JP2004503079A - ウェハ処理制御及び診断用の一体化された電子ハードウェア - Google Patents
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Abstract
半導体製造装置に使用するための集中（中央）制御装置は、オープンアーキテクチャーで複数のコントローラを一体化し、種々の制御ループ間でリアルタイム通信を行えるようにする。この集中型制御装置は、高レベル入力出力（Ｉ／Ｏ）及び制御アルゴリズムを実行する少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、センサ及び制御ハードウェアへの一体化されたインターフェイスを与える少なくとも１つの一体化されたＩ／Ｏコントローラとを備えている。一体化されたＩ／Ｏコントローラは、基本的なＩ／Ｏ及び低レベル制御機能を実行し、そしてバスを経てＣＰＵと通信して、半導体製造装置の種々のサブシステムの制御を実行し又は可能にする。半導体製造装置に使用するための複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを制御する方法は、バスに差し込まれるＣＰＵボードにアプリケーションソフトウェアをロードすることを含む。センサ及び制御ハードウェアは、電気的コントローラにリンクされ、これらコントローラは、単一の回路板に取り付けられ、この単一の回路板は、バスのメモリスペースにおけるアドレスブロックを占有する。単一の回路板は、次いで、バスに差し込まれ、そしてセンサ及び制御ハードウェアは、アプリケーションソフトウェアにより制御される。
Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、半導体デバイスのプラズマ処理に係る。より詳細には、本発明は、半導体製造装置、特に、プラズマエッチングシステムに使用されるセンサやハードウェア制御器を一体化（集積、統合）する装置に係る。
【０００２】
【背景技術】
特に、半導体デバイス製造の分野では、プラズマエッチング／付着及び反応性イオンエッチング／付着のようなイオン化ガスでの種々の形態の処理が益々重要になっている。特に関心のあるものは、エッチングプロセスに使用される装置である。図１は、半導体デバイスの処理及び製造に使用される従来の誘導性結合プラズマエッチングシステム１００を示す。この誘導性結合プラズマ処理システム１００は、プラズマチャンバー１０４を有するプラズマ炉１０２を備えている。変成器結合電力（ＴＣＰ）コントローラ１０６及びバイアス電力コントローラ１０８は、各々、プラズマチャンバー１０４内に形成されるプラズマに作用するようにＴＣＰ電源１１０及びバイアス電源１１２を制御する。
【０００３】
ＴＣＰ電力コントローラ１０６は、ＴＣＰ電源１１０の設定点をセットし、該ＴＣＰ電源は、ＴＣＰマッチングネットワーク１１４により同調された高周波（ＲＦ）信号を、プラズマチャンバー１０４付近に配置されたＴＣＰコイル１１６へ供給するように構成される。ＲＦ透過窓１１８が通常設けられていて、ＴＣＰコイル１１６をプラズマチャンバー１０４から分離する一方、ＴＣＰコイル１１６からプラズマチャンバー１０４へエネルギーを通せるようにしている。
【０００４】
バイアス電力コントローラ１０８は、バイアス電源１１２の設定点をセットし、該バイアス電源は、バイアスマッチングネットワーク１２０により同調されたＲＦ信号を、プラズマ炉１０４内に配置された電極１２２へ供給して、電極１２２に直流（ＤＣ）バイアスを形成するよう構成され、そして電極１２２は、処理される半導体ウェハのような基体１２４を受け入れる。
【０００５】
振り子式制御バルブのようなガス供給メカニズム１２６は、通常、製造プロセスに必要な適切な化学薬品をプラズマ炉１０４の内部に供給する。ガス排出メカニズム１２８は、プラズマチャンバー１０４内から粒子を除去し、そしてプラズマチャンバー１０４内に特定圧力を維持する。圧力コントローラ１３０は、ガス供給メカニズム１２６及びガス排出メカニズム１２８の両方を制御する。
温度コントローラ１３４は、プラズマチャンバー１０４の周りに加熱カートリッジのようなヒータ１３６を使用して、プラズマチャンバー１０４の温度を選択された温度設定点に制御する。
【０００６】
プラズマチャンバー１０４内では、真空のもとでイオン化ガス化合物（プラズマ）に基体１０４を露出することにより基体エッチングが達成される。このエッチングプロセスは、ガスがプラズマチャンバー１０４へ搬送されるときにスタートする。ＴＣＰコイル１１６により供給されそしてＴＣＰマッチングネットワーク１１０により同調されたＲＦ電力は、ガスをイオン化する。電極１２２によって供給されそしてバイアスマッチングネットワーク１２０により同調されたＲＦ電力は、基体１２４にＤＣバイアスを誘起し、基体１２４のイオン衝撃の方向とエネルギーを制御する。エッチングプロセス中に、プラズマが基体１２４の表面と化学的に反応し、ホトレジストマスクで覆われていない材料を除去する。
【０００７】
プラズマ炉の設定のような一次パラメータは、プラズマ処理において基本的に重要である。実際のＴＣＰ電力、バイアス電力、プラズマチャンバー１０４内のガス圧力、ガス温度、及びガス流量は、プロセス条件に大きく影響する。プラズマチャンバー１０４に供給される実際の電力が著しく変動すると、中性及びイオン化粒子密度、温度及びエッチング速度のような他のプロセス変数パラメータの予想値が不意に変化する。
【０００８】
