WO2012121081A1 - プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置とシミュレーションの方法及びプログラム - Google Patents

プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置とシミュレーションの方法及びプログラム Download PDF

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etching
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耕平 小野
拓也 岩崎
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みずほ情報総研株式会社
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    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
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    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H01L21/30655—Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process

Definitions

  • the present invention relates to a machining shape prediction simulation apparatus, a simulation method, and a program for predicting a machining shape of a workpiece to be machined by a plasma process.
  • One of the technologies for microfabrication of semiconductors is a plasma etching process.
  • semiconductor microfabrication technology there is a Bosch process for vertically etching a semiconductor substrate (see, for example, Patent Document 1).
  • a deposition process for forming a protective film on the processed surface and an etching process for further etching the substrate by removing the protective film formed on the bottom surface of the processed surface are defined as one cycle, and the cycle is divided into a plurality of cycles. Do it once.
  • a high frequency power source is used as a plasma generation source
  • an object to be processed is installed in a chamber exhausted by a vacuum pump, and a gas containing a reactive gas flows into the chamber from a gas inlet.
  • the gas is decomposed by a plasma generation source to be turned into plasma.
  • a bias power such as direct current, alternating current, and high frequency is applied to the object to be processed to adjust the amount and energy of ions incident on the object to be processed.
  • different gas mixtures are repeatedly used in the deposition process and the etching process.
  • C 4 F 8 plasma is generated in the deposition process and protective films are formed on the bottom and side surfaces of the holes, and SF 6 plasma is generated in the etching process.
  • the etching process is divided into a plurality of stages. First, the protective film formed on the bottom surface of the hole is removed from the protective film formed by the deposition process, and then the removed Si substrate is etched. By repeating this deposition process and etching process as one cycle, the spread of etching in the lateral direction of the Si substrate is suppressed, and a hole extending deep in the depth direction is formed while maintaining a vertical side surface. It is.
  • a simulation apparatus for predicting a processing shape of a processing object by a plasma process is: Condition setting means for setting conditions relating to the processing object, process conditions including the number of cycles when the etching process and the deposition process are defined as one cycle, and conditions relating to simulation; A flux information database storing data relating to the energy distribution and / or irradiation angle distribution of the flux irradiated to the processing surface of the processing object; A chemical reaction database storing chemical reaction data in the etching and deposition processes; A trajectory calculating means for calculating the electric field distribution generated by the charge distribution on the processing surface and calculating the trajectory of the charged particles incident on the processing surface; Based on the charged particle trajectory obtained by the trajectory calculation means, various ions incident on the machining surface are obtained, and the reaction calculation in each region of the machining surface is performed using the data stored in the flux information database and chemical reaction database, and etching is performed.
  • a rate calculation means for determining a rate and a deposition rate;
  • Surface movement amount calculation means for calculating the surface movement amount from the difference between the etching rate and the deposition rate obtained by the rate calculation means; Based on the conditions related to the workpiece to be processed and the conditions related to the simulation set by the condition setting means, the surface movement amount is calculated by the surface movement amount calculation means according to the etching process conditions set by the condition setting means, and the condition setting means Calculation control means for repeatedly calculating the surface movement amount by the surface movement amount calculation means according to the conditions of the set deposition process; Is provided.
  • the machining shape prediction simulation method by the plasma process of the present invention is: A condition setting step for setting conditions relating to the processing object, process conditions including the number of cycles when the etching process and the deposition process are defined as one cycle, and conditions relating to simulation; An etching process surface movement amount calculating step for calculating a surface movement amount by plasma etching based on an etching process condition; A deposition process surface movement amount calculating step for calculating a surface movement amount by plasma deposition based on the conditions of the deposition process; With The shape formed by repeating the etching process surface movement amount calculation step and the deposition process surface movement amount calculation step with the number of cycles set in the condition setting step is obtained.
  • a machining shape prediction simulation program by the plasma process of the present invention is: A condition setting step for setting conditions relating to the object to be processed, conditions in the process including the number of cycles when the etching process and the deposition process are defined as one cycle, and conditions relating to simulation; An etching process surface movement amount calculating step for calculating a surface movement amount by plasma etching based on an etching process condition; A deposition process surface movement amount calculating step for calculating a surface movement amount by plasma deposition based on the conditions of the deposition process; With The shape formed by repeating the etching process surface movement amount calculation step and the deposition process surface movement amount calculation step with the number of cycles set in the condition setting step is obtained.
  • the present invention it is possible to predict a processing shape by a Bosch process, which makes it easy to set conditions for an etching process for removing a protective film by a deposition process, and to easily search for optimum conditions for the Bosch process. Can be done.
  • FIG. 1 It is a block diagram of the prediction simulation apparatus of the process shape by the plasma process which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows typically the mode of the process of the substrate surface by plasma etching. It is a figure which shows the outline of the flow of the general calculation of a process surface shape. It is a figure explaining the method of expressing a processing surface two-dimensionally. It is a figure which shows typically the shape change calculated
  • FIG. 1 It is a figure which shows the second half of the flow shown in FIG. It is a flowchart which shows the search of optimal conditions using the prediction simulation apparatus of the process shape by the plasma process which concerns on embodiment of this invention. It is a time chart of the process which shows the modification of embodiment of this invention and is set in the condition setting means of FIG. It is sectional drawing of the hole estimated by the simulation simulation apparatus of the process shape by the plasma process which concerns on embodiment of this invention, (A) shows the result of the shape prediction at the time of setting an etching process in one step, (B) These are figures which show the result of the shape prediction at the time of setting an etching process in two steps.
  • the simulation realized in the embodiment of the present invention is a semiconductor substrate such as Si itself or a substrate in which various films such as an insulating film and a metal film are stacked (hereinafter simply referred to as “processing object”).
  • processing object various films such as an insulating film and a metal film are stacked.
  • the shape of the hole and its size are predicted by repeating the plurality of cycles with the etching process and the deposition process as one cycle after the mask is disposed on the mask. Thereby, the cross-sectional shape of a hole, the shape of the depth direction of a hole, and those dimensions are estimated.
  • This process itself is called a Bosch process and is a known processing technique.
  • a protective film is formed by a deposition process so that when the holes are dug by the etching process, the side surfaces of the holes are not etched to increase the diameter of the holes.
  • the etching process includes a process of removing the protective film formed on the bottom surface of the hole by the deposition process (hereinafter simply referred to as “first etching process”) and a deepening of the hole after removing the protective film on the bottom surface of the hole. It is roughly divided into processes (hereinafter referred to as “second etching process”).
  • first etching process for example, SF 6 plasma is used, and the bias power applied to the stage on which the object to be processed is placed is large in order to remove the protective film at the bottom.
  • the second etching process for example, even if the same SF 6 plasma is used, the bias power applied to the stage is reduced. This is thought to be because the protective film on the side wall of the hole formed by the deposition process is difficult to remove because the hole is deeply dug in the second etching process.
  • condition setting means 11 the process time, gas type, gas pressure, gas flow rate, processing target object for each etching process in each of the first etching process and the second etching process in the above-described example.
  • One or more of temperature and bias power are set as parameters.
  • the bias power refers to power such as direct current, low frequency, and high frequency applied to a stage on which a processing target is placed, for example.
  • the above-mentioned parameters are changed and set for each etching process.
  • Each etching process may be made up of one etching process without changing each etching process. Etching may consist of three or more etching processes per cycle.
  • the process conditions in the deposition process may be set using one or more of process time, gas type, gas pressure, gas flow rate, processing object temperature and bias power as parameters, as in the etching process. Absent. Therefore, the process consists of an etching process with one or more process conditions and a deposition process with one or more process conditions per cycle, and within each process of the etching process and the deposition process with each cycle. The number of process conditions may be the same or different.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a machining shape prediction simulation apparatus 10 using a plasma process according to an embodiment of the present invention.
  • a machining shape prediction simulation apparatus 10 includes a condition setting unit 11, a flux information database 12, a chemical reaction database 13, a trajectory calculation unit 14, a rate calculation unit 15, and a surface movement amount calculation unit 16. And a calculation control means 17.
  • the prediction simulation apparatus 10 may realize each element of the apparatus by executing a machining shape prediction simulation program by a plasma process on a computer. For this reason, the processing shape prediction simulation program by the plasma process may be stored in a computer-readable recording medium.
  • the program is an instruction to the computer and is combined so that one result can be obtained.
  • the prediction simulation apparatus performs a simulation start command, a command necessary for displaying the simulation result, an input command to the condition setting unit 11, and the like to display the simulation result. It has an input / output unit equipped with a display.
  • the condition setting means 11 is for setting various conditions.
  • Examples of the various conditions include a condition of a processing object, a process condition, and a simulation condition.
  • Examples of the condition items related to the processing target include shapes and dimensions of the processing target to be deeply drilled and masks, and the conditions related to the processing target include boundary conditions.
  • Conditions relating to the process include etching conditions, deposition conditions, the number of cycles, and the like.
  • the items of etching conditions and deposition conditions include process time, gas type, gas pressure, gas flow rate, temperature of processing object, bias power, and the like.
  • the etching conditions and deposition conditions do not need to be fixed within one cycle, and different etching conditions and deposition conditions may be set in one cycle.
  • the number of etching conditions and the number of deposition conditions in one cycle may be arbitrarily set according to the cycle order, or may be arbitrarily set regardless of the cycle order. Details of the conditions regarding the simulation will be described later, and there are a mesh, a time step size, a number of string divisions, and the like.
