Ｍ個のプラズマパラメータの所望の値をＮ個のチャンバパラメータの値へと変換することによるプラズマリアクタの制御
【課題】複数のプラズマパラメータの所望の値に従って複数のチャンバパラメータを制御することによる、プラズマリアクタチャンバ内でのウェハ処理法に関する。
【解決手段】本方法はＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個の所望の数値のセットをＮ個の各チャンバパラメータについてのＮ個の数値のセットへと同時変換することを含む。Ｍ個のプラズマパラメータはウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性、イオンエネルギー及びイオン質量を含む群から選択される。Ｎ個のチャンバパラメータはソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側磁気コイル電流、外側磁気コイル電流、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成を含む群から選択される。本方法は更にＮ個のチャンバパラメータをＮ個の値のセットに設定することを含む。
【解決手段】本方法はＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個の所望の数値のセットをＮ個の各チャンバパラメータについてのＮ個の数値のセットへと同時変換することを含む。Ｍ個のプラズマパラメータはウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性、イオンエネルギー及びイオン質量を含む群から選択される。Ｎ個のチャンバパラメータはソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側磁気コイル電流、外側磁気コイル電流、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成を含む群から選択される。本方法は更にＮ個のチャンバパラメータをＮ個の値のセットに設定することを含む。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
超小型電子回路の製造で使用するプラズマリアクタは、半導体基板上で薄膜層をエッチング又は堆積することが可能である。プラズマ反応性イオンエッチング処理において、エッチング速度、イオン密度、ウェハ電圧及びウェハ電流はエッチング選択性、ウェハ加熱、エッチング時のストライエーション、イオンの衝突による損傷、エッチング停止、特徴部のサイズ及びその他の効果の制御において極めて重要である。こういった制御は、特徴部のサイズが縮小しデバイス密度が上昇するにつれ、より重要となってくる。エッチング速度、イオン密度、ウェハ電圧及びウェハ電流を測定するための現行の技法には、かなり不正確になりやすい（ウェハ電圧の場合）又は正確に測定するためには処理終了時毎にテストワークピース又はウェハを検査しなくてはならない（エッチング速度の場合）という大きな問題がある。これらのパラメータを「リアルタイム」（つまり、ウェハ処理中）に測定できる正確な技法はないように思われる。このため、プラズマリアクタ制御パラメータ（ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、ガス流量等）を、チャンバ内で別のワークピースを処理することで得た事前結果に基づいて、現在のワークピースを処理する前に選択しなくてはならない。所望のエッチング速度又は所望のウェハ電圧又は所望のイオン密度を達成するためのリアクタ制御パラメータのそれぞれについてのターゲット値を一旦選択したら処理工程を通してそのターゲット値を維持しなくてはならず、選択したターゲット値を維持し続けることに専念する。例えば、制御パラメータの内の１つの選択したターゲット値が予期せずして所望の処理パラメータ（例えば、エッチング速度）から逸脱してしまうと、現在のワークピースの処理を終了して精査するまでこのエラーは発見されないことから、現在のワークピース又はウェハはこのエラーを回避することができない。この結果、業界としては材料と時間における相当なロスに悩まされるのが常であった。
【０００２】
関連する問題としては、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧等のリアクタ制御パラメータの最適ターゲット値は、通常、長期間に亘る試行錯誤方式でしか見つけることができないため、プラズマ処理の進化と設計が緩慢で非効率的となることが挙げられる。多数のリアクタ制御パラメータ（例えば、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧等）についてターゲット値を選択し、（ウェハ加熱を制御するための）特定のウェハ電流、（イオン衝突による損傷を制御するための）特定のウェハ電圧、（例えばエッチング選択性を制御するための）特定のイオン密度での特定のエッチング速度を達成するというのは、多次元的な課題となる。所望の処理パラメータ（例えば、エッチング速度、ウェハ電圧、ウェハ電流、イオン密度）のターゲット値を達成するにあたっての、様々なリアクタ制御パラメータ（ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧等）間での相互依存又関係はその欠落は一般的に知られていないため、リアクタ制御パラメータ（バイアス及びソース電力レベル、及びチャンバ圧）の最適ターゲット値を見つけ出すための試行錯誤過程は必然的に複雑かつ時間のかかるものとなる。従って、時間のかかる試行錯誤過程なくして処理パラメータ（例えば、エッチング速度等）のターゲット値を最適化又は変更することは不可能である。このため、リアルタイムでのプラズマ処理制御又は管理は可能とは見なされていなかった。
【概要】
【０００３】
本発明は、複数のプラズマパラメータの所望の値に従って複数のチャンバパラメータを制御することによる、プラズマリアクタチャンバ内でのウェハ処理法に関する。本方法はＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個の所望の数値のセットをＮ個の各チャンバパラメータについてのＮ個の数値のセットへと同時変換することを含む。Ｍ個のプラズマパラメータはウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性、イオンエネルギー及びイオン質量を含む群から選択される。Ｎ個のチャンバパラメータはソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側磁気コイル電流、外側磁気コイル電流、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成を含む群から選択される。本方法は更にＮ個のチャンバパラメータをＮ個の値のセットに設定することを含む。
【詳細な説明】
【０００４】
導入
本願は、ウェハ支持台座部を通してウェハにプラズマバイアス電力を印加する、プラズマソース電力印加装置（天井電極又はアンテナ等）を有するプラズマリアクタに関する。ウェハ電圧、ウェハ電流、イオン密度及びエッチング速度を即時かつ正確に測定する初めてのものとなる（以下に説明する）測定機器を発見した。この測定機器は、ウェハ支持台座部に連結されたインピーダンス整合装置の出力側で電圧、電流及び電力を検出する、バイアス電力入力側の慣用の電気センサのみを使用する。従って、測定機器は正確であることに加え、リアクタチャンバ内で起こるプラズマエッチング処理を侵襲することがない。精度は驚くべきものであり、現行のものでは最高であると知られる機器及び測定技法さえ凌ぐ。
【０００５】
同測定機器を用いたフィードバック制御装置を有し、プラズマソース電力及びプラズマバイアス電力が別々のフィードバック制御ループで制御されるプラズマリアクタを発明した。バイアス電力フィードバック制御ループにおいては、プラズマバイアス電力をサーボ又は制御することで、イオンエネルギー（又は、同等にはウェハ電圧）のユーザ選択ターゲット値と本測定機器によってリアルタイムで検出される実際のイオンエネルギーとの差を最小限にとどめる。同時に、ソース電力フィードバック制御ループにおいては、プラズマソース電力をサーボ又は制御することにより、プラズマイオン密度のユーザ選択ターゲット値、本測定機器によってリアルタイムで検出される実際のプラズマイオン密度及びイオン密度のユーザ選択ターゲット値との間の際を最小限にとどめる。本フィードバック制御装置の驚くべき特徴の１つが、バイアス電力入力側での測定値を用いてソース電力を制御することである。
【０００６】
加えて、イオン密度及びイオンエネルギーについてのターゲット値をいかにして選択するかの問題を解決した。本測定機器によりウェハ電圧（又は、同等にはイオンエネルギー）、ウェハ電流、イオン密度及びエッチング速度等の性能パラメータを即時に正確かつ同時に測定できることから、初めて、プラズマソース電力、プラズマバイアス電力及びその他（例えば、チャンバ圧、ソース電力周波数、印加磁場等）等の制御パラメータの関数として、これらの性能パラメータ全てのリアルタイム挙動を同時に正確に観察することが可能となった。これらの観察は、プラズマソース電力レベル及びプラズマバイアス電力レベルといった制御パラメータが性能パラメータ（例えば、エッチング速度、イオンエネルギー、イオン密度）セットに一対の独立変数という形で影響を与えるという発見につながった。この発見はプラズマ処理を制御するタスクを大いに単純化するものであり、様々なその他の制御パラメータを、処理中、一定に保持することで（つまり、一定チャンバ圧、一定ガス流量、一定ソース電力周波数及びバイアス電力周波数等）、バイアス及びソース電力レベルを通して処理全体を制御することができる。この技法を用いて性能パラメータ全て（エッチング速度、イオンエネルギーその他を含む）を２つの独立変数、つまりソース電力レベル及びバイアス電力レベルの一意関数としてパラメータ化した。この関数から、例えば一定エッチング速度、一定イオンエネルギー及び一定イオン密度の２次元ソース電力／バイアス電力空間における曲線を生成した。処理制御装置は、一定エッチング速度、一定イオン密度、一定イオンエネルギーの曲線を用いて多様な性能パラメータ（エッチング速度、イオンエネルギー、イオン密度）についてのユーザ選択範囲に応答し、ソース電力レベル及びバイアス電力レベルのターゲット値を即座に見つけ出す。この処理制御装置によりプラズマソース電力レベルとプラズマバイアス電力レベルについてのターゲット値が上記のフィードバック制御装置へと供給される。
【０００７】
この結果、所望の性能パラメータ値セット（例えば、エッチング速度）を実現するために必要な制御パラメータ（例えば、バイアス及びソース電力レベル）についての知識もこの点についてのリアクタ挙動についての対応する知識もユーザは必要としなくなる。その代わり、ユーザは所望の性能パラメータ値セット又は範囲を制御プロセッサに入力さえすればよく、制御プロセッサがターゲット制御パラメータ値（ターゲットソース電力及びバイアス電力値）を即座に上記記載のフィードバック制御装置に指定する。その後、プラズマ処理の制御は完全に自動となり、ユーザが変更を加えても即時に対応可能となる。例えば、ユーザは同一エッチング工程中に時間毎に異なるエッチング速度を指定してもよく、その場合、エッチング処理の初期ではあるエッチング速度が主流となり、処理の終盤に向かっては別のエッチング速度が主流となる。ユーザはどの制御パラメータも指定する必要がなく、ただ所望の結果（つまり、エッチング速度等の性能パラメータ）を指定すればよい。
【０００８】
エッチング速度、イオン密度及びイオンエネルギーを含む性能パラメータを即時に測定するための機器
図１を参照するが、プラズマリアクタ１００は真空チャンバ１００を包囲しているチャンバ筐体１０５を有し、チャンバ内ではウェハ支持台座部１１５が処理対象である半導体ウェハ１２０を支持している。ＲＦバイアス電力発生装置１２５からのプラズマＲＦバイアス電力をインピーダンス整合回路１３０を介してウェハ支持台座部１１５に印加する。インピーダンス整合回路１３０内の慣用の検出回路１３２はインピーダンス整合回路１３０のウェハ支持台座部１１５への出力側に取付けられた３つの出力端子１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃを有し、それぞれ電力（Ｐバイアス）、電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）を示す信号を供給する。本明細書において上で言及した測定機器である測定機器１４０は出力端子１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃからの信号を用いてウェハ１２０上でのエッチング速度、ウェハ表面でのイオンエネルギー（又は同等にはウェハ電圧）、リアクタチャンバ内におけるイオン密度及びウェハ１２０を通る電流を同時に測定する。測定機器１４０はリアクタ１００の電気モデルに基づいて処理を行う。このモデルは図２に図示されている。
【０００９】
図２は図１のプラズマリアクタをより詳細に図示したものであり、電極１１５−１、その上の薄い誘電体（例えば、セラミック）層１１５−２、電極下の誘電体（例えば、セラミック）層１１５−３、及び台座部１１５の底部の導電性（例えば、アルミニウム）平面接地板１１５−４を含むウェハ支持台座部１１５の個々の要素が見てとれる。電極１１５−１は図示の実施形態においては導電性グリッドの形態をとっており、例えば導電性中実板又は導電性メッシュ等の様々な形態で実施してもよい。以下、電極１１５−１を導電性グリッドとして言及するが、本明細書内で使用している「グリッド」という用語は電極１１５−１が取り得る形態全てを指すものであり、例えば導電性中実板又は導電性メッシュ、又は導電性スクリーン、又は上記記載の形態のいずれか或いは全ての態様を組み合わせた形態が挙げられる。図２にはインピーダンス整合回路１３０の出力側をグリッド１１５−１に接続している同軸ケーブル２１０も描かれている。同軸ケーブル２１０は内側導体部２１２と外側導体部２１４を有する。図２に図示のパラメータを備えた電気モデルによりプラズマリアクタ１００の電気的特性が特徴付けられ、電気的特性は慣用の技法を用いて容易に求められる。具体的には、同軸伝送線つまりケーブル２１０は３つの数量により特徴付けられる。つまり、（１）その長さ、（２）その特性インピーダンスＺｃｈ、及び（３）伝送線方程式におけるその複素位相速度Ｖｃｈである。ウェハ支持台座部１１５は上下の誘電体層１１５−２及び１１５−３の電気的特性により特徴付けられる。具体的には、その下の誘電体層１１５−３は容量ＣＤを有し、これは（１）誘電体層１１５−３の誘電率εＤ、及び（２）誘電体層１１５−３の導体損失成分ｔａｎＤ、（３）誘電体層１１５−３の厚みつまりギャップ及び（４）ウェハ１２０の半径の関数である。その上の誘電体層１１５−２は容量Ｃｐを有し、これは（１）誘電体層１１５−２の厚み、つまりギャップｐ、（２）誘電体層１１５−２の誘電率εｐ、及び（３）誘電体層１１５−２の導体損失成分ｔａｎｐの関数である。プラズマ２２０は、実数部（コンダクタンスｇ）と虚数部（サセプタンスｂ）から成るアドミタンスＹプラズマ（内側チャンバ壁部又は天井部等のＲＦ接地への）によって特徴付けられる。これらの電気的パラメータはそれぞれ測定機器１４０の動作において役割を有している。
【００１０】
図３は図１の測定機器１４０の構造を図示している。入力位相プロセッサ３１０は図１のインピーダンス整合検出回路１３２からＰバイアス、Ｖ及びＩ信号を受け取ると、複素インピーダンスＺ、複素入力電流Ｉｉｎ及び複素入力電圧Ｖｉｎを示す各信号を同軸ケーブル２１０の近端で生成する（つまり、インピーダンス整合回路１３０に最も近い端部）。伝送線変換プロセッサ３２０は同軸ケーブル２１０の電気モデル３３０からの特性インピーダンスＺｃｈ及び複素損失係数Ｖｃｈ（伝送線方程式における）を用いてケーブル近端のＺ、Ｉｉｎ及びＶｉｎからケーブル遠端での、つまり同軸ケーブル２１０とグリッド１１５−１との接合部でのアドミタンスＹ接合部へと変換する。グリッド／接地変換プロセッサ３４０は、グリッド／接地容量のモデル３４５から半径、ギャップ、εＤ及びｔａｎＤを受け取り、絶縁抵抗ＲＤ及び絶縁容量ＣＤを生成する。グリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０は半径、ギャップＰ、εＰ及びｔａｎＰをグリッド／ウェハ容量のモデル３５５から受け取り、プラズマ抵抗ＲＰ及びプラズマ容量ＣＰを生成する。複合変換プロセッサ３６０はその他のプロセッサ３２０、３４０、３５０全ての出力を受け取るとウェハからＲＦ接地へのプラズマを通したアドミタンスＹプラズマを算出し、またウェハ電圧Ｖウェハ（又はイオンエネルギー）を算出する。プラズマアドミタンス及びウェハ電圧から、以下の数量、つまりウェハ電流Ｉウェハ、エッチング速度及びイオン密度を算出する。
【００１１】
要約すると、電気測定はインピーダンス整合回路１３０の出力側で行う。伝送線変換プロセッサ３２０はケーブル２１０の近端でのこれらの測定値を遠端でアドミタンスへと変換する。グリッド／接地変換プロセッサ３４０はケーブルの遠端近くの接地平面１１５−４から導電性グリッド１１５−１へと変換を行う。グリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０は、導電性グリッド１１５−２からウェハ１２０へと変換を行う。上記の変換全てを用いることで、複合変換プロセッサ３６０はプラズマアドミタンスの形式でもってプラズマ全体の変換を行う。プラズマアドミタンスから、エッチング速度やプラズマイオン密度等の様々な性能パラメータが算出される。
【００１２】
伝送線モデル３３０、グリッド／接地容量のモデル３４５及びグリッド／ウェハ容量のモデル３５５は必ずしも測定機器１４０の一部ではなく、或いは同軸ケーブルパラメータ（Ｖｃｈ及びＺｃｈ）、グリッド／接地容量パラメータ（ギャップ、εＤ、ｔａｎＤ、半径）及びグリッド／ウェハ容量パラメータ（ギャップＰ、εＰ、ｔａｎＰ及び半径）をそれぞれ保存する、測定機器１４０内のメモリであってもよい。
【００１３】
図４は図３の入力位相プロセッサ３１０の構造を図示している。供給電力算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）４１０は供給電力Ｐをインピーダンス整合検出回路１３２からの出力Ｉ及びＰバイアスからＰバイアス−（０．１５）Ｉ２として算出する。位相角ＡＬＵ４２０は位相角θを供給電力Ｐ及びＶ及びＩからｃｏｓ−１（Ｐ／ＶＨＩ）として算出する。インピーダンスＡＬＵ４３０は複素インピーダンスＺを（Ｖ／Ｉ）ｅｉθとして算出し、ここでｉ＝（−１）１／２である。入力電流ＡＬＵ４４０は同軸ケーブル２１０への入力電流Ｉｉｎを[Ｐ／Ｒｅ(Ｚ)]１／２として算出する。入力電圧ＡＬＵ４５０は同軸ケーブル２１０への入力電圧ＶｉｎをＺＨＩｉｎとして算出する。
【００１４】
図５は図３の伝送線変換プロセッサ３２０の構造を図示する。伝送線プロセッサはＩｉｎ及びＶｉｎを図４の入力位相プロセッサ３１０からの入力として受取り、（図３の伝送線モデル又はメモリ３３０からの）伝送線モデルパラメータＶｃｈ及びＺｃｈを用いて以下のようにしてアドミタンスＹ接合部を算出する。つまり接合部電流ＡＬＵ５１０は電流Ｉ接合部を同軸ケーブル２１０とグリッド１１５−１（図１）との接合部で、
（Ｉｉｎ）ｃｏｓｈ[(Ｖｃｈ)(−長さ)]＋(Ｖｉｎ／Ｚｃｈ)ｓｉｎｈ(Ｖｃｈ)(−長さ)]、
として算出する。
接合部電圧ＡＬＵ５２０は電圧Ｖ接合部を同軸ケーブル２１０とグリッド１１５−１との接合部で、
（Ｖｉｎ）ｃｏｓｈ[（Ｖｃｈ）（−長さ）]＋（ＩｉｎＺｃｈ）ｓｉｎｈ[（Ｖｃｈ）（−長さ）]、
として算出する。
【００１５】
除算器５３０はＩ接合部とＶ接合部を受け取り、Ｙ接合部をＩ接合部／Ｖ接合部として算出する。上記の計算における各電気的数量（電流、電圧、インピーダンス、アドミタンス等）は実数部と虚数部の双方を有する複素数であることに留意しなくてはならない。
【００１６】
図６は図３のグリッド／接地変換プロセッサ３４０の構造を図示している。グリッド／接地変換プロセッサ３４０はギャップ、εＤ、ｔａｎＤ、半径（ウェハ半径）であるパラメータを図３のグリッド／接地モデル又はメモリ３４５から受け取り、絶縁抵抗ＲＤと絶縁容量ＣＤを算出する。絶縁容量ＣＤはＣＤ ＡＬＵ６１０により以下
（ε０）（εＤ）π（半径）２／ギャップ
のように算出され、ここでε０は自由空間の電気誘電率である。ＲＤ ＡＬＵ６２０はＣＤ ＡＬＵ６１０からの値ＣＤを用いて以下
（ｔａｎＤ）／（ωＣＤギャップ２）
のように絶縁抵抗ＲＤを算出し、ここでωは図２のバイアスＲＦ発生装置１２５の角周波数である。
【００１７】
図７は図３のグリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０の構造を図示している。グリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０は図３のグリッド／ウェハモデル又はメモリ３５５からギャップＰ、εＰ、ｔａｎＰ、半径であるパラメータを受け取り、プラズマ抵抗ＲＰ及びプラズマ容量ＣＰを算出する。プラズマ容量ＣＰは以下、
（ε０）（εＰ）π（半径）２／ギャップｐ、
のようにＣＰ ＡＬＵ７１０によって算出され、ここでε０は自由空間の電気誘電率である。ＲＰ ＡＬＵ７２０はＣＰ ＡＬＵ７１０からの値ＣＰを用いて以下、
（ｔａｎＰ）／（ωＣＰギャップＤ２）、
のようにプラズマ抵抗ＲＰを算出し、ここでωは図２のバイアスＲＦ発生装置の角周波数である。
【００１８】
図８は図３の複合変換プロセッサ３６０の構造を図示している。複合変換プロセッサ３６０は図３のプロセッサ３４０からパラメータＲＤ、ＣＤを受け取り、図３のプロセッサ３５０からパラメータＲＰ、ＣＰを受け取り、図３のプロセッサ３２０からパラメータＹ接合部を受け取る。グリッドインピーダンスＡＬＵ８１０は以下、
[Ｙ接合部−１／（ＲＤ＋（１／（１ωＣＤ）））]−１、
のようにＺグリッド（図２のグリッド１１５−１でのインピーダンス）を算出する。
ウェハインピーダンスＡＬＵ８２０はグリッドインピーダンスＡＬＵ８１０の出力を用いて以下、
Ｚグリッド−１／（ＲＰ＋（１／（ｉωＣＰ）））、
のようにＺウェハ（図２のウェハ１２０でのインピーダンス）を算出する。
【００１９】
ウェハ電圧ＡＬＵ８３０はＡＬＵ８１０及び８２０双方からの出力及び図５の除算器５３０からのＶ接合部を用いて図２のウェハ１２０上の電圧ＶウェハをＶ接合部Ｚウェハ／Ｚグリッドとして算出する。ウェハ電流ＡＬＵ８４０はＡＬＵ８２０と８３０からの出力を用いてウェハ電流ＩウェハをＶウェハ／Ｚウェハとして算出する。アドミタンスＡＬＵ８５０はＡＬＵ８２０の出力を用いてプラズマのアドミタンスＹプラズマを１／Ｚウェハとして算出する。サセプタンスＡＬＵ８６０はＡＬＵ８５０の出力を用いてプラズマサセプタンスｂをＩｍ（Ｙプラズマ）として算出する。エッチング速度ＡＬＵ８７０はＡＬＵ８３０からのウェハ電圧とＡＬＵ８６０からのサセプタンスを用いてエッチング速度をｂ２Ｖウェハ２として算出する。イオン密度ＡＬＵ８８０は同じ出力を用いてイオン密度をｋｂ２Ｖウェハ３／２として算出し、ここでｋは、
（２３／２／３２）（１／[ｑε０Ａ２π２ｆ２Ｔｅ２]）、
によって得られる定数であり、ｑは電荷であり、Ａは図２のウェハ１２０の面積であり、ｆは図２のバイアス電力発生装置１２５の周波数であり、Ｔｅはボルト表記での電子温度である。イオン密度と測定した数量ｂ及びＶウェハとのこの関係はプラズマサセプタンスについての近似公式及びプラズマシース厚さについての公式から得られる。プラズマサセプタンスはεＡω／λとして近似値を求めることができ、ここでεはプラズマ内での電気誘電率であり、Ａは電極面積、ωはバイアス電力信号の角周波数であり、λはプラズマシース厚さである。プラズマシース厚さは[Ｔｅ／（ｑη）]１／２[２Ｖウェハ／Ｔｅ]３／４として近似値を求めることができ、ここでＴｅは電子温度であり、ｑは電荷であり、ηはイオン密度である。シース厚さについての式をサセプタンスについての式に代入し、イオン密度について解くことで、サセプタンスとウェハ電圧の関数としてのイオン密度の式が得られる。
【００２０】
処理フィードバック制御システム
図９は図３の測定機器１４０を用いる処理フィードバック制御システムを図示している。プラズマリアクタ９００は図１のプラズマリアクタ１００の全構成を含み、これに加えインピーダンス整合回路９１５を介してＲＦソース電力発生装置９２０へと接続された天井ＲＦソース電力印加装置９１０を含む。ＲＦソース電力印加装置９１０は、例えば、接地チャンバ筐体１０５から絶縁された天井電極である。ＲＦプラズマソース電力発生装置９２０の電力レベルは、概してプラズマイオン密度を制御し、ＲＦプラズマバイアス電力発生装置１２５の電力レベルは概してウェハ表面でのイオンエネルギーを制御する。測定機器１４０は電力、電圧及び電流出力をインピーダンス整合回路１３０の検出回路１３２から受け取る。これらの数量から、測定機器１４０はプラズマサセプタンスｂを算出し、また測定信号として出力されるウェハ電圧Ｖウェハを算出する。これらの計算は図５を参照して上記で説明したやり方で行われる。次に、測定機器１４０はｂ及びＶウェハからイオン密度及び／又はエッチング速度を、図５を参照して上記で説明したやり方で算出する。測定機器１４０によりこのようにして生成された３つの測定信号のうちの少なくとも２つをフィードバック制御ループで使用することが可能である。
【００２１】
フィードバック制御装置９５０は測定機器１４０からの測定信号を用いてフィードバック信号を作成し、ＲＦプラズマバイアス電力発生装置１２５とＲＦプラズマソース電力発生装置９２０の電力レベルを制御する。ウェハ電圧Ｖウェハと同等であるウェハ表面でのイオンエネルギーはバイアス電力発生装置１２５の電力レベルによって直接的に制御される。従って、フィードバック制御装置９５０は測定機器１４０からのウェハ電圧測定信号（つまり、図８のＡＬＵ８３０からのＶウェハ）を用いてバイアス電力フィードバック制御ループ９５７内でバイアス電力発生装置１２５を制御する。その一方で、ソース電力発生装置９２０はプラズマイオン密度を直接的に制御する。従って、フィードバック制御装置９５０は測定機器１４０からのプラズマイオン密度測定信号（つまり、図８のＡＬＵ８８０からのｋｂ２Ｖウェハ３／２）を用いてソース電流フィードバック制御ループ９５８内でソース電力発生装置９２０を制御する。
【００２２】
バイアス電力フィードバック制御ループ９５７はウェハ電圧又はイオンエネルギーの選択した又は所望のターゲット値である[Ｖウェハ]ターゲットを保存するメモリ９６０を含む。減算器９６２は検出されたウェハ電圧Ｖウェハからこのターゲット値を減算してエラー信号を生成する。バイアス電力フィードバックループ９５７のゲインはメモリ９６４内に保存されたバイアス電力フィードバックゲイン係数によって決定される。乗算器９６６は減算器９６２からのエラー信号にメモリ９６４内のゲイン係数を乗じ、バイアス電力発生装置１２５の電力レベルを制御するために使用する補正信号を生成する。バイアス電力フィードバック制御ループ９５７の経路は、ウェハ電圧を表す測定信号Ｖウェハを生成するために測定機器１４０に適用される信号Ｖ、Ｉ及びＰバイアスによって完了する。
【００２３】
ソース電力フィードバック制御ループは検出されたイオン密度値ｂ２Ｖウェハ３／２を測定機器１４０から受け取る。メモリ９７５はイオン密度の選択された又は所望のターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ３／２]ターゲットを保存する。減算器９８０は測定されたイオン密度とイオン密度ターゲット値との差異を算出し、エラー信号を生成する。ソース電力フィードバック制御ループ９５８のゲインはメモリ９８５内に保存されたソース電力フィードバックゲイン係数によって決定される。乗算器９９０はメモリ９８５からのゲイン係数を減算器９８０からのエラー信号に乗じ、補正信号を生成する。この補正信号を用いてＲＦソース電力発生装置９２０の電力レベルを制御する。ソース電力フィードバック制御ループ９５８の経路は、イオン密度を表す測定信号ｂ２Ｖウェハ３／２を生成するために測定機器１４０に適用される信号Ｖ、Ｉ及びＰバイアスによって完了する。
【００２４】
エッチング処理工程等のプラズマ処理工程の開始時に、ＲＦソース電力発生装置９２０及びＲＦバイアス電力発生装置１２５の電力レベルＰＳ及びＰＢそれぞれについての初期値を指定することが可能である。これらの初期値が最適値に十分に近いならば、フィードバック制御装置９５０による過度の初期補正が回避可能となる。これを目的として、バイアス電力フィードバックループ９５７は、乗算器９５７からのフィードバック補正信号を受け取り、かつバイアス電力についてのターゲット値である[Ｐバイアス]ターゲットを受け取るために連結されたバイアス電力コマンドプロセッサ９９２を含む。プラズマ処理開始前にフィードバック信号はないため、バイアス電力コマンドプロセッサ９９２はバイアス電力発生装置１２５の電力レベルを初期ターゲット値[Ｐバイアス]ターゲットに設定する。一旦処理が開始されるとフィードバック信号が生じるため、バイアス電力コマンドプロセッサ９９２はバイアス電力ターゲット値よりもむしろ乗算器９６６からのフィードバック補正信号に従ってバイアス電力を制御する。
【００２５】
同様に、ソース電力フィードバックループ９５８は乗算器９９０からのフィードバック補正信号をうけとり、かつソース電力についてのターゲット値である[Ｐソース]ターゲットを受け取るために連結されたソース電力コマンドプロセッサ９９４を含む。プラズマ処理開始前にフィードバック信号はないため、ソース電力コマンドプロセッサ９９４はソース電力発生装置９２０の電力レベルを初期ターゲット値[Ｐソース]ターゲットに設定する。一旦処理が開始されるとフィードバック信号が生じるため、ソース電力コマンドプロセッサ９９４はソース電力ターゲット値よりもむしろ乗算器９９０からのフィードバック補正信号に従ってソース電力を制御する。
【００２６】
別の態様において、処理工程の大部分又は全てを通し、その各自フィードバック制御ループ９５７、９５８を無視して、その代わりにユーザがソース及びバイアス電力コマンドプロセッサ９９２、９９４を指示することでソース及びバイアス電力レベルを指定ターゲット値である[Ｐソース]ターゲット及び[Ｐバイアス]ターゲットに維持することが可能である。処理中、ユーザはこれらの値を必要に応じて変更可能である。
【００２７】
図１０を参照するが、フィードバック制御プロセッサ９５０はイオン密度ではなくエッチング速度をソース電力フィードバック制御ループ９５８における測定パラメータとして使用してもよい。測定機器１４０内において、エッチング速度測定信号はｂ２Ｖウェハ２を算出する図８のＡＬＵ８７０から取られる。図１０において、メモリ９７５´（図９のメモリ９７５の代替）はエッチング速度のターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ２]ターゲットを保存する。減算器９８０は図９を参照して説明したように演算を行い、エラー信号を生成する。図１０のソース電力フィードバック制御ループの残りの部分は概して図９と同一である。
【００２８】
処理設定点制御装置
