半導体装置の製造方法
【課題】ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供する。
【解決手段】各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これらを規格化する。そして、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ予測値補正データに変換し、これら予測値補正データのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号から得られた予測値データに加えることにより、パターンの出来映え形状を予測する。
【解決手段】各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これらを規格化する。そして、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ予測値補正データに変換し、これら予測値補正データのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号から得られた予測値データに加えることにより、パターンの出来映え形状を予測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、ドライエッチング技術を用いたウエハ加工処理工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路パターンの微細化に伴いプロセスウィンドウが縮小しており、高精度なプロセス制御が要求されている。この要求を実現するには、ウエハ加工処理後の出来映え検査の頻度の増加が避けられず、半導体製品の生産性低下およびコスト増加が問題となる。そこで、ウエハ加工処理後の出来映えを予測する技術であるＶＭ（Virtual Metrology）技術の確立が期待されている。
【０００３】
例えば特開２００９−１５２２６９号公報（特許文献１）には、ウエハ開口率および局所パターンの立体角に応じて、反応生成物フラックスと立体角の積で表される加工側壁に入射する堆積物量を制御する形状シミュレータと、形状シミュレータで得られたデータベースとドライエッチング中のエッチング状態から検出された実測値とを比較してエッチングプロセスの補正値を算出し、補正値をエッチングチャンバに指示する制御部とを備えたドライエッチング装置が開示されており、エッチングプロセスのパラメータをリアルタイムに補正する技術が記載されている。
【０００４】
また、特開２００７−２５０９０２号公報（特許文献２）には、所定枚数のモデル作成用ウエハをエッチング処理しながら電気的データを測定し、各モデル作成用ウエハのＣＤ（Critical Dimension）シフト量を実測し、各ＣＤシフト量の移動平均値を求め、多変量解析法を用いて運転データと移動平均化されたＣＤシフト量との相関関係式を求め、他のウエハをエッチング処理したときの運転データを相関関係式に当てはめることによりＣＤシフト量を予測する方法が開示されている。
【０００５】
また、特開２００６−８３４３３号公報（特許文献３）には、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定するセンサと、所定の線形関数を利用して、高調波成分に対応するエッチングの終点時間を算出する手段とを備えたプラズマエッチング装置が開示されており、所定の線形関数は、プラズマエッチングされる薄膜のパターン開口率に応じて、複数の線形関数の中から選択することが記載されている。
【０００６】
また、特開２００５−１２２１８号公報（特許文献４）には、エッチング処理の間に実施されたインサイチューモニタリング（例えば分光、干渉計測、散乱計測、反射率測定など）と組み合わせて、エッチング処理に対してエクスサウチューで提供された測定情報（例えば限界寸法、層の膜厚など）を使用することにより、エッチング処理をモニタリングする方法が開示されている。
【０００７】
また、特開２００５−１８３７５６号公報（特許文献５）には、プラズマ処理装置において、反応室内の圧力を設定圧力に制御する圧力制御バルブの開度と、高周波電力印加時に発生するバイアス電圧とを設備モニタリングシステムにて常時モニタリングして、反応室内のプラズマ状態を確認する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１５２２６９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５０９０２号公報
【特許文献３】特開２００６−８３４３３号公報
【特許文献４】特開２００５−１２２１８号公報
【特許文献５】特開２００５−１８３７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えばＡＰＣ（Advanced Process Control）システムを搭載したドライエッチング装置では、ＶＭ技術を適用しない場合、前のロットの検査が完了して、その仕上がり寸法等の情報がフィードバックされるのを待ってから次のロットが処理される。そのため、前のロットの検査が完了するまでの待ち時間が生じてしまう。これに対して、ＶＭ技術を適用した場合は、リアルタイムで一ロット内の全ウエハの仕上がり寸法の予測値が得られるので、ＶＭ技術を適用しない場合と比べて、ドライエッチング工程のＴＡＴ（Turn Around Time）を短くすることができる。
【００１０】
そこで、本発明者らは、ドライエッチング装置のモニタリング信号からウエハの出来映えを予測するＶＭ技術を適用することにより、ウエハ加工処理後の出来映え検査の回数を低減している。しかし、モニタリング信号のみを用いたＶＭ技術では、ナノメートル（ｎｍ）スケールの寸法制御が難しいため、ナノメートルスケールの精度が要求される微細加工工程では、ウエハ加工処理後の出来映え検査の数を減らすことができない。
【００１１】
また、多層配線を形成するドライエッチング工程では、通常、配線パターンの加工形状（例えば寸法など）の規格が同じであれば、製品種または配線層を問わず、一つのエッチング条件で加工処理を行っている。しかし、配線パターンの加工形状の規格が同じであっても、パターン開口率またはパターン密度等が異なると、モニタリング信号のみを用いたＶＭ技術では、ウエハ処理後の出来映え形状の予測精度が低くなるという問題が生じる。特に、パターン開口率の違いは、エッチングプロセス（処理圧力、エッチングガス種、反応生成物フラックス、および流量等）に影響を及ぼし、配線パターンの微細化およびウエハの大口径化が進むに従い、その影響は顕著となっている。
【００１２】
本発明の目的は、ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的は、ウエハ処理後のパターンの出来映え検査の回数を低減することにより、製品の生産性の向上およびコスト低減を実現することのできる技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
この実施の形態は、基板の主面上に形成された被エッチング膜を、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより加工して、被エッチング膜のパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、ドライエッチングにより生成される各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これらを規格化した後、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ予測値補正データに変換し、これら予測値補正データのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号から得られた予測値データに導入することにより、パターンの出来映え形状を予測するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供することができる。また、ウエハ処理後のパターンの出来映え検査の回数を低減することにより、製品の生産性の向上およびコスト低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態によるドライエッチング装置に備わる各演算部の構成を説明する概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ開口率が小さい場合（開口率は約５％）の被エッチンング膜上に形成されたレジストパターンの概略平面図、および開口率が大きい場合（開口率は約５５％）の被エッチング膜上に形成されたレジストパターンの概略平面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ開口率が小さい場合のエッチンングによる反応生成物の発生の様子、および開口率が大きい場合のエッチングによる反応生成物の発生の様子を説明する模式図である。
【図４】本発明の一実施の形態による発光データ演算処理部におけるプラズマ発光データの規格化の手順を説明する工程図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度と発光波長（波長領域２００〜８００ｎｍ）との関係の一例を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度の経時変化を示すグラフ図である。
【図７】本発明の一実施の形態によるＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られる各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値および規格化したプラズマ発光強度の平均値をまとめた図である。
【図８】本発明の一実施の形態による規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【図９】本発明の一実施の形態による開口率が小さい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ３、Ｉ４）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【図１０】本発明の一実施の形態による開口率が大きい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（１）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅の式（１）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（２）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さの式（２）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（９）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅の式（９）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１７】本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する製造工程中の半導体装置の要部断面図である。
【図１８】図１７に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図１９】図１８に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２０】図１９に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２１】本発明の一実施の形態によるエッチング工程の流れの一例を示す工程図である
【図２２】図２０に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２３】図２２に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２４】図２３に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２５】図２４に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２６】図２５に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２７】図２６に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２１】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２２】
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態において、ウエハと言うときは、Ｓｉ（Silicon）単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。
【００２３】
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態）
本実施の形態によるＶＭ技術を用いたウエハ処理後のパターンの出来映え予測の方法を以下に説明する。本実施の形態では、配線パターンの出来映え予測を一例に挙げて説明する。具体的には、ダマシン（Damascene）配線を形成する際に、ドライエッチング法により絶縁膜に形成される配線溝の出来映え形状を予測する。