  • the flux information database 12 stores data relating to the flux irradiated to the processing surface. Since there are charged particles and radicals in the flux, data is stored separately. Data items relating to the flux of charged particles include ion species, energy distribution and angular distribution, and intensity. Depending on the process-related conditions set by the condition setting means 11, for example, there are data relating to the energy distribution, angular distribution, intensity, etc. of charged particles fluxes of various ions and electrons such as Cl 2 + and SF 5 + . There is a result of the angular distribution of ion flux obtained by the trajectory calculation means 14. Data items related to radical flux include radical species, energy distribution and angular distribution, and intensity. Depending on the process-related conditions set by the condition setting means 11, for example, there are data relating to the energy distribution, angular distribution, intensity, etc. of various radical fluxes such as CF 3 * , F * , O * .
  • the chemical reaction database 13 stores chemical reaction data in each process of etching and deposition.
  • the chemical reaction data includes data required for the trajectory calculation by the trajectory calculation means 14 and data required for the reaction calculation by the surface movement amount calculation means 16. Therefore, the chemical reaction database 13 stores material property data and surface reaction data.
  • the orbital calculation means 14 performs analysis using Poisson's equation or Newton's equation of motion
  • data such as the dielectric constant, conductivity, ion species, and electron mass of each material is stored in the chemical reaction database 13. Yes.
  • the surface transfer amount calculation means 16 performs radical adsorption reaction calculation, ion reaction calculation and thermal excitation type chemical reaction calculation, various coefficients required for each calculation are stored in the chemical reaction database 13.
  • the surface movement amount calculation means 16 requires data on the reaction formula, radical and ion adsorption rate, desorption rate, activation energy, angular distribution and energy distribution when the reaction product is re-emitted from the surface. These data are also stored in the chemical reaction database 13.
  • reaction formula stored in the chemical reaction database 13 will be described.
  • chemical reactions in the etching process include the following.
  • SFx + + SiF 4 ⁇ F (2) * Can be mentioned.
  • the evaporated product SiF 4 on the processing surface is subjected to an etching reaction by the ions SFx + to release the reaction product F (2) * .
  • the value of the withdrawal rate is set as a function of energy and angle or as a constant not depending on these.
  • (2) in F (2) * is a symbol for distinguishing from F * not illustrated here.
  • F (2) * + Si ⁇ Si (2) can be mentioned.
  • Neutral particle radical F (2) * reacts with Si on the processed surface to produce evaporate Si (2).
  • the value of the adsorption rate is set as a function of energy and angle or as a constant not depending on these.
  • (2) in Si (2) is a symbol for distinguishing from Si not illustrated here.
  • SiF 4 (s) ⁇ SiF 4 (g) can be mentioned.
  • SiF 4 (s) on the processed surface is released as SiF 4 (g) by thermal excitation.
  • Each value of the reaction coefficient and the activation energy is set as a function of energy or angle or as a constant not depending on these.
  • C x F y * + Si ⁇ Si_c can be mentioned.
  • the value of the adsorption rate is set as a function of energy and angle or as a constant not depending on these.
  • the material property data includes particle number density such as atomic number density and molecular number density, adsorption site surface density, and relative dielectric constant. Rate, extinction factor, conductivity of conductive material, electrical properties (eg, distinction between conductor and insulator), light absorption coefficient for each wavelength, defect generation coefficient for each wavelength, etc.
  • material means a reaction product or a material that forms a substrate material.
  • the surface reaction data includes data on a neutral particle adsorption model, an ion reaction model, and a thermal excitation type chemical reaction model.
  • the data items related to the neutral particle adsorption reaction model include the name of the reaction product by the adsorption reaction, the adsorption rate for each incident radical and reaction product, the angle dependency of radical adsorption, the radical reflectance, and the like.
  • Data items related to the ion reaction model include a combination of a substrate material or a reaction product name in which an ion assist reaction occurs and an ion name, a separation rate, a reaction rate of the ion assist reaction, and the like.
  • Data items related to the thermal excitation type chemical reaction model include a reaction coefficient of the thermal excitation type chemical reaction, activation energy, and the like.
  • the trajectory calculating means 14 calculates the trajectory of the charged particles required in the rate calculating means 15 and is based on the density and energy distribution of electrons or ions incident on the processing surface and the charge distribution on the processing surface. Obtain the trajectory of the charged particles incident on the machining surface.
  • the trajectory calculation means 14 is set by the condition setting means 11 or updated by the calculation by the trajectory calculation means 14, and the radical conditions input to the flux information database 12 or updated,
  • the potential distribution is calculated based on the type and density of the ions, the physical properties of the material such as the dielectric constant and conductivity, the ion species, the mass of the atoms, and the like input to the chemical reaction database 13, and the electrons flowing into the substrate and Calculate each ion trajectory.
  • the electric field generated by the charge accumulation distribution is calculated by solving Poisson's equation from the charge accumulation distribution on the processing surface. Thereafter, the trajectory of the charged particles flowing into the substrate surface is calculated from the electric field distribution.
  • the ion flux distribution is determined as a function of energy and angle. These values may be stored in the flux information database 12 and used in the calculation by the rate calculation means 15.
  • the rate calculation means 15 performs a reaction calculation in each region of the processing surface based on each data stored in the flux information database 12 and the chemical reaction database 13, or the charged particle trajectory obtained by the trajectory calculation means 14.
  • the reaction calculation in each region of the processed surface is performed based on the types and amounts of various ions incident on the processed surface. Thereby, an etching rate and a deposition rate are obtained.
  • the rate calculation means 15 performs etching at each point on the processing surface based on radicals flowing from the plasma, each flux density of ions, the probability of adsorption to the surface of the object to be processed, the chemical reaction rate, the reflectance, and the like. Find rates and deposition rates.
  • the surface movement amount calculation means 16 calculates the movement amount of the surface from the difference between the etching rate and the deposition rate obtained by the rate calculation means 15, and calculates, for example, a change in the cross-sectional shape of the wafer over time. Details of the calculation will be described later.
  • the rate calculation means 15 and the surface movement amount calculation means 16 refer to the data stored in the chemical reaction database 13 based on the calculation result by the trajectory calculation means 14, and carry out radical adsorption reaction, ion assist reaction, thermal excitation type. The amount of surface movement due to the chemical reaction is calculated.
  • the calculation control means 17 repeats the following two calculation processes based on the conditions related to the simulation set by the condition setting means 11.
  • the surface movement amount calculation unit 16 calculates the surface movement amount according to the process conditions in the etching process set by the condition setting unit 11.
  • the surface movement amount is calculated by the surface movement amount calculation means 16 in accordance with the process conditions in the deposition process set by the condition setting means 11. The number of repetitions is determined by the number of cycles set as a condition relating to the process of the condition setting unit 11.
  • the condition setting means 11 sets in advance conditions related to the processing object, process conditions, and simulation conditions.
  • the calculation control means 17 obtains the etching amount by etching and the deposition amount by deposition by the surface movement amount calculation means 16 while using the trajectory calculation means 14 and the rate calculation means 15. At that time, each data stored in the flux information database 12 and the chemical reaction database 13 is referred to.
  • the calculation control means 17 causes the surface movement amount according to the conditions set in the condition setting means 11.
  • the calculation means 16 is controlled. Thereby, the surface movement amount is calculated in the order of the etching process conditions for each cycle. If the parameter is one or more of process time, gas type, gas pressure, gas flow rate, processing object temperature, and bias power, it is not necessary to be a set of etching time and bias power as process time.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing how the substrate surface is processed by plasma etching.
  • the outline of the substrate surface is indicated by discrete black dots ( ⁇ ), and the lines are connected by straight lines. This straight line is called a string.
  • radicals or ions are incident on the surface, chemical reaction or sputtering occurs on the surface, and radicals are adsorbed or separated from the substrate surface. These are expressed as a deposition rate and an etching rate, and an etching rate or a film forming rate is obtained from the difference between them, and the string is moved.
  • a two-dimensional case will be described, but the same applies to a three-dimensional case.
  • the direction of movement by the string is merely reversed in the schematic diagram shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of a general calculation flow of the processed surface shape.
  • the resist surface indicated by a solid line is divided by string points (generally “points on the processing surface”), and adjacent string points are separated by strings (generally “elements”) as indicated by dotted lines.
  • string points generally “points on the processing surface”
  • strings generally “elements”
  • an etching rate and a deposition rate are calculated (STEP 1-2).
  • the etching rate is calculated as the sum of the etching rate by the thermal excitation type chemical reaction, the etching rate by the physical sputtering, and the etching rate by the ion assist reaction.
  • the deposition rate is calculated as the sum of the deposition rate due to the effect of deposits falling down, the deposition rate due to the formation of deposits, and the deposition rate due to the ion assist reaction.
  • Etching by plasma and deposition rate are obtained as follows (Non-Patent Document 1).
  • etching rate ER is decomposed as shown in Equation (5).
  • ER total is a thermal excitation type chemical reaction etching rate on the surface coated with the adsorbed radical
  • ER physical is an etching rate by physical sputtering on a clean material surface to be etched by high energy ions
  • ER ionassisted is The etching rate by high-energy ions and the etching rate by physical and chemical sputtering (also referred to as “ion-assisted reaction”) on the surface covered with the adsorbed radical.
  • the etching rates ER thermal , ER physical and ER ionassisted can be determined as follows.
  • the thermal excitation type chemical reaction etching rate ER thermal at the point P is expressed by Equation (6).
  • ER physical is the sum for ion i of both reactive and non-reactive ions.
  • the etching rate ER ionassisted by the ion assist reaction at the point P is expressed by the equation (8).
  • the deposition rate DR can be decomposed as shown in equation (9).
  • the first term on the right side of Equation (9) is the deposition rate due to the effect of deposits.
  • the second term of the equation (9) is a deposition rate due to the effect that the incident radical and the radical in the surface reaction layer react to generate a deposit.
  • the third term of the equation (9) is a deposition rate due to the effect of deposits separating from the surface reaction layer by the ion-assisted reaction.
  • ⁇ d is the density of the deposition layer
  • ⁇ m0 ( ⁇ ) is the adsorption rate between the radical m and the clean material to be etched
  • ⁇ mk ( ⁇ ) is the radical m and the material to be etched. It is an adsorption rate between the adsorption layer film of the radical k formed on the film.