フィードバック制御装置９５０は多様な処理制御パラメータについて多数のターゲット値を必要とする。具体的には、図９のフィードバック制御装置９５０はイオン密度についてのターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ３／２]ターゲットを保存するためのメモリ９７５と、イオンエネルギー（または同等にウェハ電圧）についてのターゲット値である[Ｐウェハ]ターゲットを保存するメモリ９６０を有する。図１０のフィードバック制御装置において、メモリ９７５はエッチング速度のターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ２]ターゲットを保存するメモリ９７５´によって置き換えられている。これに加え、フィードバック制御装置９５０はソース及びバイアス電力レベルについての各自初期ターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを用いることで、上述したように、フィードバック制御装置９５０を初期化することが可能である。これらのターゲット値の選択又は最適化はユーザにまかせることが可能であるが、過度の試行錯誤を伴ったり信頼性が低い可能性がある。通常、特定の処理結果（例えば、特定のエッチング速度、特定のイオンエネルギー、ストライエーション等のエッチング処理時のアーチファクトの低減、ウェハ電流による加熱の軽減等）を達成したいとするユーザは試行錯誤を繰り返す時間のかかるプログラムを行うことで最適処理制御パラメータを見つけ出し、所望の結果を達成しなくてはならない。このため、既存の処理の変更又は新しい処理の設計には非常に長い開発期間が必要となる。
【００２９】
この制約を克服するために、図１１のリアクタ内で用いた処理設定点制御装置１１１０は、多様な性能パラメータについてのユーザ選択値に基づいて自動的にかつ迅速に（つまり即座に）処理制御パラメータの最適ターゲット値を見つけ出す。例えば、処理設定点制御装置１１１０はユーザが指定した所望のエッチング速度及び／又は所望のウェハ電圧又はその他の性能パラメータに基づいてターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを求めてもよい。従って、新しい処理レシピがほぼ即座に設計可能である。本発明のプラズマリアクタにおいて、これはミリ秒で行うことが可能であるが、必要ならマイクロ秒もの速さとすることも可能である。
【００３０】
多くの処理制御パラメータ（つまり、ユーザの直接制御下にあるリアクタの特性、例えばチャンバ圧、ソース及びバイアス電力レベル等）、及び多くの処理性能パラメータ（つまり、直接制御下にないプラズマ及び処理の特性、例えばエッチング速度、イオン密度、イオンエネルギー、ウェハ電流等）がある。ユーザはこれらの性能パラメータのいずれか１つ又はそれ以上を所定の処理の目標として指定することが可能である。制御パラメータのいずれか１つ又は一群又は全てを用いて、ユーザが選択した性能パラメータの所望のレベルを達成することが可能である。ここで問われるのが、一部の制御パラメータの影響が、ユーザが選択した性能パラメータの制御においてその他の制御パラメータに関係してくるか否かということであり、選択した性能パラメータにおいて所望の結果を得るために正しい制御パラメータセットを選択するのは複雑という問題があり、特に最適である組合せなどないように思われる。
【００３１】
しかしながら、本願発明者はソース電力及びバイアス電力が対象とする性能パラメータを制御しており、また、その制御が独立した形であることを発見した。つまり、ソース電力Pソース及びバイアス電力Pバイアスは独立変数であり２次元制御空間を形成する直交するエンティティとして捉えることができ、性能パラメータの制御には融通が利き、その他の制御パラメータの変更が不要である。この発見によりたった２つの変数へと問題が大幅に軽減される。
【００３２】
従って、以下の説明は、処理中、Pソース及びPバイアス以外の制御パラメータを一定に維持する制御システムに関する。このため、チャンバ圧、ガス組成、ガス流量、ソース電力周波数、バイアス電力周波数等を含む処理制御パラメータは一定に保持される。ソース電力及びバイアス電力レベル（Pソース及びPバイアス）を変更することで、指定の性能パラメータセット（例えば、エッチング速度及びイオン密度）において所望の値を達成する。
【００３３】
様々なパラメータについてターゲット値を見つけ出すという課題は、選択した性能パラメータセットについてのユーザ定義値セットと仮定した場合、一定パラメータ等高線セットを上記の２次元Pソース−Pバイアス空間で重ね合わせる処理設定点制御装置１１１０によって解決される。こういった一定パラメータ等高線は図１１の一定パラメータ等高線生成装置１１２０から得られる。例えば、一定イオン密度の等高線（図１２）、一定イオンエネルギー又はウェハ電圧の等高線（図１３）、及び一定エッチング速度の等高線（図１４）を用いる。測定機器１４０を用いて一定パラメータ等高線生成装置１１２０がどのようにしてこれらの等高線を生成するかは本明細書で後述する。本願の記載は処理設定点制御装置１１１０によるその使用に関連する。
【００３４】
図１２を参照するが、チャンバ圧２０ｍTでのPソース−Pバイアス空間における一定プラズマイオン密度等高線セットは、通常、小さい負の勾配と小さいが正の第１導関数ｄ（Pソース）／ｄ（Pバイアス）を有する。最上部の等高線は一定プラズマ密度５H１０１０イオン／ｃｍ３に対応し、最下部の等高線は１．５H１０１０イオン／ｃｍ３に対応する。縦軸（Pソース）は０−１５００ワットに亘り、横軸（Pバイアス）は２０００−４５００ワットに亘る。図１３を参照するが、同一チャンバ圧（２０ｍT）での一定ウェハ電圧の等高線セットは正の勾配を有し、６００ボルト（最上部）から１８００ボルト（底部）に亘っている。図１４を参照すると、一定エッチング速度（任意の単位、例えばｋ＝１）の等高線セットは大きな負の勾配を有している。
【００３５】
処理設定点制御装置１１１０はイオン密度、イオンエネルギー及びエッチング速度のユーザ選択値をいかにして同時に満たすかを決定する。制御装置はこの決定を、図１２−１４の対応する等高線のPソース−Pバイアス空間内での交点を見つけることで行う。この交点はソース及びバイアス電力についての最適ターゲット値、つまり[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを示す。ユーザが２つの性能パラメータについてのみ値を指定すると問題は若干、簡単となる。例えば、ユーザがウェハ電圧を１１００ボルト、イオン密度を３．５H１０１０イオン／ｃｍ３と指定した場合、Pソース−Pバイアス空間における正しい地点は図１２の１１００ボルトでの一定ウェハ電圧等高線と図１３の３．５H１０１０イオン／ｃｍ３での一定密度等高線を重ね合わせ、Pソース−Pバイアス空間におけるその交点を見つけ出すことで得られる。この手順は処理設定点制御装置１１１０によって行われ、２つの曲線がPソース−Pバイアス空間において点[８５０W、３７５０W]で交差している図１５で図示されている。従って、この例において、ユーザの要求は、ソース電力レベルを８５０Wに、バイアス電力レベルを３７５０Wに設定することで満たされる。このため、このケースでは、図９のソース電力コマンドプロセッサ９９４及びバイアス電力コマンドプロセッサ９９２に供給されるターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットはそれぞれ８５０ワット及び３７５０ワットである。
【００３６】
ソース及びバイアス電力レベルのターゲット値をこうやって演繹することで、ユーザがまだ指定又は制限していないその他のパラメータのターゲット値も演繹し得ることに留意しなくてはならない。例えば、上記の例において、ユーザは特定のエッチング速度を指定していない。しかしながら、イオン密度及びエネルギーについてのユーザ選択値を満たすエッチング速度のターゲット値は、図１４の等高線を図１５に重ね合わせる（又はその逆）ことで見つけることが可能である。点[８５０W、３７５０W]は図１４の一定エッチング速度２．１０１（任意の単位）の等高線上にあり、その図面においてＡＸ＠で示されるとおりである。従って、図１０のフィードバック制御装置を使用する場合、設定点制御装置１１１０は任意の単位のエッチング速度ターゲット値２．１０１を図１０のメモリ９７５に書きだす。
【００３７】
この構成の利点は、一定電圧、密度、エッチング速度等の等高線がリアクタに特有であり、一般的に、所定の処理条件によって変化することがない点である。従って、等高線を処理に先立って一定パラメータ等高線生成装置１１２０によって求め、図１１で示されるように、リアクタ使用中、処理設定点制御装置１１１０がこれらを常時使用可能としてもよい。このようにして、図１５に図示したやり方で、特定のパラメータのターゲット値を即時又は必要な時に見つけることができる。
【００３８】
作動中、バイアス電力コマンドプロセッサ９９２及びソース電力コマンドプロセッサ９９４は処理設定点制御装置１１１０からターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを受け取り、乗算器９５８及び９５７からフィードバック信号をそれぞれ受け取る。システムの初期化中、フィードバック信号は無視され、プロセッサ９９２及び９９４はＲＦ発生装置１２５、９２０の電力レベルをターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットへとそれぞれ設定する。フィードバック信号は処理開始後に利用可能となり、プロセッサ９９２、９９４はターゲット値の代わりにフィードバック制御ループ９５７、９５８を使用して、ソース電力とバイアス電力レベルを制御可能となる。或いは、電力コマンドプロセッサ９９２、９９４をプログラムして初期化時だけでなく処理中にもターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットからソース及びバイアス電力レベルを求めてもよく、その間、フィードバックループ９５７、９５８は無視される。
【００３９】
図１１は、エッチング速度、ウェハ電圧、イオン密度及びウェハ電流を含む性能パラメータについてのユーザ選択値のいずれか１つ又は組合せを処理設定点制御装置１１１０に適用可能であることを表している。これに応じて、処理設定点制御装置１１１０は等高線生成装置１１２０からの適切な等高線を用いて、ソース及びバイアス電力ターゲット値だけでなく、場合によってはユーザが限定又は指定していないその他のパラメータについてのターゲット値、例えばエッチング速度、イオン密度、イオンエネルギー又はウェハ電流等のターゲット値を生成する。これらのターゲット値はフィードバック制御装置９５０に供給され、図９を参照して本明細書中で前述したやり方で使用される。
【００４０】
図１６は図１１の処理設定点制御装置１１１０の構造と演算を図示している。第１論理ユニット１６１０はユーザから（あるならば）エッチング速度コマンドを受け取り、メモリ１６１５から等高線生成装置１１２０によって前もって生成された一定エッチング速度の等高線セットから対応する一定エッチング速度等高線をフェッチする。第２論理ユニット１６２０はユーザから（あるならば）イオン密度コマンドを受け取り、メモリ１６２５から等高線生成装置１１２０により前もって生成された一定イオン密度の等高線セットから対応する一定イオン密度等高線をフェッチする。第３論理ユニット１６３０はユーザから（あるならば）ウェハ電圧（イオンエネルギー）コマンドを受け取り、メモリ１６３５から等高線生成装置１１２０により前もって生成された一定ウェハ電圧の等高線セットから対応する一定ウェハ電圧等高線をフェッチする。第４論理ユニット１６４０は論理ユニット１６１０、１６２０、１６３０によって選択されたいずれの等高線間でのPソース−Pバイアス空間における交点を見つけ出す。この交点は図１１のフィードバック制御装置９５０に[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットとして出力される。
【００４１】
等高線生成装置１１２０
図１１の等高線生成装置１１２０が行う演算が図１７、１８、１９に図示されている。図１７は、特定の性能パラメータがいかにしてバイアス電力と共に変化するかを定義する関数を見つけ出すにあたっての等高線生成装置１１２０の演算を図示している。これらにはウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度といった性能パラメータについての関数が含まれる。以下で説明されるように、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度のバイアス電力による変化の観察は図１１の構成を用いて測定機器１４０によって等高線生成装置１１２０用に行われる。図１１において、測定機器１４０はウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度についての瞬間測定値を等高線生成装置１１２０へと送信する。また等高線生成装置１１２０は、図１１に図示されるように、カレントソース電力及びバイアス電力コマンドを受け取ることで、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度という性能パラメータの挙動をソース電力及びバイアス電力の制御パラメータと相関させることが可能となる。
【００４２】
図１８は特定の性能パラメータがいかにしてソース電力と共に変化するかを定義する関数を見つけ出すにあたっての等高線生成装置１１２０の演算を図示している。図１７と同様に、図１８において、これらにはウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度といった性能パラメータについての関数が含まれる。また図１７と同様に、図１８の演算は図１１の構成を用いて行われる。
【００４３】
図１９は図１７及び１８の演算で発見したソース電力及びバイアス電力の別々の関数をソース電力及びバイアス電力双方の合成関数（combined function）へとパラメータ化するにあたっての等高線生成装置１１２０の演算を図示している。こういった合成関数は２次元Pソース−Pバイアス空間における性能パラメータ（ウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度）の挙動を表している。次に、等高線生成装置１１２０は一定イオン密度、イオンエネルギー及びエッチング速度の等高線を各合成関数から導出する。
【００４４】
次に図１７に図示の演算を図１１と１７の双方を参照して詳細に説明する。図１７のブロック１７１０の工程において、図１１のバイアス及びソース電力発生装置１２５、９２０の周波数を一定値に設定し、図１１のリアクタの真空ポンプ１１８０の排気速度を制御して一定チャンバ圧を達成し、ガス供給源１１８２、１１８４からの質量流量を図１１の質量流量制御装置１１８６を通して一定値に設定する。図１７のブロック１７２０の工程において、図１１のソース電力発生装置９２０の電力レベルを初期設置点に設定すると、バイアス電力レベルを除いて全処理が定常状態となる。図１７のブロック１７３０の工程において、図１１のバイアス電力発生装置１２５の電力レベルは所定の範囲の始点に設定される。次に、測定機器１４０は電圧電流及び電力をインピーダンス整合回路１３０で検出し、図１−８に関連して前述したやり方でウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度を測定する（図１７のブロック１７４０）。これらの測定値は等高線生成装置１１２０に送信され、メモリ１１２０ａに保存される。次の工程（図１７のブロック１７５０）において、図１１のバイアス電力発生装置１２５の電力レベルを（制御装置１１１０のコマンドにより）若干高い値にインクリメントし、その値で保持する。次に、図１７のブロック１７６０の工程において、最後のバイアス電力レベルがバイアス電力範囲の終点にあるか否かを判定する。もしそうでない場合（ブロック１７６０のＮＯ分岐路）、演算はループ１７６５をブロック１７４０の工程へと戻る。ループ１７６５の工程は、バイアス電力範囲の終点に到達するまで（ブロック１７６０のＹＥＳ分岐路）このようにして繰り返される。この結果、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度の挙動を定義するバイアス電力の関数に対応する３つのデータセットがメモリ１１２０ａ内に保存される。慣用のデータフィットアルゴリズムを用いて、等高線生成装置は３つのデータセットからデータに対応する代数関数を生成し、以下の、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐバイアス）ｉ、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐバイアス）ｉ、
としてメモリ１１２０ａ内に保存する。ここでηはプラズマイオン密度であり、ＥＲはエッチング速度であり、指数ｉはソース電力発生装置９１５のカレントレベルを意味している（ブロック１７７０）。図１７の次の工程において（ブロック１７８０）、ソース電力発生装置９１５のレベルを新しい値へとインクリメントし、ｉ６ｉ＋１とする。新しいソース電力レベルがソース電力範囲の終点にない場合（ブロック１７９０のＮＯ分岐路）は、演算はループ１７９５をブロック１７３０の工程へと戻り、ループ１７９５の工程（つまり、ブロック１７３０から１７９０）は、ソース電力レベルがソース電力範囲の終点に達するまで繰り返される（ブロック１７９０のＹＥＳ分岐路）。この結果、ソース電力範囲内のｉの値全てについて多数の関数セット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐバイアス）ｉ、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐバイアス）ｉ、
がメモリ１１２０ａ内に保存される。これにより、バイアス電力での３つの挙動パラメータＶウェハ、η、ＥＲの挙動がソース電力と共に変化するか否かの分析判定が可能となる。それほど大きな変化はないと判明したため、バイアス電力とソース電力は少なくともほぼ独立変数である。従って、パラメータＶウェハ、η、ＥＲのそれぞれについての単一バイアス電力関数は、概して、ソース電力レベルの全範囲に亘って、少なくとも本明細書中で後に説明する実施例で選択した範囲について、実に正確に挙動を予測する。このため、図１７のループ１７９５は厳密には必要でない。その代わり、工程１７２０でソース電力レベル範囲の中間でソース電力レベルについての単一値を選択し、ループ１７６５を実行し、３つの関数のそれぞれについての単一データセット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）、
＝ｆｂ（Ｐバイアス）、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐバイアス）、
を生成してもよい。バイアス電力のこれら３つの関数はメモリ１１２０ａ内に保存される。
【００４５】
次に図１８に図示の演算を図１１及び１８の双方を参照して詳細に説明する。図１８のブロック１８１０の工程において、図１１のバイアス及びソース電力発生装置１２５、９２０の周波数を一定値に設置し、図１１のリアクタの真空ポンプ１１８０の排気速度を制御して一定のチャンバ圧を達成し、図１１の質量流量制御装置１１８６を介してガス供給源１１８２、１１８４からの質量流量を一定値に設定する。図１８のブロック１８２０の工程において、図１１のバイアス電力発生装置１２５の電力レベルを初期設定点に設定すると、ソース電力レベルを除いて全処理が定常状態となる。図１８のブロック１８３０の工程において、図１１のソース電力発生装置９２０の電力レベルを所定の範囲の始点に設定する。次に、測定機器１４０は電圧電流及び電力をインピーダンス整合回路１３０で検出し、図１−８に関連して前述したやり方でウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度を測定する（図１８のブロック１８４０）。これらの測定値は等高線生成装置１１２０に送信され、メモリ１１２０ａに保存される。次の工程（図１８のブロック１８５０）において、図１１のソース電力発生装置９２０の電力レベルを（制御装置１１１０のコマンドにより）若干高い値にインクリメントし、その値で保持する。次に、図１８のブロック１８６０の工程において、最後のソース電力レベルがソース電力範囲の終点にあるか否かを判定する。もしそうでない場合（ブロック１８６０のＮＯ分岐路）は、演算はループ１８６５をブロック１８４０の工程へと戻る。ループ１８６５の工程は、ソース電力範囲の終点に到達するまで（ブロック１８６０のＹＥＳ分岐路）このようにして繰り返される。この結果、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度の挙動を定義するソース電力の関数に対応する３つのデータセットがメモリ１１２０ａ内に保存される。慣用のデータフィットアルゴリズムを用いて、等高線生成装置１１２０は３つのデータセットからデータに対応する代数関数を生成し、以下の、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐソース）ｉ、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐソース）ｉ、
としてメモリ１１２０ａ内に保存される。ここでηはプラズマイオン密度であり、ＥＲはエッチング速度であり、指数ｉはバイアス電力発生装置１２５のカレントレベルを意味している（ブロック１８７０）。図１８の次の工程において（ブロック１８８０）、バイアス電力発生装置１２５のレベルを新しい値へとインクリメントし、ｉ６ｉ＋１とする。新しいバイアス電力レベルがバイアス電力範囲の終点にない場合（ブロック１８９０のＮＯ分岐路）、演算はループ１８９５をブロック１８３０の工程へと戻り、ループ１８９５の工程（つまり、ブロック１８３０から１８９０）は、バイアス電力レベルがバイアス電力範囲の終点に達するまで繰り返される（ブロック１８９０のＹＥＳ分岐路）。この結果、バイアス電力範囲内のｉの値全てについて多数の関数セット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐソース）ｉ、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐソース）ｉ、
がメモリ１１２０ａ内に保存される。これにより、ソース電力での３つの挙動パラメータＶウェハ、η、ＥＲの挙動がバイアス電力と共に変化するか否かの分析判定が可能となる。（図１７のケースと同様に）それほど大きな変化はないと判明したため、上述したように、バイアス電力とソース電力は少なくともほぼ独立変数である。従って、パラメータＶウェハ、η、ＥＲのそれぞれについての単一ソース電力関数は、概して、バイアス電力レベルの全範囲に亘って、少なくとも本明細書中で後に説明する実施例で選択した範囲について、実に正確に挙動を予測する。このため、図１８のループ１８９５は厳密には必要でない。その代わり、工程１８２０でバイアス電力レベル範囲の中間でバイアス電力レベルについての単一値を選択し、ループ１８６５を実行し、３つの関数のそれぞれについての単一データセット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）、
＝ｆｂ（Ｐソース）、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐソース）、
を生成してもよい。ソース電力のこれら３つの関数はメモリ１１２０ａ内に保存される。従って、図１７及び１８の演算完了時、メモリ１１２０ａはウェハ電圧についての以下の、
Ｖウェハ＝ｆｂ（Ｐソース）、
Ｖウェハ＝ｆｂ（Ｐバイアス）、
の関数ペアと、
イオン密度についての以下の、
＝ｆａ（Ｐソース）、
＝ｆａ（Ｐバイアス）、
関数ペアと、
エッチング速度についての以下の、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐソース）、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐバイアス）、
関数ペアを保持する。
【００４６】
図１９に図示の演算において、等高線生成装置１１２０はそれぞれ単一変数Pソース又はPバイアスを有する各関数ペアを変数ペアPソース及びPバイアスの単一合成関数へと組み合わせる。これにより以下の３つの関数である
Ｖウェハ＝（Ｐソース、Ｐバイアス）、
η（Ｐソース、Ｐバイアス）、
ＥＲ（Ｐソース、Ｐバイアス）、
が生成される。
【００４７】
一定パラメータ値の等高線（例えば、一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線、一定イオン密度の等高線）は各関数を一定値に設定し、次にＰソースをＰバイアスの関数として解くことで見つかる。例えば、一定ウェハ電圧３００Ｖの等高線を生成するために、関数Ｖウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）を３００Ｖに等しく設定し、次にＰソースについて解く。
【００４８】
図１９は、合成された２変数関数を生成し、次にその関数を様々な一定値でＰソースについてＰバイアスの関数として解く上記の工程を実行するにあたっての図１１の等高線生成装置１１２０の演算を図示している。ここで図１９を参照するが、第１工程（ブロック１９１０）ではウェハ電圧の１変数関数、つまりＶウェハ＝（Ｐソース）とＶウェハ＝（Ｐバイアス）をとり、その合成関数を見つける。次の工程（ブロック１９２０）ではイオン密度の１変数関数、つまりη（Ｐソース）とη（Ｐバイアス）をとり、その合成関数η（Ｐソース、Ｐバイアス）を見つける。第３の工程（ブロック１９３０）ではエッチング速度の１変数関数、つまりＥＲ（Ｐソース）とＥＲ（Ｐバイアス）をとり、その合成関数ＥＲ（Ｐソース、Ｐバイアス）を見つける。
【００４９】
次に、一定値の等高線を生成する。一定ウェハ電圧の等高線を生成するためには（図１９のブロック１９４０）、関数Ｖウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）をウェハ電圧の一定値と同等に設定し、得られた式を次にＰソースについてＰバイアスの関数として解く。この工程を一定ウェハ電圧値の範囲に亘って繰り返し、範囲全体の等高線セットを生成する。これらの等高線を図１１のメモリ１１２０ａに保存する（図１９のブロック１９４５）。
【００５０】
一定イオン密度の等高線を生成するためには（図１９のブロック１９５０）、関数η（Ｐソース、Ｐバイアス）をイオン密度の一定値と同等に設定し、得られた式をＰソースについてＰバイアスの関数として解く。この工程を一定イオン密度値の範囲に亘って繰り返し、イオン密度値範囲全体の等高線セットを生成する。これらの等高線を図１１のメモリ１１２０ａに保存する（図１９のブロック１９５５）。
【００５１】
一定エッチング速度の等高線を生成するためには（図１９のブロック１９６０）、関数ＥＲ（Ｐソース、Ｐバイアス）をエッチング速度の一定値と同等に設定し、得られた式をＰソースについてＰバイアスの関数として解く。この工程を一定エッチング速度値の範囲に亘って繰り返し、エッチング速度値の範囲全体の等高線セットを生成する。これらの等高線を図１１のメモリ１１２０ａに保存する（図１９のブロック１９６５）。
【００５２】
通常、各合成２変数関数、例えばＶウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）は個別関数のペア、例えばＶウェハ（Ｐソース）及びＶウェハ（Ｐバイアス）の積によって近似値を求めることが可能である。例えば、ＲＦ電力レベルを除く全ての制御パラメータを無視し、比例定数を無視すると、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）・[Ｐソース]１／２、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）・[Ｐバイアス]１／２、
となり、合成２変数関数は近似的に：Ｖウェハ＝Ｆａ（Ｐソース、Ｐバイアス）＝ｆａ（Ｐソース）ｆａ（Ｐバイアス）・[Ｐソース]１／２[Ｐバイアス]１／２となる。但し、この式は正確ではない。正確な関数は、全制御パラメータ、つまり上記のＰソース及びＰバイアス、加えてソース電力周波数、バイアス電力周波数、チャンバ圧、及び（あるならば）磁場を使用するカーブフィット法により求めるのが最適である。発明者はＰソース及びＰバイアス双方の関数としてのＶウェハについての以下の式、
Ｖウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）＝Ｖ０（Ｐバイアス／Ｐｂ０）０．４[（Ｐソース／Ｐｓ０）Ｋ１（ｐ／ｐ０）−１＋（ｐ／ｐ０）０．５）−０．５、
を発見し、ここでＰｂ０は最大バイアス電力値であり、Ｐｓ０は最大ソース電力値であり、ｐ０は最低チャンバ圧であり、ｐは実際のチャンバ圧である。上述したリアクタチャンバ内において、最大ソース電力Ｐｓ０は１５００ワットであり、最大バイアス電力Ｐｂ０は４５００ワットであり、最低圧力ｐ０は３０ｍＴであった。これらの値はチャンバ設計や処理設計によって先行の例とは異なる場合がある。Ｖ０は以下の手順に沿って求められる。つまり最大バイアス電力Ｐｂ０をウェハ台座部に印加し、その一方でソース電力をゼロで保持し、チャンバを最低圧力ｐ０に保持する。次にウェハ電圧Ｖウェハを測定し、この測定値をＶ０として保存する。次に、ソース電力をその最大値Ｐｓ０にまで上げ、次にウェハ電圧Ｖウェハを再度測定することでＫ１を求め、上記の方程式によりＶウェハについて正しい値が得られるまでＫ１を調整する。
【００５３】
上記方程式の指数は、本明細書中に記載のリアクタについての広範囲に及ぶ試行錯誤によるパラメータ化処理によって得られた。これらの指数はその他のリアクタ設計にも有用である場合があり、或いはユーザは特定のリアクタ設計に応じて別の指数の使用を試みてもよい。
【００５４】
イオン密度η及びエッチング速度ＥＲは双方共に、図８を参照して本願で前述したように、Ｖウェハ及びプラズマサセプタンス又はプラズマアドミタンスの虚数部であるｂの関数、
＝ｂ２Ｖウェハ２、
及び
ＥＲ＝ｋｂ２Ｖウェハ３／２、
である。
【００５５】
従って、簡潔にするため、ＥＲとηを定義するには、Ｖウェハに加えてプラズマサセプタンスｂのみを指定すればよい。本発明者はＰソース、Ｐバイアス双方の関数としてのプラズマサセプタンスｂについての以下の式、
ｂ（Ｐソース、Ｐバイアス）＝ｂ０（Ｐバイアス、Ｐｂ０）−０．２５ [（Ｐソース／Ｐｓ０）（ｐ／ｐ０）−０．６５][Ｋ２（Ｐバイアス／Ｐｂ０）−０．６２（ｐ／ｐ０）３＋（ｐ／ｐ０）０．２７]、
を発見し、ここで上記の定義があてはまり、これに加えｂ０は基準サセプタンス値である。基準サセプタンス値ｂ０は以下の手順に沿って求められる。つまり最大バイアス電力Ｐｂ０をウェハ台座部に印加し、その一方でソース電力をゼロで保持し、チャンバを最低圧力ｐ０に保持する。次にウェハ支持台座部でサセプタンスｂを測定し（例えば、Ｖ／Ｉメータを用いて）、この測定値をｂ０として保存する。次に、ソース電力をその最大値Ｐｓ０にまで上げ、次にサセプタンスｂを再度測定することでＫ２を求め、上記の方程式によりｂについて正しい値が得られるまでＫ２を調整する。
【００５６】
次に、イオン密度η及びエッチング速度ＥＲは、Ｖウェハ及びｂについての式をη及びＥＲについての上記方程式に代入することで得られる。
【００５７】
図１９の等高線生成装置の演算結果は、図２０−２６において様々なチャンバ圧について図示されている。図２０は一定ウェハ電圧の等高線、一定イオン密度の等高線及び一定エッチング速度の等高線を互いにPソース−Pバイアス空間で重ね合わせたものを図示している。これらの等高線についてのチャンバ圧は１００ｍＴであった。一定ウェハ電圧の等高線は実線で描かれている。一定イオン密度の等高線は破線で描かれている。一定エッチング速度の等高線は点線で描かれている。ソース電力範囲（縦軸つまり縦座標）の範囲はゼロから１２００ワットである。バイアス電力範囲（横軸つまり横座標）の範囲は２００ワットから１２００ワットである。一定ウェハ電圧の値はＲＭＳボルト表記である。一定イオン密度の値は１０１０イオン／ｃｍ３表記である。