【００２５】
図１に、本実施の形態によるドライエッチング装置に備わる各演算部の構成を説明する概略図を示す。
【００２６】
ドライエッチング装置１の内部には、モニタリング信号記憶部２および発光強度検出部３が備わっており、さらに、外部には、統計処理部４、発光データ演算処理部５、開口率データ演算処理部６、モデル式演算処理部７が備わっている。なお、外部に備わるこれら処理部４、５，６，７は、ドライエッチング装置１の内部に設けてもよい。
【００２７】
ドライエッチング装置１は枚葉式のエッチング装置である。ドライエッチング装置１に備わるチャンバ８の内部には、所定の距離を空けて下部電極９および上部電極１０が平行に配置されており、下部電極９上にウエハ１１が配置される。下部電極９と上部電極１０との間にプラズマ１２を作り、プラズマ１２中に発生したイオンまたはラジカルを利用して、ウエハ１１に形成された被エッチング膜（本実施の形態ではＳｉＯ２からなる絶縁膜）がエッチングされる。
【００２８】
モニタリング信号記憶部２では、例えば下部電極温度（ｔｅｍｐ）、下部電極電位差（Ｖｐｐ）、および上部整合キャパシタの位置（Ｃ１）などのエッチング処理時のプラズマ状態を制御するエッチングプロセスの設定値（以下、モニタリング信号という）を記憶する。
【００２９】
発光強度検出部３では、所定の波長領域（例えば２００〜８００ｎｍ）におけるエッチング処理時に発生するプラズマの発光強度データを取得する。
【００３０】
統計処理部４では、エッチング処理時のモニタリング信号のうち、ウエハ処置後の配線パターン（配線溝の幅および深さ）の出来映え形状と相関があり、配線パターンの出来映え形状の予測式に必要となる複数のモニタリング信号を抽出する。
【００３１】
発光データ演算処理部５では、発光強度検出部３で得られたプラズマの発光強度データから、各反応生成物のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の時系列データを求め、さらに、平均値データを求める。そして、その平均値データを規格化した後、さらに、その規格化した各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値データを予測式に導入できる予測値補正データに変換する。
【００３２】
開口率データ演算処理部６では、発光データ演算処理部５において得られた各反応生成物の予測値補正データのなかから、ウエハ情報から得られる開口率に応じて最適な予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ），ｇ２（Ｉｘ））を選択する。
【００３３】
モデル式演算処理部７では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、開口率データ演算処理部６において、開口率に応じて選択された最適な予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ），ｇ２（Ｉｘ））を加えた予測式（式（１）および式（２））により、配線パターンの出来映え形状の予測値を求める。モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データの算出には、統計処理部４において抽出された複数のモニタリング信号を用いる。
【００３４】
配線溝の幅＝ｆ（temp，Vpp，C1）＋（Δマスク寸法）＋ｆ２（Ix） 式（１）
配線溝の深さ＝ｇ（Vpp，temp）＋ｇ２（Ix） 式（２）
次に、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値デーに、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データを加えた配線パターンの出来映え形状の予測式（式（１）および式（２））について詳細に説明する。
【００３５】
まず、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データについて説明する。
【００３６】
統計処理部４で抽出された、例えば下部電極温度（ｔｅｍｐ）、下部電極電位差（Ｖｐｐ）、および上部整合キャパシタの位置（Ｃ１）などのモニタリング信号を用いて、実験計画法を用いた実験および統計解析を行い、ウエハ処理後の配線パターン（配線溝の幅および深さ）の出来映え形状の予測値データを求める。本実施の形態では、統計解析に重回帰分析を用いる。
【００３７】
配線溝の幅は、ドライエッチング装置のモニタリング信号のうち下部電極温度（ｔｅｍｐ）、下部電極電位差（Ｖｐｐ）、および上部整合キャパシタの位置（Ｃ１）の統計解析から得られる予測値データ（ｆ（ｔｅｍｐ，Ｖｐｐ，Ｃ１））と、マスク寸法データ（Δマスク寸法）とにより予測することが可能である。マスク寸法データとは、例えばレジストパターン寸法とマスク寸法（設計寸法）との誤差等である。
【００３８】
また、配線溝の深さは、ドライエッチング装置のモニタリング信号のうち下部電極電位差（Ｖｐｐ）および下部電極温度（ｔｅｍｐ）の統計解析から得られる予測値データ（ｇ（Ｖｐｐ，ｔｅｍｐ））により予測することが可能である。
【００３９】
次に、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データを加えた配線パターンの出来映え形状の予測式（式（１）および式（２））について詳細に説明する。
【００４０】
ここで、開口率とは、被処理面全体のうちエッチングされる部分の占める割合または面積比で定められる量である。例えば絶縁膜をエッチングする場合に、絶縁膜の全表面積のうち８０％がレジストパターンにより被覆され、２０％が露出しているとすると、開口率は２０％となる。
【００４１】
図２（ａ）および（ｂ）に、それぞれ開口率が小さい場合（開口率は約５％）の概略図および開口率が大きい場合（開口率は約５５％）の概略図を示す。図２中、符号１４は被エッチンング膜上に形成されたレジストパターン、符号１５は被エッチング膜が露出した開口部を示している。
【００４２】
開口率が相対的に大きいとエッチングにより生じる反応生成物の量が多くなり、開口率が相対的に小さいとエッチングにより生じる反応生成物の量が少なくなる。また、一般に、開口率が相対的に大きいとエッチングレートが遅くなり、開口率が相対的に小さいとエッチングレートが速くなる傾向がある。従って、開口率が様々に変化することにより、プラズマ発光強度またはエッチングレートも変化する。
【００４３】
例えば絶縁膜にＳｉＯ２膜を用いた場合、ＣＦ系ガスおよび不活性ガスＡｒを用いると、式（３）の反応によりＳｉＯ２膜のエッチングが進む。
【００４４】
ＳｉＯ＋ＣＦ→ＳｉＦ＋ＣＯ 式（３）
従って、エッチンングにより反応生成物として、例えばＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ等が生じるが、これらの量は開口率に依存する。
【００４５】
図３（ａ）および（ｂ）に、それぞれ開口率が相対的に小さい場合のエッチンングによる反応生成物の発生の様子および開口率が相対的に大きい場合のエッチングによる反応生成物の発生の様子を説明する模式図を示す。ＳｉＯ２膜１３上に形成されたレジストパターン１４の開口部１５において、エッチングガス種（ＣＦ＊）によりＳｉＯ２膜１３がエッチングされる。このエッチンングにより反応生成物であるＣＯ、ＳｉＦ等が生じるが、開口率が相対的に大きいとＣＯ、ＳｉＦ等の量は多く、開口率が相対的に小さいとＣＯ、ＳｉＦ等の量は少なくなる。
【００４６】
すなわち、エッチングにより生じる反応生成物の量は、式（４）に示すように、単位時間当たりのエッチング量（エッチングレート）と開口率との積に比例する。
【００４７】
（反応生成物の量）∝（エッチングレート）×（開口率） 式（４）
本実施の形態では、各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これを規格化する。そして、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度のデータを、予測式に加えることのできる予測値補正データに変換する。そのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えた予測式（式（１）および式（２））を構築し、この予測式（式（１）および式（２））を用いて配線パターンの出来映え形状を予測する。
【００４８】
予測値補正データの基となる各反応生成物のプラズマ発光強度は、発光データ演算処理部５でデータ処理され、最適な予測値補正データは、開口率データ演算処理部６で開口率に応じて選択され、配線パターンの出来映え形状は、モデル式演算処理部７において最適な予測値補正データを導入した予測式（式（１）および式（２））を用いて算出される。
【００４９】
次に、発光データ演算処理部５における各反応生成物のプラズマ発光強度の規格化について図４〜図７を用いて詳細に説明する。図４は、発光データ演算処理部５におけるプラズマ発光データの規格化の手順を説明する工程図、図５は、ＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度と発光波長（波長領域２００〜８００ｎｍ）との関係の一例を示すグラフ図、図６は、ＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度の経時変化を示すグラフ図、図７は、ＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られる各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値および規格化したプラズマ発光強度の平均値をまとめた図である。
【００５０】
（図４の工程Ｐ１）発光データ演算処理部５では、発光強度検出部３において取得された２００〜８００ｎｍの波長領域におけるプラズマ発光強度を、例えば±１ｎｍの間隔でウエハ処理が終了するまでモニタリングする。
【００５１】
（図４の工程Ｐ２）各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の時系列データを求める。図５に示すように、２００〜８００ｎｍの波長領域において、例えばＣＯでは約４８３ｎｍの発光波長におけるプラズマ発光強度を求め、Ａｒでは約７５０ｎｍの発光波長におけるプラズマ発光強度を求める。
【００５２】
（図４の工程Ｐ３）各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＣＯ、ＩＳｉＦ、ＩＣＦ、ＩＣＮ）をそれぞれ求める。図６に示すように、時系列データを、例えば移動平均等のスムージングを行った後、プラズマ放電開始時と終了時の数秒間のプラズマ発光強度が安定していない時間は含まずに、平均値データを求める。
【００５３】
（図４の工程Ｐ４）各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＣＯ、ＩＳｉＦ、ＩＣＦ、ＩＣＮ）を、Ａｒの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＡｒ）を用いて規格化する。例えば規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４）は、式（５）〜式（８）のように表すことができる。
【００５４】
Ｉ１＝ＩＣＯ／ＩＡｒ 式（５）
Ｉ２＝ＩＳｉＦ／ＩＡｒ 式（６）
Ｉ３＝ＩＣＦ／ＩＡｒ 式（７）
Ｉ４＝ＩＣＮ／ＩＡｒ 式（８）
図７に、各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＣＯ、ＩＳｉＦ、ＩＣＦ、ＩＣＮ）および規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）をまとめる。
【００５５】
（図４の工程Ｐ５）規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データを、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えて補正できるように、予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ）：ｘ＝１〜４およびｇ２（Ｉｘ）：ｘ＝１〜４）に変換する。
【００５６】
次に、開口率データ演算処理部６における最適な予測値補正データの選択方法について図８〜図１０を用いて説明する。図８は、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）（プラズマ発光データ）と開口率データとの関係を説明するグラフ図、図９は、開口率が小さい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ３、Ｉ４）（プラズマ発光データ）と開口率データとの関係を説明するグラフ図、図１０は、開口率が大きい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【００５７】
図８に示すように、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）と開口率データとの間には、相関関係がある。
【００５８】
