特許 7288553 プラズマ処理装置、データ解析装置及び半導体装置製造システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-30

(45)【発行日】2023-06-07

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置、データ解析装置及び半導体装置製造システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230531BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 103

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022542720

(86)(22)【出願日】2021-07-14

(86)【国際出願番号】 JP2021026384

【審査請求日】2022-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野坂 峻大

(72)【発明者】

【氏名】白石 大輔

(72)【発明者】

【氏名】鹿子嶋 昭

【審査官】鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８６５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５３６０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７９４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－２２９６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３３１９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３９０３９５１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２２７２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台とを備えるプラズマ処理装置において、
モニタされたプラズマの発光のスペクトル波形である第一のスペクトル波形と第二のスペクトル波形を比較して求められた、前記第一のスペクトル波形と前記第二のスペクトル波形の一致度を基に前記モニタされたプラズマの中の元素または分子が特定される分析部をさらに備え、
前記第二のスペクトル波形は、前記元素または前記分子に対応し重み係数が乗じられたスペクトル波形であることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記分析部により、前記一致度が閾値より小さい場合、前記元素または前記分子に係る情報が出力されることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記分析部により、前記一致度が小さくなるように前記重み係数が調整されることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項4】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記一致度が閾値より小さい場合、前記分析部により、前記第二のスペクトル波形のピーク波長が抽出されるとともに前記抽出されたピーク波長の発光強度と重み係数を基に寄与度が演算され、
前記寄与度は、前記抽出されたピーク波長の発光強度に占める各々の前記元素または各々の前記分子の大きさを示す指標であることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項5】

請求項４に記載のプラズマ処理装置において、
前記元素または前記分子と前記寄与度が前記ピーク波長毎に表示される表示部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項6】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
モニタされた前記プラズマの発光のデータを出力し前記プラズマの発光の強度を露光時間により調整する分光器をさらに備え、
前記第二のスペクトル波形の一部の波長における発光強度がオーバースケールしている場合、前記分析部により、前記オーバースケールした第二のスペクトル波形が第三のスペクトル波形と入れ替えられ、
前記第三のスペクトル波形は、前記オーバースケールした第二のスペクトル波形より前記露光時間が短い前記第二のスペクトル波形が演算されたスペクトル波形であり、
前記演算は、前記オーバースケールした第二のスペクトル波形より前記露光時間が短い前記第二のスペクトル波形の露光時間により、前記オーバースケールした第二のスペクトル波形の露光時間を除した値を、前記オーバースケールした第二のスペクトル波形より前記露光時間が短い前記第二のスペクトル波形に乗じる演算であることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項7】

請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記分析部は、前記一致度を基に元素または分子が選択されるエレメント選択部を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項8】

モニタされたプラズマの発光のスペクトル波形である第一のスペクトル波形と第二のスペクトル波形を比較して求められた、前記第一のスペクトル波形と前記第二のスペクトル波形の一致度を基に前記モニタされたプラズマの中の元素または分子が特定される分析部を備え、
前記第二のスペクトル波形は、プラズマの中の元素または分子に対応し重み係数が乗じられたスペクトル波形であることを特徴とするデータ解析装置。

【請求項9】

ネットワークを介して半導体製造装置に接続され、プラズマの中の元素または分子を特定する分析処理が実行されるプラットフォームとを備える半導体装置製造システムにおいて、
前記分析処理は、
モニタされたプラズマの発光のスペクトル波形である第一のスペクトル波形と第二のスペクトル波形を比較して求められた、前記第一のスペクトル波形と前記第二のスペクトル波形の一致度を基に前記モニタされたプラズマの中の元素または分子を特定するステップを有し、
前記第二のスペクトル波形は、プラズマの中の元素または分子に対応し重み係数が乗じられたスペクトル波形であることを特徴とする半導体装置製造システム。

【請求項10】

請求項９に記載の半導体装置製造システムにおいて、
前記分析処理は、前記プラットフォームに備えられたアプリケーションとして実行されることを特徴とする半導体装置製造システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置、データ解析装置及び半導体装置製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置などの微細形状を得るために、処理室内で生成したプラズマにより、ウェハをエッチングするエッチング装置などのプラズマ処理装置が知られている。

