WO2019035283A1 - エッチング方法およびエッチング加工装置 - Google Patents

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    • H10P50/28—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials
    • H10P50/282—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials
    • H10P50/283—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials by chemical means

Definitions

  • the present technology relates to an etching method and etching processing apparatus suitable for atomic layer etching (ALE), for example.
  • ALE atomic layer etching
  • atomic layer etching of a silicon (Si) wafer is performed as follows. First, a halogen-based gas such as chlorine (Cl) is adsorbed on the wafer surface. Then vacuum the excess gas and tap the surface with argon (Ar) ions. This removes one layer of Si on the wafer surface in the form of a reaction product (SiCl).
  • a halogen-based gas such as chlorine (Cl) is adsorbed on the wafer surface.
  • Ar argon
  • etching depth represents the depth of the removed film
  • damage represents the deterioration of the film due to the penetration of ions or the like.
  • etching method In the etching method according to an embodiment of the present technology, at least power, pressure, and gas flow rate are input to the setting unit, and the etching process is performed in the chamber according to the values input to the setting unit.
  • the ion energy distribution function is calculated using the measured value of.
  • the ion energy distribution function is calculated during the etching process, for example, the maximum energy value of the ion energy distribution function is extracted.
  • a setting unit to which at least a power, a pressure, and a gas flow rate are input, a chamber to which an etching process is performed according to a value input to the setting unit, and etching
  • a processing unit that calculates an ion energy distribution function using measured values during processing.
  • a processing unit that calculates the ion energy distribution function in the etching process is provided, so that, for example, the maximum energy value of the ion energy distribution function is extracted.
  • the ion energy distribution function is calculated at the time of the etching process. Therefore, according to the maximum energy value of the extracted ion energy distribution function The processing conditions of etching can be adjusted. Therefore, it is possible to control the etching depth and the damage on the wafer with high accuracy.
  • FIG. (A) to (D) are diagrams for sequentially explaining a process of atomic layer etching. It is a figure showing the relation between self bias voltage and ion energy. It is a block diagram showing composition of an important section of an etching processing device concerning a modification. It is a flowchart showing the operation
  • Embodiment Etching apparatus having a processing unit that calculates an ion energy distribution function Modification Example of calculating ion energy distribution function using simulation
  • FIG. 1 shows the configuration of the main part of an etching apparatus (etching apparatus 1) according to an embodiment of the present technology.
  • the etching processing apparatus 1 is for performing, for example, atomic layer etching, and includes a setting unit 11, a chamber 12, an analysis unit 13, a processing unit 14, a display unit 15, and a control unit 16.
  • a setting unit 11 a chamber 12, an analysis unit 13, a processing unit 14, a display unit 15, and a control unit 16.
  • a control unit 16 In the chamber 12, opposing upper and lower electrodes are provided, and a wafer to be etched is disposed on the lower electrode. When a voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode, the gas between them becomes plasma and the wafer surface is etched.
  • the setting unit 11 is for setting processing conditions of etching performed in the chamber 12.
  • a so-called process recipe is input to the setting unit 11.
  • the setting unit 11 receives, for example, normal process recipes such as the power amount of each of the upper electrode and the lower electrode, the pressure in the chamber 12, the flow rate of the gas supplied into the chamber 12, the temperature in the chamber 12, and the processing time. Be done.
  • the setting unit 11 is configured to receive a maximum energy value E SV of an ion energy function that enables atomic level etching.
  • the maximum energy value E SV of the ion energy function input to the setting unit 11 is adjusted in accordance with the object to be etched, the state in the chamber 12, and the like.
  • the maximum energy value E SV of the ion energy function is set to 20 eV or less.
  • the absence of oxygen means not only the absence of oxygen due to gas introduction but also the release of oxygen from each component in the chamber 12.
  • the maximum energy value E SV of the ion energy function is set to 20 eV or more.
  • the maximum energy value E SV of the ion energy function is set to 40 eV or less.
  • the etching gas contains fluorinated hydrocarbon (CF or CHF)
  • the etching process is performed according to the conditions input to the setting unit 11.
  • the etching target is, for example, silicon (Si) or silicon oxide (SiO 2 ).
  • the chamber 12 is provided with a heater for controlling, for example, the temperature of the wall in the chamber 12 and the temperature of a mechanism (electrostatic chuck) for adsorbing the wafer to the stage.
  • the chamber 12 is provided with a gas supply port and an exhaust port, and a halogen-based etching gas containing, for example, fluorine (F) or chlorine (Cl) is supplied.
  • the gas supplied into the chamber 12 contains two or more types of noble gases.
  • the noble gas may be included in the process recipe or may be added separately from the process recipe. When adding separately from the process recipe, for example, the noble gas is made to be 5% or less.
  • the two or more types of noble gases are selected from, for example, helium (He), neon (Ne), argon (Ar), xenon (Xe) and krypton (Kr).
  • the electron temperature distribution (EEDF: Electron Energy Distribution Function) of the plasma can be more accurately determined from the light emission intensity ratio of the two or more types of noble gases. It can be calculated.
  • optical emission spectroscopy (OES) in the chamber 12 is performed.
  • the resolution of emission spectral analysis is preferably 0.1 nm or less.
  • the analysis result of the emission spectral analysis is used when the processing unit 14 calculates the ion energy distribution function.
  • FIG. 2 shows an example of the result of emission spectral analysis in the analysis unit 13.
  • the analysis unit 13 for example, the emission intensity of each of two or more different wavelengths of light and the emission intensity of each of two or more types of rare gases supplied to the chamber 12 are measured.
