特許第6584350号(P6584350)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6584350制御装置、基板処理システム、基板処理方法及びプログラム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6584350
(24)【登録日】2019年9月13日
(45)【発行日】2019年10月2日
(54)【発明の名称】制御装置、基板処理システム、基板処理方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/205 20060101AFI20190919BHJP
   H01L 21/02 20060101ALI20190919BHJP
   C23C 16/52 20060101ALI20190919BHJP
   H01L 21/3065 20060101ALI20190919BHJP
【FI】
   H01L21/205
   H01L21/02 Z
   C23C16/52
   H01L21/302 101G
【請求項の数】8
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-53882(P2016-53882)
(22)【出願日】2016年3月17日
(65)【公開番号】特開2017-168728(P2017-168728A)
(43)【公開日】2017年9月21日
【審査請求日】2018年8月8日
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】竹永 裕一
(72)【発明者】
【氏名】笠井 隆人
【審査官】 長谷川 直也
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−258338(JP,A)
【文献】 特開2013−008860(JP,A)
【文献】 特開2002−359217(JP,A)
【文献】 特開2006−228911(JP,A)
【文献】 特開2006−157029(JP,A)
【文献】 特開2003−017471(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/00−21/02、21/04−21/16、
21/205、21/302、21/3065、21/31、
21/365、21/461、21/469、21/86、
C23C 16/00−16/56、
G05B 23/00−23/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に所定の処理を行う基板処理装置の動作を制御する制御装置であって、
第1の条件と、前記第1の条件とは異なる第2の条件と、を含む前記所定の処理の条件を記憶するレシピ記憶部と、
前記第1の条件で前記基板に対して行われる第1の処理と、前記第1の処理の後に前記第2の条件で前記基板に対して行われる第2の処理と、において、前記第2の処理の結果と、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果と、に基づいて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定する制御部と、
を有し、
前記制御部は、同時に処理される複数枚の基板を用いて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定し、
前記制御部は、前記複数枚の基板の少なくとも一部において、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定し、
前記第2の処理の結果が、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向ではない場合、前記第1の処理の結果及び前記第2の処理の結果が異常ではないと判定し、
前記制御部は、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定した場合、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合と、前記複数枚の基板の一部において前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合とで、異なる推定原因を報知する、
制御装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定した場合、異常であることを報知する、
請求項に記載の制御装置。
【請求項3】
前記所定の処理の条件が前記所定の処理の結果に与える影響を表すプロセスモデルを記憶するモデル記憶部を更に有し、
前記制御部は、
前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定した場合、前記第1の処理の結果及び前記第2の処理の結果を使用することなく、前記モデル記憶部に記憶された前記プロセスモデルに基づいて、前記所定の処理の条件を算出し、