【0003】

プラズマによる電離現象は発光現象を伴うため、プラズマを利用して処理を行うエッチング装置には、分光器を搭載し、プラズマの発する光をモニタできるようにしているものがある。プラズマの発する光をモニタすることで、例えばトラブルシューティングなどを行うことができる。分光器にて計測されたデータを以下では、発光データと呼ぶ。

【0004】

発光データは、複数の波長および時間における発光強度の値によって構成されるが、分光器により収集される波長データの個数は数千に及ぶため、この多数の波長データの中から分析対象とする波長を選択することが課題となっていた。

【0005】

特許文献１には、プラズマの発光データからエッチング処理の分析に用いる波長を特定すること(波長同定という）を実現する技術が記載されている。波長同定を行いたい発光スペクトルに対してこの従来技術を用いることで、発光データのピークの波長に対応する元素を同定することができる。

【0006】

また、特許文献２には、パターンモデルを利用して発光データのピークに割り当てられる元素を同定する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第６０８８８６７号明細書

【文献】特許第２５２１４０６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載した技術では、発光データのスペクトル波形から抽出したピークの波長とピークの強度のみを利用しており、ピークの形状について対象としていないため、ピークの波長に誤った元素を割り当てる恐れがある。

【0009】

また、特許文献２に記載した技術では、一つのピークに正しい元素と、誤った元素とを二重に割り当てる場合がある。この場合、どちらが正しい元素であるかは、分析者の経験から判断する必要があり、その判断に苦慮することも想定される。

【0010】

そこで、本発明は、ピークの形状の特徴から適切な元素または分子を割り当てることができ、高精度な波長同定を行うことができるプラズマ処理装置、データ解析装置及び半導体装置製造システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、代表的な本発明にかかる本発明のプラズマ処理装置の一つは、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台とを備えるプラズマ処理装置において、
モニタされたプラズマの発光のスペクトル波形である第一のスペクトル波形と第二のスペクトル波形を比較して求められた、前記第一のスペクトル波形と前記第二のスペクトル波形の一致度を基に前記モニタされたプラズマの中の元素または分子が特定される分析部をさらに備え、
前記第二のスペクトル波形は、前記元素または前記分子に対応し重み係数が乗じられたスペクトル波形であることにより達成される。

【0012】

また、代表的な本発明にかかる本発明のデータ解析装置の一つは、
モニタされたプラズマの発光のスペクトル波形である第一のスペクトル波形と第二のスペクトル波形を比較して求められた、前記第一のスペクトル波形と前記第二のスペクトル波形の一致度を基に前記モニタされたプラズマの中の元素または分子が特定される分析部を備え、
前記第二のスペクトル波形は、プラズマの中の元素または分子に対応し重み係数が乗じられたスペクトル波形であることにより達成される。

【0013】

また、代表的な本発明にかかる本発明の半導体装置製造システムの一つは、ネットワークを介して半導体製造装置に接続され、プラズマの中の元素または分子を特定する分析処理が実行されるプラットフォームとを備える半導体装置製造システムにおいて、
前記分析処理は、
モニタされたプラズマの発光のスペクトル波形である第一のスペクトル波形と第二のスペクトル波形を比較して求められた、前記第一のスペクトル波形と前記第二のスペクトル波形の一致度を基に前記モニタされたプラズマの中の元素または分子を特定するステップを有し、
前記第二のスペクトル波形は、プラズマの中の元素または分子に対応し重み係数が乗じられたスペクトル波形であることにより達成される。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ピークの形状の特徴から適切な元素または分子を割り当てることができ、高精度な波長同定を行うことができるプラズマ処理装置、データ解析装置及び半導体装置製造システムを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る分析部を示す模式図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係るスペクトル波形データベースのテーブル例を示す図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係るエレメント波長データベースのテーブル例を示す図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に係る全体の処理フローを示す図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態に係るスペクトル波形データベース作成の処理フローを示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係るスペクトル波形データベースに登録するスペクトル波形の一例である。