  • the ion energy distribution function is calculated from the state in the chamber 12. Specifically, the power amounts of the upper electrode and the lower electrode, the pressure in the chamber 12, the flow rate of the gas supplied into the chamber 12, the measured value (measured value) of the temperature in the chamber 12, and the analysis value of the analysis unit 13 And the ion energy distribution function is calculated using, for example, Monte Carlo simulation.
  • the processing unit 14 that calculates the ion energy distribution function is provided, it is possible to perform feedback according to the maximum energy value (energy value E MAX described later) of the ion energy distribution function. Although details will be described later, this makes it possible to control the etching depth and the damage on the wafer with high precision.
  • the calculation of the ion energy distribution function ⁇ by Monte Carlo simulation in the processing unit 14 is performed, for example, according to the following equations (1) to (6) (for example, K. Denpoh et al., Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) 5533 and D. Vender and RWBoswell, IEEE Trans. Plasma Sci. 18 (1990) 725).
  • the peak-to-peak voltage Vpp in the chamber 12 is measured, and the RF amplitude V RF of the equations (1) and (2) is determined from the measured value of the peak-to-peak voltage Vpp using the following equation (7)
  • You may A calibration curve (Vdc ⁇ ⁇ Vpp + ⁇ , where ⁇ and ⁇ are constants) of peak-to-peak voltage Vpp and self-bias voltage Vdc is prepared in advance, and using this calibration curve, peak-to-peak voltage Vpp
  • the self bias voltage Vdc obtained from the measured value may be used in the equations (2) and (5).
  • the self bias voltage Vdc in the chamber 12 may be measured, and the measured value of the self bias voltage Vdc may be used in the equations (2) and (5).
  • the plasma potential Vpl of the equations (2) and (5), the electron temperature Te of the equations (4) and (6), and the electron density Ne of the equation (6) are obtained, for example, from the analysis results of emission spectroscopy in the analysis unit 13 It is calculated.
  • the electron temperature Te can be calculated using the emission intensity ratio of light of two or more different wavelengths (see, for example, H. Akatsuka et al., Proc. Of 2015 International Symposium on Dry Process, P 95). .
  • an electron temperature distribution may be used.
  • the electron temperature distribution is calculated from the emission intensity ratio of two or more types of noble gases supplied to the chamber 12 by Maxwell distribution or Bi-Maxwell distribution.
  • FIG. 3A shows an example of the electron temperature distribution calculated by Maxwell distribution
  • FIG. 3B shows an example of the electron temperature distribution calculated by Bi-Maxwell distribution.
  • the electron temperature distribution calculated by such Maxwell distribution or Bi-Maxwell distribution is used for calculation of the ion energy distribution function and displayed on the display unit 15, for example.
  • the display unit 15 is configured of, for example, a display.
  • the electron density Ne can be calculated using the emission intensity ratio of light of two or more different wavelengths (for example, H. Akatsuka et al., Proc. Of 2015 International Symposium on Dry Process, P 95).
  • the plasma potential Vpl can be determined using the following equation (8).
  • the value of the coefficient k changes in the range of, for example, about 3 to 7 depending on the ion species. For example, when using argon (Ar) ions, the coefficient k is about 5, and when using hydrogen (H), the coefficient k is about 3.3.
  • the thickness of these films is preferably measured by using a method such as ellipsometry.
  • the energy loss caused by these films is taken into consideration in the processing unit 14.
  • FIG. 4 shows an example of the ion energy distribution function calculated by the processing unit 14.
  • the horizontal axis represents energy
  • the vertical axis represents the number of ions.
  • Such an energy distribution function is displayed on the display unit 15 in real time.
  • the processing unit 14 extracts the maximum energy value E MAX from the calculated ion energy distribution function, displays it on the display unit 15, and transmits information on the maximum energy value E MAX to the control unit 16.
  • the maximum energy value E MAX often overlaps with the position of the peak as shown in FIG. 4, the position of the highest energy (for example, the right end of the horizontal axis in FIG. 4) even if the peak is not detected ) Should be extracted.
  • the case where the peak is not detected is, for example, the case where the pressure is high.
  • the processing unit 14 may calculate the entire area (integral value) of the ion energy distribution function and transmit this to the control unit 16 together with the maximum energy value E MAX .
  • the electron density Ne may be predicted from the entire area of the ion energy distribution function.
  • the display unit 15 may display the electron density Ne, the molecular weight mi, the RF amplitude VRF, and the like. Based on the result calculated by the processing unit 14, the etching depth and the damage depth of the object may be confirmed on the display unit 15.
  • the display unit 15 is configured to display the distribution of the penetration depth of ions (damage), the projected range (peak depth of damage), and the deepest distance of the ions.
  • FIG. 5A and 5B are image diagrams of the distribution of the penetration depth of ions displayed on the display unit 15.
  • FIG. For example, by previously inputting the type of the etching object to the setting unit 11, it is possible to confirm the etching depth of the object on the display unit 15 in this manner.
  • the control unit 16 compares the maximum energy value E MAX extracted by the processing unit 14 with the maximum energy value E SV input to the setting unit 11.
  • the deviation between the energy value E MAX and the energy value E SV may be displayed on the display unit 15.
  • the control unit 16 sends a signal to the setting unit 11 so that the maximum energy value E MAX calculated based on the state in the chamber 12 approaches the maximum energy value E SV input to the setting unit 11.
  • a bias power (Bias Power) in which the energy value E MAX is within ⁇ 10% of the energy value E SV is calculated, and the power amount of the upper electrode and the lower electrode for realizing this bias power
  • the amount of electric power is sent to the setting unit 11.
  • the amount of power of either one of the upper electrode and the lower electrode may be changed, or both of the amounts of power may be changed.
  • the energy value E MAX is within ⁇ 10% of the energy value E SV , each value of the setting unit 11 is maintained as it is.
