類對象之波形，由波形變化有無判斷功能521除去無變化之波形，於波形相關行列算出功能522求出相關行列，藉由波形分類功能523進行波形之分類，由代表波形選定功能524來選定波形。
另外，檢測裝置431測定之蝕刻處理結果係被儲存於資料庫433，由批次/晶圓/步驟別檢測結果檢索/取得功能512取得先前分類波形之批次/晶圓/步驟所對應之蝕刻處理結果。
將蝕刻處理結果之良否與選定之波形之波長中之發光強度設定關連對應，或者藉由回歸分析(regression analysis)功能525來解析/評估蝕刻處理結果與發光強度之關係。
決定異常/正常之判斷基準，藉由監控蝕刻處理時選定之波長之發光強度，藉由異常/正常判斷功能527進行異常/正常之判斷，評估目標之蝕刻處理結果與實際之蝕刻處理結果之誤差，參照監控之波長之發光強度，由蝕刻條件調整功能528進行蝕刻處理實施時之蝕刻處理條件之調整，如此則可以控制蝕刻處理結果。
於1個波長，欲藉由複數蝕刻處理中之波形之相關係數來監控蝕刻處理時，由批次/晶圓/步驟別OES資料檢索 /取得功能511取得成為對象之波形，由波形相關行列算出功能522以某依次波形為基準求出與其他波形間之相關係數即可。
另外，由批次/晶圓/步驟別檢測結果檢索/取得功能512取得對象波形所對應之蝕刻處理結果，針對蝕刻處理結果之良否與求出之相關係數間設定關連對應，或者由回歸分析功能525求出蝕刻處理結果與相關係數之關係，決定異常/正常之判斷基準，由蝕刻處理時選定之波長之發光強度，藉由異常/正常判斷功能527來判斷異常/正常。
評估目標之蝕刻處理結果與實際之蝕刻處理結果之誤差，參照應監控之波長之波形之相關係數，由蝕刻條件調整功能528進行蝕刻處理實施時之蝕刻處理條件之調整，如此則可以控制蝕刻處理結果。
另外，依據回歸分析功能525所求出之蝕刻處理結果與相關係數間之關係，藉由蝕刻處理結果預測功能526，由蝕刻處理時獲得之波形與基準波形間之相關係數，可以推斷蝕刻處理結果。
以下參照圖6-13說明本發明之一實施形態之蝕刻裝置之複數個波長中之波形之分類，由代表性之波形求出波長之方法。圖6為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之波形之相關關係說明用之說明圖。圖7為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之集群分析(cluster analysis)之概要說明用之說明圖。圖8為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之集群分析之計算法概要說明用之說明圖。圖9為本發明 之一實施形態之蝕刻裝置中之15波長之波形之一例之圖。圖10為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之15波長之相關行列之一例之圖。圖11為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中依據15波長之波形之相關行列進行集群分析之結果之一例之圖。圖12為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之15波長之波形之群組別之相關行列之一例之圖。圖13為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中選定之3波長之波形圖。
針對複數個蝕刻處理中之OES資料的，複數個波長之波形，使用各波形間之相關行列進行波形之分類，選定代表性之波形的方法稱為波形相關集群分析。
波形之分類係指，將波形之“形狀”類似者歸為同一群組(group)、亦即集群(cluster)，波形係表示沿著時間軸之強度的線，因此形狀之類似可由相關係數予以評估。
圖6表示4個波形之曲線。於圖6，x軸取時間[秒]601，y軸取發光強度602而描繪4個波形。
著眼於強度大小時波形A611、波形B612、波形C613呈近似，依據化學反應之共變特徵時，形狀呈類似之波形A611與波形D614應成為共通之群組。
以相關係數為準時，相對於波形A611，波形B612成為“-1”，波形C613成為“0”，波形D614成為“1”，亦即，相關係數越接近“1”波形呈現越類似。反之，越遠離“1”則波形呈現不類似。
其他波形對於波形A611之相關關係可以向量621表示。關於波形B612、波形C613、波形D614，亦同樣可以向量622、向量623、向量624表示。比較波形A611與波形D614之向量621、向量624可知為一致。
另外，波形B612、波形C613之向量622、向量623並非相近之值。因此使用向量可以對各種波形之類似進行定量化，進行波形之數值分類。該向量稱為波形相關向量。
波形相關向量，係將和各波形間之相關係數並列而成者，因此算出如圖6所示行列631之相關行列即可求出。
該相關行列R，係由各取樣時點之發光強度資料(資料數n、波形數m)xij，由以下之式(1)~(4)算出。
其中，k、l為波形對應之指標，為0~(m-1)之數，相關行列R為m×m之行列，變數上之“-”表示平均之意。
圖7表示取6個波形之例的波形相關集群分析之概要。
於波形曲線641，x軸取時間[秒]642，y軸取發光強度643而描繪6個波形(1)~(6)。各波形，係例如和波長515[nm]、波長803[nm]等發光波長之蝕刻處理時間相關的發光強度。
波形(1)、(2)、(3)，係於全部時間範圍呈重疊之類似波形，波形(4)(粗實線)為發光強度稍微高於波形(1)、(2)、(3)者。
另外，波形(5)(粗虛線)、波形(6)(虛線)為發光強度低者，算出彼等波形間之相關行列651，以該波形之相關行列651之各行、或各列，作為其他波形對某一波形之波形相關向量((1)652、(2)653、~(6)654)。
圖7表示各列別之向量化。波形(1)、(2)、(3)之波形相關向量之各要素之值極為接近。關於波形(4)之波形相關向量，其與波形(5)、(6)之相關係數值雖小，但與波形(1)、(2)、(3)之相關係數值變大，亦即和波形(1)、(2)、(3)之波形相關向量呈現接近。另外，波形(5)、(6)與波形(1)~(4)之波形相關向量之值呈現遠離。因此，藉由對彼等波形相關向量進行集群分析可以進行波形之分類(例如藉由圖7之集群分析結果(樹形圖)701可以分類為群組1(702)、群組2(703))。