【図8】図８は、本発明の実施形態に係るスペクトル波形データベースに登録するスペクトル波形の一例である。

【図9】図９は、本発明の実施形態に係るスペクトル波形データベースに登録するスペクトル波形の一例である。

【図10】図１０は、本発明の実施形態に係る作業者および分析部の処理フローを示す図である。

【図11】図１１は、Ａｒのスペクトル波形の一例である。

【図12】図１２は、Ｎ_２のスペクトル波形の一例である。

【図13】図１３は、ＣＯ_２のスペクトル波形の一例である。

【図14】図１４は、解析対象のスペクトル波形とデータベースのスペクトル波形を合成したスペクトル波形とのフィッティング結果の一例を示す図である。

【図15】図１５は、解析対象のスペクトル波形とデータベースのスペクトル波形を合成したスペクトル波形とのフィッティング結果の一例を示す図である。

【図16】図１６は、本発明の実施形態に係る入力画面を示す図である。

【図17】図１７は、本発明の実施形態に係る表示画面を示す図である。

【図18】図１８は、本発明の別な実施形態に係る分析部を示す模式図である。

【図19】図１９は、本発明の別な実施形態に係る作業者および分析部の処理フローを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、本明細書において、元素または分子をエレメントと称する。

【0017】

［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成の概略を説明する模式図である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理が行われる処理室２と、この処理室２内に供給される処理ガスの供給量及び速度を調節するマスフローコントローラ３と、処理室２に供給された処理ガスを励起してプラズマを生成するための高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源４と、処理室２内のガスを排気する真空ポンプを含む排気装置５とを備える。また、処理室２内のプラズマが生成される空間の下方には、試料台７が配置されており、試料台７の上面には、処理対象の試料であるウェハ６が載せられて保持されている。

【0018】

エッチング処理に使用される処理ガスは、マスフローコントローラ３を介して処理室２内に供給される。プラズマ生成用高周波電源４により供給された所定の周波数（例えば２．４５ＧＨｚ）の高周波電力は、処理室２上方に配置された導波管等の伝播手段によって処理室内に導入される。また、処理室２の上方及び側方の外周で処理室２を囲んで配置された磁場形成手段１６から、処理室２内に磁界が形成される。その高周波電力と磁界との相互作用によりガスの粒子が励起され、処理室２内にプラズマ８が生成される。

【0019】

試料台７内部には導電体製の電極が配置されており、該電極にバイアス用高周波電源９から供給される高周波電力により、試料台７またはこれの上面の載置面上に保持されたウェハ６の上面上方にバイアス電界が形成される。この形成されたバイアス電界によりプラズマ８内の荷電粒子（イオン）が誘引され、ウェハ６表面に形成された薄膜と衝突する。これによりウェハ６の表面が活性化され、プラズマ８中の反応性粒子と膜を構成する材料との化学的、物理的相互作用が促進されて、対象膜のエッチング処理が進行する。

【0020】

可変コンダクタンスバルブ１１が、処理室２内と排気装置５との間を連通する通路に配置されている。可変コンダクタンスバルブ１１は、水平方向に配置された軸回りに回転して、通路の開口面積を可変に調節する複数枚の板を備えるバルブである。圧力計１０は、処理室２内の圧力を測定する。圧力計１０からの測定値は、基準値と比較され、その比較結果をもとに、可変コンダクタンスバルブ１１の角度位置が変更され、コンダクタンスが調整される。それにより排気速度が調整されて、処理室２内の圧力は処理に適切な値に保持される。

【0021】

プラズマによる電離現象は、発光現象を伴う。プラズマ処理中に生成されるプラズマ８の発光は、処理室２の側壁の壁部材に配置された透光性部材によって構成された観察窓１２を介して、モニタである分光器１３により観測されてその強度が検出される。分光器１３は、露光時間により発光強度の調整を行うこともできる。分光器１３によって検出されたプラズマ８の発光強度に関する信号(発光情報)は、これと通信可能に配置された分析部１４に送信され、保存される。分析部１４では、分光器１３から取得したスペクトル波形から波長同定の演算を行い、その結果を表示部１５に送信する。分析部１４の詳細を後述の図２にて説明する。表示部１５では、分析部１４から受信した波長同定の結果を表示する。なお、分析部１４は、作業者が入力可能な入力装置として、例えば表示部１５に、情報表示と入力が可能なタッチパネルを備える。ただし、タッチパネルの代わりにキーボード等を設けてもよい。