しかしながら、既存のプラズマエッチングシステムでは、互いにリアルタイムで直接通信しない個別のスタンドアローン型コントローラを介して一次パラメータが制御される。図２は、従来のプラズマエッチング制御ハードウェアシステムを示す。ＴＣＰマッチングネットワーク２００は、ＴＣＰコントローラ２０２を含む。バイアスマッチングネットワーク２０４は、バイアスコントローラ２０６を含む。圧力制御バルブ２０８は、圧力コントローラ２１０を含む。光学的放射分光計（ＯＥＳ）又は干渉計（ＩＮＴＲＦ）２１２は、ＯＥＳ又はＩＮＴＲＦコントローラ２１４を含む。ＶＭＥシャーシ２１６は、シリアルリンク２１８を経てスタンドアローン型コントローラ２０２、２０６、２１０及び２１４と通信する。従って、炉の設定は、互いの間に比較的低速な通信リンクをもつスタンドアローン型コントローラにより個別に制御される。
【０００９】
プラズマエッチングシステムでは、パラメータの１つが変化すると、他のパラメータに影響し得る。例えば、プロセス中に、チャンバー内の化学的反応によりプラズマインピーダンスが変化して、電力供給、温度及び圧力に影響を及ぼす。従って、これらの影響を効果的に取り除くためにオペレータにより精巧な個別の調製段階を開発する必要がある。これは、一般に、操作プロセスの窓を制限し、そして処理時間を延長し、プラズマエッチングシステムのスループットポテンシャルに影響を及ぼす。更に、第１ウェハ作用（同じプラズマ炉内の第１ウェハのプロセスは、その後のプロセスに影響する変化をプラズマ炉に生じさせる）及び常に存在するプロセスドリフトオーバー時間（ある期間にわたって使用されたプラズマ炉は、その長期使用のために精度を失う）も、炉の設定を制御するだけではチャンバー内及びウェハに何が起きるか制御できないことを示す。
【００１０】
それ故、オープンアーキテクチャーで全ての制御を集中化し、種々のコントローラ間でリアルタイム通信を行うことのできる方法及び装置が要望されている。このような装置は、オペレータがエッチングプロセスの安定性及び再現性を著しく改善できるようにし、そして最終的に、プロセスに直接関連するパラメータを制御し、ウェハの特徴を直接制御できるようにする。
【００１１】
【発明の開示】
半導体製造装置に使用するための集中制御装置は、オープンアーキテクチャーで複数のコントローラを一体化し、種々の制御ループ間でリアルタイム通信を行えるようにする。この集中型制御装置は、高レベル入力出力（Ｉ／Ｏ）及び制御アルゴリズムを実行する少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、センサ及び制御ハードウェアへの一体化されたインターフェイスを与える少なくとも１つの一体化されたＩ／Ｏコントローラとを備えている。一体化されたＩ／Ｏコントローラは、基本的なＩ／Ｏ及び低レベル制御機能を実行し、そしてバスを経てＣＰＵと通信して、半導体製造装置の種々のサブシステムの制御を実行し又は可能にする。
【００１２】
半導体製造装置に使用するための複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを制御する方法は、バスに差し込まれるＣＰＵボードにアプリケーションソフトウェアをロードすることを含む。センサ及び制御ハードウェアは、電気的コントローラにリンクされ、これらコントローラは、単一の回路板に取り付けられ、この単一の回路板は、バスのメモリスペースにおけるアドレスブロックを占有する。単一の回路板は、次いで、バスに差し込まれ、そしてセンサ及び制御ハードウェアは、アプリケーションソフトウェアにより制御される。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】
当業者であれば、本発明の以下の説明は、例示に過ぎず、これに限定されるものでないことが明らかであろう。この開示の利益を得る当業者には、本発明の他の実施形態も容易に示唆されよう。
プラズマエッチングシステムのような半導体製造装置は、コンピュータシステムを使用して、ウェハの搬送、ガスの流れ、ウェハの処理、及びウェハの剥離を監視しそして制御する。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によるハードウェア制御システムが図３に示されている。これは、集中（中央）制御装置３００を備え、この制御装置は、少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）ボード３０４と、少なくとも１つの回路板３０６、例えば、ＶＩＯＰボードと、任意の通信ボード３０８とを含む。全てのボードは、シャーシ３１２内で、例えばＶＭＥバス３１０のようなバスに差し込まれる。通信ボード３０８は、プラズマエッチングシステムの他のコンポーネント、例えば、ユーザインターフェイスと相互作用する。回路板３０６には、多数のＩ／Ｏマイクロコントローラが取り付けられる。Ｉ／Ｏマイクロコントローラは、種々の外部制御ハードウェア及びセンサ、例えば、ＴＣＰマッチングネットワーク３１４、バイアスマッチングネットワーク３１６、圧力制御バルブ３１８、及びＯＥＳ又はＩＮＴＲＦセンサ３２０と通信する。特に、回路板３０６に配置された２つのＴＣＰマイクロコントローラ３２２は、外部ＴＣＰマッチングネットワーク３１４を制御する。回路板３０６に配置された２つのバイアスマイクロコントローラ３２４は、外部バイアスマッチングネットワーク３１６を制御する。回路板３０６に配置された圧力マイクロコントローラ３２６は、外部圧力制御バルブ３１８を制御する。回路板３０６に配置されたＯＥＳ又はＩＮＴＲＦコントローラ３２８は、外部ＯＥＳ又はＩＮＴＲＦセンサ３２０を制御する。
【００１５】
マイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８は、外部ドライブ、即ちＴＣＰキャパシタドライブ、バイアスマッチングキャパシタドライブ又は振り子型バルブドライブと通信する独立した内蔵ステッパコントローラである。又、集中制御装置は、例えば、オーシャン・オプチックスＳ２０００分光計のようなＯＥＳへの内蔵インターフェイス、或いは例えば、オーシャン・オプチックスＳＤ２０００のようなＯＥＳ及びＩＮＴＲＦの両方への内蔵インターフェイスも備えている。