集群分析，首先係以座標空間上之點位置為對象，整合最短距離之2個集群形成新的集群(集群化)。集群化之後，更進一步探索最短距離，直至最後成為1個集群為止重複集群化的方法。可以對應於集群化中途之幾個集群進行資料之分類。波形相關向量可以多變量之座標空間中之位置予以表現，因此藉由集群分析可分類波形。
該集群分析之概要圖示於圖8。
圖8之分類之例表示2次元空間上之位置。首先，於距離評估1(710)求出位置(1)~(5)之全部位間之距離，求出最短位置之組合(2)(3)。於整合1(720)以位置(2)(3)為集群721，藉由重心來決定以2個位置為代表之位置722。
之後，於距離評估2(730)求出集群731與集群以外之位置(1)(4)(5)間之距離，求出最短位置(1)與集群731之組合。於整合2(740)進行位置(1)之集群化求出集群741，另外，代表之位置由位置742變為位置743。
於距離評估3(750)求出集群751與位置(4)(5)間之距離，求出最短位置(4)(5)之組合。
於整合3(760)以位置(4)(5)為新的集群761，求出代表之位置762。如此則最後成為1個集群。分類為2個時，由集群751與集群761來決定分類。
作為藉由形成集群來分類資料的方法，亦可使用k-means法以及自組織化映射。所謂k-means法，係指事先 決定分割數目，求出各資料位置之總和成為最小的代表位置，與和該代表位置接近之資料之組合，而獲得集群的方法。其運算法則如下。
1、以隨機方式將資料集合分割為指定之分割數，設為初期集群。
2、計算包含於各集群的資料之重心位置。
3、針對全部資料，將資料分配給和2所計算之各集群之重心位置最接近的集群。
4、前回之反復與包含於集群的資料若位變化則為集群化終了，若非如此則回至2，再度重複處理。
自組織化映射則針對多次元向量資料，資料之差(距離)越接近者於2次元映射上越接近予以配置的方法。於2次元映射之各位置設定向量之值，重複計算藉由各資料之值來調整映射各位置之向量值，求出映射上各資料之配置。結果可獲得2次元上之資料之配置，依據該配置進行資料分類。優點為分類結果或集群彼此間位置關係容易確認。
參照波形相關向量分割波形之後求出代表波形。
依據波形相關向量進行分類、求出代表波形之方法，以圖9所示15波長之波形為例加以說明。
圖9所示波形為對於時間[秒]之發光強度之變化。成為分類對象之波形，係參照成為和物質間之關連性高的光譜峰值的波長。成為光譜峰值的波長，例如圖1之發光光譜分布111所示，存在多數個因而成為分類對象之波形亦 存在多數個。
針對圖9所示15波長之波形，依據上述式(1)~(4)算出之相關行列，係如圖10所示。
行列之行、列分別對應於波形，(1)~(15)為止附加編號。於圖9，幾個波長顯現上升傾向，另外，幾個波形顯現下降傾向，顯現同樣傾向的波形彼此間係成為正的相關係數，特別是，類似波形彼此間，其相關係數成為接近1。
另外，顯現相對傾向的波形彼此間(1個波形為上升、1個波形為下降)係成為負的相關係數。
以相關行列之各行或各列為向量，則可獲得波形別之波形相關向量，對該波形相關向量進行集群分析之結果被圖示於圖11之樹形圖1001。
3分類時在樹形圖1001之3個為止的分歧位置1002、1003、1004，以由該位置起位於圖11左測之波形為個別之群組而加以分類。
欲決定分類數時，值要參照集群間之距離、或包含於集群的波形相關向量之平均、或包含於集群的波形相關向量中之相關係數之最小值、最大值即可。
3分類結果的，分屬於各群組之波形彼此之相關行列被圖示於圖12。
為類似之波形彼此之相關行列，因此相關係數成為接近1之值。欲求出代表波形時，基準為以群組內特別高的相關係數值呈類似者作為代表，則於各群組內之波形中， 以相關係數之平均成為最大者作為代表即可。
於群組1係以波形(12)1121為代表，群組2係以波形(6)1122為代表，群組3係以波形(5)1123為代表。
圖13表示選定之3波長之波形1201。被分類為：和群組1之波形(12)1211類似之上升傾向，群組2之波形(6)1212係上升下降，群組3之波形(5)之下降傾向。可以彼等之波形之波長為應監控之波長。
欲設定群組內之任一波形均以平均波形為代表的基準時，只需將和各群組內波形之相關係數之平均具有最接近之相關係數之組合的波形設定成為代表即可。欲求出代表性之波形之形狀時，欲減少變動時，只需取同一群組之波形本身之平均即可。
如上述說明求出監控之波長，則於以後實際之蝕刻處理時，可由OES資料監控指定波長中之波形、亦即發光強度。設定異常/正常之判斷基準，進行蝕刻處理之異常/正常判斷，則可以監控蝕刻裝置或蝕刻處理。
針對經由檢測獲得之複數個蝕刻處理結果與選定波長中之波形、亦即發光強度間的關係，可以進行解析/評估，更進一步針對發光強度與蝕刻處理結果間之關係，藉由數式等予以模型化，可以評估實際蝕刻處理時之蝕刻性能，或推斷蝕刻處理結果。
另外，針對與蝕刻處理條件間之關係，亦予以模型化，監控蝕刻處理時指定之波長之波形、發光強度，必要 時藉由檢測蝕刻處理結果，可以調整之後蝕刻處理之蝕刻條件。
以下參照圖14-17說明本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，針對某一特定波長之蝕刻處理別之波形之差異，進行監控、解析/評估之方法。圖14為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中同一波長之8次蝕刻處理之波形之一例之圖。圖15為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中同一波長之8波形之相關行列之一例之圖。圖16為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中依據同一波長之8波形之相關行列進行集群分析之結果之一例之圖。圖17為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中同一波長之波形之強度判斷基準之一例之圖。
