JP2002141333A - プラズマ利用機器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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によりプラズマ利用機器を高速
かつ高精度に制御する。 【解決手段】相互に接続した第１、第２および第３の通
信リンク１０，１１，１２と、前記第１の通信リンク１
０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１
８、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４およびプ
ラズマ利用機器の周辺機器の利用状態を検出するユーテ
ィリティ検出器１４と、前記第２の通信リンク１１に接
続した複数のコントローラ１，７，８，９を備え、該コ
ントローラは前記プラズマ状態検出器、被処理物状態検
出器あるいはユーティリティ検出器の検出した数値情報
をもとにプラズマ制御機器への投入エネルギあるいはプ
ラズマ利用機器の周辺機器を制御するための制御数値情
報を生成し、生成した制御数値情報に基づき前記第３の
通信リンク１２に接続したエネルギ制御装置５およびユ
ーティリティ制御装置６を制御する。

Description

【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の周辺機器の
利用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複数のコントローラを備え、該
コントローラは前記プラズマ状態検出器、被処理物状態
検出器あるいは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への投入エネルギあるいは
プラズマ利用機器の周辺機器を制御するための制御数値
情報を生成し、生成した制御数値情報に基づき前記第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、１
２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１
４、カウンタ１５、質量分析器１７および発光分光器１
６、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、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、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、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、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、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、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、ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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、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、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、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、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、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、
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−Ｓ
ｉ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、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、
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、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、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、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、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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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の周辺機器の利用状態を検
   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あるいは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への投
   入エネルギあるいはプラズマ利用機器の周辺機器を制御
   するための制御数値情報を生成する複数のコントローラ
   と、 前記第３の通信リンクに接続した、前記数値制御情報を
   もとにプラズマ利用機器への投入エネルギを制御するエ
   ネルギ制御装置および前記制御数値情報をもとに前記周
   辺機器を制御するユーティリティ制御装置からなること
   を特徴とするプラズマ利用機器の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、前記コントロ
   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。
3. 【請求項３】 請求項１ないし請求項２の何れか１の記
   載において、前記コントローラは前記数値情報から、主
   として所定のプロセス特性のみに影響を与える制御数値
   情報を抽出する抽出手段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。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３の何れか１の記載
   において、前記コントローラ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を含むことを特
   徴とするプラズマ利用機器の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３の何れか１の記
   載において、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。
6. 【請求項６】 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の周辺機器の利用状態を検
   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複数のコントローラを
   備え、該コントローラは前記プラズマ状態検出器、被処
   理物状態検出器あるいは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制御機器への投入エネルギ
   あるいはプラズマ利用機器の周辺機器を制御するための
   制御数値情報を生成し、生成した制御数値情報に基づき
   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制御することを特徴とする
   プラズマ利用機器の制御方法。
7. 【請求項７】請求項６記載において、前記コントローラ
   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方法。