JP4528891B2 - プロセス制御システムにおけるシステムとその方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体の製造工程のプロセス制御に関するものであり、特にこの半導体製造プロセスを制御するための制御装置に関する。

半導体の製造プロセスに使用される装置には、色々な機器を伴って構成されており、それぞれが異なるプロセスで取り扱われ、最終的に高い精度の半導体デバイズを製造する為に設計されている。このような半導体製造装置における各プロセスを実行する何れの機器についても、製造プロセスにおけるパラメーターの正確性、スピード、及び信頼できる制御が必要とされている。特に、半導体製造プロセスでは、ガス制御、真空制御、温度制御、プラズマエナジー、またその他の制御を行うことが必要であり、これらの制御を行うための制御装置が必要である。

図１は従来の半導体製造プロセスにおける制御装置の構成例を示している。この図１に示すように、半導体製造プロセス用の機械に必要とされるいくつかの電子制御装置は、それぞれが制御対象や制御方法など、その性能が全て異なっている。具体的には、ガス制御を行うための制御装置と、真空制御を行うための制御装置と、温度制御を行うための制御装置と、プラズマエナジーの制御を行うための制御装置とが、それぞれ異なる設計で形成され、かつ夫々が別個独立に各制御を行っていた。即ち、これらの各制御装置は、閉ループ制御システムにおける測量情報センサー６により識別され、またアクチュエイター７に従って作用するものとなっており、一般的にこの４つ制御装置は構造システムも違い共通するものが全くなく、それぞれ別々の動作をするものとなっていた。

例えば、特許文献１（特開２００４−３３２７４１号公報）には、プロセスチャンバ内の圧力制御システムが提案されており、このシステムでは調整弁が、前記プロセスチャンバ内の圧力および気体噴射流量の状態における小さい振幅の速い変化を補償するように制御され、不活性気体噴射装置が、前記プロセスチャンバ内の圧力および気体噴射流量の状態におけるより大きな振幅の変化を補償するように制御され、かつ一次および／または二次ポンプの速度が、前記プロセスチャンバ内の圧力および気体噴射流量の状態におけるより長期の傾向および振幅のより大きな変化を補償するように制御される。そして各制御手段に対しては中央制御手段が、圧力基準信号を生成する基準手段から受け取る基準信号に応じて、調整弁および噴射弁の開度位置に関する情報に応じて、かつ圧力センサから出されるプロセスチャンバ内の前記圧力の測定値に応じて、それぞれの制御手段を制御する信号を生成するものとして構成されている。

また特許文献２（特開２００３−２８２５４５号公報）では、チャンバー内の放電異常を容易にリアルタイムで監視するプラズマ処理装置が提案されている。具体的には、チャンバー内の放電異常を、被制御値の変動に伴う電圧変化によって検出する電圧モニタ制御部を設けて構成されている。

特許文献３（特開平０７−３２６５８７号公報）では、チャンバの内壁面の温度を略一定に保つ、ワーク反応装置の温度調整機構が提案されている。この温度調整機構は、チャンバの内壁面にその温度を直接検出する温度センサを設け、この温度センサで検出した温度信号に基づいて、熱交換器で任意温度の冷却水を作り、チャンバの周りに循環させるものとなっている。

特許文献４（特表２００４−５１０２２１号公報）では、環境が制御されたチャンバ内で圧力を維持するための装置及び方法が提案されている。この方法では、チャンバの圧力測定値と設定圧力を圧力コントローラが比較し、圧力測定値と設定圧力の差に基づき圧力コントローラを通るガス流を調整するものとなっている。

特許文献５（特表２００３−５１４３９０号公報）には、プラズマ処理装置において正確な温度制御を達成する温度管理システムが提案されている。この温度管理システムでは、必要性に応じて表面の加熱及び冷却の両方を制御する熱マネージャが、表面に結合された温度センサから表面の温度を取得し、この取得した温度に従って、熱マネージャが表面の加熱又は冷却が必要かどうかを判断するものとなっている。
特開２００４−３３２７４１号公報 特開２００３−２８２５４５号公報 特開平０７−３２６５８７号公報 特表２００４−５１０２２１号公報 特表２００３−５１４３９０号公報

上記の通り、半導体製造装置における製造プロセスでの各処理を監視する場合には、それぞれの監視項目ごとに行われており、各監視・制御装置の性能、構造、オペレーションモデル、及びインターフェースは異なっていた。その結果、何れかの制御・監視装置の測定値や動作を他の制御監視装置が利用することは出来ない、すなわち閉じた環境での制御・監視が行われていた。