圖14表示8次分之蝕刻處理中，同一波長之波形之每一次蝕刻處理之變化1301。
為蝕刻同一種類之LSI製品膜時之波形，處理程序(recipe，蝕刻處理條件)亦相同。實施蝕刻處理之順序由(1)、(2)、(3)至(8)為止，相對於起始之[(1)(2)(3)(4)]1311，之後的[(5)(6)(7)(8)]1312於時間[秒]1302之發光強度降低變為較慢，波形差異較大。於此，依據該差異藉由波形相關集群分析進行波形之分類。
圖15表示波形(1)~(8)之相關行列。
波形(1)~(4)間之相關係數之值較大，波形(5)~(8)間之相關係數之值亦較大。以相關行列之各 行或各列為波形相關向量，進行集群分析。
如圖16所示為結果之樹形圖1501。
依據集群間之距離，可於分歧位置1502與1503分類為(1)(2)(3)(4)之集群與(5)(6)(7)(8)之集群。如此則，藉由對同一波長中之一連串蝕刻處理之波形進行分類，可藉由電腦處理自動判斷至(1)(2)(3)(4)為止進行蝕刻處理之後蝕刻處理會產生變化。
對應於該變化，例如可設為蝕刻速率上升、閘極尺寸變細。亦即，因為發光之降低而成為蝕刻速率上升。因此發光強度高時可判斷為產生異常。
如圖17之同一波長中之波形之每一蝕刻處理之變化1601所示，藉由設定發光強度降低變慢之判斷時點1631與強度判斷基準1632，則可於蝕刻處理之波形取得時點進行蝕刻處理之異常判斷。
以下參照圖18說明，本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，針對某一特定波長之每一次蝕刻處理之波形之差異，藉由相關係數予以定量化，來監控蝕刻處理之方法。圖18為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之蝕刻處理別之發光強度、波形之相關係數、CD偏移之變化之一例之圖。
於此以上述圖14所示8波形為例，亦使用圖15、17加以說明。
首先，以某一個波形為基準，求出與其他波形間之相關係數。於上述式(1)~(4)相當於將指標(index)k 固定，算出相關係數，例如以波形(1)為基準時，相關係數之蝕刻(1)~(8)為止之變化，係成為如圖15所示相關行列之第1列(1、0.999、0.992、0.936、0.885、0.919、0.938、0.841)。
圖18表示關於8次蝕刻處理之發光強度、以波形(1)為基準時之相關係數、CD偏移之變化。
CD(Critical Dimension)係指閘極尺寸，特別是指LSI晶片內窄幅閘極。CD偏移係指蝕刻閘極時形成於閘極上的阻劑之寬度與蝕刻處理結果之閘極尺寸之差。
每一次蝕刻處理之發光強度變化1701，係將圖17之判斷時點1631之發光強度依每一次蝕刻處理予以描繪者。
如圖17之(1)(2)(3)(4)所示強度與(5)(6)(7)(8)所示強度明顯存在強度差。
但是，依據每一次蝕刻處理之CD偏移變化1721，於蝕刻處理(4)CD偏移已經降低。依據每一次蝕刻處理之相關係數變化1711，和CD偏移變化1721同樣，於蝕刻處理(4)相關係數值之降低已經出現。
此並非某一時點之發光強度之資訊，而是蝕刻處理中之發光強度變化、亦即波形對於蝕刻處理性能有效者。因此，藉由相關係數監控蝕刻處理即可以良好精確度判斷蝕刻處理。
又，其中之相關係數之算出係使用蝕刻處理時間全體之波形，但亦可使用蝕刻處理中為止之某一時點之波形， 或者全部蝕刻處理中某一時間範圍之波形，來算出相關係數。
使用相關係數進行監控時，依據數式將相關係數之值與蝕刻處理結果間之關連對應定量化，於實施蝕刻處理階段判斷蝕刻處理結果，依據判斷值可以判斷蝕刻處理之監控或異常/正常。
以一個波長中之波長之相關係數為輸入x，以一個蝕刻處理結果為輸出y，藉由1次線性關係予以模型化時，數式成為以下之式(5)。
[數2]y=ax+b………(5)
其中，a為係數、b為切片。該係數、切片，可以使用實績值藉由多重回歸分析(multiple regression analysis)予以決定。依據式(5)所示數式之推斷值來監控蝕刻處理之判斷中，模型化之輸出y之實績值與推斷值之相關係數越高(接近1)設為越可能被監控。
關於異常/正常之判斷可設定上限、下限等之判斷基準，關於輸入x與輸出y之項數，分別可以設為多變量。僅設定輸入x為多變量時，和式(5)之係數、切片決定同樣，藉由多重回歸分析來決定式之係數即可。
輸入x與輸出y同時設為多變量時，藉由PLS(Partial Least Square)法等之回歸分析來決定係數即可。
以下參照圖19-24說明本發明之一實施形態之蝕刻 裝置中，判斷相對於波形、亦即對於蝕刻處理時間之發光強度之變化的變化之有無的方法。圖19為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中包含變動之波形之一例之圖，表示有變化與無變化。圖20為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，相對於包含變動之波形之發光強度的直方圖之一例。圖21為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，包含變動的波形之一例之圖。圖22為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，相對於包含變動的波形之發光強度的直方圖之一例。圖23為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，包含變動的波形之變動範圍說明用之說明圖。圖24為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，包含變動的波形之失真度、尖度、變化指數之一例之圖。
首先，欲判斷波形變化之有無時，將變化予以定量化。波形資料包含變動，因此予以變化率或曲率評估時須除去變動之影響，特別是，變化之方式(變化產生之時點或變化之大小)因波形而呈多樣化，因此在決定變化檢測之基準時點/強度時，需要事先分析波形。