【００１６】
反応チャンバーにおいては、真空のもとでイオン化ガス化合物（プラズマ）にウェハを露出することによりウェハエッチングが達成される。エッチング調製法は、ガス流量、チャンバー圧力、ＲＦ電力、ギャップ間隔、チャンバー温度及びヘリウムバックサイド冷却圧力を制御する一連のステップより成る。これらの値は、コンピュータシステムにプログラムされる。オペレータは、エッチングプロセスをスタートする前に所望の調製法を選択する。ＣＰＵ３０４は、高レベルＩ／Ｏ及び制御アルゴリズムを実行することにより調製アルゴリズムを処理し、そしてＶＭＥバス３２０を経てマイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８と通信する。次いで、マイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８は、基本的Ｉ／Ｏ及び低レベル制御機能を実行し、そしてセンサ及び制御ハードウェア３１４、３１６、３１８、３２０への一体化されたインターフェイスを与える。それ故、ＣＰＵ３０４は、ＶＭＥバス３１０を経てマイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８と通信し、ＴＣＰ電力、バイアス電力、ガス圧力、及びＯＥＳ又はＩＮＴＲＦセンサのようなプラズマエッチングシステムの種々のサブシステムの制御を実行し又は可能にする。
【００１７】
図４は、回路板３０６（図３）の現在の好ましい実施形態を示す。Ｉ／Ｏプロセッサ回路板４００は、ＶＭＥメモリスペースにおいて６４ＫＢのアドレスブロックを占有する２４ビットアドレス及び１６ビットデータＶＭＥバス適合ボードを有する。バス４０２は、ステッパコントローラインターフェイス４０４と、デジタル入力（ＤＩ）及びデジタル出力（ＤＯ）ＶＭＥインターフェイス４０６と、デュアルポートメモリ（ＤＰＭ）４０８と通信する。
【００１８】
ステッパコントローラインターフェイス４０４は、ＴＣＰマッチングネットワーク３１４に対する２つの軸（ＴＣＰキャパシタ１ ４１０及びＴＣＰキャパシタ２ ４１２）と、バイアスマッチングネットワーク３１６に対する２つの軸（バイアスキャパシタ１ ４１４及びバイアスキャパシタ２ ４１６）と、圧力制御バルブ３１８に対する１つの軸（振り子型バルブ４１８）と、１つのスペア軸４２０とを含む。ステッパコントローラインターフェイスは、軸を制御するマイクロコントローラ４２２へコマンドを送信する。データ速度は、ステップレートに対して４ビット、そして多数のレートテーブルを伴う指令に対して１ビットである。マイクロコントローラファームウェアは、ステップレートの変化と変化との間の加速／減速を自動的に実施する。
【００１９】
ＤＩ及びＤＯ ＶＭＥインターフェイス４０６は、ＤＩ及びＤＯ４２４をＶＭＥメモリスペースにマップする。ＤＩは、２４ボルトソース形式である。というのは、センサからソース電圧が必要とされるからである。ＤＯは、２４ボルトソース形式であり、読み戻し能力を有する。
ＤＰＭ４０８は、マイクロコントローラ４２６、及びＯＥＳ及び／又はＩＮＴＲＦ ＶＭＥインターフェイス４２８と通信する。アナログ入力（ＡＩ）及びアナログ出力（ＡＯ）４３０は、ＤＰＭ４０８を使用することによりＶＭＥメモリスペースに直接マップされる。ＡＩ４３０は、マイクロコントローラ４２６により制御されるコンバータＡＤＣ４３０の使用により変換される。マイクロコントローラ４２６により制御されるＤＡＣ４３０は、デジタル信号ＡＯ４３０を変換する。ＶＩＯＰ４００は、３２ＡＩ及び１２ＡＯを有する。ＡＩは、−１０ボルトないし＋１０ボルトの範囲で１２ビット分解能を有し、特に、ホストにより開始される自己校正により０．１％の精度が保証されている。ＡＯは、０ないし１０ボルトの範囲において０．１％精度で１２ビット分解能を有し、そして自己テスト目的で読み戻し能力を有する。
【００２０】
又、ＶＩＯＰ３００は、ＯＥＳ及び／又はＩＮＴＲＦ４３２へのＶＭＥインターフェイス４２８を含み、ここでは、制御及びデータがＶＭＥメモリスペースにマップされる。ＯＥＳは、オーシャン・オプチックスＳ２０００でよい。ＯＥＳ及びＩＮＴＲＦは、オーシャン・オプチックスＳＤ２０００でよい。スペクトルデータは、ＯＥＳ及び／又はＩＮＴＲＦスペクトルの同時収集で１２ビット巾である。スペクトルの加算は、例えば、ＰＬＤベースの形式のコントローラ４２８により実行され、積分周期は、１、１．４、２、２．８、・・というシーケンスで４ｍＳから２５０ｍＳまでプログラム可能である。
【００２１】
それ故、本発明は、最適な性能に対して制御機能を区分化することができる。又、非タイムクリティカルサブシステムの「ローカル」制御を許しながらタイムクリティカルループの密接な結合を容易にする。このような一体化インターフェイスは、リソースの利用度を最大にしそしてハードウェア及びソフトウェアにおける冗長性を減少することにより装置のコストを低減する。又、このようなオープンアーキテクチャーは、コントローラをリアルタイムで整合させて、プロセスを安定で且つ一貫したものにすることができる。
【００２２】
図５は、ソフトウェアアプリケーションと、センサ及び制御ハードウェアとの間の相互作用を示すフローチャートである。ブロック５００において、ＣＰＵボード３０４のようなＣＰＵボードに存在するアプリケーションソフトウェアは、プラズマエッチング及び付着炉においてウェハに所望の表面プロフィールを形成するに必要なパラメータをオペレータが入力できるようにする。このアプリケーションソフトウェアは、ブロック５０２においてドライバと相互作用する。ドライバとは、ブロック５００におけるアプリケーションソフトウェアをブロック５０４における制御センサ及び制御ハードウェアにリンクする低レベルドライバプログラムルーチンである。回路板３０６（図３）は、各センサ及び制御ハードウェアに対して特定のマッピングアドレスが割り当てられている。例えば、ＶＭＥメモリスペースＦＡＣ２０００ｈ−ＦＡＣ２１ＦＦＦｈは、ＶＩＯＰ状態／制御及びＤＩ／ＤＯに指定されている。次いで、これらドライバは、対応するメモリマップアドレスをリファレンスすることにより、アプリケーションソフトウェアから特定のセンサ又は制御ハードウェアに高レベルコマンドを搬送することができる。