そこで本発明は半導体製造プロセスにおける何れかの製造パラメーターを制御する為に、他のプロセスにおける観測値や制御・監視情報を利用することのできる半導体製造プロセス制御装置およびこれを用いた半導体製造装置の提供を第一の課題とする。

また本発明では、半導体製造装置におけるシステムを構築、展開してゆく上で基盤となる技術の統一性を確保するべく、各製造プロセスを共通のシステムで制御することのできる半導体製造プロセス制御装置およびこれを用いた半導体製造装置の提供を第二の課題とする。

また、真空制御、ガス流動制御、温度制御、プラズマエナジーの制御などにおいて、個々の全く異なる制御装置を用いている事は、正常に稼動している間のプロセス変数を相互に利用することが出来ないとの欠点も包含している。そこで本発明は、正常に稼動している間の各プロセスにおけるプロセス変数を相互に利用することにより、半導体製造プロセスにおける少なくとも何れかのプロセスを多変数制御することのできる半導体製造プロセス制御装置およびこれを用いた半導体製造装置の提供を第三の課題とする。

更に、本発明では、ガス流動制御、温度制御、プラズマエナジーの制御など、それぞれに共通の制御装置を使用できるようにすることで、制御装置が故障したときにおける交換作業および予備の制御装置の確保する必要性を減じることのできる半導体製造プロセス制御装置およびこれを用いた半導体製造装置の提供を第四の課題とする。

そして、従来の半導体製造プロセスの制御装置では、個々の全く異なる制御装置が真空制御、ガス流動制御、温度制御など正常に稼動している間のプロセス変数の相互作用に欠点もある。このことは多変数制御システムの遂行の妨げになってしまい、また全体のあらゆる制御へのプロセス要素それぞれを妨害してしまい、さらにプロセスの制御システム戦略を困難にするなどの不都合が生じる。よって本発明では、このような不都合を解決することを第五の課題とする。

上記課題の少なくとも何れかの課題を解決するべく、本発明では半導体製造プロセスにおける何れかのプロセスを制御するためのメイン制御装置ユニット同士をネットワークで接続し、相互に情報交換を行うことにより、他のプロセスにおける制御・監視情報を利用して多変数制御を行う半導体製造プロセス制御装置およびこれを用いた半導体製造装置を提供するものである。また前記課題の少なくとも何れかを解決するために、単一の制御装置を設計することにより、それぞれ半導体プロセスの異なる要素を制御する半導体製造プロセス制御装置およびこれを用いた半導体製造装置を提供するものである。

即ち、本発明では半導体製造プロセスを監視し、かつ半導体製造装置を構成する各機器を制御する半導体製造プロセス制御装置であって、当該半導体製造プロセス制御装置は、相互にネットワークで接続された２つ以上のメイン制御装置を含んで構成されており、当該メイン制御装置の少なくとも何れかは、半導体製造プロセスにおける製造環境情報および各機器の動作情報の少なくとも何れかを受領するインターフェースを具備しており、相互にネットワークで接続されている各メイン制御装置は、何れか他のメイン制御装置が受領した情報を、当該ネットワークを介して受領する情報通信手段と、受領した情報に基づいて、半導体製造装置を構成する何れかの機器の動作を制御する制御手段とを備える半導体製造プロセス制御装置を提供する。

かかる半導体製造プロセス制御装置では、半導体製造するための各プロセスを制御・監視するメイン制御装置が、ネットワークで相互に接続されており、更に他のメイン制御装置におけるプロセスの制御・監視などの情報を受領することにより、受領した情報に基づいて、より精度の高いプロセス制御を行うことが可能になる。

また本発明において、前記情報通信手段が受領した情報を記録する情報記録手段を具備しており、前記制御手段は情報記録手段に記録された情報を読み出して、半導体製造装置を構成する何れかの機器の動作を制御する様に構成することができる。この情報記録手段は揮発性または不揮発性のメモリを使用することができ、記録方法は後述の実施の形態に示すようにテーブルとして記載するほか、ファイル形式、データベース形式、テキスト形式など、各種の形式で記録することができる。