  • ⁇ is the energy of radical m.
  • the reaction in which ions having energy ⁇ are incident at the point P and the deposit is detached from the surface reaction layer is generally called an ion assist reaction.
  • the deposition rate based on the effect of the ion assist reaction is expressed by the equation (12). Indicated.
  • the moving speed of each string P is obtained (STEP 1-3). That is, from the difference between the etching rate and the deposition rate, if the etching rate is greater than the deposition rate, the etching proceeds. Conversely, if the deposition rate is greater than the etching rate, the deposition proceeds. Then, by connecting string points that describe the surface at an arbitrary time, the surface moving speed can be obtained, the shape of the substrate surface at the arbitrary time can be obtained, and the result about the shape can be output and displayed (STEP 1-4). FIG. 5 shows the shape change thus obtained.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a flow of a machining shape prediction simulation method realized by a machining shape prediction simulation program by a plasma process according to an embodiment of the present invention.
  • the process shape prediction simulation method by the plasma process includes conditions relating to the object to be processed, conditions in each process including the number of cycles when the etching process and the deposition process are defined as one cycle, and simulation.
  • the shape to be formed is predicted by repeating the etching process surface movement amount calculating step STEP12 and the deposition process surface movement amount calculating step STEP13 until a predetermined number of cycles, that is, YES in STEP14.
  • FIG. 7 is a diagram showing the first half of the detailed flow of the process shape prediction simulation method by the plasma process shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram showing the second half of the flow shown in FIG.
  • STEP 11-1 as the conditions regarding the processing object, the shape and dimensions of the processing object, the mask, etc. are set together with the material of the processing object, including the boundary conditions.
  • an etching process condition and a deposition process condition in the Bosch process are set.
  • the time ratio between the etching process and the deposition process in one cycle or each time, the process for removing the protective film at the bottom of the hole in the etching process and the hole bottom after removing the protective film The time ratio with the process for digging or the time, the number of cycles, and the number of repetitions of one cycle of the process for digging holes are set. At this time, the presence / absence and magnitude of application of bias power are also set.
  • each radical data item is set according to the process conditions set in STEP 11-2.
  • the angular distribution and energy distribution when the reaction product is re-emitted from the surface are also set.
  • the chemical reaction in each process of etching and deposition is set. Specifically, referring to the chemical reaction database 13, the reaction of the material property data and the data on the surface reaction corresponding to the type of processing object and the gas type set in STEP 11-1 and STEP 11-2 are performed. Get the formula, radical and ion adsorption rate, desorption rate, activation energy, etc.
  • mesh, time step size, number of string divisions, etc. are set as conditions for simulation.
  • the region of the substrate to be processed is divided into a plurality of elements (mesh), and the material type is set for the element corresponding to the region of the substrate.
  • the region of the processing surface is determined by setting the region of the part to be a mask.
  • the surface element (string in the case of two dimensions) is set as a simulation target, and the process proceeds to a cycle loop.
  • each simulation of the etching process and the deposition process is performed in order.
  • the trajectory calculation step is performed by repeating the calculation of the electric field distribution and the trajectory calculation of the charged particles until the steady state is reached (STEP 12-1). First, trajectory calculation and ion flux distribution are set.
  • the trajectory calculation is input to the trajectory calculation means 14 by the condition setting means 11 or updated by the calculation by the trajectory calculation means 14, and is input to or updated in the flux information database 12.
  • the potential distribution is calculated based on the type and density of the radicals and ions, the physical properties of the material such as the dielectric constant and conductivity, the ion species, the mass of the atoms, and the like input to the chemical reaction database 13. .
  • the electric field distribution is obtained by solving Poisson's equation with the charge accumulation amount on the processing surface as a boundary condition, and each trajectory of ions and electrons is calculated by Newton's equation of motion. Since the electric field distribution is required, the velocity and traveling direction of ions and electrons can be accurately determined in consideration of the acceleration of charged particles due to this potential difference.
  • the charge distribution on the machining surface is obtained on the assumption that incident ions and electrons have reached the machining surface, and the Poisson equation is solved using the amount of charge accumulation at each point on the machining surface as a boundary condition. Calculate the electric field distribution. Furthermore, the trajectory of each charged particle containing ions and electrons is obtained by Newton's equation of motion from the electric field distribution.
  • STEP12-1B it is determined whether or not the electric field distribution obtained this time is almost the same as the electric field distribution obtained last time. If it cannot be determined that the electric field distribution is within the same range, each ion, Assuming that electrons flow in, a new charge distribution is calculated (STEP 12-1C), and the process returns to STEP 12-1A.
  • the electric field distribution obtained by STEP12-1A is almost the same as the electric field distribution obtained last time, that is, when it is determined that the electric field distribution has converged, the electric field distribution on the processing surface becomes steady. And based on velocity, it can be set as a function of angle and energy for ions incident on each point on the work surface. As a statistic, it is preferable to perform a trajectory calculation with a sufficient amount to reduce the variation. Further, when a function already stored in the flux information database 12 can be used, the trajectory calculation means 14 may use the function.
  • the rate calculation means 15 refers to the trajectory of the charged particles obtained in STEP 12-1 and the flux information database 12 according to the input conditions.
  • the following reaction is calculated from the incident distribution input as. First, all types of particles involved in surface reactions, such as charged particles and radicals that are incident on the processing surface from the outside and are adsorbed on the processing surface, and the adsorbed charged particles and radicals are detached from the processing surface. Each time, incident energy, incident angle, etc. are set. Then, based on each reaction coefficient at each point on the processing surface, each etching rate and deposition are determined from the incident flux distribution of ions and radicals incident on each point on the processing surface along the trajectory obtained in the trajectory calculation step. Calculate the rate.
  • the movement amount of the surface is calculated from the difference between the etching rate and the deposition rate on each processed surface.
  • the calculation of the surface movement amount obtained in STEP 12-2 and STEP 12-3 will be described in detail.
  • STEP12-2 based on the flux conditions set in STEP11-3 and the reaction coefficients set in STEP11-4, the reaction between the surface material and radicals and / or the reaction between the surface material and ions is calculated on each processed surface. The process is repeated until the coverage of each material reaches a steady state. Thereby, an etching rate and a deposition rate are obtained, respectively.
  • the etching rate is obtained as the sum of the etching rates by each of the thermal excitation type chemical reaction, physical sputtering, and ion assist reaction as in the above-described formula (5).
  • the deposition rate is obtained as the sum of the deposition rates due to the effect of deposits falling, the generation of deposits, and the ion assist reaction, as in the above-described equation (9).
  • the movement transition of the processed surface is calculated by calculating each rate taking into account each coefficient for each reaction.
  • the movement amount of the processing surface is calculated from the difference between the etching rate and the deposition rate.
  • STEP 12-4 whether or not the processing amount or processing time set in the processing conditions is satisfied from the moving speed at each point of the processing surface obtained by the calculation processing of the surface movement amount in STEP 12-3. If the condition is not satisfied and the condition is not satisfied, the process returns to STEP 12-1 to newly set each point on the processing surface and return to the trajectory calculation step. That is, if the etching amount obtained in STEP 12-3 has not reached the set etching amount, the process of newly setting each surface point and returning to STEP 12-1 is repeated. On the other hand, if the etching amount obtained in STEP 12-3 has reached the set etching amount, the etching process loops out and the process proceeds to the deposition process. Note that the repetition of the loop processing may be determined not by the etching amount but by the etching time.
  • the same calculation as the etching process simulation (STEP 12) is performed in the deposition process simulation (STEP 13). That is, in the deposition process, the electric field distribution calculation and the charged particle trajectory calculation are repeated until the steady state is reached (STEP 13-1).
  • the trajectory calculating means 14 repeatedly performs STEP 13-1C and STEP 13-1A until “Yes” is obtained in STEP 13-1A and STEP 13-1B.
  • the rate calculation means 15 is incident on each point on the processing surface along the trajectory obtained in the trajectory calculation step (STEP 13-1) based on each reaction coefficient at each point on the processing surface. Etching rate and deposition rate are calculated from the incident flux distribution of ions and radicals.
  • the reaction is calculated from the charged particle trajectory obtained in STEP 13-1 and the incident distribution by the same calculation method as in the etching process.
  • the incident distribution energy and angle are input as parameters for each radical species by referring to the flux information database 12 according to the input conditions.
  • STEP 13-3 the surface movement amount is calculated from the difference between the etching rate and the deposition rate obtained in STEP 13-2. Then, as STEP 13-4, the process returns to STEP 13-1 until the deposition process is completed.
  • the process returns to STEP 12 until the number of cycles set in the Bosch process condition setting (STEP 11-2) is calculated for each of the etching process and the deposition process.
  • Etching process surface movement amount calculation step for calculating surface movement amount by plasma etching based on conditions in etching process
  • deposition process surface movement amount for calculating surface movement amount by plasma deposition based on conditions in deposition process A calculation step.
  • the shape formed by repeating the etching process surface movement amount calculation step and the deposition process surface movement amount calculation step for the number of cycles set in the condition setting step is obtained. Therefore, the processing shape formed by the Bosch process can be easily predicted.
  • the processing shape by the Bosch process can be predicted, so that it is possible to set the etching process condition for removing the protective film formed by the deposition process and search for the optimum condition of the Bosch process. It becomes easy.
  • FIG. 9 is a flowchart when searching for the optimum condition using the machining shape prediction simulation apparatus 10 by the plasma process according to the embodiment of the present invention.
  • the time required for removing the film deposited on the bottom of the hole in the protective film formed by the deposition process by the etching process is simulated.
  • the deposition time of the protective film in the deposition process is set as a fixed value, and a plurality of etching process time values are set, and Bosch is set according to the flow shown in FIGS. 7 and 8 for each of the set etching process times.
