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工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法 - 株式会社東芝
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発明の名称 工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5367(P2007−5367A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−180659(P2005−180659)
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
代理人 【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
発明者 菅元 淳二 / 牛久 幸広 / 秋山 和隆 / 原川 正一
要約 課題
工程能力、及び製造歩留まりの向上が可能な工程制御システムを提供する。

解決手段
参照製造工程における、製造装置の装置情報のモニタ値と、製造装置の制御パラメータ及び参照製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成するクライアントコンピュータ15と、実製造工程の第1のステップの第1の設定値として、実製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて算出された制御パラメータを記載した処理レシピを作成する生産管理システム14と、実製造工程を第1の設定値で実施中の製造装置から装置情報のモニタ値を収集する装置情報収集部32と、相関に基づいてモニタ値に対応する特徴量を算出する特徴量算出部36と、特徴量に基づいて、第1のステップに続く第2のステップの第2の設定値を算出するパラメータ算出部38と、第2の設定値を第2のステップの設定値として処理レシピを変更する装置制御ユニット19とを備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
参照ウェハに対する参照製造工程における、製造装置の処理状態を表す装置情報の参照モニタ値と、前記製造装置を制御する制御パラメータ及び前記参照製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成するクライアントコンピュータと、
対象ウェハに対する実製造工程の第1のステップの第1の設定値として、前記実製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて算出された前記制御パラメータの値を記載した処理レシピを作成する生産管理システムと、
前記実製造工程を前記第1の設定値で実施中の前記製造装置から前記装置情報の対象モニタ値を収集する装置情報収集部と、
前記相関に基づいて前記対象モニタ値に対応する特徴量の値を算出する特徴量算出部と、
前記対象モニタ値に対応する特徴量の値に基づいて、前記実製造工程の第1のステップに続く前記実製造工程の第2のステップの第2の設定値を算出するパラメータ算出部と、
前記第2の設定値を前記第2のステップの設定値として前記処理レシピを変更する装置制御ユニット
とを備えることを特徴とする工程制御システム。
【請求項2】
装置制御ユニットは、前記第1のステップが終了するまでに、前記第2の設定値が取得されない場合に追加ステップを前記第1のステップに追加して前記処理レシピを変更することを特徴とする請求項1に記載の工程制御システム。
【請求項3】
参照ウェハに対する参照製造工程における、製造装置の処理状態を表す装置情報の参照モニタ値と、前記製造装置を制御する制御パラメータ及び前記参照製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を、クライアントコンピュータが作成し、
対象ウェハに対する実製造工程の第1のステップの設定値として、前記実製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて算出された前記制御パラメータの第1の設定値を記載した処理レシピを、生産管理システムが作成し、
前記実製造工程を前記第1の設定値で実施中の前記製造装置から前記装置情報の対象モニタ値を、装置情報収集部が収集し、
前記相関に基づいて前記対象モニタ値に対応する特徴量の値を、特徴量算出部が算出し、