また本発明にかかる半導体製造プロセス制御装置において、前記各メイン制御装置には、半導体製造装置におけるチャンバ内の製造環境を調整するターミナルモジュールが接続されており、当該メイン制御装置とターミナルモジュールとで構成されるそれぞれのメイン制御装置ユニットにおいて、当該ターミナルモジュールはメイン制御装置からの指令で動作する様に構成することができる。このターミナルモジュールとは、多くの場合、半導体製造装置におけるチャンバ内の環境を調整する機器と、当該機器に対してメイン制御装置からの制御情報を伝える受信装置とで構成することができる。例えばチャンバ内の温度を調整するためのターミナルモジュールは、チャンバ内の温度環境を調整するヒーターなどの温度調整手段を制御する装置に対して、メイン制御装置からの信号を伝える受信装置を組み合わせて構成することができる。またチャンバ内の圧力を制御するためのターミナルモジュールは、バルブを開閉させるためのモーターに、メイン制御装置からのバルブ開閉信号を伝える受信装置を組み合わせて構成することができる。更に、ガス流動を制御するためのターミナルモジュールは、チャンバ内へのガス流動を制御するガス流制御装置に、メイン制御装置からのガス流動の制御信号を伝える受信装置を組み合わせて構成することができる。

また本発明において、前記相互にネットワークで接続された２つ以上のメイン制御装置ユニットは、何れも共通のインターフェースを具備しており、何れのメイン制御装置ユニットも、前記半導体製造装置を構成する何れかの機器の動作を制御する制御手段として、半導体製造装置のチャンバ内へのガス流動を制御するガス制御手段、半導体製造装置のチャンバ内の真空状態を制御する真空制御手段、半導体製造装置のチャンバ内の温度を制御する温度制御手段、および半導体製造装置のチャンバ内におけるプラズマエナジーを制御するプラズマエナジー制御手段の少なくとも１つ以上又は全てを具備している半導体製造プロセス制御装置とすることができる。

半導体製造プロセスにおいて、ガス流動、温度、真空度（又は圧力）、プラズマエナジーは製造プロセスの管理上、重要な要素であるから、これらの測定値や、各要素を調整する機器の今後の動作予定に基づいて、少なくとも1つ以上の制御装置を動作させるものである。

また本発明において、前記ガス制御手段は、半導体製造装置のチャンバ内の真空状態を示す圧力値と、半導体製造装置のチャンバ内へのガス流動値を受信して、真空制御装置のバルブの開閉を制御し、前記温度制御装置は半導体製造装置のチャンバ内におけるプラズマエナジーの出力値及びタイミングと、半導体製造装置のチャンバ内の温度の値を受信して、温度調整手段の温度を制御する事が望ましい。他のメイン制御装置ユニットから取得した情報に基づいて、より正確なプロセス制御を行う為である。例えば、チャンバ内においてプラズマを動作させる際には、その前にチャンバ内に供給するガスの種類や、チャンバ内の圧力などを変化させることから、これらの情報の受領を契機としてプラズマを作動させるものである。即ち、本発明にかかる半導体製造プロセス制御装置は、何れかのプロセスを実行するに際して、半導体製造装置を構成する他のプロセス実施機器の動作や測定結果を利用して、当該プロセスにおける動作を制御するものであり、その結果、各プロセスの制御装置同士が相互に情報交換（コミュニケーション）を行って半導体製造プロセスを精確に制御することができるようになる。

また本発明において、前記相互にネットワークで接続された２つ以上のメイン制御装置ユニットは、半導体製造装置のチャンバ内へのガス流動を制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなるガス制御装置ユニット、半導体製造装置のチャンバ内の真空状態を制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなる真空制御装置ユニット、半導体製造装置のチャンバ内の温度を制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなる温度制御装置ユニット、および半導体製造装置のチャンバ内におけるプラズマエナジーを制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなるプラズマエナジー制御装置ユニットから選択される２つ以上であり、何れの制御装置ユニットも他の全ての制御装置ユニットが受領した情報を、当該ネットワークを介して受領して記録する記録手段を具備し、各制御装置ユニットは、当該記録手段に記録された情報に基づいて、ガス流動、真空状態、チャンバ内の温度またはプラズマエナジーの何れかを制御するように形成することが望ましい。全てのメイン制御装置ユニットが同じ情報、即ちガス流動、温度、真空度、プラズマエナジーなどの各制御要素に就いての情報を共有することで、他のメイン制御装置ユニットの動作を予測し、最適な制御を行うことができる為である。

また本発明では、メイン制御装置ユニットとターミナルモジュールシステムの組み合わせにより半導体プロセスのいくつかの特徴を制御する半導体製造プロセス制御装置を提供する。