前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常ではないと判定した場合、前記第1の処理の結果と、前記第2の処理の結果と、前記モデル記憶部に記憶された前記プロセスモデルと、に基づいて、前記所定の処理の条件を算出する、
請求項1又は2に記載の制御装置。
【請求項4】
前記所定の処理は成膜処理であり、
前記所定の処理の結果は前記基板に成膜される膜の膜厚である、
請求項1乃至のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項5】
前記所定の処理はエッチング処理であり、
前記所定の処理の結果は前記基板上の成膜物質のエッチング量である、
請求項1乃至のいずれか一項に記載に制御装置。
【請求項6】
基板に所定の処理を行う基板処理装置と、
前記基板処理装置の動作を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
第1の条件と、前記第1の条件とは異なる第2の条件と、を含む前記所定の処理の条件を記憶するレシピ記憶部と、
前記第1の条件で前記基板に対して行われる第1の処理と、前記第1の処理の後に前記第2の条件で前記基板に対して行われる第2の処理と、において、前記第2の処理の結果と、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果と、に基づいて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定する制御部と、
を有し、
前記制御部は、同時に処理される複数枚の基板を用いて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定し、
前記制御部は、前記複数枚の基板の少なくとも一部において、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定し、
前記第2の処理の結果が、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向ではない場合、前記第1の処理の結果及び前記第2の処理の結果が異常ではないと判定し、
前記制御部は、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定した場合、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合と、前記複数枚の基板の一部において前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合とで、異なる推定原因を報知する、
基板処理システム。
【請求項7】
第1の条件で基板に第1の処理を行うステップと、
前記第1の処理を行うステップの後、前記第1の条件とは異なる第2の条件で基板に第2の処理を行うステップと、
前記第2の処理の結果と、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果と、に基づいて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定するステップと、
を有し、
前記判定するステップは、同時に処理される複数枚の基板を用いて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定し、
前記判定するステップは、前記複数枚の基板の少なくとも一部において、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定し、
前記第2の処理の結果が、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向ではない場合、前記第1の処理の結果及び前記第2の処理の結果が異常ではないと判定し、
前記判定するステップは、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定した場合、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合と、前記複数枚の基板の一部において前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合とで、異なる推定原因を報知する、
基板処理方法。
【請求項8】
請求項に記載の基板処理方法をコンピュータに実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御装置、基板処理システム、基板処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の製造においては、半導体ウエハ(ウエハ)等の基板に所望の特性を有する膜を成膜する場合、所望の特性を有する膜が得られる最適な成膜条件を予め算出し、算出した最適な成膜条件を用いて基板に成膜が行われる。最適な成膜条件を算出する場合、半導体製造装置や半導体プロセスに関する知識や経験が必要であり、容易に最適な成膜条件を算出できない場合がある。
【0003】