【0022】

図２は、分析部１４の概略を説明する模式図である。データ解析装置として機能する分析部１４は、スペクトル波形データベース２１と、スペクトル合成演算部２２と、スペクトル保存部２３と、一致度演算部２４と、エレメント波長データベース２５と、波長同定演算部２６とを有する。

【0023】

スペクトル波形データベース２１は、分光器１３で取得したスペクトル波形を、ガス種とエッチング材料ごとに登録(記憶）する。スペクトル波形データベース２１の登録例を、図３に示す。

【0024】

スペクトル合成演算部２２は、スペクトル波形データベース２１に保存された１つ以上のスペクトル波形に、それぞれ重み係数をかけて１つのスペクトル波形に合成する演算を行う。

【0025】

スペクトル保存部２３は、分光器１３で取得した、解析対象のスペクトル波形を保存する。

【0026】

一致度演算部２４は、スペクトル合成演算部２２で演算された合成スペクトル波形と、スペクトル保存部２３に保存された解析対象のスペクトル波形とを比較し、一致度を演算する。

【0027】

エレメント波長データベース２５は、エレメント毎のピーク波長を有するデータベースであり、エレメント名（元素または分子に係る情報）とピーク波長とが対応付けて登録される。エレメント波長データベース２５の登録例を、図４に示す。

【0028】

波長同定演算部２６は、スペクトル合成演算部２２の重み係数と、エレメント波長データベース２５のピーク波長とピーク強度とを利用して、ピーク波長に対応するエレメントを同定する演算を行う。

【0029】

図３は、スペクトル波形データベース２１に記憶されたデータの一例を示している。本データベースにおいて、ガス種欄２１ａ、被エッチング材料欄２１ｂ、エレメント欄２１ｃ、波長毎の発光強度欄２１ｄ等の各フィールドが対応付けられている。

【0030】

ガス種欄２１ａ及び被エッチング材料欄２１ｂには、図６で示すデータベース作成処理時に行われるプラズマ処理で使用されたガス種及び被エッチング材料が格納される。エレメント欄２１ｃには、ガス種と被エッチング材料に含まれる可能性のあるエレメントの一覧が格納される。波長毎の発光強度欄２１ｄには、ガス種欄２１ａと被エッチング材料欄２１ｂに登録された条件で行われたプラズマ処理において、分光器１３で取得された発光スペクトルが格納される。ガス種欄２１ａと被エッチング材料欄２１ｂとエレメント欄２１ｃと波長毎の発光強度欄２１ｄに対して、図６のステップ６０８にて登録処理が行われる。

【0031】

図４は、エレメント波長データベース２５の例である。本データベースにおいて、エレメント欄２５ａ、波長欄２５ｂ等の各フィールドが対応付けられている。

【0032】

エレメント欄２５ａには、ガスと被エッチング材料に含まれる可能性のあるエレメントが格納される。波長欄２５ｂには、エレメント欄２５ａのエレメントの発する光の波長が格納される。

【0033】

図５は、本実施形態に係る全体の処理フローを示す図である。図５に基づく動作は、以下のステップの通りである。

【0034】

（ステップ５０１）
予めガス種及び被エッチング材料毎にプラズマ処理(エッチング処理)を行い、基準となるスペクトル波形データベース２１を作成する。スペクトル波形データベース２１の作成処理の詳細は、図６を参照して後述する。

【0035】

（ステップ５０２）
解析対象とする任意のプラズマ処理が行われたとき、分析部１４は、分光器１３で解析対象のスペクトル波形Ａ（第一のスペクトル波形ともいう）を取得し、スペクトル保存部２３へ保存する。

【0036】

（ステップ５０３）
ステップ５０２で取得した解析対象のスペクトル波形に対して、分析部１４は波長同定処理を行う。分析部における波長同定処理の詳細は、図１０を参照して後述する。