また本発明では、メイン制御装置ユニットは様々な機能を持ち類似した特性とインターフェースを持ち合わせ、そして半導体プロセス機器の環境の中で独自の機能を発揮することも可能な半導体製造プロセス制御装置を提供する。

また本発明では、メイン制御装置ユニットはターミナルモジュールを付属することで、その機能を発揮する半導体製造プロセス制御装置を提供する。

また本発明では、メイン制御装置はプロセスの情報を他の制御装置と自由に共有することが可能であり、情報を共有することでメイン制御装置それぞれの機能をより高めることが出来る特徴を持つ半導体製造プロセス制御装置を提供する。

そして本発明では、前記課題の少なくとも何れかの課題を解決する為に、半導体製造プロセスを行う半導体製造チャンバと、半導体製造チャンバ内へのガス流動を制御するガス制御装置と、半導体製造チャンバ内の真空状態を制御する真空制御装置と、半導体製造チャンバ内の温度を制御する温度制御装置と、半導体製造チャンバ内におけるプラズマエナジーを制御するプラズマエナジー制御装置とを具備する半導体製造装置であって、前記各制御装置の制御に、上記した本発明に係る半導体製造プロセス制御装置を使用した半導体製造装置を提供する。

かかる半導体製造装置は、１つの装置に複数のチャンバを設けることもでき、各チャンバにおける製造プロセスを実施する機器ごとに、本発明にかかる半導体製造プロセス制御装置を設けることができる。

本発明にかかる半導体製造プロセス制御装置およびこれを用いた半導体製造装置では、制御装置の設置、ソフトウエアのインターフェース、電子インターフェース、ユーザーインターフェースによる相互接続を簡単に行えるとの技術的利点がある。そしてそれぞれの制御装置は、プロセスの変数について適切に情報を共有することを可能にし、制御システム機能の品質の改善に多大な貢献ができる。例えば制御装置はチャンバー内のガス量により影響を受け、また温度制御ではチャンバー内のプラズマエナジーに非常に影響を受けるが、この時、本発明で設計された制御装置が同時に稼動するとき、これらの相互作用は予測され、優先制御機能として機能を発揮することを可能にしている。即ち、何れかの制御装置ユニットの動作やチャンバ内の環境情報（温度、圧力、ガス流動、プラズマ出力などの情報）に基づいて、他の制御装置ユニットが動作を行うことにより、より精確な半導体製造プロセスを実施することができる。

先ず、図２に基づいて、本実施の形態にかかる半導体製造プロセス制御装置の全体構成を示す。この図２に示すように、本実施の形態にかかる半導体製造プロセス制御装置は、４つのメイン制御装置ユニット８（すなわち、８ａ・８b・８c・８ｄ）と、各メイン制御装置ユニット８によって制御される４つのターミナルモジュール９ａ・９b・９c・９ｄで構成されている。このターミナルモジュールの変更で、半導体プロセスにおける新しい、もしくは違う装置を制御することが可能になる。

この図２において、ガス流動制御装置を制御するガス制御装置ユニットは、半導体製造装置のチャンバ内へのガス流動を制御するターミナルモジュール９ｄとメイン制御装置８ｄとで構成することができる。また、真空制御装置をコントロールする真空制御装置ユニットは、半導体製造装置のチャンバ内の真空状態を制御するターミナルモジュール９ｄとメイン制御装置８ｄとで構成することができる。また温度制御装置を制御する温度制御装置ユニットは、半導体製造装置のチャンバ内の温度を制御するターミナルモジュール９ｃとメイン制御装置８ｃとで構成することができる。そして、プラズマエナジー制御装置ユニットは、半導体製造装置のチャンバ内におけるプラズマエナジーなどを制御するターミナルモジュール９ａとメイン制御装置８ａとで構成することができる。

また、各制御装置ユニットにおける制御を確実に行うために、各ユニットは、その制御対象についてのセンサ６（真空センサ、ガス流動センサ、温度センサ、プラズマエナジーセンサなど）を伴うことができ、各センサにおける測定結果は、ターミナルモジュールを介して、或いは各メイン制御装置に直接入力させることができる。

なお、図２では、各ターミナルモジュール９ａ・９b・９c・９ｄの構成をわかりやすくするために、ターミナルモジュールとは別に、各種のプロセス制御機器、例えばアクチュエーター、バルブ、ヒーター、バルブなどを記載しているが、これらはターミナルモジュールを構成する一部の要素とすることもできる。