變化率/曲率之變化有無之判斷，在實用上被加入多數之限制或限定。於此，採用收集統計包含變動在內的波形之發光強度資料，依據該統計量來定量化之方法。
於圖19表示有變化之波形1(1803)以及雖含變動卻無變化之波形2(1813)。
變動係白色雜訊、亦即變動產生之頻度係依正常分布而定。因此，波形2(1813)之強度之產生頻度成為以某 一定強度為中心的正常分布。波形1(1803)係包含變動，強度上升而收斂於某一強度。
圖20表示比較彼等波形之強度之產生頻度而成之直方圖。
於圖20，x軸為強度，y軸為x軸之強度中之資料之產生頻度。波形2之分布1912，係成為以波形2之平均1922之強度為中心的正常分布。
波形1之分布1911成為非對稱分布，波形1之平均1921與分布之最頻繁值、亦即峰值呈現偏移。該峰值較正常分布變為更銳利亦為其特徵。
如上述說明，欲定量化頻度分布之差異時，可使用失真度、尖度等之統計量。
失真度γ1由以下之式(6)來定義，失真度γ2由以下之式(7)來定義。又，式為依據去除標本中之偏差(限制條件)後的母集團者。
其中，x為設為對象之資料，亦即，發光強度之樣本。σ為標準偏差，於上述式(8)被定義。n為資料數。
於此雖表示依據母集團之式，但亦可藉由依據標本之式來算出失真度、尖度等，而將目的之分布偏差予以定量化。失真度、尖度同時為0時成為正常分布。亦即，越接近0，波形僅包含變動，強度為一定。
反之，越遠離0之值，例如成為1等之值時波形包含變動之同時亦存在變化。另外，失真度為正之值時右側之分布之裙擺變長，尖度為正時較正常分布成為更尖銳之分布。
但是，波形具有3次函數、5次函數等之變化時，直方圖有可能成為正常分布。
圖21表示此種波形之例[波形3(2003)]，圖22表示該直方圖。此情況下，無法以失真度、尖度來判斷波形之變化之有無。
欲判斷波形3(2003)之波形，與如圖19所示波形2(1803)之差異時，只需著重於波形之強度變化之範圍即可。變動本身為大的強度之範圍亦被考慮之故，僅著重於範圍之絕對值時無法判斷變化之有無。因此，藉由範圍與變動之比率來將變化予以定量化。
使用圖23說明藉由範圍與變動之比率來將變化予以定量化。
構成為對波形3(2203)取樣而成之波形(資料為 z(t)，t為時點)時，該波形成為對平滑化波形f(t)2207附加變動者。變動之範圍，係波形上側之包覆、亦即變動最大2204與波形下側之包覆、亦即變動最小2205之差。
於此，將該變動之範圍設為6σ(σ為標準偏差)，6σ為，資料1000件之中約3點(機率1%以下)超出該範圍的，大致全部資料都滿足的範圍，另外，資料存在數十點以上時，σ可以穩定被算出，因此作為範圍之定義為妥當。該假定可由以下之式(9)來表現。
[數4]max(z)-min(z)=max f(t)-min f(t)+6σ………(9)
其中max為最大值，min為最小值。
於算出變動σ時著眼於2個連續之發光強度。另外，平滑化波形f(t)2207之連續之時間間隔之變化△f(t)=f(t+△t)-f(t)小於變動σ時，鑑於現實之波形特徵予以假定。
2個連續之強度z(t)、z(t+△t)之差之分散與變動σ之關係，可由以下之式(10)求出。
[數5]E(z(t)-z(t+△t))2=2σ 2+E(△f(t))2=2σ 2………(10)
其中，E為變數之期待值。
將式(10)之σ代入式(9)，藉由變形可或得以下之式(11)。
於此，藉由以下之式(12)來定義用於定量化變化之有無的指數。
稱該指數為變化指數。波形無變化時、亦即平滑化波形f(t)大致一定時，變化指數成為大約6，有變化時變化指數成為大於6之值。變化指數之算出可以僅使用被取樣之發光強度。
如上述說明，藉由失真度、尖度、變化指數可以判斷波形之變化之有無。任一之情況下均設定上限、下限、全部收斂於上限、下限範圍時判斷為波形無變化。例如失真度、尖度之上限設為1、下限設為-1，變化指數之上限設為8、下限設為4。
依據如圖24所示波形，波形(1)2301之變化指數超出上限，因此可判斷為有變化，波形(2)2311之失真度超出下限，尖度、變化指數亦超出上限，因此可判斷為有變化。
另外，波形(3)2321、波形(4)2331不論失真度、尖度、變化指數之任一均收斂於上限、下限範圍內，因此可判斷為波形無變化。
關於計算失真度、尖度、變化指數用的波形之範圍，可為全部蝕刻處理時間之範圍，或某一特定時點之範圍。
以下參照圖25-26說明活用上述說明之波形相關集群分析以及波形變化之有無判斷，自動決定應監控之波長的蝕刻裝置，或者設定和蝕刻處理結果間之關連對應而監控蝕刻處理的蝕刻處理方法。圖25、26為本發明之一實施形態之蝕刻裝置的蝕刻處理方法之流程圖。圖25表示自動決定應監控之波長的蝕刻裝置中之蝕刻處理方法。圖26表示自動決定應監控之波長，設定和蝕刻處理結果間之關連對應而監控蝕刻處理的蝕刻處理方法，為的蝕刻裝置中之蝕刻處理之異常/正常判斷之例。
首先，假設已實施1次以上之蝕刻處理中之OES資料被儲存於裝置之電腦/記憶裝置。
自動決定應監控之波長的蝕刻裝置中之蝕刻處理方法，係如圖25所示，取得1次以上之蝕刻處理中之1個以上波長之波形(步驟2401)。亦即，蝕刻裝置中之電腦由記憶裝置取出資料的處理。
之後，判斷所取出波形之變化之有無(步驟2402)。判斷時可利用例如先前記載之失真度、尖度，變化指數。若判斷波形無變化，則設定該波形之波長由對蝕刻無影響的物質引起，排除於監控對象外。但是，蝕刻處 理中若以波形常時未產生變化為監控目的，則該波長成為監控對象。
之後，以有變化之波形為對象，算出波形間之相關行列(步驟2403)，以獲得之相關行列之各列或各行為向量，取得各波形對應之波形波形相關向量(步驟2404)。
依據各波形之波形相關向量進行波形分類(步驟2405)。分類時可利用先前記載之集群分析或k-means法、自組織化映射。
之後，選定代表波形，界定該波形之波長(步驟2406)。代表波形之選定時，例如先前記載可使用被分類為同一群組的各波形彼此的相關係數之平均值之最大值，或相關係數之最小值、最大值。如此則，應監控之波長被決定。對同一波長之複數個蝕刻處理中之波形進行分類時，係成為針對波形有變化之處理進行分類。
