(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に接続した第１、第２および第３の通信リンクと、
前記第１の通信リンクに接続した、プラズマ利用機器の真空処理室内に生成されるプラズマの状態を検出するプラズマ状態検出器、前記真空処理室内に配置した載置台上に載置した被処理物の状態を検出する被処理物状態検出器およびプラズマ利用機器に処理ガスを供給する周辺機器のガス供給状態を検出するユーティリティ検出器と、
前記第２の通信リンクに接続した、前記プラズマ状態検出器、被処理物状態検出器およびユーティリティ検出器の検出した数値情報をもとに、プラズマ利用機器を制御する装置コントローラおよびプラズマ利用機器に処理ガスを供給する周辺機器を制御するユーティリティコントローラと、
前記第３の通信リンクに接続した、エネルギ制御装置およびユーティリティ制御装置を備え、
第１の通信リンクに接続した前記プラズマ状態検出器、被処理物状態検出器およびユーティリティ検出器が検出した数値情報に基づいて、第２の通信リンクに接続した装置コントローラおよびユーティリティコントローラがそれぞれ演算した制御数値情報情報をもとに、第３の通信リンクに接続したエネルギ制御装置およびユーティリティ制御装置を制御するプラズマ利用機器の制御装置であって、前記各コントローラは主として所定のプロセス特性のみに影響を与える数値情報を選択して制御情報とすることを特徴とするプラズマ利用機器の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ利用機器の制御装置において、
前記各コントローラが主として所定のプロセス特性のみに影響を与える情報として選択する情報は、高周波出力、ウエハバイアス出力、供給ガス流量、リアクター内圧力、電極冷却水温度および冷却水流量、リアクタ壁面の温度調整水温度および流量のうちの何れかであることを特徴とするプラズマ利用機器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ利用機器の制御装置にかかり、特に高精度かつ安定性に優れた制御が可能なプラズマ利用機器の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ利用機器におけるプラズマ自体の特性は未だ充分に解明されていない。このため、プロセスパラメータをプロセス特性の変動に合わせて制御して、所定の結果を得ることは困難であり、従来のプラズマ利用機器においては、生産開始時に設定したプロセスパラメータを一定に制御する方法が採用されている。
【０００３】
一方、半導体デバイスを製造するプラズマ利用機器は、製造中にリアクタ内に蓄積した反応生成物等により、リアクタそのものの状態が変化しプラズマ処理特性が経時的に変化する。この経時変化に対しては、リアクタ内を開放して清掃あるいは部品交換等の初期化作業を行うことが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ利用機器の制御装置に関し、近年、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）の概念が導入され、各種計測器を用いたプロセス制御が試みられるようになった。しかしながら、プラズマ処理の状態を決定するプロセスパラメータ間には相互作用があり、かつトレードオフの関係がある。このため、前述のようにプラズマ利用機器においては有効なプロセス制御は実現されていない。
【０００５】
一方、多変量解析を用いて制御する方法は、１つのプロセス特性に対して複数のプロセスパラメータを制御することを要する。１つのプロセス特性に対して複数のプロセスパラメータを制御する方法は、複雑な演算を必要とし、演算結果に対する検証には膨大な作業量を要するため、実用化は困難である。
【０００６】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、プロセスパラメータ間に相互作用がある場合においても有効なプラズマ機器の制御装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【０００８】
相互に接続した第１、第２および第３の通信リンクと、前記第１の通信リンクに接続した、プラズマ利用機器の真空処理室内に生成されるプラズマの状態を検出するプラズマ状態検出器、前記真空処理室内に配置した載置台上に載置した被処理物の状態を検出する被処理物状態検出器およびプラズマ利用機器に処理ガスを供給する周辺機器のガス供給状態を検出するユーティリティ検出器と、前記第２の通信リンクに接続した、前記プラズマ状態検出器、被処理物状態検出器およびユーティリティ検出器の検出した数値情報をもとに、プラズマ利用機器を制御する装置コントローラおよびプラズマ利用機器に処理ガスを供給する周辺機器を制御するユーティリティコントローラと、前記第３の通信リンクに接続した、エネルギ制御装置およびユーティリティ制御装置を備え、第１の通信リンクに接続した前記プラズマ状態検出器、被処理物状態検出器およびユーティリティ検出器が検出した数値情報に基づいて、第２の通信リンクに接続した装置コントローラおよびユーティリティコントローラがそれぞれ演算した制御数値情報情報をもとに、第３の通信リンクに接続したエネルギ制御装置およびユーティリティ制御装置を制御するプラズマ利用機器の制御装置であって、前記各コントローラは主として所定のプロセス特性のみに影響を与える数値情報を選択して制御情報とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１を用いて説明する。