TWI496185B - 依電漿加工法之加工形狀的預測系統，其方法及程式 - Google Patents

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Description

依電漿加工法之加工形狀的預測系統，其方法及程式
本發明係關於用以根據電漿的實測資料預測藉由電漿加工法所形成的形狀之依電漿加工法(plasma process)之加工形狀預測系統(system)、其方法及程式。
半導體的製造處理，要求伴著製程數的增加既穩定又正確地進行製造處理。關於這點，日本專利文獻1中有以下的記載。亦即，針對依序執行對被加工物的複數個製程之處理裝置，監視各處理中之預定製程的處理狀態或該處理裝置的狀態，依照此監視結果，模擬預定製程之被加工物的形狀。檢測出此被模擬的形狀與預先設定的標準形狀之偏差，對上述預定製程的下一個製程，設定用以補償被檢測出的偏差之處理條件。
雖於日本專利文獻1中沒有具體記載，但就計算電漿蝕刻(etching)或電漿沉積(deposition)所形成的形狀之方法而言，習知已有藉由電漿模擬之方法。此方法則是先由產生電漿的電源電壓、壓力、氣體種類等之外部的電漿參數計算電漿之電子或離子的密度、溫度，求取流入基板之離子(ion)或自由基(radical)的種類、密度、能量等。之後，人為施予反應係數且依時序計算蝕刻形狀。
另一方面，針對半導體的製造處理，藉由量測電漿的電子溫度、電子密度或活性種類等，而進行處理的最佳化。日本專利文獻2中記載，用來量測在晶圓(wafer)表面的電漿之晶圓上監視感測器(sensor)。此晶圓上監視感測器具備複數個檢測功能，除了測量入射到基板表面之入射離子的能量分布、檢測VUV(真空紫外線)光子、及量測電荷蓄積量之外，可以進行量測電子溫度和電子密度的組合與離子電流和護皮電壓(sheath voltage)的組合之任何一方及雙方。此晶圓上監視感測器可以與其他的檢測法(例如發光分光法)併用以進行自由基種或離子種的測量。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2005-277361號公報
[專利文獻2]日本專利特開2003-282546號公報
[非專利文獻1]A. MISAKA,K. HARAFUJI,M. KUBOTA AND N,NOMURA,“Novel Surface Reaction Model in Dry-Etching Process Simulator“,JPN. J. APPL. PHYS 31 PAGE. 4363-4669(1992)
如同前述，現狀是即使藉由電漿模擬計算所蝕刻的形狀，經計算的離子軌道和蝕刻形狀、及實際的離子軌道和蝕刻形狀仍只在有限的條件下對應，如同日本專利文獻1所記載，尚不足以求取用以補償偏差的處理條件。
另外，現狀是即使外部的電漿參數相同，由於裝置構成，電漿的狀態仍有很大差異。
於是，本發明的目的係提供一種依電漿加工法之加工形狀的預測系統、其方法及程式，可以使用各種感測器即時量測處理狀態，根據其電漿量測資料預測形狀。
為了要達成上述目的，本發明的依電漿加工法之加工形狀的預測系統，係根據來自與加工對象物同樣收容在電漿加工裝置內而監視電漿狀態之感測器的實測資料，預測由電漿加工裝置而得的加工表面形狀，該依電漿加工法之加工形狀的預測系統具備：入射離子資料庫，係對應於電漿加工裝置的各運轉條件而儲存關於荷電粒子流的入射能量分布和角度分布之資料；入射自由基資料庫，係對應於電漿加工裝置的各運轉條件而儲存關於自由基的入射能量分布和入射角度分布之資料；材料物性和表面反應資料庫，係儲存有於自由基吸附反應計算、離子反應計算、以及熱激發型化學反應計算中分別需要的每一反應之各種係數，以及在軌道計算和反應計算中需要的每一材料之物性值；實測資料庫，係對應於電漿加工裝置的各運轉條件，而將依據來自上述感測器的實測資料求取之電子溫度、電子密度與分別儲存在上述入射離子資料庫和上述入射自由基資料庫的資料賦予關係而儲存；軌道計算手段，係根據由上述感測器輸入之實測資料中的電流-電壓特性求取之電子溫度、電子密度和電子的能量分布及加工表面的電荷分布，或根據由該電流-電壓特性求取的離子電流和護皮電壓及加工表面的電荷分布，求取由電漿入射到加工表面之荷電粒子的軌道；及表面形狀計算手段，係根據上述軌道計算手段所求取之荷電粒子的軌道求取入射到加工表面的各點之各種離子，利用儲存在上述入射離子資料庫、上述入射自由基資料庫、上述材料物性和表面反應資料庫、以及上述實測資料庫之資料，進行加工表面的各點之反應計算而算出蝕刻率和沉積率，並由其差分算出在加工表面的各點之移動速度以算出表面形狀。
本發明的依電漿加工法之加工形狀的預測方法，係將基板表面附近分割成複數個要素，設定初始狀態和電漿加工條件，預測藉由電漿加工法所產生的加工表面形狀，該依電漿加工法之加工形狀的預測方法，包括：軌道算出步驟，根據由在加工條件下所產生之電漿的實測資料中之電流-電壓特性求取的電子溫度、電子密度和電子的能量分布及加工表面的電荷分布，或根據由該電流-電壓特性求取的離子電流和護皮電壓及加工表面的電荷分布，算出由電漿流入加工表面之荷電粒子的軌道；表面移動速度算出步驟，求取沿著在上述軌道算出步驟所算出之荷電粒子的軌道入射到加工表面的各點之離子種類，利用其離子種類及自由基的入射流分布，算出在加工表面的各點之蝕刻率和沉積率，由其差分求取在表面各點之移動速度；及由在上述表面移動速度算出步驟所求取之在加工表面的各點之移動速度判定是否滿足加工條件所設定的加工量，當未滿足的情況則重新更改設定加工表面各點而回到上述軌道算出步驟之步驟。
本發明的依電漿加工法之加工形狀的預測程式，係將基板表面附近分割成複數個要素，設定初始狀態和電漿加工條件，預測藉由電漿加工法所產生的加工表面形狀，該依電漿加工法之加工形狀的預測方法，包括：軌道算出步驟，根據由在加工條件下所產生之電漿的實測資料中之電流-電壓特性求取的電子溫度、電子密度和電子的能量分布及加工表面的電荷分布，或根據由該電流-電壓特性求取的離子電流和護皮電壓及加工表面的電荷分布，算出由電漿流入加工表面之荷電粒子的軌道；表面移動速度算出步驟，求取沿著在上述軌道算出步驟所算出之荷電粒子的軌道入射到加工表面的各點之離子種類，利用其離子種類及自由基的入射流分布，算出在加工表面的各點之蝕刻率和沉積率，由其差分求取在表面各點之移動速度；及由在上述表面移動速度算出步驟所求取之在加工表面的各點之移動速度判定是否滿足加工條件所設定的加工量，當未滿足的情況則重新更改設定加工表面各點而回到上述軌道算出步驟之步驟。
依據本發明可以利用感測器即時量測電漿狀態，根據其量測資料預測加工形狀。因而可以在預測加工形狀並非預定形狀的情況，變更電漿加工裝置的條件以獲得預定的加工形狀。
以下參考圖面來詳細說明本發明的實施形態。
[依電漿加工法之加工形狀的預測系統]
第1圖為本發明的實施形態的依電漿加工法之加工形狀的預測系統之構成圖。本發明的實施形態之預測系統1係電漿加工裝置10與模擬裝置20藉由網路2等連接而構成。此處，網路2不只是如第1圖所示藉由有線而構成的情況，也可以與搭載在電漿加工裝置10中的晶圓上監視感測器11之無線通訊部藉由無線或介於處理室15的連接埠等藉由有線而構成，或者也可藉由該兩者的組合而構成。