  • the control unit 16 calculates source power for realizing this, and sends it to the setting unit 11.
  • the total area of the ion energy distribution function is proportional to the current density (mA / cm 2 ), the ion flux (ion number / cm 2 / s) of the ions irradiated onto the wafer, and the electron density Ne in the plasma. Therefore, instead of the entire area of the ion energy distribution function, current density (mA / cm 2 ), ion flux (ion number / cm 2 / s) and electron density Ne may be input.
  • FIG. 6 shows the flow of the etching process of such an etching apparatus 1.
  • a general process recipe and the maximum energy value E SV of the ion energy function are input to the setting unit 11 (step S101).
  • the etching process is started in the chamber 12 under the condition input to the setting unit 11 (step S102).
  • the etching gas contains fluorinated hydrocarbon (CF or CHF)
  • each value in the chamber 12 is measured (step S103). Specifically, peak-to-peak voltage Vpp or the like is measured.
  • the emission spectroscopic analysis in the chamber 12 is performed in the analysis unit 13 (step S104).
  • the measured values such as the peak-to-peak voltage Vpp and the analysis values of the analysis unit 13 are sent to the processing unit 14, and the processing unit 14 calculates an ion energy distribution function (step S105).
  • the processing unit 14 extracts the maximum energy value E MAX from the ion energy distribution function.
  • the ion energy distribution function and the maximum energy value E MAX are displayed on the display unit 15.
  • the control unit 16 compares the energy value E SV input to the setting unit 11 with the energy value E MAX (step S106), and detects a deviation between them. This deviation is displayed on the display unit 15. The control unit 16 performs feedback to reduce this deviation. For example, the control unit 16 calculates a bias power (Bias Power) for bringing the energy value E MAX close to the energy value E SV , and sends this information to the setting unit 11.
  • the setting unit 11 adjusts, for example, the amount of power of the upper electrode and the lower electrode based on the information from the control unit 16 (step S107).
  • step S105 After adjusting each value of setting unit 11, measurement for detecting the state in chamber 12 is performed again (steps S103 and S104), calculation of ion energy distribution function (step S105), energy value E MAX and energy value E The comparison with the SV (step S106) and the feedback to the setting unit 11 (step S107) are repeated until the etching process is stopped (step S108).
  • the etching processing apparatus 1 of the present embodiment since the ion energy distribution function is calculated in the processing unit 14 during the etching process in the chamber 12, the maximum energy value E MAX of the ion energy distribution function is extracted. Thus, the etching processing apparatus 1 can control the etching depth and the damage on the wafer with high accuracy. This will be described below.
  • FIG. 7 shows each step of atomic layer etching.
  • a halogen-based gas such as chlorine (Cl)
  • Cl chlorine
  • FIG. 7A the surface of the silicon wafer is struck with argon (Ar) ions
  • FIG. 7B argon ions
  • one atomic layer is removed in the form of a reaction product (SiCl)
  • FIG. 7 (D) the removal of the silicon layer is one. There is a risk that the underlying silicon layer may be scraped off without stopping for a minute (FIG. 7 (D)).
  • a method may be considered in which a self-bias voltage Vdc is determined from a peak-to-peak voltage Vpp using a calibration curve to control the self-bias voltage Vdc.
  • ions have high energy above the voltage (center voltage) determined by the self-bias voltage Vdc. Therefore, even if the self bias voltage Vdc is controlled, the ion energy can not be controlled. That is, the etching depth and the damage on the wafer can not be controlled.
  • the ion energy distribution function based on the state of the chamber 12 is calculated in the processing unit 14 and the maximum energy value E MAX is extracted.
  • the etching processing conditions each value of the setting unit 11
  • the etching processing conditions can be adjusted so that the energy value E MAX approaches the desired energy value E SV input to the setting unit 11. Therefore, atomic level etching can be performed without removing the underlying layer.
  • the etching processing conditions are adjusted according to the maximum energy value E MAX of the extracted ion energy distribution function. can do. Therefore, it is possible to control the etching depth and the damage on the wafer with high accuracy.
  • the etching state can be easily monitored.
  • FIG. 9 shows the configuration of the main parts of an etching apparatus (etching apparatus 1A) according to a modification of the above embodiment.
  • the analysis unit analysis unit 13 in FIG. 1
  • the processing unit (processing unit 14A) of the etching processing apparatus 1A performs more sophisticated calculation processing than the processing unit 14 of the etching processing apparatus 1. Except for this point, the etching processing apparatus 1A has the same configuration as the etching processing apparatus 1, and the operation and effect thereof are also the same.
  • FIG. 10 shows the operation of the etching apparatus 1A.
  • the ion energy distribution function is calculated from the measured values in the chamber 12 (step S103) such as the peak-to-peak voltage Vpp and the calculated values of the simulation in the processing unit 14A. There is. That is, the parameters necessary for the calculation of the energy distribution function are calculated using the simulation in the processing unit 14A.
  • the ion energy distribution function may be calculated by using simulation instead of emission spectral analysis.
  • the present technology has been described above by the embodiment. However, the present technology is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made.
  • the components of the etching processing apparatus 1 and 1A illustrated in the above-described embodiment and the like are merely examples, and may further include other components.
  • the etching method according to (3) wherein the measurement value includes an electron temperature Te or an electron temperature distribution EEDF, and an electron density Ne.
  • the etching method according to (4) wherein the electron temperature Te or the electron temperature distribution EEDF and the electron density Ne are measured by performing an emission spectral analysis during the etching process.
  • (6) Adding a noble gas into the chamber;
  • the etching method according to (3), wherein the ion energy distribution function is calculated from the measured value and a calculated value obtained by simulation. (8) The calculated ion energy distribution function is displayed in real time.