【００５８】
図２０、２１、２２、２３、２４及び２５は図２０に対応し、各チャンバ圧はそれぞれ１００ｍＴ、３０ｍＴ、７０ｍＴ、１５０ｍＴ、２００ｍＴ及び２５０ｍＴである。
【００５９】
一定電圧、一定エッチング速度及び一定イオン密度の等高線の完全なセットが一旦生成され、かつメモリ１２０ａ内に恒久的に保存されたならば、等高線生成装置、更には測定機器さえも不要となる。こういったインプリメンテーションにおいて、処理設定点制御装置１１１０はユーザの入力に応答して、メモリ１２０ａ内に保存された等高線に基づき処理全体を制御する。この場合、処理設定点制御装置１１１０はバイアス及びソース電力レベルコマンドをバイアス及びソース電力発生装置１２５、９２０にそれぞれ直接的に適用することが可能なため、こういった実施形態においてはフィードバック制御装置９５０も排除可能である。
【００６０】
個々の計算を実行する個別のプロセッサ３１０、３２０、３４０、３５０、３６０に言及することで測定機器１４０を説明してきたが、測定機器１４０を構成しているこれらのプロセッサを別々のハードウェアエンティティとしてではなくワークステーションやパソコン等のプログラムされたコンピュータ内に一緒にインプリメントすることも可能である。等高線生成装置１１２０も、プログラムしたコンピュータ又はワークステーション内にインプリメントすることができる。これに加え、図９又は図１０のフィードバック制御装置９５０もプログラムしたコンピュータ内にインプリメントすることができる。更に、処理設定点制御装置もプログラムされたコンピュータ内にインプリメントすることができる。
【００６１】
処理制御システム内での使用といった特定のアプリケーションについて測定機器１４０を説明してきたが、測定機器は特定のプラズマリアクタの「フィンガープリンティング」つまり特性評価用のツールとしても有用であり、これはソース電力、バイアス電力、圧力及びその他のパラメータの選択した処理設定で、機器１４０によって測定されたエッチング速度、イオン密度及びウェハ電圧を観察することで行われる。
【００６２】
図８の説明はエッチング速度をＥＲ＝ｂ２Ｖウェハ２として算出し、イオン密度をη＝ｋｂ２Ｖウェハ３／２として算出するインプリメンテーションに関してのものであるが、例えば[ｂＶウェハ]１又は[ｂＶウェハ]２、又はｇＶウェハ３／２等であるその他の関数を用いてもよい（この最後の式のｇは本明細書中において上記で定義したコンダクタンスである）。
【００６３】
チャンバパラメータのアレイを備えたリアクタ
図２６は図１１のプラズマリアクタに類似しているがフィードバック制御装置９５０により制御可能なチャンバパラメータをより多く有するプラズマリアクタを図示している。図１１及び２６において同様の要素は同様の参照番号を有する。図１１の要素に加え、図２６のリアクタは天井電極９１０内にある内側及び外側環状ガス注入区域又はシャワーヘッド９１２、９１４及び複数のガス供給源１１８２ａから１１８２ｆも有し、供給源は各自異なる化学物質（又は混合物）を含み、内側及び外側ガス注入区域９１２、９１４にそれぞれガス流量制御装置１１８６ａ、１１８６ｂを介して連結されている。ガス流量制御装置１１８６ａ、１１８６ｂは個別のガス供給源１１８２のそれぞれからガス注入区域９１２、９１４へと向かうガス流のガス流量及び組成つまり成分比を制御する。内側及び外側磁気コイル１２１０、１２１５はそれぞれ内側及び外側ＤＣコイル電流供給源１１２０、１２２５に接続されている。任意のＤＣチャック電圧供給源１２３０がバイアスフィード中央導体２１２に連結されており、この場合、ＤＣ絶縁コンデンサ１２３５が中央導体２１２とバイアス整合回路１３０との間に直列に接続されている。
【００６４】
３つのチャンバパラメータについてのチャンバ特性評価
図２６のリアクタチャンバは、例えば、４つのプラズマパラメータ（ウェハ又はシースバイアス電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流等）の挙動を３つのチャンバパラメータ（ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧）の関数として数値化することで特性評価してもよい。まず最初に、図２７−３２に図示の処理において、様々なプラズマパラメータの一価関数を個々のチャンバパラメータを単一変数として見つけ出す。第１工程はチャンバパラメータの初期化である（図２７のブロック２００１）。この工程でソース電力Ｐｓ、バイアス電力ＰＢ、チャンバ圧ｐｃｈ、内側磁石電流Ｉ内側、外側磁石電流Ｉ外側、ガス流量ＦＲ等のチャンバパラメータを初期（例えば、中間領域）値に設定する。
【００６５】
次の主要工程は、一定等高線生成装置１１２０により各プラズマパラメータの１変数関数を見つけ出すことであり、バイアス電力が変数であり、図２７に図示されている。図２７の例において、関数はウェハ電圧Ｖウェハ（ＰＢ）、エッチング速度ＥＲ（ＰＢ）、プラズマイオン密度η（ＰＢ）及びウェハ電流Ｉウェハ（ＰＢ）について求められる。図２７を参照するが、第１工程ではＰＢをその範囲の始点に設定する（図２７のブロック２００３）。この範囲は、考えられ得る例として、１３．５６ＭＨｚでゼロから１０００ワットである。次の工程は、図２６の測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２００５）。次に、制御装置９５０を介して等高線生成装置１１２０は既定の少量ずつ又は範囲のごく一部ずつＰＢをインクリメントしていく（ブロック２００７）。次に、バイアス電力範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２００９）。もし到達していない場合（ブロック２００９のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２００５の工程に戻る。範囲の終点に到達したら（ブロック２００９のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２０１１へと進める。ブロック２０１１の工程はサンプリングしたデータを用いて関数Ｖウェハ（ＰＢ）、ＥＲ（ＰＢ）、η（ＰＢ）及びＩウェハ（ＰＢ）を構築することから成り、これらの関数はメモリ内に保存される。これらの関数は、例えばカーブフィット法によって構築してもよい。次に、その他のチャンバパラメータに基づいた関数生成の準備をするにあたって、チャンバパラメータＰＢをその初期値、好ましくは中間範囲値へと戻す（ブロック２０１３）。
【００６６】
図２８に図示の次の処理の目的は、ソース電力が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（ＰＳ）、ＥＲ（ＰＳ）、η（ＰＳ）及びＩウェハ（ＰＳ）を見つけ出すことである。図２８を参照するが、第１工程ではＰＳをソース電力範囲の始点に設定している（図２８のブロック２０１５）。ＲＦプラズマソース電力範囲は、考えられ得る一例として、１６２ＭＨｚでゼロから３０００ワットであってもよい。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（図２８のブロック２０１７）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりＰｓをインクリメントする（ブロック２０１９）。次にソース電力範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０２１）。もし到達していない場合（ブロック２０２１のＮＯ分岐路）、処理はブロック２０１７の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０２１のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程であるブロック２０２３へと進める。ブロック２０２３の工程において、（ブロック２０１７で得た）サンプリングデータを用いて１変数関数Ｖウェハ（Ｐｓ）、ＥＲ（Ｐｓ）、η（Ｐｓ）及びＩウェハ（Ｐｓ）を構築し、これらの関数はメモリ内に保存される。次に、Ｐｓをその初期値へと戻す（ブロック２０２５）。
【００６７】
図２９に図示の次の処理の目的は、チャンバ圧が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（ｐｃｈ）、ＥＲ（ｐｃｈ）、η（ｐｃｈ）及びＩウェハ（ｐｃｈ）を見つけ出すことである。第１工程ではｐｃｈをチャンバ圧範囲の始点に設定している（ブロック２０２７）。この範囲は、考えられ得る一例として、０．５ｍＴから２００ｍＴであってもよい。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０２９）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりｐｃｈを圧力範囲の少数ずつインクリメントしていく（ブロック２０３１）。この時点でチャンバ圧範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０３３）。もし到達していない場合（ブロック２０３３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０２９の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０３３のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２０３５へと進める。ブロック２０３５において、ブロック２０２９の工程で得たサンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（ｐｃｈ）、ＥＲ（ｐｃｈ）、η（ｐｃｈ）及びＩウェハ（ｐｃｈ）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。ブロック２０３７でｐｃｈをその初期値へと戻す。
【００６８】
図３０に図示の次の処理の目的は、図２６の内側磁気コイル１２１０の電流が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（Ｉ内側）、ＥＲ（Ｉ内側）、η（Ｉ内側）及びＩウェハ（Ｉ内側）を見つけ出すことである。別の実施形態では、電流は、（或いは）ＭＥＲＩＥ磁石がリアクタ内に存在する場合はＭＥＲＩＥ磁石に印加されたＡＣ電流である可能性もある。まず最初に、Ｉ内側をその範囲の始点に設定する（ブロック２０３９）。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０４１）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりＩ内側をその範囲の既定の少量ずつインクリメントする（ブロック２０４３）。この時点で磁気コイル電流範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０４５）。もし到達していない場合（ブロック２０４５のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０４１の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０４５のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２０４７へと進める。ブロック２０４７の工程において、ブロック２０４１の工程で得たサンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（Ｉ内側）、ＥＲ（Ｉ内側）、η（Ｉ内側）及びＩウェハ（Ｉ内側）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。この処理の最終工程で、Ｉ内側をその初期値へと戻す（ブロック２０４９）。
【００６９】
図３１に図示の次の処理の目的は、図２６の外側磁気コイル１２１５に供給された電流が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（Ｉ外側）、ＥＲ（Ｉ外側）、η（Ｉ外側）及びＩウェハ（Ｉ外側）を見つけ出すことである。第１工程では、Ｉ外側をその範囲の始点に設定する（図３１のブロック２０５１）。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０５３）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりＩ外側をその範囲の既定の少量ずつインクリメントする（ブロック２０５５）。範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０５７）。もし到達していない場合、処理ループはブロック２０５３の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら処理を次の工程へと進める。次の工程において（ブロック２０５９）、ブロック２０５３の工程で得たサンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（Ｉ外側）、ＥＲ（Ｉ外側）、η（Ｉ外側）及びＩウェハ（Ｉ外側）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。この処理は、Ｉ外側をその初期値へと戻すことで終了する（ブロック２０６１）。
【００７０】
図３２に図示の次の処理の目的は、ガス流量ＦＲ（或いはガス組成）が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（ＦＲ）、ＥＲ（ＦＲ）、η（ＦＲ）及びＩウェハ（ＦＲ）を見つけ出すことである。ガス組成は例えばキャリアガス（例えば、アルゴン）とエッチャント種（フッ素又はフッ化炭素又はフッ化炭素水素種）との間の比であってもよい。ガス組成又はガス流量は、例えば、２つの（内側及び外側）ガス注入区域９１２、９１４のそれぞれについての２つの異なる変数として別個に定義してもよい。従って、ガス流に関した使用し得る変数又はチャンバパラメータとしては４つ考えられる。つまり、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成である。図３２の本例は上記のガス流に関連したチャンバパラメータのいずれかの特定の１つの使用に関連し、ＦＲとする。
【００７１】
図３２の処理の第１工程では、ＦＲをその範囲の始点に設定する（ブロック２０６３）。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０６５）。次の工程ではＦＲをインクリメントする（ブロック２０６７）。次に、ガス流又はガス組成パラメータＦＲの範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０６９）。もし到達していない場合（ブロック２０６９のＮＯ分岐路）、処理ループをブロック２０６５の測定工程に戻す。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０６９のＹＥＳ分岐路）次の工程（ブロック２０７１）を行う。ブロック２０７１の工程において、サンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（ＦＲ）、ＥＲ（ＦＲ）、η（ＦＲ）及びＩウェハ（ＦＲ）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。こういった関数の構築には、例えばカーブフィット法を用いてもよい。この処理の最終工程は、ＦＲをその初期値へと戻すことである（ブロック２０７３）。
【００７２】
３Ｄ制御空間内での処理制御−所望のプラズマパラメータ値のチャンバパラメータ値への変換
図２７−３２の処理で異なるプラズマパラメータについて生成された１変数関数をそれに続く処理（図３３−３６に図示）で用いて、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に用いるための、一定プラズマパラメータ値の２次元表面を備えた３次元制御空間を構築してもよい。図３３−３６の例において、ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の３つのチャンバパラメータ（つまり、ＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈ）を選択する。
【００７３】
（等高線生成装置１１２０により実行される）図３３の処理の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定Ｖウェハの２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００７４】
図３３の処理の第１工程（ブロック２０７５）は１変数関数Ｖウェハ（ＰＢ）、Ｖウェハ（ＰＳ）及びＶウェハ（ｐｃｈ）を相関させる／組み合わせることで単一の３変数関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）とすることである。例えば、本明細書で前述したタイプのカーブフィット法を用いてこの工程を完了してもよい。次にｉ＝１に設定することで指数「ｉ」を１に初期化する（ブロック２０７７）。関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をＶウェハの値範囲におけるｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する（ブロック２０７９）。この方程式を解くことで、Ｖウェハのｉ番目の値についての一定Ｖウェハの２Ｄ等高線（表面）を見つける。この等高線は等高線生成装置１１２０のメモリ１１２０ａ内に保存する。次に、ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントし（ブロック２０８１）、Ｖウェハの値の範囲の終点に到達していない場合（ブロック２１８３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０７９へと戻る。範囲の終点に達している場合は（ブロック２１８３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００７５】
（等高線生成装置１１２０により実行される）次の処理（図３４）の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定エッチング速度（ＥＲ）の２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００７６】
図３４の処理の第１工程（ブロック２０８５）は１変数関数ＥＲ（ＰＢ）、ＥＲ（ＰＳ）及びＥＲ（ｐｃｈ）を相関させる／組み合わせて単一の３変数関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）とすることである。ｉ＝１に設定することで指数ｉを１に初期化する（ブロック２０８７）。次に、関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をＥＲの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式を解くことで、ＥＲのｉ番目の値について一定ＥＲの２Ｄ等高線（表面）が生成される。次に、この等高線をメモリ１１２０ａに保存する（ブロック２０８９）。ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２０９１）。次に、ＥＲ値の範囲の終点に到達した否かを判定する（ブロック２０９３）。到達していない場合（ブロック２０９３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０８９の工程へと戻る。終点に達している場合は（ブロック２０９３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００７７】
（等高線生成装置１１２０により実行される）次の処理（図３５）の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定ηの２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００７８】
図３５の処理の第１工程（ブロック２０９５）は１変数関数η（ＰＢ）、η（ＰＳ）及びη（ｐｃｈ）を相関させる又は組み合わせて単一の３変数関数η（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）とすることである。この工程は例えばカーブフィット法を用いて行ってもよい。次に、ｉ＝１に設定することで指数ｉを１に初期化する（ブロック２０９７）。次に、関数η（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をプラズマパラメータηの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をηのｉ番目の値での一定ηの２Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線を等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する（ブロック２０９９）。ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２１０１）。次に、ＥＲ値の範囲の終点に到達した否かを判定する（ブロック２１０３）。到達していない場合（ブロック２１０３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０９９の工程へと戻る。終点に達している場合は（ブロック２１０３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を実行する。
【００７９】
（等高線生成装置１１２０により実行される）次の処理（図３６）の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定Ｉウェハの２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００８０】
図３６の処理の第１工程（ブロック２１０５）は１変数関数Ｉウェハ（ＰＢ）、Ｉウェハ（ＰＳ）及びＩウェハ（ｐｃｈ）を相関させる又は組み合わせて単一の３変数関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）を生成することである。次の工程では、ｉ＝１に設定することで指数ｉを１に初期化する（ブロック２１０７）。ブロック２１０９の工程で関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をＩウェハのｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＩウェハのｉ番目の値での一定Ｉウェハの２Ｄ等高線（表面）について解く。次に、この等高線を等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２１１１）。Ｉウェハの値の範囲の終点に到達した否かを判定する（ブロック２１１３）。到達していない場合（ブロック２１１３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２１０９の工程へと戻る。終点に達している場合は（ブロック２１１３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を実行する。
【００８１】
同一の処理を別のチャンバパラメータについて実行してもよい。こういったチャンバパラメータには、例えば、内側及び外側ガス注入区域のガス流量、及び内側及び外側ガス注入区域へ供給される異なるガス混合物のガス組成が含まれる。上記の手順により、選択したチャンバパラメータ及びプラズマパラメータについてのリアクタチャンバの特性評価が完了する。
【００８２】
次の処理は先行の処理で得たチャンバ特性情報を活用して、選択したプラズマパラメータの所望の値から選択したチャンバパラメータの所要値へと変換することである。こういった処理の一例として、図３７はＶウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値に応答して３ＤのＰＢ−ＰＳ−ｐｃｈ制御空間において３つの選択したプラズマパラメータを制御するための処理を表してしている。この処理は、図２６の処理設定点制御装置１１１０によって制御される。
【００８３】
図３７の処理は設定点制御装置によって制御され、設定点制御装置１１１０がＶウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値を受け取るところから始まる（図３７のブロック２１１５）。次の工程でメモリからＶウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電圧の２Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＶとラベルする（図３７のブロック２１１７）。次に制御装置１１１０はメモリからＥＲのユーザ選択値に対応する一定エッチング速度の２Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＥＲとラベルする（ブロック２１１９）。次に制御装置１１１０はメモリからηのユーザ選択値に対応する一定プラズマイオン密度の２Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳηとラベルする（ブロック２１２１）。次に、制御装置１１１０は３ＤのＰＢ−ＰＳ−ｐｃｈ空間における３つの表面ＳＶ、ＳＥＲ、Ｓηの交点（ＰＢ´、ＰＳ´、ｐｃｈ´）を特定する（ブロック２１２３）。フィードバック制御装置９５０を介して作動する設定点制御装置１１１０は、次にＲＦバイアス電力発生装置出力レベルを交点値ＰＢ´に設定し（ブロック２１２５）、ＲＦソース電力発生装置出力レベルを交点値ＰＳ´に設定し（ブロック２１２７）、チャンバ圧を交点値ｐｃｈ´に設定する（ブロック２１２９）。これにより処理の１制御サイクルが終了する。
【００８４】
図３７の処理で活用したタイプの、３次元チャンバパラメータ空間における（３つの異なるプラズマパラメータの）一定プラズマパラメータ値の３つの表面の交点を図３８に示す。これらの表面は３次元空間内にある２次元オブジェクトである。３つの表面は一点で交差し、その位置は３つのベクターによって指定される（ＰＢ´、ＰＳ´、ｐｃｈ´）。図３８の３つの直交する軸は３つのチャンバパラメータ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）に対応する。図３８の３つの表面は、プラズマパラメータＶウェハ、ＥＲ及びηのそれぞれについての一定値の表面であり、値はユーザ選択値である。
【００８５】
低制約下での３Ｄ制御空間−チャンバパラメータを変更する自由度の向上
図３８の例において、プラズマパラメータの数とチャンバパラメータの数は同一である。チャンバパラメータへの制約を下げることで自由度を上げることが可能である。この特性は、選択したプラズマパラメータの数が選択したチャンバパラメータの数より少ない場合はいつでも生じる。図３９はこういったケースを図解しており、３つのチャンバパラメータは２つのプラズマパラメータについてのみのユーザ選択値によって制約（コンストレイン）されている。例えば、ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈの３次元制御空間において、制約プラズマパラメータはＶウェハとηのみである。この場合、２つの表面だけが３Ｄ制御空間に交差しており、こういった交差は直線又は曲線に沿って生じる。このため、ユーザはＶウェハとηについてのユーザ選択値を満たしつつ、チャンバパラメータをその線上のどの数値セット（ＰＢ´、ＰＳ´、ｐｃｈ´）へも変更することができる。
【００８６】
３Ｄ制御空間における設定点制御とリアルタイムフィードバック制御の交互実行
先行のチャンバ制御処理はいつ行っても或いは常に行ってもよいが、プラズマパラメータのリアルタイム測定が出来ない、ウェハ処理開始時での使用が特に有用である。ウェハのプラズマ処理が進行し、プラズマパラメータの測定値が測定機器１４０を通して利用可能となった後、制御をフィードバック制御装置９５０に引き継がせてもよい。フィードバック制御装置９５０は（測定機器１４０からの）選択したプラズマパラメータの実際のリアルタイム測定値とこれらのパラメータのユーザ選択値との比較を行う。（エッチング速度又はイオン密度については）ソース電力を修正し、（ウェハ電圧については）バイアス電力を修正することで、図９及び１０を参照して本願で前述したように、フィードバック制御装置９５０はこれらの値の差異を最小限に抑える。
【００８７】
プラズマパラメータのユーザ選択値の１つに（又は１つ以上）に大きな変更がある場合、この変更は図３７の制御処理へと立ち戻ることで迅速に行うことが可能であり、新しいチャンバパラメータ設定はプラズマパラメータの（新しい）ユーザ選択値に対応する等高線の３Ｄ制御空間における交点を見つけることで即座に突き止められる。このオプションにより、チャンバは処理レシピにおけるいかなる変更にもほぼ即座に対応することが可能となり、特筆すべき利点である。
【００８８】
４Ｄ制御空間における処理制御。所望のプラズマパラメータ値のチャンバパラメータ値への変換
図４０−４５は４次元制御空間を利用した制御処理例を図示している。この例には、図２７−３２のチャンバ特性評価処理で生成された１変数関数から４変数関数を生成することを伴う。具体的には、図４０−４５はチャンバパラメータＰＢ、ＰＳ、ＦＲ及びＩ内側の４次元制御空間の例を表している。この例の第１処理、図４０のそれにおけるタスクは、一定Ｖウェハの（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（図４０のブロック２１３１）では４つの１変数関数Ｖウェハ（ＰＢ）、Ｖウェハ（ＰＳ）、Ｖウェハ（ＦＲ）及びＶウェハ（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。カーブフィット法を用いてこの工程を行ってもよい。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１３２）。関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をＶウェハの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＶウェハのｉ番目の値に対応する一定Ｖウェハの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する（ブロック２１３３）。次に、ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉをインクリメントする（ブロック２１３４）。Ｖウェハの値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１３５）。到達していない場合、処理はブロック２１３３の工程へと戻る（ブロック２１３５のＮＯ分岐路）。範囲の終点に達している場合、処理は終了となり、次の処理を開始する（ブロック２１３５のＹＥＳ分岐路）。
【００８９】