前記対象モニタ値に対応する特徴量の値に基づいて、前記実製造工程の第1のステップに続く前記実製造工程の第2のステップの第2の設定値を、パラメータ算出部が算出し、
前記第2の設定値を前記第2のステップの設定値として前記処理レシピを、装置制御ユニットが変更する
ことを含むことを特徴とする工程制御方法。
【請求項4】
前記第1のステップが終了するまでに、前記第2の設定値が取得されない場合に追加ステップを前記第1のステップに追加して前記処理レシピを、前記装置制御ユニットが変更することを、更に含むことを特徴とする請求項3に記載の工程制御方法。
【請求項5】
参照ウェハで参照製造工程を実施して、製造装置の処理状態を表す装置情報の参照モニタ値と、前記製造装置を制御する制御パラメータ及び前記参照製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成し、
対象ウェハに対する実製造工程の第1のステップの第1の設定値として、前記実製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて算出された前記制御パラメータの値を記載した処理レシピを作成し、
前記実製造工程を前記第1の設定値で実施中の前記製造装置から前記装置情報の対象モニタ値を収集し、
前記相関に基づいて前記対象モニタ値に対応する特徴量の値を算出し、
前記対象モニタ値に対応する特徴量の値に基づいて、前記実製造工程の第1のステップに続く前記実製造工程の第2のステップの第2の設定値を算出し、
前記第2の設定値を前記第2のステップの設定値として前記処理レシピを変更し、
前記製造装置により前記対象ロットを加工する
ことを含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子装置の製造工程に関し、特に製造工程を制御する工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高性能の電子装置を実現するには、高精度で、均一性及び再現性を備えた製造工程が必要となる。半導体集積回路(IC)や液晶表示装置(LCD)等の電子装置では、高機能性及び高速性を実現するため、微細化や多層化が進み、集積度も飛躍的に増加している。例えば、多層化された微細パターンで構成される大規模集積回路(LSI)等の半導体装置では、微細化に伴い製造工程の制御が困難になってきている。そのため、工程間あるいは工程内でフィードフォワード(FF)制御、あるいはフィードバック(FB)制御するランツーラン(RTR)制御により、工程能力を上げる試みがなされている(例えば、特許文献1〜3参照)。
【0003】
例えば、トレンチキャパシタ製造工程では、化学気相堆積(CVD)等により、深溝が形成された基板表面に非晶質シリコン(a−Si)膜を堆積して、深溝を埋める。その後、反応性イオンエッチング(RIE)等のリセスエッチングにより、任意の深さまでа−Siを除去する。通常は、RIEのエッチング時間を制御してリセス深さが制御される。リセス深さを精密に制御するために、基板表面に堆積したa‐Si膜のエッチング終点が検出される。エッチング開始から終点検出までの終点検出時間に基づいてエッチング速度が算出される。算出されたエッチング速度から、深溝に埋め込まれたa‐Si膜のエッチング時間が制御される。
【0004】
しかし、終点検出時間は、エッチング速度だけで無く、堆積したa−Si膜の厚さにも影響される。a−Si膜のCVD条件等の変動により、基板あるいはロット間で堆積膜厚のばらつきが生じる。そのため、終点検出時間に基づいて深溝に埋め込まれたa‐Si膜のエッチング時間を制御しても、リセス深さが精度良く制御できない。その結果、トレンチキャパシタ製造の工程能力が低減し、製造歩留まりが低下する。
【特許文献1】特開平10−275753号公報
【特許文献2】特開平2000−252179号公報