  • the etching process is atomic layer etching.
  • the etching processing apparatus has a control unit, The value of the setting unit is adjusted by the control unit such that the calculated maximum energy value of the ion energy distribution function approaches the maximum energy value of the ion energy distribution function input in advance.
  • Etching processing equipment Furthermore, it has an analysis part which performs emission spectrum analysis at the time of the etching process, The etching processing apparatus according to (11) or (12), wherein the analysis value analyzed by the analysis unit is input to the processing unit together with the measurement value. (14) Furthermore, it has a display part which displays the said calculated ion energy distribution function in real time, The etching processing apparatus as described in any one of said (11) thru

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Abstract

設定部に、少なくとも電力、圧力およびガス流量を入力し、前記設定部に入力された値に応じてチャンバ内でエッチング処理を行い、前記エッチング処理の際の測定値を用いてイオンエネルギー分布関数を計算するエッチング方法。

Description

エッチング方法およびエッチング加工装置
　本技術は、例えば原子層エッチング（ＡＬＥ：Atomic Layer Etching）に好適なエッチング方法およびエッチング加工装置に関する。
　半導体デバイスの微細化に伴い、例えば、原子層エッチング技術などの、より高精度な加工技術が必要とされている（例えば、特許文献１参照）。
　例えばシリコン（Ｓｉ）ウェハの原子層エッチングは、以下のようにして行う。まず、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン系のガスを、ウェハ表面に吸着させる。次いで、余分なガスを真空引きした後、アルゴン（Ａｒ）イオンで表面をたたく。これにより、反応生成物（ＳｉＣｌ）の形でウェハ表面の一層分のＳｉが除去される。
特表２００２－５２７８８７号公報
　このような原子層エッチングなどのエッチング方法では、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを高精度に制御することが望まれている。ここで、「エッチング深さ」は、除去された膜の深さを表し、「ダメージ」はイオン浸入等に起因した膜の変質を表す。
　したがって、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを高精度に制御することが可能なエッチング方法およびエッチング加工装置を提供することが望ましい。
　本技術の一実施の形態に係るエッチング方法は、設定部に、少なくとも電力、圧力およびガス流量を入力し、設定部に入力された値に応じてチャンバ内でエッチング処理を行い、エッチング処理の際の測定値を用いてイオンエネルギー分布関数を計算するものである。
　本技術の一実施の形態に係るエッチング方法では、エッチング処理の際にイオンエネルギー分布関数が計算されるので、例えばイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値が抽出される。
　本技術の一実施の形態に係るエッチング加工装置は、少なくとも電力、圧力およびガス流量が入力される設定部と、設定部に入力された値に応じて、エッチング処理が施されるチャンバと、エッチング処理の際の測定値を用いてイオンエネルギー分布関数を計算する処理部とを備えたものである。
　本技術の一実施の形態に係るエッチング加工装置では、エッチング処理の際のイオンエネルギー分布関数を計算する処理部が設けられているので、例えばイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値が抽出される。
　本技術の一実施の形態に係るエッチング方法およびエッチング加工装置によれば、エッチング処理の際にイオンエネルギー分布関数を計算するようにしたので、抽出されたイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値に応じてエッチングの処理条件を調整することができる。よって、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを高精度に制御することが可能となる。
　尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
本技術の一実施の形態に係るエッチング加工装置の要部の構成を表すブロック図である。 図１に示した分析部の解析結果の一例を表す図である。 図１に示した表示部に表示される電子温度分布の一例を表す図である。 図１に示した表示部に表示される電子温度分布の他の例を表す図である。 図１に示した表示部に表示されるイオンエネルギー分布の一例を表す図である。 図１に示した表示部に表示されるイオンの浸入深さの分布の一例を表す図である。 図１に示した表示部に表示されるイオンの浸入深さの分布の他の例を表す図である。 図１に示したエッチング加工装置の動作を表す流れ図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、原子層エッチングの工程を順に説明するための図である。 自己バイアス電圧とイオンエネルギーとの関係を表す図である。 変形例に係るエッチング加工装置の要部の構成を表すブロック図である。 図９に示したエッチング加工装置の動作を表す流れ図である。
　以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　　１．実施の形態