この例の次の処理、図４１のそれにおけるタスクは、一定ＥＲの（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（ブロック２１３７）では４つの１変数関数ＥＲ（ＰＢ）、ＥＲ（ＰＳ）、ＥＲ（ＦＲ）及びＥＲ（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。カーブフィット法を用いてこの工程を行ってもよい。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１３９）。ブロック２１４１の工程において、関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をＥＲの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＥＲのｉ番目の値に対応する一定ＥＲの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。指数ｉをインクリメントし（ブロック２１４３）、エッチング速度（ＥＲ）の値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１４５）。到達していない場合（ブロック２１４５のＮＯ分岐路）、処理はブロック２１４１の工程へと戻る。範囲の終点に達している場合（ブロック２１４５のＹＥＳ分岐路）、処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００９０】
この例の次の処理、図４２のそれにおけるタスクは、一定η（エッチング速度）の（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（図４２のブロック２１４７）では４つの１変数関数η（ＰＢ）、η（ＰＳ）、η（ＦＲ）及びη（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数η（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。カーブフィット法を用いてこの工程を行ってもよい。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１４９）。ブロック２１５１の工程で、４変数関数η（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をイオン密度値ηの範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をηのｉ番目の値に対応する一定ηの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。ｉ＝ｉ＋１に設定することで指数ｉをインクリメントし（ブロック２１５３）、イオン密度（η）の値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１５５）。到達していない場合（ブロック２１５５のＮＯ分岐路）、処理はブロック２１５１の工程へと戻る。範囲の終点に達している場合（ブロック２１５５のＹＥＳ分岐路）、処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００９１】
この例の次の処理、図４３のそれにおけるタスクは、一定Ｉウェハの（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（図４３のブロック２１５７）では４つの１変数関数Ｉウェハ（ＰＢ）、Ｉウェハ（ＰＳ）、Ｉウェハ（ＦＲ）及びＩウェハ（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１５９）。２１６１の工程において、４変数関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をＩウェハのｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＩウェハのｉ番目の値に対応する一定Ｉウェハの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。ｉ＝ｉ＋１に設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２１６３）。この時点で、Ｉウェハの値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１６５）。到達していない場合（ブロック２１６５のＮＯ分岐路）、処理はブロック２１６１の工程へと戻る。範囲の終点に達している場合（ブロック２１６５のＹＥＳ分岐路）、処理は終了となる。これで、次の作業である４つのプラズマパラメータ（例えば、Ｖウェハ、ＥＲ、η及びＶＩ）のユーザ選択値の４つのチャンバパラメータ（例えば、ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ及びＩ内側）のターゲット値への変換に必要なチャンバ特性評価タスクが完了となる。次に、こういった変換を実行するための処理を図４４を参照して説明する。
【００９２】
図４４は、選択したプラズマパラメータ（Ｖウェハ、ＥＲ、η及びＩウェハ）についてのユーザ選択値に応答して４つの選択したプラズマパラメータ（例えば、Ｖウェハ、ＥＲ、η及びＶウェハ）を４ＤのＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側制御空間内で制御するための処理を図示している。この処理により、プラズマパラメータＶウェハ、ＥＲ、η及びＶウェハについてのユーザ選択値がチャンバパラメータＰＢ、ＰＳ、ＦＲ及びＩ内側の所要値へと変換される。
【００９３】
図４４の処理の第１工程では、処理設定点制御装置１１１０がＶウェハ、ＥＲ、η及びＩウェハについてのユーザ選択値を受け取る（図４４のブロック２１６７）。ブロック２１６９の工程で、処理設定点制御装置１１１０は等高線生成装置のメモリ１１２０ａからＶウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電圧の３Ｄ表面（等高線）をフェッチする。この表面はＳＶとラベルしてもよい。制御装置１１１０はメモリ１１２０ａからＥＲのユーザ選択値に対応する一定エッチング速度の３Ｄ表面（等高線）もフェッチし、表面はＳＥＲとラベルしてもよい（ブロック２１７１）。制御装置１１１０はηのユーザ選択値に対応する一定プラズマイオン密度の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳηとラベルする（ブロック２１７３）。最後に、制御装置１１１０はＩウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電流の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＩとラベルする（ブロック２１７５）。
【００９４】
次の工程で、設定点制御装置１１１０は４ＤのＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側制御空間における４つの表面ＳＶ、ＳＥＲ、Ｓη及びＳＩの交点（ＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´）を特定する（ブロック２１７７）。この４次元工程は図３８で図示した３つの交差表面での３次元ケースに類似している。次に、チャンバパラメータを交点に対応するＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´のそれぞれの値に設定する。これは、フィードバック制御装置９５０を介して作動してチャンバパラメータを変更するところの設定点制御装置１１１０によって以下のようにして遂行される。つまり、ＲＦバイアス電力発生装置出力レベルを交点値ＰＢ´に設定し（ブロック２１７９）、ＲＦソース電力発生装置出力レベルを交点値ＰＳ´に設定し（ブロック２１８１）、ガス流量を交点値ＦＲ´に設定し（ブロック２１８３）、内側磁石供給電流を交点値Ｉ内側´に設定する（ブロック２１８５）。
【００９５】
４Ｄ制御空間における設定点制御とリアルタイムフィードバック制御の交互実行
４Ｄ制御空間を活用する先行の工程により、選択したプラズマパラメータはそのユーザ選択値と一致する。これは、測定機器１４０からプラズマパラメータのリアルタイム直接測定値をとることで照合可能である。図９−１１を参照して本明細書中で前述したように、こういったリアルタイム測定値は、チャンバパラメータ（例えば、ＰＳ及びＰＢ）を変更することでプラズマパラメータＶウェハ、ＥＲ、ηについてのリアルタイム測定値とユーザ選択又はターゲット値との差を最小限に抑えるフィードバック制御システムの基礎を成す。例えば、ＰＳを変更することでＥＲ又はηのいずれかを対応するユーザ選択値に近づけ、ＰＢを変更することでＶウェハを対応するユーザ選択値に近づける。
【００９６】
従って、オプションとして、図４４の工程２１６７−２１８５のチャンバ制御処理を段階的に停止し、処理制御を、測定機器１４０によるプラズマパラメータのリアルタイム測定に基づく図９−１１のフィードバック制御ループに引き継がせてもよい。このオプションは図４４のブロック２１８７の工程に図示されている。ブロック２１６７−２１８５の変換ベース型のチャンバ制御工程は（リアルタイム測定値が利用できない）プラズマ処理開始時に用いてもよい。その後、リアルタイム測定値が利用可能となるほどにプラズマ処理が進行した後、ブロック２１８７の工程を実行して、チャンバ制御を図９−１１のリアルタイムフィードバック制御ループへと移行する。１つ以上のプラズマパラメータのユーザ選択値に大きな変更があった際はいつでも、処理制御を一時的にブロック２１６７−２１８５の変換ベース型工程へと戻すことができる。このオプションにより、チャンバは処理レシピにおけるいかなる変更にもほぼ即座に対応することが可能となり、特筆すべき利点である。
【００９７】
低制約下のケース。Ｖウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値に応答した４次元ＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側制御空間における３つの選択プラズマパラメータ（例えば、Ｖウェハ、ＥＲ、η）の制御
図４５は、次元的にユーザ制御プラズマパラメータの数を超えるチャンバパラメータ空間において操作することで自由度を上げる例を示している。これは図３９で図示した制約が少ない制御ケースの４次元版であり、チャンバパラメータは交差する表面によって決定される曲線又は軌道に沿って変更可能である。
【００９８】
図４５の処理における第１工程では、設定点制御装置１１１０は選択されたプラズマパラメータ、例えばＶウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値を受け取る（ブロック２１８９）。次の工程で設定点制御装置１１１０は等高線生成装置のメモリ１１２０ａからＶウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電圧の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＶとラベルする（ブロック２１９１）。設定点制御装置１１１０はＥＲのユーザ選択値に対応する一定エッチング速度の３Ｄ表面（等高線）もフェッチし、表面をＳＥＲとラベルする（ブロック２１９３）。また、制御装置１１１０はηのユーザ選択値に対応する一定プラズマイオン密度の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳηとラベルする（ブロック２１９５）。次に、等高線生成装置は４ＤのＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側空間における３つの表面ＳＶ、ＳＥＲ、Ｓηの交差直線又は曲線を特定する（ブロック２１９７）。この曲線は定められた４次元位置（ＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´）ｉに沿って在り、指数ｉは交差直線又は曲線に沿った、理論的には無限数の４次元地点の特定の１つを示している。
【００９９】
次の工程で、ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側のチャンバパラメータを同時に、４Ｄ空間における交差直線／曲線に沿った４次元位置のいずれか１つに設定する（ブロック２１９９）。その後、交差曲線に沿ってチャンバパラメータＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側を変更すると、その同時値は交差直線又は曲線に沿った４次元地点（ＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´）ｉの１つと一致する（ブロック２２０１）。
【０１００】
低制約４Ｄ制御空間法とリアルタイムフィードバック制御の交互実行
別のオプションとして、図４５のブロック２１８７の工程における、図９−１１のリアルタイムフィードバック制御ループへの制御の移行がある。具体的には、図４５の工程２１８９−２２０１のチャンバ制御処理を段階的に停止し、処理制御を、測定機器１４０によるプラズマパラメータのリアルタイム測定に基づく図９−１１のフィードバック制御ループに引き継がせてもよい。このオプションは図４５のブロック２１８７の工程に図示されている。ブロック２１６７−２１８５の変換ベース型のチャンバ制御工程は（リアルタイム測定値が利用できない）プラズマ処理開始時に用いてもよい。その後、リアルタイム測定値が利用可能となるほどにプラズマ処理が進行した後、ブロック２１８７の工程を実行して、チャンバ制御を図９−１１のリアルタイムフィードバック制御ループへと移行する。１つ以上のプラズマパラメータのユーザ選択値に大きな変更があった際はいつでも、処理制御を一時的にブロック２１８９−２２０１の変換ベース型工程へと戻すことができる。このオプションにより、チャンバは処理レシピにおけるいかなる変更にもほぼ即座に対応することが可能となり、特筆すべき利点である。
【０１０１】
Ｍ個のプラズマパラメータのＮ個のチャンバパラメータによる制御
本明細書中で上述した処理は２次元、３次元又は４次元制御空間に関連する。事実上、本発明ではどんな数のチャンバパラメータを用いてもプラズマパラメータの所望の値を数を問わず同時に実現することができる。ユーザ選択値を必要とするプラズマパラメータはイオンエネルギー又はウェハ電圧、イオン密度、イオン質量、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性その他を含むプラズマパラメータ群から選択することができる。制御されるチャンバパラメータは、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側コイル磁石電流、外側コイル磁石電流、内側ガス注入区域ガス組成、外側ガス注入区域ガス組成、内側ガス注入区域流量、外側ガス注入区域流量その他を含む群から選択してもよい。好ましくは、選択したプラズマパラメータの数は、選択したチャンバパラメータの数と同一である。しかしながら、これらの数は異なっていてもよい。例えば、選択したプラズマパラメータの数が選択したチャンバパラメータの数より少ない場合は、システムの制約は緩く、少なくとも１つ余分な自由度が在ることから、ユーザ選択プラズマパラメータ値を満たしつつチャンバパラメータを変更することが可能となる。選択したプラズマパラメータの数が選択したチャンバパラメータの数より多いなら、システムは過剰制約下にある。この場合、一定プラズマパラメータ値の等高線又は表面は幾つかの直線に沿って又は点で交差し、制御するためにはこれらの点間での選択を行うか、これらの点間で補間を行う必要がある。
【０１０２】
図４６の処理はチャンバの特性評価を必要とし、Ｎ個のチャンバパラメータの最初の１つを選択し（ブロック２２０３）、測定機器１４０を用いてＭ個の選択したプラズマパラメータをサンプリングしながら選択したチャンバパラメータをランプするところから始まる（ブロック２２０５）。Ｎ個のチャンバパラメータの全てが選択されたか否かについての判定を行う（ブロック２２０７）。もしされていないなら（ブロック２２０７のＮＯ分岐路）、Ｎ個のチャンバパラメータの次のパラメータを選択し（ブロック２２０９）、処理ループはブロック２２０９からブロック２２０５の工程へと戻る。全て選択されているならば（ブロック２２０７のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２２１１の工程へと進める。ブロック２２１１の工程においては、ブロック２２０５での測定データを用いて、Ｍ個のプラズマパラメータのそれぞれのＮ変数関数を構築する。これらの関数のそれぞれはＮ個のチャンバパラメータ全てを独立変数をとして有する。次の工程（ブロック２２１３）において、Ｍ個のプラズマパラメータ各自の考えられる値について、等高線生成装置１１２０はＮ次元空間内に一定値のＮ−１次元等高線を構築し、Ｎ次元空間においてはＮ個のチャンバパラメータのそれぞれが１つの次元を表している。これで、次の工程又は処理でのＭ個のプラズマパラメータのＮ個のチャンバパラメータの同時値への変換を可能とする、チャンバの特性評価が終了する。
【０１０３】
図４６の処理の次の段階ではＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個のユーザ選択値のセットをＮ個のチャンバパラメータのＮ個の値の同時セットへと変換する。この段階はＭ個のプラズマパラメータについてのユーザ選択値を受け取るところから始まる（ブロック２２１５）。
【０１０４】
プラズマ及びチャンバパラメータの数が同一である場合（つまり、Ｍ＝Ｎ）、次の工程はブロック２２１７の工程となる。ブロック２２１７の工程において、制御装置１１１０はＭ個のプラズマパラメータのそれぞれについての対応する一定値の等高線をフェッチし、Ｎ次元空間におけるその交点を決定する。次に、フィードバック制御装置９５０はＮ個のチャンバパラメータを交点でのそれぞれの値へと設定する（ブロック２２１９）。
【０１０５】
プラズマパラメータの数がチャンバパラメータの数より少ないならば（例えば、Ｍ＝Ｎ−１）、システムは制約が少ない状態となることから少なくとも１つ余分の自由度がある。ＭがＭより１つ少ないケースでは、以下の工程を行ってもよい。
【０１０６】
ブロック２２２１で、Ｍ個のプラズマパラメータのそれぞれについて対応する一定値の等高線をフェッチし、Ｎ次元空間内でのその交差直線又は曲線を決定する。
【０１０７】
ブロック２２２３で、Ｎ個のチャンバパラメータを変更することで、その各自値が交差直線／曲線上にくるようにする。
【０１０８】
上記の工程によりＮ個のチャンバパラメータの設定は完了し、Ｍ個のプラズマパラメータについてのユーザ選択値セットが得られる、或いは（逆に）Ｍ個のプラズマパラメータのユーザ選択値のＮ個のチャンバパラメータの所要同時値への変換が行われる。ブロック２１８７の任意の工程において、この処理を一時的に、測定機器１４０によるプラズマパラメータのリアルタイム測定に基づく図９−１１のフィードバックループを参照して上述したリアルタイムフィードバック制御処理と置き換えてもよい。
【０１０９】
本発明をその好ましい実施形態を参照して詳細に説明してきたが、当然ながら本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなくその変更と改変は可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】プラズマリアクタ及びその測定機器を示す図である。
【図２】測定機器が用いるプラズマリアクタの電気モデルを示す図である。
【図３】図１の測定機器の構造を示す図である。
【図４】図３の測定機器の入力位相プロセッサを示す図である。
【図５】図３の測定機器における伝送線変換プロセッサを示す図である。
【図６】図３の測定機器におけるグリッド／接地変換プロセッサを示す図である。
【図７】図３の測定機器におけるグリッド／ウェハ変換プロセッサを示す図である。
【図８】図３の測定機器における複合変換プロセッサを示す図である。
【図９】図３の測定機器を含むプラズマリアクタ用の処理フィードバック制御システムを示す図である。
【図１０】処理フィードバック制御システムの別のインプリメンテーションを示す図である。
【図１１】プラズマリアクタを備えたシステムに接続された、図３の測定機器、一定等高線生成装置及び処理設定点制御装置を示す図である。
【図１２】〜
【図１４】図１１のシステムにより生成された一定性能パラメータ値の異なる等高線を示す図である。
【図１５】一定パラメータ値の異なる等高線の交点で最適な動作点を見つけるための方法を示す図である。
【図１６】図１１のシステムにおける処理設定点制御装置を示す図である。
【図１７】〜
【図１９】図１１のシステム内の等高線生成装置の処理設定点制御装置によって行われる各演算を示す図である。
【図２０】チャンバ圧１００ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２１】チャンバ圧３０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２２】チャンバ圧７０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２３】チャンバ圧１５０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２４】チャンバ圧２００ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２５】チャンバ圧２５０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２６】本発明の更なる実施形態によるプラズマリアクタの簡略ブロック図である。
【図２７】〜
【図３２】ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の変数について異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図である。図２７は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はプラズマソース電力のチャンバパラメータである。図２８は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はプラズマバイアス電力のチャンバパラメータである。図２９は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はチャンバ圧のチャンバパラメータである。図３０は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数は内側磁気コイル電流のチャンバパラメータである。図３１は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数は外側磁気コイル電流のチャンバパラメータである。図３２は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はガス流量又はガス組成のチャンバパラメータである。
【図３３】〜
【図３６】４つのプラズマパラメータの一定値の等高線（つまり、表面）がソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の次元から成る３次元制御空間において図２７−３２の１変数関数から生成される例を示す図である。図３３は３次元制御空間内でウェハ電圧のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図３４は３次元制御空間内でエッチング速度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図３５は３次元制御空間内でプラズマイオン密度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図３６は３次元制御空間内でウェハ電流のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。
【図３７】図３３−３６の一定値等高線を用いて３つのプラズマパラメータを制御するための処理を示す図である。
【図３８】図３７の処理における、３次元制御空間内での一定値等高線の交点を示す図である。
【図３９】図３８の３次元制御空間に対応した３次元制御空間の図であるが、一定値等高線が２本しか指定されていないため曲線に沿って３次元空間に交差している、制約が低いケースであり、図３９は交差曲線に沿ってチャンバパラメータを変化させる方法を示す図である。
【図４０】〜
【図４３】４つのプラズマパラメータの一定値の等高線（つまり、表面）が図２７−３２の１変数関数から、ソース電力、バイアス電力、ガス流量（又は組成）及び磁気コイル電流の次元から構成される４次元制御空間に生成される例を示す図である。図４０は４次元制御空間内でウェハ電圧のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図４１は４次元制御空間内でエッチング速度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図４２は４次元制御空間内でプラズマイオン密度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図４３は４次元制御空間内でウェハ電流のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための方法を示す図である。
【図４４】図４０−４３の一定値等高線を用いて４つのプラズマパラメータを制御するための処理を示す図である。
【図４５】図４４の処理の低制約版を示す図であり、３つのプラズマパラメータのみを４次元制御空間内で制御しており、これは３つのプラズマパラメータをその対応する３つの等高線がそれに沿って４次元空間内で交差するところの軌道又は曲線に沿って変更することで行われる。
【図４６】リアクタチャンバの特性評価を行い、Ｎ個のチャンバパラメータを用いてＭ個のプラズマパラメータを制御するための処理を示す図である。
【発明の背景】
【０００１】
超小型電子回路の製造で使用するプラズマリアクタは、半導体基板上で薄膜層をエッチング又は堆積することが可能である。プラズマ反応性イオンエッチング処理において、エッチング速度、イオン密度、ウェハ電圧及びウェハ電流はエッチング選択性、ウェハ加熱、エッチング時のストライエーション、イオンの衝突による損傷、エッチング停止、特徴部のサイズ及びその他の効果の制御において極めて重要である。こういった制御は、特徴部のサイズが縮小しデバイス密度が上昇するにつれ、より重要となってくる。エッチング速度、イオン密度、ウェハ電圧及びウェハ電流を測定するための現行の技法には、かなり不正確になりやすい（ウェハ電圧の場合）又は正確に測定するためには処理終了時毎にテストワークピース又はウェハを検査しなくてはならない（エッチング速度の場合）という大きな問題がある。これらのパラメータを「リアルタイム」（つまり、ウェハ処理中）に測定できる正確な技法はないように思われる。このため、プラズマリアクタ制御パラメータ（ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、ガス流量等）を、チャンバ内で別のワークピースを処理することで得た事前結果に基づいて、現在のワークピースを処理する前に選択しなくてはならない。所望のエッチング速度又は所望のウェハ電圧又は所望のイオン密度を達成するためのリアクタ制御パラメータのそれぞれについてのターゲット値を一旦選択したら処理工程を通してそのターゲット値を維持しなくてはならず、選択したターゲット値を維持し続けることに専念する。例えば、制御パラメータの内の１つの選択したターゲット値が予期せずして所望の処理パラメータ（例えば、エッチング速度）から逸脱してしまうと、現在のワークピースの処理を終了して精査するまでこのエラーは発見されないことから、現在のワークピース又はウェハはこのエラーを回避することができない。この結果、業界としては材料と時間における相当なロスに悩まされるのが常であった。
【０００２】
関連する問題としては、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧等のリアクタ制御パラメータの最適ターゲット値は、通常、長期間に亘る試行錯誤方式でしか見つけることができないため、プラズマ処理の進化と設計が緩慢で非効率的となることが挙げられる。多数のリアクタ制御パラメータ（例えば、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧等）についてターゲット値を選択し、（ウェハ加熱を制御するための）特定のウェハ電流、（イオン衝突による損傷を制御するための）特定のウェハ電圧、（例えばエッチング選択性を制御するための）特定のイオン密度での特定のエッチング速度を達成するというのは、多次元的な課題となる。所望の処理パラメータ（例えば、エッチング速度、ウェハ電圧、ウェハ電流、イオン密度）のターゲット値を達成するにあたっての、様々なリアクタ制御パラメータ（ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧等）間での相互依存又関係はその欠落は一般的に知られていないため、リアクタ制御パラメータ（バイアス及びソース電力レベル、及びチャンバ圧）の最適ターゲット値を見つけ出すための試行錯誤過程は必然的に複雑かつ時間のかかるものとなる。従って、時間のかかる試行錯誤過程なくして処理パラメータ（例えば、エッチング速度等）のターゲット値を最適化又は変更することは不可能である。このため、リアルタイムでのプラズマ処理制御又は管理は可能とは見なされていなかった。
【概要】
【０００３】
本発明は、複数のプラズマパラメータの所望の値に従って複数のチャンバパラメータを制御することによる、プラズマリアクタチャンバ内でのウェハ処理法に関する。本方法はＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個の所望の数値のセットをＮ個の各チャンバパラメータについてのＮ個の数値のセットへと同時変換することを含む。Ｍ個のプラズマパラメータはウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性、イオンエネルギー及びイオン質量を含む群から選択される。Ｎ個のチャンバパラメータはソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側磁気コイル電流、外側磁気コイル電流、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成を含む群から選択される。本方法は更にＮ個のチャンバパラメータをＮ個の値のセットに設定することを含む。
【詳細な説明】
【０００４】
導入
本願は、ウェハ支持台座部を通してウェハにプラズマバイアス電力を印加する、プラズマソース電力印加装置（天井電極又はアンテナ等）を有するプラズマリアクタに関する。ウェハ電圧、ウェハ電流、イオン密度及びエッチング速度を即時かつ正確に測定する初めてのものとなる（以下に説明する）測定機器を発見した。この測定機器は、ウェハ支持台座部に連結されたインピーダンス整合装置の出力側で電圧、電流及び電力を検出する、バイアス電力入力側の慣用の電気センサのみを使用する。従って、測定機器は正確であることに加え、リアクタチャンバ内で起こるプラズマエッチング処理を侵襲することがない。精度は驚くべきものであり、現行のものでは最高であると知られる機器及び測定技法さえ凌ぐ。