【００２３】
半導体製造装置に使用するためのセンサ及び制御ハードウェアを制御するための方法が図６のフローチャートに示されている。第１ブロック６００において、オペレータが特定のパラメータを含む調製法を選択してプラズマエッチング及び付着システムで所望の表面プロフィールを形成できるようにするアプリケーションソフトウェアが、ＣＰＵボード３０４（図３）のようなＣＰＵボードにロードされる。ブロック６０２では、ＣＰＵボードがＶＭＥバス３１０のようなバスに差し込まれる。ブロック６０４では、ＴＣＰマッチングネットワーク３１４、バイアスマッチングネットワーク３１６、圧力制御バルブ３１８、及びＯＥＳ／干渉計３２０のようなセンサ及び制御ハードウェアがマイクロコントローラにリンクされる。ブロック６０６では、マイクロコントローラ３２２、３２４、３２６及び３２８のような電気的コントローラが、ＶＩＯＰボード３０６のような単一回路板に取り付けられる。次いで、この単一回路板は、ブロック６０８において、バスに差し込まれる。オペレータは、ブロック６１０において、ＣＰＵボードにロードされたアプリケーションソフトウェアを介してセンサ及び制御ハードウェアを制御する。コントローラのこのような集中ファシリティを単一ボードにもたせると、複数の非タイムクリティカルサブシステムのローカル制御を許しながら複数のタイムクリティカルループの密接な結合を容易にする。図６に示す方法の他の実施形態は、ブロック６００ないし６０８を任意の順序に再配置することができる。
【００２４】
単一回路板上のマイクロコントローラは、リアルタイムで通信するので、プラズマウェハプロセスの状態に関する重要な情報を交換することができ、ＣＰＵが全オペレーションに対するマスターとなることができる。このようなプラズマウェハプロセスは、ＣＰＵが単一回路板上のマイクロコントローラ及びインターフェイスに高レベル命令を送信することにより編成される。これらの命令は、次いで、「単純な」アクティビティに焦点を合わせたマイクロコントローラにより実行される。このようなアーキテクチャーは、各コントローラの閉ループが、互いに通信できるようにする。プラズマエッチング及び付着プロセスに影響を及ぼす共従属パラメータ及び変数が多数あるので、ＴＣＰ、バイアス又は圧力のようなパラメータの巨視的な「同時」制御は、オペレータが、エッチング及び付着プロセスの精度、安定性及び再現性を著しく改善できるようにする。
【００２５】
以上、本発明の実施形態及び用途を図示して説明したが、この開示の利益を得る当業者であれば、本発明から逸脱せずに、上記とは異なる多数の変更がなされ得ることが明らかであろう。例えば、一体化Ｉ／Ｏボードに種々の制御ループを一体化するレベルは、意図された特定の用途に基づいて拡張可能である。例えば、低レベルファームウェアを伴うＯＥＳを取り出して、「ポータブル」光学放射分光計としてＣＰＵボードに合体することができる。この新たなコントローラは、公知技術において、その既存の能力を向上するために使用することもできる。
【００２６】
又、非常に複雑な半導体製造装置については、この「集中型」制御装置を多数使用して、制御の区分け、ワイヤハーネス処理及びスペースの割り振りを最適化することができる。
それ故、本発明は、特許請求の範囲の精神以外によって何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のプラズマエッチングシステムを示すシステムブロック図である。
【図２】
プラズマエッチングシステムにおける従来の制御ハードウェア環境を示すシステムブロック図である。
【図３】
本発明の特定の実施形態に基づくエッチングシステムの集中ハードウェア制御装置を示すシステムブロック図である。
【図４】
本発明の特定の実施形態に基づく回路板を示すシステムブロック図である。
【図５】
ソフトウェアアプリケーションと、センサ及び制御ハードウェアとの間の相互作用を示すフローチャートである。
【図６】
半導体製造装置に使用するためのセンサ及び制御ハードウェアを制御するための方法を示すフローチャートである。
【技術分野】
本発明は、半導体デバイスのプラズマ処理に係る。より詳細には、本発明は、半導体製造装置、特に、プラズマエッチングシステムに使用されるセンサやハードウェア制御器を一体化（集積、統合）する装置に係る。
【０００２】
【背景技術】
特に、半導体デバイス製造の分野では、プラズマエッチング／付着及び反応性イオンエッチング／付着のようなイオン化ガスでの種々の形態の処理が益々重要になっている。特に関心のあるものは、エッチングプロセスに使用される装置である。図１は、半導体デバイスの処理及び製造に使用される従来の誘導性結合プラズマエッチングシステム１００を示す。この誘導性結合プラズマ処理システム１００は、プラズマチャンバー１０４を有するプラズマ炉１０２を備えている。変成器結合電力（ＴＣＰ）コントローラ１０６及びバイアス電力コントローラ１０８は、各々、プラズマチャンバー１０４内に形成されるプラズマに作用するようにＴＣＰ電源１１０及びバイアス電源１１２を制御する。
【０００３】
ＴＣＰ電力コントローラ１０６は、ＴＣＰ電源１１０の設定点をセットし、該ＴＣＰ電源は、ＴＣＰマッチングネットワーク１１４により同調された高周波（ＲＦ）信号を、プラズマチャンバー１０４付近に配置されたＴＣＰコイル１１６へ供給するように構成される。ＲＦ透過窓１１８が通常設けられていて、ＴＣＰコイル１１６をプラズマチャンバー１０４から分離する一方、ＴＣＰコイル１１６からプラズマチャンバー１０４へエネルギーを通せるようにしている。