　　　　イオンエネルギー分布関数を計算する処理部を有するエッチング加工装置
　　２．変形例
　　　　シミュレーションを用いてイオンエネルギー分布関数を計算する例
　〈実施の形態〉
　[構成]
　図１は、本技術の一実施の形態に係るエッチング加工装置（エッチング加工装置１）の要部の構成を表している。エッチング加工装置１は、例えば原子層エッチングを行うためのものであり、設定部１１、チャンバ１２、分析部１３、処理部１４、表示部１５および制御部１６を有している。チャンバ１２内には、対向する上部電極および下部電極が設けられており、下部電極の上にエッチング対象となるウェハが配置される。上部電極および下部電極に電圧が印加されると、これらの間のガスがプラズマ化し、ウェハ表面がエッチングされるようになっている。
　設定部１１は、チャンバ１２内で行われるエッチングの処理条件を設定するためのものである。この設定部１１に、いわゆるプロセスレシピが入力されるようになっている。設定部１１には、例えば、上部電極および下部電極各々の電力量、チャンバ１２内の圧力、チャンバ１２内に供給されるガス流量、チャンバ１２内の温度および処理時間などの通常のプロセスレシピが入力される。設定部１１には、このような通常のプロセスレシピに加えて、原子レベルのエッチングが可能となるイオンエネルギー関数の最大エネルギー値ＥSVが入力されるようになっている。この設定部１１に入力されるイオンエネルギー関数の最大エネルギー値ＥSVは、エッチング対象物およびチャンバ１２内の状態等に応じて調整される。
　例えば、エッチング対象物がシリコン（Ｓｉ）であり、かつ、プラズマ中に酸素が存在しないとき、イオンエネルギー関数の最大エネルギー値ＥSVを、２０ｅＶ以下に設定する。ここで酸素が存在しないとは、ガス導入による酸素が存在しないだけでなく、チャンバ１２内の各部品からの酸素放出もないことをいう。エッチング対象物がシリコン（Ｓｉ）であり、かつ、プラズマ中に酸素が存在するときは、イオンエネルギー関数の最大エネルギー値ＥSVを、２０ｅＶ以上に設定する。
　例えば、エッチング対象物が酸化シリコン（ＳｉＯ2）であるとき、イオンエネルギー関数の最大エネルギー値ＥSVを、４０ｅＶ以下に設定する。エッチングガスが、フッ素化炭化水素（ＣＦまたはＣＨＦ）を含む場合には、ＣＦ膜またはＣＨＦ膜に起因したエネルギー損失を考慮してイオンエネルギー関数の最大エネルギー値ＥSVを設定することが好ましい。
　チャンバ１２では、設定部１１に入力された条件に応じてエッチング処理が行われる。エッチング対象物は、例えばシリコン（Ｓｉ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2）等である。チャンバ１２には、例えばチャンバ１２内の壁の温度およびウェハをステージに吸着する機構（静電チャック）の温度を制御するためのヒータが設けられている。このチャンバ１２には、ガスの供給口および排気口が設けられ、例えば、フッ素（Ｆ）または塩素（Ｃｌ）等を含むハロゲン系のエッチングガスが供給されるようになっている。
　チャンバ１２内に供給されるガスには、２種類以上の希ガスが含まれていることが好ましい。この希ガスは、プロセスレシピに含まれていてもよく、プロセスレシピとは別に添加してもよい。プロセスレシピとは別に添加するときには、例えば希ガスが５％以下となるようにする。２種類以上の希ガスは、例えば、ヘリウム（Ｈｅ），ネオン（Ｎｅ），アルゴン（Ａｒ），キセノン（Ｘｅ）およびクリプトン（Ｋｒ）から選択されている。チャンバ１２内に２種類以上の希ガスを供給することにより、後述するように、２種類以上の希ガスの発光強度比から、より正確にプラズマの電子温度分布（ＥＥＤＦ：Electron Energy Distribution Function）を算出することができる。
　分析部１３では、チャンバ１２内の発光分光分析（ＯＥＳ：Optical Emission Spectroscopy）がなされるようになっている。発光分光分析の分解能は、０．１ｎｍ以下であることが好ましい。この発光分光分析の解析結果は、処理部１４でイオンエネルギー分布関数を計算する際に用いられる。
　図２は、分析部１３での発光分光分析の結果の一例を表している。分析部１３では、例えば、２以上の互いに異なる波長の光各々の発光強度、およびチャンバ１２に供給された２種類以上の希ガス各々の発光強度が測定される。
　処理部１４では、チャンバ１２内の状態から、イオンエネルギー分布関数が計算される。具体的には、上部電極および下部電極各々の電力量、チャンバ１２内の圧力、チャンバ１２内に供給されるガス流量、チャンバ１２内の温度の測定値（実測値）と分析部１３の解析値とから、例えば、モンテカルロシミュレーションを用いて、イオンエネルギー分布関数が計算される。本実施の形態では、イオンエネルギー分布関数を計算する処理部１４が設けられているので、イオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値（後述のエネルギー値ＥMAX）に応じたフィードバックを行うことができる。詳細は後述するが、これにより、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを高精度に制御することができる。
　処理部１４でのモンテカルロシミュレーションによるイオンエネルギー分布関数Δεの計算は、例えば以下の式（１）～（６）により行われる（例えば、K.Denpoh et al., Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) 5533およびD.Vender and R.W.Boswell, IEEE Trans. Plasma Sci. 18 (1990) 725参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　例えば、チャンバ１２内のピークトゥピーク電圧Ｖｐｐを測定し、このピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの測定値から以下の式（７）を用いて式（１），（２）のＲＦ振幅ＶRFを求めるようにしてもよい。ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐと自己バイアス電圧Ｖｄｃとの校正曲線（Ｖｄｃ＝α×Ｖｐｐ+β、αおよびβは定数）を事前に作成しておき、この校正曲線を用いて、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの測定値から求めた自己バイアス電圧Ｖｄｃを式（２），（５）に用いるようにしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　あるいは、チャンバ１２内の自己バイアス電圧Ｖｄｃを測定し、この自己バイアス電圧Ｖｄｃの測定値を式（２），（５）に用いるようにしてもよい。上記と同様に、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐと自己バイアス電圧Ｖｄｃとの校正曲線（Ｖｄｃ＝α×Ｖｐｐ+β、αおよびβは定数）を事前に作成しておき、この校正曲線を用いて、自己バイアス電圧Ｖｄｃの測定値からピークトゥピーク電圧Ｖｐｐを算出するようにしてもよい。この算出されたピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの値と式（７）とから式（１），（２）のＲＦ振幅ＶRFが求められる。