【０００５】
同測定機器を用いたフィードバック制御装置を有し、プラズマソース電力及びプラズマバイアス電力が別々のフィードバック制御ループで制御されるプラズマリアクタを発明した。バイアス電力フィードバック制御ループにおいては、プラズマバイアス電力をサーボ又は制御することで、イオンエネルギー（又は、同等にはウェハ電圧）のユーザ選択ターゲット値と本測定機器によってリアルタイムで検出される実際のイオンエネルギーとの差を最小限にとどめる。同時に、ソース電力フィードバック制御ループにおいては、プラズマソース電力をサーボ又は制御することにより、プラズマイオン密度のユーザ選択ターゲット値、本測定機器によってリアルタイムで検出される実際のプラズマイオン密度及びイオン密度のユーザ選択ターゲット値との間の際を最小限にとどめる。本フィードバック制御装置の驚くべき特徴の１つが、バイアス電力入力側での測定値を用いてソース電力を制御することである。
【０００６】
加えて、イオン密度及びイオンエネルギーについてのターゲット値をいかにして選択するかの問題を解決した。本測定機器によりウェハ電圧（又は、同等にはイオンエネルギー）、ウェハ電流、イオン密度及びエッチング速度等の性能パラメータを即時に正確かつ同時に測定できることから、初めて、プラズマソース電力、プラズマバイアス電力及びその他（例えば、チャンバ圧、ソース電力周波数、印加磁場等）等の制御パラメータの関数として、これらの性能パラメータ全てのリアルタイム挙動を同時に正確に観察することが可能となった。これらの観察は、プラズマソース電力レベル及びプラズマバイアス電力レベルといった制御パラメータが性能パラメータ（例えば、エッチング速度、イオンエネルギー、イオン密度）セットに一対の独立変数という形で影響を与えるという発見につながった。この発見はプラズマ処理を制御するタスクを大いに単純化するものであり、様々なその他の制御パラメータを、処理中、一定に保持することで（つまり、一定チャンバ圧、一定ガス流量、一定ソース電力周波数及びバイアス電力周波数等）、バイアス及びソース電力レベルを通して処理全体を制御することができる。この技法を用いて性能パラメータ全て（エッチング速度、イオンエネルギーその他を含む）を２つの独立変数、つまりソース電力レベル及びバイアス電力レベルの一意関数としてパラメータ化した。この関数から、例えば一定エッチング速度、一定イオンエネルギー及び一定イオン密度の２次元ソース電力／バイアス電力空間における曲線を生成した。処理制御装置は、一定エッチング速度、一定イオン密度、一定イオンエネルギーの曲線を用いて多様な性能パラメータ（エッチング速度、イオンエネルギー、イオン密度）についてのユーザ選択範囲に応答し、ソース電力レベル及びバイアス電力レベルのターゲット値を即座に見つけ出す。この処理制御装置によりプラズマソース電力レベルとプラズマバイアス電力レベルについてのターゲット値が上記のフィードバック制御装置へと供給される。
【０００７】
この結果、所望の性能パラメータ値セット（例えば、エッチング速度）を実現するために必要な制御パラメータ（例えば、バイアス及びソース電力レベル）についての知識もこの点についてのリアクタ挙動についての対応する知識もユーザは必要としなくなる。その代わり、ユーザは所望の性能パラメータ値セット又は範囲を制御プロセッサに入力さえすればよく、制御プロセッサがターゲット制御パラメータ値（ターゲットソース電力及びバイアス電力値）を即座に上記記載のフィードバック制御装置に指定する。その後、プラズマ処理の制御は完全に自動となり、ユーザが変更を加えても即時に対応可能となる。例えば、ユーザは同一エッチング工程中に時間毎に異なるエッチング速度を指定してもよく、その場合、エッチング処理の初期ではあるエッチング速度が主流となり、処理の終盤に向かっては別のエッチング速度が主流となる。ユーザはどの制御パラメータも指定する必要がなく、ただ所望の結果（つまり、エッチング速度等の性能パラメータ）を指定すればよい。
【０００８】
エッチング速度、イオン密度及びイオンエネルギーを含む性能パラメータを即時に測定するための機器
図１を参照するが、プラズマリアクタ１００は真空チャンバ１００を包囲しているチャンバ筐体１０５を有し、チャンバ内ではウェハ支持台座部１１５が処理対象である半導体ウェハ１２０を支持している。ＲＦバイアス電力発生装置１２５からのプラズマＲＦバイアス電力をインピーダンス整合回路１３０を介してウェハ支持台座部１１５に印加する。インピーダンス整合回路１３０内の慣用の検出回路１３２はインピーダンス整合回路１３０のウェハ支持台座部１１５への出力側に取付けられた３つの出力端子１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃを有し、それぞれ電力（Ｐバイアス）、電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）を示す信号を供給する。本明細書において上で言及した測定機器である測定機器１４０は出力端子１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃからの信号を用いてウェハ１２０上でのエッチング速度、ウェハ表面でのイオンエネルギー（又は同等にはウェハ電圧）、リアクタチャンバ内におけるイオン密度及びウェハ１２０を通る電流を同時に測定する。測定機器１４０はリアクタ１００の電気モデルに基づいて処理を行う。このモデルは図２に図示されている。
【０００９】
図２は図１のプラズマリアクタをより詳細に図示したものであり、電極１１５−１、その上の薄い誘電体（例えば、セラミック）層１１５−２、電極下の誘電体（例えば、セラミック）層１１５−３、及び台座部１１５の底部の導電性（例えば、アルミニウム）平面接地板１１５−４を含むウェハ支持台座部１１５の個々の要素が見てとれる。電極１１５−１は図示の実施形態においては導電性グリッドの形態をとっており、例えば導電性中実板又は導電性メッシュ等の様々な形態で実施してもよい。以下、電極１１５−１を導電性グリッドとして言及するが、本明細書内で使用している「グリッド」という用語は電極１１５−１が取り得る形態全てを指すものであり、例えば導電性中実板又は導電性メッシュ、又は導電性スクリーン、又は上記記載の形態のいずれか或いは全ての態様を組み合わせた形態が挙げられる。図２にはインピーダンス整合回路１３０の出力側をグリッド１１５−１に接続している同軸ケーブル２１０も描かれている。同軸ケーブル２１０は内側導体部２１２と外側導体部２１４を有する。図２に図示のパラメータを備えた電気モデルによりプラズマリアクタ１００の電気的特性が特徴付けられ、電気的特性は慣用の技法を用いて容易に求められる。具体的には、同軸伝送線つまりケーブル２１０は３つの数量により特徴付けられる。つまり、（１）その長さ、（２）その特性インピーダンスＺｃｈ、及び（３）伝送線方程式におけるその複素位相速度Ｖｃｈである。ウェハ支持台座部１１５は上下の誘電体層１１５−２及び１１５−３の電気的特性により特徴付けられる。具体的には、その下の誘電体層１１５−３は容量ＣＤを有し、これは（１）誘電体層１１５−３の誘電率εＤ、及び（２）誘電体層１１５−３の導体損失成分ｔａｎＤ、（３）誘電体層１１５−３の厚みつまりギャップ及び（４）ウェハ１２０の半径の関数である。その上の誘電体層１１５−２は容量Ｃｐを有し、これは（１）誘電体層１１５−２の厚み、つまりギャップｐ、（２）誘電体層１１５−２の誘電率εｐ、及び（３）誘電体層１１５−２の導体損失成分ｔａｎｐの関数である。プラズマ２２０は、実数部（コンダクタンスｇ）と虚数部（サセプタンスｂ）から成るアドミタンスＹプラズマ（内側チャンバ壁部又は天井部等のＲＦ接地への）によって特徴付けられる。これらの電気的パラメータはそれぞれ測定機器１４０の動作において役割を有している。
【００１０】
図３は図１の測定機器１４０の構造を図示している。入力位相プロセッサ３１０は図１のインピーダンス整合検出回路１３２からＰバイアス、Ｖ及びＩ信号を受け取ると、複素インピーダンスＺ、複素入力電流Ｉｉｎ及び複素入力電圧Ｖｉｎを示す各信号を同軸ケーブル２１０の近端で生成する（つまり、インピーダンス整合回路１３０に最も近い端部）。伝送線変換プロセッサ３２０は同軸ケーブル２１０の電気モデル３３０からの特性インピーダンスＺｃｈ及び複素損失係数Ｖｃｈ（伝送線方程式における）を用いてケーブル近端のＺ、Ｉｉｎ及びＶｉｎからケーブル遠端での、つまり同軸ケーブル２１０とグリッド１１５−１との接合部でのアドミタンスＹ接合部へと変換する。グリッド／接地変換プロセッサ３４０は、グリッド／接地容量のモデル３４５から半径、ギャップ、εＤ及びｔａｎＤを受け取り、絶縁抵抗ＲＤ及び絶縁容量ＣＤを生成する。グリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０は半径、ギャップＰ、εＰ及びｔａｎＰをグリッド／ウェハ容量のモデル３５５から受け取り、プラズマ抵抗ＲＰ及びプラズマ容量ＣＰを生成する。複合変換プロセッサ３６０はその他のプロセッサ３２０、３４０、３５０全ての出力を受け取るとウェハからＲＦ接地へのプラズマを通したアドミタンスＹプラズマを算出し、またウェハ電圧Ｖウェハ（又はイオンエネルギー）を算出する。プラズマアドミタンス及びウェハ電圧から、以下の数量、つまりウェハ電流Ｉウェハ、エッチング速度及びイオン密度を算出する。
【００１１】
要約すると、電気測定はインピーダンス整合回路１３０の出力側で行う。伝送線変換プロセッサ３２０はケーブル２１０の近端でのこれらの測定値を遠端でアドミタンスへと変換する。グリッド／接地変換プロセッサ３４０はケーブルの遠端近くの接地平面１１５−４から導電性グリッド１１５−１へと変換を行う。グリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０は、導電性グリッド１１５−２からウェハ１２０へと変換を行う。上記の変換全てを用いることで、複合変換プロセッサ３６０はプラズマアドミタンスの形式でもってプラズマ全体の変換を行う。プラズマアドミタンスから、エッチング速度やプラズマイオン密度等の様々な性能パラメータが算出される。
【００１２】
伝送線モデル３３０、グリッド／接地容量のモデル３４５及びグリッド／ウェハ容量のモデル３５５は必ずしも測定機器１４０の一部ではなく、或いは同軸ケーブルパラメータ（Ｖｃｈ及びＺｃｈ）、グリッド／接地容量パラメータ（ギャップ、εＤ、ｔａｎＤ、半径）及びグリッド／ウェハ容量パラメータ（ギャップＰ、εＰ、ｔａｎＰ及び半径）をそれぞれ保存する、測定機器１４０内のメモリであってもよい。
【００１３】
図４は図３の入力位相プロセッサ３１０の構造を図示している。供給電力算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）４１０は供給電力Ｐをインピーダンス整合検出回路１３２からの出力Ｉ及びＰバイアスからＰバイアス−（０．１５）Ｉ２として算出する。位相角ＡＬＵ４２０は位相角θを供給電力Ｐ及びＶ及びＩからｃｏｓ−１（Ｐ／ＶＨＩ）として算出する。インピーダンスＡＬＵ４３０は複素インピーダンスＺを（Ｖ／Ｉ）ｅｉθとして算出し、ここでｉ＝（−１）１／２である。入力電流ＡＬＵ４４０は同軸ケーブル２１０への入力電流Ｉｉｎを[Ｐ／Ｒｅ(Ｚ)]１／２として算出する。入力電圧ＡＬＵ４５０は同軸ケーブル２１０への入力電圧ＶｉｎをＺＨＩｉｎとして算出する。
【００１４】
図５は図３の伝送線変換プロセッサ３２０の構造を図示する。伝送線プロセッサはＩｉｎ及びＶｉｎを図４の入力位相プロセッサ３１０からの入力として受取り、（図３の伝送線モデル又はメモリ３３０からの）伝送線モデルパラメータＶｃｈ及びＺｃｈを用いて以下のようにしてアドミタンスＹ接合部を算出する。つまり接合部電流ＡＬＵ５１０は電流Ｉ接合部を同軸ケーブル２１０とグリッド１１５−１（図１）との接合部で、
（Ｉｉｎ）ｃｏｓｈ[(Ｖｃｈ)(−長さ)]＋(Ｖｉｎ／Ｚｃｈ)ｓｉｎｈ(Ｖｃｈ)(−長さ)]、
として算出する。
接合部電圧ＡＬＵ５２０は電圧Ｖ接合部を同軸ケーブル２１０とグリッド１１５−１との接合部で、
（Ｖｉｎ）ｃｏｓｈ[（Ｖｃｈ）（−長さ）]＋（ＩｉｎＺｃｈ）ｓｉｎｈ[（Ｖｃｈ）（−長さ）]、
として算出する。
【００１５】
除算器５３０はＩ接合部とＶ接合部を受け取り、Ｙ接合部をＩ接合部／Ｖ接合部として算出する。上記の計算における各電気的数量（電流、電圧、インピーダンス、アドミタンス等）は実数部と虚数部の双方を有する複素数であることに留意しなくてはならない。
【００１６】
図６は図３のグリッド／接地変換プロセッサ３４０の構造を図示している。グリッド／接地変換プロセッサ３４０はギャップ、εＤ、ｔａｎＤ、半径（ウェハ半径）であるパラメータを図３のグリッド／接地モデル又はメモリ３４５から受け取り、絶縁抵抗ＲＤと絶縁容量ＣＤを算出する。絶縁容量ＣＤはＣＤ ＡＬＵ６１０により以下
（ε０）（εＤ）π（半径）２／ギャップ
のように算出され、ここでε０は自由空間の電気誘電率である。ＲＤ ＡＬＵ６２０はＣＤ ＡＬＵ６１０からの値ＣＤを用いて以下
（ｔａｎＤ）／（ωＣＤギャップ２）
のように絶縁抵抗ＲＤを算出し、ここでωは図２のバイアスＲＦ発生装置１２５の角周波数である。
【００１７】
図７は図３のグリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０の構造を図示している。グリッド／ウェハ変換プロセッサ３５０は図３のグリッド／ウェハモデル又はメモリ３５５からギャップＰ、εＰ、ｔａｎＰ、半径であるパラメータを受け取り、プラズマ抵抗ＲＰ及びプラズマ容量ＣＰを算出する。プラズマ容量ＣＰは以下、
（ε０）（εＰ）π（半径）２／ギャップｐ、
のようにＣＰ ＡＬＵ７１０によって算出され、ここでε０は自由空間の電気誘電率である。ＲＰ ＡＬＵ７２０はＣＰ ＡＬＵ７１０からの値ＣＰを用いて以下、
（ｔａｎＰ）／（ωＣＰギャップＤ２）、
のようにプラズマ抵抗ＲＰを算出し、ここでωは図２のバイアスＲＦ発生装置の角周波数である。
【００１８】
図８は図３の複合変換プロセッサ３６０の構造を図示している。複合変換プロセッサ３６０は図３のプロセッサ３４０からパラメータＲＤ、ＣＤを受け取り、図３のプロセッサ３５０からパラメータＲＰ、ＣＰを受け取り、図３のプロセッサ３２０からパラメータＹ接合部を受け取る。グリッドインピーダンスＡＬＵ８１０は以下、
[Ｙ接合部−１／（ＲＤ＋（１／（１ωＣＤ）））]−１、
のようにＺグリッド（図２のグリッド１１５−１でのインピーダンス）を算出する。
ウェハインピーダンスＡＬＵ８２０はグリッドインピーダンスＡＬＵ８１０の出力を用いて以下、
Ｚグリッド−１／（ＲＰ＋（１／（ｉωＣＰ）））、
のようにＺウェハ（図２のウェハ１２０でのインピーダンス）を算出する。
【００１９】
ウェハ電圧ＡＬＵ８３０はＡＬＵ８１０及び８２０双方からの出力及び図５の除算器５３０からのＶ接合部を用いて図２のウェハ１２０上の電圧ＶウェハをＶ接合部Ｚウェハ／Ｚグリッドとして算出する。ウェハ電流ＡＬＵ８４０はＡＬＵ８２０と８３０からの出力を用いてウェハ電流ＩウェハをＶウェハ／Ｚウェハとして算出する。アドミタンスＡＬＵ８５０はＡＬＵ８２０の出力を用いてプラズマのアドミタンスＹプラズマを１／Ｚウェハとして算出する。サセプタンスＡＬＵ８６０はＡＬＵ８５０の出力を用いてプラズマサセプタンスｂをＩｍ（Ｙプラズマ）として算出する。エッチング速度ＡＬＵ８７０はＡＬＵ８３０からのウェハ電圧とＡＬＵ８６０からのサセプタンスを用いてエッチング速度をｂ２Ｖウェハ２として算出する。イオン密度ＡＬＵ８８０は同じ出力を用いてイオン密度をｋｂ２Ｖウェハ３／２として算出し、ここでｋは、
（２３／２／３２）（１／[ｑε０Ａ２π２ｆ２Ｔｅ２]）、
によって得られる定数であり、ｑは電荷であり、Ａは図２のウェハ１２０の面積であり、ｆは図２のバイアス電力発生装置１２５の周波数であり、Ｔｅはボルト表記での電子温度である。イオン密度と測定した数量ｂ及びＶウェハとのこの関係はプラズマサセプタンスについての近似公式及びプラズマシース厚さについての公式から得られる。プラズマサセプタンスはεＡω／λとして近似値を求めることができ、ここでεはプラズマ内での電気誘電率であり、Ａは電極面積、ωはバイアス電力信号の角周波数であり、λはプラズマシース厚さである。プラズマシース厚さは[Ｔｅ／（ｑη）]１／２[２Ｖウェハ／Ｔｅ]３／４として近似値を求めることができ、ここでＴｅは電子温度であり、ｑは電荷であり、ηはイオン密度である。シース厚さについての式をサセプタンスについての式に代入し、イオン密度について解くことで、サセプタンスとウェハ電圧の関数としてのイオン密度の式が得られる。
【００２０】
処理フィードバック制御システム
図９は図３の測定機器１４０を用いる処理フィードバック制御システムを図示している。プラズマリアクタ９００は図１のプラズマリアクタ１００の全構成を含み、これに加えインピーダンス整合回路９１５を介してＲＦソース電力発生装置９２０へと接続された天井ＲＦソース電力印加装置９１０を含む。ＲＦソース電力印加装置９１０は、例えば、接地チャンバ筐体１０５から絶縁された天井電極である。ＲＦプラズマソース電力発生装置９２０の電力レベルは、概してプラズマイオン密度を制御し、ＲＦプラズマバイアス電力発生装置１２５の電力レベルは概してウェハ表面でのイオンエネルギーを制御する。測定機器１４０は電力、電圧及び電流出力をインピーダンス整合回路１３０の検出回路１３２から受け取る。これらの数量から、測定機器１４０はプラズマサセプタンスｂを算出し、また測定信号として出力されるウェハ電圧Ｖウェハを算出する。これらの計算は図５を参照して上記で説明したやり方で行われる。次に、測定機器１４０はｂ及びＶウェハからイオン密度及び／又はエッチング速度を、図５を参照して上記で説明したやり方で算出する。測定機器１４０によりこのようにして生成された３つの測定信号のうちの少なくとも２つをフィードバック制御ループで使用することが可能である。
【００２１】
フィードバック制御装置９５０は測定機器１４０からの測定信号を用いてフィードバック信号を作成し、ＲＦプラズマバイアス電力発生装置１２５とＲＦプラズマソース電力発生装置９２０の電力レベルを制御する。ウェハ電圧Ｖウェハと同等であるウェハ表面でのイオンエネルギーはバイアス電力発生装置１２５の電力レベルによって直接的に制御される。従って、フィードバック制御装置９５０は測定機器１４０からのウェハ電圧測定信号（つまり、図８のＡＬＵ８３０からのＶウェハ）を用いてバイアス電力フィードバック制御ループ９５７内でバイアス電力発生装置１２５を制御する。その一方で、ソース電力発生装置９２０はプラズマイオン密度を直接的に制御する。従って、フィードバック制御装置９５０は測定機器１４０からのプラズマイオン密度測定信号（つまり、図８のＡＬＵ８８０からのｋｂ２Ｖウェハ３／２）を用いてソース電流フィードバック制御ループ９５８内でソース電力発生装置９２０を制御する。
【００２２】
バイアス電力フィードバック制御ループ９５７はウェハ電圧又はイオンエネルギーの選択した又は所望のターゲット値である[Ｖウェハ]ターゲットを保存するメモリ９６０を含む。減算器９６２は検出されたウェハ電圧Ｖウェハからこのターゲット値を減算してエラー信号を生成する。バイアス電力フィードバックループ９５７のゲインはメモリ９６４内に保存されたバイアス電力フィードバックゲイン係数によって決定される。乗算器９６６は減算器９６２からのエラー信号にメモリ９６４内のゲイン係数を乗じ、バイアス電力発生装置１２５の電力レベルを制御するために使用する補正信号を生成する。バイアス電力フィードバック制御ループ９５７の経路は、ウェハ電圧を表す測定信号Ｖウェハを生成するために測定機器１４０に適用される信号Ｖ、Ｉ及びＰバイアスによって完了する。
【００２３】
ソース電力フィードバック制御ループは検出されたイオン密度値ｂ２Ｖウェハ３／２を測定機器１４０から受け取る。メモリ９７５はイオン密度の選択された又は所望のターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ３／２]ターゲットを保存する。減算器９８０は測定されたイオン密度とイオン密度ターゲット値との差異を算出し、エラー信号を生成する。ソース電力フィードバック制御ループ９５８のゲインはメモリ９８５内に保存されたソース電力フィードバックゲイン係数によって決定される。乗算器９９０はメモリ９８５からのゲイン係数を減算器９８０からのエラー信号に乗じ、補正信号を生成する。この補正信号を用いてＲＦソース電力発生装置９２０の電力レベルを制御する。ソース電力フィードバック制御ループ９５８の経路は、イオン密度を表す測定信号ｂ２Ｖウェハ３／２を生成するために測定機器１４０に適用される信号Ｖ、Ｉ及びＰバイアスによって完了する。
【００２４】
エッチング処理工程等のプラズマ処理工程の開始時に、ＲＦソース電力発生装置９２０及びＲＦバイアス電力発生装置１２５の電力レベルＰＳ及びＰＢそれぞれについての初期値を指定することが可能である。これらの初期値が最適値に十分に近いならば、フィードバック制御装置９５０による過度の初期補正が回避可能となる。これを目的として、バイアス電力フィードバックループ９５７は、乗算器９５７からのフィードバック補正信号を受け取り、かつバイアス電力についてのターゲット値である[Ｐバイアス]ターゲットを受け取るために連結されたバイアス電力コマンドプロセッサ９９２を含む。プラズマ処理開始前にフィードバック信号はないため、バイアス電力コマンドプロセッサ９９２はバイアス電力発生装置１２５の電力レベルを初期ターゲット値[Ｐバイアス]ターゲットに設定する。一旦処理が開始されるとフィードバック信号が生じるため、バイアス電力コマンドプロセッサ９９２はバイアス電力ターゲット値よりもむしろ乗算器９６６からのフィードバック補正信号に従ってバイアス電力を制御する。
【００２５】
同様に、ソース電力フィードバックループ９５８は乗算器９９０からのフィードバック補正信号をうけとり、かつソース電力についてのターゲット値である[Ｐソース]ターゲットを受け取るために連結されたソース電力コマンドプロセッサ９９４を含む。プラズマ処理開始前にフィードバック信号はないため、ソース電力コマンドプロセッサ９９４はソース電力発生装置９２０の電力レベルを初期ターゲット値[Ｐソース]ターゲットに設定する。一旦処理が開始されるとフィードバック信号が生じるため、ソース電力コマンドプロセッサ９９４はソース電力ターゲット値よりもむしろ乗算器９９０からのフィードバック補正信号に従ってソース電力を制御する。
【００２６】
別の態様において、処理工程の大部分又は全てを通し、その各自フィードバック制御ループ９５７、９５８を無視して、その代わりにユーザがソース及びバイアス電力コマンドプロセッサ９９２、９９４を指示することでソース及びバイアス電力レベルを指定ターゲット値である[Ｐソース]ターゲット及び[Ｐバイアス]ターゲットに維持することが可能である。処理中、ユーザはこれらの値を必要に応じて変更可能である。
【００２７】
図１０を参照するが、フィードバック制御プロセッサ９５０はイオン密度ではなくエッチング速度をソース電力フィードバック制御ループ９５８における測定パラメータとして使用してもよい。測定機器１４０内において、エッチング速度測定信号はｂ２Ｖウェハ２を算出する図８のＡＬＵ８７０から取られる。図１０において、メモリ９７５´（図９のメモリ９７５の代替）はエッチング速度のターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ２]ターゲットを保存する。減算器９８０は図９を参照して説明したように演算を行い、エラー信号を生成する。図１０のソース電力フィードバック制御ループの残りの部分は概して図９と同一である。
【００２８】
処理設定点制御装置
フィードバック制御装置９５０は多様な処理制御パラメータについて多数のターゲット値を必要とする。具体的には、図９のフィードバック制御装置９５０はイオン密度についてのターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ３／２]ターゲットを保存するためのメモリ９７５と、イオンエネルギー（または同等にウェハ電圧）についてのターゲット値である[Ｐウェハ]ターゲットを保存するメモリ９６０を有する。図１０のフィードバック制御装置において、メモリ９７５はエッチング速度のターゲット値である[ｂ２Ｖウェハ２]ターゲットを保存するメモリ９７５´によって置き換えられている。これに加え、フィードバック制御装置９５０はソース及びバイアス電力レベルについての各自初期ターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを用いることで、上述したように、フィードバック制御装置９５０を初期化することが可能である。これらのターゲット値の選択又は最適化はユーザにまかせることが可能であるが、過度の試行錯誤を伴ったり信頼性が低い可能性がある。通常、特定の処理結果（例えば、特定のエッチング速度、特定のイオンエネルギー、ストライエーション等のエッチング処理時のアーチファクトの低減、ウェハ電流による加熱の軽減等）を達成したいとするユーザは試行錯誤を繰り返す時間のかかるプログラムを行うことで最適処理制御パラメータを見つけ出し、所望の結果を達成しなくてはならない。このため、既存の処理の変更又は新しい処理の設計には非常に長い開発期間が必要となる。
【００２９】
この制約を克服するために、図１１のリアクタ内で用いた処理設定点制御装置１１１０は、多様な性能パラメータについてのユーザ選択値に基づいて自動的にかつ迅速に（つまり即座に）処理制御パラメータの最適ターゲット値を見つけ出す。例えば、処理設定点制御装置１１１０はユーザが指定した所望のエッチング速度及び／又は所望のウェハ電圧又はその他の性能パラメータに基づいてターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを求めてもよい。従って、新しい処理レシピがほぼ即座に設計可能である。本発明のプラズマリアクタにおいて、これはミリ秒で行うことが可能であるが、必要ならマイクロ秒もの速さとすることも可能である。
【００３０】
多くの処理制御パラメータ（つまり、ユーザの直接制御下にあるリアクタの特性、例えばチャンバ圧、ソース及びバイアス電力レベル等）、及び多くの処理性能パラメータ（つまり、直接制御下にないプラズマ及び処理の特性、例えばエッチング速度、イオン密度、イオンエネルギー、ウェハ電流等）がある。ユーザはこれらの性能パラメータのいずれか１つ又はそれ以上を所定の処理の目標として指定することが可能である。制御パラメータのいずれか１つ又は一群又は全てを用いて、ユーザが選択した性能パラメータの所望のレベルを達成することが可能である。ここで問われるのが、一部の制御パラメータの影響が、ユーザが選択した性能パラメータの制御においてその他の制御パラメータに関係してくるか否かということであり、選択した性能パラメータにおいて所望の結果を得るために正しい制御パラメータセットを選択するのは複雑という問題があり、特に最適である組合せなどないように思われる。
【００３１】
しかしながら、本願発明者はソース電力及びバイアス電力が対象とする性能パラメータを制御しており、また、その制御が独立した形であることを発見した。つまり、ソース電力Pソース及びバイアス電力Pバイアスは独立変数であり２次元制御空間を形成する直交するエンティティとして捉えることができ、性能パラメータの制御には融通が利き、その他の制御パラメータの変更が不要である。この発見によりたった２つの変数へと問題が大幅に軽減される。
【００３２】
従って、以下の説明は、処理中、Pソース及びPバイアス以外の制御パラメータを一定に維持する制御システムに関する。このため、チャンバ圧、ガス組成、ガス流量、ソース電力周波数、バイアス電力周波数等を含む処理制御パラメータは一定に保持される。ソース電力及びバイアス電力レベル（Pソース及びPバイアス）を変更することで、指定の性能パラメータセット（例えば、エッチング速度及びイオン密度）において所望の値を達成する。
【００３３】
様々なパラメータについてターゲット値を見つけ出すという課題は、選択した性能パラメータセットについてのユーザ定義値セットと仮定した場合、一定パラメータ等高線セットを上記の２次元Pソース−Pバイアス空間で重ね合わせる処理設定点制御装置１１１０によって解決される。こういった一定パラメータ等高線は図１１の一定パラメータ等高線生成装置１１２０から得られる。例えば、一定イオン密度の等高線（図１２）、一定イオンエネルギー又はウェハ電圧の等高線（図１３）、及び一定エッチング速度の等高線（図１４）を用いる。測定機器１４０を用いて一定パラメータ等高線生成装置１１２０がどのようにしてこれらの等高線を生成するかは本明細書で後述する。本願の記載は処理設定点制御装置１１１０によるその使用に関連する。
【００３４】
図１２を参照するが、チャンバ圧２０ｍTでのPソース−Pバイアス空間における一定プラズマイオン密度等高線セットは、通常、小さい負の勾配と小さいが正の第１導関数ｄ（Pソース）／ｄ（Pバイアス）を有する。最上部の等高線は一定プラズマ密度５H１０１０イオン／ｃｍ３に対応し、最下部の等高線は１．５H１０１０イオン／ｃｍ３に対応する。縦軸（Pソース）は０−１５００ワットに亘り、横軸（Pバイアス）は２０００−４５００ワットに亘る。図１３を参照するが、同一チャンバ圧（２０ｍT）での一定ウェハ電圧の等高線セットは正の勾配を有し、６００ボルト（最上部）から１８００ボルト（底部）に亘っている。図１４を参照すると、一定エッチング速度（任意の単位、例えばｋ＝１）の等高線セットは大きな負の勾配を有している。
【００３５】
処理設定点制御装置１１１０はイオン密度、イオンエネルギー及びエッチング速度のユーザ選択値をいかにして同時に満たすかを決定する。制御装置はこの決定を、図１２−１４の対応する等高線のPソース−Pバイアス空間内での交点を見つけることで行う。この交点はソース及びバイアス電力についての最適ターゲット値、つまり[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを示す。ユーザが２つの性能パラメータについてのみ値を指定すると問題は若干、簡単となる。例えば、ユーザがウェハ電圧を１１００ボルト、イオン密度を３．５H１０１０イオン／ｃｍ３と指定した場合、Pソース−Pバイアス空間における正しい地点は図１２の１１００ボルトでの一定ウェハ電圧等高線と図１３の３．５H１０１０イオン／ｃｍ３での一定密度等高線を重ね合わせ、Pソース−Pバイアス空間におけるその交点を見つけ出すことで得られる。この手順は処理設定点制御装置１１１０によって行われ、２つの曲線がPソース−Pバイアス空間において点[８５０W、３７５０W]で交差している図１５で図示されている。従って、この例において、ユーザの要求は、ソース電力レベルを８５０Wに、バイアス電力レベルを３７５０Wに設定することで満たされる。このため、このケースでは、図９のソース電力コマンドプロセッサ９９４及びバイアス電力コマンドプロセッサ９９２に供給されるターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットはそれぞれ８５０ワット及び３７５０ワットである。
【００３６】
ソース及びバイアス電力レベルのターゲット値をこうやって演繹することで、ユーザがまだ指定又は制限していないその他のパラメータのターゲット値も演繹し得ることに留意しなくてはならない。例えば、上記の例において、ユーザは特定のエッチング速度を指定していない。しかしながら、イオン密度及びエネルギーについてのユーザ選択値を満たすエッチング速度のターゲット値は、図１４の等高線を図１５に重ね合わせる（又はその逆）ことで見つけることが可能である。点[８５０W、３７５０W]は図１４の一定エッチング速度２．１０１（任意の単位）の等高線上にあり、その図面においてＡＸ＠で示されるとおりである。従って、図１０のフィードバック制御装置を使用する場合、設定点制御装置１１１０は任意の単位のエッチング速度ターゲット値２．１０１を図１０のメモリ９７５に書きだす。