電漿加工裝置10係將氣體導入例如處理室15內將其氣體藉由高頻或微波的電力放電，對於收容在處理室15內的基板(未圖示)進行加工處理。加工處理除了蝕刻處理之外還包括膜形成處理。晶圓上監視感測器11為用以監視電漿狀態和基板狀態的感測器，與基板同樣收容在處理室15內。晶圓上監視感測器11例如連接測量器12。藉此，可以測量對晶圓上監視感測器11內預定電極施加電壓而流通的電流，或者測量藉由光子所產生的電流。測量器12可以如第1圖所示設置在處理室15的外側，也可以搭載在晶圓上監視感測器11本身。有關晶圓上監視感測器11於後詳述。
模擬裝置20具備：裝置條件資料庫(Data Base，簡稱DB)21、入射離子DB22、入射自由基DB23、實測DB24、材料物性和表面反應DB25、軌道計算手段26、表面形狀計算手段27、及促使操作的便利性之圖形使用者介面(GUI：Graphical User Interface)28。此模擬裝置20也可以在電腦中儲存本發明的實施形態之電漿加工法之加工形狀預測程式，藉由電腦執行其程式而構成。因此，依電漿加工法之加工形狀的預測程式也可以儲存在電腦可讀取的記憶媒體。此處，程式是指以可依對電腦的指令獲得一個結果的方式組合者。
裝置條件DB21為儲存包括電漿加工裝置的種類、型號、加工條件等之關於裝置條件的資訊之資料庫。對於每一電漿加工裝置，裝置條件DB21儲存氣體種類、氣體流量、氣體壓力、投入電力、及其他的裝置運轉條件之外、還有基板的種類、材質等的資料。
入射離子DB22為依電漿加工裝置的各運轉條件儲存關於荷電粒子流的資料之資料庫。就儲存在此入射離子DB22的資料項目而言，包括離子種類、入射能量分布及入射角度分布。入射離子DB22為依電漿加工裝置10的種類和各運轉條件儲存關於例如Cl2 + 、SF5 + 等的各種離子或電子的荷電粒子流的入射能量分布和角度分布之資料。這些值則是利用晶圓上監視感測器11中的護皮形狀感測器或帶電感測器等的測量資料藉由軌道計算手段26求取。
入射自由基DB23為依電漿加工裝置的各運轉條件儲存關於自由基流(radical flux)之資料的資料庫。就儲存在此入射自由基DB23的資料項目而言，包括自由基種、入射能量分布及入射角度分布。入射自由基DB23為依電漿加工裝置10的種類或機型和各運轉條件儲存關於例如CF3 *、F*、O*等的各種自由基流的入射能量分布和角度分布之資料。這些值則是根據不利用晶圓上監視感測器11而由別的方法測量之結果。
實測DB24為依電漿加工裝置10的各運轉條件儲存以由晶圓上監視感測器11所輸出的實測資料為基準求取之電子溫度及電子密度及/或儲存離子電流及護皮電壓的資料庫，其中以與分別儲存在入射離子DB22和入射自由基DB23之資料賦予關連之方式，儲存關於護皮形狀的資料。亦即，實測DB24為儲存關於藉由對電漿加工裝置10所處理的對象物入射之離子、光子所產生之處理特性資料，例如缺陷產生率、電荷蓄積率、加工形狀，根據晶圓上監視感測器11的實測資料算出的資料之資料庫。就儲存的資料項目而言，除了紫外線光譜、基板電位、孔底電位之外，還有電子溫度、電子密度、離子電流、護皮電壓等。儲存在實測DB24的資料，與儲存在入射離子DB22和入射自由基DB23的資料間之相關性係利用神經網路等的多變量解析方法而賦予關係。藉此，來自晶圓上監視感測器11的實測資料輸入實測DB24，則可以藉由軌道計算手段26和表面形狀計算手段27預測缺陷分布或加工形狀等。
材料物性和表面反應DB25為儲存軌道計算手段26的軌道計算所必要之資料、及表面形狀計算手段27的反應計算所必要之資料的資料庫。儲存在材料物性和表面反應DB25的資料包括材料物性的資料及關於表面反應的資料。例如軌道計算手段26中，為了利用波松方程式(poisson equation)或牛頓的運動方程式(equation of motion)進行解析，儲存有各材料的介電率或導電率、離子種或電子的質量等的資料。表面形狀計算手段27為了要進行自由基吸附反應計算、離子反應計算和熱激發型化學反應計算，儲存有各計算所必要之每一反應的各種係數。就為了表面形狀計算手段27所必要而儲存的資料項目而言，包括紫外線所造成的缺陷產生率、入射自由基和離子的吸附率、反應機率、反應產生物的種類、反應產生物從表面再釋放出時的角度分布或能量分布等。有關儲存在材料物性和表面反應DB25的資料當中實驗上取得困難的資料，也可以儲存另外利用第一原理計算或分子動力學計算等量子力學的計算方法計算的結果。
此處，在材料物性的資料中，除了儲存有基板表面的反應產生物名與蝕刻、沉積的任何一個的組合之外，尚儲存有每一材料之原子數密度或分子數密度等的粒子數密度、吸附側的面密度、比介電率、消滅因子、導電性材料的導電率、電性質(例如導電體或絕緣體的區別)、每一波長的光吸收係數、每一波長的缺陷產生係數等。此處，「材料」係代表形成反應產生物、基板材料之物。另一方面，表面反應的資料包括中性粒子吸附模型、離子反應模型、熱激發型化學反應模型的各資料。就關於中性粒子吸附反應模型的資料項目而言，包括吸附反應的反應性產生物名、每一入射自由基和反應產生物的吸附率、自由基吸附的角度依存性、自由基的反射率等。就關於離子反應模型的資料項目而言，包括產生離子輔助反應的基板材料或反應產生物名及離子名的組合、脫離率、離子輔助反應的反應率等。就關於熱激發型化學反應模型的資料項目而言，包括熱激發型化學反應的反應係數、活性化能量等。
軌道計算手段26係用以算出表面形狀計算手段27所必要之荷電粒子的軌跡。軌道計算手段26係根據從裝置條件DB21、入射離子DB22因應於電漿加工裝置10的加工件所取得之資料、於來自實測DB24之因應於電漿加工裝置10的加工條件之資料、及來自晶圓上監視感測器11之實測資料，算出入射到基板表面之各種離子或電子的軌跡。
軌道計算手段26一般是根據晶圓上監視感測器11的其他感測器所輸入的實測資料當中由電流-電壓特性求取的電子溫度、電子密度和電子的能量分布及加工表面的電荷分布，或根據由上述電流-電壓特性求取的離子電流和護皮電壓及加工表面的電荷分布，求取由電漿入射到加工表面之荷電粒子的軌道。例如，軌道計算手段26也可以不使用儲存在裝置條件DB21、入射離子DB22和實測DB24的資料，而由晶圓上監視感測器11的護皮形狀感測器、因應所需的帶電感測器測量而求取之加工表面的電位、電子溫度和電子密度，計算護皮電壓並計算流入基板的荷電粒子即是電子和離子的各軌跡。具體上，由加工表面之電荷的蓄積分布，解開波松方程式，以計算電荷蓄積分布所產生的電場。之後，由其電場分布計算流入基板表面之荷電粒子的軌跡。詳情於後述。
經計算離子軌道求取離子流量分布，作為能量和角度的函數。這些值也可以儲存在入射離子DB22，用於表面形狀計算手段27的計算。
表面形狀計算手段27係用以計算電漿加工法的形狀變化。表面形狀計算手段27係根據軌道計算手段26的算出結果，參考儲存在材料物性和表面反應DB25的資料，求取自由基吸附反應、離子輔助反應、熱激發型化學反應所造成表面的形狀變化。
表面形狀計算手段27係由電漿所流入的自由基、離子的各流量密度、對晶圓表面的吸附機率、化學反應率、反射率等，針對加工表面的各點，依材料求取蝕刻率和沉積率，由蝕刻率與沉積率的差分，計算表面的移動推移，例如計算晶圓剖面形狀的隨時間變化。有關計算的詳情於後述。
表面形狀計算手段27可以考量紫外線照射所造成缺陷的產生，且考慮缺陷產生所造成蝕刻速度的變化，求取表面形狀。