図１は本発明の実施形態にかかるプラズマ利用機器の制御装置を示す図である。図において、１０は第１の通信リンク、１１は第２の通信リンク、１２は第３の通信リンクであり、第２の通信リンクを介して第１の通信リンクおよび第３の通信リンクは相互に接続する。１はプラズマ処理装置を制御する装置コントローラ、３はプラズマ処理装置の装置状態（真空処理室内ガス圧、プラズマのゆらぎ等）を検出する装置状態検出センサ、４は半導体ウエハ等の被処理物の状態（被処理物の位置、温度、処理速度等）を検出する被処理物状態検出センサ、５はプラズマ生成装置等に供給するエネルギを制御するエネルギ制御装置。６は導入ガス供給装置等のプラズマ処理装置の周辺機器であるユーティリティ機器を制御するユーティリティ制御装置、７はプラズマ処理工程およびその前後工程を管理する生産安定化コントローラ、８はユーティリティ機器を制御するユーティリティコントローラ、９は各種処理装置の工程を協調して管理するタクト管理コントローラである。
【００１０】
１３はプラズマ生成装置、あるいはプラズマ生成装置の冷却装置等に供給するエネルギ量をモニタするエネルギモニタ、１４はユーティリティの状態（導入ガス流量、ガス圧等）計測するモニタ、１５処理したウエハ枚数あるいはダミーウエハ使用枚数等を計数するカウンタである。１６はプラズマ処理中に生成した反応生成物に基づく発光を分析する発光分光器、１７はプラズマ処理中に生成した反応生成物を分析する質量分析器であり、いずれも反応室内に設置する。１８はプラズマプローブ、１９および２０はそれぞれ第１の通信リンク１０と第２の通信リンク１１および第２の通信リンク１１と第３の通信リンク１２を接続する通信線である。２１は操作者がプラズマ処理装置の処理条件（エッチング条件等）を入力するための装置制御マンマシンインタフェース、２２はプラズマ処理装置のメンテナンス（ウエハ搬送装置の搬送テスト等）を行うためのマンマシンインタフェース、３０は複数の半導体製造装置を統合して管理するホストコンピュータであり、製造ラインの装置情報、被処理物情報、生産情報等を管理する。９０は他の半導体製造装置を管理するリンクに接続したタクト管理コントローラである。
【００１１】
図に示すように、第１の通信リンク１０には、装置状態検出センサー３、被処理物状態検出センサー４、エネルギモニタ１３、ユーティリティモニタ１４、カウンタ１５、質量分析器１７および発光分光器１６、プラズマプローブ１８を接続する。これらの測定機器が測定した測定値情報は通信線１９を介して第２の通信リンクに伝送する。
【００１２】
第２の通信リンク１１には、装置コントローラ１、生産安定化コントローラ７、ユーティリティコントローラ８、タクト管理コントローラ９等のコントローラを接続する。これらのコントローラは前記数値情報を受信し、受信した数値情報をもとに各種制御機器のための制御数値情報を生成する。
【００１３】
第３の通信リンク１２には、エネルギ制御装置５、ユーティリティ制御装置６を接続する。これらの制御装置は前記制御数値情報を受信し、受信した制御数値情報をもとに、エネルギ制御機器およびユ周辺機器を制御する。
【００１４】
前記第２の通信リンクに接続した装置コントローラ１、生産安定化コントローラ７、ユーティリティコントローラ８およびタクト管理コントローラ９は、第１の通信リンク１０に接続した各種測定機器が検出した数値情報をそれぞれ取り込み、所定の演算処理を施し制御数値情報を生成する。また、前記各種コントローラは前記制御数値情報に基づき、前記エネルギ制御機器および周辺機器を制御するとともに、他のコントローラに前記演算処理結果情報を送信する。前記演算処理結果情報を受信した他のコントローラは該情報もとに再度演算処理して制御数値情報を生成することができる。また、タクト管理コントローラ９は前記演算結果情報を他のタクト管理コントローラ９０と送受信して工程の進行管理を行うことができる。
【００１５】
このようにして、本実施形態によれば分散された計算機制御が可能になる。なお通信リンクの形状は図に示すループ状の外に、ライン状あるいは他の形状とすることができる。
【００１６】
次に、前記プラズマ利用機器の制御装置をドライエッチング装置に適用して、Ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート電極を加工する例について説明する。ドライエッチング装置でＰｏｌｙ−Ｓｉウェハの処理を継続するとプロセス特性の一つであるエッチング速度が低下することが知られている。
【００１７】