【特許文献3】特開平2002−151465号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、工程能力を向上させ、製造歩留まりの向上が可能な工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様は、(イ)参照ウェハに対する参照製造工程における、製造装置の処理状態を表す装置情報の参照モニタ値と、製造装置を制御する制御パラメータ及び参照製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成するクライアントコンピュータと、(ロ)対象ウェハに対する実製造工程の第1のステップの第1の設定値として、実製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて算出された制御パラメータの値を記載した処理レシピを作成する生産管理システムと、(ハ)実製造工程を第1の設定値で実施中の製造装置から装置情報の対象モニタ値を収集する装置情報収集部と、(ニ)相関に基づいて対象モニタ値に対応する特徴量の値を算出する特徴量算出部と、(ホ)対象モニタ値に対応する特徴量の値に基づいて、実製造工程の第1のステップに続く実製造工程の第2のステップの第2の設定値を算出するパラメータ算出部と、(ヘ)第2の設定値を第2のステップの設定値として処理レシピを変更する装置制御ユニットとを備える工程制御システムであることを要旨とする。
【0007】
本発明の第2の態様は、(イ)参照ウェハに対する参照製造工程における、製造装置の処理状態を表す装置情報の参照モニタ値と、製造装置を制御する制御パラメータ及び参照製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を、クライアントコンピュータが作成し、(ロ)対象ウェハに対する実製造工程の第1のステップの第1の設定値として、実製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて算出された制御パラメータの値を記載した処理レシピを、生産管理システムが作成し、(ハ)実製造工程を第1の設定値で実施中の製造装置から装置情報の対象モニタ値を、装置情報収集部が収集し、(ニ)相関に基づいて対象モニタ値に対応する特徴量の値を、特徴量算出部が算出し、(ホ)対象モニタ値に対応する特徴量の値に基づいて、実製造工程の第1のステップに続く実製造工程の第2のステップの第2の設定値を、パラメータ算出部が算出し、(ヘ)第2の設定値を第2のステップの設定値として処理レシピを、装置制御ユニットが変更することを含む工程制御方法であることを要旨とする。
【0008】
本発明の第3の態様は、(イ)参照ウェハで参照製造工程を実施して、製造装置の処理状態を表す装置情報の参照モニタ値と、製造装置を制御する制御パラメータ及び参照製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成し、(ロ)対象ウェハに対する実製造工程の第1のステップの第1の設定値として、実製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて算出された制御パラメータの値を記載した処理レシピを作成し、(ハ)実製造工程を第1の設定値で実施中の製造装置から装置情報の対象モニタ値を収集し、(ニ)相関に基づいて対象モニタ値に対応する特徴量の値を算出し、(ホ)対象モニタ値に対応する特徴量の値に基づいて、実製造工程の第1のステップに続く実製造工程の第2のステップの第2の設定値を算出し、(ヘ)第2の設定値を第2のステップの設定値として処理レシピを変更し、(ト)製造装置により対象ロットを加工することを含む電子装置の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、工程能力を向上させ、製造歩留まりの向上が可能な工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0011】
本発明の実施の形態に係る工程制御システムは、図1に示すように、パラメータ処理ユニット10、工程管理サーバ12、生産管理システム14、クライアントコンピュータ15、製造装置16、モニタユニット18、装置制御ユニット19、品質管理装置20、装置情報データベース22、品質管理データベース24、及び処理情報データベース26等を備える。また、パラメータ処理ユニット10は、入力部30、装置情報収集部32、判定部34、特徴量算出部36、パラメータ算出部38、出力部40、及び内部メモリ42等を備えている。
【0012】
パラメータ処理ユニット10、工程管理サーバ12、生産管理システム14、クライアントコンピュータ15、装置制御ユニット19、品質管理装置20、装置情報データベース22、品質管理データベース24、及び処理情報データベース26等は、ローカルエリアネットワーク(LAN)等の通信回線50を介して接続される。製造装置16は、モニタユニット18及び装置制御ユニット19等を介してパラメータ処理ユニット10に接続されている。
【0013】