開口率が相対的に小さい場合は、被エッチング膜（ＳｉＯ２膜）の露出した面積の割合が小さく、レジストパターンの割合が大きい。このため、エッチングガス種の反応生成物（ＣＦ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ３）またはエッチングガス種の反応生成物（ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ４）が大きくなる。そこで、図９に示すように、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）から、平均値データ（Ｉ３）または平均値データ（Ｉ４）を選択する。そして、これらを変換して予測値補正データを求めて、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、最適な予測値補正データを補正値として導入する。
【００５９】
これに対して、開口率が相対的に大きい場合は、被エッチング膜（ＳｉＯ２膜）の露出した面積の割合が大きく、レジストパターンの割合が小さい。このため、被エッチング膜を構成するＳｉＯ２の反応生成物（ＣＯ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１）またはＳｉＯ２の反応生成物（ＳｉＦ）の発光強度の平均値データ（Ｉ２）が大きくなる。そこで、図１０に示すように、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）から、平均値データ（Ｉ１）または平均値データ（Ｉ２）を選択する。そして、これらを変換して予測値補正データを求めて、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、最適な予測値補正データを補正値として導入する。
【００６０】
このように、開口率に応じて、予測式（式（１）および式（２））に導入する最適な予測値補正データを選択することにより、配線パターンの出来映え形状を高精度に予測することができる。
【００６１】
次に、モデル式演算処理部７において算出される配線溝の出来映え形状の予測結果について図１１〜図１６を用いて説明する。
【００６２】
配線溝の幅を予測する式（１）では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データ（ｆ（ｔｅｍｐ，Ｖｐｐ，Ｃ１）＋（Δマスク寸法））に予測値補正データｆ２（Ｉｘ）を加える。ｆ２（Ｉｘ）には、予測値補正データｆ２（Ｉ１）、ｆ２（Ｉ２）、ｆ２（Ｉ３）、ｆ２（Ｉ４）のうちから、開口率から選択される最適な予測値補正データが導入される。同様に、配線溝の深さを予測する式（２）では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データ（ｇ（Ｖｐｐ，ｔｅｍｐ）に予測値補正データｇ２（Ｉｘ）を加える。ｇ２（Ｉｘ）には、予測値補正データｇ２（Ｉ１）、ｇ２（Ｉ２）、ｇ２（Ｉ３）、ｇ２（Ｉ４）のうちから、開口率から選択される最適な予測値補正データが導入される。
【００６３】
例えば、開口率が５％のウエハを処理する場合は、発光データ演算処理部５で得られた予測値補正データｆ２（Ｉ１）、ｆ２（Ｉ２）、ｆ２（Ｉ３）、ｆ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｆ２（Ｉ３）またはｆ２（Ｉ４）を加え、予測値補正データｇ２（Ｉ１）、ｇ２（Ｉ２）、ｇ２（Ｉ３）、ｇ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｇ２（Ｉ３）またはｇ２（Ｉ４）を加える。
【００６４】
また、開口率が５５％のウエハを処理する場合は、発光データ演算処理部５で得られた予測値補正データｆ２（Ｉ１）、ｆ２（Ｉ２）、ｆ２（Ｉ３）、ｆ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｆ２（Ｉ１）またはｆ２（Ｉ２）を加え、予測値補正データｇ２（Ｉ１）、ｇ２（Ｉ２）、ｇ２（Ｉ３）、ｇ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｇ２（Ｉ１）またはｇ２（Ｉ２）を加える。
【００６５】
図１１（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１１（ｂ）は、配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。また、図１２（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（１）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１２（ｂ）は、配線溝の幅の式（１）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【００６６】
図１１および図１２に示すように、モニタリング信号のみから求めた配線溝の幅の予測値よりも、予測値補正データを導入した式（１）から求めた配線溝の幅の予測値のほうが、予測精度が高いことが分かる。
【００６７】
図１３（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１３（ｂ）は、配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。また、図１４（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（２）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１４（ｂ）は、配線溝の深さの式（２）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【００６８】
図１３および図１４に示すように、モニタリング信号のみから求めた配線溝の深さの予測値よりも、予測値補正データを導入した式（２）から求めた配線溝の深さの予測値のほうが、予測精度が高いことが分かる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、統計解析に重回帰分析を用いているため、独立変数（説明変数）間に相関がある場合は、多重共線性の状態となり予測値が不安定となる。本実施の形態では、プラズマ発光データ同士に強い相関関係があるため、予測式（式（１）および式（２））に複数の予測値補正データを導入すると、予測値の精度が低下する。
【００７０】
図１５に、例えば２つの予測値補正データｆ３（Ｉｘ，Ｉｙ）を導入した式（９）を用いて求めた配線溝の幅の予測値を示し、図１６に、例えば２つの予測値補正データｇ３（Ｉｘ，Ｉｙ）を導入した式（１０）を用いて求めた配線溝の深さの予測値を示す。図１５（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（９）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１５（ｂ）は、配線溝の幅の式（９）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。また、図１６（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１６（ｂ）は、配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【００７１】
配線溝の幅＝ｆ（temp, Vpp, C1）＋（Δマスク寸法）＋ｆ２（Ix, Iy） 式（９）
配線溝の深さ＝ｇ（Vpp, temp）＋ｇ２（Ix, Iy） 式（１０）
図１５および図１６に示すように、２つの予測値補正データを用いると、１つの予測値補正データを用いた場合（前述の図１２および図１４）よりも、配線溝の幅および深さの予測値の精度が低くなっている。従って、統計解析に重回帰分析を用いた予測式には、選択された１つの予測値補正データの使用が望ましい。
【００７２】
このように、本実施の形態によれば、各反応生成物のプラズマ発光データから得られる各予測値補正データのなかから、開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、これをモニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えた予測式（式（１）および式（２））を用いることにより、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測よりも高精度な予測、例えばナノメートルスケールの精度の予測が可能となる。これにより、ウエハ処理後の検査頻度を削減できて、生産性の向上およびコストの低減を実現することができる。
【００７３】
次に、本実施の形態による半導体装置の製造方法について図１７〜図２７を用いて工程順に説明する。半導体装置には、電界効果トランジスタ、抵抗素子、容量素子等の種々の半導体素子が形成されるが、本実施の形態では、ＣＭＩＳ（Complementary Metal Insulator Oxide Semiconductor）デバイスを例示する。図１７〜図２０および図２２〜図２７は、半導体装置の要部断面図、図２１は、エッチング工程の流れの一例を示す工程図である。また、以下の説明においては、電界効果トランジスタを代表するＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）をＭＩＳと略し、ｐチャネル型のＭＩＳＦＥＴをｐＭＩＳと略し、ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴをｎＭＩＳと略す。
【００７４】
まず、図１７に示すように、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板（ウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板）２１を用意する。次に、半導体基板２１の主面の素子分離領域に絶縁膜からなる分離部２２を形成する。続いて、ｎＭＩＳが形成される領域（ｎＭＩＳ形成領域）の半導体基板２１にｐ型の導電性を示す不純物をイオン注入してｐ型ウェル２３を形成し、同様に、ｐＭＩＳが形成される領域（ｐＭＩＳ形成領域）の半導体基板２１にｎ型の導電性を示す不純物をイオン注入してｎ型ウェル２４を形成する。
【００７５】
次に、半導体基板２１の主面（ｐ型ウェル２３およびｎ型ウェル２４のそれぞれの表面）にゲート絶縁膜２５を形成する。続いて、ｎＭＩＳ形成領域のゲート絶縁膜２５上にｎＭＩＳのゲート電極２６ｎを形成し、同様に、ｐＭＩＳ形成領域のゲート絶縁膜２５上にｐＭＩＳのゲート電極２６ｐを形成する。
【００７６】
次に、ｎＭＩＳのゲート電極２６ｎおよびｐＭＩＳのゲート電極２６ｐのそれぞれの側壁にサイドウォール２７を形成する。続いて、ｎＭＩＳのゲート電極２６ｎの両側のｐ型ウェル２３にｎ型の導電性を示す不純物をイオン注入し、ｎＭＩＳのソース・ドレインとして機能するｎ型半導体領域２８をゲート電極２６ｎおよびサイドウォール２７に対して自己整合的に形成する。同様に、ｐＭＩＳのゲート電極２６ｐの両側のｎ型ウェル２４にｐ型の導電性を示す不純物をイオン注入し、ｐＭＩＳのソース・ドレインとして機能するｐ型半導体領域２９をゲート電極２６ｐおよびサイドウォール２７に対して自己整合的に形成する。
【００７７】
次に、図１８に示すように、半導体基板２１の主面上に絶縁膜３０を形成した後、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより絶縁膜３０を加工して接続孔３１を形成する。この接続孔３１はｎ型半導体領域２８上またはｐ型半導体領域２９上などの必要部分に形成する。続いて、接続孔３１の内部に、例えばタングステン（Ｗ）膜を主導体とするプラグ３２を形成する。
【００７８】
次に、半導体基板２１の主面上にストッパ絶縁膜３３および配線形成用の絶縁膜３４を順次形成する。ストッパ絶縁膜３３は絶縁膜３４への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜３４に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。ストッパ絶縁膜３３は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される窒化シリコン膜とし、絶縁膜３４は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜とすることができる。なお、ストッパ絶縁膜３３と絶縁膜３４には次に説明する第１層目の配線Ｍ１が形成される。
【００７９】
次に、シングルダマシン法により第１層目の配線Ｍ１を形成する。
【００８０】
まず、図１９に示すように、絶縁膜３４上にレジストパターンＲＰを形成する。ここで、所定の領域に形成されたレジストパターンＲＰにおいて、レジストパターン寸法を測定し、レジストパターン寸法とマスク寸法（設計寸法）との誤差（Δマスク寸法）を求める。
【００８１】
次に、図２０に示すように、レジストパターンＲＰをマスクとして、絶縁膜３４およびストッパ絶縁膜３３を順次ドライエッチングして、ストッパ絶縁膜３３および絶縁膜３４の所定の領域に凹形状の配線溝３５を形成する。
【００８２】