蝕刻處理之異常/正常時需要設定判斷之基準。此可利用複數個同一波長中之波形之平均或變動，例如設定平均±3σ之範圍為正常而自動決定基準。或者，以手動方式適當決定。針對同一波長之複數個蝕刻處理分類時，依據群組間之發光強度之差來決定基準。並非發光強度相關之基準，而是依據成為基準之波形，設定其之相關係數之值為基準亦可。
之後，將步驟2406所界定之波長與異常/正常判斷基準設定於蝕刻裝置(步驟2407)。利用波形之相關係數 時亦將基準波形予以設定。
之後，晶圓之蝕刻處理之重複，於步驟2408~步驟2412自動進行異常/正常判斷。
進行蝕刻處理，取得OES監控器之OES資料，取得步驟2407所設定波長之波形(步驟2409)。
之後，依據步驟2407所設定之異常/正常判斷基準進行判斷(步驟2410)。
於步驟2410判斷為異常時實施異常對策(步驟2411)。例如蝕刻裝置自動停止處理、亦即實施互鎖之處理，或者將異常通知做業者等，進行元件更換之條件調整等作業。
於步驟2410判斷為正常時重複步驟2408~步驟2412之處理。
針對蝕刻處理結果設定關連對應、解析/評估蝕刻處理結果時，於步驟2407無須特別設定異常/正常判斷基準。將步驟2409取得之波形記憶於記憶裝置，或者由蝕刻裝置取得檢測裝置鎖測定蝕刻處理結果的結果，針對發光強度與蝕刻處理結果之關係進行回歸分析即可。設定基準波形，針對該波形與所取得波形間之相關係數、與蝕刻處理結果間之關係進行回歸分析亦可。
又，欲提升蝕刻處理結果之精確度時，於步驟2409將波形與該蝕刻處理之蝕刻處理條件儲存於記憶裝置，將檢測結果之蝕刻處理結果取出至蝕刻裝置之同時，取得蝕刻處理結果之目標值，藉由檢測之蝕刻處理結果與目標值 之差，參照波形之發光強度來調整蝕刻處理條件。以調整後之蝕刻處理條件作為次回之蝕刻處理時之處理條件。
又，如VM(Virtual Metrology)活用APC般，蝕刻處理結果與發光強度之關係由式加以決定時，可由發光強度直接推斷處理結果，藉由和蝕刻處理結果目標值間之差，來調整蝕刻處理條件。關於波形之利用方法，不僅發光強度，亦可利用和基準波形間之相關係數。另外，稱呼藉由處理中由裝置獲得之資料推斷檢測結果為VM(Virtual Metrology)。
又，電漿發光之分析裝置被搭載於蝕刻裝置的構成，亦可介由外部控制器進行資訊之處理而實現同樣之處理。
如圖26所示，自動決定應監控之波長，設定和蝕刻處理結果間之關連對應而監控蝕刻處理的蝕刻處理方法，首先，假設已經實施一次以上之蝕刻處理中之OES資料被儲存於資料庫433。於OES資料解析系統434，取得一次以上之蝕刻處理中之1個以上的波長之波形(步驟2501)。
判斷所取得波形之變化之有無(步驟2502)。判斷時可利用例如先前記載之失真度、尖度，變化指數。
之後，以有變化之波形為對象，算出波形間之相關行列(步驟2503)，以獲得之相關行列之各列或各行為向量，取得各波形對應之波形波形相關向量(步驟2504)。
之後，依據各波形之波形相關向量進行波形分類(步 驟2505)。分類時可利用先前記載之集群分析或k-means法、自組織化映射。
之後，選定代表波形，界定該波形之波長(步驟2506)。代表波形之選定時，例如先前記載可使用被分類為同一群組的波形彼此的相關係數之平均值之最大值，或相關係數之最小值、最大值等。如此則，應監控之波長被決定。對同一波長之複數個蝕刻處理中之波形進行分類時，係成為針對波形有變化之處理進行分類。
之後，將步驟2506所界定之波長之發光強度與蝕刻處理結果設定關連對應(步驟2507)。
另外，假設檢測結果測得之蝕刻處理結果被儲存於資料庫433。利用回歸分析之統計分析將發光強度與蝕刻處理結果設定關連對應。若為蝕刻處理結果之良否間之關係，亦可利用例如判別分析或平均/分散之檢定、神經網路(neural network)或SVM(Support Vector Machine)。決定基準波形，將該波形之相關係數與蝕刻處理結果設定關連對應。依據蝕刻處理結果之良否，可以決定發光強度或相關係數之基準。
將步驟2506所界定之波長與異常/正常判斷基準予以設定(步驟2408)。利用波形之相關係數時亦將基準波形予以設定。關於設定，欲於蝕刻裝置直接判斷異常/正常時設定於蝕刻裝置，非於蝕刻裝置401而是介由網路之系統環境中利用OES資料解析系統434判斷異常/正常時，將其設定於OES資料解析系統434。針對判斷基準可 以和波形本身設為相關，或者活用VM(Virtual Metrology)而設為和蝕刻處理結果相關。
之後，晶圓之蝕刻處理之重複，於2509~步驟2513自動進行異常/正常判斷。
進行蝕刻處理，取得OES監控之OES資料，取得步驟2508所設定波長之波形(步驟2510)。於OES資料解析系統進行異常/正常判斷時，須將波形儲存於資料庫，而可於系統取得。
之後，依據步驟2508所設定之異常/正常判斷基準進行判斷(步驟2511)。VM(Virtual Metrology)活用時由逤獲得之波形推斷蝕刻處理結果之後進行判斷。
於步驟2511判斷為異常時實施異常對策(步驟2512)。
於步驟2511判斷為正常時重複步驟2409~步驟2513之處理。
另外，不針對蝕刻處理結果設定關連對應，僅由波形來決定異常/正常判斷基準時無須步驟2507。另外，步驟2507，係針對蝕刻處理結果設定關連對應，進行蝕刻處理結果之解析/評估。亦可以不自動處理，而以手動方式分析。
另外，欲提升蝕刻處理結果之精確度時，於步驟2510將波形與其之蝕刻處理的蝕刻處理條件儲存於資料庫433，檢測結果之蝕刻處理結果亦儲存於資料庫433。
於OES資料解析系統434，係取得蝕刻處理結果之目 標值，藉由檢測之蝕刻處理結果與目標值之差，參照波形之發光強度來調整蝕刻處理條件。以調整後之蝕刻處理條件作為次回之蝕刻處理時之處理條件。
又，如VM(Virtual Metrology)活用APC(Advanced Process Control)般，蝕刻處理結果與發光強度之關係由式加以決定時，可由發光強度直接推斷處理結果，藉由和蝕刻處理結果目標值間之差，來調整蝕刻處理條件。關於波形之利用方法，不僅發光強度，亦可利用和基準波形間之相關係數。
