(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の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は他のコントローラが生成した制御数値情報を取得して演算処理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３】
請求項１ないし請求項２の何れか１の記載のプラズマ利用機器の制御装置において、
前記第２の通信リンクには、他のプラズマ利用機器との間の工程を協調して管理するタクト管理コントローラを接続したことを特徴とするプラズマ利用機器の制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項２の何れか１の記載のプラズマ利用機器の制御装置において、
前記第２の通信リンクには、ホストコンピュータを含む上位装置およびマンマシンインタフェースを接続したことを特徴とするプラズマ利用機器の制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項２の何れか１の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は入力情報をフィルタリングするフィルタ機能を備えた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、特に高速かつ高精度の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】
プラズマ利用機器の制御装置は、被処理物の状態を検出する被処理物状態検出センサ、プラズマ状態を検出するプラズマプローブ、ユーティリティの消費状態を検出するユーティリティモニタ等各種の測定機器を備え、各種測定機器が測定した数値情報をコントローラに供給する。数値情報を受信したコントローラは、所定の演算処理を施して制御数値情報を生成し、該情報に基づいてプラズマ制御機器の制御機器類をコントロールしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの高密度化、高集積化が進展し、これに伴い半導体デバイス製造工程においては高精度の加工が要求される。特にプラズマ利用機器においては、プラズマのゆらぎにより加工精度が低下する。このため、プラズマ利用機器に投入するエネルギ量およびプラズマ利用機器の各種ユーティリティを精密に制御することは必須となっている。
【０００４】
高精度にプラズマを制御するためには、高度の演算能力を有するコントローラが必要であり、１つのコントローラのみでは演算能力が不足し、制御に時間遅れが生じることがある。一方、中間的なコントローラを複数用意するとともに前記各種の測定器を複数に分割し、分割した測定機器を群管理的に前記中間的なコントローラに配置すると、他の群に配置した測定機器が測定した数値情報を相補的あるいは関連づけて利用することが困難になる。
【０００５】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、測定機器が測定した数値情報を相補的あるいは関連づけて利用するとともに高速かつ高精度の制御が可能なプラズマ利用機器の制御装置を提供する。
【０００６】
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
【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。
【０００９】
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は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。
【００１０】
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。
【００１１】
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装置のための制御数値情報を生成する。
【００１２】
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。これらの制御機器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周辺機器を制御する。
【００１３】
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測定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５およびユーティリティ制御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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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（真空容器）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。
【００１７】
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）真空容器内圧力  、（５）電極冷却水温度および冷却水流量、（６）真空処理室壁面の温度調整水温度および流量、である。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、エウハバイアスに関わる電圧値の数値情報を優先してフィルタリングを掛けて抽出することによって、エッチング速度の特性変化を的確にとらえることができる。また、この数値情報に基づいて、ウェハバイアスの電圧値が一定範囲となるようにエッチングパラメータを制御することによりエッチング速度の特性変化を防止することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
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、リアクター内の酸素濃度に関わる数値情報を優先してフィルタリングを掛けて抽出することによって、エッチング速度の特性変化を的確にとらえるとができる。また、この数値情報に基づいて、酸素濃度を一定範囲に制御するようにエッチングパラメータを制御することでエッチング速度の特性変化を防止することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
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調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。このことは滞留しているエッチングガス中の反応生成物の含有量が関係していることを示している。したがって、炭素成分のプラズマ発光強度に関わる数値情報を優先してフィルタリングを掛けて抽出することによって、エッチングの特性変化を的確にとらえることができる。また、この数値情報に基づいて、炭素成分の発光強度比を一定範囲に制御するようにエッチングパラメータを制御することでエッチング特性の変化を防止することができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、プラズマ利用機器のプロセス制御において制御に必要な数値情報を得る測定機器を第１の通信リンクに接続し、前記数値情報を基に数値計算を行う複数のコントローラを第２の通信リンクに接続し、前記コントローラが生成した制御数値情報を受け取って必要な制御を行う複数の機器を第３の通信リンクに接続する。これにより前記コントローラは種々の測定機器からの数値情報を任意に取り込んで並列処理することができ、高速かつ高精度の演算処理が可能となる。
【００２６】
また、測定した数値情報に対して、エッチング特性の主たる変動要因に合せたフィルタリング処理を施すことにより、高精度に、かつ高効率に数値情報を取得することができる。これによりプラズマのゆらぎを最小限に抑えた、高速かつ高精度のプラズマ加工が可能となり生産性を向上することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、測定機器が測定した数値情報を相補的あるいは関連づけて利用するとともに高速かつ高精度の制御が可能なプラズマ利用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】
0003657872.tif 000002