ここで、図２１に示すように、エッチング処理時にリアルタイムで、モニタリング信号およびプラズマ発光データを求める。さらに、各反応生成物のプラズマ発光強度から求まるそれぞれの予測値補正データを求め、これらのなかかから、開口率に応じた最適な予測値補正データを求める。配線溝３５の出来映え形状を予測する式（１）に、モニタリング信号から得られた予測値データ（ｆ（ｔｅｍｐ，Ｖｐｐ，Ｃ１））と、マスク寸法との誤差（Δマスク寸法）と、最適な予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ））とを入力することにより、配線溝３５の幅の予測値をリアルタイムで得ることができる。同様に、配線溝３５の出来映え形状を予測する式（２）に、モニタリング信号から得られた予測値データ（ｇ（Ｖｐｐ，ｔｅｍｐ））と、最適な予測値補正データ（ｇ２（Ｉｘ））とを入力することにより、配線溝３５の深さの予測値をリアルタイムで得ることができる。
【００８３】
得られた配線溝３５の幅の予測値と深さの予測値とはドライエッチング装置にフィードバック（ＦＢ）されて、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハのストッパ絶縁膜３３および絶縁膜３４はエッチングされる。配線溝３５の幅の予測値と深さの予測値が規格値よりもずれている場合は、エッチング処理条件を調整することにより、早期に配線溝３５の幅および深さを規格値に戻すことができるので、配線溝３５の加工不良の増加を抑えることができる。
【００８４】
次に、図２２に示すように、レジスタパターンＲＰを除去する。ここで、前述の図２１に示したように、配線溝３５の幅および深さの仕上がり寸法を測定してもよい。
【００８５】
次に、図２３に示すように、半導体基板２１の主面上にバリアメタル膜３６を形成する。バリアメタル膜３６は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜、または窒化タンタル（ＴａＮ）膜等である。続いて、ＣＶＤ法またはスパッタリング法によりバリアメタル膜３６上にＣｕのシード層（図示は省略）を形成し、さらに電解めっき法を用いてシード層上にＣｕめっき膜３７を形成する。Ｃｕめっき膜３７により配線溝３５の内部を埋め込む。
【００８６】
次に、図２４に示すように、配線溝３５の内部以外の領域のＣｕめっき膜３７、シード層、およびバリアメタル膜３６をＣＭＰ法により除去して、Ｃｕ膜を主導体とする第１層目の配線Ｍ１を形成する。なお、本実施の形態では、第１層目の配線Ｍ１を構成する主導体であるＣｕ膜を電解めっき法により形成したが、ＣＶＤ法、スパッタリング法、またはスパッタリフロー法などにより形成してもよい。
【００８７】
次に、デュアルダマシン法により第２層目の配線を形成する。
【００８８】
まず、図２５に示すように、半導体基板２１の主面上にキャップ絶縁膜３８、層間絶縁膜３９、および配線形成用のストッパ絶縁膜４０を順次形成する。キャップ絶縁膜３８および層間絶縁膜３９には、後に説明するように接続孔が形成される。キャップ絶縁膜３８は、層間絶縁膜３９に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。さらにキャップ絶縁膜３８は第１層目の配線Ｍ１を構成するＣｕの拡散を防止する保護膜としての機能を有している。層間絶縁膜３９は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成されるＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜とすることができる。ストッパ絶縁膜４０は、層間絶縁膜３９および後にストッパ絶縁膜４０の上層に堆積される配線形成用の絶縁膜に対してエッチング選択比を有する絶縁材料で構成され、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。
【００８９】
次に、孔形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングによりストッパ絶縁膜４０を加工する。ここで、前述した配線溝３５を形成する際のドライエッチング工程と同様に、パターンの出来映え形状の予測値を求め、これをドライエッチング装置へフィードバックして、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハのストッパ絶縁膜４０を加工する。
【００９０】
続いて、ストッパ絶縁膜４０上に配線形成用の絶縁膜４１を形成する。絶縁膜４１は、例えばＴＥＯＳ膜とすることができる。
【００９１】
次に、配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより絶縁膜４１を加工する。この際、ストッパ絶縁膜４０がエッチングストッパとして機能する。ここで、前述した配線溝３５を形成する際のドライエッチング工程と同様に、パターンの出来映え形状の予測値を求め、これをドライエッチング装置へフィードバックして、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハの絶縁膜４１を加工する。
【００９２】
続いて、ストッパ絶縁膜４０および配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより層間絶縁膜３９を加工する。この際、キャップ絶縁膜３８がエッチングストッパとして機能する。続いて、露出したキャップ絶縁膜３８をドライエッチングにより除去することにより、キャップ絶縁膜３８および層間絶縁膜３９に接続孔４２が形成され、ストッパ絶縁膜４０および絶縁膜４１に配線溝４３が形成される。
【００９３】
次に、図２６に示すように、接続孔４２および配線溝４３の内部に第２層目の配線Ｍ２を形成する。第２層目の配線Ｍ２は、バリアメタル層および主導体であるＣｕ膜からなり、この配線Ｍ２と下層配線である第１層目の配線Ｍ１とを接続する接続部材は第２層目の配線Ｍ２と一体に形成される。まず、接続孔４２および配線溝４３の内部を含む半導体基板２１の主面上にバリアメタル膜を形成する。バリアメタル膜は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜または窒化タンタル（ＴａＮ）膜等である。続いて、ＣＶＤ法またはスパッタリング法によりバリアメタル膜上にＣｕのシード層を形成し、さらに電解めっき法を用いてシード層上にＣｕめっき膜を形成する。Ｃｕめっき膜により接続孔４２および配線溝４３の内部を埋め込む。続いて、接続孔４２および配線溝４３以外の領域のＣｕめっき膜、シード層、およびバリアメタル膜をＣＭＰ法により除去して、第２層目の配線Ｍ２を形成する。
【００９４】
その後、図２７に示すように、例えば前述した第２層目の配線Ｍ２と同様な方法によりさらに上層の配線を形成する。図２７では、第３層目〜第６層目の配線Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、およびＭ６を形成した半導体装置を例示している。
【００９５】
本実施の形態による半導体装置では、第１層目の配線Ｍ１から第４層目の配線Ｍ４には、例えば最小線幅が７０ｎｍ以下の相対的に細いＣｕ配線を採用し、第５層目の配線Ｍ５および第６層目の配線Ｍ６には、例えば最小線幅が１００ｎｍ以上の相対的に太いＣｕ配線を採用する。また、配線溝が形成される絶縁膜の厚さ、開口率、およびパターン密度等も各配線層によって異なる。しかし、各配線層の配線溝パターンに対してそれぞれ予測値補正データを加えた予測式を立てることができるので、各配線層の配線溝パターンの出来映え形状の予測値を精度よく求めることができる。
【００９６】
次に、第６層目の配線Ｍ６上に窒化シリコン膜４４を形成し、窒化シリコン膜４４上に酸化シリコン膜４５を形成する。これら窒化シリコン膜４４および酸化シリコン膜４５は、外部からの水分や不純物の侵入防止およびα線の透過の抑制を行うパッシベーション膜として機能する。
【００９７】
次に、レジストパターンをマスクとしたエッチングにより窒化シリコン膜４４および酸化シリコン膜４５を加工して、第６層目の配線Ｍ６の一部（ボンディングパッド部）を露出させる。続いて、露出した第６層目の配線Ｍ６上に金（Ａｕ）膜およびニッケル（Ｎｉ）膜等の積層膜からなるバンプ下地電極４６を形成し、バンプ下地電極４６上に金（Ａｕ）または半田等からなるバンプ電極４７を形成することにより、本実施の形態である半導体装置が略完成する。なお、このバンプ電極４７は外部接続用電極となる。この後、ウエハから半導体チップに個々に切り分けられ、パッケージ基板等に実装されるが、それらの説明は省略する。
【００９８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９９】
例えば前述した実施の形態では、本発明をＳｉＯ２膜のエッチングプロセスへ適用した場合について説明したが、被エッチング膜はこれに限定されるものではない。例えばＳｉ膜またはＡｌ膜へも適用することができる。
【０１００】
Ｓｉ膜の場合は、式（１１）の反応によりＳｉ膜のエッチングが進む。
【０１０１】
Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌ 式（１１）
従って、エッチングにより反応生成物として、例えばＳｉＣｌが生成されるので、ＳｉＣｌのプラズマ発光データと開口率データとを用いて、予測値補正データを得ることができる。これにより、ウエハ処理後のパターン形状を高精度に予測することができる。
【０１０２】
また、Ａｌ膜の場合は、式（１２）の反応によりＡｌ膜のエッチングが進む。
【０１０３】
Ａｌ＋Ｃｌ→ＡｌＣｌ 式（１２）
従って、エッチングにより反応生成物として、例えばＡｌＣｌが生成されるので、ＡｌＣｌのプラズマ発光データと開口率データとを用いて、予測値補正データを得ることができる。これにより、ウエハ処理後のパターン形状を高精度に予測することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、半導体装置を製造するためのドライエッチング装置を用いたエッチングプロセスに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ドライエッチング装置
２ モニタリング信号記憶部
３ 発光強度検出部
４ 統計処理部
５ 発光データ演算処理部
６ 開口率データ演算処理部
７ モデル式演算処理部
８ チャンバ
９ 下部電極
１０ 上部電極
１１ ウエハ
１２ プラズマ
１３ ＳｉＯ２膜
１４ レジストパターン
１５ 開口部
２１ 半導体基板
２２ 分離部
２３ ｐ型ウェル
２４ ｎ型ウェル
２５ ゲート絶縁膜
２６ｎ，２６ｐ ゲート電極
２７ サイドウォール
２８ ｎ型半導体領域
２９ ｐ型半導体領域
３０ 絶縁膜
３１ 接続孔
３２ プラグ
３３ ストッパ絶縁膜
３４ 絶縁膜
３５ 配線溝
３６ バリアメタル膜
３７ 銅（Ｃｕ）めっき膜
３８ キャップ絶縁膜
３９ 層間絶縁膜
４０ ストッパ絶縁膜
４１ 絶縁膜
４２ 接続孔
４３ 配線溝
４４ 窒化シリコン膜
４５ 酸化シリコン膜
４６ バンプ下地電極
４７ バンプ電極
Ｍ１〜Ｍ６ 配線
ＲＰ レジストパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、ドライエッチング技術を用いたウエハ加工処理工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路パターンの微細化に伴いプロセスウィンドウが縮小しており、高精度なプロセス制御が要求されている。この要求を実現するには、ウエハ加工処理後の出来映え検査の頻度の増加が避けられず、半導体製品の生産性低下およびコスト増加が問題となる。そこで、ウエハ加工処理後の出来映えを予測する技術であるＶＭ（Virtual Metrology）技術の確立が期待されている。
【０００３】
例えば特開２００９−１５２２６９号公報（特許文献１）には、ウエハ開口率および局所パターンの立体角に応じて、反応生成物フラックスと立体角の積で表される加工側壁に入射する堆積物量を制御する形状シミュレータと、形状シミュレータで得られたデータベースとドライエッチング中のエッチング状態から検出された実測値とを比較してエッチングプロセスの補正値を算出し、補正値をエッチングチャンバに指示する制御部とを備えたドライエッチング装置が開示されており、エッチングプロセスのパラメータをリアルタイムに補正する技術が記載されている。
【０００４】
また、特開２００７−２５０９０２号公報（特許文献２）には、所定枚数のモデル作成用ウエハをエッチング処理しながら電気的データを測定し、各モデル作成用ウエハのＣＤ（Critical Dimension）シフト量を実測し、各ＣＤシフト量の移動平均値を求め、多変量解析法を用いて運転データと移動平均化されたＣＤシフト量との相関関係式を求め、他のウエハをエッチング処理したときの運転データを相関関係式に当てはめることによりＣＤシフト量を予測する方法が開示されている。
【０００５】
また、特開２００６−８３４３３号公報（特許文献３）には、プラズマのリアクタンスの高調波成分を測定するセンサと、所定の線形関数を利用して、高調波成分に対応するエッチングの終点時間を算出する手段とを備えたプラズマエッチング装置が開示されており、所定の線形関数は、プラズマエッチングされる薄膜のパターン開口率に応じて、複数の線形関数の中から選択することが記載されている。
【０００６】
また、特開２００５−１２２１８号公報（特許文献４）には、エッチング処理の間に実施されたインサイチューモニタリング（例えば分光、干渉計測、散乱計測、反射率測定など）と組み合わせて、エッチング処理に対してエクスサウチューで提供された測定情報（例えば限界寸法、層の膜厚など）を使用することにより、エッチング処理をモニタリングする方法が開示されている。
【０００７】