【0037】

（ステップ５０４）
分析部１４は、ステップ５０３で得た波長同定の結果を表示部１５に送信し、表示部１５は、表示画面にエレメント名とピーク波長とエレメント毎の寄与度を表示する。寄与度は、抽出されたピーク波長の発光強度に占める各々のエレメントの大きさを示す指標である。図１７に、表示例の一例を示す。

【0038】

図６は、図５に示す全体の処理フローのステップ５０１の詳細をフロー化して示す図である。この処理フローをガス種及び被エッチング材料毎に行うことで、データベースを作成する。図６に基づく動作は以下の通りである。

【0039】

（ステップ６０１）
分光器１３において、プラズマの発光を計測するために設定されたｎ個の露光時間（ｔ_１～ｔ_ｎ）毎に、ｎ個の暗電流波形Ｃ１～Ｃｎを取得する。ここで、露光時間はｔ_１＜ｔ_２＜…＜ｔ_ｎとする。暗電流波形は、プラズマ処理装置１でプラズマ処理を実施していない時に取得する。

【0040】

（ステップ６０２）
ステップ６０１で設定されたｎ個の露光時間毎に、ｎ個のスペクトル波形Ｄ_１～Ｄ_ｎを取得する。スペクトル波形は、プラズマ処理装置１で、プラズマ処理を実施している時に取得する。

【0041】

（ステップ６０３）
ステップ６０１で設定された露光時間毎に、ステップ６０２で取得したスペクトル波形Ｄ_１～Ｄ_ｎから、ステップ６０１で取得した暗電流波形Ｃ_１～Ｃ_ｎを差し引いたスペクトル波形Ｅ_１～Ｅ_ｎを計算する。

【0042】

（ステップ６０４）
ステップ６０５からステップ６０７までの繰り返し回数の初期値ｉを１とする。

【0043】

（ステップ６０５）
ステップ６０３で計算した、露光時間が最大のスペクトル波形Ｅ_ｎの中にオーバースケールしている波長がなければ、ステップ６０８へ移行する。それ以外の場合はステップ６０６へ移行する。オーバースケールは、例えば分光器１３の性能によって定まる。

【0044】

（ステップ６０６）
ステップ６０５で、オーバースケールしていた波長と、その隣の波長の発光強度を全て、スペクトル波形Ｅ_ｎより露光時間の短い測定で得られたスペクトル波形Ｅ_ｎ－ｉの発光強度に、ｔ_ｎ／ｔ_ｎ－ｉを掛けてスケール合わせを行った値に置き換えることにより、新たなスペクトル波形（第三のスペクトル波形ともいう）Ｅ_ｎを作成する。ここでは、オーバースケールしたスペクトル波形より露光時間が短いスペクトル波形の露光時間により、オーバースケールしたスペクトル波形の露光時間を除した値を、オーバースケールしたスペクトル波形より露光時間が短いスペクトル波形に乗じる演算が行われる。

【0045】

（ステップ６０７）
繰り返し回数ｉに１を加算してステップ６０５に移行し、オーバースケールしている波長がなくなれば、ステップ６０８へ移行する。

【0046】

（ステップ６０８）
プラズマ処理に使用したガス種をガス種欄２１ａに、プラズマ処理に使用した被エッチング材料を被エッチング材料欄２１ｂに、プラズマ処理に使用したガス種及び被エッチング材料に含まれるエレメントをエレメント欄２１ｃに、ステップ６０５からステップ６０７で作成したスペクトル波形Ｅ_ｎをスペクトル波形Ｂ_ｎとして波長毎の発光強度欄２１ｄに登録する。

【0047】

ここで、ステップ６０５からステップ６０７の手順を、具体例を挙げて説明する。図７は、露光時間をｔ_１としたスペクトル波形Ｅ_１、図８は露光時間をｔ_２としたスペクトル波形Ｅ_２、図９は露光時間をｔ_３としたスペクトル波形Ｅ_３の例である。この例では露光時間を３つとしたが、２つ以上であれば露光時間はいくつでもよい。