【００３７】
この構成の利点は、一定電圧、密度、エッチング速度等の等高線がリアクタに特有であり、一般的に、所定の処理条件によって変化することがない点である。従って、等高線を処理に先立って一定パラメータ等高線生成装置１１２０によって求め、図１１で示されるように、リアクタ使用中、処理設定点制御装置１１１０がこれらを常時使用可能としてもよい。このようにして、図１５に図示したやり方で、特定のパラメータのターゲット値を即時又は必要な時に見つけることができる。
【００３８】
作動中、バイアス電力コマンドプロセッサ９９２及びソース電力コマンドプロセッサ９９４は処理設定点制御装置１１１０からターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットを受け取り、乗算器９５８及び９５７からフィードバック信号をそれぞれ受け取る。システムの初期化中、フィードバック信号は無視され、プロセッサ９９２及び９９４はＲＦ発生装置１２５、９２０の電力レベルをターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットへとそれぞれ設定する。フィードバック信号は処理開始後に利用可能となり、プロセッサ９９２、９９４はターゲット値の代わりにフィードバック制御ループ９５７、９５８を使用して、ソース電力とバイアス電力レベルを制御可能となる。或いは、電力コマンドプロセッサ９９２、９９４をプログラムして初期化時だけでなく処理中にもターゲット値[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットからソース及びバイアス電力レベルを求めてもよく、その間、フィードバックループ９５７、９５８は無視される。
【００３９】
図１１は、エッチング速度、ウェハ電圧、イオン密度及びウェハ電流を含む性能パラメータについてのユーザ選択値のいずれか１つ又は組合せを処理設定点制御装置１１１０に適用可能であることを表している。これに応じて、処理設定点制御装置１１１０は等高線生成装置１１２０からの適切な等高線を用いて、ソース及びバイアス電力ターゲット値だけでなく、場合によってはユーザが限定又は指定していないその他のパラメータについてのターゲット値、例えばエッチング速度、イオン密度、イオンエネルギー又はウェハ電流等のターゲット値を生成する。これらのターゲット値はフィードバック制御装置９５０に供給され、図９を参照して本明細書中で前述したやり方で使用される。
【００４０】
図１６は図１１の処理設定点制御装置１１１０の構造と演算を図示している。第１論理ユニット１６１０はユーザから（あるならば）エッチング速度コマンドを受け取り、メモリ１６１５から等高線生成装置１１２０によって前もって生成された一定エッチング速度の等高線セットから対応する一定エッチング速度等高線をフェッチする。第２論理ユニット１６２０はユーザから（あるならば）イオン密度コマンドを受け取り、メモリ１６２５から等高線生成装置１１２０により前もって生成された一定イオン密度の等高線セットから対応する一定イオン密度等高線をフェッチする。第３論理ユニット１６３０はユーザから（あるならば）ウェハ電圧（イオンエネルギー）コマンドを受け取り、メモリ１６３５から等高線生成装置１１２０により前もって生成された一定ウェハ電圧の等高線セットから対応する一定ウェハ電圧等高線をフェッチする。第４論理ユニット１６４０は論理ユニット１６１０、１６２０、１６３０によって選択されたいずれの等高線間でのPソース−Pバイアス空間における交点を見つけ出す。この交点は図１１のフィードバック制御装置９５０に[Ｐソース]ターゲットと[Ｐバイアス]ターゲットとして出力される。
【００４１】
等高線生成装置１１２０
図１１の等高線生成装置１１２０が行う演算が図１７、１８、１９に図示されている。図１７は、特定の性能パラメータがいかにしてバイアス電力と共に変化するかを定義する関数を見つけ出すにあたっての等高線生成装置１１２０の演算を図示している。これらにはウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度といった性能パラメータについての関数が含まれる。以下で説明されるように、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度のバイアス電力による変化の観察は図１１の構成を用いて測定機器１４０によって等高線生成装置１１２０用に行われる。図１１において、測定機器１４０はウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度についての瞬間測定値を等高線生成装置１１２０へと送信する。また等高線生成装置１１２０は、図１１に図示されるように、カレントソース電力及びバイアス電力コマンドを受け取ることで、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度という性能パラメータの挙動をソース電力及びバイアス電力の制御パラメータと相関させることが可能となる。
【００４２】
図１８は特定の性能パラメータがいかにしてソース電力と共に変化するかを定義する関数を見つけ出すにあたっての等高線生成装置１１２０の演算を図示している。図１７と同様に、図１８において、これらにはウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度といった性能パラメータについての関数が含まれる。また図１７と同様に、図１８の演算は図１１の構成を用いて行われる。
【００４３】
図１９は図１７及び１８の演算で発見したソース電力及びバイアス電力の別々の関数をソース電力及びバイアス電力双方の合成関数（combined function）へとパラメータ化するにあたっての等高線生成装置１１２０の演算を図示している。こういった合成関数は２次元Pソース−Pバイアス空間における性能パラメータ（ウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度）の挙動を表している。次に、等高線生成装置１１２０は一定イオン密度、イオンエネルギー及びエッチング速度の等高線を各合成関数から導出する。
【００４４】
次に図１７に図示の演算を図１１と１７の双方を参照して詳細に説明する。図１７のブロック１７１０の工程において、図１１のバイアス及びソース電力発生装置１２５、９２０の周波数を一定値に設定し、図１１のリアクタの真空ポンプ１１８０の排気速度を制御して一定チャンバ圧を達成し、ガス供給源１１８２、１１８４からの質量流量を図１１の質量流量制御装置１１８６を通して一定値に設定する。図１７のブロック１７２０の工程において、図１１のソース電力発生装置９２０の電力レベルを初期設置点に設定すると、バイアス電力レベルを除いて全処理が定常状態となる。図１７のブロック１７３０の工程において、図１１のバイアス電力発生装置１２５の電力レベルは所定の範囲の始点に設定される。次に、測定機器１４０は電圧電流及び電力をインピーダンス整合回路１３０で検出し、図１−８に関連して前述したやり方でウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度を測定する（図１７のブロック１７４０）。これらの測定値は等高線生成装置１１２０に送信され、メモリ１１２０ａに保存される。次の工程（図１７のブロック１７５０）において、図１１のバイアス電力発生装置１２５の電力レベルを（制御装置１１１０のコマンドにより）若干高い値にインクリメントし、その値で保持する。次に、図１７のブロック１７６０の工程において、最後のバイアス電力レベルがバイアス電力範囲の終点にあるか否かを判定する。もしそうでない場合（ブロック１７６０のＮＯ分岐路）、演算はループ１７６５をブロック１７４０の工程へと戻る。ループ１７６５の工程は、バイアス電力範囲の終点に到達するまで（ブロック１７６０のＹＥＳ分岐路）このようにして繰り返される。この結果、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度の挙動を定義するバイアス電力の関数に対応する３つのデータセットがメモリ１１２０ａ内に保存される。慣用のデータフィットアルゴリズムを用いて、等高線生成装置は３つのデータセットからデータに対応する代数関数を生成し、以下の、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐバイアス）ｉ、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐバイアス）ｉ、
としてメモリ１１２０ａ内に保存する。ここでηはプラズマイオン密度であり、ＥＲはエッチング速度であり、指数ｉはソース電力発生装置９１５のカレントレベルを意味している（ブロック１７７０）。図１７の次の工程において（ブロック１７８０）、ソース電力発生装置９１５のレベルを新しい値へとインクリメントし、ｉ６ｉ＋１とする。新しいソース電力レベルがソース電力範囲の終点にない場合（ブロック１７９０のＮＯ分岐路）は、演算はループ１７９５をブロック１７３０の工程へと戻り、ループ１７９５の工程（つまり、ブロック１７３０から１７９０）は、ソース電力レベルがソース電力範囲の終点に達するまで繰り返される（ブロック１７９０のＹＥＳ分岐路）。この結果、ソース電力範囲内のｉの値全てについて多数の関数セット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐバイアス）ｉ、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐバイアス）ｉ、
がメモリ１１２０ａ内に保存される。これにより、バイアス電力での３つの挙動パラメータＶウェハ、η、ＥＲの挙動がソース電力と共に変化するか否かの分析判定が可能となる。それほど大きな変化はないと判明したため、バイアス電力とソース電力は少なくともほぼ独立変数である。従って、パラメータＶウェハ、η、ＥＲのそれぞれについての単一バイアス電力関数は、概して、ソース電力レベルの全範囲に亘って、少なくとも本明細書中で後に説明する実施例で選択した範囲について、実に正確に挙動を予測する。このため、図１７のループ１７９５は厳密には必要でない。その代わり、工程１７２０でソース電力レベル範囲の中間でソース電力レベルについての単一値を選択し、ループ１７６５を実行し、３つの関数のそれぞれについての単一データセット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）、
＝ｆｂ（Ｐバイアス）、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐバイアス）、
を生成してもよい。バイアス電力のこれら３つの関数はメモリ１１２０ａ内に保存される。
【００４５】
次に図１８に図示の演算を図１１及び１８の双方を参照して詳細に説明する。図１８のブロック１８１０の工程において、図１１のバイアス及びソース電力発生装置１２５、９２０の周波数を一定値に設置し、図１１のリアクタの真空ポンプ１１８０の排気速度を制御して一定のチャンバ圧を達成し、図１１の質量流量制御装置１１８６を介してガス供給源１１８２、１１８４からの質量流量を一定値に設定する。図１８のブロック１８２０の工程において、図１１のバイアス電力発生装置１２５の電力レベルを初期設定点に設定すると、ソース電力レベルを除いて全処理が定常状態となる。図１８のブロック１８３０の工程において、図１１のソース電力発生装置９２０の電力レベルを所定の範囲の始点に設定する。次に、測定機器１４０は電圧電流及び電力をインピーダンス整合回路１３０で検出し、図１−８に関連して前述したやり方でウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度を測定する（図１８のブロック１８４０）。これらの測定値は等高線生成装置１１２０に送信され、メモリ１１２０ａに保存される。次の工程（図１８のブロック１８５０）において、図１１のソース電力発生装置９２０の電力レベルを（制御装置１１１０のコマンドにより）若干高い値にインクリメントし、その値で保持する。次に、図１８のブロック１８６０の工程において、最後のソース電力レベルがソース電力範囲の終点にあるか否かを判定する。もしそうでない場合（ブロック１８６０のＮＯ分岐路）は、演算はループ１８６５をブロック１８４０の工程へと戻る。ループ１８６５の工程は、ソース電力範囲の終点に到達するまで（ブロック１８６０のＹＥＳ分岐路）このようにして繰り返される。この結果、ウェハ電圧、イオン密度及びエッチング速度の挙動を定義するソース電力の関数に対応する３つのデータセットがメモリ１１２０ａ内に保存される。慣用のデータフィットアルゴリズムを用いて、等高線生成装置１１２０は３つのデータセットからデータに対応する代数関数を生成し、以下の、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐソース）ｉ、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐソース）ｉ、
としてメモリ１１２０ａ内に保存される。ここでηはプラズマイオン密度であり、ＥＲはエッチング速度であり、指数ｉはバイアス電力発生装置１２５のカレントレベルを意味している（ブロック１８７０）。図１８の次の工程において（ブロック１８８０）、バイアス電力発生装置１２５のレベルを新しい値へとインクリメントし、ｉ６ｉ＋１とする。新しいバイアス電力レベルがバイアス電力範囲の終点にない場合（ブロック１８９０のＮＯ分岐路）、演算はループ１８９５をブロック１８３０の工程へと戻り、ループ１８９５の工程（つまり、ブロック１８３０から１８９０）は、バイアス電力レベルがバイアス電力範囲の終点に達するまで繰り返される（ブロック１８９０のＹＥＳ分岐路）。この結果、バイアス電力範囲内のｉの値全てについて多数の関数セット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）ｉ、
＝ｆｂ（Ｐソース）ｉ、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐソース）ｉ、
がメモリ１１２０ａ内に保存される。これにより、ソース電力での３つの挙動パラメータＶウェハ、η、ＥＲの挙動がバイアス電力と共に変化するか否かの分析判定が可能となる。（図１７のケースと同様に）それほど大きな変化はないと判明したため、上述したように、バイアス電力とソース電力は少なくともほぼ独立変数である。従って、パラメータＶウェハ、η、ＥＲのそれぞれについての単一ソース電力関数は、概して、バイアス電力レベルの全範囲に亘って、少なくとも本明細書中で後に説明する実施例で選択した範囲について、実に正確に挙動を予測する。このため、図１８のループ１８９５は厳密には必要でない。その代わり、工程１８２０でバイアス電力レベル範囲の中間でバイアス電力レベルについての単一値を選択し、ループ１８６５を実行し、３つの関数のそれぞれについての単一データセット、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）、
＝ｆｂ（Ｐソース）、
ＥＲ＝ｆｃ（Ｐソース）、
を生成してもよい。ソース電力のこれら３つの関数はメモリ１１２０ａ内に保存される。従って、図１７及び１８の演算完了時、メモリ１１２０ａはウェハ電圧についての以下の、
Ｖウェハ＝ｆｂ（Ｐソース）、
Ｖウェハ＝ｆｂ（Ｐバイアス）、
の関数ペアと、
イオン密度についての以下の、
＝ｆａ（Ｐソース）、
＝ｆａ（Ｐバイアス）、
関数ペアと、
エッチング速度についての以下の、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐソース）、
ＥＲ＝Ｆｃ（Ｐバイアス）、
関数ペアを保持する。
【００４６】
図１９に図示の演算において、等高線生成装置１１２０はそれぞれ単一変数Pソース又はPバイアスを有する各関数ペアを変数ペアPソース及びPバイアスの単一合成関数へと組み合わせる。これにより以下の３つの関数である
Ｖウェハ＝（Ｐソース、Ｐバイアス）、
η（Ｐソース、Ｐバイアス）、
ＥＲ（Ｐソース、Ｐバイアス）、
が生成される。
【００４７】
一定パラメータ値の等高線（例えば、一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線、一定イオン密度の等高線）は各関数を一定値に設定し、次にＰソースをＰバイアスの関数として解くことで見つかる。例えば、一定ウェハ電圧３００Ｖの等高線を生成するために、関数Ｖウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）を３００Ｖに等しく設定し、次にＰソースについて解く。
【００４８】
図１９は、合成された２変数関数を生成し、次にその関数を様々な一定値でＰソースについてＰバイアスの関数として解く上記の工程を実行するにあたっての図１１の等高線生成装置１１２０の演算を図示している。ここで図１９を参照するが、第１工程（ブロック１９１０）ではウェハ電圧の１変数関数、つまりＶウェハ＝（Ｐソース）とＶウェハ＝（Ｐバイアス）をとり、その合成関数を見つける。次の工程（ブロック１９２０）ではイオン密度の１変数関数、つまりη（Ｐソース）とη（Ｐバイアス）をとり、その合成関数η（Ｐソース、Ｐバイアス）を見つける。第３の工程（ブロック１９３０）ではエッチング速度の１変数関数、つまりＥＲ（Ｐソース）とＥＲ（Ｐバイアス）をとり、その合成関数ＥＲ（Ｐソース、Ｐバイアス）を見つける。
【００４９】
次に、一定値の等高線を生成する。一定ウェハ電圧の等高線を生成するためには（図１９のブロック１９４０）、関数Ｖウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）をウェハ電圧の一定値と同等に設定し、得られた式を次にＰソースについてＰバイアスの関数として解く。この工程を一定ウェハ電圧値の範囲に亘って繰り返し、範囲全体の等高線セットを生成する。これらの等高線を図１１のメモリ１１２０ａに保存する（図１９のブロック１９４５）。
【００５０】
一定イオン密度の等高線を生成するためには（図１９のブロック１９５０）、関数η（Ｐソース、Ｐバイアス）をイオン密度の一定値と同等に設定し、得られた式をＰソースについてＰバイアスの関数として解く。この工程を一定イオン密度値の範囲に亘って繰り返し、イオン密度値範囲全体の等高線セットを生成する。これらの等高線を図１１のメモリ１１２０ａに保存する（図１９のブロック１９５５）。
【００５１】
一定エッチング速度の等高線を生成するためには（図１９のブロック１９６０）、関数ＥＲ（Ｐソース、Ｐバイアス）をエッチング速度の一定値と同等に設定し、得られた式をＰソースについてＰバイアスの関数として解く。この工程を一定エッチング速度値の範囲に亘って繰り返し、エッチング速度値の範囲全体の等高線セットを生成する。これらの等高線を図１１のメモリ１１２０ａに保存する（図１９のブロック１９６５）。
【００５２】
通常、各合成２変数関数、例えばＶウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）は個別関数のペア、例えばＶウェハ（Ｐソース）及びＶウェハ（Ｐバイアス）の積によって近似値を求めることが可能である。例えば、ＲＦ電力レベルを除く全ての制御パラメータを無視し、比例定数を無視すると、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐソース）・[Ｐソース]１／２、
Ｖウェハ＝ｆａ（Ｐバイアス）・[Ｐバイアス]１／２、
となり、合成２変数関数は近似的に：Ｖウェハ＝Ｆａ（Ｐソース、Ｐバイアス）＝ｆａ（Ｐソース）ｆａ（Ｐバイアス）・[Ｐソース]１／２[Ｐバイアス]１／２となる。但し、この式は正確ではない。正確な関数は、全制御パラメータ、つまり上記のＰソース及びＰバイアス、加えてソース電力周波数、バイアス電力周波数、チャンバ圧、及び（あるならば）磁場を使用するカーブフィット法により求めるのが最適である。発明者はＰソース及びＰバイアス双方の関数としてのＶウェハについての以下の式、
Ｖウェハ（Ｐソース、Ｐバイアス）＝Ｖ０（Ｐバイアス／Ｐｂ０）０．４[（Ｐソース／Ｐｓ０）Ｋ１（ｐ／ｐ０）−１＋（ｐ／ｐ０）０．５）−０．５、
を発見し、ここでＰｂ０は最大バイアス電力値であり、Ｐｓ０は最大ソース電力値であり、ｐ０は最低チャンバ圧であり、ｐは実際のチャンバ圧である。上述したリアクタチャンバ内において、最大ソース電力Ｐｓ０は１５００ワットであり、最大バイアス電力Ｐｂ０は４５００ワットであり、最低圧力ｐ０は３０ｍＴであった。これらの値はチャンバ設計や処理設計によって先行の例とは異なる場合がある。Ｖ０は以下の手順に沿って求められる。つまり最大バイアス電力Ｐｂ０をウェハ台座部に印加し、その一方でソース電力をゼロで保持し、チャンバを最低圧力ｐ０に保持する。次にウェハ電圧Ｖウェハを測定し、この測定値をＶ０として保存する。次に、ソース電力をその最大値Ｐｓ０にまで上げ、次にウェハ電圧Ｖウェハを再度測定することでＫ１を求め、上記の方程式によりＶウェハについて正しい値が得られるまでＫ１を調整する。
【００５３】
上記方程式の指数は、本明細書中に記載のリアクタについての広範囲に及ぶ試行錯誤によるパラメータ化処理によって得られた。これらの指数はその他のリアクタ設計にも有用である場合があり、或いはユーザは特定のリアクタ設計に応じて別の指数の使用を試みてもよい。
【００５４】
イオン密度η及びエッチング速度ＥＲは双方共に、図８を参照して本願で前述したように、Ｖウェハ及びプラズマサセプタンス又はプラズマアドミタンスの虚数部であるｂの関数、
＝ｂ２Ｖウェハ２、
及び
ＥＲ＝ｋｂ２Ｖウェハ３／２、
である。
【００５５】
従って、簡潔にするため、ＥＲとηを定義するには、Ｖウェハに加えてプラズマサセプタンスｂのみを指定すればよい。本発明者はＰソース、Ｐバイアス双方の関数としてのプラズマサセプタンスｂについての以下の式、
ｂ（Ｐソース、Ｐバイアス）＝ｂ０（Ｐバイアス、Ｐｂ０）−０．２５ [（Ｐソース／Ｐｓ０）（ｐ／ｐ０）−０．６５][Ｋ２（Ｐバイアス／Ｐｂ０）−０．６２（ｐ／ｐ０）３＋（ｐ／ｐ０）０．２７]、
を発見し、ここで上記の定義があてはまり、これに加えｂ０は基準サセプタンス値である。基準サセプタンス値ｂ０は以下の手順に沿って求められる。つまり最大バイアス電力Ｐｂ０をウェハ台座部に印加し、その一方でソース電力をゼロで保持し、チャンバを最低圧力ｐ０に保持する。次にウェハ支持台座部でサセプタンスｂを測定し（例えば、Ｖ／Ｉメータを用いて）、この測定値をｂ０として保存する。次に、ソース電力をその最大値Ｐｓ０にまで上げ、次にサセプタンスｂを再度測定することでＫ２を求め、上記の方程式によりｂについて正しい値が得られるまでＫ２を調整する。
【００５６】
次に、イオン密度η及びエッチング速度ＥＲは、Ｖウェハ及びｂについての式をη及びＥＲについての上記方程式に代入することで得られる。
【００５７】
図１９の等高線生成装置の演算結果は、図２０−２６において様々なチャンバ圧について図示されている。図２０は一定ウェハ電圧の等高線、一定イオン密度の等高線及び一定エッチング速度の等高線を互いにPソース−Pバイアス空間で重ね合わせたものを図示している。これらの等高線についてのチャンバ圧は１００ｍＴであった。一定ウェハ電圧の等高線は実線で描かれている。一定イオン密度の等高線は破線で描かれている。一定エッチング速度の等高線は点線で描かれている。ソース電力範囲（縦軸つまり縦座標）の範囲はゼロから１２００ワットである。バイアス電力範囲（横軸つまり横座標）の範囲は２００ワットから１２００ワットである。一定ウェハ電圧の値はＲＭＳボルト表記である。一定イオン密度の値は１０１０イオン／ｃｍ３表記である。
【００５８】
図２０、２１、２２、２３、２４及び２５は図２０に対応し、各チャンバ圧はそれぞれ１００ｍＴ、３０ｍＴ、７０ｍＴ、１５０ｍＴ、２００ｍＴ及び２５０ｍＴである。
【００５９】
一定電圧、一定エッチング速度及び一定イオン密度の等高線の完全なセットが一旦生成され、かつメモリ１２０ａ内に恒久的に保存されたならば、等高線生成装置、更には測定機器さえも不要となる。こういったインプリメンテーションにおいて、処理設定点制御装置１１１０はユーザの入力に応答して、メモリ１２０ａ内に保存された等高線に基づき処理全体を制御する。この場合、処理設定点制御装置１１１０はバイアス及びソース電力レベルコマンドをバイアス及びソース電力発生装置１２５、９２０にそれぞれ直接的に適用することが可能なため、こういった実施形態においてはフィードバック制御装置９５０も排除可能である。
【００６０】
個々の計算を実行する個別のプロセッサ３１０、３２０、３４０、３５０、３６０に言及することで測定機器１４０を説明してきたが、測定機器１４０を構成しているこれらのプロセッサを別々のハードウェアエンティティとしてではなくワークステーションやパソコン等のプログラムされたコンピュータ内に一緒にインプリメントすることも可能である。等高線生成装置１１２０も、プログラムしたコンピュータ又はワークステーション内にインプリメントすることができる。これに加え、図９又は図１０のフィードバック制御装置９５０もプログラムしたコンピュータ内にインプリメントすることができる。更に、処理設定点制御装置もプログラムされたコンピュータ内にインプリメントすることができる。
【００６１】
処理制御システム内での使用といった特定のアプリケーションについて測定機器１４０を説明してきたが、測定機器は特定のプラズマリアクタの「フィンガープリンティング」つまり特性評価用のツールとしても有用であり、これはソース電力、バイアス電力、圧力及びその他のパラメータの選択した処理設定で、機器１４０によって測定されたエッチング速度、イオン密度及びウェハ電圧を観察することで行われる。
【００６２】
図８の説明はエッチング速度をＥＲ＝ｂ２Ｖウェハ２として算出し、イオン密度をη＝ｋｂ２Ｖウェハ３／２として算出するインプリメンテーションに関してのものであるが、例えば[ｂＶウェハ]１又は[ｂＶウェハ]２、又はｇＶウェハ３／２等であるその他の関数を用いてもよい（この最後の式のｇは本明細書中において上記で定義したコンダクタンスである）。
【００６３】
チャンバパラメータのアレイを備えたリアクタ
図２６は図１１のプラズマリアクタに類似しているがフィードバック制御装置９５０により制御可能なチャンバパラメータをより多く有するプラズマリアクタを図示している。図１１及び２６において同様の要素は同様の参照番号を有する。図１１の要素に加え、図２６のリアクタは天井電極９１０内にある内側及び外側環状ガス注入区域又はシャワーヘッド９１２、９１４及び複数のガス供給源１１８２ａから１１８２ｆも有し、供給源は各自異なる化学物質（又は混合物）を含み、内側及び外側ガス注入区域９１２、９１４にそれぞれガス流量制御装置１１８６ａ、１１８６ｂを介して連結されている。ガス流量制御装置１１８６ａ、１１８６ｂは個別のガス供給源１１８２のそれぞれからガス注入区域９１２、９１４へと向かうガス流のガス流量及び組成つまり成分比を制御する。内側及び外側磁気コイル１２１０、１２１５はそれぞれ内側及び外側ＤＣコイル電流供給源１１２０、１２２５に接続されている。任意のＤＣチャック電圧供給源１２３０がバイアスフィード中央導体２１２に連結されており、この場合、ＤＣ絶縁コンデンサ１２３５が中央導体２１２とバイアス整合回路１３０との間に直列に接続されている。
【００６４】
３つのチャンバパラメータについてのチャンバ特性評価
図２６のリアクタチャンバは、例えば、４つのプラズマパラメータ（ウェハ又はシースバイアス電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流等）の挙動を３つのチャンバパラメータ（ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧）の関数として数値化することで特性評価してもよい。まず最初に、図２７−３２に図示の処理において、様々なプラズマパラメータの一価関数を個々のチャンバパラメータを単一変数として見つけ出す。第１工程はチャンバパラメータの初期化である（図２７のブロック２００１）。この工程でソース電力Ｐｓ、バイアス電力ＰＢ、チャンバ圧ｐｃｈ、内側磁石電流Ｉ内側、外側磁石電流Ｉ外側、ガス流量ＦＲ等のチャンバパラメータを初期（例えば、中間領域）値に設定する。
【００６５】
次の主要工程は、一定等高線生成装置１１２０により各プラズマパラメータの１変数関数を見つけ出すことであり、バイアス電力が変数であり、図２７に図示されている。図２７の例において、関数はウェハ電圧Ｖウェハ（ＰＢ）、エッチング速度ＥＲ（ＰＢ）、プラズマイオン密度η（ＰＢ）及びウェハ電流Ｉウェハ（ＰＢ）について求められる。図２７を参照するが、第１工程ではＰＢをその範囲の始点に設定する（図２７のブロック２００３）。この範囲は、考えられ得る例として、１３．５６ＭＨｚでゼロから１０００ワットである。次の工程は、図２６の測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２００５）。次に、制御装置９５０を介して等高線生成装置１１２０は既定の少量ずつ又は範囲のごく一部ずつＰＢをインクリメントしていく（ブロック２００７）。次に、バイアス電力範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２００９）。もし到達していない場合（ブロック２００９のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２００５の工程に戻る。範囲の終点に到達したら（ブロック２００９のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２０１１へと進める。ブロック２０１１の工程はサンプリングしたデータを用いて関数Ｖウェハ（ＰＢ）、ＥＲ（ＰＢ）、η（ＰＢ）及びＩウェハ（ＰＢ）を構築することから成り、これらの関数はメモリ内に保存される。これらの関数は、例えばカーブフィット法によって構築してもよい。次に、その他のチャンバパラメータに基づいた関数生成の準備をするにあたって、チャンバパラメータＰＢをその初期値、好ましくは中間範囲値へと戻す（ブロック２０１３）。
【００６６】
図２８に図示の次の処理の目的は、ソース電力が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（ＰＳ）、ＥＲ（ＰＳ）、η（ＰＳ）及びＩウェハ（ＰＳ）を見つけ出すことである。図２８を参照するが、第１工程ではＰＳをソース電力範囲の始点に設定している（図２８のブロック２０１５）。ＲＦプラズマソース電力範囲は、考えられ得る一例として、１６２ＭＨｚでゼロから３０００ワットであってもよい。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（図２８のブロック２０１７）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりＰｓをインクリメントする（ブロック２０１９）。次にソース電力範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０２１）。もし到達していない場合（ブロック２０２１のＮＯ分岐路）、処理はブロック２０１７の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０２１のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程であるブロック２０２３へと進める。ブロック２０２３の工程において、（ブロック２０１７で得た）サンプリングデータを用いて１変数関数Ｖウェハ（Ｐｓ）、ＥＲ（Ｐｓ）、η（Ｐｓ）及びＩウェハ（Ｐｓ）を構築し、これらの関数はメモリ内に保存される。次に、Ｐｓをその初期値へと戻す（ブロック２０２５）。
【００６７】