紫外線造成缺陷產生的計算係根據由晶圓上監視感測器11的UV感測器測量的紫外線光譜，藉由角度積分計算射入加工表面之紫外線的強度，由照射到加工表面附近的各點之紫外線的強度值求取每單位時間的平均缺陷產生數。可以經由將此求取的平均缺陷產生數時間積分，計算缺陷密度分布。
就缺陷的表示方法而言有各種看法。包括以連續體模型表示的情況及以粒子模型表示的情況。將兩者區分運用的指標為缺陷密度的大小。在以連續體模型表示的情況，以連續體表示缺陷分布。如第2圖(A)所示，將材料內部分割成格子狀，以實數施予每一格子點或格子的缺陷密度。在以粒子模型表示的情況，1個缺陷以1個粒子表示，如第2圖(B)所示，保持各缺陷的座標值作為資料。產生缺陷的位置係根據紫外線強度在考量機率分佈下用隨機數(random numbers)予以決定。數nm的線寬係因原子數只存在數十至數百程度，以連續體表示缺陷會有限度之故。
[依電漿加工法之加工形狀的預測方法]
以下，具體說明利用本發明的實施形態的依電漿加工法之加工形狀的預測系統1預測加工形狀的方法。
[前提]
首先以說明如何預測依電漿加工法的加工形狀為前提，概要地針對如何描述加工表面的狀態，如何描述其表面狀態的變化進行說明。
第3圖為利用電漿蝕刻之基板表面的加工模樣之示意圖。在基板表面以高速離子蝕刻的情況，加工表面會產生化學反應及濺鍍。於是，首先以離散的黑點(●)表示基板表面的輪廓，之間以直線連結。把此直線稱為線段(string)。自由基或高速離子射入到表面，則表面會產生化學反應或濺鍍，基板表面上，自由基有時吸附有時脫離。以沉積率、蝕刻率來表示自由基有時吸附有時脫離，藉由這些的差分求取蝕刻速度或成膜速度，使線段移動。以下的說明是針對二次元的情況進行說明，但即使是三次元的情況也同樣可適用。
第4圖為加工表面形狀的一般性計算的概略流程之圖。如第5圖所示，線段點一般是以「在加工表面的各點」區隔實線所示的抗蝕表面，線段一般是藉由「要素」近似，以虛線表示鄰接的線段點彼此。想到在此線段上描述表面反應。基板材料的表面占有率設為θo ，材料m的表面占有率設為θm ，吸附側的面密度設為σs ，則以下式子成立，作為約制條件。
θm (P,t) ≧0　for m=0,1,…,N　(2)
另外，一般，材料m的每單位時間的產生數設為Gm ，材料m的每單位時間的消滅數設為Hm ，則成立以下的基本方程式。
因而，藉由約制條件解出基本方程式，算出各吸附自由基的表面覆蓋率(STEP1-1)。此外，材料m也有稱為自由基的情況。
其次，算出蝕刻率和沉積率(STEP1-2)。此處，蝕刻率係以利用熱激發型化學反應的蝕刻率與利用物理濺鍍的蝕刻率與利用離子輔助反應的蝕刻率之和算出。沉積率係以利用沉積物大量投入效應的沉積率與利用沉積物產生的沉積率與利用離子輔助反應的沉積率之和算出。電漿的蝕刻率及沉積率分別以以下的式子求取(日本非專利文獻1)。
亦即，將蝕刻率ER分解成如同式子(5)。ERtotal 為吸附自由基所覆蓋的表面之熱激發型化學反應蝕刻率，ERphysical 為對利用高能量離子之清淨的被蝕刻材料表面之物理濺鍍的蝕刻率，ERionassisted 為對利用高能量之吸附自由基所覆蓋的表面之利用物理和化學濺鍍(亦稱為「離子輔助反應」)的蝕刻率。
ER total =ER thermal +ER physical +ER ionassisted 　(5)
各蝕刻率ERthermal 、ERphysical 和ERionassisted 可以依以下的式子決定。點P的熱激發型化學反應蝕刻率ERthermal 以式子(6)表示。
此處，ρ為基板的密度，為有關自由基n的係數，θn 為自由基n的表面占有率，為活性能量，k B 為波茲曼常數，T為基板的溫度。由式子(6)得知，ERthermal 為有關自由基n的和。
點P之利用物理濺鍍的蝕刻率ERphyical 以式子(7)表示。
此處，εmax 為入射離子的最大能量，為離子i的物理濺鍍收率，Fi (P,ε)為具有能量ε的點P之入射離子i的流量，θ0 (P)為點P之清淨的基板表面的占有率。
由式子(7)得知，ERphysical 為關於反應性離子與非反應性離子的兩者之離子i的和。
點P之利用離子輔助反應的蝕刻率ERion assisted 以式子(8)表示。
此處，εmax 為入射離子的最大能量，為離子i所形成的自由基j從表面反應層脫離的收率，Fi (P,ε)為具有能量ε的點P之入射離子i的流量，θj (P)為點P之自由基j的表面占有率。ERion assisted 為反應性離子與非反應性離子的兩者之離子i的和，且為包括基板表面材料之自由基j全體的和。
沉積率DR可以分解成如同式子(9)。式子(9)右邊的第1項為利用沉積物大量投入效應之沉積率。式子(9)的第2項為利用入射自由基與表面反應層的自由基反應而產生沉積物的效應之沉積率。式子(9)的第3項為藉由離子輔助反應使沉積物從表面反應層脫離的效應之沉積率。
DR tatal (P) =DR (1) (P) +DR (2) (P) -DR (3) (P) 　(9)
在點P利用沉積物大量投入效應之沉積率以式子(10)表示。
此處，ρ d 為沉積層的密度，σ m 0 (ε)為自由基m與清淨的被蝕刻材料膜之間的吸附率，σ mk (ε)為自由基m與被形成在被蝕刻材料膜上之自由基k的吸附層膜之間的吸附率。ε為自由基m的能量。
從式子(10)得知，涵蓋被形成在被蝕刻材料膜上的自由基k置換成自由基m之全部的k予以加算，再涵蓋全部的沉積物加算m。
在點P利用具有能量ε的入射自由基與表面反應層的自由基反應而產生沉積物的效應之沉積率以式子(11)表示。
此處，為飛來的自由基l與清淨的被蝕刻材料膜之間的反應而產生沉積物m的產生率，為飛來的自由基l與被蝕刻材料膜上所形成之自由基k的吸附薄膜之間的反應而產生沉積物m的產生率。
在點P入射具有能量ε的離子且從表面反應層脫離沉積物的反應，一般稱為離子輔助反應，依據此離子輔助反應的效應之沉積率以式子(12)表示。
此處，ρd 為沉積層的密度，為從表面反應層脫離之反應產生物l的收率，也考量沉積物m分解成自由基l。
其次，求取各線段P的移動速度(STEP1-3)。即是依蝕刻率與沉積率的差，蝕刻率比沉積率大的話則蝕刻進展， 相反地，沉積率比蝕刻率大的話則沉積進展。然後，使描述任一時間的表面之線段點相互連結，可求取表面移動速度，且求取其任一時間之基板表面的形狀，成為可輸出顯示有關形狀的結果(STEP1-4)。第6圖為顯示以此方式求取的形狀變化。
[荷電粒子的軌道計算、考量因紫外線造成的缺陷之加工表面形狀的計算]
說明表面形狀計算手段27係針對根據由軌道計算手段26和表面形狀計算手段27所求取的計算結果如何預測表面加工形狀進行說明。
第7A圖為顯示藉由本發明的實施形態之依電漿加工法之加工形狀的預測程式所實現之預測方法的一部分流程之圖。第7B圖為顯示第7A圖所示的其餘流程之圖。在STEP2-1，藉由來自GUI(Graphic User Interface；圖形使用者介面)28的輸入操作，開始模擬開始步驟，設定初始值、界限條件、物性值等的輸入資料，因應於所需參考前述裝置條件DB21及入射離子DB22及入射自由基DB23及實測DB24及材料物性和表面反應DB25。此時，有關自由基流分布也預先進行設定。具體上，將成為加工對象物之例如基板的區域分割成複數個要素(mesh)，在相當於基板的領域之要素設定材料的種類。經由設定成為遮罩的部分之區域，決定加工表面的區域。此時，由儲存在材料物性和表面反應DB25的資料取得必要的資料。