また、特開２００５−１８３７５６号公報（特許文献５）には、プラズマ処理装置において、反応室内の圧力を設定圧力に制御する圧力制御バルブの開度と、高周波電力印加時に発生するバイアス電圧とを設備モニタリングシステムにて常時モニタリングして、反応室内のプラズマ状態を確認する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１５２２６９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５０９０２号公報
【特許文献３】特開２００６−８３４３３号公報
【特許文献４】特開２００５−１２２１８号公報
【特許文献５】特開２００５−１８３７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えばＡＰＣ（Advanced Process Control）システムを搭載したドライエッチング装置では、ＶＭ技術を適用しない場合、前のロットの検査が完了して、その仕上がり寸法等の情報がフィードバックされるのを待ってから次のロットが処理される。そのため、前のロットの検査が完了するまでの待ち時間が生じてしまう。これに対して、ＶＭ技術を適用した場合は、リアルタイムで一ロット内の全ウエハの仕上がり寸法の予測値が得られるので、ＶＭ技術を適用しない場合と比べて、ドライエッチング工程のＴＡＴ（Turn Around Time）を短くすることができる。
【００１０】
そこで、本発明者らは、ドライエッチング装置のモニタリング信号からウエハの出来映えを予測するＶＭ技術を適用することにより、ウエハ加工処理後の出来映え検査の回数を低減している。しかし、モニタリング信号のみを用いたＶＭ技術では、ナノメートル（ｎｍ）スケールの寸法制御が難しいため、ナノメートルスケールの精度が要求される微細加工工程では、ウエハ加工処理後の出来映え検査の数を減らすことができない。
【００１１】
また、多層配線を形成するドライエッチング工程では、通常、配線パターンの加工形状（例えば寸法など）の規格が同じであれば、製品種または配線層を問わず、一つのエッチング条件で加工処理を行っている。しかし、配線パターンの加工形状の規格が同じであっても、パターン開口率またはパターン密度等が異なると、モニタリング信号のみを用いたＶＭ技術では、ウエハ処理後の出来映え形状の予測精度が低くなるという問題が生じる。特に、パターン開口率の違いは、エッチングプロセス（処理圧力、エッチングガス種、反応生成物フラックス、および流量等）に影響を及ぼし、配線パターンの微細化およびウエハの大口径化が進むに従い、その影響は顕著となっている。
【００１２】
本発明の目的は、ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的は、ウエハ処理後のパターンの出来映え検査の回数を低減することにより、製品の生産性の向上およびコスト低減を実現することのできる技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
この実施の形態は、基板の主面上に形成された被エッチング膜を、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより加工して、被エッチング膜のパターンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、ドライエッチングにより生成される各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これらを規格化した後、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ予測値補正データに変換し、これら予測値補正データのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号から得られた予測値データに導入することにより、パターンの出来映え形状を予測するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
ウエハ処理後のパターンの出来映え形状を高精度で予測することのできる技術を提供することができる。また、ウエハ処理後のパターンの出来映え検査の回数を低減することにより、製品の生産性の向上およびコスト低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態によるドライエッチング装置に備わる各演算部の構成を説明する概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ開口率が小さい場合（開口率は約５％）の被エッチンング膜上に形成されたレジストパターンの概略平面図、および開口率が大きい場合（開口率は約５５％）の被エッチング膜上に形成されたレジストパターンの概略平面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ開口率が小さい場合のエッチンングによる反応生成物の発生の様子、および開口率が大きい場合のエッチングによる反応生成物の発生の様子を説明する模式図である。
【図４】本発明の一実施の形態による発光データ演算処理部におけるプラズマ発光データの規格化の手順を説明する工程図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度と発光波長（波長領域２００〜８００ｎｍ）との関係の一例を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度の経時変化を示すグラフ図である。
【図７】本発明の一実施の形態によるＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られる各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値および規格化したプラズマ発光強度の平均値をまとめた図である。
【図８】本発明の一実施の形態による規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【図９】本発明の一実施の形態による開口率が小さい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ３、Ｉ４）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【図１０】本発明の一実施の形態による開口率が大きい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（１）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅の式（１）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（２）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さの式（２）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（９）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の幅の式（９）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、および配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【図１７】本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する製造工程中の半導体装置の要部断面図である。
【図１８】図１７に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図１９】図１８に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２０】図１９に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２１】本発明の一実施の形態によるエッチング工程の流れの一例を示す工程図である
【図２２】図２０に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２３】図２２に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２４】図２３に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２５】図２４に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２６】図２５に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【図２７】図２６に続く半導体装置の製造工程中の図１７と同じ箇所の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２１】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２２】
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態において、ウエハと言うときは、Ｓｉ（Silicon）単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。
【００２３】
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態）
本実施の形態によるＶＭ技術を用いたウエハ処理後のパターンの出来映え予測の方法を以下に説明する。本実施の形態では、配線パターンの出来映え予測を一例に挙げて説明する。具体的には、ダマシン（Damascene）配線を形成する際に、ドライエッチング法により絶縁膜に形成される配線溝の出来映え形状を予測する。
【００２５】
図１に、本実施の形態によるドライエッチング装置に備わる各演算部の構成を説明する概略図を示す。
【００２６】
ドライエッチング装置１の内部には、モニタリング信号記憶部２および発光強度検出部３が備わっており、さらに、外部には、統計処理部４、発光データ演算処理部５、開口率データ演算処理部６、モデル式演算処理部７が備わっている。なお、外部に備わるこれら処理部４、５，６，７は、ドライエッチング装置１の内部に設けてもよい。
【００２７】
ドライエッチング装置１は枚葉式のエッチング装置である。ドライエッチング装置１に備わるチャンバ８の内部には、所定の距離を空けて下部電極９および上部電極１０が平行に配置されており、下部電極９上にウエハ１１が配置される。下部電極９と上部電極１０との間にプラズマ１２を作り、プラズマ１２中に発生したイオンまたはラジカルを利用して、ウエハ１１に形成された被エッチング膜（本実施の形態ではＳｉＯ２からなる絶縁膜）がエッチングされる。
【００２８】
モニタリング信号記憶部２では、例えば下部電極温度（ｔｅｍｐ）、下部電極電位差（Ｖｐｐ）、および上部整合キャパシタの位置（Ｃ１）などのエッチング処理時のプラズマ状態を制御するエッチングプロセスの設定値（以下、モニタリング信号という）を記憶する。
【００２９】
発光強度検出部３では、所定の波長領域（例えば２００〜８００ｎｍ）におけるエッチング処理時に発生するプラズマの発光強度データを取得する。
【００３０】
統計処理部４では、エッチング処理時のモニタリング信号のうち、ウエハ処置後の配線パターン（配線溝の幅および深さ）の出来映え形状と相関があり、配線パターンの出来映え形状の予測式に必要となる複数のモニタリング信号を抽出する。
【００３１】
発光データ演算処理部５では、発光強度検出部３で得られたプラズマの発光強度データから、各反応生成物のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の時系列データを求め、さらに、平均値データを求める。そして、その平均値データを規格化した後、さらに、その規格化した各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値データを予測式に導入できる予測値補正データに変換する。
【００３２】
開口率データ演算処理部６では、発光データ演算処理部５において得られた各反応生成物の予測値補正データのなかから、ウエハ情報から得られる開口率に応じて最適な予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ），ｇ２（Ｉｘ））を選択する。
【００３３】
モデル式演算処理部７では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、開口率データ演算処理部６において、開口率に応じて選択された最適な予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ），ｇ２（Ｉｘ））を加えた予測式（式（１）および式（２））により、配線パターンの出来映え形状の予測値を求める。モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データの算出には、統計処理部４において抽出された複数のモニタリング信号を用いる。
【００３４】
配線溝の幅＝ｆ（temp，Vpp，C1）＋（Δマスク寸法）＋ｆ２（Ix） 式（１）
配線溝の深さ＝ｇ（Vpp，temp）＋ｇ２（Ix） 式（２）
次に、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値デーに、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データを加えた配線パターンの出来映え形状の予測式（式（１）および式（２））について詳細に説明する。