　式（２），（５）のプラズマポテンシャルＶｐｌ、式（４），（６）の電子温度Ｔｅおよび式（６）の電子密度Ｎｅは、例えば、分析部１３での発光分光分析の解析結果から算出されるようになっている。
　例えば、電子温度Ｔｅは、２以上の互いに異なる波長の光の発光強度比を用いて算出することができる（例えば、H.Akatsuka et al., Proc. Of 2015 International Symposium on Dry Process, P95参照）。
　電子温度Ｔｅに代えて、電子温度分布を用いるようにしてもよい。電子温度分布は、チャンバ１２に供給された２種類以上の希ガスの発光強度比から、Ｍａｘｗｅｌｌ分布またはＢｉ－Ｍａｘｗｅｌｌ分布により算出される。
　図３Ａは、Ｍａｘｗｅｌｌ分布により算出された電子温度分布の一例を表し，図３Ｂは、Ｂｉ－Ｍａｘｗｅｌｌ分布により算出された電子温度分布の一例を表している。このようなＭａｘｗｅｌｌ分布またはＢｉ－Ｍａｘｗｅｌｌ分布により算出された電子温度分布は、イオンエネルギー分布関数の計算に用いられるとともに、例えば、表示部１５に表示される。表示部１５は、例えばディスプレイにより構成されている。
　電子密度Ｎｅは、２以上の互いに異なる波長の光の発光強度比を用いて算出することができる（例えば、H.Akatsuka et al., Proc. Of 2015 International Symposium on Dry Process, P95）。
　プラズマポテンシャルＶｐｌは、以下の式（８）を用いて求めることができる。式（８）中、係数ｋの値はイオン種により、例えば３～７程度の範囲で変化する。例えばアルゴン（Ａｒ）イオンを用いるとき、係数ｋは約５であり、水素（Ｈ）を用いるとき係数ｋは約３．３である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　例えば、チャンバ１２内にＣＦ膜またはＣＨＦ膜が生成する場合には、これらの膜の厚みは、エリプソメトリ等の方法を用いることにより、測定することが好ましい。これらの膜に起因したエネルギー損失は、処理部１４で考慮される。
　図４は、処理部１４で計算されたイオンエネルギー分布関数の一例を表している。この図では、横軸がエネルギー、縦軸がイオン数をそれぞれ表している。このようなエネルギー分布関数は、リアルタイムで表示部１５に表示される。処理部１４は、計算したイオンエネルギー分布関数から最大エネルギー値ＥMAXを抽出して、表示部１５に表示するとともに、この最大エネルギー値ＥMAXに関する情報を制御部１６に伝達する。最大エネルギー値ＥMAXは、図４に示したように、ピークの位置と重なることが多いが、ピークが検出されない場合であっても、最も高いエネルギーの位置（例えば、図４の横軸の右端）を抽出すればよい。ピークが検出されない場合とは、例えば、圧力が高い場合などである。
　処理部１４で、イオンエネルギー分布関数の全体の面積（積分値）を算出し、これを最大のエネルギー値ＥMAXとともに、制御部１６に伝達するようにしてもよい。イオンエネルギー分布関数の全体の面積から電子密度Ｎｅを予測するようにしてもよい。
　表示部１５には、電子密度Ｎｅ、分子重さｍｉおよびＲＦ振幅ＶRF等が表示されるようになっていてもよい。処理部１４で計算された結果に基づき、表示部１５で対象物のエッチング深さおよびダメージの深さが確認できるようになっていてもよい。例えば、表示部１５に、イオン（ダメージ）の浸入深さの分布、投影飛程（ダメージのピーク深さ）およびイオンの最深距離が表示されるように構成されている。
　図５Ａ，図５Ｂは、表示部１５に表示されるイオンの浸入深さの分布のイメージ図である。例えば、エッチング対象物の種類を予め設定部１１に入力しておくことにより、このように対象物のエッチング深さを表示部１５で確認することが可能となる。
　制御部１６では、処理部１４で抽出された最大エネルギー値ＥMAXと、設定部１１に入力された最大エネルギー値ＥSVとが比較される。エネルギー値ＥMAXとエネルギー値ＥSVとのずれを表示部１５に表示するようにしてもよい。制御部１６は、チャンバ１２内の状態に基づいて計算された最大エネルギー値ＥMAXが、設定部１１に入力された最大エネルギー値ＥSVに近づくように、設定部１１に信号を送る。具体的には、エネルギー値ＥMAXが、エネルギー値ＥSVの±１０％の範囲内となるバイアスパワー（Bias Power）が算出され、このバイアスパワーを実現するための上部電極の電力量および下部電極の電力量が、設定部１１に送られるようになっている。設定部１１では、上部電極および下部電極のどちらか一方の電力量が変更されてもよく、両方の電力量が変更されてもよい。エネルギー値ＥMAXが、エネルギー値ＥSVの±１０％の範囲内にある場合には、設定部１１の各値がそのまま維持される。
　設定部１１に予め、イオンエネルギー分布関数の全体の面積（積分値）を入力しておき、処理部１４で算出されたイオンエネルギー分布関数の全体の面積が、この設定値に近づくようにしてもよい。制御部１６では、これを実現するためのソースパワー（Source Power）が算出されて、設定部１１に送られる。イオンエネルギー分布関数の全体の面積は、ウェハ上に照射されるイオンの電流密度（ｍＡ/ｃｍ2）、イオンフラックス（イオン個数/ｃｍ2/ｓ）およびプラズマ中の電子密度Ｎｅに比例する。このため、イオンエネルギー分布関数の全体の面積に代えて、電流密度（ｍＡ/ｃｍ2）、イオンフラックス（イオン個数/ｃｍ2/ｓ）および電子密度Ｎｅを入力するようにしてもよい。
　[動作]
　図６は、このようなエッチング加工装置１のエッチング処理の流れを表している。
　まず、設定部１１に一般的なプロセスレシピおよびイオンエネルギー関数の最大エネルギー値ＥSVを入力する（ステップＳ１０１）。次に、この設定部１１に入力された条件下、チャンバ１２内でエッチング処理を開始する（ステップＳ１０２）。エッチングガスが、フッ素化炭化水素（ＣＦまたはＣＨＦ）を含む場合には、ウェハ１枚を処理する毎に、少なくとも酸素を含むガスを用いて、チャンバ１２内のプラズマクリーニングを行うことが好ましい。