在STEP2-2，設定蝕刻的總時間及計算的蝕刻寬度。也可以設定評估的蝕刻量以取代蝕刻的總時間。
之後，直到STEP2-9成為Yes為止重複進行STEP2-3至STEP2-9的循環。
進行設定模擬之表面的要素(在二次元的情況為線段)(STEP2-3)，前進到軌道計算步驟(STEP2-4)。軌道計算步驟中，進行軌道計算及離子輔助分布的設定。詳情如同以下所述。由藉由晶圓上監視感測器11所輸入的電流-電壓特性等的實測資料求取電子溫度和電子密度或求取離子電流和護皮電壓，此外尚測量基板表面電位、孔底電位或側壁電阻。藉此，在求取電子溫度和電子密度情況則求取護皮長度、護皮電壓，在求取離子電流和護皮電壓的情況則求取護皮長度。此實測資料係從測量器12儲存到實測DB24，所以也可以從實測DB24取得或從晶圓上監視感測器11直接求取。此外，由晶圓上監視感測器11求取實測資料，有關這點於後詳述。
軌道計算手段26係由實測DB24取得電子溫度和電子密度等的資料以及離子電流和護皮電壓等的資料其中一個或雙方，另一方面將加工表面的電荷蓄積量作為界限條件解開波松方程式，以求取電場分布，藉由牛頓的運動方程式計算離子和電子的各軌道。此處，本實施形態中，為了求取電場分布而考量此電位差所導致荷電粒子的加速度，可以正確地求取離子和電子的各速度及行進方向。
具體上，在STEP2-4A，求取入射的離子和電子到達加工表面之加工表面的電荷分布，將在加工表面的各點之電荷蓄積量作為界限條件解開波松方程式而算出電場分布。再者，利用電場分布，藉由牛頓的運動方程式求取包括離子和電子之荷電粒子的軌道。
在STEP2-4B，判斷本次求取的電場分布是否與上次求取的電場分布大致相同，無法判斷為相同範圍的話，表示各離子、電子依照各離子的軌道、電子的軌道流入，重新算出電荷分布(STEP2-4C)，回到STEP2-4A。在判斷為藉由STEP2-4B求取的電場分布與上次求取的電場分布大致相同，即是電場分布收斂的情況，加工表面的電場分布成為正常，所以可以根據各離子的軌道和速度，對入射到加工表面的各點之離子，設定角度和能量的函數。此設定的函數由入射離子DB22儲存。此外，較佳為進行僅統計量偏差變小之足夠量的軌道計算。另外，在可以應用已經儲存在入射離子DB22的函數的情況，軌道計算手段26也可以應用該函數。
STEP2-4的軌道算出步驟中，在求取電場分布的情況，利用模仿加工面之帶電感測器之表面電位和底部電位(底部電位也稱為孔底電位)的實測資料且考慮加工溝槽的側壁電阻以求取加工溝槽表面的電荷分布，由該電荷分布求取電場分布較佳。藉此，在加工面與帶電感測器的溝渠(trench)構造相同的情況，也可以掌握帶電感測器之在溝槽內電子或離子的舉動。詳情於後述。
在此STEP2-4的處理主要是軌道計算手段26進行。藉此，加工表面為平坦的狀態的話，可以根據晶圓上監視感測器11的實測資料，設定入射到加工表面之各離子和電子的資料。另一方面，加工處理進展一定程度而形成凹漥的狀態的話，可以模擬考量入射到該凹漥的離子和電子因應於凹漥內的電場分布使軌道如何彎曲以施予表面加工。本發明的實施形態中，加工並未進展而加工表面為平坦狀態的話，可以將從晶圓上監視感測器11的上方流入的荷電粒子視為與流入加工表面的荷電粒子相同。有關加工進展而產生凹凸之加工表面的電荷，為了由初始狀態之平坦的表面逐次計算以求取荷電粒子的分布，可進行接近現實之較佳精度的模擬。
可以經由進行此STEP2-4的軌道計算步驟，考量流入加工表面的荷電粒子，有關自由基等的中性粒子和光子，由別的感測器求取且予以輸入設定。有關自由基等的中性粒子，參考入射自由基DB23，將每一自由基種的能量及角度作為參數輸入入射分布(STEP2-5)。
根據以上，有時從外部入射到加工表面之荷電粒子、自由基等吸附在加工表面，有時吸附的荷電粒子或自由基從加工表面脫離。可以針對粒子等的關於表面反應之全部種類的粒子設定入射能量或入射角等。
其次，進行利用如此設定的離子種和自由基種之表面反應的計算。以下則是以考量因紫外線而產生缺陷的影響的情況為前提進行說明。
在STEP2-6，由晶圓上監視感測器11的UV感測器輸入激發電流，從激發電流預測UV光譜，由其UV光譜算出加工表面附近的缺陷密度。
具體地說明。首先在STEP2-6A，由晶圓上監視感測器11的UV感測器輸入激發電流，由該激發電流求取UV光譜。本發明的實施形態中，使用神經網路(neural network)使激發電流與UV光譜賦予關係，所以從晶圓上監視感測器11輸入激發電流則可短時間又高精度地求取UV光譜。
在STEP2-6B，收到UV光譜的輸入，則利用儲存在材料物性和表面反應DB25的資料，根據裝置構造與材料的UV吸收率的關係，算出基板內部所吸收之UV吸收量的分布。
在STEP2-6C，由STEP2-6B所求取的UV吸收分布，算出基板內部之UV照射所造成的缺陷密度分布。
在STEP2-7，根據STEP2-6所求取的缺陷密度分布，因應於加工表面的各點，再度設定自由基種、離子種對加工表面的吸附率和脫離率及活性化能量等。此再度設定係經由選出儲存在材料物性和表面反應DB25之每一反應的各係數而進行。例如，在材料物性和表面反應DB25，可以定義脫離率、吸附率、熱激發型活性化能量作為缺陷密度的函數，也可以定義乘上沒有缺陷時的值之係數。
在STEP2-8，根據在加工表面的各點之各反應係數，由沿著軌道算出步驟所求取的軌道入射到加工表面的各點之離子、及以別的方法根據測量之自由基的入射流分布算出各蝕刻率和沉積率，由其差分算出在表面各點的移動推移。
詳細說明STEP2-8的表面移動速度算出步驟。
在STEP2-8A，根據STEP2-7所求取之在加工表面的各點之各反應係數，計算各加工表面的表面材料與自由基的反應及其表面材料與離子的反應，直到各材料的覆蓋率成為正常狀態為止重複進行。藉此，分別求取蝕刻率和沉積率。蝕刻率係如前述的式子(5)，以各個熱激發型化學反應、物理濺鍍、離子輔助反應之蝕刻率的和求取。沉積率係如前述的式子(9)，以各個沉積物大量投入的效應、沉積物的產生、離子輔助反應之沉積率的和求取。經由考慮這些每一反應的各係數以求取各比率，考量紫外線造成的缺陷，算出加工表面的移動推移。然後，在STEP2-8B，由蝕刻率與沉積率的差分算出加工表面的移動推移。
其次，在STEP2-9，由STEP2-8的表面移動速度算出步驟所求取之在加工表面的各點之移動速度判定是否滿足依加工條件設定的加工量或加工時間，在未滿足的情況，回到STEP2-3重新更改設定加工表面各點而回到STEP2-4的軌道算出步驟。如第7B圖所示，在STEP2-8所求取之表面的移動量比預定的蝕刻量大的情況，即是在STEP2-8所求取的蝕刻量並未滿足STEP2-2所設定的蝕刻量的情況，重複進行重新更改設定表面各點(STEP2-3)，回到STEP2-4的處理。另一方面，在STEP2-8所求取的蝕刻量滿足STEP2-2所設定的蝕刻量的情況，離開循環而輸出所求取之表面形狀的資料。此外，也可以不藉由蝕刻量而藉由蝕刻時間判斷循環處理的重複進行。
此處，不經由STEP2-6且不在STEP2-7進行再度設定的話，可以不考量紫外線造成缺陷的影響即模擬表面形狀。
其次，詳細說明以上說明過的各事項。
[紫外線感測器]
首先說明晶圓上監視感測器11中的紫外線感測器。