【００３５】
まず、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データについて説明する。
【００３６】
統計処理部４で抽出された、例えば下部電極温度（ｔｅｍｐ）、下部電極電位差（Ｖｐｐ）、および上部整合キャパシタの位置（Ｃ１）などのモニタリング信号を用いて、実験計画法を用いた実験および統計解析を行い、ウエハ処理後の配線パターン（配線溝の幅および深さ）の出来映え形状の予測値データを求める。本実施の形態では、統計解析に重回帰分析を用いる。
【００３７】
配線溝の幅は、ドライエッチング装置のモニタリング信号のうち下部電極温度（ｔｅｍｐ）、下部電極電位差（Ｖｐｐ）、および上部整合キャパシタの位置（Ｃ１）の統計解析から得られる予測値データ（ｆ（ｔｅｍｐ，Ｖｐｐ，Ｃ１））と、マスク寸法データ（Δマスク寸法）とにより予測することが可能である。マスク寸法データとは、例えばレジストパターン寸法とマスク寸法（設計寸法）との誤差等である。
【００３８】
また、配線溝の深さは、ドライエッチング装置のモニタリング信号のうち下部電極電位差（Ｖｐｐ）および下部電極温度（ｔｅｍｐ）の統計解析から得られる予測値データ（ｇ（Ｖｐｐ，ｔｅｍｐ））により予測することが可能である。
【００３９】
次に、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データを加えた配線パターンの出来映え形状の予測式（式（１）および式（２））について詳細に説明する。
【００４０】
ここで、開口率とは、被処理面全体のうちエッチングされる部分の占める割合または面積比で定められる量である。例えば絶縁膜をエッチングする場合に、絶縁膜の全表面積のうち８０％がレジストパターンにより被覆され、２０％が露出しているとすると、開口率は２０％となる。
【００４１】
図２（ａ）および（ｂ）に、それぞれ開口率が小さい場合（開口率は約５％）の概略図および開口率が大きい場合（開口率は約５５％）の概略図を示す。図２中、符号１４は被エッチンング膜上に形成されたレジストパターン、符号１５は被エッチング膜が露出した開口部を示している。
【００４２】
開口率が相対的に大きいとエッチングにより生じる反応生成物の量が多くなり、開口率が相対的に小さいとエッチングにより生じる反応生成物の量が少なくなる。また、一般に、開口率が相対的に大きいとエッチングレートが遅くなり、開口率が相対的に小さいとエッチングレートが速くなる傾向がある。従って、開口率が様々に変化することにより、プラズマ発光強度またはエッチングレートも変化する。
【００４３】
例えば絶縁膜にＳｉＯ２膜を用いた場合、ＣＦ系ガスおよび不活性ガスＡｒを用いると、式（３）の反応によりＳｉＯ２膜のエッチングが進む。
【００４４】
ＳｉＯ＋ＣＦ→ＳｉＦ＋ＣＯ 式（３）
従って、エッチンングにより反応生成物として、例えばＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ等が生じるが、これらの量は開口率に依存する。
【００４５】
図３（ａ）および（ｂ）に、それぞれ開口率が相対的に小さい場合のエッチンングによる反応生成物の発生の様子および開口率が相対的に大きい場合のエッチングによる反応生成物の発生の様子を説明する模式図を示す。ＳｉＯ２膜１３上に形成されたレジストパターン１４の開口部１５において、エッチングガス種（ＣＦ＊）によりＳｉＯ２膜１３がエッチングされる。このエッチンングにより反応生成物であるＣＯ、ＳｉＦ等が生じるが、開口率が相対的に大きいとＣＯ、ＳｉＦ等の量は多く、開口率が相対的に小さいとＣＯ、ＳｉＦ等の量は少なくなる。
【００４６】
すなわち、エッチングにより生じる反応生成物の量は、式（４）に示すように、単位時間当たりのエッチング量（エッチングレート）と開口率との積に比例する。
【００４７】
（反応生成物の量）∝（エッチングレート）×（開口率） 式（４）
本実施の形態では、各反応生成物の量をそれぞれプラズマ発光強度によって表し、これを規格化する。そして、規格化された各反応生成物のプラズマ発光強度のデータを、予測式に加えることのできる予測値補正データに変換する。そのなかから開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、この最適な予測値補正データを、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えた予測式（式（１）および式（２））を構築し、この予測式（式（１）および式（２））を用いて配線パターンの出来映え形状を予測する。
【００４８】
予測値補正データの基となる各反応生成物のプラズマ発光強度は、発光データ演算処理部５でデータ処理され、最適な予測値補正データは、開口率データ演算処理部６で開口率に応じて選択され、配線パターンの出来映え形状は、モデル式演算処理部７において最適な予測値補正データを導入した予測式（式（１）および式（２））を用いて算出される。
【００４９】
次に、発光データ演算処理部５における各反応生成物のプラズマ発光強度の規格化について図４〜図７を用いて詳細に説明する。図４は、発光データ演算処理部５におけるプラズマ発光データの規格化の手順を説明する工程図、図５は、ＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度と発光波長（波長領域２００〜８００ｎｍ）との関係の一例を示すグラフ図、図６は、ＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られるプラズマ発光強度の経時変化を示すグラフ図、図７は、ＳｉＯ２膜をドライエッチングした際に得られる各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値および規格化したプラズマ発光強度の平均値をまとめた図である。
【００５０】
（図４の工程Ｐ１）発光データ演算処理部５では、発光強度検出部３において取得された２００〜８００ｎｍの波長領域におけるプラズマ発光強度を、例えば±１ｎｍの間隔でウエハ処理が終了するまでモニタリングする。
【００５１】
（図４の工程Ｐ２）各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の時系列データを求める。図５に示すように、２００〜８００ｎｍの波長領域において、例えばＣＯでは約４８３ｎｍの発光波長におけるプラズマ発光強度を求め、Ａｒでは約７５０ｎｍの発光波長におけるプラズマ発光強度を求める。
【００５２】
（図４の工程Ｐ３）各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＣＯ、ＩＳｉＦ、ＩＣＦ、ＩＣＮ）をそれぞれ求める。図６に示すように、時系列データを、例えば移動平均等のスムージングを行った後、プラズマ放電開始時と終了時の数秒間のプラズマ発光強度が安定していない時間は含まずに、平均値データを求める。
【００５３】
（図４の工程Ｐ４）各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＣＯ、ＩＳｉＦ、ＩＣＦ、ＩＣＮ）を、Ａｒの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＡｒ）を用いて規格化する。例えば規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４）は、式（５）〜式（８）のように表すことができる。
【００５４】
Ｉ１＝ＩＣＯ／ＩＡｒ 式（５）
Ｉ２＝ＩＳｉＦ／ＩＡｒ 式（６）
Ｉ３＝ＩＣＦ／ＩＡｒ 式（７）
Ｉ４＝ＩＣＮ／ＩＡｒ 式（８）
図７に、各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（ＩＣＯ、ＩＳｉＦ、ＩＣＦ、ＩＣＮ）および規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）をまとめる。
【００５５】
（図４の工程Ｐ５）規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のそれぞれの発光波長におけるプラズマ発光強度の平均値データを、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えて補正できるように、予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ）：ｘ＝１〜４およびｇ２（Ｉｘ）：ｘ＝１〜４）に変換する。
【００５６】
次に、開口率データ演算処理部６における最適な予測値補正データの選択方法について図８〜図１０を用いて説明する。図８は、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）（プラズマ発光データ）と開口率データとの関係を説明するグラフ図、図９は、開口率が小さい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ３、Ｉ４）（プラズマ発光データ）と開口率データとの関係を説明するグラフ図、図１０は、開口率が大きい場合に使用する規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２）と開口率データとの関係を説明するグラフ図である。
【００５７】
図８に示すように、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）と開口率データとの間には、相関関係がある。
【００５８】
開口率が相対的に小さい場合は、被エッチング膜（ＳｉＯ２膜）の露出した面積の割合が小さく、レジストパターンの割合が大きい。このため、エッチングガス種の反応生成物（ＣＦ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ３）またはエッチングガス種の反応生成物（ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ４）が大きくなる。そこで、図９に示すように、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）から、平均値データ（Ｉ３）または平均値データ（Ｉ４）を選択する。そして、これらを変換して予測値補正データを求めて、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、最適な予測値補正データを補正値として導入する。
【００５９】
これに対して、開口率が相対的に大きい場合は、被エッチング膜（ＳｉＯ２膜）の露出した面積の割合が大きく、レジストパターンの割合が小さい。このため、被エッチング膜を構成するＳｉＯ２の反応生成物（ＣＯ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１）またはＳｉＯ２の反応生成物（ＳｉＦ）の発光強度の平均値データ（Ｉ２）が大きくなる。そこで、図１０に示すように、規格化した各反応生成物（ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、ＣＮ）のプラズマ発光強度の平均値データ（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）から、平均値データ（Ｉ１）または平均値データ（Ｉ２）を選択する。そして、これらを変換して予測値補正データを求めて、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに、最適な予測値補正データを補正値として導入する。
【００６０】
このように、開口率に応じて、予測式（式（１）および式（２））に導入する最適な予測値補正データを選択することにより、配線パターンの出来映え形状を高精度に予測することができる。
【００６１】
次に、モデル式演算処理部７において算出される配線溝の出来映え形状の予測結果について図１１〜図１６を用いて説明する。
【００６２】
配線溝の幅を予測する式（１）では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データ（ｆ（ｔｅｍｐ，Ｖｐｐ，Ｃ１）＋（Δマスク寸法））に予測値補正データｆ２（Ｉｘ）を加える。ｆ２（Ｉｘ）には、予測値補正データｆ２（Ｉ１）、ｆ２（Ｉ２）、ｆ２（Ｉ３）、ｆ２（Ｉ４）のうちから、開口率から選択される最適な予測値補正データが導入される。同様に、配線溝の深さを予測する式（２）では、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データ（ｇ（Ｖｐｐ，ｔｅｍｐ）に予測値補正データｇ２（Ｉｘ）を加える。ｇ２（Ｉｘ）には、予測値補正データｇ２（Ｉ１）、ｇ２（Ｉ２）、ｇ２（Ｉ３）、ｇ２（Ｉ４）のうちから、開口率から選択される最適な予測値補正データが導入される。
【００６３】
例えば、開口率が５％のウエハを処理する場合は、発光データ演算処理部５で得られた予測値補正データｆ２（Ｉ１）、ｆ２（Ｉ２）、ｆ２（Ｉ３）、ｆ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｆ２（Ｉ３）またはｆ２（Ｉ４）を加え、予測値補正データｇ２（Ｉ１）、ｇ２（Ｉ２）、ｇ２（Ｉ３）、ｇ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｇ２（Ｉ３）またはｇ２（Ｉ４）を加える。
【００６４】