  • the process is simulated (STEP 21A).
  • the time required to remove the protective film at the bottom of the hole is estimated from these results (STEP 21B). Thereby, it is possible to predict the time required to remove the protective film deposited by the deposition process in a certain time and in the region of the bottom of the hole.
  • the optimum condition search step by the Bosch process is performed.
  • the etching process is divided into an etching process (first etching process) for removing the protective film at the bottom of the hole and an etching process (second etching process) for digging holes thereafter.
  • the time obtained in STEP 21 is set as the time for removing the protective film at the bottom of the hole in the first etching process (STEP 22A).
  • the Bosch process is simulated according to the flow shown in FIGS. 7 and 8 using the etching time and RF bias power in the second etching process as parameters (STEP 22B).
  • a plurality of parameter values and simulating the Bosch process it is possible to search for optimum conditions. For example, it is possible to determine whether or not the shape is optimum from the predicted machining shape, that is, the scallop state, the hole width, and the depth of the machining hole (STEP 22C).
  • FIG. 10 shows a modification of the embodiment of the present invention, and is a time chart of a process set in the condition setting means 11 in FIG.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents applied bias power.
  • (A) is a version in which one deposition process and one etching process are set to process times T1 and T2 in one cycle, respectively, and the conditions set in each cycle are not changed.
  • (B) is a version in which one deposition process and two etching processes are set at process times T11, T21, and T22 in one cycle, respectively, and the conditions set in each cycle are not changed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a hole predicted by a processing shape prediction simulation apparatus using a plasma process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A shows the result of shape prediction when the etching process is set in one stage.
  • (B) is a figure which shows the result of the shape prediction at the time of setting an etching process in two steps.
  • FIG. 10A is a time chart shown in FIG. 10A
  • FIG. 10B is a time chart shown in FIG. Since the processing time for each cycle is the same in each of (A) and (B), it can be seen that the same depth is cut. Further, since the process conditions related to etching and the process conditions related to deposition in each cycle are the same in each of (A) and (B), it can be seen that the shapes to be dug in each cycle are the same.

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Abstract

　加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセス条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定ステップ（ＳＴＥＰ１１）と、エッチングプロセスの条件に基づいたプラズマエッチングによる表面移動量を計算するエッチングプロセス表面移動量計算ステップ（ＳＴＥＰ１２）と、デポジションプロセスの条件に基づいたプラズマデポジションによる表面移動量を計算するデポジションプロセス表面移動量計算ステップ（ＳＴＥＰ１３）と、を備え、エッチングプロセス表面移動量計算ステップ（ＳＴＥＰ１２）とデポジションプロセス表面移動量計算ステップ（ＳＴＥＰ１３）とを条件設定ステップ（ＳＴＥＰ１１）にて設定されたサイクル数繰り返すことによりボッシュプロセスにより形成される加工形状を求める。

Description

プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置とシミュレーションの方法及びプログラム
　本発明は、プラズマプロセスにより加工される加工処理対象物の加工形状を予測するための、プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置とシミュレーションの方法及びプログラムに関する。
　半導体を微細加工する技術（Semiconductor microfabrication technology）の一つにプラズマエッチングプロセスがある。その中で、半導体基板を垂直に深掘エッチングするためにボッシュプロセスがある（例えば、特許文献１参照）。このボッシュプロセスでは、加工面に保護膜を形成するデポジションプロセスと、加工面のうち孔底面に形成された保護膜を除去して基板をさらにエッチングするエッチングプロセスとを一サイクルとし、サイクルを複数回行う。
　このようなエッチング装置では、プラズマ発生源として例えば高周波電源を用い、真空ポンプにより排気されるチャンバー内に加工処理対象物を設置し、ガス導入口から反応性ガスを含んだガスをチャンバー内に流入させ、プラズマ発生源によりガスを分解してプラズマ化する。その際、加工処理対象物に直流、交流、高周波などのバイアスパワーを印加して、加工処理対象物に入射するイオンの量やエネルギーを調整している。ボッシュプロセスでは、デポジションプロセスとエッチングプロセスとで、異なる混合ガスが反復して用いられている。例えば、デポジションプロセスではＣ4Ｆ8プラズマが生成されて孔の底面及び側面に保護膜が形成され、エッチングプロセスではＳＦ6プラズマが生成されている。エッチングプロセスは複数の段階に分けられ、先ずデポジションプロセスで形成された保護膜のうち孔の底面部分に形成された保護膜を除去し、次いでその除去されたＳｉ基板をエッチングする。このデポジションプロセスとエッチングプロセスとを一つのサイクルとして繰り返すことにより、Ｓｉ基板の横方向へのエッチングの広がりを抑え、垂直な側面を維持しながら深さ方向に深く延びる孔を形成していくものである。
特開２００７－１２９２６０号公報
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）
　上記ボッシュプロセスでは、半導体微細加工を行うに際して、プロセス条件の最適化を図ったり、異常加工しない条件を設定したりするため、経験に頼って試行錯誤がなされるため、手間及び労力がかかる。
　そこで、本発明においては、ボッシュプロセスにより形成される加工処理対象物の加工形状を予測することができる、プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置を提供することを一目的とする。本発明はさらに、当該予測シミュレーションの方法及びプログラムを提供することを他の目的とする。
　上記一目的を達成するために、本発明におけるプラズマプロセスによる加工処理対象物の加工形状の予測シミュレーション装置は：
　加工処理対象物に関する条件と、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセス条件と、シミュレーションに関する条件と、を設定する条件設定手段と；
　加工処理対象物の加工表面に照射されるフラックスのエネルギー分布及び／又は照射角度分布に関するデータを格納したフラックス情報データベースと；
　エッチング及びデポジションの各プロセスにおける化学反応データを格納した化学反応データベースと；、
　加工表面における電荷分布により生じる電界分布を計算し加工表面に入射する荷電粒子の軌道を求める軌道計算手段と；
　軌道計算手段で求まる荷電粒子の軌道に基づいて加工表面に入射する各種イオンを求め、フラックス情報データベース及び化学反応データベースに格納されているデータを用いて加工表面の各領域における反応計算を行い、エッチングレート及びデポジションレートを求めるレート計算手段と；
　レート計算手段で求まるエッチングレートとデポジションレートとの差分から表面移動量を算出する表面移動量計算手段と；
　条件設定手段により設定される加工処理対象物に関する条件及びシミュレーションに関する条件に基づいて、条件設定手段により設定されるエッチングプロセスの条件に従って表面移動量計算手段による表面移動量の算出と、条件設定手段により設定されるデポジションプロセスの条件に従って表面移動量計算手段による表面移動量の算出と、を繰り返す計算制御手段と；
を備える。
　上記他の目的を達成するために、本発明のプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法は：
　加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセス条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定ステップと；