【０００４】
バイアス電力コントローラ１０８は、バイアス電源１１２の設定点をセットし、該バイアス電源は、バイアスマッチングネットワーク１２０により同調されたＲＦ信号を、プラズマ炉１０４内に配置された電極１２２へ供給して、電極１２２に直流（ＤＣ）バイアスを形成するよう構成され、そして電極１２２は、処理される半導体ウェハのような基体１２４を受け入れる。
【０００５】
振り子式制御バルブのようなガス供給メカニズム１２６は、通常、製造プロセスに必要な適切な化学薬品をプラズマ炉１０４の内部に供給する。ガス排出メカニズム１２８は、プラズマチャンバー１０４内から粒子を除去し、そしてプラズマチャンバー１０４内に特定圧力を維持する。圧力コントローラ１３０は、ガス供給メカニズム１２６及びガス排出メカニズム１２８の両方を制御する。
温度コントローラ１３４は、プラズマチャンバー１０４の周りに加熱カートリッジのようなヒータ１３６を使用して、プラズマチャンバー１０４の温度を選択された温度設定点に制御する。
【０００６】
プラズマチャンバー１０４内では、真空のもとでイオン化ガス化合物（プラズマ）に基体１０４を露出することにより基体エッチングが達成される。このエッチングプロセスは、ガスがプラズマチャンバー１０４へ搬送されるときにスタートする。ＴＣＰコイル１１６により供給されそしてＴＣＰマッチングネットワーク１１０により同調されたＲＦ電力は、ガスをイオン化する。電極１２２によって供給されそしてバイアスマッチングネットワーク１２０により同調されたＲＦ電力は、基体１２４にＤＣバイアスを誘起し、基体１２４のイオン衝撃の方向とエネルギーを制御する。エッチングプロセス中に、プラズマが基体１２４の表面と化学的に反応し、ホトレジストマスクで覆われていない材料を除去する。
【０００７】
プラズマ炉の設定のような一次パラメータは、プラズマ処理において基本的に重要である。実際のＴＣＰ電力、バイアス電力、プラズマチャンバー１０４内のガス圧力、ガス温度、及びガス流量は、プロセス条件に大きく影響する。プラズマチャンバー１０４に供給される実際の電力が著しく変動すると、中性及びイオン化粒子密度、温度及びエッチング速度のような他のプロセス変数パラメータの予想値が不意に変化する。
【０００８】
しかしながら、既存のプラズマエッチングシステムでは、互いにリアルタイムで直接通信しない個別のスタンドアローン型コントローラを介して一次パラメータが制御される。図２は、従来のプラズマエッチング制御ハードウェアシステムを示す。ＴＣＰマッチングネットワーク２００は、ＴＣＰコントローラ２０２を含む。バイアスマッチングネットワーク２０４は、バイアスコントローラ２０６を含む。圧力制御バルブ２０８は、圧力コントローラ２１０を含む。光学的放射分光計（ＯＥＳ）又は干渉計（ＩＮＴＲＦ）２１２は、ＯＥＳ又はＩＮＴＲＦコントローラ２１４を含む。ＶＭＥシャーシ２１６は、シリアルリンク２１８を経てスタンドアローン型コントローラ２０２、２０６、２１０及び２１４と通信する。従って、炉の設定は、互いの間に比較的低速な通信リンクをもつスタンドアローン型コントローラにより個別に制御される。
【０００９】
プラズマエッチングシステムでは、パラメータの１つが変化すると、他のパラメータに影響し得る。例えば、プロセス中に、チャンバー内の化学的反応によりプラズマインピーダンスが変化して、電力供給、温度及び圧力に影響を及ぼす。従って、これらの影響を効果的に取り除くためにオペレータにより精巧な個別の調製段階を開発する必要がある。これは、一般に、操作プロセスの窓を制限し、そして処理時間を延長し、プラズマエッチングシステムのスループットポテンシャルに影響を及ぼす。更に、第１ウェハ作用（同じプラズマ炉内の第１ウェハのプロセスは、その後のプロセスに影響する変化をプラズマ炉に生じさせる）及び常に存在するプロセスドリフトオーバー時間（ある期間にわたって使用されたプラズマ炉は、その長期使用のために精度を失う）も、炉の設定を制御するだけではチャンバー内及びウェハに何が起きるか制御できないことを示す。
【００１０】
それ故、オープンアーキテクチャーで全ての制御を集中化し、種々のコントローラ間でリアルタイム通信を行うことのできる方法及び装置が要望されている。このような装置は、オペレータがエッチングプロセスの安定性及び再現性を著しく改善できるようにし、そして最終的に、プロセスに直接関連するパラメータを制御し、ウェハの特徴を直接制御できるようにする。
【００１１】
【発明の開示】
半導体製造装置に使用するための集中制御装置は、オープンアーキテクチャーで複数のコントローラを一体化し、種々の制御ループ間でリアルタイム通信を行えるようにする。この集中型制御装置は、高レベル入力出力（Ｉ／Ｏ）及び制御アルゴリズムを実行する少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、センサ及び制御ハードウェアへの一体化されたインターフェイスを与える少なくとも１つの一体化されたＩ／Ｏコントローラとを備えている。一体化されたＩ／Ｏコントローラは、基本的なＩ／Ｏ及び低レベル制御機能を実行し、そしてバスを経てＣＰＵと通信して、半導体製造装置の種々のサブシステムの制御を実行し又は可能にする。
【００１２】
半導体製造装置に使用するための複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを制御する方法は、バスに差し込まれるＣＰＵボードにアプリケーションソフトウェアをロードすることを含む。センサ及び制御ハードウェアは、電気的コントローラにリンクされ、これらコントローラは、単一の回路板に取り付けられ、この単一の回路板は、バスのメモリスペースにおけるアドレスブロックを占有する。単一の回路板は、次いで、バスに差し込まれ、そしてセンサ及び制御ハードウェアは、アプリケーションソフトウェアにより制御される。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】