例えば、製造装置16を用いて半導体装置の製造工程が、装置制御ユニット19により制御されて実施される。装置制御ユニット19は、生産管理システム14から製造装置の処理パラメータの設定値等の製造工程の処理条件が記載された処理レシピを取得する。製造装置16には、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)装置、化学気相成長(CVD)装置、蒸着装置、イオン注入装置、フォトリソグラフィシステム等が含まれる。処理パラメータとして、例えば、時間、温度、流量、圧力等が含まれる。
【0014】
また、製造装置16に設置されたモニタユニット18は、製造工程実施中の製造装置16の処理状態を表す装置情報をモニタする。装置情報として、例えばRIE装置の場合、高周波発振器整合回路の可変コンデンサの上部電極位置(以下、コンデンサ電極位置と称す。)、チャンバ温度、排気バルブの開度等が含まれる。モニタユニット18で収集された装置情報は、パラメータ処理ユニット10に伝送される。また、装置情報は、製造装置16で処理された半導体装置のウェハ番号が付加されて装置情報データベース22に格納される。
【0015】
品質管理装置20は、製造装置16等で実施された複数の製造工程のそれぞれでの終了後の仕上り形状等の品質管理測定値を測定する。品質管理装置20には、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)、レーザ顕微鏡、段差計、膜厚計等が含まれる。品質管理測定値には、例えば、フォトリソグラフィ等により形成されたレジストパターンの幅、RIE等によりエッチングされたパターンの幅及び深さ、CVD等により堆積された膜の厚さ等の仕上り寸法が含まれる。また、レジストパターンやレジストパターンをマスクとして形成されたラインパターンの側壁角度やライン端粗さ(LER)等の加工形状も、品質管理測定値に含まれる。品質管理装置20で測定された品質管理測定値等を含む品質管理データは、ウェハ番号、処理時間及び他の処理パラメータの設定値と共に、品質管理データベース24に格納される。
【0016】
クライアントコンピュータ15は、装置情報と製造工程の特徴量との相関を調査する。例えば、予め製造装置16で製造工程が実施されたウェハのウェハ番号を指標にして装置情報のモニタ値、品質管理測定値、及び処理時間等を装置情報データベース22及び品質管理データベース24から取得する。処理時間及び品質管理測定値から特徴量を算出して、装置情報と特徴量との相関式が作成される。特徴量として、例えば、RIE等におけるスリミング速度やエッチング速度、CVD等における堆積速度等が算出される。
【0017】
工程管理サーバ12は、対象ウェハにおいて、対象製造工程の前に実施された製造工程の仕上りのうち、対象製造工程の処理対象構造の仕上り形状に関する品質管理測定値に基づいて処理の目標値を算出する。また、対象ウェハの直前に対象製造工程が実施されたウェハにおいて、対象製造工程の特徴量を算出する。算出された目標値及び特徴量は、生産管理システム14に送信される。
【0018】
生産管理システム14は、取得した処理の目標値及び特徴量に基づいて、製造工程に必要な処理時間を算出する。処理情報データベース26に予め格納されている対象製造工程の工程仕様を取得し、対象製造工程の処理を第1及び第2のステップに分割して処理レシピを作成する。第1及び第2のステップには、算出された処理時間の値を2分割した第1及び第2の設定値が記載される。なお、第1のステップには、製造工程の処理ステップだけでなく、製造工程に必要な準備ステップが含まれる。更に、処理レシピには、工程仕様に規定された、モニタする装置情報の項目やサンプリングレート等の装置情報の収集条件、及び製造工程の特徴量の計算手順等が記載される。処理レシピは、パラメータ処理ユニット10及び装置制御ユニット19に送信される。
【0019】
パラメータ処理ユニット10の入力部30は、クライアントコンピュータ15から送信された装置情報と特徴量の相関、及び生産管理システム14から送信された処理レシピを取得する。装置情報収集部32は、装置制御ユニット19の制御により処理レシピに従って製造装置16が製造工程の第1のステップの処理を開始した後、処理レシピに記載の収集条件に従って製造装置16の装置情報のモニタ値をモニタユニット18から収集する。
【0020】