　エッチングプロセスの条件に基づいたプラズマエッチングによる表面移動量を計算するエッチングプロセス表面移動量計算ステップと；
　デポジションプロセスの条件に基づいたプラズマデポジションによる表面移動量を計算するデポジションプロセス表面移動量計算ステップと；
を備え、
　エッチングプロセス表面移動量計算ステップとデポジションプロセス表面移動量計算ステップとを条件設定ステップにて設定されたサイクル数で繰り返すことにより形成される形状を求める。
　さらに上記他の目的を達成するために、本発明のプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーションプログラムは：
　加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセスにおける条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定ステップと；
　エッチングプロセスの条件に基づいたプラズマエッチングによる表面移動量を計算するエッチングプロセス表面移動量計算ステップと；
　デポジションプロセスの条件に基づいたプラズマデポジションによる表面移動量を計算するデポジションプロセス表面移動量計算ステップと；
を備え、
　エッチングプロセス表面移動量計算ステップとデポジションプロセス表面移動量計算ステップとを条件設定ステップにて設定されたサイクル数で繰り返すことにより形成される形状を求める。
　本発明によれば、ボッシュプロセスによる加工形状の予測が可能となり、これにより、デポジションプロセスによる保護膜を除去するエッチングプロセスの条件の設定が容易になり、またボッシュプロセスの最適条件の探索を容易に行うことができる。
本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置の構成図である。 プラズマエッチングによる基板表面の加工の様子を模式的に示す図である。 加工表面形状の一般的な計算のフローの概略を示す図である。 加工表面を２次元的に表す手法を説明する図である。 図３のフローにより求まる形状変化を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーションプログラムにより実現される当該予測シミュレーション方法のフローの概略図である。 図６に示すプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法の詳細なフローの前半を示す図である。 図７に示すフローの後半を示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置を用いて最適条件の探索を示すフロー図である。 本発明の実施形態の変形例を示し、図１の条件設定手段において設定されるプロセスのタイムチャートである。 本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置により予測される孔の断面図で、（Ａ）はエッチングプロセスを一段階で設定した場合の形状予測の結果を示し、（Ｂ）はエッチングプロセスを二段階で設定した場合の形状予測の結果を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
〔本発明の実施形態においてシミュレートされるプラズマプロセス処理〕
　本発明の実施形態で実現されるシミュレーションは、Ｓｉなどの半導体の基板それ自体又は基板上に絶縁膜、金属膜などの各種の膜が積層されたもの（以下、単に、「加工処理対象物」と呼ぶ。）にマスクを配置した上でエッチングプロセスとデポジションプロセスとを１サイクルとし複数回のサイクルを繰り返すことにより形成される孔の形状とその寸法を予測するものである。これにより、孔の断面形状、孔の深さ方向の形状、それらの寸法が予測される。このプロセスそのものはボッシュプロセスと呼ばれ、公知の加工技術である。ボッシュプロセスでは、エッチングプロセスにより孔が掘り進められる際に孔の側面がエッチングされて孔の径が広がらないように、デポジションプロセスにより保護膜が形成される。
　エッチングプロセスは、デポジションプロセスにより孔の底面に形成された保護膜を除去するプロセス（以下単に、「第１エッチングプロセス」と呼ぶ。）と孔の底面の保護膜を除去した後に孔を深くするプロセス（以下、「第２エッチングプロセス」と呼ぶ。）とに、大きく区分けされる。第１エッチングプロセスでは、例えばＳＦ6プラズマが用いられ、底部の保護膜を除去するため加工処理対象物を載置するステージに印加するバイアスパワーが大きい。これに対し、第２エッチングプロセスでは、例えば同じＳＦ6プラズマが用いられても、ステージに印加するバイアスパワーを小さくする。これは、第２エッチングプロセスでは、孔を深く掘り進めるので、デポジションプロセスで形成した孔側壁部の保護膜が除去され難くするためと考えられている。
　条件設定手段１１では、エッチングの各プロセスに対して、前述の例にあっては第１エッチングプロセス、第２エッチングプロセス毎に、プロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーのうち一以上をパラメータとして設定される。バイアスパワーとは、例えば加工処理対象物を載置するステージに印加される直流、低周波、高周波などのパワーを指している。エッチングの各プロセスに対して上述のパラメータを変えて設定される。サイクル毎にエッチングの各プロセスを異ならせないで一つのエッチングプロセスからなっていてもよい。サイクル毎にエッチングが３種類以上のエッチングプロセスからなっていてもよい。また、デポジションプロセスにおけるプロセス条件についても、エッチングプロセスと同様に、プロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーのうち一以上をパラメータとして設定されても構わない。よって、プロセスが、サイクル毎に一又は二以上のプロセス条件によるエッチングプロセスと一又は二以上のプロセス条件によるデポジションプロセスとからなり、サイクル毎にエッチングプロセスとデポジションプロセスとの各プロセス内でのプロセス条件数が一致しても異なっていてもよい。
　本発明の実施形態では、このような深掘加工による孔の形状をシミュレートすることで、現実のプラズマ加工装置においてプロセス条件の設定についての指針を与えることができる。
〔プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置〕
　図１は本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置１０の構成図である。本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置１０は、条件設定手段１１とフラックス情報データベース１２と化学反応データベース１３と軌道計算手段１４とレート計算手段１５と表面移動量計算手段１６と計算制御手段１７とを備える。この予測シミュレーション装置１０は、コンピュータ上で、プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーションプログラムを実行することによってこの装置の各要素を実現してもよい。このため、プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーションプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納されてもよい。ここで、プログラムとは、コンピュータに対する指令であって一の結果を得ることができるように組み合わされたものである。図１には示されていないが、上記予測シミュレーション装置は、シミュレーションの開始指令、シミュレーションの結果の表示に必要な指令、条件設定手段１１に対する入力指令などを行うと共にシミュレーションの結果を表示するためのディスプレイを備えた入出力部などを備える。
　以下、図１に示す装置の各構成について詳細に説明する。
　条件設定手段１１は各種条件を設定するためのものである。各種条件としては、加工処理対象物の条件、プロセスに関する条件及びシミュレーションに関する条件が挙げられる。
　加工処理対象物に関する条件の項目としては、深掘される加工処理対象物やマスクなどの形状及び寸法などが挙げられ、加工処理対象物に関する条件には境界条件が含まれる。
　プロセスに関する条件には、エッチング条件、デポジション条件、サイクル数などが含まれる。エッチング条件、デポジション条件の項目は、何れも、プロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーなどが挙げられる。エッチング条件、デポジション条件は、一サイクル内で固定される必要はなく、一サイクル中で異なったエッチング条件、デポジション条件が設定されてもよい。一サイクル中でのエッチング条件の数、デポジション条件の数は、サイクルの順番に応じて任意に設定されてもよいし、サイクルの順番に拠らず任意に設定されてもよい。
　シミュレーションに関する条件の詳細については後述するが、メッシュ、時間刻み幅、ストリング分割数などがある。
　フラックス情報データベース１２は、加工表面に照射するフラックスに関するデータを格納したものである。フラックスには荷電粒子とラジカルとがあるので個別にデータが格納されている。
　荷電粒子のフラックスに関するデータ項目としては、イオン種、エネルギー分布及び角度分布、強度などがある。条件設定手段１１で設定されるプロセスに関する条件に応じて、例えば、Ｃｌ2 +、ＳＦ5 +などの各種イオンや電子の荷電粒子フラックスのエネルギー分布、角度分布、強度などに関するデータがある。軌道計算手段１４により求められるイオンフラックスの角度分布の結果がある。
　ラジカルフラックスに関するデータ項目としては、ラジカル種、エネルギー分布及び角度分布、強度などがある。条件設定手段１１で設定されるプロセスに関する条件に応じて、例えば、ＣＦ3 *、Ｆ*、Ｏ*などの各種ラジカルフラックスのエネルギー分布、角度分布、強度などに関するデータがある。
　化学反応データベース１３には、エッチング及びデポジションの各プロセスにおける化学反応データが格納されている。化学反応データには、軌道計算手段１４による軌道計算において必要となるデータと、表面移動量計算手段１６による反応計算において必要となるデータとがある。そのため、化学反応データベース１３には、材料物性のデータと表面反応に関するデータとが格納されている。例えば、軌道計算手段１４ではポアソンの方程式やニュートンの運動方程式を用いて解析がなされるため、各材料の誘電率や導電率、イオン種や電子の質量などデータが化学反応データベース１３に格納されている。表面移動量計算手段１６ではラジカル吸着反応計算、イオン反応計算及び熱励起型化学反応計算がなされるため、各計算において必要となる反応毎の各種係数が化学反応データベース１３に格納される。表面移動量計算手段１６では反応式、ラジカル及びイオンの吸着率、離脱率、活性化エネルギー、反応生成物が表面から再放出される際の角度分布やエネルギー分布などについてのデータが必要となるため、それらのデータについても化学反応データベース１３に格納されている。
　ここで、化学反応データベース１３へ格納される反応式について説明する。
　例えば、エッチングプロセスにおける化学反応としては、次に示すものがある。
　イオン・エッチング過程の一反応として、
　　ＳＦｘ+＋ＳｉＦ4→Ｆ（２）*
を挙げることできる。イオンＳＦｘ+により加工表面上の蒸発物ＳｉＦ4がエッチング反応して反応生成物Ｆ（２）*を離脱させる。離脱率の値がエネルギー、角度の関数として又はこれらに拠らない定数として設定されている。なお、Ｆ（２）*における（２）とは、ここでは例示しないＦ*と区別するための記号である。
　また、中性粒子の吸着過程の一反応として、
　　Ｆ（２）*＋Ｓｉ→Ｓｉ（２）
を挙げることができる。中性粒子ラジカルＦ（２）*が加工表面上のＳｉと反応して、蒸発物Ｓｉ（２）を生成する。吸着率の値がエネルギー、角度の関数として又はこれらに拠らない定数として設定されている。なお、Ｓｉ（２）における（２）とは、ここでは例示しないＳｉと区別するための記号である。