当業者であれば、本発明の以下の説明は、例示に過ぎず、これに限定されるものでないことが明らかであろう。この開示の利益を得る当業者には、本発明の他の実施形態も容易に示唆されよう。
プラズマエッチングシステムのような半導体製造装置は、コンピュータシステムを使用して、ウェハの搬送、ガスの流れ、ウェハの処理、及びウェハの剥離を監視しそして制御する。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によるハードウェア制御システムが図３に示されている。これは、集中（中央）制御装置３００を備え、この制御装置は、少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）ボード３０４と、少なくとも１つの回路板３０６、例えば、ＶＩＯＰボードと、任意の通信ボード３０８とを含む。全てのボードは、シャーシ３１２内で、例えばＶＭＥバス３１０のようなバスに差し込まれる。通信ボード３０８は、プラズマエッチングシステムの他のコンポーネント、例えば、ユーザインターフェイスと相互作用する。回路板３０６には、多数のＩ／Ｏマイクロコントローラが取り付けられる。Ｉ／Ｏマイクロコントローラは、種々の外部制御ハードウェア及びセンサ、例えば、ＴＣＰマッチングネットワーク３１４、バイアスマッチングネットワーク３１６、圧力制御バルブ３１８、及びＯＥＳ又はＩＮＴＲＦセンサ３２０と通信する。特に、回路板３０６に配置された２つのＴＣＰマイクロコントローラ３２２は、外部ＴＣＰマッチングネットワーク３１４を制御する。回路板３０６に配置された２つのバイアスマイクロコントローラ３２４は、外部バイアスマッチングネットワーク３１６を制御する。回路板３０６に配置された圧力マイクロコントローラ３２６は、外部圧力制御バルブ３１８を制御する。回路板３０６に配置されたＯＥＳ又はＩＮＴＲＦコントローラ３２８は、外部ＯＥＳ又はＩＮＴＲＦセンサ３２０を制御する。
【００１５】
マイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８は、外部ドライブ、即ちＴＣＰキャパシタドライブ、バイアスマッチングキャパシタドライブ又は振り子型バルブドライブと通信する独立した内蔵ステッパコントローラである。又、集中制御装置は、例えば、オーシャン・オプチックスＳ２０００分光計のようなＯＥＳへの内蔵インターフェイス、或いは例えば、オーシャン・オプチックスＳＤ２０００のようなＯＥＳ及びＩＮＴＲＦの両方への内蔵インターフェイスも備えている。
【００１６】
反応チャンバーにおいては、真空のもとでイオン化ガス化合物（プラズマ）にウェハを露出することによりウェハエッチングが達成される。エッチング調製法は、ガス流量、チャンバー圧力、ＲＦ電力、ギャップ間隔、チャンバー温度及びヘリウムバックサイド冷却圧力を制御する一連のステップより成る。これらの値は、コンピュータシステムにプログラムされる。オペレータは、エッチングプロセスをスタートする前に所望の調製法を選択する。ＣＰＵ３０４は、高レベルＩ／Ｏ及び制御アルゴリズムを実行することにより調製アルゴリズムを処理し、そしてＶＭＥバス３２０を経てマイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８と通信する。次いで、マイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８は、基本的Ｉ／Ｏ及び低レベル制御機能を実行し、そしてセンサ及び制御ハードウェア３１４、３１６、３１８、３２０への一体化されたインターフェイスを与える。それ故、ＣＰＵ３０４は、ＶＭＥバス３１０を経てマイクロコントローラ３２２、３２４、３２６、３２８と通信し、ＴＣＰ電力、バイアス電力、ガス圧力、及びＯＥＳ又はＩＮＴＲＦセンサのようなプラズマエッチングシステムの種々のサブシステムの制御を実行し又は可能にする。
【００１７】
図４は、回路板３０６（図３）の現在の好ましい実施形態を示す。Ｉ／Ｏプロセッサ回路板４００は、ＶＭＥメモリスペースにおいて６４ＫＢのアドレスブロックを占有する２４ビットアドレス及び１６ビットデータＶＭＥバス適合ボードを有する。バス４０２は、ステッパコントローラインターフェイス４０４と、デジタル入力（ＤＩ）及びデジタル出力（ＤＯ）ＶＭＥインターフェイス４０６と、デュアルポートメモリ（ＤＰＭ）４０８と通信する。
【００１８】
ステッパコントローラインターフェイス４０４は、ＴＣＰマッチングネットワーク３１４に対する２つの軸（ＴＣＰキャパシタ１ ４１０及びＴＣＰキャパシタ２ ４１２）と、バイアスマッチングネットワーク３１６に対する２つの軸（バイアスキャパシタ１ ４１４及びバイアスキャパシタ２ ４１６）と、圧力制御バルブ３１８に対する１つの軸（振り子型バルブ４１８）と、１つのスペア軸４２０とを含む。ステッパコントローラインターフェイスは、軸を制御するマイクロコントローラ４２２へコマンドを送信する。データ速度は、ステップレートに対して４ビット、そして多数のレートテーブルを伴う指令に対して１ビットである。マイクロコントローラファームウェアは、ステップレートの変化と変化との間の加速／減速を自動的に実施する。
【００１９】
ＤＩ及びＤＯ ＶＭＥインターフェイス４０６は、ＤＩ及びＤＯ４２４をＶＭＥメモリスペースにマップする。ＤＩは、２４ボルトソース形式である。というのは、センサからソース電圧が必要とされるからである。ＤＯは、２４ボルトソース形式であり、読み戻し能力を有する。