そして、このような構成で形成された各メイン制御装置ユニットにおいて、各ターミナルモジュールに対して制御情報を送信するメイン制御装置は、相互に情報の送受信を行う、即ちコミュニケーションを実施するように構成されている。具体的には、各メイン制御装置８ａ・８b・８c・８ｄに情報通信用のインターフェースを設け、当該インターフェースを介して相互にネットワークで接続する事ができる。このネットワークは、多くの場合、ＭＡＮ（Metropolitan Area Network）を含むLAN（Local Area Network）によって接続することになるが、インターネットをはじめとするＷＡＮ（Wide Area Network）で接続することも可能である。各メイン制御装置同士を接続する規格としては、イーサーネット規格のほか、トークンバス規格（IEEE802.4）やトークンリング規格（IEEE802.5）、あるいはIPネットワークを利用することもできる。また主なメイン制御装置とターミナルモジュールの間の通信リンクは高速で正確性が要求される。その為、現在使われているデジタル通信形態ＣＡＮ（コントローラーエリアネットワーク）は高速で、安全なデジタル通信の手段として採用することができる。また主な制御装置は、ターミナルモジュールが付属しているにも関わらず通信出来るという相互運用性を成し遂げることが出来る。

各メイン制御装置同士における情報の送信は、情報の伝送方向を一定にする他、ルーターやハブなどのネットワーク機器を用いて方向性を持たないで接続することもできる。伝送方向を一定にする場合、例えば、センサの測定結果やアクチュエーター（例えば図１に示す符号７）の動作情報をターミナルモジュール９ａがメイン制御装置８ａに送信し、この情報を、次にメイン制御装置８ｂに伝送する。メイン制御装置８ｂでは、真空センサの測定結果とバルブの動作情報を新たに加え、前記メイン制御装置８ａから受信した情報と共に、メイン制御装置８ｃに伝送する。このような処理が、複数のメイン制御装置８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの順序で連続的に行われることで、それぞれのメイン制御装置ユニットにおける動作状況などを把握することが可能になる。例えば、ガス流動をコントロールするメイン制御装置ユニットからの情報を受領して、半導体製造チャンバー（例えば図１に示す符号５）内の圧力（真空度）をコントロールするメイン制御装置ユニットが動作することができる。またチャンバー内のガスが入れ替わった事を、ガス流動および圧力バルブの動作に関する情報から認定し、プラズマを動作させることをメイン制御装置８ａが指令を発することもできる。そして、チャンバ内の温度を制御するメイン制御装置８ｃでは、このようなガス流動および圧力バルブの動作に関する情報に基づいてプラズマが動作することを予測し、プラズマの動作によってチャンバ内の温度が上昇することがないように、あらかじめヒーターなどの温度制御手段を動作させることができる。即ち、何れかのメイン制御装置からの情報に基づいて、他のメイン制御装置が、更に他のメイン制御装置の動作を予測して制御信号を発することができるので、安定した望ましい製造プロセスを実行することができる。

本実施の形態にかかる制御装置による制御の一例を図6を参照しながら説明する。この図６は半導体製造チャンバ内における温度―時間グラフである。例えばチャンバ内の温度を一定に保つような製造プロセスを実施する場合、従来のように各機器が単独でチャンバ内の環境を測定し、制御を行った場合には、図６（Ａ）に示すように、プラズマが作動することによりチャンバ内の温度が上昇すると、この温度上昇を温度調整のための機器（センサ）で検知し、そして温度制御装置（例えば図１に示す符号２）が、チャンバ内の温度を調整するように作用する。即ち、フィードバック制御が行われることになる。これに対して、図６（Ｂ）に示すように、本実施の形態にかかる制御装置では、プラズマが出力されるタイミングを、ガス流動を制御する制御装置からの情報や、チャンバ内の圧力を調整する制御装置からの情報に基づいて、予め、温度を調整するための制御装置が検知または予測し、これらの情報に基づいて、プラズマが出力される前に、チャンバ内の温度調整を行うことができる。これにより、チャンバ内における大きな温度変化をなくし、より整った環境で半導体を製造することができる。