　また、熱励起エッチング過程の一反応として、
　　ＳｉＦ4（ｓ）→ＳｉＦ4（ｇ）
を挙げることができる。加工表面上のＳｉＦ4（ｓ）が熱励起によりＳｉＦ4（ｇ）として離脱する。反応係数、活性化エネルギーの各値がエネルギー、角度の関数として又はこれらに拠らない定数として設定されている。
　一方、デポジションプロセスにおける反応において、中性粒子の吸着過程の一反応として、
　　ＣxＦy *＋Ｓｉ→Ｓｉ＿ｃ
を挙げることができる。ＣxＦy *がＳｉ上に付着してＳｉ＿ｃを形成する。吸着率の値がエネルギー、角度の関数として又はこれらに拠らない定数として設定されている。
　以上のような反応式に関する情報が、ラジカル及びイオンの吸着率、離脱率、活性化エネルギー、反応生成物が表面から再放出される際の角度分布やエネルギー分布と共に、化学反応データベース１３に格納されている。
　ここで、材料物性のデータとして、基板表面での反応生成物名とエッチング、デポジションの何れかとの組み合わせ以外に、原子数密度、分子数密度など粒子数密度、吸着サイトの面密度、比誘電率、消滅因子、導電性材料の導電率、電気的性質（例えば、導電体か絶縁体かの区別）、波長毎の光吸収係数、波長毎の欠陥発生係数などが、材料毎に、化学反応データベース１３に格納される。ここで、「材料」とは、反応生成物、基板材料を形成するものを意味する。一方、表面反応のデータには、中性粒子吸着モデル、イオン反応モデル、熱励起型化学反応モデルにおける各データが含まれる。中性粒子吸着反応モデルに関するデータ項目として、吸着反応による反応生成物名、入射ラジカル及び反応生成物毎の吸着率、ラジカル吸着の角度依存性、ラジカルの反射率などがある。イオン反応モデルに関するデータ項目として、イオンアシスト反応が生じる基板材料又は反応生成物名とイオン名との組み合わせ、離脱率、イオンアシスト反応の反応率などがある。熱励起型化学反応モデルに関するデータ項目として、熱励起型化学反応の反応係数、活性化エネルギー等がある。
　軌道計算手段１４は、レート計算手段１５において必要となる荷電粒子の軌跡を算出するものであって、加工表面に入射する電子又はイオンの密度及びエネルギー分布並びに加工表面における電荷分布に基づいてプラズマから加工表面に入射する荷電粒子の軌道を求める。軌道計算手段１４は、条件設定手段１１で設定し又は軌道計算手段１４での計算で更新された、加工処理対象物に関する境界条件と、フラックス情報データベース１２に入力され又は更新されている、ラジカルやイオンの種類や密度と、化学反応データベース１３に入力されている誘電率、導電率といった材料の物性値、イオン種、原子の質量などに基づいて、電位分布を計算し、基板に流入する電子及びイオンの各軌跡を計算する。具体的には、加工表面における電荷の蓄積分布から、ポアソンの方程式を解くことにより、電荷蓄積分布により生じる電界を計算する。その後、その電界分布から、基板表面に流入する荷電粒子の軌跡を計算する。
　イオン軌道が計算されることで、エネルギー及び角度の関数として、イオンフラックス分布が求められる。これらの値は、フラックス情報データベース１２に格納され、レート計算手段１５による計算において用いられてもよい。
　レート計算手段１５は、フラックス情報データベース１２や化学反応データベース１３に格納されている各データに基づいて加工表面の各領域における反応計算を行ったり、又は軌道計算手段１４で求まった荷電粒子の軌道を経て加工表面に入射する各種イオンの種類、量に基づいて加工表面の各領域における反応計算を行う。これにより、エッチングレート及びデポジションレートが求まる。具体的には、レート計算手段１５は、プラズマから流入するラジカル、イオンの各フラックス密度、加工処理対象物表面への吸着確率、化学反応率、反射率などから、加工表面における各点において、エッチングレート及びデポジションレートを求める。
　表面移動量計算手段１６は、レート計算手段１５により求まるエッチングレートとデポジションレートとの差分から表面の移動量を計算し、例えばウエハの断面形状の経時変化を計算する。計算の詳細については後述する。
　レート計算手段１５と表面移動量計算手段１６とにより、軌道計算手段１４による算出結果に基づいて化学反応データベース１３に格納されているデータを参照しながら、ラジカル吸着反応、イオンアシスト反応、熱励起型化学反応による表面移動量が算出される。
　計算制御手段１７は、条件設定手段１１により設定されるシミュレーションに関する条件に基づいて次の２つの算出処理を繰り返すものである。一つの算出処理は、条件設定手段１１により設定されるエッチングプロセスにおけるプロセスに関する条件に従って表面移動量計算手段１６により表面移動量を算出する。もう一つの算出処理は、条件設定手段１１により設定されるデポジションプロセスにおけるプロセスに関する条件に従って表面移動量計算手段１６により表面移動量を算出する。繰り返しの回数は条件設定手段１１のプロセスに関する条件として設定されるサイクル数で定まる。
　図１に示すプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置１０では、次のようにしてボッシュプロセスについてシミュレーションを行う。予め、条件設定手段１１において加工処理対象物に関する条件、プロセスの条件及びシミュレーションに関する条件の設定がなされる。次に、計算制御手段１７が、軌道計算手段１４及びレート計算手段１５を用いながら表面移動量計算手段１６によって、エッチングによるエッチング量とデポジションによる堆積量を求める。その際、フラックス情報データベース１２及び化学反応データベース１３に格納されている各データが参照される。
　さらに、条件設定手段１１に対しサイクル毎にエッチングのプロセス条件の順に例えばエッチング時間及びバイアスパワーをパラメータとして設定することで、計算制御手段１７が、条件設定手段１１に設定された条件に従って表面移動量計算手段１６を制御する。これにより、サイクル毎にエッチングのプロセス条件の順に表面移動量が算出される。パラメータはプロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーのうち一又は複数であれば、プロセス時間としてのエッチング時間、バイアスパワーの組である必要はない。
〔プラズマプロセスによる加工形状の予測方法〕
　以下、本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置１０を用いて、加工形状の予測シミュレーションを行なう方法を具体的に説明する。
〔前提〕
　先ず、プラズマプロセスによる加工形状をどのようにして予測するかを説明する前提として、加工表面の状態をどのように記述し、その表面状態の変化をどのように記述するかについて、概念的に説明する。
　図２は、プラズマエッチングによる基板表面の加工の様子を模式的に示す図である。基板表面がイオンでエッチングされている場合、加工表面では、化学反応及びスパッタリングが生じている。そこで、先ず、基板表面の輪郭を離散的な黒点（●）で示し、その間を直線で結ぶ。この直線をストリングと呼ぶことにする。ラジカルやイオンが表面に入射すると、表面では化学反応やスパッタリングが生じ、基板表面上にはラジカルが吸着したり、離脱したりする。それらをデポジションレート、エッチングレートとして表し、これらの差分によりエッチング速度又は成膜速度を求め、ストリングを移動させていく。以下の説明においては二次元の場合について説明するが、三次元の場合でも同様に適用可能である。また、プラズマによるデポジションの場合は図２に示す模式図において、ストリングによる移動の向きが逆向きになるに過ぎない。
　図３は加工表面形状の一般的な計算のフローの概略を示す図である。図４に示すように、実線で示すレジスト表面をストリングポイント（一般には「加工表面での各点」）で区切り、隣接するストリングポイント同士を点線で示すようにストリング（一般には「要素」）により加工表面に近似させる。このストリング上で表面反応を記述することを考える。基板材料の表面占有率をθ0とし、材料ｍの表面占有率をθm、吸着サイトの面密度をσsとすると、束縛条件として次式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、一般的に、材料ｍの単位時間当たりの生成数をＧm、材料ｍの単位時間当たりの消滅数をＨmとすると、次の基本方程式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　よって、束縛条件により基本方程式を解くことで、各吸着ラジカルの表面被覆率を算出する（ＳＴＥＰ１－１）。なお、材料ｍはラジカルと呼ぶ場合もある。
　次に、エッチングレート及びデポジションレートを算出する（ＳＴＥＰ１－２）。ここで、エッチングレートは、熱励起型化学反応によるエッチングレートと物理的スパッタリングによるエッチングレートとイオンアシスト反応によるエッチングレートとの和として算出される。デポジションレートは、堆積物が降り注ぐ効果によるデポジションレートと堆積物の生成によるデポジションレートとイオンアシスト反応によるデポジションレートとの和として算出される。プラズマによるエッチングとデポジションレートはそれぞれ次式のように求められる（非特許文献１）。
　すなわち、エッチングレートＥＲを式（５）のように分解する。ＥＲtotalは、吸着ラジカルに被覆されている表面における熱励起型化学反応エッチングレートであり、ＥＲphysicalは、高エネルギーイオンによる清浄な被エッチング材料表面に対する物理的スパッタリングによるエッチングレートであり、ＥＲionassistedは、高エネルギーイオンによるエッチングレートであって吸着ラジカルに被覆されている表面に対する物理的及び化学的スパッタリング（「イオンアシスト反応」とも呼ぶ。）によるエッチングレートである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　各エッチングレートＥＲthermal、ＥＲphysical及びＥＲionassistedは、次のように決めることができる。点Ｐにおける熱励起型化学反応エッチングレートＥＲthermalは、式（６）で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　点Ｐにおける物理的スパッタリングによるエッチングレートＥＲphyicalは、式（７）で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（７）から分かるように、ＥＲphyicalは反応性イオンと非反応性イオンの両方のイオンｉについての和である。
　点Ｐにおけるイオンアシスト反応によるエッチングレートＥＲionassistedは、式（８）で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　デポジションレートＤＲは式（９）のように分解することができる。式（９）の右辺の第１項は、堆積物が降り注ぐ効果によるデポジションレートである。式（９）の第２項は入射ラジカルと表面反応層のラジカルとが反応して堆積物が生成される効果によるデポジションレートである。式（９）の第３項はイオンアシスト反応によって表面反応層から堆積物が離脱する効果によるデポジションレートである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　点Ｐにおいて堆積物が降り注ぐ効果によるデポジションレートは、式（１０）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ここで、ρdはデポジション層の密度であり、σm0（ε）はラジカルｍと清浄な被エッチング材料膜との間の吸着率であり、σmk（ε）はラジカルｍと被エッチング材料膜上に形成されたラジカルｋの吸着層膜との間の吸着率である。εはラジカルｍのエネルギーである。
　式（１０）から分かるように、被エッチング材料膜上に形成されたラジカルｋがラジカルｍに置き換わる全てのｋにわたって加算され、さらに全ての堆積物にわたってｍが加算される。