従来、最適な成膜条件を算出するシステムとして、操作者が目標膜厚を入力するだけで、制御部が目標膜厚に近づく最適温度を算出する熱処理システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2013−207256号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のシステムでは、制御部により算出される最適温度を用いてウエハに成膜処理を行った場合であっても、外乱の影響により、所望の特性を有する膜が得られない場合がある。
【0006】
そこで、一側面では、本発明は、外乱の影響を検出することが可能な制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る制御装置は、基板に所定の処理を行う基板処理装置の動作を制御する制御装置であって、第1の条件と、前記第1の条件とは異なる第2の条件と、を含む前記所定の処理の条件を記憶するレシピ記憶部と、前記第1の条件で前記基板に対して行われる第1の処理と、前記第1の処理の後に前記第2の条件で前記基板に対して行われる第2の処理と、において、前記第2の処理の結果と、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果と、に基づいて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定する制御部と、を有し、前記制御部は、同時に処理される複数枚の基板を用いて、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であるか否かを判定し、前記制御部は、前記複数枚の基板の少なくとも一部において、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定し、前記第2の処理の結果が、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向ではない場合、前記第1の処理の結果及び前記第2の処理の結果が異常ではないと判定し、前記制御部は、前記第1の処理の結果又は前記第2の処理の結果が異常であると判定した場合、前記複数枚の基板のすべてにおいて、前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合と、前記複数枚の基板の一部において前記第2の処理の結果が、前記第1の条件と前記第2の条件との関係から予測される結果の傾向とは逆傾向である場合とで、異なる推定原因を報知する
【発明の効果】
【0008】
開示の制御装置によれば、外乱の影響を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本実施形態の基板処理装置の一例を示す概略構成図
図2】本実施形態の制御装置の一例を示す概略構成図
図3】外乱の影響について説明するための図(1)
図4】外乱の影響について説明するための図(2)
図5】外乱の影響について説明するための図(3)
図6】本実施形態の制御装置の動作の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【0011】
(基板処理装置)
本実施形態の基板処理装置について説明する。本実施形態の基板処理装置は、基板の一例としての半導体ウエハ(以下「ウエハ」という。)が垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚保持された基板保持具を収容可能であり、複数枚のウエハに対して同時に基板処理を行うことが可能な装置である。
【0012】
以下、図1に基づき説明する。図1は、本実施形態の基板処理装置の一例を示す概略構成図である。
【0013】
図1に示されるように、基板処理装置は、長手方向が垂直方向である略円筒形の処理容器4を有する。処理容器4は、円筒体の内筒6と、内筒6の外側に同心的に配置された天井を有する外筒8とを備える2重管構造を有する。内筒6及び外筒8は、例えば石英等の耐熱性材料により形成されている。
【0014】
内筒6及び外筒8は、ステンレス鋼等により形成されるマニホールド10によって、その下端部が保持されている。マニホールド10は、例えば図示しないベースプレートに固定されている。なお、マニホールド10は、内筒6及び外筒8と共に略円筒形の内部空間を形成しているため、処理容器4の一部を形成しているものとする。即ち、処理容器4は、例えば石英等の耐熱性材料により形成される内筒6及び外筒8と、ステンレス鋼等により形成されるマニホールド10とを備え、マニホールド10は、内筒6及び外筒8を下方から保持するように処理容器4の側面下部に設けられている。
【0015】
マニホールド10は、処理容器4内に、成膜処理に用いられる成膜ガス、エッチング処理に用いられるエッチングガス等の処理ガス、パージ処理に用いられるパージガス等の各種ガスを導入するガス導入部20を有する。図1では、ガス導入部20が1つ設けられる形態を示しているが、これに限定されず、使用するガスの種類等に応じて、ガス導入部20が複数設けられていてもよい。
【0016】
成膜ガスの種類としては、特に限定されず、成膜する膜の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、ウエハWにポリシリコン膜を成膜する場合、成膜ガスとしては、例えばモノシラン(SiH)を含むガスを用いることができる。