特徴量算出部36は、装置情報と特徴量の相関に基づいて、装置情報のモニタ値に対応する特徴量を算出する。パラメータ算出部38は、算出された特徴量及び処理レシピに記載の目標値に基づいて、第2のステップの処理時間の新たな設定値を算出する。出力部40は、算出された新たな設定値を装置制御ユニット19に送信する。内部メモリ42は、パラメータ処理ユニット10における演算において、計算途中や解析途中のデータを一時的に保存する。
【0021】
装置制御ユニット19は、受信した新たな設定値を第2のステップの処理時間として記載して処理レシピを変更する。変更した処理レシピに従って製造工程の処理の制御を行う。なお、第1のステップが終了するまでに第2のステップの処理時間が送信されてこなければ、追加ステップを第1のステップ後に追加して処理レシピを書き換える。追加ステップが追加された場合は、追加ステップの処理時間を差し引いて第2のステップの処理時間が書き換えられる。
【0022】
本発明の実施の形態に係る工程制御システムによれば、製造工程の第2のステップの処理が、第1のステップで算出された特徴量に基づいて制御される。したがって、製造工程の処理を精度よく制御することができ、工程能力及び製造歩留まりの向上が可能となる。
【0023】
本発明の実施の形態では、90nmデザインルールの半導体装置、例えばロジック製品が製造される。説明を簡単にするため、制御対象の製造工程として、金属・酸化膜・半導体(MOS)トランジスタのゲート電極形成用エッチングマスクのレジストパターンの幅を縮小させるスリミングRIE工程を一例として、図2の工程フローチャート、及び図3〜図5の工程断面図を用いて説明する。MOSトランジスタのゲート加工寸法としてのゲート長は30nmである。
【0024】
(イ)基板(ウェハ)60の表面に熱酸化等により、酸化シリコン(SiO)等の酸化膜61が形成される。ステップS160の多結晶シリコン(poly−Si)化学気相成長(CVD)工程により、酸化膜61上にpoly−Si膜62が堆積される。ステップS161の反射防止膜(ARC)CVD工程により、poly−Si膜62上に酸窒化シリコン(SiON)、窒化シリコン(Si)、窒化チタン(TiN)等のARC63が堆積される。
【0025】
(ロ)図3に示すように、ステップS162のフォトリソグラフィ工程により、ARC63の表面にレジストパターン64が形成される。ステップS163の品質管理工程で、レジストパターン64のレジスト幅WrがSEM等の品質管理装置20で測定される。
【0026】
(ハ)ステップS164のスリミングRIE工程で、四フッ化炭素(CF)、酸素(O)及び臭化水素(HBr)の混合ガスを用いるRIE等により、RIE装置(製造装置16)を用いてレジストパターン64及びARC63のエッチング(スリミングRIE)を実施する。図4に示すように、レジストパターン64a及びARCパターン63aを有するマスクパターン65が形成される。ステップS165の品質管理工程で、マスクパターン65のマスク幅WsがSEM等の品質管理装置20で測定される。
【0027】
(ニ)ステップS166のゲートRIE工程で、図5に示すように、マスクパターン65をマスクとしてRIE等により、poly−Si膜62及び酸化膜61が選択的に除去され、ゲート電極62a及びゲート酸化膜61aが形成される。ステップS167の品質管理工程で、ゲート電極62aの仕上り幅WpがSEM等の品質管理装置20で測定される。
【0028】
現行のスリミングRIE工程では、所望のマスク幅Wsを高精度に制御するため、例えば、測定されたレジスト幅Wr及び直前に実施されたスリミングRIEから求めたスリミング速度に基づいて、スリミング時間が算出される。しかし、図6に示すように、製造装置16としてのRIE装置で処理された複数のウェハ間でスリミング速度がばらつく場合がある。スリミング速度がばらつくとスリミング量に差が生じ、マスク幅Wsの制御が困難となる。その結果、ゲート電極62aの仕上り幅Wpがばらつき、工程歩留まりが低下する。
【0029】
本発明の実施の形態に係る工程制御方法を上述のスリミングRIE工程に適用する場合について、図7に示す装置情報と特徴量の相関、図8、図9に示す製造工程のタイミングチャート、及び図10に示すフローチャートを用いて説明する。
【0030】
(イ)ステップS100で、図1に示したクライアントコンピュータ15により、参照ウェハに実施されたスリミングRIE工程における、レジスト幅Wr及びマスク幅Ws等の品質管理測定値と、処理パラメータの処理時間とから、特徴量のスリミング速度が算出される。装置情報のコンデンサ電極位置に対するスリミング速度が、図7に示すように、一次式で近似される。コンデンサ電極位置に対するスリミング速度の相関式は、パラメータ処理ユニット10に送信される。なお、特徴量と装置情報の相関は、多項式で近似してもよい。