【0048】

ステップ６０５において、図９に示すスペクトル波形Ｅ_３の８１０ｎｍ付近がオーバースケールしていると判断されたときは、次のステップ６０６へ移行する。

【0049】

ステップ６０６では、オーバースケールした８１０ｎｍ付近の発光強度をＥ_２から抽出し、ｔ_３／ｔ_２をかけて置き換えることにより新たなスペクトル波形Ｅ_３を作成し、次のステップ６０７からステップ６０５に戻る。

【0050】

もし、上記ステップ６０６で作成したスペクトル波形Ｅ_３もオーバースケールしているなら、同じ処理をスペクトル波形Ｅ_１で行う。このようにして、新たなスペクトル波形Ｅ_３がオーバースケールしなくなるまで、ステップ６０５からステップ６０７を繰り返す。

【0051】

図１０は、図５に示す全体の処理フローのステップ５０３の詳細をフロー化して示す図である。分析部１４は以下の動作で波長を同定する。なお、表示部１５のタッチパネルには、図１６に示す入力画面が表示され、作業者が、表示された画面を見ながら情報の入力が可能となっている。

【0052】

（ステップ１００１）
作業者は、図１６に示す入力画面にて、ステップ５０２で取得したスペクトル波形Ａに含まれるガスをガス種欄１６０１から選択し、それに対応する解析対象欄１６０２に「〇」を入力する。これにより分析部１４に、解析対象欄１６０２に「〇」が入力されたガスが選択された旨の情報が伝達される。

【0053】

同様に作業者は、被エッチング材料を被エッチング材料欄１６０３から選択し、それに対応する解析対象欄１６０４に「〇」を入力する。これにより分析部１４に、解析対象欄１６０４に「〇」が入力された被エッチング材料が選択された旨の情報が伝達される。ただし、被エッチング材料の選択は必ずしも必要ではない。選択後、作業者は「解析結果を表示する」ボタン１６０５を押すことができる。これにより分析部１４に、作業者の入力が完了した旨の情報が伝達される。

【0054】

（ステップ１００２）
作業者の入力が完了した旨の情報が分析部１４に伝達されると、分析部１４は、スペクトル波形データベース２１から、ステップ１００１で選択したガス種をガス種欄２１ａに、ステップ１００１で選択した被エッチング材料を被エッチング材料欄２１ｂに含む、全ての登録された波長毎の発光強度欄２１ｄからデータを抽出し、スペクトル合成演算部２２へ送信する。

【0055】

（ステップ１００３）
次に、分析部１４は、スペクトル合成演算部２２で、ステップ１００２で抽出したスペクトル波形に、それぞれ元素または分子に対応して重み係数をかけて合成してスペクトル波形Ｂ（第二のスペクトル波形ともいう）を作成する。例えば、スペクトル波形Ｂは、以下の数１式で計算される。ここで、Ｂは合成されたスペクトル波形、ｎは合成するスペクトル波形の個数、Ｂ_ｊはｊ番目のスペクトル波形、ｗ_ｊはｊ番目のスペクトル波形にかける重み係数を表す。また、ここでは重み係数ｗ_ｊはスペクトル波形全体で同じ値とした場合の式を示しているが、波長毎に異なる値としてもよい。

【0056】

【数1】

【0057】

（ステップ１００４）
さらに、分析部１４は、一致度演算部２４で、ステップ５０２で取得したスペクトル波形Ａと、ステップ１００３で作成したスペクトル波形Ｂとを比較し、一致度を演算する。例えば、一致度は、以下のような数２式で計算する。ここで、Ｍは一致度の値、ｍはスペクトル波形の波長の個数、Ａ_ｋ及びＢ_ｋはスペクトル波形Ａおよびスペクトル波形Ｂのｋ番目の波長の発光強度を表す。Ｍの値が小さいほど、スペクトル波形Ａとスペクトル波形Ｂとが一致していることがわかる。

【0058】

【数2】

【0059】

（ステップ１００５）
ステップ１００４で演算した一致度の値Ｍが閾値以上である場合は、スペクトル波形Ａとスペクトル波形Ｂとが十分に一致していないことを示すため、ステップ１００６へ移行して、分析部１４はスペクトル波形Ｂの処理を行う。