【0017】
エッチングガスの種類としては、特に限定されず、エッチング対象の成膜物質の種類等に応じて適宜選択することができる。
【0018】
パージガスの種類としては特に限定されず、例えば窒素(N)ガス等の不活性ガスを用いることができる。
【0019】
ガス導入部20には、各種ガスを処理容器4内に導入するための導入配管22が接続される。なお、導入配管22には、ガス流量を調整するためのマスフローコントローラ等の流量調整部24や図示しないバルブ等が介設されている。
【0020】
また、マニホールド10は、処理容器4内を排気するガス排気部30を有する。ガス排気部30には、処理容器4内を減圧制御可能な真空ポンプ32、開度可変弁34等を含む排気配管36が接続されている。
【0021】
マニホールド10の下端部には、炉口40が形成されており、炉口40には、例えばステンレス鋼等により形成される円盤状の蓋体42が設けられている。蓋体42は、例えばボートエレベータとして機能する昇降機構44により昇降可能に設けられており、炉口40を気密に封止可能に構成されている。
【0022】
蓋体42の上には、例えば石英製の保温筒46が設置されている。保温筒46の上には、例えば50枚から175枚程度のウエハWを水平状態で所定の間隔で多段に保持する、例えば石英製のウエハボート48が載置されている。
【0023】
ウエハボート48は、昇降機構44を用いて蓋体42を上昇させることで処理容器4内へとロード(搬入)され、ウエハボート48内に保持されたウエハWに対して各種の基板処理が行われる。各種の基板処理が行われた後には、昇降機構44を用いて蓋体42を下降させることで、ウエハボート48は処理容器4内から下方のローディングエリアへとアンロード(搬出)される。
【0024】
処理容器4の外周側には、処理容器4を所定の温度に加熱制御可能な、例えば円筒形状のヒータ60が設けられている。
【0025】
ヒータ60は、複数のゾーンに分割されており、鉛直方向上側から下側に向かって、ヒータ60a〜60fが設けられている。ヒータ60a〜60fは、それぞれ電力制御機62a〜62fによって独立して発熱量を制御できるように構成される。また、内筒6の内壁及び/又は外筒8の外壁には、ヒータ60a〜60fに対応して、図示しない温度センサが設置されている。以下、ヒータ60a〜60fが設けられているゾーンを、それぞれゾーン1〜6と称する。なお、図1では、ヒータ60が6つのゾーンに分割されている形態を示しているが、これに限定されず、例えば鉛直方向上側から下側に向かって、5つ以下のゾーンに分割されていてもよく、7つ以上のゾーンに分割されていてもよい。また、ヒータ60は、複数のゾーンに分割されていなくてもよい。
【0026】
ウエハボート48に載置された複数枚のウエハWは、1つのバッチを構成し、1つのバッチ単位で各種の基板処理が行われる。また、ウエハボート48に載置されるウエハWの少なくとも1枚以上は、モニタウエハであることが好ましい。また、モニタウエハは分割されるヒータ60a〜60fのそれぞれに対応して配置されることが好ましい。
【0027】
また、本実施形態の基板処理装置は、装置全体の動作を制御するためのコンピュータ等の制御装置100を有する。制御装置100は、有線、無線等の通信手段によって、ホストコンピュータに接続され、基板処理装置は基板処理システムを構成している。
【0028】
(制御装置)
本実施形態の制御装置100について、図2に基づき説明する。図2は、本実施形態の制御装置の一例を示す概略構成図である。
【0029】
図2に示されるように、制御装置100は、モデル記憶部102と、レシピ記憶部104と、ROM(Read Only Memory)106と、RAM(Random Access Memory)108と、I/Oポート110と、CPU(Central Processing Unit)112と、これらを相互に接続するバス114とを有する。
【0030】
モデル記憶部102には、例えばプロセスモデル、熱モデルが記憶されている。
【0031】
プロセスモデルは、基板処理条件が基板処理結果に与える影響を表すモデルである。プロセスモデルとしては、例えば成膜条件が成膜結果に与える影響を表す成膜処理のためのプロセスモデル、エッチング条件がエッチング結果に与える影響を表すエッチング処理のためのプロセスモデルが挙げられる。
【0032】
成膜処理のためのプロセスモデルとしては、例えば温度−膜厚モデル、時間−膜厚モデル、圧力−膜厚モデル、ガス流量−膜厚モデルが挙げられる。温度−膜厚モデルは、ウエハWの温度が成膜された膜の膜厚に与える影響を表すモデルである。時間−膜厚モデルは、成膜時間が成膜された膜の膜厚に与える影響を表すモデルである。圧力−膜厚モデルは、処理容器4内の圧力が成膜された膜の膜厚に与える影響を表すモデルである。ガス流量−膜厚モデルは、成膜ガスの流量が成膜された膜の膜厚に与える影響を表すモデルである。
【0033】
また、他の成膜処理のためのプロセスモデルとしては、例えばウエハWの温度、成膜時間、処理容器4内の圧力、成膜ガスの流量等の成膜条件が、成膜された膜の膜厚とは異なる他の特性、例えば不純物濃度、シート抵抗、反射率等に与える影響を表すモデルが挙げられる。