プロセス特性に影響を与える因子としては、▲１▼処理によりリアクター（真空処理室）内に堆積した反応生成物から供給される気体成分、▲２▼反応生成物の堆積による高周波放電の実効アース面積の減少、▲３▼反応生成物が付着した電極やリアクター壁面のインピーダンス変化、▲４▼リアクター各部の温度上昇によるガス圧力の微妙な変化、▲５▼ウェハを搭載する電極面に付着した反応生成物によるウェハバイアスに対するインピーダンス変化、▲６▼雰囲気やリアクターそのものの温度上昇に基づく高周波出力の変動、などが挙げられる。
【００１８】
一方、ドライエッチング装置のプロセスパラメータとして一定制御しているものは、（１）高周波出力、（２）ウェハバイアス出力、（３）供給ガス流量、（４）リアクター内圧力  、（５）電極冷却水温度および冷却水流量、（６）リアクター壁面の温度調整水温度および流量、である。
【００１９】
エッチング速度の低下を改善するのに有効なプロセスパラメータとしては、上記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、および（６）が挙げられる。しかし、前記（１）の高周波出力を増大させたり、（３）のガス流量を増大させたり、（４）のガス圧力を高めたりすると、プラズマ特性が変化してエッチング種が増加する。このためエッチング速度は初期の値に復帰するが、他のプロセス特性であるエッチング形状あるいは下地膜やホトレジストとのエッチング速度比が大きく変化する。
【００２０】
また、前記（５）の電極冷却水温度を上昇すると、反応効率を高めてエッチング速度を高めることができる。しかしこの方法は制御系の時定数が大きいために制御が困難であるし、サイドエツチやノッチといったエッチング形状不良を引起こすことがある。また、（６）の壁面の温度調整水温度の調整は前記（５）の場合よりも時定数が大きく制御は不能である。
【００２１】
しかし、前記（２）のウェハバイアスの出力を増加させる方法は、他のプロセス特性にほとんど影響を与えることなくエッチング速度を回復させることができることを見出した。したがって、エッチング速度をエッチング中に計測できる膜厚モニタを新たに設け、エッチング速度の低下に合わせてウエハバイアス出力を増加させることにより、エッチング速度の特性変化を防止して初期特性を長時間維持することができる。
【００２２】
次に、前記プラズマ利用機器の制御装置をドライエッチング装置に適用して、ＳｉＯ２膜の層間絶縁膜を孔加工する例について説明する。ドライエッチング装置でＳｉＯ２ウェハの孔加工処理を継続するとプロセス特性の一つであるエッチング速度が低下することが知られている。このプロセス特性に影響を与えている因子としては、▲１▼処理によりリアクター内に堆積した反応生成物から供給される気体成分、▲２▼反応生成物の堆積による高周波放電の実効アース面積の減少、▲３▼反応生成物が付着した電極やリアクター壁面のインピーダンス変化、▲４▼リアクター各部の温度上昇によるガス圧力の微妙な変化、▲５▼ウェハを搭載する電極面に付着した反応生成物によるウェハバイアスに対するインピーダンス変化、▲６▼雰囲気やリアクターそのものの温度上昇による高周波出力の変動、などが挙げられる。
【００２３】
一方、ドライエッチング装置のプロセスパラメータとして一定制御しているものは、（１）高周波出力、（２）ウェハバイアス出力、（３）供給ガス流量  、（４）リアクター内圧力  、（５）電極冷却水温度および冷却水流量、（６）リアクター壁面の温調水温度および流量である。まず、エッチング速度の低下を改善するのに有効なプロセスパラメータとしては上記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）が挙げられる。しかしながら、（１）の高周波出力やを増大させたり、（４）のガス圧力を高めたりすると、プラズマ特性が変化し、エッチング種が増加するためにエッチング速度は初期の値に復帰できるがその他のプロセス特性であるエッチング形状、下地膜やホトレジストとのエッチング速度比が大きく変化してしまうことになる．また、（２）のウェハバイアス出力はＰｏｌｙ−Ｓｉゲートエッチングに比較して非常に大きいためエッチング速度を回復させるほど増加させると他のプロセス特性であるエッチング形状に大きな影響が出てしまう。また、（５）および（６）は先の例でも述べたように時定数が大きく制御は不能である。  しかし、前記（３）の方法は、供給ガス種であるフルオロカーボンと酸素のうちで酸素流量を微量増加させることにより他のプロセス特性にほとんど影響することなくエッチング速度を回復させることができることを見出した。したがって、エッチング速度をエッチング中に計測できる膜厚モニタを新たに設け、エッチング速度の低下に合わせて酸素ガス流量を微量増加させることにより、エッチング速度の特性変化を防止して初期特性を長時間維持することができる。
【００２４】