【0060】

（ステップ１００６）
分析部１４は、スペクトル合成演算部２２で、スペクトル波形Ｂを構成する各スペクトル波形の重み係数を変更し、新たなスペクトル波形Ｂを作成する。ここで、重み係数は一致度の値Ｍが小さくなるように、例えば勾配法等を用いて変更する。

【0061】

その後、ステップ１００４へ移行して、分析部１４は、新たなスペクトル波形Ｂを用いて、一致度の値Ｍを再計算し、続くステップ１００５にて一致度の値Ｍと閾値とを比較する。再計算した一致度の値Ｍが閾値以上である場合、ステップ１００６へ移行して、分析部１４は、新たなスペクトル波形Ｂを計算するとともに、ステップ１００４，１００５で同様な処理を行う。一方、ステップ１００５にて一致度の値Ｍが閾値より小さい場合、フローはステップ１００７へと移行する。

【0062】

（ステップ１００７）
分析部１４は、波長同定演算部２６で、エレメント波長データベース２５から、スペクトル波形Ｂを構成する波形のエレメント欄２１ｃのデータを含む登録されたピーク波長を取得し、ピーク波長と、その近傍の波長の発光強度をスペクトル波形データベース２１の波長毎の発光強度欄２１ｄからデータを取得する。取得後、分析部１４は、ピーク波長の発光強度と波形の重み係数を用いて寄与度を計算し、エレメント名とピーク波長と寄与度を出力して表示部１５に送信する。エレメント名とピーク波長と寄与度は、分析対象となるプラズマ処理において使用されたガス種及び被エッチング材料に関する情報であり、エレメント名と寄与度がピーク波長ごとに表示部１５にて表示される。かかる情報により、分析対象となるプラズマ処理において使用されたガス種や被エッチング材料のエレメント名を特定することができる。

【0063】

例えば、図１７の表示例において、ピーク波長が２９４．９ｎｍであるピーク波形では、Ｎ_２の寄与度は９５％であり、ＣＯ_２の寄与度は５％である。また、ピーク波長が７５０．７ｎｍであるピーク波形では、Ａｒの寄与度は８０％であり、Ｎ_２の寄与度は２０％である。さらに、ピーク波長が８１１．０ｎｍであるピーク波形では、Ａｒの寄与度は１００％である。つまり、解析対象のプラズマ処理が行われた処理室内には、入力したガス種以外に、ＣＯ_２及びＮ_２が含まれていることがわかる。

【0064】

例えば、寄与度は以下のような数３式で計算される。ここで、Ｃは寄与度、ｗは重み係数、pはピーク波長近傍の波長の個数、Ｗ_ｌはl番目の波長、Ｉ_ｌはｌ番目の波長の発光強度を表す。

【0065】

【数3】

【0066】

なお、寄与度の計算とともに、数２式に示す一致度の値Ｍの計算をピーク波形（ピーク波長とその近傍の波長）ごとに行い、一致度の値Ｍの低いピーク波形を同定結果から除外することにより、同定の精度を向上させてもよい。

【0067】

図１４は、解析対象のスペクトル波形とデータベースのスペクトル波形を合成したスペクトル波形とのフィッティング結果の一例を示す図である。図中の実線は、Ａｒ＋Ｎ_２＋ＣＯ_２の混合ガスのスペクトル波形であり、図中の破線は、図１１に示すＡｒのスペクトル波形と、図１２に示すＮ_２のスペクトル波形と、図１３に示すＣＯ_２のスペクトル波形にそれぞれ重み係数をかけて合成した波形である。

【0068】

図１１、図１２、図１３のスペクトル波形は、それぞれ図１４の実線で表すスペクトルの特徴を有しており、図１４の実線と破線は、比較的良くフィッティングされているといえる。

【0069】

ただし、図１４の実線と破線において、３８０ｎｍから３９０ｎｍ付近に一致しないピークが存在する。これはＣＮのピークであり、Ｎ_２とＣＯ_２を混合したプラズマでは生成される物質だが、Ｎ_２のみのプラズマやＣＯ_２のみのプラズマでは生成されない物質である。そのため、単独ガスのみで作成したスペクトル波形データベース２１には、ＣＮのピークを持つ波形は存在しない。そこで、同定精度向上を目的として、一致しないピークを取り出して、新たにＣＮの波形としてスペクトル波形データベース２１に登録してもよい。