第8圖為顯示紫外線感測器11C的一個例子之示意剖面圖。紫外線感測器11C的構成係如同圖示，在矽基板41上設置氧化矽膜42作為絕緣膜，在氧化矽膜42上設置具有預定的圖案之多晶矽膜43a、43b而成為電極，再在多晶矽膜43a、43b上積層絕緣膜44。絕緣膜44係具有預定的開口，與多晶矽膜43a、43b導通。
紫外線感測器11C係並排複數個第8圖所示的單元所構成，各絕緣膜44具有不同的能隙。使用氧化矽膜作為絕緣膜44，則氧化矽膜的能隙能量為8.8 eV，所以對應於此能隙之紫外線波長140 nm以下的光照射紫外線感測器，則會在作為電極的多晶矽43a、43b間流通電流。使用氧化矽膜作為絕緣膜44，則即使照射波長具有140 nm以上的光仍不會流通電流。在使用氮化矽膜作為絕緣膜44的情況，照射波長具有250 nm以下的光則會流通電流，在絕緣膜44具有氮化矽膜與氧化矽膜的積層構造的情況，當照射波長250 nm以上的光時電流流通。
如此，在使用2個以上的紫外線感測器11C，同樣照射電漿的情況，藉由該電漿所發出之紫外線的光譜流到各個感測器的電流並不相同。本發明的實施形態中，利用這樣的性質，由絕緣膜44種類不同的複數個紫外線感測器的電流值計算紫外線光譜。
[紫外線光譜的計算方法]
說明紫外線光譜的計算方法。使電漿照射由以一層氧化矽膜作為絕緣膜44構成的紫外線感測器11C、以一層氮化矽膜作為絕緣膜44構成的紫外線感測器11C、及以氮化矽膜與氧化矽膜的積層構造作為絕緣膜44構成的紫外線感測器11C所組成之紫外線感測器單元，以流到紫外線感測器11C的電流值為基準，計算紫外線光譜。
針對此計算事前進行學習。首先在將電漿照射例如不同絕緣膜44的3種紫外線感測器的情況，量測流到各紫外線感測器11C的電流。將相同電漿以紫外線分光器測量，並由紫外線分光器測量紫外線強度已知之紫外線燈的光。由這些結果，紫外線分光器所測量的紫外線光譜可以變換成絕對光量(例如光子/(cm2 秒))。藉由此方法，針對各種的電漿備妥由紫外線感測器11C檢測出之電流值與絕對光量紫外線光譜的資料組。備妥此資料組之後，以前饋神經網路構成系統。
第9圖為顯示神經網路的概要之圖。如第9圖所示，把輸入設成感測器的電流，把輸出設成絕對光量紫外線光譜，根據資料組決定神經網路的加權。此時，輸出可以是規格化的值或正規化的值，或者也可以是由一定函數計算處理過的值。另外，在電漿的發光輝線已知的情況，也可以利用發光輝線的波長作為神經網路的輸出。
其次，利用第9圖所示的神經網路系統，進行紫外線光譜的計算。系統學習完畢的話，可以供由所有的電漿加工裝置10使用。
舉出一個例子，在欲測量紫外線光譜的處理室15置入3種紫外線感測器11C藉由放電使電漿產生。測量從紫外線感測器11C輸出的電流輸入至神經網路系統，則會從神經網路輸出紫外線光譜的絕對強度。
為了確認紫外線感測器之測量的正確性，將3種紫外感測器11C預先收容在處理室內，把氬、碘化三氟甲烷、八氟化環丁烷導入處理室而壓力成為0.7 Pa，藉由感應式耦合電漿源產生電漿。根據3種紫外線感測器11C的測量資料，由上述方法求取發光光譜。另一方面，另外以紫外線分光器量測處理室中的電漿。任何一種的測量所求取的發光光譜彼此大致一致。因而證明此方法的正確性。
此處，前述的發明雖是使用3種紫外線感測器11C，但2種或4種皆可。另外，氣體種除了氬或氟碳氣體之外，也可以是氯或溴等的之外的滷、氫、氮等各種的氣體。
[紫外線照射損傷的計算]
針對根據前述的紫外線強度光譜計算半導體裝置所產生的紫外線照射損傷的方法進行說明。此計算方法可以區分成紫外線吸收量的計算過程及損傷量的計算過程。
說明紫外線吸收量的計算過程。例如如第10圖所示，首先設定成為模型之裝置構造。此處則是舉例來說明由氧化矽膜所組成的單層膜的損傷計算。計算從遠離裝置的場所(圖中的虛線L)大量投入裝置的光。具體上，把場所∟上的點A所發光的紫外線量設為Γ的話，射進到立體角φ的光成為Γ/2π×φ。把此光的強度設為Γ1，把裝置中材料的吸收效率設為A(λ)，則此光依照式子(13)吸收到裝置中。此處，λ為紫外線的波長。
此方法用於計算來自點A的所有方向、場所L的所有點之紫外線的軌道的話，可以計算吸收到裝置中的紫外光量。
此處，本發明團隊發現被吸收的紫外線光譜與絕緣膜中所產生的缺陷(E’Center)之間有以下的關係。
惟，n為缺陷密度，t為時間，φ為紫外線的吸收量，λ為紫外線的波長，τ為時間常數，f為缺陷產生係數，有f=3.21(λ-105.0)+25.0的關係。
可使用式子(14)，由被吸收到裝置中的紫外光量計算裝置材料中所產生缺陷密度。以此方式計算之缺陷密度的深度方向分布，確認與電子順磁共振法(Electron Paramagnetic Resonance：EPR)所測量之缺陷密度的深度方向分布相當一致。
此方法也可以適用於例如如同蝕刻使形狀改變的情況，且可以藉由改變產生把伴隨形狀變化照射的光吸收的場所，依時間進展計算蝕刻行進間所形成之缺陷密度。
因而，可以藉由紫外線感測器11C求取紫外線光譜， 由此紫外線光譜求取缺陷分布。即是可以由複數個紫外線感測器11C輸出之電流值的資訊、及裝置的構造或製程時間等，定量地計算裝置所引起的缺陷密度。
[紫外線光譜的應用]
另則，也可以藉由紫外線感測器11C求取紫外線光譜，計算半導體裝置的電特性劣化。事前將紫外線光譜與電晶體劣化賦予關係。例如利用神經網路等，將紫外線光譜與電晶體電荷泵電流賦予關係，電荷泵電流由於成為對應於氧化矽膜及矽基板之界面的缺陷和界面準位之值，故經常用於測量界面準位。
首先，進行透光量的計算。與第10圖同樣地設定成為模型的裝置構造，計算光的軌道，則得知對裝置的核心部的電晶體照射的為何種波長的光。例如假定由氧化矽膜所組成的單層膜作為模型。可利用前述的神經網路，由照射到電晶體部之光的資訊計算電晶體的劣化量。
此處，在把碘化三氟甲烷電漿照射MOS(Metal Oxide Semiconductor；金屬氧化物半導體)裝置的情況下電荷泵電流的計算結果與電荷泵法所測量之實測的電流值作比較的結果，發現相當一致。
由以上的事由，可以由複數個紫外線感測器11C所輸出之電流值的資訊及裝置的構造或製程時間，定量地計算於電晶體引起的缺陷密度。
本發明的實施形態中，如同前述，使用例如分別具有氧化矽膜的單層、氮化矽膜的單層、氮化矽膜與氧化矽膜的積層之3種紫外線感測器11C，量測這些紫外線感測器11C曝露在紫外線時所流通的電流。然後，由預先已儲存電流值與紫外線光譜的關係之資料庫，事前建構神經網路，測量時只從感測器的電流訊號導出紫外線光譜。
說明此紫外線照射損傷的計算。在紫外線感測器11C對絕緣膜44照射紫外線的情況，絕緣膜44所產生之缺陷的產生速度為紫外線光量和紫外線波長的函數。得知此缺陷的密度經數十秒程度的一定時間常數即飽和。由此事由，計算產生紫外線照射的情況之缺陷密度。
[晶圓上監視感測器的護皮形狀感測器]
可以藉由晶圓上監視感測器11中的護皮形狀感測器，進行電子溫度和電子密度的測量，由其結果經由計算求取護皮長度和護皮電壓。或者可以藉由護皮形狀感測器，進行離子電流和護皮電壓的測量，由其結果經由計算求取護皮長度。
如第1圖所示，在電漿加工裝置10的處理室15內設置晶圓上監視感測器11，在與樣本蝕刻的情況相同條件下進行測量。