如上述說明，本實施形態中，針對OES資料之波形之變化大小予以定量化，可以判斷有變化之有無，因此，例如針對無助於蝕刻反應而於腔室內部未產生物質量之變化的波長予以界定。或者，針對大幅影響蝕刻反應而導致物質之量大幅變化的波長予以界定。如此則，可以選定終點檢測用之波長。
另外，由複數個波長中之波形，可以選定代表波形，因此例如可以針對LSI之閘極尺寸、段差尺寸、配線寬、深寬比(推拔形狀)等尺寸，或LER(Line Edge Roughness)或LWR(Line Width Roughness)等之性狀，或者異物數、晶片不良數，甚至蝕刻速率、蝕刻量等對蝕刻處理結果有影響的波長加以限定，評估/分析其關係。另外，藉由限定發光之波長，可以減少蝕刻取樣資料數，可刪減蝕刻條件算出之工時。
另外，於蝕刻裝置之稼動時，藉由事先針對過去同一 種類裝置之OES資料之波形予以分類，可以判斷是否引起特定之反應，可使稼動效率化。另外，可以選定應監控之波長，可以有效地準備異常/正常之判斷。
於量產時，OES資料可於晶圓製程開始之每一次取得，可依據波形之形狀、亦即反應方式之差異，於每一次製程開始時檢測出異常。
保養時可藉由代表波形判斷設定之良否，另外，可依據波形進行判斷，可以有效、且高精確度地確認性能。
於波形分類中，可由各波形之相關行列，由呈現波形彼此之類似關係的相關行列之行或列向量，依據類似性判斷進行分類處理，可依據波形彼此之“形狀”之類似性進行分類。可以整合全體之類似。一部分之類似進行評估，另外，無須限定蝕刻處理時間範圍。屬於波形“形狀”之評估，因此，本分類處理中無須物質相關之資訊、化學反應相關之資訊。
另外，於複數蝕刻處理中利用波形之相關係數監控蝕刻處理，可以判斷異常/正常。
另外，於複數蝕刻處理中，依據類似性對同一波長之複數波形進行分類，可以判斷複數蝕刻處理中產生異常的蝕刻處理。
以特定波長之某一蝕刻處理之波形為基準，重複實施蝕刻處理時，藉由評估該波長之波形與基準波形間之相關係數，可將波形之變化定量化。藉由該相關係數判斷異常/正常，解析/評估蝕刻處理結果，可以調整蝕刻處理條 件，更進一步藉由將和蝕刻處理結果間之關係予以模型化，可由相關係數推斷面呈楔形蝕刻處理結果。
以上依據實施形態具體說明本發明，但是本發明並不限定於上述實施形態，在不脫離其要旨之情況下可做各種變更實施。
(產業上可利用性)
本發明關於蝕刻裝置以及蝕刻裝置中之監控電漿發光的分析裝置，即使製程並非蝕刻，或者製程之對象並非晶圓或半導體裝置之情況下，因具備取得製程處理中之複數信號的手段，具備處理信號的電腦，可以廣泛適用於監控製程之裝置或系統。
(發明效果)
本發明所能獲得之代表性效果簡單說明如下。
亦即，代表性效果為，無須設定物質或化學反應之資訊，可以自動選定應監控之發光波長，可削減須花費大量工時的蝕刻資料之解析，可有效進行蝕刻之監控設定，可以判斷異常/正常。另外，可防止物質或化學反應之登錄遺漏或者人為判斷引起之現象判斷差異等失誤。
101、102、103‧‧‧發光光譜之位元映射
104‧‧‧時間
105‧‧‧波長
106‧‧‧發光強度之測量儀
107‧‧‧蝕刻處理內容之變更時點
111‧‧‧發光光譜分布
121、122‧‧‧波形
201‧‧‧一次系反應
202‧‧‧一次系反應式
203‧‧‧一次系反應
204‧‧‧一次系反應式
205‧‧‧高次系反應
206‧‧‧高次系反應式
211‧‧‧化學反應式
221‧‧‧時間
222‧‧‧發光強度
231、232、233‧‧‧波形
301‧‧‧時間
302‧‧‧強度
311、312、313、314、315、316、317‧‧‧波形
401‧‧‧蝕刻裝置
402‧‧‧腔室
403‧‧‧電極
404‧‧‧電漿
405‧‧‧晶圓
406‧‧‧電極
407‧‧‧排氣系
408‧‧‧氣體供給系
409‧‧‧裝置控制器/外部通信裝置
410‧‧‧分光器(OES)
411‧‧‧電腦/記憶裝置
412‧‧‧畫面/使用者介面
421‧‧‧窗
422‧‧‧光
431‧‧‧檢測裝置
432‧‧‧網路
433‧‧‧資料庫(DB)
434‧‧‧OES資料解析系統
511‧‧‧批次/晶圓/步驟別OES資料檢索/取得功能
512‧‧‧批次/晶圓/步驟別檢測結果檢索/取得功能
521‧‧‧波形變化有無判斷功能
522‧‧‧波形相關行列算出功能
523‧‧‧波形分類功能
524‧‧‧代表波形選定功能
525‧‧‧回歸分析功能
526‧‧‧蝕刻處理結果預測功能
527‧‧‧異常/正常判斷功能
528‧‧‧蝕刻條件調整功能
601‧‧‧時間
602‧‧‧強度
611、612、613、614‧‧‧波形
621、622、623、624‧‧‧波形相關向量
631‧‧‧相關行列
641‧‧‧波形圖
642‧‧‧時間
643‧‧‧強度
651‧‧‧波形之相關行列
652、653、654‧‧‧波形相關向量
701‧‧‧集群分析結果(樹形圖)
702‧‧‧群組1
703‧‧‧群組2
710‧‧‧距離評估1
720‧‧‧整合1
721‧‧‧集群
722‧‧‧重心
730‧‧‧距離評估2
731‧‧‧集群
732‧‧‧重心
740‧‧‧統合2
741‧‧‧群組
742‧‧‧上次之群組之重心
743‧‧‧重心
750‧‧‧距離評估3
751‧‧‧集群
752‧‧‧重心
760‧‧‧統合3
761‧‧‧群組
762‧‧‧重心
801‧‧‧波形圖
901‧‧‧波形相關行列
1001‧‧‧樹形圖
1002、1003、1004‧‧‧分歧位置
1101、1102、1103‧‧‧波形之相關行列
1111、1112、1113‧‧‧相關係數之平均
1121、1122、1123‧‧‧代表波形
1201‧‧‧選定之3波長之波形圖
1202‧‧‧時間
1203‧‧‧強度
1211、1212、1213‧‧‧波形
1301‧‧‧同一波長中之波長之每一蝕刻處理之變化圖
1302‧‧‧時間
1303‧‧‧強度
1311、1312‧‧‧波形
1401‧‧‧波形相關行列
1501‧‧‧樹形圖
1502、1503、1504‧‧‧分歧位置
1601‧‧‧同一波長中之波長之每一蝕刻處理之變化圖
1602‧‧‧時間
1603‧‧‧強度
1611、1612‧‧‧波形
1631‧‧‧判斷時點
1632‧‧‧強度判斷基準