　点Ｐにおいてエネルギーεを有する入射ラジカルと表面反応層のラジカルとが反応して堆積物が生成される効果によるデポジションレートは、式（１１）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　点Ｐにおいてエネルギーεを持ったイオンが入射し表面反応層から堆積物が離脱する反応は、一般にイオンアシスト反応と呼ばれ、このイオンアシスト反応の効果に基づくデポジションレートは、式（１２）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　次に、各ストリングＰの移動速度を求める（ＳＴＥＰ１－３）。即ち、エッチングレートとデポジションレートの差から、エッチングレートがデポジションレートより大であればエッチングが進み、逆にデポジションレートがエッチングレートより大であればデポジションが進むことになる。そして、任意時間における表面を記述するストリングポイントをつなぎ合わせることにより、表面移動速度が求まり、その任意時間における基板表面の形状を求めることが可能となり、形状についての結果を出力表示できる状態となる（ＳＴＥＰ１－４）。図５は、このようにして求まる形状変化について示している。
〔プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法の概略〕
　図１に示すプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置１０により加工形状の予測シミュレーションを行なう方法の概略を説明する。図６は本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーションプログラムにより実現される加工形状の予測シミュレーション方法のフローの概略図である。プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法は、図６に示すように、加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含めて各プロセスにおける条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定ステップＳＴＥＰ１１と、エッチングプロセスにおける条件に基づいたプラズマエッチングによる表面移動量を計算するエッチングプロセス表面移動量計算ステップＳＴＥＰ１２と、デポジションプロセスにおける条件に基づいたプラズマデポジションによる表面移動量を計算するデポジションプロセス表面移動量計算ステップＳＴＥＰ１３と、を備えている。エッチングプロセス表面移動量計算ステップＳＴＥＰ１２とデポジションプロセス表面移動量計算ステップＳＴＥＰ１３とを所定のサイクル数まで、すなわちＳＴＥＰ１４でＹｅｓとなるまで繰り返すことにより、形成される形状を予測する。
〔荷電粒子の軌道計算、加工表面形状の計算〕
　図１に示す表面移動量計算手段１６が、軌道計算手段１４及びレート計算手段１５を用いて表面加工形状をどのように予測するか、を説明しながら、本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法について詳細に説明する。図７は、図６に示すプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法の詳細なフローの前半を示す図、図８は図７に示すフローの後半を示す図である。
　ＳＴＥＰ１１では、入力操作により、加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数及び各プロセスにおける条件並びにシミュレーションに関する条件を設定すると共に、照射フラックスの設定、エッチング及びデポジションのプロセスにおける化学反応について、フラックス情報データベース１２及び化学反応データベース１３を参照しながら設定する。
　具体的には、ＳＴＥＰ１１－１として、加工処理対象物に関する条件として、加工処理対象物、マスクなどの形状及び寸法などを加工処理対象物の材質と共に境界条件を含めて設定する。
　ＳＴＥＰ１１－２では、プロセスに関する条件として、ボッシュプロセスにおけるエッチングプロセス条件及びデポジションプロセス条件並びにサイクル数などを設定する。具体的には、例えば１サイクルにおけるエッチングプロセスとデポジションプロセスとの時間的な比又は各時間、エッチングプロセスにおける孔底部の保護膜を除去するためのプロセスと保護膜を除去した後の孔底面を掘り進めるためのプロセスとの時間的な比又は各時間、サイクル数や孔を掘り進めるためのプロセスの１サイクルの繰り返し回数を設定する。その際、バイアスパワーの印加の有無と大きさなども併せて設定する。
　ＳＴＥＰ１１－３では、フラックス情報データベース１２を参照しながら、ＳＴＥＰ１１－２で設定したプロセスに関する条件に従ってラジカルの各データ項目を設定する。反応生成物が表面から再放出される際の角度分布やエネルギー分布などについても設定する。
　ＳＴＥＰ１１－４では、エッチング及びデポジションの各プロセスにおける化学反応を設定する。具体的には、ＳＴＥＰ１１－１、ＳＴＥＰ１１－２で設定した加工処理対象物の種類、ガス種などに対応して材料物性のデータと表面反応に関するデータを、化学反応データベース１３を参照しながら、反応式、ラジカル及びイオンの吸着率、離脱率、活性化エネルギーなどを取得する。
　ＳＴＥＰ１１－５では、シミュレーションに関する条件として、メッシュ、時間刻み幅、ストリング分割数などを設定する。例えば、加工処理対象物となる基板の領域を複数の要素（メッシュ）に分割し、基板の領域に相当する要素に材料の種類を設定する。マスクとなる部分の領域を設定することで加工表面の領域を定める。
　このように、ＳＴＥＰ１１では、シミュレーション対象とする表面の要素（二次元の場合にはストリング）の設定を行い、サイクルのループに移行する。
　サイクルのループは、エッチングプロセスとデポジションプロセスの各シミュレーションを順に行う。
　エッチングプロセスのシミュレーション（ＳＴＥＰ１２）においては、定常状態になるまで、電界分布の算出と荷電粒子の軌道計算を繰り返し行うことで軌道計算ステップを行う（ＳＴＥＰ１２－１）。先ず、軌道計算とイオンフラックス分布の設定を行う。
　軌道計算は、軌道計算手段１４において、条件設定手段１１で設定し又は軌道計算手段１４での計算で更新された、加工処理対象物に関する境界条件と、フラックス情報データベース１２に入力され又は更新されている、ラジカルやイオンの種類や密度と、化学反応データベース１３に入力されている誘電率、導電率といった材料の物性値、イオン種、原子の質量などに基づいて、電位分布を計算してなされる。加工表面における電荷蓄積量を境界条件としてポアソンの方程式を解くことにより、電界分布を求め、イオン及び電子の各軌道をニュートンの運動方程式により計算する。電界分布が求められているためこの電位差による荷電粒子の加速度を考慮して、イオン及び電子の各速度及び進行方向を正確に求めることができる。
　具体的には、ＳＴＥＰ１２－１Ａとして、入射するイオン及び電子が加工表面に到達したとして加工表面の電荷分布を求め、加工表面における各点での電荷蓄積量を境界条件としてポアソンの方程式を解いて電界分布を算出する。さらに、電界分布によりイオン及び電子を含む各荷電粒子の軌道をニュートンの運動方程式により求める。
　ＳＴＥＰ１２－１Ｂでは、今回求めた電界分布が前回求めた電界分布とほぼ同じであるか否かを判断し、同じ範囲であると判断できなければ、各イオンの軌道、電子の軌道に従って各イオン、電子が流入すると扱って、新たに電荷分布を算出し（ＳＴＥＰ１２－１Ｃ）、ＳＴＥＰ１２－１Ａに戻る。ＳＴＥＰ１２－１Ａにより求めた電界分布が前回求めた電界分布とほぼ同じであり、即ち電界分布が収束していると判断した場合には、加工表面における電界分布が定常となるので、各イオンの軌道及び速度に基づいて、加工表面の各点に入射するイオンに対して角度及びエネルギーの関数として設定することができる。統計量として、ばらつきが小さくなるだけの十分な量の軌道計算を行うことが好ましい。また、既に、フラックス情報データベース１２に格納されている関数を利用することができる場合には、軌道計算手段１４は、その関数を利用してもよい。
　次に、ＳＴＥＰ１２－２として、レート計算手段１５は、ＳＴＥＰ１２－１で求まった荷電粒子の軌道と、入力条件に応じてフラックス情報データベース１２を参照するなどしてラジカル種毎にエネルギーと角度をパラメータとして入力された入射分布とから、次のような反応の計算を行う。先ず、外から加工表面に入射する荷電粒子やラジカルなどが加工表面に吸着したり、吸着した荷電粒子やラジカルが加工表面から離脱したりする反応に関し、粒子などの表面反応にかかわる全種類の粒子毎、入射エネルギーや入射角などを設定する。そして、加工表面の各点での各反応係数に基づいて、軌道算出ステップで求めた軌道に沿って加工表面の各点に入射するイオンとラジカルの入射フラックス分布とから、各エッチングレート及びデポジションレートを算出する。
　次に、ＳＴＥＰ１２－３として、各加工表面においてエッチングレートとデポジションレートとの差分から表面の移動量を算出する。
　上記ＳＴＥＰ１２－２とＳＴＥＰ１２－３とで求まる表面移動量の算出について詳細に説明する。
　ＳＴＥＰ１２－２では、ＳＴＥＰ１１－３で設定したフラックス条件とＳＴＥＰ１１－４で設定した各反応係数に基づいて、各加工表面において表面材料とラジカルとの反応及び／又は表面材料とイオンとの反応を計算し、各材料の被覆率が定常状態となるまで繰り返す。これにより、エッチングレート及びデポジションレートがそれぞれ求まる。エッチングレートは、前述の式（５）のように、熱励起型化学反応、物理的スパッタリング、イオンアシスト反応のそれぞれによるエッチングレートの和として求める。デポジションレートは、前述の式（９）のように、堆積物が降り注ぐ効果、堆積物の生成、イオンアシスト反応のそれぞれによるデポジションレートの和として求める。これらの反応毎の各係数を加味して各レートを求めることで、加工表面の移動推移を算出する。そして、ＳＴＥＰ１２－３において、エッチングレートとデポジションレートの差分から加工表面の移動量を算出する。
　次に、ＳＴＥＰ１２－４では、ＳＴＥＰ１２－３の表面移動量の算出処理で求まった加工表面の各点での移動速度から、加工条件で設定されている加工量又は加工時間を満たすか否かを判定し、満たさない場合には、ＳＴＥＰ１２－１に戻って新たに加工表面各点を設定し直して軌道算出ステップに戻る。すなわち、ＳＴＥＰ１２－３で求めたエッチング量が設定したエッチング量に達していない場合には、新たに、表面各点を設定し直し、ＳＴＥＰ１２－１に戻るという処理を繰り返す。一方、ＳＴＥＰ１２－３で求めたエッチング量が設定したエッチング量に達している場合には、このエッチングプロセスのループから抜け、デポジションプロセスに移行する。なお、エッチング量ではなく、エッチング時間によって、ループの処理の繰り返しを判断してもよい。
　図８に示すように、デポジションプロセスのシミュレーション（ＳＴＥＰ１３）においても、エッチングプロセスのシミュレーション（ＳＴＥＰ１２）と同様の計算を行う。即ち、デポジションプロセスにおいて、定常状態になるまで、電界分布の算出と荷電粒子の軌道計算を繰り返し行う（ＳＴＥＰ１３－１）。軌道計算手段１４が、ＳＴＥＰ１３－１Ａ、ＳＴＥＰ１３－１Ｂで「Ｙｅｓ」となるまでＳＴＥＰ１３－１Ｃ、ＳＴＥＰ１３－１Ａを繰り返し行う。次に、ＳＴＥＰ１３－２として、レート計算手段１５が、加工表面の各点での各反応係数に基づいて、軌道算出ステップ（ＳＴＥＰ１３－１）で求めた軌道に沿って加工表面の各点に入射するイオンとラジカルの入射フラックス分布とから、エッチングレート及びデポジションレートを算出する。その際、ＳＴＥＰ１３－１で求まった荷電粒子の軌道と入射分布とから、エッチングプロセスと同様な計算手法により反応の計算を行う。その入射分布は、入力条件に応じてフラックス情報データベース１２を参照するなどしてラジカル種毎にエネルギーと角度がパラメータとして入力される。
　次に、ＳＴＥＰ１３－３として、ＳＴＥＰ１３－２で求まったエッチングレートとデポジションレートとの差分から表面移動量を算出する。そして、ＳＴＥＰ１３－４としてデポジションプロセスが終了するまでＳＴＥＰ１３－１に戻る。
　そして、ボッシュプロセスの条件設定（ＳＴＥＰ１１－２）で設定したサイクル数をエッチングプロセスとデポジションプロセスとの各計算を行うまで、ＳＴＥＰ１２に戻る。