【0034】
エッチング処理のためのプロセスモデルとしては、例えば温度−エッチング量モデル、時間−エッチング量モデル、圧力−エッチング量モデル、ガス流量−エッチング量モデルが挙げられる。温度−エッチング量モデルは、ウエハWの温度がウエハW上の成膜物質のエッチング量に与える影響を表すモデルである。時間−エッチング量モデルは、エッチング時間がウエハW上の成膜物質のエッチング量に与える影響を表すモデルである。圧力−エッチング量モデルは、処理容器4内の圧力がウエハW上の成膜物質のエッチング量に与える影響を表すモデルである。ガス流量−エッチング量モデルは、エッチングガスの流量がウエハW上の成膜物質のエッチング量に与える影響を表すモデルである。
【0035】
なお、モデル記憶部102には、前述したプロセスモデルのうちの一部が記憶されていてもよく、すべてが記憶されていてもよい。
【0036】
前述のプロセスモデルの他、モデル記憶部102は熱モデルを記憶する。
【0037】
熱モデルは、例えば処理容器4内の温度が、温度−膜厚モデル、温度−エッチング量モデル等のウエハWの温度が基板処理結果に与える影響を表すモデルにより算出される温度となるように、ヒータ60の設定温度を決定する際に参照されるモデルである。
【0038】
また、これらのモデルは、基板処理条件や基板処理装置の状態によってデフォルト(既定)値が最適でない場合も考えられるため、ソフトウェアに拡張カルマンフィルタ等を付加して学習機能を搭載することにより、モデルの学習を行うものであってもよい。
【0039】
レシピ記憶部104には、基板処理装置で行われる基板処理の種類に応じて制御手順を定めるプロセス用レシピが記憶されている。プロセス用レシピは、オペレータ(操作者)が実際に行う基板処理ごとに用意されるレシピである。プロセス用レシピは、例えば基板処理装置へのウエハWの搬入から、処理済みのウエハWの搬出までの、温度変化、圧力変化、各種ガスの供給の開始及び停止のタイミング、各種ガスの供給量等の基板処理条件を規定するものである。
【0040】
ROM106は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、フラッシュメモリ、ハードディスク等により構成され、CPU112の動作プログラム等を記憶する記憶媒体である。
【0041】
RAM108は、CPU112のワークエリア等として機能する。
【0042】
I/Oポート110は、温度、圧力、ガス流量等の基板処理条件に関する測定信号をCPU112に供給する。また、I/Oポート110は、CPU112が出力する制御信号を各部(電力制御機62、開度可変弁34の図示しないコントローラ、流量調整部24等)へ出力する。また、I/Oポート110には、操作者が基板処理装置を操作する操作パネル116が接続されている。
【0043】
CPU112は、ROM106に記憶された動作プログラムを実行し、操作パネル116からの指示に従って、レシピ記憶部104に記憶されているプロセス用レシピに沿って、基板処理装置の動作を制御する。
【0044】
また、CPU112は、モデル記憶部102に記憶されているプロセスモデルに基づいて、最適な基板処理条件を算出する。この際、線形計画法や2次計画法等の最適化アルゴリズムを利用して、読み出したプロセス用レシピに記憶された所望の膜の特性、エッチング量等に基づき、ウエハWの面内均一性、ウエハW間の面間均一性を満たすような基板処理条件を算出する。
【0045】
また、CPU112は、モデル記憶部102に記憶されている熱モデルに基づいて、プロセスモデルにより算出されるウエハWの温度となるように、ヒータ60の設定温度を決定する。
【0046】
バス114は、各部の間で情報を伝達する。
【0047】
ところで、プロセスモデルに基づいて算出される最適な基板処理条件を用いて、基板処理を行った場合であっても、外乱の影響により、予測される結果の傾向とは逆傾向となる場合がある。
【0048】
例えばN(Nは1以上の整数)回目の成膜処理よりも成膜時間を短くし、他の成膜条件を同一として(N+1)回目の成膜処理を行ったにも関わらず膜厚が厚くなる場合が挙げられる。また、例えばN回目の成膜処理よりもウエハWの温度を低くし、他の成膜条件を同一として(N+1)回目の成膜処理を行ったにも関わらず膜厚が厚くなる場合が挙げられる。
【0049】
なお、外乱としては、例えば膜厚測定器の影響、基板処理装置のメンテナンスの影響、累積膜厚の影響、ローディングエリアの雰囲気の影響、ウエハWの影響、ウエハの積載枚数の影響が考えられる。
【0050】
図3から図5は外乱の影響について説明するための図であり、外乱の影響により、成膜結果が、予測される成膜結果の傾向とは逆傾向となる場合の一例を示している。図3は、N回目及び(N+1)回目の成膜処理における成膜時間を示している。図4は、N回目及び(N+1)回目の成膜処理における各ゾーンのヒータの設定温度を示しており、横軸はゾーンを表し、縦軸はヒータの設定温度(℃)を表している。図5は、N回目及び(N+1)回目の成膜処理によりウエハW上に成膜された膜の膜厚の実測値及び(N+1)回目の成膜処理によりウエハW上に成膜される膜の膜厚の予測値を示している。図5における横軸はゾーンを表し、縦軸は膜厚(nm)を表している。