上記各メイン制御装置間で伝送される情報は、情報記憶手段としてのメモリに記録しておくことができる。そして、それぞれのメイン制御装置では、このメモリに記録された情報を読み取り又は参照しながら、各ターミナルモジュールに対して制御情報を演算し、かつ送信することができる。よって、このような処理を迅速に行うためには、メモリに記録する各情報は、例えば図７に示すようなテーブルの形式で記録することが望ましい。このようなテーブルの形式で記録することにより、各メイン制御装置における制御プログラムの複雑化を回避し、処理を迅速に行うことができる。特に、このメイン制御装置間で伝送される情報を記録するメモリは、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性のメモリであることが望ましい。この図７に示すテーブルでは、各メイン制御装置ユニットごとに検知、記録される情報をレコードとし、レコード1には温度に関するメイン制御装置ユニットの情報を、レコード２には圧力（真空度）に関するメイン制御装置ユニットの情報を、レコード３にはガス流動に関するメイン制御装置ユニットの情報を、レコード４にはプラズマの出力に関するメイン制御装置ユニットの情報を記録するように形成している。またそれぞれのフィールドには、チャンバ内における複数の場所における検知結果を記録したり、時間ごとに異なる情報を記録することができる。特にプラズマの出力については、出力の異なるプラズマの発生情報をフィールドごとに記録することができる。

図３は主なメイン制御装置ユニット８の構成例を表しており、メイン制御装置８と、これに接続可能なターミナルモジュール９b・９c・９ｄを表している。即ち、本実施の形態にかかるメイン制御装置８は、さまざまなターミナルモジュール９b・９c・９ｄの制御に対応しており、各ターミナルモジュールを制御するための各種パラメータの記述や、インターフェースなどの設計は共通している。このため温度、ガス流通、圧力、プラズマの出力・タイミングなどについて、統一性のある共通した制御を行うことができるようになっている。また何れのターミナルモジュールを接続するかに応じて、当該接続されたターミナルモジュールの種類をメイン制御装置８側で検知し、当該機能を発揮できるようにプログラムが起動し、それぞれの制御システムの役割を果たすことが可能になる。

すなわち、メイン制御装置の構成を統一させた場合、当該制御装置は物理的に違うタイプのプロセス制御の動作に反応をすために、自己が何れのプロセスを制御するのか、即ち、何れのターミナルモジュールに接続されているのかを認識する必要がある。そこで、本実施の形態におけるメイン制御装置は、各ターミナルモジュールを制御する、即ち各プロセスを制御するソフトウエア（即ち「プログラム」以下同じ）の他、何れのターミナルモジュールに接続されているのかを認識するソフトウエアも具備することが望ましい。この制御装置のソフトウエアによりセルフコンフィグレーションを行い、自己（即ちメイン制御装置）が何れのターミナルモジュールに接続されているのかを認識することができる。そして、当該メイン制御装置８は選択されたソフトウエアの情報を、新しいメイン制御装置の作動に適応する為にリコンフィギャーの対応が可能になり、更に制御装置ソフトウエアは、異なったターミナルモジュールの条件に合わせて電子インターフェースのリコンフィギャーを行うことが可能になる。

図４は、バキュームポンプで構成される半導体プロセス製造システム１０、ペンドラムバルブ１１、プロセスチャンバー１２を示している。プロセスチャンバー内は半導体プロセスの不純物を取り除くために、真空ポンプによって真空の状態に保たれ、ペンドラムバルブ１１は真空のプロセスチャンバー内の圧力を調整するために使用されている。

またこの図４には、プラズマジェネレーターユニット１３と、チャンバー内へのガス流動の投入パイプ１４も表しており、これらは半導体製造プロセスの反応作用を発生させる為に使用されている。

更に３つの主な制御装置ユニット８ｂ、８ｃ、８ｄは３つ異なるターミナルモジュール９ａ・９ｂ・９ｃに接続され、それぞれのターミナルモジュールに対して各プロセス制御情報を送信している。ターミナルモジュール９ｃはプロセスチャンバー１２の温度情報の受信とチャンバーヒーターの温度を制御する役割を持ち、ターミナルモジュール９ｂはチャンバープロセスの圧力に影響を与えるためにペンドラムバルブの位置を制御し、ターミナルモジュール９ｄはチャンバー５内のガス流動とガス流動量の分割を制御する役割を持つ。そして３つのメイン制御装置８はそれぞれの制御装置の役割を稼動させる為、例えば制御システムのガス流動を制御するメイン制御装置８ｄを含むユニットは、真空状態を制御するメイン制御装置８ｂを含むユニットとの間で、制御情報や測定情報を共有するなど、プロセス情報のパラメーターについて情報を共有する。