また、開口率が５５％のウエハを処理する場合は、発光データ演算処理部５で得られた予測値補正データｆ２（Ｉ１）、ｆ２（Ｉ２）、ｆ２（Ｉ３）、ｆ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｆ２（Ｉ１）またはｆ２（Ｉ２）を加え、予測値補正データｇ２（Ｉ１）、ｇ２（Ｉ２）、ｇ２（Ｉ３）、ｇ２（Ｉ４）のうち、予測値補正データｇ２（Ｉ１）またはｇ２（Ｉ２）を加える。
【００６５】
図１１（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１１（ｂ）は、配線溝の幅のモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。また、図１２（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（１）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１２（ｂ）は、配線溝の幅の式（１）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。
【００６６】
図１１および図１２に示すように、モニタリング信号のみから求めた配線溝の幅の予測値よりも、予測値補正データを導入した式（１）から求めた配線溝の幅の予測値のほうが、予測精度が高いことが分かる。
【００６７】
図１３（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１３（ｂ）は、配線溝の深さのモニタリング信号のみから求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。また、図１４（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（２）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１４（ｂ）は、配線溝の深さの式（２）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【００６８】
図１３および図１４に示すように、モニタリング信号のみから求めた配線溝の深さの予測値よりも、予測値補正データを導入した式（２）から求めた配線溝の深さの予測値のほうが、予測精度が高いことが分かる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、統計解析に重回帰分析を用いているため、独立変数（説明変数）間に相関がある場合は、多重共線性の状態となり予測値が不安定となる。本実施の形態では、プラズマ発光データ同士に強い相関関係があるため、予測式（式（１）および式（２））に複数の予測値補正データを導入すると、予測値の精度が低下する。
【００７０】
図１５に、例えば２つの予測値補正データｆ３（Ｉｘ，Ｉｙ）を導入した式（９）を用いて求めた配線溝の幅の予測値を示し、図１６に、例えば２つの予測値補正データｇ３（Ｉｘ，Ｉｙ）を導入した式（１０）を用いて求めた配線溝の深さの予測値を示す。図１５（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の幅の式（９）から求めた予測値および配線溝の幅の実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１５（ｂ）は、配線溝の幅の式（９）から求めた予測値と配線溝の幅の実測値との関係を示すグラフ図である。また、図１６（ａ）は、ウエハ処理枚数の増加に伴う配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値および配線溝の深さの実測値の変動の様子を示すグラフ図、図１６（ｂ）は、配線溝の深さの式（１０）から求めた予測値と配線溝の深さの実測値との関係を示すグラフ図である。
【００７１】
配線溝の幅＝ｆ（temp, Vpp, C1）＋（Δマスク寸法）＋ｆ２（Ix, Iy） 式（９）
配線溝の深さ＝ｇ（Vpp, temp）＋ｇ２（Ix, Iy） 式（１０）
図１５および図１６に示すように、２つの予測値補正データを用いると、１つの予測値補正データを用いた場合（前述の図１２および図１４）よりも、配線溝の幅および深さの予測値の精度が低くなっている。従って、統計解析に重回帰分析を用いた予測式には、選択された１つの予測値補正データの使用が望ましい。
【００７２】
このように、本実施の形態によれば、各反応生成物のプラズマ発光データから得られる各予測値補正データのなかから、開口率に応じた最適な予測値補正データを選択し、これをモニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測値データに加えた予測式（式（１）および式（２））を用いることにより、モニタリング信号のみを用いて得られる配線パターンの出来映え形状の予測よりも高精度な予測、例えばナノメートルスケールの精度の予測が可能となる。これにより、ウエハ処理後の検査頻度を削減できて、生産性の向上およびコストの低減を実現することができる。
【００７３】
次に、本実施の形態による半導体装置の製造方法について図１７〜図２７を用いて工程順に説明する。半導体装置には、電界効果トランジスタ、抵抗素子、容量素子等の種々の半導体素子が形成されるが、本実施の形態では、ＣＭＩＳ（Complementary Metal Insulator Oxide Semiconductor）デバイスを例示する。図１７〜図２０および図２２〜図２７は、半導体装置の要部断面図、図２１は、エッチング工程の流れの一例を示す工程図である。また、以下の説明においては、電界効果トランジスタを代表するＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）をＭＩＳと略し、ｐチャネル型のＭＩＳＦＥＴをｐＭＩＳと略し、ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴをｎＭＩＳと略す。
【００７４】
まず、図１７に示すように、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板（ウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板）２１を用意する。次に、半導体基板２１の主面の素子分離領域に絶縁膜からなる分離部２２を形成する。続いて、ｎＭＩＳが形成される領域（ｎＭＩＳ形成領域）の半導体基板２１にｐ型の導電性を示す不純物をイオン注入してｐ型ウェル２３を形成し、同様に、ｐＭＩＳが形成される領域（ｐＭＩＳ形成領域）の半導体基板２１にｎ型の導電性を示す不純物をイオン注入してｎ型ウェル２４を形成する。
【００７５】
次に、半導体基板２１の主面（ｐ型ウェル２３およびｎ型ウェル２４のそれぞれの表面）にゲート絶縁膜２５を形成する。続いて、ｎＭＩＳ形成領域のゲート絶縁膜２５上にｎＭＩＳのゲート電極２６ｎを形成し、同様に、ｐＭＩＳ形成領域のゲート絶縁膜２５上にｐＭＩＳのゲート電極２６ｐを形成する。
【００７６】
次に、ｎＭＩＳのゲート電極２６ｎおよびｐＭＩＳのゲート電極２６ｐのそれぞれの側壁にサイドウォール２７を形成する。続いて、ｎＭＩＳのゲート電極２６ｎの両側のｐ型ウェル２３にｎ型の導電性を示す不純物をイオン注入し、ｎＭＩＳのソース・ドレインとして機能するｎ型半導体領域２８をゲート電極２６ｎおよびサイドウォール２７に対して自己整合的に形成する。同様に、ｐＭＩＳのゲート電極２６ｐの両側のｎ型ウェル２４にｐ型の導電性を示す不純物をイオン注入し、ｐＭＩＳのソース・ドレインとして機能するｐ型半導体領域２９をゲート電極２６ｐおよびサイドウォール２７に対して自己整合的に形成する。
【００７７】
次に、図１８に示すように、半導体基板２１の主面上に絶縁膜３０を形成した後、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより絶縁膜３０を加工して接続孔３１を形成する。この接続孔３１はｎ型半導体領域２８上またはｐ型半導体領域２９上などの必要部分に形成する。続いて、接続孔３１の内部に、例えばタングステン（Ｗ）膜を主導体とするプラグ３２を形成する。
【００７８】
次に、半導体基板２１の主面上にストッパ絶縁膜３３および配線形成用の絶縁膜３４を順次形成する。ストッパ絶縁膜３３は絶縁膜３４への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜３４に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。ストッパ絶縁膜３３は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される窒化シリコン膜とし、絶縁膜３４は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜とすることができる。なお、ストッパ絶縁膜３３と絶縁膜３４には次に説明する第１層目の配線Ｍ１が形成される。
【００７９】
次に、シングルダマシン法により第１層目の配線Ｍ１を形成する。
【００８０】
まず、図１９に示すように、絶縁膜３４上にレジストパターンＲＰを形成する。ここで、所定の領域に形成されたレジストパターンＲＰにおいて、レジストパターン寸法を測定し、レジストパターン寸法とマスク寸法（設計寸法）との誤差（Δマスク寸法）を求める。
【００８１】
次に、図２０に示すように、レジストパターンＲＰをマスクとして、絶縁膜３４およびストッパ絶縁膜３３を順次ドライエッチングして、ストッパ絶縁膜３３および絶縁膜３４の所定の領域に凹形状の配線溝３５を形成する。
【００８２】
ここで、図２１に示すように、エッチング処理時にリアルタイムで、モニタリング信号およびプラズマ発光データを求める。さらに、各反応生成物のプラズマ発光強度から求まるそれぞれの予測値補正データを求め、これらのなかかから、開口率に応じた最適な予測値補正データを求める。配線溝３５の出来映え形状を予測する式（１）に、モニタリング信号から得られた予測値データ（ｆ（ｔｅｍｐ，Ｖｐｐ，Ｃ１））と、マスク寸法との誤差（Δマスク寸法）と、最適な予測値補正データ（ｆ２（Ｉｘ））とを入力することにより、配線溝３５の幅の予測値をリアルタイムで得ることができる。同様に、配線溝３５の出来映え形状を予測する式（２）に、モニタリング信号から得られた予測値データ（ｇ（Ｖｐｐ，ｔｅｍｐ））と、最適な予測値補正データ（ｇ２（Ｉｘ））とを入力することにより、配線溝３５の深さの予測値をリアルタイムで得ることができる。
【００８３】
得られた配線溝３５の幅の予測値と深さの予測値とはドライエッチング装置にフィードバック（ＦＢ）されて、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハのストッパ絶縁膜３３および絶縁膜３４はエッチングされる。配線溝３５の幅の予測値と深さの予測値が規格値よりもずれている場合は、エッチング処理条件を調整することにより、早期に配線溝３５の幅および深さを規格値に戻すことができるので、配線溝３５の加工不良の増加を抑えることができる。
【００８４】
次に、図２２に示すように、レジスタパターンＲＰを除去する。ここで、前述の図２１に示したように、配線溝３５の幅および深さの仕上がり寸法を測定してもよい。
【００８５】
次に、図２３に示すように、半導体基板２１の主面上にバリアメタル膜３６を形成する。バリアメタル膜３６は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜、または窒化タンタル（ＴａＮ）膜等である。続いて、ＣＶＤ法またはスパッタリング法によりバリアメタル膜３６上にＣｕのシード層（図示は省略）を形成し、さらに電解めっき法を用いてシード層上にＣｕめっき膜３７を形成する。Ｃｕめっき膜３７により配線溝３５の内部を埋め込む。
【００８６】
次に、図２４に示すように、配線溝３５の内部以外の領域のＣｕめっき膜３７、シード層、およびバリアメタル膜３６をＣＭＰ法により除去して、Ｃｕ膜を主導体とする第１層目の配線Ｍ１を形成する。なお、本実施の形態では、第１層目の配線Ｍ１を構成する主導体であるＣｕ膜を電解めっき法により形成したが、ＣＶＤ法、スパッタリング法、またはスパッタリフロー法などにより形成してもよい。
【００８７】
次に、デュアルダマシン法により第２層目の配線を形成する。
【００８８】
まず、図２５に示すように、半導体基板２１の主面上にキャップ絶縁膜３８、層間絶縁膜３９、および配線形成用のストッパ絶縁膜４０を順次形成する。キャップ絶縁膜３８および層間絶縁膜３９には、後に説明するように接続孔が形成される。キャップ絶縁膜３８は、層間絶縁膜３９に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。さらにキャップ絶縁膜３８は第１層目の配線Ｍ１を構成するＣｕの拡散を防止する保護膜としての機能を有している。層間絶縁膜３９は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成されるＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜とすることができる。ストッパ絶縁膜４０は、層間絶縁膜３９および後にストッパ絶縁膜４０の上層に堆積される配線形成用の絶縁膜に対してエッチング選択比を有する絶縁材料で構成され、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。
【００８９】
次に、孔形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングによりストッパ絶縁膜４０を加工する。ここで、前述した配線溝３５を形成する際のドライエッチング工程と同様に、パターンの出来映え形状の予測値を求め、これをドライエッチング装置へフィードバックして、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハのストッパ絶縁膜４０を加工する。