1701‧‧‧每一次蝕刻處理之發光強度變化
1711‧‧‧每一次蝕刻處理之相關係數變化
1721‧‧‧每一次蝕刻處理之CD偏移變化
1702、1712、1713‧‧‧蝕刻處理(工程開始順序)
1703‧‧‧強度
1713‧‧‧相關係數
1723‧‧‧CD偏移
1801、1811‧‧‧時間
1802、1812‧‧‧強度
1803、1813‧‧‧波形
1901‧‧‧強度
1902‧‧‧資料產生頻度
1911‧‧‧波形1之分布
1912‧‧‧波形2之分布
1921‧‧‧波形1強度平均
1922‧‧‧波形2強度平均
2001‧‧‧時間
2002‧‧‧強度
2003‧‧‧波形
2004‧‧‧範圍
2101‧‧‧強度
2102‧‧‧資料產生頻度
2103‧‧‧波形3之分布
2104‧‧‧波形3平均
2301、2311、2321、2331‧‧‧波形圖與失真度、尖度、變化止指數
2302、2312、2322、2332‧‧‧時間
2303、2313、2323、2333‧‧‧強度
圖1為本發明之一實施形態之蝕刻裝置使用的發光分光器OES之光譜及波形之一例之圖。
圖2為本發明之一實施形態之蝕刻裝置使用的發光強度之相關關係之原因說明用之說明圖。
圖3為本發明之一實施形態之蝕刻裝置使用的波形及其主成份分析結果之一例之圖。
圖4為本發明之一實施形態之蝕刻裝置的構成圖。
圖5為本發明之一實施形態之蝕刻裝置之蝕刻處理控制的系統構成圖。
圖6為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之波形之相關關係說明用之說明圖。
圖7為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之集群分析之概要說明用之說明圖。
圖8為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之集群分析之計算法概要說明用之說明圖。
圖9為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之15波長之波形之一例之圖。
圖10為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之15波長之相關行列之一例之圖。
圖11為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中依據15波長之波形之相關行列進行集群分析之結果之一例之圖。
圖12為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之15波長之波形之群組別之相關行列之一例之圖。
圖13為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中選定之3波長之波形圖。
圖14為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中同一波長 之8次蝕刻處理之波形之一例之圖。
圖15為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中同一波長之8波形之相關行列之一例之圖。
圖16為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中依據同一波長之8波形之相關行列進行集群分析之結果之一例之圖。
圖17為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中同一波長之波形之強度判斷基準之一例之圖。
圖18為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中之蝕刻處理別之發光強度、波形之相關係數、CD偏移之變化之一例之圖。
圖19為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中包含變動之波形之一例之圖。
圖20為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，相對於包含變動之波形之發光強度的直方圖之一例。
圖21為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，包含變動的波形之一例之圖。
圖22為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，相對於包含變動的波形之發光強度的直方圖之一例。
圖23為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，包含變動的波形之變動範圍說明用之說明圖。
圖24為本發明之一實施形態之蝕刻裝置中，包含變動的波形之失真度、尖度、變化指數之一例之圖。
圖25為本發明之一實施形態之蝕刻裝置的蝕刻處理 方法之流程圖。
圖26為為本發明之一實施形態之蝕刻裝置的蝕刻處理方法之流程圖。
401‧‧‧蝕刻裝置
410‧‧‧分光器(OES)
411‧‧‧電腦/記憶裝置
431‧‧‧檢測裝置
433‧‧‧資料庫(DB)
434‧‧‧OES資料解析系統
511‧‧‧批次/晶圓/步驟別OES資料檢索/取得功能
512‧‧‧批次/晶圓/步驟別檢測結果檢索/取得功能
521‧‧‧波形變化有無判斷功能
522‧‧‧波形相關行列算出功能
523‧‧‧波形分類功能
524‧‧‧代表波形選定功能
525‧‧‧回歸分析功能
526‧‧‧蝕刻處理結果預測功能
527‧‧‧異常/正常判斷功能
528‧‧‧蝕刻條件調整功能

Claims (13)