図５は、各メイン制御装置８ａ，８ｂ，８ｃにおける、各機器（ケーブル又はターミナルモジュール）およびメイン制御装置同士の接続用インターフェースを示す略図である。この図5に示すように、本実施の形態にかかる各メイン制御装置は、各種の機器やセンサ、あるいはターミナルモジュールに接続される入出力ポートと、各メイン制御装置同士を接続する入出力ポートの２つの通信ポートを具備している。そして、これら２つのポートは実質的に同時に開放するか、或いは交互に短時間で開放するように構成することができる。

図８は、各メイン制御装置の構成を示すブロック図である。何れのメイン制御装置ユニットにおいても、このメイン制御装置は共通の構成とすることができる。例えばこの図８に示すように、２つの通信インターフェース５０ａ，５０ｂと、情報記憶手段としてのメモリ５２と、各プロセスの制御指令を演算・処理する処理装置５４とで構成することができる。

２つの通信インターフェース５０ａ，５０ｂは、それぞれが図５に示したような通信ポートを具備しており、当該通信ポートは前記した各メイン制御装置同士を接続する入出力ポート（通信インターフェース５０a側）と、各種の機器やセンサ、あるいはターミナルモジュールに接続される入出力ポート（通信インターフェース５０ｂ側）である。

メモリには、ガス流動、温度、真空度（又は圧力）、プラズマエナジーを制御するための独自のロジックで作成された制御プログラム等が記憶される領域５６aと、各メイン制御装置ユニットから送信された情報が記録される領域５６ｂが形成される。更に領域５６aには、上記入出力ポートに接続されたターミナルモジュールをＩＤ（識別記号）などで識別し、ガス流動、温度、真空度（又は圧力）、プラズマエナジーの何れを制御するプログラムを動作させるかを判定する識別プログラムも記録することができる。即ち、制御プログラムにより何れの制御プログラムを動作させるかが特定され、当該特定された制御プログラムが、マイクロプロセッサなどの処理装置５４で実行される。当該処理装置で実行される制御プログラムは、各メイン制御装置ユニットから送信され、かつ領域５６ｂのテーブルなどに記録された情報を読み出して、接続されたターミナルモジュールに対する制御信号を演算・処理するように構成されている。

かかる処理において、１つのメイン制御装置自体を見ればプログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller）に近似したものとなっているが、特に本実施の形態にかかる制御装置は、半導体製造プロセスにおける特定のパラメータ、即ちガス流動、温度、真空度（又は圧力）、プラズマエナジーを制御するためのロジックで作成されたものであり、かつこれらの制御パラメーターに基づいて、相互にコミュニケーション（情報交換）を行い、他のメイン制御装置ユニットの動作を予測して、ターミナルモジュールに対する制御信号の送信を実施するものであり、本発明ではこのような制御装置により、より精度の高い半導体製造プロセスの提供を実現できたものである。

上記本実施の形態では、特に各メイン制御装置同士の接続における情報の伝達は、その伝送方向を一定の方向に特定することにより、逐次情報の更新を図る方法を採用している。しかしながら、その他にも情報の伝送方向を一定に特定せず、情報通信ネットワークにおけるデータ中継機器としてのルーター（router）や集線装置としてのハブ（Ｈｕｂ）などのネットワーク用通信機器を利用して、各メイン制御装置同士の伝送経路を決定するように構成することもできる。即ち、各メイン制御装置についてアドレスを付与し、送信する情報に何れのメイン制御装置に対して送信するかを特定する送信情報を含める。そして、この送信情報に基づいてルーターなどのネットワーク用通信機器でルーティングを行い、目的とするメイン制御装置に対する情報の送信を行うことができる。かかるルーティングに際しては、経路の情報をあらかじめネットワーク機器に設定しておくスタティックルーティングと、経路情報を動的に更新するダイナミックルーティングとが行われることになる。

また、本発明にかかる半導体製造プロセスの制御装置は、必ずしも製造対象が半導体に限定されるものではなく、フラットパネルディスプレイなど、半導体ベースのデバイスの製造プロセスに広く使用することができる。即ち、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、FED（フィールド・エミッション・ディスプレイ）、電子ペーパなどのフラットパネルディスプレイの製造プロセスにおいて、温度、ガス流動、圧力、およびプラズマ出力をコントロールするために、本発明にかかる、複数のメイン制御装置ユニットで構成される製造プロセス制御装置を使用することができる。