図２９に図示の次の処理の目的は、チャンバ圧が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（ｐｃｈ）、ＥＲ（ｐｃｈ）、η（ｐｃｈ）及びＩウェハ（ｐｃｈ）を見つけ出すことである。第１工程ではｐｃｈをチャンバ圧範囲の始点に設定している（ブロック２０２７）。この範囲は、考えられ得る一例として、０．５ｍＴから２００ｍＴであってもよい。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０２９）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりｐｃｈを圧力範囲の少数ずつインクリメントしていく（ブロック２０３１）。この時点でチャンバ圧範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０３３）。もし到達していない場合（ブロック２０３３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０２９の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０３３のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２０３５へと進める。ブロック２０３５において、ブロック２０２９の工程で得たサンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（ｐｃｈ）、ＥＲ（ｐｃｈ）、η（ｐｃｈ）及びＩウェハ（ｐｃｈ）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。ブロック２０３７でｐｃｈをその初期値へと戻す。
【００６８】
図３０に図示の次の処理の目的は、図２６の内側磁気コイル１２１０の電流が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（Ｉ内側）、ＥＲ（Ｉ内側）、η（Ｉ内側）及びＩウェハ（Ｉ内側）を見つけ出すことである。別の実施形態では、電流は、（或いは）ＭＥＲＩＥ磁石がリアクタ内に存在する場合はＭＥＲＩＥ磁石に印加されたＡＣ電流である可能性もある。まず最初に、Ｉ内側をその範囲の始点に設定する（ブロック２０３９）。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０４１）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりＩ内側をその範囲の既定の少量ずつインクリメントする（ブロック２０４３）。この時点で磁気コイル電流範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０４５）。もし到達していない場合（ブロック２０４５のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０４１の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０４５のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２０４７へと進める。ブロック２０４７の工程において、ブロック２０４１の工程で得たサンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（Ｉ内側）、ＥＲ（Ｉ内側）、η（Ｉ内側）及びＩウェハ（Ｉ内側）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。この処理の最終工程で、Ｉ内側をその初期値へと戻す（ブロック２０４９）。
【００６９】
図３１に図示の次の処理の目的は、図２６の外側磁気コイル１２１５に供給された電流が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（Ｉ外側）、ＥＲ（Ｉ外側）、η（Ｉ外側）及びＩウェハ（Ｉ外側）を見つけ出すことである。第１工程では、Ｉ外側をその範囲の始点に設定する（図３１のブロック２０５１）。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０５３）。次に、生成装置１１２０／制御装置９５０によりＩ外側をその範囲の既定の少量ずつインクリメントする（ブロック２０５５）。範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０５７）。もし到達していない場合、処理ループはブロック２０５３の工程に戻る。範囲の終点に到達しているなら処理を次の工程へと進める。次の工程において（ブロック２０５９）、ブロック２０５３の工程で得たサンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（Ｉ外側）、ＥＲ（Ｉ外側）、η（Ｉ外側）及びＩウェハ（Ｉ外側）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。この処理は、Ｉ外側をその初期値へと戻すことで終了する（ブロック２０６１）。
【００７０】
図３２に図示の次の処理の目的は、ガス流量ＦＲ（或いはガス組成）が単一変数である１変数関数、つまり関数Ｖウェハ（ＦＲ）、ＥＲ（ＦＲ）、η（ＦＲ）及びＩウェハ（ＦＲ）を見つけ出すことである。ガス組成は例えばキャリアガス（例えば、アルゴン）とエッチャント種（フッ素又はフッ化炭素又はフッ化炭素水素種）との間の比であってもよい。ガス組成又はガス流量は、例えば、２つの（内側及び外側）ガス注入区域９１２、９１４のそれぞれについての２つの異なる変数として別個に定義してもよい。従って、ガス流に関した使用し得る変数又はチャンバパラメータとしては４つ考えられる。つまり、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成である。図３２の本例は上記のガス流に関連したチャンバパラメータのいずれかの特定の１つの使用に関連し、ＦＲとする。
【００７１】
図３２の処理の第１工程では、ＦＲをその範囲の始点に設定する（ブロック２０６３）。次の工程は、測定機器１４０を用いてウェハ電圧Ｖウェハ、エッチング速度ＥＲ、プラズマイオン密度η及びウェハ電流Ｉウェハのプラズマパラメータを測定又はサンプリングすることである（ブロック２０６５）。次の工程ではＦＲをインクリメントする（ブロック２０６７）。次に、ガス流又はガス組成パラメータＦＲの範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２０６９）。もし到達していない場合（ブロック２０６９のＮＯ分岐路）、処理ループをブロック２０６５の測定工程に戻す。範囲の終点に到達しているなら（ブロック２０６９のＹＥＳ分岐路）次の工程（ブロック２０７１）を行う。ブロック２０７１の工程において、サンプリングデータを用いて関数Ｖウェハ（ＦＲ）、ＥＲ（ＦＲ）、η（ＦＲ）及びＩウェハ（ＦＲ）を構築し、次にこれらの関数をメモリ内に保存する。こういった関数の構築には、例えばカーブフィット法を用いてもよい。この処理の最終工程は、ＦＲをその初期値へと戻すことである（ブロック２０７３）。
【００７２】
３Ｄ制御空間内での処理制御−所望のプラズマパラメータ値のチャンバパラメータ値への変換
図２７−３２の処理で異なるプラズマパラメータについて生成された１変数関数をそれに続く処理（図３３−３６に図示）で用いて、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に用いるための、一定プラズマパラメータ値の２次元表面を備えた３次元制御空間を構築してもよい。図３３−３６の例において、ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の３つのチャンバパラメータ（つまり、ＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈ）を選択する。
【００７３】
（等高線生成装置１１２０により実行される）図３３の処理の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定Ｖウェハの２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００７４】
図３３の処理の第１工程（ブロック２０７５）は１変数関数Ｖウェハ（ＰＢ）、Ｖウェハ（ＰＳ）及びＶウェハ（ｐｃｈ）を相関させる／組み合わせることで単一の３変数関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）とすることである。例えば、本明細書で前述したタイプのカーブフィット法を用いてこの工程を完了してもよい。次にｉ＝１に設定することで指数「ｉ」を１に初期化する（ブロック２０７７）。関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をＶウェハの値範囲におけるｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する（ブロック２０７９）。この方程式を解くことで、Ｖウェハのｉ番目の値についての一定Ｖウェハの２Ｄ等高線（表面）を見つける。この等高線は等高線生成装置１１２０のメモリ１１２０ａ内に保存する。次に、ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントし（ブロック２０８１）、Ｖウェハの値の範囲の終点に到達していない場合（ブロック２１８３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０７９へと戻る。範囲の終点に達している場合は（ブロック２１８３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００７５】
（等高線生成装置１１２０により実行される）次の処理（図３４）の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定エッチング速度（ＥＲ）の２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００７６】
図３４の処理の第１工程（ブロック２０８５）は１変数関数ＥＲ（ＰＢ）、ＥＲ（ＰＳ）及びＥＲ（ｐｃｈ）を相関させる／組み合わせて単一の３変数関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）とすることである。ｉ＝１に設定することで指数ｉを１に初期化する（ブロック２０８７）。次に、関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をＥＲの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式を解くことで、ＥＲのｉ番目の値について一定ＥＲの２Ｄ等高線（表面）が生成される。次に、この等高線をメモリ１１２０ａに保存する（ブロック２０８９）。ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２０９１）。次に、ＥＲ値の範囲の終点に到達した否かを判定する（ブロック２０９３）。到達していない場合（ブロック２０９３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０８９の工程へと戻る。終点に達している場合は（ブロック２０９３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００７７】
（等高線生成装置１１２０により実行される）次の処理（図３５）の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定ηの２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００７８】
図３５の処理の第１工程（ブロック２０９５）は１変数関数η（ＰＢ）、η（ＰＳ）及びη（ｐｃｈ）を相関させる又は組み合わせて単一の３変数関数η（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）とすることである。この工程は例えばカーブフィット法を用いて行ってもよい。次に、ｉ＝１に設定することで指数ｉを１に初期化する（ブロック２０９７）。次に、関数η（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をプラズマパラメータηの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をηのｉ番目の値での一定ηの２Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線を等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する（ブロック２０９９）。ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２１０１）。次に、ＥＲ値の範囲の終点に到達した否かを判定する（ブロック２１０３）。到達していない場合（ブロック２１０３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２０９９の工程へと戻る。終点に達している場合は（ブロック２１０３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を実行する。
【００７９】
（等高線生成装置１１２０により実行される）次の処理（図３６）の目的はＰＢ、ＰＳ及びｐｃｈの３Ｄ制御空間を活用して一定Ｉウェハの２Ｄ等高線（表面）を生成することである。等高線をこういった表面の集合に蓄積し、後にウェハ処理中のリアクタチャンバの制御に使用する。
【００８０】
図３６の処理の第１工程（ブロック２１０５）は１変数関数Ｉウェハ（ＰＢ）、Ｉウェハ（ＰＳ）及びＩウェハ（ｐｃｈ）を相関させる又は組み合わせて単一の３変数関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）を生成することである。次の工程では、ｉ＝１に設定することで指数ｉを１に初期化する（ブロック２１０７）。ブロック２１０９の工程で関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）をＩウェハのｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＩウェハのｉ番目の値での一定Ｉウェハの２Ｄ等高線（表面）について解く。次に、この等高線を等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２１１１）。Ｉウェハの値の範囲の終点に到達した否かを判定する（ブロック２１１３）。到達していない場合（ブロック２１１３のＮＯ分岐路）、処理ループはブロック２１０９の工程へと戻る。終点に達している場合は（ブロック２１１３のＹＥＳ分岐路）、現在の処理は終了となり、次の処理を実行する。
【００８１】
同一の処理を別のチャンバパラメータについて実行してもよい。こういったチャンバパラメータには、例えば、内側及び外側ガス注入区域のガス流量、及び内側及び外側ガス注入区域へ供給される異なるガス混合物のガス組成が含まれる。上記の手順により、選択したチャンバパラメータ及びプラズマパラメータについてのリアクタチャンバの特性評価が完了する。
【００８２】
次の処理は先行の処理で得たチャンバ特性情報を活用して、選択したプラズマパラメータの所望の値から選択したチャンバパラメータの所要値へと変換することである。こういった処理の一例として、図３７はＶウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値に応答して３ＤのＰＢ−ＰＳ−ｐｃｈ制御空間において３つの選択したプラズマパラメータを制御するための処理を表してしている。この処理は、図２６の処理設定点制御装置１１１０によって制御される。
【００８３】
図３７の処理は設定点制御装置によって制御され、設定点制御装置１１１０がＶウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値を受け取るところから始まる（図３７のブロック２１１５）。次の工程でメモリからＶウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電圧の２Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＶとラベルする（図３７のブロック２１１７）。次に制御装置１１１０はメモリからＥＲのユーザ選択値に対応する一定エッチング速度の２Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＥＲとラベルする（ブロック２１１９）。次に制御装置１１１０はメモリからηのユーザ選択値に対応する一定プラズマイオン密度の２Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳηとラベルする（ブロック２１２１）。次に、制御装置１１１０は３ＤのＰＢ−ＰＳ−ｐｃｈ空間における３つの表面ＳＶ、ＳＥＲ、Ｓηの交点（ＰＢ´、ＰＳ´、ｐｃｈ´）を特定する（ブロック２１２３）。フィードバック制御装置９５０を介して作動する設定点制御装置１１１０は、次にＲＦバイアス電力発生装置出力レベルを交点値ＰＢ´に設定し（ブロック２１２５）、ＲＦソース電力発生装置出力レベルを交点値ＰＳ´に設定し（ブロック２１２７）、チャンバ圧を交点値ｐｃｈ´に設定する（ブロック２１２９）。これにより処理の１制御サイクルが終了する。
【００８４】
図３７の処理で活用したタイプの、３次元チャンバパラメータ空間における（３つの異なるプラズマパラメータの）一定プラズマパラメータ値の３つの表面の交点を図３８に示す。これらの表面は３次元空間内にある２次元オブジェクトである。３つの表面は一点で交差し、その位置は３つのベクターによって指定される（ＰＢ´、ＰＳ´、ｐｃｈ´）。図３８の３つの直交する軸は３つのチャンバパラメータ（ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈ）に対応する。図３８の３つの表面は、プラズマパラメータＶウェハ、ＥＲ及びηのそれぞれについての一定値の表面であり、値はユーザ選択値である。
【００８５】
低制約下での３Ｄ制御空間−チャンバパラメータを変更する自由度の向上
図３８の例において、プラズマパラメータの数とチャンバパラメータの数は同一である。チャンバパラメータへの制約を下げることで自由度を上げることが可能である。この特性は、選択したプラズマパラメータの数が選択したチャンバパラメータの数より少ない場合はいつでも生じる。図３９はこういったケースを図解しており、３つのチャンバパラメータは２つのプラズマパラメータについてのみのユーザ選択値によって制約（コンストレイン）されている。例えば、ＰＢ、ＰＳ、ｐｃｈの３次元制御空間において、制約プラズマパラメータはＶウェハとηのみである。この場合、２つの表面だけが３Ｄ制御空間に交差しており、こういった交差は直線又は曲線に沿って生じる。このため、ユーザはＶウェハとηについてのユーザ選択値を満たしつつ、チャンバパラメータをその線上のどの数値セット（ＰＢ´、ＰＳ´、ｐｃｈ´）へも変更することができる。
【００８６】
３Ｄ制御空間における設定点制御とリアルタイムフィードバック制御の交互実行
先行のチャンバ制御処理はいつ行っても或いは常に行ってもよいが、プラズマパラメータのリアルタイム測定が出来ない、ウェハ処理開始時での使用が特に有用である。ウェハのプラズマ処理が進行し、プラズマパラメータの測定値が測定機器１４０を通して利用可能となった後、制御をフィードバック制御装置９５０に引き継がせてもよい。フィードバック制御装置９５０は（測定機器１４０からの）選択したプラズマパラメータの実際のリアルタイム測定値とこれらのパラメータのユーザ選択値との比較を行う。（エッチング速度又はイオン密度については）ソース電力を修正し、（ウェハ電圧については）バイアス電力を修正することで、図９及び１０を参照して本願で前述したように、フィードバック制御装置９５０はこれらの値の差異を最小限に抑える。
【００８７】
プラズマパラメータのユーザ選択値の１つに（又は１つ以上）に大きな変更がある場合、この変更は図３７の制御処理へと立ち戻ることで迅速に行うことが可能であり、新しいチャンバパラメータ設定はプラズマパラメータの（新しい）ユーザ選択値に対応する等高線の３Ｄ制御空間における交点を見つけることで即座に突き止められる。このオプションにより、チャンバは処理レシピにおけるいかなる変更にもほぼ即座に対応することが可能となり、特筆すべき利点である。
【００８８】
４Ｄ制御空間における処理制御。所望のプラズマパラメータ値のチャンバパラメータ値への変換
図４０−４５は４次元制御空間を利用した制御処理例を図示している。この例には、図２７−３２のチャンバ特性評価処理で生成された１変数関数から４変数関数を生成することを伴う。具体的には、図４０−４５はチャンバパラメータＰＢ、ＰＳ、ＦＲ及びＩ内側の４次元制御空間の例を表している。この例の第１処理、図４０のそれにおけるタスクは、一定Ｖウェハの（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（図４０のブロック２１３１）では４つの１変数関数Ｖウェハ（ＰＢ）、Ｖウェハ（ＰＳ）、Ｖウェハ（ＦＲ）及びＶウェハ（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。カーブフィット法を用いてこの工程を行ってもよい。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１３２）。関数Ｖウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をＶウェハの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＶウェハのｉ番目の値に対応する一定Ｖウェハの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する（ブロック２１３３）。次に、ｉ＝ｉ＋１と設定することで指数ｉをインクリメントする（ブロック２１３４）。Ｖウェハの値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１３５）。到達していない場合、処理はブロック２１３３の工程へと戻る（ブロック２１３５のＮＯ分岐路）。範囲の終点に達している場合、処理は終了となり、次の処理を開始する（ブロック２１３５のＹＥＳ分岐路）。
【００８９】
この例の次の処理、図４１のそれにおけるタスクは、一定ＥＲの（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（ブロック２１３７）では４つの１変数関数ＥＲ（ＰＢ）、ＥＲ（ＰＳ）、ＥＲ（ＦＲ）及びＥＲ（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。カーブフィット法を用いてこの工程を行ってもよい。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１３９）。ブロック２１４１の工程において、関数ＥＲ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をＥＲの値の範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＥＲのｉ番目の値に対応する一定ＥＲの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。指数ｉをインクリメントし（ブロック２１４３）、エッチング速度（ＥＲ）の値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１４５）。到達していない場合（ブロック２１４５のＮＯ分岐路）、処理はブロック２１４１の工程へと戻る。範囲の終点に達している場合（ブロック２１４５のＹＥＳ分岐路）、処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００９０】
この例の次の処理、図４２のそれにおけるタスクは、一定η（エッチング速度）の（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（図４２のブロック２１４７）では４つの１変数関数η（ＰＢ）、η（ＰＳ）、η（ＦＲ）及びη（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数η（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。カーブフィット法を用いてこの工程を行ってもよい。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１４９）。ブロック２１５１の工程で、４変数関数η（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をイオン密度値ηの範囲のｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をηのｉ番目の値に対応する一定ηの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。ｉ＝ｉ＋１に設定することで指数ｉをインクリメントし（ブロック２１５３）、イオン密度（η）の値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１５５）。到達していない場合（ブロック２１５５のＮＯ分岐路）、処理はブロック２１５１の工程へと戻る。範囲の終点に達している場合（ブロック２１５５のＹＥＳ分岐路）、処理は終了となり、次の処理を開始する。
【００９１】
この例の次の処理、図４３のそれにおけるタスクは、一定Ｉウェハの（４Ｄ空間における）３Ｄ等高線の生成である。第１工程（図４３のブロック２１５７）では４つの１変数関数Ｉウェハ（ＰＢ）、Ｉウェハ（ＰＳ）、Ｉウェハ（ＦＲ）及びＩウェハ（Ｉ内側）を相関させる又は組み合わせて単一の４変数関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）を生成する。ｉ＝１に設定することで、指数ｉを１に初期化する（ブロック２１５９）。２１６１の工程において、４変数関数Ｉウェハ（ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側）をＩウェハのｉ番目の値に等しく設定することで方程式を形成する。この方程式をＩウェハのｉ番目の値に対応する一定Ｉウェハの３Ｄ等高線（表面）について解く。この等高線は等高線生成装置のメモリ１１２０ａ内に保存する。ｉ＝ｉ＋１に設定することで指数ｉを１ずつインクリメントする（ブロック２１６３）。この時点で、Ｉウェハの値の範囲の終点に到達したか否かを判定する（ブロック２１６５）。到達していない場合（ブロック２１６５のＮＯ分岐路）、処理はブロック２１６１の工程へと戻る。範囲の終点に達している場合（ブロック２１６５のＹＥＳ分岐路）、処理は終了となる。これで、次の作業である４つのプラズマパラメータ（例えば、Ｖウェハ、ＥＲ、η及びＶＩ）のユーザ選択値の４つのチャンバパラメータ（例えば、ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ及びＩ内側）のターゲット値への変換に必要なチャンバ特性評価タスクが完了となる。次に、こういった変換を実行するための処理を図４４を参照して説明する。
【００９２】
図４４は、選択したプラズマパラメータ（Ｖウェハ、ＥＲ、η及びＩウェハ）についてのユーザ選択値に応答して４つの選択したプラズマパラメータ（例えば、Ｖウェハ、ＥＲ、η及びＶウェハ）を４ＤのＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側制御空間内で制御するための処理を図示している。この処理により、プラズマパラメータＶウェハ、ＥＲ、η及びＶウェハについてのユーザ選択値がチャンバパラメータＰＢ、ＰＳ、ＦＲ及びＩ内側の所要値へと変換される。
【００９３】
図４４の処理の第１工程では、処理設定点制御装置１１１０がＶウェハ、ＥＲ、η及びＩウェハについてのユーザ選択値を受け取る（図４４のブロック２１６７）。ブロック２１６９の工程で、処理設定点制御装置１１１０は等高線生成装置のメモリ１１２０ａからＶウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電圧の３Ｄ表面（等高線）をフェッチする。この表面はＳＶとラベルしてもよい。制御装置１１１０はメモリ１１２０ａからＥＲのユーザ選択値に対応する一定エッチング速度の３Ｄ表面（等高線）もフェッチし、表面はＳＥＲとラベルしてもよい（ブロック２１７１）。制御装置１１１０はηのユーザ選択値に対応する一定プラズマイオン密度の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳηとラベルする（ブロック２１７３）。最後に、制御装置１１１０はＩウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電流の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＩとラベルする（ブロック２１７５）。
【００９４】
次の工程で、設定点制御装置１１１０は４ＤのＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側制御空間における４つの表面ＳＶ、ＳＥＲ、Ｓη及びＳＩの交点（ＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´）を特定する（ブロック２１７７）。この４次元工程は図３８で図示した３つの交差表面での３次元ケースに類似している。次に、チャンバパラメータを交点に対応するＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´のそれぞれの値に設定する。これは、フィードバック制御装置９５０を介して作動してチャンバパラメータを変更するところの設定点制御装置１１１０によって以下のようにして遂行される。つまり、ＲＦバイアス電力発生装置出力レベルを交点値ＰＢ´に設定し（ブロック２１７９）、ＲＦソース電力発生装置出力レベルを交点値ＰＳ´に設定し（ブロック２１８１）、ガス流量を交点値ＦＲ´に設定し（ブロック２１８３）、内側磁石供給電流を交点値Ｉ内側´に設定する（ブロック２１８５）。
【００９５】
４Ｄ制御空間における設定点制御とリアルタイムフィードバック制御の交互実行
４Ｄ制御空間を活用する先行の工程により、選択したプラズマパラメータはそのユーザ選択値と一致する。これは、測定機器１４０からプラズマパラメータのリアルタイム直接測定値をとることで照合可能である。図９−１１を参照して本明細書中で前述したように、こういったリアルタイム測定値は、チャンバパラメータ（例えば、ＰＳ及びＰＢ）を変更することでプラズマパラメータＶウェハ、ＥＲ、ηについてのリアルタイム測定値とユーザ選択又はターゲット値との差を最小限に抑えるフィードバック制御システムの基礎を成す。例えば、ＰＳを変更することでＥＲ又はηのいずれかを対応するユーザ選択値に近づけ、ＰＢを変更することでＶウェハを対応するユーザ選択値に近づける。
【００９６】