【0031】
(ロ)ステップS101で、工程管理サーバ12により、対象ウェハに実施されたフォトリソグラフィ工程のレジストパターン64(処理対象構造)の仕上り形状のレジスト幅Wr及びマスクパターン65の設計仕様を参照してスリミングRIE工程のスリミング目標値が算出される。また、対象ウェハの直前のウェハでのスリミング速度を参照して、スリミング目標値からスリミング目標時間が算出される。算出されたスリミング目標値及びスリミング目標時間は、生産管理システム14に送信される。生産管理システム14により、スリミング目標値及びスリミング目標時間に基づいて、スリミングRIE工程の処理の第1及び第2のステップの処理時間の第1及び第2の設定値が記載された処理レシピが作成される。第1の設定値Taとして、スリミング目標時間未満、例えば、目標値の1/2の値が処理レシピに記載される。第2の設定値として、スリミング目標時間と第1の設定値Taの差が記載される。なお、第2の設定値として、変数を記載しても良い。処理レシピは、パラメータ処理ユニット10及び装置制御ユニット19に送信される。
【0032】
(ハ)ステップS102で、生産管理システム14から装置制御ユニット19に送信された処理レシピに従って製造装置16でスリミングRIEの第1のステップが開始される。ステップS103で、図8に示すように、製造工程の準備ステップ後に、処理ステップが開始される。例えば、RIE装置にウェハが搭載された後、準備時間Ts中に、RIE装置のチャンバが真空排気され、処理ガスがチャンバ内に導入される。装置情報のコンデンサ電極位置は、準備時間Ts中は高周波発振の待機位置とされる。チャンバ内での処理ガス流量及び圧力が所定の範囲に安定した後、高周波発振器整合回路のコンデンサ電極が発振位置に移動し、スリミングRIEの処理ステップが開始される。処理ステップの処理時間Txは、(Ta−Ts)となる。
【0033】
(ニ)ステップS104で、装置情報収集部32により、処理ステップ開始後直ちに、処理レシピに記載の収集条件に従って製造装置16のコンデンサ電極位置のモニタ値がモニタユニット18から収集される。ステップS105で、装置制御ユニット19により、追加ステップを挿入するか判定される。偶発的に準備時間Tsが長くなり、処理時間Tx中に第2のステップの処理時間が、装置制御ユニット19で取得されない場合、ステップS106で、図9に示すように、装置制御ユニット19により、処理時間Tzの追加ステップが第1のステップの後に追加される。書き換えられた処理レシピに従って、第1のステップ後に追加ステップが実施される。
【0034】
(ホ)ステップS107で、特徴量算出部36により、図7に示したコンデンサ電極位置とスリミング速度の相関に基づいて、コンデンサ電極位置のモニタ値に対応するスリミング速度が算出される。ステップS108で、パラメータ算出部38により、算出されたスリミング速度に基づいて、第2のステップの処理時間の第2の設定値Tyが算出される。出力部40により、算出された第2の設定値Tyが装置制御ユニット19に送信される。装置制御ユニット19により、第2の設定値Tyを、既に記載されている第2のステップの設定値として処理レシピが作成される。書き換えられた処理レシピに従って、第1のステップに続いて第2のステップが実施される。このようにして、対象ウェハがスリミングRIE工程で処理される。
【0035】
本発明の実施の形態に係る工程制御方法によれば、スリミングRIE工程の第2のステップの処理が、第1のステップで算出されたスリミング速度に基づいて制御される。その結果、ゲート電極62aの仕上り寸法の制御精度が向上し、規格外のロジック製品を減少させることができる。したがって、スリミングRIE工程の処理を精度よく制御することができ、工程能力及び製造歩留まりの向上が可能となる。
【0036】
(変形例)
本発明の実施の形態の変形例に係る工程制御方法では、0.13μmデザインルールの半導体装置、例えばDRAM混載ロジック製品の製造工程を例にとり説明する。説明を簡単にするため、制御対象の製造工程として、DRAM部の深溝に埋め込まれたa‐Si膜の一部を任意の深さまで除去するリセスRIE工程を一例として、図11の工程フローチャート、及び図12〜図14の工程断面図を用いて説明する。
【0037】
