JP2002141334A - プラズマ利用機器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プロセスパラメータ間に相互作用がある場合に
おいても有効に経時変化を抑制できるプラズマ機器の制
御装置を提供する。 【解決手段】相互に接続した第１、第２及び第３の通信
リンク１０，１１，１２と、前記第１の通信リンク１０
に接続した、プラズマ状態検出器１８、被処理物状態検
出器４及び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、前記各検出器１８、４，１４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ーあるいは
プラズマ利用機器のユーティリティを制御する制御数値
情報を生成する複数のコントローラ１，７，８，９とを
備え、該コントローラは、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１又は複数個選択して前
記制御数値情報を生成し、該制御数値情報を第３の通信
リンク１２を介してエネルギー制御装置あるいはユーテ
ィリティ制御装置に供給する。

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 Ｐｒｏｃｅｓ
ｓ 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、プラズマ制御機器への投入エネ
ルギー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を
備え、該コントローラは、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１または複数個選択して
前記制御数値情報を生成し、該制御数値情報を第３の通
信リンクを介してエネルギー制御装置あるいはユーティ
リティ制御装置に供給する。

【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、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。

【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１
１と第３の通信リンク１２を接続する通信線である。２
１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。

【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、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、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。

【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、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。

【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−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、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、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。

【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

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA30 BC06 CA47 4K057 DA16 DB06 DD01 DE06 DE20 DG07 DG15 DM02 DM40 DN01 5F004 AA01 BB25 CA02 CA03 CA04 CB01 CB02 CB04 CB12 DA01 DA26 DB02 DB03 DB09 EB02

Claims (5)

【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、プラズマ制御機器への
   投入エネルギー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、前記制御数値情報を
   もとにプラズマ制御機器への投入エネルギーを制御する
   エネルギー制御装置および前記制御数値情報をもとにユ
   ーティリティ制御機器を制御するユーティリティ制御装
   置を備え、 前記コントローラは、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。
2. 【請求項２】 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、プラズマ制御機器への
   投入エネルギー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
   ーラとを備え、 該コントローラは、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１または複数個選択して前記制
   御数値情報を生成し、該制御数値情報を第３の通信リン
   クを介してエネルギー制御装置あるいはユーティリティ
   制御装置に供給することを特徴とするプラズマ利用機器
   の制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１の記載において、前記コントロ
   ーラはエッチング速度を検出する検出器を備えたことを
   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の記載において、前記所定のプ
   ロセス特性はプラズマ利用機器の安定性阻害に大きな影
   響を与えるプロセス特性である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２の記載において、前記所定のプ
   ロセス特性はプラズマ利用機器の安定性阻害に大きな影
   響を与えるプロセス特性であることを特徴とするプラズ
   マ利用機器の制御方法。