次に、前記プラズマ利用機器の制御装置をドライエッチング装置に適用して、アルミ合金膜の配線を加工する例について説明する。ドライエッチング装置でアルミ合金膜ウェハの配線加工処理を継続するとプロセス特性の一つであるエッチング形状が垂直からテーパがついてくることが知られている。このプロセス特性に影響を与えている因子ととしては、▲１▼処理によりリアクター内に堆積した反応生成物から供給される気体成分、▲２▼反応生成物の堆積による高周波放電の実効アース面積の減少、▲３▼反応生成物が付着した電極やリアクター壁面のインピーダンス変化、▲４▼リアクター各部の温度上昇によるガス圧力の微妙な変化、▲５▼ウェハを搭載する電極面に付着した反応生成物によるウェハバイアスに対するインピーダンス変化、▲６▼雰囲気やリアクターそのものの温度上昇による高周波出力の変動、などが挙げられる。この中で最大の影響を与えるのは▲１▼の付着した反応生成物から供給されるガス成分である。
【００２５】
一方、プロセスパラメータとして一定制御しているものは、（１）高周波出力、（２）ウエハバイアス出力、（３）供給ガス流量  、（４）リアクター内圧力  、（５）電極冷却水温度および冷却水流量、（６）リアクター壁面の温度調整水温度および流量である。エッチング形状の劣化を改善するのに有効なプロセスパラメータとしては上記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）が挙げられる。しかしながら、（１）の高周波出力やを増大させたり、（２）のウェハバイアス出力を高めるとレジストとの選択比に大きな影響が出てしまう。（３）の供給ガス流量を増加させて付着した反応生成物から供給されるガス成分をエッチング初期と相対的に同等とすることによりエッチング形状の劣化を防止することができるが、プラズマ状態が変化するためその他のプロセス特性に影響を与えてしまう。また、（５）および（６）は先の例でも述べたように時定数が大きく制御は不能である。しかし、前記（４）の場合は、リアクター内圧力をわずかに低下させることにより他のプロセス特性にほとんど影響を与えることなくエッチング形状を回復させることができることを見出した。したがって、エッチングされたされた配線寸法の幅をエッチング中に計測できる寸法モニタを新たに設け、エッチング形状のテーパ化に合わせてリアクター内圧力を低下させることにより、エッチング形状の劣化を防止し初期特性を長時間維持することができる。
【００２６】
なお、前記各例において、それぞれモニタをリアクタに新たに設けるのではなく、オフラインでの計測結果に基づき前記それぞれの制御パラメータをプログラム制御することによっても初期特性を長時間維持することができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、まず、プラズマ処理における安定性の阻害に大きな影響を与えるプロセス特性を１つ抽出し、そのプロセス特性を変化させる複数のプロセスパラメータを確定する。次いで、これらのプロセスパラメータの中で最もプロセス特性に大きな影響を与えるプロセスパラメータではなく、抽出したプロセス特性以外の他のプロセス特性に与える影響が最も少ないプロセスパラメータを選択し、これを第１の制御パラメータとする。次いでプラズマ処理における他の安定性を阻害するプロセス特性に対しても同様の手順にてプロセスパラメータを選択し、これを第２のパラメータとする。以下同様に制御を必要とする特性に対するプロセスパラメータを選択する。なお、これらのプロセスパラメータの選択には田口メソッド等の手法を活用しコンピュータにて計算処理するとよい。このようにして、選択したプロセスパラメータを制御することによってプラズマ処理の安定性を阻害する複数のプロセス特性に対し、相互作用を最小限に抑えつつ制御することができ、初期のプロセス特性を長時間維持することが可能となる。
【００２８】
さらに、他のプロセス特性に影響をなるべく与えないプロセスパラメータを選択して制御するので、経時的変化に対して検証する手間を省くことができる。また、解明しきれていない総合的なプラズマ特性を直接制御することなく、プラズマ特性の経時的変化を抑制することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プロセスパラメータ間に相互作用がある場合においても有効なプラズマ機器の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ利用機器の制御装置を示す図である。
【符号の説明】
１  装置コントローラ
３  装置状態検出センサ
４  被処理物状態検出センサ
５  エネルギ制御装置
６  ユーティリティ制御装置
７  生産安定化コントローラ
８  ユーティリティコントローラ
９，９０  タクト管理コントローラ
１０  第１の通信リンク
１１  第２の通信リンク
１２  第３の通信リンク
１３  エネルギモニタ
１４  ユーティリティ
１５  カウンタ
１６  発光分光器
１７  質量分析器
１８  プラズマプローブ
１９，２０  通信線
２１  装置制御マンマシンインタフェース
２２  メンテナンス用マンマシンインタフェース
３０  ホストコンピュータ
【図１】
0003657873.tif 000002