(イ)ステップS180の熱酸化工程で、基板(対象ウェハ)60の表面に酸化膜76が形成される。ステップS181のSiCVD工程で、酸化膜76上に窒化膜77が堆積される。
【0038】
(ロ)ステップS182のフォトリソグラフィ工程で、窒化膜77上にフォトレジスト等のマスクパターンを形成する。ステップS183の深溝RIE工程で、窒化膜77、酸化膜76及び基板60を選択的に除去して、深溝が形成される。
【0039】
(ハ)ステップS184のテトラエトキシシラン(TEOS)CVD工程で、酸化膜78が堆積される。ステップS185の品質管理工程で、深溝(処理対象構造)の溝幅Wtが測定される。
【0040】
(ニ)ステップS186のа‐SiCVD工程で、図12に示すように、a‐Si膜79が深溝を埋め込んで形成される。ステップS187の品質管理工程で、窒化膜77上の酸化膜78表面に堆積した平坦部のa‐Si膜79の膜厚THaが測定される。
【0041】
(ホ)ステップS188のリセスRIE工程で、図13に示すように、プラズマ分光等によりエッチング終点検出を行いながら、窒化膜77の表面が露出するまでa‐Si膜79を除去する。平坦部のa‐Si膜79の膜厚THa及び終点検出時間に基づいて算出された処理時間でリセスRIEを続行して、図14に示すように、深溝のa‐Si膜79の一部を除去してリセスが深溝に形成される。ステップS189の品質管理工程で、リセスの仕上り深さDaが測定される。
【0042】
本発明の実施の形態の変形例に係る工程制御方法では、図1に示したクライアントコンピュータ15により、予め参照ウェハのリセスRIE工程で溝幅Wtを変化させて形成された深溝について、装置情報のチャンバ温度とリセスRIEのエッチング速度の相関が調査される。工程管理サーバ12では、対象ウェハの平坦部のa‐Si膜79の膜厚THa及び仕様書に記載されたリセス深さの目標値と、直前のリセスRIE工程で得られたエッチング速度から、リセスRIEの目標時間が算出される。
【0043】
生産管理システム14により、リセスRIEの処理レシピが、平坦部処理ステップ、第1及び第2のステップに分けられる。平坦部処理ステップには、平坦部のa‐Si膜79に対する終点検出までの時間を示す「終点検出」が記載される。第1のステップには、リセス深さに相当する処理時間以下の処理時間の第1の設定値が記載される。第2の設定値として、平坦部のエッチング時間を除いたリセスRIEの目標時間と第1の設定値の差が記載される。処理レシピは、パラメータ処理ユニット10及び装置制御ユニット19に送信される。
【0044】
装置制御ユニット19により、処理レシピに従ってリセスRIE工程が開始される。リセスRIEの処理が開始されると、モニタユニット18により、プラズマ分光及びチャンバ温度等の装置情報がモニタされる。装置情報収集部32では、入力部30で取得された処理レシピに従って装置情報が収集される。
【0045】
特徴量算出部36により、対象ウェハのリセスRIE工程中に、平坦部のa‐Si膜79の膜厚THa及びモニタされた終点検出時間に基づいてリセスRIEのエッチング速度が算出される。パラメータ算出部38により、平坦部のa‐Si膜79の終点検出後のリセスRIE処理において、算出されたエッチング速度に基づいて、第1のステップでエッチングされる深さ及び第2のステップの第2の設定値が算出される。出力部40により、第2の設定値が、装置制御ユニット19に送信される。装置制御ユニット19は、取得した第2の設定値を第2のステップの設定値として記載して処理レシピを書き換える。
【0046】
更に精密なリセス深さの制御のために、装置情報収集部32により、第1のステップにおいて、チャンバ温度がモニタされる。特徴量算出部36により、深溝の溝幅Wtについてのチャンバ温度とエッチング速度の関係に基づいて、第1のステップのエッチング速度が算出される。パラメータ算出部38により、算出された第1のステップのエッチング速度及びリセス深さの仕様値に基づいて、第2のステップの第2の設定値が算出される。出力部40により、新たに算出された第2の設定値が、装置制御ユニット19に送信される。装置制御ユニット19は、新たに取得した第2の設定値を第2のステップの設定値として処理レシピを書き換える。
【0047】
本発明の実施の形態の変形例に係る工程制御方法では、平坦部のa‐Si膜79の膜厚THa及びエッチング終点検出時間に基づいて、リセスRIEの処理時間が算出される。更に、リセスRIE処理の第1のステップにおけるエッチング速度が、深溝の溝幅Wtについてのチャンバ温度及びエッチング速度の相関に基づいて算出される。その結果、深溝の仕上りリセス深さの制御精度が約2倍向上し、製造歩留まりを約2%向上させることができる。したがって、リセスRIE工程の処理を精度よく制御することができ、工程能力及び製造歩留まりの向上が可能となる。