【００９０】
続いて、ストッパ絶縁膜４０上に配線形成用の絶縁膜４１を形成する。絶縁膜４１は、例えばＴＥＯＳ膜とすることができる。
【００９１】
次に、配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより絶縁膜４１を加工する。この際、ストッパ絶縁膜４０がエッチングストッパとして機能する。ここで、前述した配線溝３５を形成する際のドライエッチング工程と同様に、パターンの出来映え形状の予測値を求め、これをドライエッチング装置へフィードバックして、リアルタイムでエッチングプロセスの設定値を補正しながら、各ウエハの絶縁膜４１を加工する。
【００９２】
続いて、ストッパ絶縁膜４０および配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより層間絶縁膜３９を加工する。この際、キャップ絶縁膜３８がエッチングストッパとして機能する。続いて、露出したキャップ絶縁膜３８をドライエッチングにより除去することにより、キャップ絶縁膜３８および層間絶縁膜３９に接続孔４２が形成され、ストッパ絶縁膜４０および絶縁膜４１に配線溝４３が形成される。
【００９３】
次に、図２６に示すように、接続孔４２および配線溝４３の内部に第２層目の配線Ｍ２を形成する。第２層目の配線Ｍ２は、バリアメタル層および主導体であるＣｕ膜からなり、この配線Ｍ２と下層配線である第１層目の配線Ｍ１とを接続する接続部材は第２層目の配線Ｍ２と一体に形成される。まず、接続孔４２および配線溝４３の内部を含む半導体基板２１の主面上にバリアメタル膜を形成する。バリアメタル膜は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜または窒化タンタル（ＴａＮ）膜等である。続いて、ＣＶＤ法またはスパッタリング法によりバリアメタル膜上にＣｕのシード層を形成し、さらに電解めっき法を用いてシード層上にＣｕめっき膜を形成する。Ｃｕめっき膜により接続孔４２および配線溝４３の内部を埋め込む。続いて、接続孔４２および配線溝４３以外の領域のＣｕめっき膜、シード層、およびバリアメタル膜をＣＭＰ法により除去して、第２層目の配線Ｍ２を形成する。
【００９４】
その後、図２７に示すように、例えば前述した第２層目の配線Ｍ２と同様な方法によりさらに上層の配線を形成する。図２７では、第３層目〜第６層目の配線Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、およびＭ６を形成した半導体装置を例示している。
【００９５】
本実施の形態による半導体装置では、第１層目の配線Ｍ１から第４層目の配線Ｍ４には、例えば最小線幅が７０ｎｍ以下の相対的に細いＣｕ配線を採用し、第５層目の配線Ｍ５および第６層目の配線Ｍ６には、例えば最小線幅が１００ｎｍ以上の相対的に太いＣｕ配線を採用する。また、配線溝が形成される絶縁膜の厚さ、開口率、およびパターン密度等も各配線層によって異なる。しかし、各配線層の配線溝パターンに対してそれぞれ予測値補正データを加えた予測式を立てることができるので、各配線層の配線溝パターンの出来映え形状の予測値を精度よく求めることができる。
【００９６】
次に、第６層目の配線Ｍ６上に窒化シリコン膜４４を形成し、窒化シリコン膜４４上に酸化シリコン膜４５を形成する。これら窒化シリコン膜４４および酸化シリコン膜４５は、外部からの水分や不純物の侵入防止およびα線の透過の抑制を行うパッシベーション膜として機能する。
【００９７】
次に、レジストパターンをマスクとしたエッチングにより窒化シリコン膜４４および酸化シリコン膜４５を加工して、第６層目の配線Ｍ６の一部（ボンディングパッド部）を露出させる。続いて、露出した第６層目の配線Ｍ６上に金（Ａｕ）膜およびニッケル（Ｎｉ）膜等の積層膜からなるバンプ下地電極４６を形成し、バンプ下地電極４６上に金（Ａｕ）または半田等からなるバンプ電極４７を形成することにより、本実施の形態である半導体装置が略完成する。なお、このバンプ電極４７は外部接続用電極となる。この後、ウエハから半導体チップに個々に切り分けられ、パッケージ基板等に実装されるが、それらの説明は省略する。
【００９８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９９】
例えば前述した実施の形態では、本発明をＳｉＯ２膜のエッチングプロセスへ適用した場合について説明したが、被エッチング膜はこれに限定されるものではない。例えばＳｉ膜またはＡｌ膜へも適用することができる。
【０１００】
Ｓｉ膜の場合は、式（１１）の反応によりＳｉ膜のエッチングが進む。
【０１０１】
Ｓｉ＋Ｃｌ→ＳｉＣｌ 式（１１）
従って、エッチングにより反応生成物として、例えばＳｉＣｌが生成されるので、ＳｉＣｌのプラズマ発光データと開口率データとを用いて、予測値補正データを得ることができる。これにより、ウエハ処理後のパターン形状を高精度に予測することができる。
【０１０２】
また、Ａｌ膜の場合は、式（１２）の反応によりＡｌ膜のエッチングが進む。
【０１０３】
Ａｌ＋Ｃｌ→ＡｌＣｌ 式（１２）
従って、エッチングにより反応生成物として、例えばＡｌＣｌが生成されるので、ＡｌＣｌのプラズマ発光データと開口率データとを用いて、予測値補正データを得ることができる。これにより、ウエハ処理後のパターン形状を高精度に予測することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、半導体装置を製造するためのドライエッチング装置を用いたエッチングプロセスに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ドライエッチング装置
２ モニタリング信号記憶部
３ 発光強度検出部
４ 統計処理部
５ 発光データ演算処理部
６ 開口率データ演算処理部
７ モデル式演算処理部
８ チャンバ
９ 下部電極
１０ 上部電極
１１ ウエハ
１２ プラズマ
１３ ＳｉＯ２膜
１４ レジストパターン
１５ 開口部
２１ 半導体基板
２２ 分離部
２３ ｐ型ウェル
２４ ｎ型ウェル
２５ ゲート絶縁膜
２６ｎ，２６ｐ ゲート電極
２７ サイドウォール
２８ ｎ型半導体領域
２９ ｐ型半導体領域
３０ 絶縁膜
３１ 接続孔
３２ プラグ
３３ ストッパ絶縁膜
３４ 絶縁膜
３５ 配線溝
３６ バリアメタル膜
３７ 銅（Ｃｕ）めっき膜
３８ キャップ絶縁膜
３９ 層間絶縁膜
４０ ストッパ絶縁膜
４１ 絶縁膜
４２ 接続孔
４３ 配線溝
４４ 窒化シリコン膜
４５ 酸化シリコン膜
４６ バンプ下地電極
４７ バンプ電極
Ｍ１〜Ｍ６ 配線
ＲＰ レジストパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ａ）基板の主面上に被エッチング膜を形成する工程；
（ｂ）前記被エッチング膜上にレジストパターンを形成する工程；
（ｃ）ドライエッチング装置において、前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を加工し、前記被エッチング膜からなるパターンを形成する工程、
ここで、前記（ｃ）工程では、
モニタリング信号から得られる予測値データと、各反応生成物のプラズマ発光強度から得られるそれぞれの予測値補正データのなかから、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データとを含む予測式により、前記パターンの出来映え形状を予測し、エッチングプロセスの設定値をリアルタイムに補正する。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記開口率が相対的に小さい場合は、前記最適な予測値補正データに、エッチングガス種の反応生成物のプラズマ発光強度から得られる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記開口率が相対的に大きい場合は、前記最適な予測値補正データに、前記被エッチング膜の反応生成物のプラズマ発光強度から得られる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記最適な予測値補正データは、以下の工程を含む処理により求めることを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ｃ１）所定の発光波長の範囲におけるプラズマの発光強度データをモニタリングする工程；
（ｃ２）前記プラズマの発光強度データから、前記各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ求める工程；
（ｃ３）前記各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値データを求める工程；
（ｃ４）前記平均値データを規格化する工程；
（ｃ５）規格化した前記平均値データを、前記予測値補正データに変換する工程；
（ｃ６）前記予測値補正データのなかから前記開口率に応じて前記最適な予測値補正データを選択する工程。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記予測式には、前記レジストパターンの寸法と、前記（ｂ）工程で前記レジストパターンを形成する際に用いられるマスクの寸法との誤差を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被エッチング膜がＳｉＯ２膜の場合は、ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、およびＣＮのプラズマ発光強度を求め、
前記開口率が相対的に小さい場合は、前記最適な予測値補正データに、ＣＦまたはＣＮのプラズマ発光強度から求まる前記予測値補正データを用い、
前記開口率が相対的に大きい場合は、前記最適な予測値補正データに、ＣＯまたはＳｉＦのプラズマ発光強度から求まる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ａ）基板の主面上に被エッチング膜を形成する工程；
（ｂ）前記被エッチング膜上にレジストパターンを形成する工程；
（ｃ）ドライエッチング装置において、前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を加工し、前記被エッチング膜からなるパターンを形成する工程、
ここで、前記（ｃ）工程では、
モニタリング信号から得られる予測値データと、各反応生成物のプラズマ発光強度から得られるそれぞれの予測値補正データのなかから、開口率に応じて選択される最適な予測値補正データとを含む予測式により、前記パターンの出来映え形状を予測し、エッチングプロセスの設定値をリアルタイムに補正する。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記開口率が相対的に小さい場合は、前記最適な予測値補正データに、エッチングガス種の反応生成物のプラズマ発光強度から得られる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記開口率が相対的に大きい場合は、前記最適な予測値補正データに、前記被エッチング膜の反応生成物のプラズマ発光強度から得られる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記最適な予測値補正データは、以下の工程を含む処理により求めることを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ｃ１）所定の発光波長の範囲におけるプラズマの発光強度データをモニタリングする工程；
（ｃ２）前記プラズマの発光強度データから、前記各反応生成物のプラズマ発光強度をそれぞれ求める工程；
（ｃ３）前記各反応生成物のプラズマ発光強度の平均値データを求める工程；
（ｃ４）前記平均値データを規格化する工程；
（ｃ５）規格化した前記平均値データを、前記予測値補正データに変換する工程；
（ｃ６）前記予測値補正データのなかから前記開口率に応じて前記最適な予測値補正データを選択する工程。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記予測式には、前記レジストパターンの寸法と、前記（ｂ）工程で前記レジストパターンを形成する際に用いられるマスクの寸法との誤差を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被エッチング膜がＳｉＯ２膜の場合は、ＣＯ、ＳｉＦ、ＣＦ、およびＣＮのプラズマ発光強度を求め、
前記開口率が相対的に小さい場合は、前記最適な予測値補正データに、ＣＦまたはＣＮのプラズマ発光強度から求まる前記予測値補正データを用い、
前記開口率が相対的に大きい場合は、前記最適な予測値補正データに、ＣＯまたはＳｉＦのプラズマ発光強度から求まる前記予測値補正データを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−１９０８４２（Ｐ２０１２−１９０８４２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０５７７（Ｐ２０１１−５０５７７）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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