ＤＰＭ４０８は、マイクロコントローラ４２６、及びＯＥＳ及び／又はＩＮＴＲＦ ＶＭＥインターフェイス４２８と通信する。アナログ入力（ＡＩ）及びアナログ出力（ＡＯ）４３０は、ＤＰＭ４０８を使用することによりＶＭＥメモリスペースに直接マップされる。ＡＩ４３０は、マイクロコントローラ４２６により制御されるコンバータＡＤＣ４３０の使用により変換される。マイクロコントローラ４２６により制御されるＤＡＣ４３０は、デジタル信号ＡＯ４３０を変換する。ＶＩＯＰ４００は、３２ＡＩ及び１２ＡＯを有する。ＡＩは、−１０ボルトないし＋１０ボルトの範囲で１２ビット分解能を有し、特に、ホストにより開始される自己校正により０．１％の精度が保証されている。ＡＯは、０ないし１０ボルトの範囲において０．１％精度で１２ビット分解能を有し、そして自己テスト目的で読み戻し能力を有する。
【００２０】
又、ＶＩＯＰ３００は、ＯＥＳ及び／又はＩＮＴＲＦ４３２へのＶＭＥインターフェイス４２８を含み、ここでは、制御及びデータがＶＭＥメモリスペースにマップされる。ＯＥＳは、オーシャン・オプチックスＳ２０００でよい。ＯＥＳ及びＩＮＴＲＦは、オーシャン・オプチックスＳＤ２０００でよい。スペクトルデータは、ＯＥＳ及び／又はＩＮＴＲＦスペクトルの同時収集で１２ビット巾である。スペクトルの加算は、例えば、ＰＬＤベースの形式のコントローラ４２８により実行され、積分周期は、１、１．４、２、２．８、・・というシーケンスで４ｍＳから２５０ｍＳまでプログラム可能である。
【００２１】
それ故、本発明は、最適な性能に対して制御機能を区分化することができる。又、非タイムクリティカルサブシステムの「ローカル」制御を許しながらタイムクリティカルループの密接な結合を容易にする。このような一体化インターフェイスは、リソースの利用度を最大にしそしてハードウェア及びソフトウェアにおける冗長性を減少することにより装置のコストを低減する。又、このようなオープンアーキテクチャーは、コントローラをリアルタイムで整合させて、プロセスを安定で且つ一貫したものにすることができる。
【００２２】
図５は、ソフトウェアアプリケーションと、センサ及び制御ハードウェアとの間の相互作用を示すフローチャートである。ブロック５００において、ＣＰＵボード３０４のようなＣＰＵボードに存在するアプリケーションソフトウェアは、プラズマエッチング及び付着炉においてウェハに所望の表面プロフィールを形成するに必要なパラメータをオペレータが入力できるようにする。このアプリケーションソフトウェアは、ブロック５０２においてドライバと相互作用する。ドライバとは、ブロック５００におけるアプリケーションソフトウェアをブロック５０４における制御センサ及び制御ハードウェアにリンクする低レベルドライバプログラムルーチンである。回路板３０６（図３）は、各センサ及び制御ハードウェアに対して特定のマッピングアドレスが割り当てられている。例えば、ＶＭＥメモリスペースＦＡＣ２０００ｈ−ＦＡＣ２１ＦＦＦｈは、ＶＩＯＰ状態／制御及びＤＩ／ＤＯに指定されている。次いで、これらドライバは、対応するメモリマップアドレスをリファレンスすることにより、アプリケーションソフトウェアから特定のセンサ又は制御ハードウェアに高レベルコマンドを搬送することができる。
【００２３】
半導体製造装置に使用するためのセンサ及び制御ハードウェアを制御するための方法が図６のフローチャートに示されている。第１ブロック６００において、オペレータが特定のパラメータを含む調製法を選択してプラズマエッチング及び付着システムで所望の表面プロフィールを形成できるようにするアプリケーションソフトウェアが、ＣＰＵボード３０４（図３）のようなＣＰＵボードにロードされる。ブロック６０２では、ＣＰＵボードがＶＭＥバス３１０のようなバスに差し込まれる。ブロック６０４では、ＴＣＰマッチングネットワーク３１４、バイアスマッチングネットワーク３１６、圧力制御バルブ３１８、及びＯＥＳ／干渉計３２０のようなセンサ及び制御ハードウェアがマイクロコントローラにリンクされる。ブロック６０６では、マイクロコントローラ３２２、３２４、３２６及び３２８のような電気的コントローラが、ＶＩＯＰボード３０６のような単一回路板に取り付けられる。次いで、この単一回路板は、ブロック６０８において、バスに差し込まれる。オペレータは、ブロック６１０において、ＣＰＵボードにロードされたアプリケーションソフトウェアを介してセンサ及び制御ハードウェアを制御する。コントローラのこのような集中ファシリティを単一ボードにもたせると、複数の非タイムクリティカルサブシステムのローカル制御を許しながら複数のタイムクリティカルループの密接な結合を容易にする。図６に示す方法の他の実施形態は、ブロック６００ないし６０８を任意の順序に再配置することができる。
【００２４】
単一回路板上のマイクロコントローラは、リアルタイムで通信するので、プラズマウェハプロセスの状態に関する重要な情報を交換することができ、ＣＰＵが全オペレーションに対するマスターとなることができる。このようなプラズマウェハプロセスは、ＣＰＵが単一回路板上のマイクロコントローラ及びインターフェイスに高レベル命令を送信することにより編成される。これらの命令は、次いで、「単純な」アクティビティに焦点を合わせたマイクロコントローラにより実行される。このようなアーキテクチャーは、各コントローラの閉ループが、互いに通信できるようにする。プラズマエッチング及び付着プロセスに影響を及ぼす共従属パラメータ及び変数が多数あるので、ＴＣＰ、バイアス又は圧力のようなパラメータの巨視的な「同時」制御は、オペレータが、エッチング及び付着プロセスの精度、安定性及び再現性を著しく改善できるようにする。
【００２５】