　このようにして、本発明の実施形態では、加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセス条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定ステップと、エッチングプロセスにおける条件に基づいたプラズマエッチングによる表面移動量を計算するエッチングプロセス表面移動量計算ステップと、デポジションプロセスにおける条件に基づいたプラズマデポジションによる表面移動量を計算するデポジションプロセス表面移動量計算ステップと、を備える。エッチングプロセス表面移動量計算ステップとデポジションプロセス表面移動量計算ステップとを条件設定ステップにて設定されたサイクル数を繰り返すことにより形成される形状を求める。よって、ボッシュプロセスにより形成される加工形状を容易に予測することができる。
　このようにボッシュプロセスによる加工形状の予測が可能となるので、これにより、デポジションプロセスにより形成される保護膜を除去するためのエッチングプロセスの条件設定やボッシュプロセスの最適条件の探索を行うことが容易になる。
　図９は、本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置１０を用いて最適条件の探索を行なう場合のフロー図である。
　ＳＴＥＰ２１では、デポジションプロセスで形成した保護膜のうち孔の底部に堆積した膜をエッチングプロセスにより除去するために必要な時間をシミュレーションする。先ず、デポジションプロセスでの保護膜の堆積時間を固定した値として設定しエッチングプロセスの時間の値として複数設定し、その複数設定したエッチングプロセスの時間毎に図７及び図８に示すフローに従ってボッシュプロセスをシミュレーションする（ＳＴＥＰ２１Ａ）。そしてそれらの結果から孔底部の保護膜を除去するのに必要な時間を見積もる（ＳＴＥＰ２１Ｂ）。これにより、一定時間にデポジションプロセスにより堆積した保護膜であって孔底部の領域の保護膜を除去するのに必要な時間を予測することができる。
　次に、ＳＴＥＰ２２においてボッシュプロセスによる最適条件の探索ステップを行う。ボッシュプロセスのうちエッチングプロセスを、孔底部の保護膜を除去するエッチングプロセス（第１エッチングプロセス）と、その後に行われる孔を掘り進めるエッチングプロセス（第２エッチングプロセス）とに分ける。
　第１エッチングプロセスにおける孔底部の保護膜を除去する時間としてＳＴＥＰ２１で求めた時間を設定する（ＳＴＥＰ２２Ａ）。
　次に、第２エッチングプロセスにおけるエッチング時間、ＲＦバイアスパワーをパラメータとして、図７及び図８に示すフローに従ってボッシュプロセスをシミュレーションする（ＳＴＥＰ２２Ｂ）。パラメータの値として複数のものを設定してボッシュプロセスをシミュレーションすることで、最適条件を探索することが可能となる。
　例えば、予測した加工形状、即ち、スキャロップの状況や孔の幅などと加工孔の深さなどから、最適な形状か否かを判断することができる（ＳＴＥＰ２２Ｃ）。
　よって、実際のプラズマ加工装置に対してどのようなプロセス条件を設定すればよいかをシミュレーションにより予測することができる。
　図１０は、本発明の実施形態の変形例を示し、図１の条件設定手段１１において設定されるプロセスのタイムチャートである。図の横軸は時間であり、縦軸は印加されるバイアスパワーである。（Ａ）は、一サイクルに、一つのデポジションプロセスと一つのエッチングプロセスとが、プロセス時間Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ設定され、各サイクルにおいて設定された条件を変えないバージョンである。
　（Ｂ）は、一サイクルに、一つのデポジションプロセスと二つのエッチングプロセスとが、プロセス時間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ２２にそれぞれ設定され、各サイクルにおいて設定された条件を変えないバージョンである。
　（Ｃ）は、一サイクルに、一つのデポジションプロセスと二つのエッチングプロセスとが設定されるものの、（Ｂ）とは異なり、サイクルの順に、デポジションプロセス内の一つのプロセス時間Ｔｃ１１が、サイクル毎に変化してもよいバージョンである。
　また図示しないが、サイクルに応じてデポジションプロセス内でのプロセス数、エッチングプロセス内でのプロセス数がサイクル番号で変化してもよい。
　このように、条件設定手段１１において、プロセスに関する条件の設定については任意にプロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーのうち一以上がパラメータとして設定される。
　以下、実際のシミュレーションの結果について説明する。
　図１１は、本発明の実施形態に係るプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置により予測される孔の断面図で、（Ａ）はエッチングプロセスを一段階で設定した場合の形状予想の結果を示し、（Ｂ）はエッチングプロセスを二段階で設定した場合の形状予測の結果を示す図である。（Ａ）は、図１０（Ａ）に示すタイムチャートで、（Ｂ）は図１０（Ｂ）に示すタイムチャートで、シミュレーションした結果である。（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれにおいてサイクル毎の処理時間が等しいので、同じ深さだけ削られていることが分かる。また、各サイクルでのエッチングに関するプロセス条件、デポジションに関するプロセス条件も（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれにおいて等しいので、サイクル毎の掘られる形状が等しいことが分かる。
　このように、ボッシュプロセスにおける各種パラメータを設定してシミュレートすることが可能となったので、ボッシュプロセスにより形成される孔の形状や寸法を予測することができ、装置条件の最適化のみならず、新たなデバイスの創設に寄与することができる。
　１０：プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置
　１１：条件設定手段
　１２：フラックス情報データベース
　１３：化学反応データベース
　１４：軌道計算手段
　１５：レート計算手段
　１６：表面移動量計算手段
　１７：計算制御手段

Claims (6)

  1. 　加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセス条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定手段と、
    　加工処理対象物の加工表面に照射されるフラックスのエネルギー分布及び／又は照射角度分布に関するデータを格納したフラックス情報データベースと、
    　エッチング及びデポジションの各プロセスにおける化学反応データを格納した化学反応データベースと、
    　加工表面における電荷分布により生じる電界分布を計算し加工表面に入射する荷電粒子の軌道を求める軌道計算手段と、
    　上記軌道計算手段で求まる荷電粒子の軌道に基づいて加工表面に入射する各種イオンを求め、上記フラックス情報データベース及び化学反応データベースに格納されているデータを用いて、加工表面の各領域における反応計算を行い、エッチングレート及びデポジションレートを求めるレート計算手段と、
    　上記レート計算手段で求まるエッチングレートとデポジションレートとの差分から表面移動量を算出する表面移動量計算手段と、
    　上記条件設定手段により設定される加工処理対象物に関する条件及びシミュレーションに関する条件に基づいて、上記条件設定手段により設定されるエッチングプロセスの条件に従って上記表面移動量計算手段による表面移動量の算出と、上記条件設定手段により設定されるデポジションプロセスの条件に従って上記表面移動量計算手段による表面移動量の算出と、を繰り返す計算制御手段と、
    　を備える、プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置。
  2. 　前記条件設定手段は、エッチングプロセス、デポジションプロセスの何れか一方又は双方を構成する複数のプロセスに対してプロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーのうち一以上をパラメータとして設定可能とし、
    　前記計算制御手段が、前記条件設定手段において設定されたパラメータ及びプロセスに関する条件に従って前記表面移動量計算手段を制御することにより、サイクル毎に、上記複数のプロセスの条件の順に表面移動量を算出する、請求項１に記載のプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション装置。
  3. 　加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセス条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定ステップと、
    　エッチングプロセスの条件に基づいたプラズマエッチングによる表面移動量を計算するエッチングプロセス表面移動量計算ステップと、
    　デポジションプロセスの条件に基づいたプラズマデポジションによる表面移動量を計算するデポジションプロセス表面移動量計算ステップと、
    　を備え、
    　上記エッチングプロセス表面移動量計算ステップと上記デポジションプロセス表面移動量計算ステップとを上記条件設定ステップにて設定されたサイクル数で繰り返すことにより形成される形状を求める、プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法。
  4. 　前記条件設定ステップにおいて、エッチングプロセス、デポジションプロセスの何れか一方又は双方を構成する複数のプロセスに対して、プロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーのうち一以上をパラメータとして設定し、
    　前記エッチングプロセス表面移動量計算ステップ、前記デポジションプロセス表面移動量計算ステップの何れか一方又は双方において、前記条件設定ステップにおいて設定されたパラメータ毎に表面移動量を算出する、請求項３に記載のプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーション方法。
  5. 　加工処理対象物に関する条件、エッチングプロセスとデポジションプロセスとを一サイクルとした際のサイクル数を含むプロセス条件及びシミュレーションに関する条件を設定する条件設定ステップと、
    　エッチングプロセスの条件に基づいたプラズマエッチングによる表面移動量を計算するエッチングプロセス表面移動量計算ステップと、
    　デポジションプロセスの条件に基づいたプラズマデポジションによる表面移動量を計算するデポジションプロセス表面移動量計算ステップと、
    　を備え、
    　上記エッチングプロセス表面移動量計算ステップと上記デポジションプロセス表面移動量計算ステップとを上記条件設定ステップにて設定されたサイクル数で繰り返すことにより形成される形状を求める、プラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーションプログラム。
  6. 　前記条件設定ステップにおいて、エッチングプロセス、デポジションプロセスの何れか一方又は双方を構成する複数のプロセスに対して、プロセス時間、ガス種、ガス圧、ガス流量、加工処理対象物の温度及びバイアスパワーのうち一以上をパラメータとして設定し、
    　前記エッチングプロセス表面移動量計算ステップ、前記デポジションプロセス表面移動量計算ステップの何れか一方又は双方において、前記条件設定ステップにおいて設定されたパラメータ毎に表面移動量を算出する、請求項５に記載のプラズマプロセスによる加工形状の予測シミュレーションプログラム。
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