第11圖為晶圓上監視感測器中護皮形狀感測器11A的一個例子之示意剖面圖。如第11圖所示，在矽基板31上設置氧化矽膜32，在氧化矽膜32上設置具有預定的圖案之Al電極33，在Al電極33上設置有多數個例如0.3微米的孔之Al2 O3 膜34。此護皮形狀感測器11A係以與配置電漿加工法處理的基板的狀況大致相同的狀況的方式配置。說明護皮形狀感測器11A的測量器12(參考第1圖)，在電漿處理的基板為浮動狀態的情況，如第11圖所示，Al電極33係因應於所需而介於濾波器30a連接作為測量用電源的直流電壓源30b。可變地施加來自直流電壓源30b的輸出電壓，由量測器30c量測流到Al電極33的電流。在對電漿處理的基板施加dc偏壓或RF偏壓的情況，就護皮形狀感測器11A的測量器12而言，測量用的電源由直流電源、高頻電源的任何一種或其組合所構成，測量用的電源與Al電極33藉由配線連接，透過濾波器量測流到該配線的電流中的直流成分。
首先，針對在電漿處理的基板以浮動狀態配置的情況，如何求取關於基板表面的荷電粒子之電流量測及護皮的資訊進行說明。
在此情況，基板上的護皮可假定是依照child’s law。因應於施加在基板的電壓流通之電流改變。基板的電壓比浮動電位(floating potential)低，則電子會反抗電場，只有離子流到基板。基板的電壓比浮動電位高但比電漿電位即是電漿空間電位低，則離子和電子均會流到基板。基板的電位比電漿電位高，則基板不會流入離子只會流通電子電流。因而，藉由使護皮形狀感測器11A的下部電極之Al電極的電壓改變而測量電流-電壓特性，藉此求取電漿中的電子密度、電子溫度、護皮長度。
第12圖為由護皮形狀感測器11A求取的電流-電壓特性之示意圖。第12圖中，橫軸為以線性刻度表示之電極的電位(V)，縱軸為以對數刻度表示的電流(mA)。如第12圖所示，由電流-電壓特性的斜率求取電子溫度，由飽和電子電流求取電子密度。以此方式求取的電子密度、電子溫度包括基板附近重要的資訊。
具體上，當電流成為0A時，即是電子電流及離子電流相等時的電壓為浮動電位Vf ，第12圖所示的曲線圖中，由近似低電壓側之直線與近似高電壓側之直線的交點之橫軸的座標求取電漿電位Vp ，由其交點之縱軸的座標求取電子電流Ie0 ，藉由式子(15)、式子(16)，求取電子溫度ne 、電子密度Te 。
此處，e為元電荷(elementary electric charge)，k為波茲曼常數，S為電極面積。
由式子(15)和式子(16)求取的電子溫度和電子密度，利用式子(17)至式子(19)，求取護皮長度s、護皮電壓V0 。此外，λDe 為德拜長度(Debye length)。
V0 =Vp -Vf 　(19)
此處，有關式子(19)係實際上依以下的要領考量經加上偏壓電壓Vbias 等而對基板也就是晶圓上監視感測器11施加偏壓電壓等。
以施加RF偏壓為例，作為對電漿處理的基板施加偏壓情況，說明如何求取關於基板表面的荷電粒子之電流的量測及護皮(sheath)的資訊。
第13圖為顯示使用第11圖所示的護皮形狀感測器11A，將RF偏壓施加給下部電極的Al電極33時的電流電壓特性之圖。圖中的橫軸為施加電壓的直流成分，縱軸為電流的直流成分。任何一軸均以線性刻度表示。圖中，■●▲▼的各描繪種類為不同高頻電力的大小，依序為未施加高頻時、已以20W、40W、60W分別施加高頻電力時。
由第13圖得知，依照高頻電力的增加，電流電壓的波形朝負的電壓方向偏移。這點是因對下部電極也就是Al電極33施加RF偏壓，會在基板產生直流自偏壓之故。在此情況，基板上的護皮必須不依照child’s law，作為直流高電壓護皮來思考。因此，當計算護皮長度時，無法利用式子(17)。
基板產生自偏壓，電子會由護皮端反射，護皮內可以電子不存在而將電子電流近似於零。另一方面，離子一面藉由護皮電壓加速一面穿過護皮到達基板。利用離子電流密度J0 的連續式及能量不滅定律解開波松方程式，獲得式子(20)作為離子電流密度J0 。
式子(20)係本質上與Child-Langmuir的式子相同，採用離子的空間電荷效應以取代電子。由式子(20)求取式子(21)。
式子(20)、式子(21)中，s為護皮長度(m)，J0 為離子電流密度(A/m2 )，mi 為離子質量(kg)，V0 為護皮電壓(V)。
當未施加RF偏壓時，護皮電壓由電漿電位與浮動電位之差求取。對此，當施加RF偏壓時，護皮電壓加諸在浮動狀態的護皮電壓再加諸自偏壓電壓。因而，護皮電壓可以由式子(22)求取。
V0 =Vp -Vf -Vshift 　(22)
此處，偏移量Vshift 可以由在施加RF偏壓的狀態下的電流電壓波形，對在未施加RF偏壓的狀態下的電流電壓波形朝負的電壓方向偏移多少而求取。此外，在相較於電子溫度負的自偏壓電壓非常大的情況，也有將測量電壓視為護皮電壓V0 應用的情況。
有關離子飽和電流密度J0 ，可以將施加電流-電壓波形中的負電壓時的區域，也就是離子飽和電流的電流值除以電極面積而求取。
因而，求取護皮電壓V0 及離子飽和電流密度J0 ，所以可以由式子(21)求取護皮長度s。式子(21)係由如上所述之模型求取，並不一定侷限於此式子，也可以是別的護皮模型。
此外，在施加RF偏壓的情況，無法由第13圖所示的電流電壓特性求取電子溫度、電子密度，而只能求取護皮長度。因而，在關於電漿的電子密度、電子溫度的資訊為必要的情況，可以將下部電極的Al電極33設成浮動狀態以量測電流電壓波形，而與前述的基板為浮動的狀態進行的情況同樣地量測電子密度、電子溫度。
[晶圓上監視感測器的帶電感測器]
第14圖為晶圓上監視感測器11中的帶電感測器11B之示意剖面圖。帶電感測器11B整體上具有積層構造。如第14圖所示，此帶電感測器11B為在矽基板35上設置氧化矽膜36，在氧化矽膜36上設置具有預定的圖案之第1多晶矽膜37，在第1多晶矽膜37上設置具有預定的溝槽之氧化矽膜38，在氧化矽膜38設置第2多晶矽膜39之積層構造。在帶電感測器11B有多數個例如0.1微米口徑之貫穿多晶矽膜37、氧化矽膜38的孔。把帶電感測器11B設置在電漿加工中，則具有等向性的速度分布之電子無法到達孔底，但在基板加速的離子可以到達孔底。因而，基板表面及孔底成為不同的電位。可經由測量第1多晶矽膜37的電位求取孔底的電位，另外，可經由測量第2多晶矽膜39的電位求取孔底的電位。
第15圖為顯示藉由帶電感測器11B所求取的表面電位，即是第2多晶矽膜39的電位、及孔底電位，即是第1多晶矽膜37的電位之兩電位的高頻電力依賴性之實測例。可以使用帶電感測器11B，定量地測量微細構造的電位偏離。
[護皮電位分布的計算]
如同上述過，由式子(17)算出的護皮長度，決定電位計算的解析區域，施予護皮電壓作為界限條件，而算出護皮電位。具體上設定離基板表面達護皮長度之上部的區域、及形成有微細圖案之下部的區域，作為解析區域。
[軌道計算]
其次，藉由蒙地卡羅模擬法(Monte Carlo simulation method)進行粒子軌道計算。
由如同前述的方式所求取的護皮電位分布進行離子粒子軌道的計算。粒子係從護皮上端朝向基板垂直入射，依照施予的電位分布加速，軌道彎曲，衝擊解析區域下側的基板。
粒子的初始速度uion 係由實測所獲得的電子溫度根據藉由式子(23)所求取的Bohm速度決定。
由求取的粒子軌道求取每一衝擊基板的場所的入射角度。
根據離子的基板入射角度分布和能量分布，進行電漿蝕刻模擬。此時，藉由護皮電位分布彎曲之離子軌道的影響係反映給離子入射流的角度分布以進行計算。之後，依照前述順序求取過電漿蝕刻模擬。
實施例
以下，藉由實施例更詳細說明本發明。
利用護皮形狀感測器11A和帶電感測器11B，由這些電性測量獲得之基板附近的資訊計算離子軌道。第16圖為顯示實施例中的順序之流程圖。