以上、本発明の実施形態及び用途を図示して説明したが、この開示の利益を得る当業者であれば、本発明から逸脱せずに、上記とは異なる多数の変更がなされ得ることが明らかであろう。例えば、一体化Ｉ／Ｏボードに種々の制御ループを一体化するレベルは、意図された特定の用途に基づいて拡張可能である。例えば、低レベルファームウェアを伴うＯＥＳを取り出して、「ポータブル」光学放射分光計としてＣＰＵボードに合体することができる。この新たなコントローラは、公知技術において、その既存の能力を向上するために使用することもできる。
【００２６】
又、非常に複雑な半導体製造装置については、この「集中型」制御装置を多数使用して、制御の区分け、ワイヤハーネス処理及びスペースの割り振りを最適化することができる。
それ故、本発明は、特許請求の範囲の精神以外によって何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のプラズマエッチングシステムを示すシステムブロック図である。
【図２】
プラズマエッチングシステムにおける従来の制御ハードウェア環境を示すシステムブロック図である。
【図３】
本発明の特定の実施形態に基づくエッチングシステムの集中ハードウェア制御装置を示すシステムブロック図である。
【図４】
本発明の特定の実施形態に基づく回路板を示すシステムブロック図である。
【図５】
ソフトウェアアプリケーションと、センサ及び制御ハードウェアとの間の相互作用を示すフローチャートである。
【図６】
半導体製造装置に使用するためのセンサ及び制御ハードウェアを制御するための方法を示すフローチャートである。
Claims (10)
- 半導体製造装置に使用するための集中制御装置において、
バスと、
少なくとも１つの中央処理ユニット（ＣＰＵ）カードであって、上記バスに差し込まれ、そして少なくとも１つの高レベルＩ／Ｏ制御アルゴリズムを実行するＣＰＵカードと、
少なくとも１つの回路板であって、上記バスに差し込まれ、そして上記半導体製造装置の複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアへの一体化インターフェイスを与える回路板と、
を備えた集中制御装置。 - 上記回路板は、基本的Ｉ／Ｏ又は低レベル制御機能を遂行する請求項１に記載の集中制御装置。
- 上記回路板は、上記バスを経て上記ＣＰＵと通信して、上記半導体製造装置の複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアの制御を実行し又は可能にする請求項１に記載の集中制御装置。
- 上記バスは、バーサ・モジュラー・ヨーロピアン（ＶＭＥ）バスである請求項１に記載の集中制御装置。
- 半導体製造装置に使用するための回路板において、
ＶＭＥバス及び複数のマイクロコントローラと通信するステッパコントローラインターフェイスを備え、上記複数のマイクロコントローラは複数の軸を制御するものであり、更に、
ＶＭＥバスと通信しそしてデジタル入力及びデジタル出力をＶＭＥメモリスペースにマッピングするデジタル入力及びデジタル出力インターフェイスと、
ＶＭＥバスと通信しそしてアナログ入力及びアナログ出力をＶＭＥメモリスペースにマッピングする第１デュアルポートメモリと、
ＶＭＥバス及びＯＥＳ又はＩＮＴＲＦと通信する第２デュアルポートメモリとを備えた回路板。 - 半導体製造装置に使用するための複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを制御する方法において、
アプリケーションソフトウェアをＣＰＵボードにロードし、
上記ＣＰＵボードをバスに差し込み、
上記複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを複数の電気的コントローラにリンクし、
上記複数の電気的コントローラを単一の回路板に取り付け、この単一の回路板は、上記バスのメモリスペースにおけるアドレスブロックを占有し、
上記単一の回路板を上記バスに差し込み、そして
上記複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを上記アプリケーションソフトウェアにより制御する、
という段階を備えた方法。 - 上記アドレスブロックは、６４キロバイトである請求項６に記載の方法。
- 上記アプリケーションソフトウェアは、複数のドライバを経て上記複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアと通信し、上記複数のドライバは、上記アプリケーションソフトウェアに複数の対応するメモリマッピングアドレスをリファレンスさせる請求項６に記載の方法。
- 上記複数の電気的コントローラは、更に、複数の非タイムクリティカルなサブシステムのローカル制御を許しながら複数のタイムクリティカルなループの密接な結合を容易にする請求項６に記載の方法。
- マシンにより読み取り可能なプログラム記憶装置であって、これは、半導体製造装置に使用するための複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを制御する方法を実行するために上記マシンにより読み取り可能な命令のプログラムを現実に実施し、上記方法は、
アプリケーションソフトウェアをＣＰＵボードにロードし、
上記ＣＰＵボードをバスに差し込み、
上記複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを複数の電気的コントローラにリンクし、
上記複数の電気的コントローラを単一の回路板に取り付け、この単一の回路板は、上記バスのメモリスペースにおけるアドレスブロックを占有し、
上記単一の回路板を上記バスに差し込み、そして
上記複数のセンサ及び複数の制御ハードウェアを上記アプリケーションソフトウェアにより制御する、
という段階を備えたものであるプログラム記憶装置。
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