　エッチング処理開始後、チャンバ１２内の各値を測定する（ステップＳ１０３）。具体的には、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ等を測定する。このステップＳ１０３ととともに、分析部１３でチャンバ１２内の発光分光分析を行う（ステップＳ１０４）。
　ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ等の測定値および分析部１３の解析値は、処理部１４へ送られ、処理部１４でイオンエネルギー分布関数の計算が行われる（ステップＳ１０５）。処理部１４では、このイオンエネルギー分布関数から最大エネルギー値ＥMAXを抽出する。イオンエネルギー分布関数および最大エネルギー値ＥMAXは、表示部１５に表示される。
　最大エネルギー値ＥMAXが抽出された後、制御部１６は、設定部１１に入力されたエネルギー値ＥSVと、エネルギー値ＥMAXとを比較し（ステップＳ１０６）、これらのずれを検出する。このずれは、表示部１５に表示される。制御部１６は、このずれを小さくするためのフィードバックを行う。例えば、制御部１６は、エネルギー値ＥMAXをエネルギー値ＥSVに近づけるためのバイアスパワー（Bias Power）を算出し、この情報を設定部１１に送る。設定部１１では、制御部１６からの情報に基づいて、例えば、上部電極および下部電極の電力量等が調整される（ステップＳ１０７）。設定部１１の各値を調整後、再びチャンバ１２内の状態を検出するための測定がなされ（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）、イオンエネルギー分布関数の計算（ステップＳ１０５）、エネルギー値ＥMAXとエネルギー値ＥSVとの比較（ステップＳ１０６）および設定部１１へのフィードバック（ステップＳ１０７）が、エッチング処理停止（ステップＳ１０８）時まで繰り返される。
　[作用・効果]
　本実施の形態のエッチング加工装置１では、チャンバ１２でのエッチング処理の際に、処理部１４でイオンエネルギー分布関数を計算するので、イオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値ＥMAXが抽出される。これにより、エッチング加工装置１では、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを高精度に制御することが可能となる。以下、これについて説明する。
　図７は、原子層エッチングの各工程を表している。例えば、シリコン（Ｓｉ）ウェハ表面に塩素（Ｃｌ）等のハロゲン系のガスを吸着させた後（図７（Ａ））、アルゴン（Ａｒ）イオンで、シリコンウェハ表面をたたく（図７（Ｂ）。これにより、反応生成物（ＳｉＣｌ）の形で、１層分の原子層が除去される（図７（Ｃ））。しかし、イオンエネルギーを調整しない場合には、シリコン層の除去が１層分で停止せずに、下地のシリコン層も削れてしまうおそれがある（図７（Ｄ））。
　イオンエネルギーを計算せずに、他のパラメータのみで、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを予測する方法も考え得る。例えば、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐから校正曲線を用いて自己バイアス電圧Ｖｄｃを求め、この自己バイアス電圧Ｖｄｃを制御する方法が考えられる。
　しかし、図８に示したように、自己バイアス電圧Ｖｄｃにより決まる電圧（中心の電圧）以上に、イオンは高いエネルギーを持つことになる。したがって、自己バイアス電圧Ｖｄｃを制御しても、イオンエネルギーを制御することはできない。即ち、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを制御することできない。
　これに対し、本実施の形態では、処理部１４でチャンバ１２の状態に基づくイオンエネルギー分布関数が計算され、最大エネルギー値ＥMAXが抽出される。これにより、このエネルギー値ＥMAXを、設定部１１に入力した所望のエネルギー値ＥSVに近づけるように、エッチング処理条件（設定部１１の各値）を調整することができる。したがって、下地層を削ることなく、原子レベルのエッチングを行うことができる。
　以上説明したように、本実施の形態では、処理部１４でイオンエネルギー分布関数を計算するようにしたので、抽出されたイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値ＥMAXに応じてエッチングの処理条件を調整することができる。よって、エッチング深さおよびウェハ上のダメージを高精度に制御することが可能となる。
　また、計算されたイオンエネルギー分布関数は、表示部１５にリアルタイムで表示されるので、エッチング状況を容易にモニタリングすることができる。
　以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
〔変形例〕
　図９は、上記実施の形態の変形例に係るエッチング加工装置（エッチング加工装置１Ａ）の要部の構成を表している。このエッチング加工装置１Ａには、分析部（図１の分析部１３）が設けられていない。エッチング加工装置１Ａの処理部（処理部１４Ａ）では、エッチング加工装置１の処理部１４に比べて、より高度な計算処理を行われる。この点を除き、エッチング加工装置１Ａは、エッチング加工装置１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
　図１０は、エッチング加工装置１Ａの動作を表している。このエッチング加工装置１Ａでは、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ等のチャンバ１２内の測定値（ステップＳ１０３）と、処理部１４Ａでのシミュレーションの算出値とから、イオンエネルギー分布関数が計算されるようになっている。即ち、エネルギー分布関数の計算に必要なパラメータが、処理部１４Ａでのシミュレーションを用いて算出される。
　このように、発光分光分析に代えて、シミュレーションを用いることによりイオンエネルギー分布関数を計算するようにしてもよい。
　以上、実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態等において例示したエッチング加工装置１，１Ａの構成要素は、あくまで一例であり、他の構成要素を更に備えていてもよい。
　また、上記実施の形態等では、エッチング加工装置１，１Ａが原子層エッチングを行う場合を例に挙げて説明したが、本技術は他のドライエッチング技術にも適用できる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
　なお、本技術は、以下のような構成も可能である。
（１）
　設定部に、少なくとも電力、圧力およびガス流量を入力し、
　前記設定部に入力された値に応じてチャンバ内でエッチング処理を行い、
　前記エッチング処理の際の測定値を用いてイオンエネルギー分布関数を計算する