在STEP3-1、STEP3-2，利用護皮形狀感測器11A，求取基板附近的電子溫度和電子密度。另外，利用帶電感測器11B，求取基板表面電位和孔底的電位。
此處，如同第17圖所示設定計算離子軌道的模型。第17圖(A)為顯示為了計算離子軌道而設置的模型之圖，第17圖(B)為顯示擴大第17圖(A)中溝槽的側壁之圖。假定氧化矽膜的孔加工，孔的大小設成100 nm，孔的深度設成1500 nm，孔設成軸對稱，僅計算第17圖(A)的右半邊。由電子溫度求取電子的速度和離子的初速。
在STEP3-3，以第17圖中y=0、x=隨機，決定第一電子的發射位置。接著隨機決定電子的發射方向。電子從發射位置沿著電場運動，直到電子衝擊到圖案為止進行運動的計算。衝擊到圖案之電子蓄積在該位置。接著以圖中y=0、x=隨機決定第一離子的發射位置。離子具有初速而與基板成垂直運動。離子從發射位置沿著電場運動，直到電子衝擊到圖案為止進行運動的計算。衝擊到圖案之離子蓄積在該位置。
在STEP3-4，計算蓄積的電子或離子所形成的電場，使電場改變。此時，之後到來的電子、離子藉由電場加速減速(STEP3-5)。
再以所謂的第二電子和第二離子的運動計算、電場計算、第三電子和第三離子的運動計算、電場計算的方式，交替進行運動的計算及電場的計算。直到經過電場計算電場仍不會改變為止進行荷電粒子運動的計算及電場的計算(STEP3-6)。
可以以此方式所獲得的電場為基準，再度求取離子的軌道以求取微細構造中的離子軌道。此時，由於預測圖案側壁具有一定程度的導電性，故可以假定側壁電阻，使孔底的電位配合實測值，使離子軌道的可靠度提升。
具體上，如第17圖(B)所示，氧化矽膜之孔的側壁部區分成複數個要素，每一表面要素的點假定電位。利用第14圖所示之帶電感測器11B，可如同第15圖量測第2多晶矽膜39的電位(此電位一般稱為加工表面的電位)、及第1多晶矽膜37的電位(此電位一般稱為底部的電位)。因而，如第17圖(B)所示，將側壁部的表面電阻設為R，例如將在某一點(第1點)的電荷密度設為ρ，將電位設為V1 ，將在其上下的點(此點的其中一方為第0點，另一方為第2點)的電位分別設為V0 、V2 。另外，將入射到第1點之電子、離子的量，分別以流量密度表示，將電子流量設為Γe 、將離子流量設為Γp 。於是，第1點的電荷密度ρ由式子(21)求取。此外，V1 、V2 、V0 可以由加工表面的電位和底部的電位，依各點的配列、在各點之材料的導電率等算出。
如此，可以利用模仿加工面之帶電感測器11B之表面電位和底部電位的實測資料，考慮加工溝槽的側壁電阻，求取加工溝槽表面的電荷分布，以掌握溝槽內之荷電粒子的舉動。
第18圖為顯示由實施例所求取的離子軌道之圖。電漿產生的條件係Ar設為5mT，感應式耦合電漿源的電力設為1kW，基板偏壓設為100W。從第18圖可預測離子的軌道愈深則愈向中央集中，蝕刻則成為先端尖細。
蝕刻對象為氧化矽膜的孔，但也可以是溝槽圖案或電極圖案，材料也可以是氮化矽膜或氮化碳矽膜、摻碳氧化矽膜。
以此方式不只求取離子的軌道，也同時求取離子的流量和能量，且求取蝕刻形狀。第19圖為顯示求取的蝕刻形狀之圖。從第19圖得知孔愈深則離子的軌道愈向孔中央集中，所以蝕刻形狀也變成先端尖細。
本發明的實施形態中，不只是利用晶圓上監視感測器之電性測量，還可以將基板附近的資訊藉由發光分光或質量分析，求取自由基或離子的種類、密度，由所求取的資訊計算蝕刻形狀。例如，當晶圓上監視感測器測量時，由處理室的觀察孔測量電漿的發光。然後，可以由發光資料計算流到基板之自由基的種類和流量。預先以別的方法求取這些自由基或離子的資料和離子流量‧能量與被蝕刻材料的加工量之關係的話，即可以計算蝕刻量。
1．．．依電漿加工法之加工形狀的預測系統
2．．．網路
10．．．電漿加工裝置
11．．．晶圓上監視感測器
11A．．．護皮形狀感測器
11B．．．帶電感測器
11C．．．紫外線感測器
12．．．測量器
15．．．處理室
20．．．模擬裝置
21．．．裝置條件DB
22．．．入射離子DB
23．．．入射自由基DB
24．．．實測DB
25．．．材料物性和表面反應DB
26．．．軌道計算手段
27．．．表面形狀計算手段
28．．．GUI
30a．．．濾波器
30b．．．直流電壓源
30c．．．量測器
31、35、41．．．矽基板
32、36、38、42．．．氧化矽膜
33．．．Al電極
34．．．氧化鋁膜
37．．．第1多晶矽膜
39．．．第2多晶矽膜
43、43a、43b．．．多晶矽膜
44．．．絕緣膜
第1圖為本發明的實施形態的依電漿加工法之加工形狀的預測系統之構成圖。
第2圖(A)為針對連續體模型的情況，紫外線吸收所造成缺陷的表示模式之示意圖，第2圖(B)為針對粒子模型的情況，紫外線吸收所造成缺陷的表示模式之示意圖。
第3圖為利用電漿蝕刻之基板表面的加工模樣之示意圖。
第4圖為加工表面形狀的一般性計算的概略流程之圖。
第5圖為說明二次元表示加工表面的方法之圖。
第6圖為藉由第4圖的流程所求取的形狀變化之示意圖。
第7A圖為顯示藉由本發明的實施形態之依電漿加工法之加工形狀的預測程式所實現的依電漿加工法之加工形狀的預測方法的一部分流程之圖。
第7B圖為顯示第7A圖所示的其餘流程之圖。
第8圖為顯示晶圓上監視感測器中的紫外線感測器之剖面圖。
第9圖為由紫外線感測器的測量資料求取紫外線波長光譜時的神經網路(neural network)之示意圖。
第10圖為顯示用來計算紫外線照射損傷的模型之裝置構造之圖。
第11圖為晶圓上監視感測器中的護皮形狀感測器之剖面示意圖。
第12圖為顯示護皮形狀感測器的IV特性之圖。
第13圖為顯示利用第11圖所示的護皮形狀感測器，將RF偏壓施加給下部電極的鋁(Al)電極時的電流電壓特性之圖。
第14圖為晶圓上監視感測器中的帶電感測器之示意圖。
第15圖為顯示有關藉由帶電感測器所求取之表面電位(在第2多晶矽膜的電位)和孔底電位(在第1多晶矽膜的電位)的高頻電力依存性的實測值之圖。
第16圖為顯示關於實施例的順序之流程圖。
第17圖(A)為顯示為了計算離子軌道而設置的模型之圖，第17圖(B)為顯示擴大第17圖(A)之溝槽的側壁之圖。
第18圖為顯示由實施例所求取的離子軌道之圖。
第19圖為顯示由實施例所求取的蝕刻形狀之圖。
1．．．依電漿加工法之加工形狀的預測系統
2．．．網路
10．．．電漿加工裝置
11．．．晶圓上監視感測器
12．．．測量器
15．．．處理室
20．．．模擬裝置
21．．．裝置條件DB
22．．．入射離子DB
23．．．入射自由基DB
24．．．實測DB
25．．．材料物性和表面反應DB
26．．．軌道計算手段
27．．．表面形狀計算手段
28．．．GUI

Claims (13)