【0048】
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0049】
本発明の実施の形態においては、制御対象工程として、スリミング処理、あるいはリセス処理等のRIE工程を用いている。しかし、制御対象工程として、例えば、CVD工程等であってもよい。また、制御パラメータとして、処理時間を用いて説明している。しかし、制御パラメータとして、流量、圧力、温度等を用いてもよい。例えば、制御パラメータとして、流量を用いる場合、予め流量と特徴量の関係を調査する。処理レシピの処理時間を固定して、第1のステップにおいて算出された特徴量から第2のステップで要求される特徴量に対応する流量を算出すればよい。また、仕上り形状として、パターンの幅及び深さや、膜厚等の仕上り寸法をもちいている。しかし、仕上り形状は寸法に限定されず、パターン側壁の角度やLER等の加工形状であってもよい。
【0050】
上記実施の形態では、半導体装置の製造方法について例示したが、本発明は、液晶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、薄膜磁気ヘッド、超伝導素子の製造方法に適用できることは、上記説明から容易に理解できるであろう。
【0051】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明の実施の形態に工程制御システムの構成の一例を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態の説明に用いる半導体装置の工程フローの一例を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図(その1)である。
【図4】本発明の実施の形態の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図(その2)である。
【図5】本発明の実施の形態の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図(その3)である。
【図6】本発明の実施の形態の説明に用いる特徴量のウェハ間差の一例を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態に係る工程制御方法に用いる装置パラメータと特徴量との相関の一例を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態に係る工程制御方法に用いる処理レシピの処理時間の一例を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態に係る工程制御方法に用いる処理レシピの処理時間の他の例を示す図である。
【図10】本発明の実施の形態に係る工程制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図11】本発明の実施の形態の変形例の説明に用いる半導体装置の工程フローの一例を示す図である。
【図12】本発明の実施の形態の変形例の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図(その1)である。
【図13】本発明の実施の形態の変形例の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図(その2)である。
【図14】本発明の実施の形態の変形例の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図(その3)である。
【符号の説明】
【0053】
10…パラメータ処理ユニット
12…工程管理サーバ
14…生産管理システム
15…クライアントコンピュータ
16…製造装置
18…モニタユニット
19…装置制御ユニット
20…品質管理装置
22…装置情報データベース
24…品質管理データベース
26…処理情報データベース
30…入力部
32…装置情報収集部
36…特徴量算出部
38…パラメータ算出部
40…出力部
42…内部メモリ
50…通信回線




 

 


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