【0070】

図１５は、図１４の破線で表すスペクトルをＣｌ_２とＣＦ_４のスペクトル波形を合成したスペクトル波形とした場合のフィッティング結果を示す図である。図１５の実線は、図１４と同様にＡｒ＋Ｎ_２＋ＣＯ_２の混合ガスのスペクトル波形であるため、本来はガス種としてＡｒ、Ｎ_２、ＣＯ_２を選択すべきであるが、代わりにＣｌ_２、ＣＦ_４を選択した場合の例である。この場合、重みを調整してもスペクトル波形はフィッティングされないため、本実施形態を利用することで誤った波長同定を抑制することができる。

【0071】

［実施形態２］
本実施形態は、作業者がエレメントを選択する代わりに、図１８に示すように、分析部１４にエレメント選択部１８０１を設けて自動的にエレメントを選択するものである。したがって、本実施形態では図１６の入力画面は不要となる。

【0072】

エレメント選択部１８０１は、一致度演算部２４の演算結果を参照し、結果が良くなるようエレメントを選択することができる。例えばエレメント選択部１８０１にディープラーニング機能を持たせることで、全データを処理せずとも、最適なエレメントを選択することが可能になる。

【0073】

図１９は、本実施形態における分析部１４の処理フローを示す図である。図１０の処理フローと異なるステップのみ、以下に示す。

【0074】

（ステップ１００１）
ステップ５０２で取得したスペクトル波形Ａに含まれるガス種及び被エッチング材料をエレメント選択部１８０１が選択する。

【0075】

（ステップ１９０１）
ステップ１００４で計算した一致度の変化量が所定値以下の場合、ステップ１００１に移行し、分析部１４はエレメントを再度選択し直す。その後、一致度の変化量が所定値を超えるまで、分析部１４は同様な処理を行う。

【0076】

このように、本実施形態の分析部１４によれば、エレメントの選択を自動的に行うことで作業者の作業負担を低減し、エレメント選択間違い等の人為的ミスを防ぐことができるため、波長同定の精度を向上させることができる。

【0077】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0078】

また、説明した実施形態の応用例として、半導体製造装置を含むラインを運用管理するアプリケーションをプラットフォーム上で実行する半導体装置製造システムが考えられる。この場合、少なくとも分析部１４の分析処理機能をプラットフォーム上のアプリケーションとして処理を実行させることにより、上記半導体装置製造システムにおいて本実施形態を適用することが可能になる。

【0079】

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えばプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【符号の説明】

【0080】

１…プラズマ処理装置
２…処理室
３…マスフローコントローラ
４…プラズマ生成用高周波電源
５…排気装置
６…ウェハ
７…試料台
８…プラズマ
９…バイアス用高周波電源
１０…圧力計
１１…可変コンダクタンスバルブ
１２…観察窓
１３…分光器
１４…分析部
１５…表示部
２１…スペクトル波形データベース
２２…スペクトル合成演算部
２３…スペクトル保存部
２４…一致度演算部
２５…エレメント波長データベース（元素または分子波長データベース）
２６…波長同定演算部
１６０１…ガス種欄
１６０２…解析対象欄
１６０３…被エッチング材料欄
１６０４…解析対象欄
１６０５…ボタン
１８０１…エレメント選択部(元素または分子選択部)

【要約】

ピークの形状の特徴から適切な元素を割り当てることができ、高精度な波長同定を行うことができるプラズマ処理装置、データ解析装置及び半導体装置製造システムを提供する。
試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台とを備えるプラズマ処理装置は、モニタされたプラズマの発光のスペクトル波形である第一のスペクトル波形と第二のスペクトル波形を比較して求められた、前記第一のスペクトル波形と前記第二のスペクトル波形の一致度を基に前記モニタされたプラズマの中の元素または分子が特定される分析部をさらに備え、前記第二のスペクトル波形は、前記元素または前記分子に対応し重み係数が乗じられたスペクトル波形である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】