　エッチング方法。
（２）
　更に、前記計算したイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値が、予め入力されたイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値に近づくよう、前記設定部の値を調整する
　前記（１）に記載のエッチング方法。
（３）
　前記測定値は、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐまたは自己バイアス電圧Ｖｄｃを含む
　前記（１）または（２）に記載のエッチング方法。
（４）
　前記測定値は、電子温度Ｔｅまたは電子温度分布ＥＥＤＦと、電子密度Ｎｅとを含む
　前記（３）に記載のエッチング方法。
（５）
　前記電子温度Ｔｅまたは電子温度分布ＥＥＤＦと前記電子密度Ｎｅとは、前記エッチング処理の際に発光分光分析を行うことにより測定する
　前記（４）に記載のエッチング方法。
（６）
　前記チャンバ内に希ガスを添加し、
　Ｍａｘｗｅｌｌ分布またはＢｉ－Ｍａｘｗｅｌｌ分布を用いて電子温度分布ＥＥＤＦを求める
　前記（４）または（５）に記載のエッチング方法。
（７）
　前記イオンエネルギー分布関数を、前記測定値と、シミュレーションによって求められる算出値とから計算する
　前記（３）に記載のエッチング方法。
（８）
　前記計算したイオンエネルギー分布関数を、リアルタイムで表示する
　前記（１）ないし（７）のうちいずれか１つに記載のエッチング方法。
（９）
　更に、前記イオンエネルギー分布関数から求めた、エッチング対象物へのイオン浸入深さの分布を表示する
　前記（１）ないし（８）のうちいずれか１つに記載のエッチング方法。
（１０）
　前記エッチング処理は、原子層エッチングである
　前記（１）ないし（９）のうちいずれか１つに記載のエッチング方法。
（１１）
　少なくとも電力、圧力およびガス流量が入力される設定部と、
　前記設定部に入力された値に応じて、エッチング処理が施されるチャンバと、
　前記エッチング処理の際の測定値を用いてイオンエネルギー分布関数を計算する処理部と
　を備えたエッチング加工装置。
（１２）
　更に、制御部を有し、
　前記制御部により、前記計算したイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値が、予め入力されたイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値に近づくよう、前記設定部の値が調整される
　前記（１１）に記載のエッチング加工装置。
（１３）
　更に、前記エッチング処理の際の発光分光分析を行う分析部を有し、
　前記分析部で解析された解析値が、前記測定値とともに前記処理部に入力される
　前記（１１）または（１２）に記載のエッチング加工装置。
（１４）
　更に、前記計算したイオンエネルギー分布関数をリアルタイムで表示する表示部を有する
　前記（１１）ないし（１３）のうちいずれか１つに記載のエッチング加工装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０１７年８月１８日に出願された日本特許出願番号第２０１７－１５７７５８号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (14)

  1. 　設定部に、少なくとも電力、圧力およびガス流量を入力し、
    　前記設定部に入力された値に応じてチャンバ内でエッチング処理を行い、
    　前記エッチング処理の際の測定値を用いてイオンエネルギー分布関数を計算する
    　エッチング方法。
  2. 　更に、前記計算したイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値が、予め入力されたイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値に近づくよう、前記設定部の値を調整する
    　請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 　前記測定値は、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐまたは自己バイアス電圧Ｖｄｃを含む
    　請求項１に記載のエッチング方法。
  4. 　前記測定値は、電子温度Ｔｅまたは電子温度分布ＥＥＤＦと、電子密度Ｎｅとを含む
    　請求項３に記載のエッチング方法。
  5. 　前記電子温度Ｔｅまたは電子温度分布ＥＥＤＦと前記電子密度Ｎｅとは、前記エッチング処理の際に発光分光分析を行うことにより測定する
    　請求項４に記載のエッチング方法。
  6. 　前記チャンバ内に希ガスを添加し、
    　Ｍａｘｗｅｌｌ分布またはＢｉ－Ｍａｘｗｅｌｌ分布を用いて電子温度分布ＥＥＤＦを求める
    　請求項４に記載のエッチング方法。
  7. 　前記イオンエネルギー分布関数を、前記測定値と、シミュレーションによって求められる算出値とから計算する
    　請求項３に記載のエッチング方法。
  8. 　前記計算したイオンエネルギー分布関数を、リアルタイムで表示する
    　請求項１に記載のエッチング方法。
  9. 　更に、前記イオンエネルギー分布関数から求めた、エッチング対象物へのイオン浸入深さの分布を表示する
    　請求項１に記載のエッチング方法。
  10. 　前記エッチング処理は、原子層エッチングである
    　請求項１に記載のエッチング方法。
  11. 　少なくとも電力、圧力およびガス流量が入力される設定部と、
    　前記設定部に入力された値に応じて、エッチング処理が施されるチャンバと、
    　前記エッチング処理の際の測定値を用いてイオンエネルギー分布関数を計算する処理部と
    　を備えたエッチング加工装置。
  12. 　更に、制御部を有し、
    　前記制御部により、前記計算したイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値が、予め入力されたイオンエネルギー分布関数の最大エネルギー値に近づくよう、前記設定部の値が調整される
    　請求項１１に記載のエッチング加工装置。
  13. 　更に、前記エッチング処理の際の発光分光分析を行う分析部を有し、
    　前記分析部で解析された解析値が、前記測定値とともに前記処理部に入力される
    　請求項１１に記載のエッチング加工装置。
  14. 　更に、前記計算したイオンエネルギー分布関数をリアルタイムで表示する表示部を有する
    　請求項１１に記載のエッチング加工装置。
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