従来の半導体製造プロセスの代表的な制御システムの説明図 半導体製造プロセスの新しい制御システムの説明図 主な制御装置とターミナルモジュールの実現方法の説明図 新しい制御システムの構造背景の説明図 メイン制御装置における接続用インターフェースを示す略図 メイン制御装置の構成を示すブロック図 記憶手段に設けられるテーブル例を示す略図 ターミナルモジュールの全体構成を示すブロック図

符号の説明

１ 真空制御装置
２ 温度制御装置
３ ガス流動制御装置
４ 他の制御装置
５ 半導体製造チャンバー
６ センサー
７ アクチュエイター
８ メイン制御装置
９ ターミナルモジュール
１０ 半導体プロセス製造システム
１１ ペンドラムバルブ
１２ プロセスチャンバー
１３ プラズマジェネレーターユニット
１４ 投入パイプ

Claims (5)

1. 半導体製造プロセスを監視し、かつ半導体製造装置を構成する各機器を制御する半導体製造プロセス制御装置であって、
   当該半導体製造プロセス制御装置は、相互にネットワークで接続された２つ以上のメイン制御装置を含んで構成されており、
   当該各メイン制御装置には、半導体製造装置におけるチャンバ内の製造環境を調整するターミナルモジュールが接続されて、それぞれのメイン制御装置ユニットを構成しており、
   当該メイン制御装置は、各ターミナルモジュールを制御する為に共通の各種パラメータの記述を含む共通のインターフェースを具備しており、
   相互にネットワークで接続されている各メイン制御装置ユニットは、何れか他のメイン制御装置が受領した情報を、当該ネットワークを介して受領する情報通信手段と、受領した情報に基づいて、
   （１）半導体製造装置のチャンバ内へのガス流動を制御するガス制御手段、
   （２）半導体製造装置のチャンバ内の真空状態を制御する真空制御手段、
   （３）半導体製造装置のチャンバ内の温度を制御する温度制御手段、および
   （４）半導体製造装置のチャンバ内におけるプラズマエナジーを制御するプラズマエナジー制御手段を具備しており、
   前記ガス制御手段は、半導体製造装置のチャンバ内の真空状態を示す圧力値と、半導体製造装置のチャンバ内へのガス流動値を受信して、真空制御装置のバルブの開閉を制御し、前記温度制御装置は半導体製造装置のチャンバ内におけるプラズマエナジーの出力値及びタイミングと、半導体製造装置のチャンバ内の温度の値を受信して、温度調整手段の温度を制御すること特徴とする、半導体製造プロセス制御装置。
2. 更に前記情報通信手段が受領した情報を記録する情報記録手段を具備しており、前記制御手段は情報記録手段に記録された情報を読み出して、半導体製造装置を構成する何れかの機器の動作を制御する、請求項１に記載の半導体製造プロセス制御装置。
3. 前記ターミナルモジュールはメイン制御装置からの指令で動作する、請求項１に記載の半導体製造プロセス制御装置。
4. 前記相互にネットワークで接続された２つ以上のメイン制御装置ユニットは、半導体製造装置のチャンバ内へのガス流動を制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなるガス制御装置ユニット、半導体製造装置のチャンバ内の真空状態を制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなる真空制御装置ユニット、半導体製造装置のチャンバ内の温度を制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなる温度制御装置ユニット、および半導体製造装置のチャンバ内におけるプラズマエナジーを制御するターミナルモジュールとメイン制御装置とからなるプラズマエナジー制御装置ユニットから選択される２つ以上であり、
   何れの制御装置ユニットも他の全ての制御装置ユニットが受領した情報を、当該ネットワークを介して受領して記録する記録手段を具備し、
   各制御装置ユニットは、当該記録手段に記録された情報に基づいて、ガス流動、真空状態、チャンバ内の温度またはプラズマエナジーの何れかを制御する、請求項１に記載の半導体製造プロセス制御装置。
5. 半導体製造プロセスを行う半導体製造チャンバと、半導体製造チャンバ内へのガス流動を制御するガス制御装置と、半導体製造チャンバ内の真空状態を制御する真空制御装置と、半導体製造チャンバ内の温度を制御する温度制御装置と、半導体製造チャンバ内におけるプラズマエナジーを制御するプラズマエナジー制御装置とを具備する半導体製造装置であって、
   前記各制御装置として、前記請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体製造プロセス制御装置が使用されていることを特徴とする、半導体製造装置。

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