  1. 一種蝕刻裝置，係具備：腔室，用於進行電漿蝕刻處理；電極，用於產生電漿；氣體供給/排氣系；分光器，用於監控上述電漿之發光；及電腦系統，用於處理上述分光器所監控之信號，將處理結果顯示於終端機；其特徵為：上述電腦系統，係具備：發光強度波形取得手段，用於取得過去實施之1次以上蝕刻處理中之電漿發光資料的，複數個沿著蝕刻處理時間軸之發光強度波形；波形變化有無判斷手段，用於判斷上述發光強度波形取得手段所取得之複數個上述發光強度波形之變化之有無；波形相關行列算出手段，用於算出被上述波形變化有無判斷手段判斷為有變化的上述發光強度波形間之相關行列；波形分類手段，以上述波形相關行列算出手段所算出之相關行列之各列或各行，作為上述發光強度波形對應之向量，依據上述向量值評估上述發光強度波形間之類似性，對上述發光強度波形進行群組分類；及代表波形選定手段，用於由上述波形分類手段所分類之上述群組(group)來選定代表性之發光強度波形，以所選定之上述代表性發光強度波形作為對蝕刻性能或晶圓之蝕刻處理結果有影響之發光強度波形而予以界 定，以該發光強度波形所獲得之波長作為應監控之發光波長予以決定，顯示於上述終端機。
  2. 如申請專利範圍第1項之蝕刻裝置，其中上述發光強度波形取得手段所取得之發光強度波形，係任意指定之複數個波長中之發光強度波形。
  3. 如申請專利範圍第1項之蝕刻裝置，其中上述發光強度波形取得手段所取得之發光強度波形，係發光光譜上成為峰值波長中之波形。
  4. 如申請專利範圍第1項之蝕刻裝置，其中上述發光強度波形取得手段所取得之發光強度波形，係複數個蝕刻處理之同一波長之發光強度波形。
  5. 如申請專利範圍第1項之蝕刻裝置，其中上述波形分類手段，係使用集群分析(cluster analysis)、k-means法、或自組織化映射，依據上述向量值來評估上述發光強度波形間之類似性。
  6. 如申請專利範圍第1項之蝕刻裝置，其中上述波形變化有無判斷手段，係針對上述發光強度波形之強度，求出失真度、尖度、以及相對於上述強度變動的強度變化範圍之值，依據求出之上述失真度、上述尖度、相對於上述強度變動的強度變化範圍之值，來判斷蝕刻處理中之強度有否變化。
  7. 如申請專利範圍第6項之蝕刻裝置，其中上述變動，係指上述發光強度波形之連續強度之差之均方根(average root-mean-square)之平方， 上述強度變化範圍，係指上述發光強度波形之強度的最大值與最小值之差，相對於上述變動的強度變化範圍之值，係指將上述強度變化範圍除以上述變動，乘上2的平方根之值。
  8. 如申請專利範圍第6項之蝕刻裝置，其中上述波形變化有無判斷手段，在上述失真度為-1.0~1.0之值，上述尖度為-1.0~1.0之值，相對於上述變動的強度變化範圍之值為4~8時，係判斷上述發光強度波形為白色雜訊，強度之變化不存在。
  9. 一種分析裝置，係具備：分光器，用於監控上述電漿之發光；及電腦系統，用於處理上述分光器所監控之信號，將處理結果顯示於終端機；其特徵為：上述電腦系統，係具備：發光強度波形取得手段，用於取得過去實施之1次以上蝕刻處理中之電漿發光資料的，複數個沿著蝕刻處理時間軸之發光強度波形；波形變化有無判斷手段，用於判斷上述發光強度波形取得手段所取得之複數個上述發光強度波形之變化之有無；波形相關行列算出手段，用於算出被上述波形變化有無判斷手段判斷為有變化的上述發光強度波形間之相關行列； 波形分類手段，以上述波形相關行列算出手段所算出之相關行列之各列或各行，作為上述發光強度波形對應之向量，依據上述向量值評估上述發光強度波形間之類似性，對上述發光強度波形進行群組分類；及代表波形選定手段，用於由上述波形分類手段所分類之上述群組選定代表性之發光強度波形，以所選定之上述代表性發光強度波形作為對蝕刻性能或晶圓之蝕刻處理結果有影響之發光強度波形而予以界定，以該發光強度波形所獲得之波長作為應監控之發光波長予以決定，顯示於上述終端機。
  10. 一種蝕刻處理方法，其特徵為：由控制蝕刻裝置或上述蝕刻裝置之分析裝置的電腦系統來執行以下：取得過去實施之1次以上蝕刻處理中之電漿發光資料的，複數個沿著蝕刻處理時間軸之發光強度波形；判斷所取得之複數個上述發光強度波形之變化之有無；算出被判斷為有變化的上述發光強度波形間之相關行列；以上述相關行列之各列或各行，作為上述發光強度波形對應之向量，依據上述向量值評估上述發光強度波形間之類似性，對上述發光強度波形進行群組分類；及由上述波形分類手段所分類之上述群組來選定代表性之發光強度波形，針對所選定之上述代表性發光強度 波形之波長中的發光強度與蝕刻處理結果間之關係予以設定關連對應，在以後之蝕刻處理實施時，由蝕刻處理中之發光強度資料，來監控上述代表性發光強度波形之波長中之發光強度。
  11. 一種蝕刻處理方法，其特徵為：由控制蝕刻裝置或上述蝕刻裝置之分析裝置的電腦系統來執行以下：針對過去實施之複數個蝕刻處理，取得蝕刻處理結果，以及蝕刻處理中之電漿發光資料中之同一波長的，沿著蝕刻處理時間軸之發光強度波形；求出某一個蝕刻處理之上述發光強度波形，與其餘全部蝕刻處理之上述發光強度波形間之相關係數，針對上述發光強度波形之相關係數與蝕刻處理結果間之關係予以設定關連對應，在蝕刻處理實施時依據上述發光強度波形之相關係數之值，來監控晶圓之蝕刻處理。
  12. 如申請專利範圍第11項之蝕刻處理方法，其中由上述電腦系統，依據上述相關係數之值進行上述晶圓之上述蝕刻處理之監控中，係藉由代數式針對上述發光強度波形之上述相關係數與蝕刻處理結果間之關係實施模型化，使用由上述蝕刻處理獲得之上述發光強度波形之相關係數來推斷蝕刻處理結果。
  13. 一種蝕刻處理程式，係使進行蝕刻處理的電腦系統發揮以下功能者； 發光強度波形取得手段，用於取得過去實施之1次以上蝕刻處理中之電漿發光資料的，複數個沿著蝕刻處理時間軸之發光強度波形；波形變化有無判斷手段，用於判斷上述發光強度波形取得手段所取得之複數個上述發光強度波形之變化之有無；波形相關行列算出手段，用於算出被上述波形變化有無判斷手段判斷為有變化的上述發光強度波形間之相關行列；波形分類手段，以上述波形相關行列算出手段所算出之相關行列之各列或各行，作為上述發光強度波形對應之向量，依據上述向量值評估上述發光強度波形間之類似性，對上述發光強度波形進行群組分類；及代表波形選定手段，用於由上述波形分類手段所分類之上述群組來選定代表性之發光強度波形，以所選定之上述代表性發光強度波形作為對蝕刻性能或晶圓之蝕刻處理結果有影響之發光強度波形而予以界定，以該發光強度波形所獲得之波長作為應監控之發光波長予以決定，顯示於上述終端機。
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