従って、オプションとして、図４４の工程２１６７−２１８５のチャンバ制御処理を段階的に停止し、処理制御を、測定機器１４０によるプラズマパラメータのリアルタイム測定に基づく図９−１１のフィードバック制御ループに引き継がせてもよい。このオプションは図４４のブロック２１８７の工程に図示されている。ブロック２１６７−２１８５の変換ベース型のチャンバ制御工程は（リアルタイム測定値が利用できない）プラズマ処理開始時に用いてもよい。その後、リアルタイム測定値が利用可能となるほどにプラズマ処理が進行した後、ブロック２１８７の工程を実行して、チャンバ制御を図９−１１のリアルタイムフィードバック制御ループへと移行する。１つ以上のプラズマパラメータのユーザ選択値に大きな変更があった際はいつでも、処理制御を一時的にブロック２１６７−２１８５の変換ベース型工程へと戻すことができる。このオプションにより、チャンバは処理レシピにおけるいかなる変更にもほぼ即座に対応することが可能となり、特筆すべき利点である。
【００９７】
低制約下のケース。Ｖウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値に応答した４次元ＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側制御空間における３つの選択プラズマパラメータ（例えば、Ｖウェハ、ＥＲ、η）の制御
図４５は、次元的にユーザ制御プラズマパラメータの数を超えるチャンバパラメータ空間において操作することで自由度を上げる例を示している。これは図３９で図示した制約が少ない制御ケースの４次元版であり、チャンバパラメータは交差する表面によって決定される曲線又は軌道に沿って変更可能である。
【００９８】
図４５の処理における第１工程では、設定点制御装置１１１０は選択されたプラズマパラメータ、例えばＶウェハ、ＥＲ及びηについてのユーザ選択値を受け取る（ブロック２１８９）。次の工程で設定点制御装置１１１０は等高線生成装置のメモリ１１２０ａからＶウェハの固有ユーザ選択値に対応する一定ウェハ電圧の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳＶとラベルする（ブロック２１９１）。設定点制御装置１１１０はＥＲのユーザ選択値に対応する一定エッチング速度の３Ｄ表面（等高線）もフェッチし、表面をＳＥＲとラベルする（ブロック２１９３）。また、制御装置１１１０はηのユーザ選択値に対応する一定プラズマイオン密度の３Ｄ表面（等高線）をフェッチし、表面をＳηとラベルする（ブロック２１９５）。次に、等高線生成装置は４ＤのＰＢ−ＰＳ−ＦＲ−Ｉ内側空間における３つの表面ＳＶ、ＳＥＲ、Ｓηの交差直線又は曲線を特定する（ブロック２１９７）。この曲線は定められた４次元位置（ＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´）ｉに沿って在り、指数ｉは交差直線又は曲線に沿った、理論的には無限数の４次元地点の特定の１つを示している。
【００９９】
次の工程で、ＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側のチャンバパラメータを同時に、４Ｄ空間における交差直線／曲線に沿った４次元位置のいずれか１つに設定する（ブロック２１９９）。その後、交差曲線に沿ってチャンバパラメータＰＢ、ＰＳ、ＦＲ、Ｉ内側を変更すると、その同時値は交差直線又は曲線に沿った４次元地点（ＰＢ´、ＰＳ´、ＦＲ´、Ｉ内側´）ｉの１つと一致する（ブロック２２０１）。
【０１００】
低制約４Ｄ制御空間法とリアルタイムフィードバック制御の交互実行
別のオプションとして、図４５のブロック２１８７の工程における、図９−１１のリアルタイムフィードバック制御ループへの制御の移行がある。具体的には、図４５の工程２１８９−２２０１のチャンバ制御処理を段階的に停止し、処理制御を、測定機器１４０によるプラズマパラメータのリアルタイム測定に基づく図９−１１のフィードバック制御ループに引き継がせてもよい。このオプションは図４５のブロック２１８７の工程に図示されている。ブロック２１６７−２１８５の変換ベース型のチャンバ制御工程は（リアルタイム測定値が利用できない）プラズマ処理開始時に用いてもよい。その後、リアルタイム測定値が利用可能となるほどにプラズマ処理が進行した後、ブロック２１８７の工程を実行して、チャンバ制御を図９−１１のリアルタイムフィードバック制御ループへと移行する。１つ以上のプラズマパラメータのユーザ選択値に大きな変更があった際はいつでも、処理制御を一時的にブロック２１８９−２２０１の変換ベース型工程へと戻すことができる。このオプションにより、チャンバは処理レシピにおけるいかなる変更にもほぼ即座に対応することが可能となり、特筆すべき利点である。
【０１０１】
Ｍ個のプラズマパラメータのＮ個のチャンバパラメータによる制御
本明細書中で上述した処理は２次元、３次元又は４次元制御空間に関連する。事実上、本発明ではどんな数のチャンバパラメータを用いてもプラズマパラメータの所望の値を数を問わず同時に実現することができる。ユーザ選択値を必要とするプラズマパラメータはイオンエネルギー又はウェハ電圧、イオン密度、イオン質量、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性その他を含むプラズマパラメータ群から選択することができる。制御されるチャンバパラメータは、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側コイル磁石電流、外側コイル磁石電流、内側ガス注入区域ガス組成、外側ガス注入区域ガス組成、内側ガス注入区域流量、外側ガス注入区域流量その他を含む群から選択してもよい。好ましくは、選択したプラズマパラメータの数は、選択したチャンバパラメータの数と同一である。しかしながら、これらの数は異なっていてもよい。例えば、選択したプラズマパラメータの数が選択したチャンバパラメータの数より少ない場合は、システムの制約は緩く、少なくとも１つ余分な自由度が在ることから、ユーザ選択プラズマパラメータ値を満たしつつチャンバパラメータを変更することが可能となる。選択したプラズマパラメータの数が選択したチャンバパラメータの数より多いなら、システムは過剰制約下にある。この場合、一定プラズマパラメータ値の等高線又は表面は幾つかの直線に沿って又は点で交差し、制御するためにはこれらの点間での選択を行うか、これらの点間で補間を行う必要がある。
【０１０２】
図４６の処理はチャンバの特性評価を必要とし、Ｎ個のチャンバパラメータの最初の１つを選択し（ブロック２２０３）、測定機器１４０を用いてＭ個の選択したプラズマパラメータをサンプリングしながら選択したチャンバパラメータをランプするところから始まる（ブロック２２０５）。Ｎ個のチャンバパラメータの全てが選択されたか否かについての判定を行う（ブロック２２０７）。もしされていないなら（ブロック２２０７のＮＯ分岐路）、Ｎ個のチャンバパラメータの次のパラメータを選択し（ブロック２２０９）、処理ループはブロック２２０９からブロック２２０５の工程へと戻る。全て選択されているならば（ブロック２２０７のＹＥＳ分岐路）、処理を次の工程、つまりブロック２２１１の工程へと進める。ブロック２２１１の工程においては、ブロック２２０５での測定データを用いて、Ｍ個のプラズマパラメータのそれぞれのＮ変数関数を構築する。これらの関数のそれぞれはＮ個のチャンバパラメータ全てを独立変数をとして有する。次の工程（ブロック２２１３）において、Ｍ個のプラズマパラメータ各自の考えられる値について、等高線生成装置１１２０はＮ次元空間内に一定値のＮ−１次元等高線を構築し、Ｎ次元空間においてはＮ個のチャンバパラメータのそれぞれが１つの次元を表している。これで、次の工程又は処理でのＭ個のプラズマパラメータのＮ個のチャンバパラメータの同時値への変換を可能とする、チャンバの特性評価が終了する。
【０１０３】
図４６の処理の次の段階ではＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個のユーザ選択値のセットをＮ個のチャンバパラメータのＮ個の値の同時セットへと変換する。この段階はＭ個のプラズマパラメータについてのユーザ選択値を受け取るところから始まる（ブロック２２１５）。
【０１０４】
プラズマ及びチャンバパラメータの数が同一である場合（つまり、Ｍ＝Ｎ）、次の工程はブロック２２１７の工程となる。ブロック２２１７の工程において、制御装置１１１０はＭ個のプラズマパラメータのそれぞれについての対応する一定値の等高線をフェッチし、Ｎ次元空間におけるその交点を決定する。次に、フィードバック制御装置９５０はＮ個のチャンバパラメータを交点でのそれぞれの値へと設定する（ブロック２２１９）。
【０１０５】
プラズマパラメータの数がチャンバパラメータの数より少ないならば（例えば、Ｍ＝Ｎ−１）、システムは制約が少ない状態となることから少なくとも１つ余分の自由度がある。ＭがＭより１つ少ないケースでは、以下の工程を行ってもよい。
【０１０６】
ブロック２２２１で、Ｍ個のプラズマパラメータのそれぞれについて対応する一定値の等高線をフェッチし、Ｎ次元空間内でのその交差直線又は曲線を決定する。
【０１０７】
ブロック２２２３で、Ｎ個のチャンバパラメータを変更することで、その各自値が交差直線／曲線上にくるようにする。
【０１０８】
上記の工程によりＮ個のチャンバパラメータの設定は完了し、Ｍ個のプラズマパラメータについてのユーザ選択値セットが得られる、或いは（逆に）Ｍ個のプラズマパラメータのユーザ選択値のＮ個のチャンバパラメータの所要同時値への変換が行われる。ブロック２１８７の任意の工程において、この処理を一時的に、測定機器１４０によるプラズマパラメータのリアルタイム測定に基づく図９−１１のフィードバックループを参照して上述したリアルタイムフィードバック制御処理と置き換えてもよい。
【０１０９】
本発明をその好ましい実施形態を参照して詳細に説明してきたが、当然ながら本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなくその変更と改変は可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】プラズマリアクタ及びその測定機器を示す図である。
【図２】測定機器が用いるプラズマリアクタの電気モデルを示す図である。
【図３】図１の測定機器の構造を示す図である。
【図４】図３の測定機器の入力位相プロセッサを示す図である。
【図５】図３の測定機器における伝送線変換プロセッサを示す図である。
【図６】図３の測定機器におけるグリッド／接地変換プロセッサを示す図である。
【図７】図３の測定機器におけるグリッド／ウェハ変換プロセッサを示す図である。
【図８】図３の測定機器における複合変換プロセッサを示す図である。
【図９】図３の測定機器を含むプラズマリアクタ用の処理フィードバック制御システムを示す図である。
【図１０】処理フィードバック制御システムの別のインプリメンテーションを示す図である。
【図１１】プラズマリアクタを備えたシステムに接続された、図３の測定機器、一定等高線生成装置及び処理設定点制御装置を示す図である。
【図１２】〜
【図１４】図１１のシステムにより生成された一定性能パラメータ値の異なる等高線を示す図である。
【図１５】一定パラメータ値の異なる等高線の交点で最適な動作点を見つけるための方法を示す図である。
【図１６】図１１のシステムにおける処理設定点制御装置を示す図である。
【図１７】〜
【図１９】図１１のシステム内の等高線生成装置の処理設定点制御装置によって行われる各演算を示す図である。
【図２０】チャンバ圧１００ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２１】チャンバ圧３０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２２】チャンバ圧７０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２３】チャンバ圧１５０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２４】チャンバ圧２００ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２５】チャンバ圧２５０ｍＴでの一定ウェハ電圧の等高線、一定エッチング速度の等高線及び一定イオン密度の等高線を重ね合わせたものを示す図である。
【図２６】本発明の更なる実施形態によるプラズマリアクタの簡略ブロック図である。
【図２７】〜
【図３２】ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の変数について異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図である。図２７は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はプラズマソース電力のチャンバパラメータである。図２８は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はプラズマバイアス電力のチャンバパラメータである。図２９は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はチャンバ圧のチャンバパラメータである。図３０は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数は内側磁気コイル電流のチャンバパラメータである。図３１は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数は外側磁気コイル電流のチャンバパラメータである。図３２は異なるプラズマパラメータの１変数関数を構築するための処理を示す図であり、変数はガス流量又はガス組成のチャンバパラメータである。
【図３３】〜
【図３６】４つのプラズマパラメータの一定値の等高線（つまり、表面）がソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の次元から成る３次元制御空間において図２７−３２の１変数関数から生成される例を示す図である。図３３は３次元制御空間内でウェハ電圧のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図３４は３次元制御空間内でエッチング速度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図３５は３次元制御空間内でプラズマイオン密度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図３６は３次元制御空間内でウェハ電流のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。
【図３７】図３３−３６の一定値等高線を用いて３つのプラズマパラメータを制御するための処理を示す図である。
【図３８】図３７の処理における、３次元制御空間内での一定値等高線の交点を示す図である。
【図３９】図３８の３次元制御空間に対応した３次元制御空間の図であるが、一定値等高線が２本しか指定されていないため曲線に沿って３次元空間に交差している、制約が低いケースであり、図３９は交差曲線に沿ってチャンバパラメータを変化させる方法を示す図である。
【図４０】〜
【図４３】４つのプラズマパラメータの一定値の等高線（つまり、表面）が図２７−３２の１変数関数から、ソース電力、バイアス電力、ガス流量（又は組成）及び磁気コイル電流の次元から構成される４次元制御空間に生成される例を示す図である。図４０は４次元制御空間内でウェハ電圧のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図４１は４次元制御空間内でエッチング速度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図４２は４次元制御空間内でプラズマイオン密度のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための処理を示す図である。図４３は４次元制御空間内でウェハ電流のプラズマパラメータについて一定値の等高線を生成するための方法を示す図である。
【図４４】図４０−４３の一定値等高線を用いて４つのプラズマパラメータを制御するための処理を示す図である。
【図４５】図４４の処理の低制約版を示す図であり、３つのプラズマパラメータのみを４次元制御空間内で制御しており、これは３つのプラズマパラメータをその対応する３つの等高線がそれに沿って４次元空間内で交差するところの軌道又は曲線に沿って変更することで行われる。
【図４６】リアクタチャンバの特性評価を行い、Ｎ個のチャンバパラメータを用いてＭ個のプラズマパラメータを制御するための処理を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプラズマパラメータの所望の値に従ってプラズマリアクタの複数のチャンバパラメータを制御するための方法であり、
ウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性、イオンエネルギー及びイオン質量を含む群から選択されるＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個の所望の数値のセットを、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側磁気コイル電流、外側磁気コイル電流、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成を含む群から選択されるＮ個の各チャンバパラメータについてのＮ個の数値のセットへと同時変換することを含み、ここでMとNは整数であり、
前記Ｎ個のチャンバ制御パラメータを前記Ｎ個の値のセットに設定することを含む方法。
【請求項２】
変換工程が、
（ａ）前記チャンバパラメータのそれぞれについて、前記ウェハ支持台座部へのＲＦバイアス電力入力側でＲＦ電気パラメータをサンプリングし、前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出しながら１チャンバパラメータのレベルをランプし、前記値を前記１チャンバパラメータの対応するレベルと共に対応するチャンバパラメータデータとして保存し、
（ｂ）前記チャンバパラメータのそれぞれについて、対応するチャンバパラメータデータから前記１チャンバパラメータを独立変数として有する、前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて１変数関数を演繹し、
（ｃ）前記関数の組合せから、前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する、それぞれが前記複数のプラズマパラメータの１つの各一定値に対応する表面を構築し、前記表面を保存することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
変換工程が更に、
（ａ）前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて、前記１プラズマパラメータの所望の値に対応する一定値の関連する表面をフェッチし、前記チャンバパラメータの前記Ｎ個の値を定義する、関連する表面の交点を決定することを含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する表面を構築する工程が前記プラズマパラメータのそれぞれについて行われる以下の工程を含み、以下の工程が
各チャンバパラメータに依存する１変数関数を組み合わせて前記チャンバパラメータの複数の変数を有する単一の合成関数を生成することを含む請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する表面を構築する工程が前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて行われる以下の工程を更に含み、以下の工程が、
合成関数を各プラズマパラメータの一連の値に等しく設定することを含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する表面を構築する工程が前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて行われる以下の工程を更に含み、以下の工程が、
前記一連の値のそれぞれについて、ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の、各プラズマパラメータがそれに対応する唯一の値を有するところの同時値のセットを定義する表面について解くことを含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ウェハ支持台座部へのＲＦバイアス電力入力側でＲＦ電気パラメータをサンプリングする工程が
バイアス電力インピーダンス整合回路とウェハ台座部内の電極との間に連結された伝送線への入力インピーダンス、入力電流及び入力電圧を検出することを含む請求項２記載の方法。
【請求項８】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、前記プラズマパラメータのそれぞれについて別々に計算で行われる請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、
前記伝送線とウェハ台座部内の電極との間の接合部の接合部アドミタンスを、前記入力インピーダンス、入力電流及び入力電圧と、伝送線のパラメータから算出することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、
電極と接地面との間でのシャント容量のシャント電気量を提供し、
電極と台座部上のウェハとの間での負荷容量の負荷電気量を提供することを更に含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、
前記接合部アドミタンス、前記シャント電気量、前記負荷電気量及び前記電極に印加されたＲＦバイアス電力の周波数から前記エッチング速度、プラズマイオン密度及びウェハ電圧を算出することを更に含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記伝送線の前記パラメータが前記伝送線の長さと、前記伝送線の特性インピーダンスと、前記伝送線の複素損失係数を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記シャント電気量を電極／接地ギャップ長さのサイズ、前記ウェハの面積、電極／接地誘電率及び電極／接地導体損失成分から算出する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記負荷電気量が電極／ウェハギャップ長さ、ウェハの面積、電極／ウェハ誘電率及び電極／ウェハ導体損失成分から算出する請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチング速度、プラズマイオン密度及びウェハ電圧の算出工程が、
まず、前記ウェハ電圧と、プラズマサセプタンスを含むプラズマアドミタンスの虚数部を算出し、前記ウェハ電圧と前記プラズマサセプタンスから前記イオン密度とエッチング速度を算出することを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のプラズマパラメータの数が前記複数のチャンバパラメータの数に等しい請求項３記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のプラズマパラメータの数が前記複数のチャンバパラメータの数より小さい又は大きい請求項３記載の方法。
【請求項１】
複数のプラズマパラメータの所望の値に従ってプラズマリアクタの複数のチャンバパラメータを制御するための方法であり、
ウェハ電圧、イオン密度、エッチング速度、ウェハ電流、エッチング選択性、イオンエネルギー及びイオン質量を含む群から選択されるＭ個のプラズマパラメータについてのＭ個の所望の数値のセットを、ソース電力、バイアス電力、チャンバ圧、内側磁気コイル電流、外側磁気コイル電流、内側領域ガス流量、外側領域ガス流量、内側領域ガス組成、外側領域ガス組成を含む群から選択されるＮ個の各チャンバパラメータについてのＮ個の数値のセットへと同時変換することを含み、ここでMとNは整数であり、
前記Ｎ個のチャンバ制御パラメータを前記Ｎ個の値のセットに設定することを含む方法。
【請求項２】
変換工程が、
（ａ）前記チャンバパラメータのそれぞれについて、前記ウェハ支持台座部へのＲＦバイアス電力入力側でＲＦ電気パラメータをサンプリングし、前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出しながら１チャンバパラメータのレベルをランプし、前記値を前記１チャンバパラメータの対応するレベルと共に対応するチャンバパラメータデータとして保存し、
（ｂ）前記チャンバパラメータのそれぞれについて、対応するチャンバパラメータデータから前記１チャンバパラメータを独立変数として有する、前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて１変数関数を演繹し、
（ｃ）前記関数の組合せから、前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する、それぞれが前記複数のプラズマパラメータの１つの各一定値に対応する表面を構築し、前記表面を保存することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
変換工程が更に、
（ａ）前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて、前記１プラズマパラメータの所望の値に対応する一定値の関連する表面をフェッチし、前記チャンバパラメータの前記Ｎ個の値を定義する、関連する表面の交点を決定することを含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する表面を構築する工程が前記プラズマパラメータのそれぞれについて行われる以下の工程を含み、以下の工程が
各チャンバパラメータに依存する１変数関数を組み合わせて前記チャンバパラメータの複数の変数を有する単一の合成関数を生成することを含む請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する表面を構築する工程が前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて行われる以下の工程を更に含み、以下の工程が、
合成関数を各プラズマパラメータの一連の値に等しく設定することを含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記チャンバパラメータ全ての同時値を定義する表面を構築する工程が前記複数のプラズマパラメータのそれぞれについて行われる以下の工程を更に含み、以下の工程が、
前記一連の値のそれぞれについて、ソース電力、バイアス電力及びチャンバ圧の、各プラズマパラメータがそれに対応する唯一の値を有するところの同時値のセットを定義する表面について解くことを含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ウェハ支持台座部へのＲＦバイアス電力入力側でＲＦ電気パラメータをサンプリングする工程が
バイアス電力インピーダンス整合回路とウェハ台座部内の電極との間に連結された伝送線への入力インピーダンス、入力電流及び入力電圧を検出することを含む請求項２記載の方法。
【請求項８】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、前記プラズマパラメータのそれぞれについて別々に計算で行われる請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、
前記伝送線とウェハ台座部内の電極との間の接合部の接合部アドミタンスを、前記入力インピーダンス、入力電流及び入力電圧と、伝送線のパラメータから算出することを含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、
電極と接地面との間でのシャント容量のシャント電気量を提供し、
電極と台座部上のウェハとの間での負荷容量の負荷電気量を提供することを更に含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記ＲＦ電気パラメータの各サンプルから複数のプラズマパラメータの値を算出する工程が、
前記接合部アドミタンス、前記シャント電気量、前記負荷電気量及び前記電極に印加されたＲＦバイアス電力の周波数から前記エッチング速度、プラズマイオン密度及びウェハ電圧を算出することを更に含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記伝送線の前記パラメータが前記伝送線の長さと、前記伝送線の特性インピーダンスと、前記伝送線の複素損失係数を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記シャント電気量を電極／接地ギャップ長さのサイズ、前記ウェハの面積、電極／接地誘電率及び電極／接地導体損失成分から算出する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記負荷電気量が電極／ウェハギャップ長さ、ウェハの面積、電極／ウェハ誘電率及び電極／ウェハ導体損失成分から算出する請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチング速度、プラズマイオン密度及びウェハ電圧の算出工程が、
まず、前記ウェハ電圧と、プラズマサセプタンスを含むプラズマアドミタンスの虚数部を算出し、前記ウェハ電圧と前記プラズマサセプタンスから前記イオン密度とエッチング速度を算出することを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のプラズマパラメータの数が前記複数のチャンバパラメータの数に等しい請求項３記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のプラズマパラメータの数が前記複数のチャンバパラメータの数より小さい又は大きい請求項３記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２８】
【図２９】
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【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
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【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【公開番号】特開２００８−１４７６７３（Ｐ２００８−１４７６７３Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−３１７７９４（Ｐ２００７−３１７７９４）
【出願日】平成１９年１２月９日（２００７．１２．９）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１７７９４（Ｐ２００７−３１７７９４）
【出願日】平成１９年１２月９日（２００７．１２．９）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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