  1. 一種依電漿加工法之加工形狀的預測系統，係根據來自與加工對象物同樣收容在電漿加工裝置內而監視電漿狀態之感測器的實測資料，預測由電漿加工裝置而得的加工表面形狀，該依電漿加工法之加工形狀的預測系統具備：入射離子資料庫，係對應於電漿加工裝置的各運轉條件而儲存關於荷電粒子流的入射能量分布和角度分布之資料；入射自由基資料庫，係對應於電漿加工裝置的各運轉條件而儲存關於自由基的入射能量分布和入射角度分布之資料；材料物性和表面反應資料庫，係儲存有於自由基吸附反應計算、離子反應計算、以及熱激發型化學反應計算中分別需要的每一反應之各種係數，以及在軌道計算和反應計算中需要的每一材料之物性值；實測資料庫，係對應於電漿加工裝置的各運轉條件，而將依據來自上述感測器的實測資料求取之電子溫度、電子密度與分別儲存在上述入射離子資料庫和上述入射自由基資料庫的資料賦予關係而儲存；軌道計算手段，係根據由上述感測器輸入之實測資料中的電流-電壓特性求取之電子溫度、電子密度和電子的能量分布及加工表面的電荷分布，或根據由該電流-電壓特性求取的離子電流和護皮電壓及加工表面的電荷分布，求取由電漿入射到加工表面之荷電粒子的軌道；及表面形狀計算手段，係根據上述軌道計算手段所求取之荷電粒子的軌道求取入射到加工表面的各點之各種離子，利用儲存在上述入射離子資料庫、上述入射自由基資料庫、上述材料物性和表面反應資料庫、以及上述實測資料庫之資料，進行加工表面的各點之反應計算而算出蝕刻率和沉積率，並由其差分算出在加工表面的各點之移動速度以算出表面形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測系統，其中，前述感測器包括紫外線感測器；前述實測資料庫係由上述紫外線感測器所送來的實測資料求取紫外線吸收量予以儲存；前述表面形狀計算手段係依據由上述紫外線感測器所送來的實測資料並參照前述實測資料庫而求取紫外線吸收量及紫外線的照射方向，且根據該求取的紫外線吸收量及紫外線的照射方向而求取缺陷產生分布，將儲存在上述材料物性和表面反應資料庫之於自由基吸附反應計算、離子反應計算和熱激發型化學反應計算所使用的每一反應之各種係數，對應於所求取的缺陷產生分布而因應於加工表面的各點予以選出，且根據加工表面的各點之反應計算而算出蝕刻率和沉積率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測系統，其中，前述軌道計算手段係利用由前述電漿加工裝置內的前述感測器所送來的實測資料求取電子溫度和電子密度，由流入加工表面之荷電粒子的電荷分布求取電場分布，直到藉由其電場分布使下一個流入加工表面之荷電粒子的軌道收斂為止，重複進行軌道計算。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測系統，其中，前述軌道計算手段係使用由前述電漿加工裝置內的前述感測器所送來之表面電位和底部電位的實測資料且考慮加工溝槽的側壁電阻以求取加工溝槽表面的電荷分布後，求取電場分布。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測系統，其中，復具備裝置條件資料庫，係儲存包括電漿加工裝置的種類、型號、加工條件之關於裝置條件的資訊，前述入射離子資料庫、前述入射自由基資料庫和前述實測資料庫係依儲存在上述裝置條件資料庫的每一資訊而儲存。
  6. 一種依電漿加工法之加工形狀的預測方法，係將基板表面附近分割成複數個要素，設定初始狀態和電漿加工條件，預測藉由電漿加工法所產生的加工表面形狀，該依電漿加工法之加工形狀的預測方法，包括：軌道算出步驟，根據由在加工條件下所產生之電漿的實測資料中之電流-電壓特性求取的電子溫度、電子密度和電子的能量分布及加工表面的電荷分布，或根據由該電流-電壓特性求取的離子電流和護皮電壓及加工表面的電荷分布，算出由電漿流入加工表面之荷電粒子的軌道；表面移動速度算出步驟，求取沿著在上述軌道算出步驟所算出之荷電粒子的軌道入射到加工表面的各點之離子種類，利用其離子種類及自由基的入射流分布，算出在加工表面的各點之蝕刻率和沉積率，由其差分求取在表面各點之移動速度；及由在上述表面移動速度算出步驟所求取之在加工表面的各點之移動速度判定是否滿足加工條件所設定的加工量，當未滿足的情況則重新更改設定加工表面各點而回到上述軌道算出步驟之步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測方法，其中，前述表面移動速度算出步驟中，利用由在加工條件下所產生的電漿射入到加工表面的各點之紫外線量的實測資料，由在加工表面附近的紫外線吸收率求取在加工表面附近所產生的缺陷分布，根據此缺陷分布，對於加工表面的各點再度設定各種自由基向加工表面的吸附率、各種離子向加工表面的吸附率、各種自由基從加工表面的脫離率、及或各種離子從加工表面的脫離率中的至少一個，算出在加工表面的各點之蝕刻率和沉積率。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測方法，其中，前述軌道算出步驟中，設定入射到加工表面的各點之各種離子和電子的量而求取電荷分布，重複進行荷電粒子的軌道算出直到由所求取之電荷分布而得的電場分布使之後射入到加工表面之各種離子和電子的軌道收斂為止。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測方法，其中，前述軌道算出步驟中，利用模仿加工面之帶電感測器之表面電位和底部電位的實測資料，且考慮加工溝槽的側壁電阻以求取加工溝槽表面的電荷分布後，求取電場分布。
  10. 一種依電漿加工法之加工形狀的預測程式，係將基板表面附近分割成複數個要素，設定初始狀態和電漿加工條件，預測藉由電漿加工法所產生的加工表面形狀，該依電漿加工法之加工形狀的預測程式，包括：軌道算出步驟，根據由在加工條件下所產生之電漿的實測資料中之電流-電壓特性求取的電子溫度、電子密度和電子的能量分布及加工表面的電荷分布，或根據由該電流-電壓特性求取的離子電流和護皮電壓及加工表面的電荷分布，算出由電漿流入加工表面之荷電粒子的軌道；表面移動速度算出步驟，求取沿著在上述軌道算出步驟所算出之荷電粒子的軌道入射到加工表面的各點之離子種類，利用其離子種類及自由基的入射流分布，算出在加工表面的各點之蝕刻率和沉積率，由其差分求取在表面各點之移動速度；及由在上述表面移動速度算出步驟所求取之在加工表面的各點之移動速度判定是否滿足加工條件所設定的加工量，當未滿足的情況則重新更改設定加工表面各點而回到上述軌道算出步驟之步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測程式，其中，前述表面移動速度算出步驟中，利用由在加工條件下所產生的電漿射入到加工表面的各點之紫外線量的實測資料，由在加工表面附近的紫外線吸收率求取在加工表面附近所產生的缺陷分布，根據此缺陷分布，對於加工表面的各點再度設定各種自由基向加工表面的吸附率、各種離子向加工表面的吸附率、各種自由基從加工表面的脫離率、及或各種離子從加工表面的脫離率中的至少一個，算出在加工表面的各點之蝕刻率和沉積率。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測程式，其中，前述軌道算出步驟中，設定入射到加工表面的各點之各種離子和電子的量而求取電荷分布，重複進行荷電粒子的軌道算出直到由所求取之電荷分布而得的電場分布使之後射入到加工表面之各種離子和電子的軌道收斂為止。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之依電漿加工法之加工形狀的預測程式，其中，前述軌道算出步驟中，利用模仿加工面之帶電感測器之表面電位和底部電位的實測資料，且考慮加工溝槽的側壁電阻以求取加工溝槽表面的電荷分布後，求取電場分布。
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