【0051】
図5に示されるように、N回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値は、ゾーン1〜5において目標値よりも厚くなっており、ゾーン6において目標膜厚よりも薄くなっている。
【0052】
そこで、制御装置100は、N回目の成膜処理によりウエハW上に成膜された膜の膜厚の実測値と、目標値と、プロセスモデル(時間−膜厚モデル、温度−膜厚モデル)と、熱モデルとに基づいて、各ゾーンにおけるウエハW上に成膜される膜の膜厚が目標値となるように成膜時間及びヒータ60の設定温度を変更する。また、制御装置100は、成膜時間及びヒータ60の設定温度を変更した後の成膜条件を(N+1)回目の成膜処理の成膜条件とする。
【0053】
具体的には、図3に示されるように、ウエハW上に成膜される膜の膜厚が薄くなるように成膜時間を短くし、図4に示されるように、ゾーン6のウエハW上に成膜される膜の膜厚が厚くなるようにゾーン6のヒータ60fの設定温度をゾーン1〜5よりも高くする。なお、本実施形態では、プロセスモデルとして、時間−膜厚モデル及び温度−膜厚モデルを使用しているが、他のプロセスモデルを使用してもよい。
【0054】
再び、図5を参照すると、ゾーン6では、(N+1)回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値は、N回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値よりも厚くなる方向に変化している。即ち、(N+1)回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値は、予測される結果の傾向と同じ傾向(予測値に近づく方向)となっている。
【0055】
これに対して、ゾーン1〜5では、(N+1)回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値は、N回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値よりも厚くなる方向に変化している。即ち、(N+1)回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値は、予測される結果の傾向とは逆傾向(予測値から遠ざかる方向)となっている。
【0056】
このような場合、(N+1)回目の成膜処理により得られる膜の膜厚の実測値と、目標値と、モデル記憶部102に記憶されているプロセスモデルと、熱モデルと、に基づいて、(N+2)回目の最適な成膜条件を算出すると、得られる膜の膜厚の実測値が目標値と等しくなる最適な成膜条件が得られない。このため、最適な成膜条件を算出するまでに多数回の成膜処理を要する、又は、多数回の成膜処理を行った場合であっても最適な成膜条件を算出できないおそれがある。
【0057】
そこで、本実施形態では、制御装置100は、第1の条件でウエハWに対して行われる第1の処理と、第1の処理の後に第2の条件でウエハWに対して行われる第2の処理と、において、第2の処理の結果と、第1の条件と第2の条件との関係から予測される結果と、に基づいて、第1の処理の結果又は第2の処理の結果が異常であるか否かを判定する。これにより、外乱の影響を検出することができる。
【0058】
次に、外乱の影響を検出することが可能な制御装置100の動作(調整処理)について、ウエハW上にポリシリコン膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。なお、基板処理は成膜処理に限定されず、例えばエッチング処理であってもよい。
【0059】
以下、図6に基づき説明する。図6は、本実施形態の制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【0060】
本実施形態の調整処理は、基板処理を行う前のセットアップの段階で行ってもよく、基板処理と同時に行ってもよい。また、調整処理においては、操作者は、操作パネル116を操作して、プロセス種別(例えば、SiHガスを用いたポリシリコン膜の成膜)を選択すると共に、成膜するポリシリコン膜の膜厚(目標膜厚)をゾーンごとに入力する。
【0061】
プロセス種別等の必要な情報が入力され、開始指令を受信すると、CPU112は、入力されたプロセス種別に対応するプロセス用レシピをレシピ記憶部104から読み出す(ステップS1)。
【0062】
次に、ウエハW上にポリシリコン膜を成膜する(ステップS2)。具体的には、CPU112は、蓋体42を下降させ、少なくとも各ゾーンにウエハWを搭載したウエハボート48を蓋体42上に配置する。続いて、CPU112は、蓋体42を上昇させ、ウエハボート48を処理容器4内に搬入する。続いて、CPU112は、レシピ記憶部104から読み出したプロセス用レシピに従って、流量調整部24、開度可変弁34、電力制御機62a〜62f等を制御して、ウエハW上にポリシリコン膜を成膜する。
【0063】
ポリシリコン膜の成膜が終了すると、CPU112は、蓋体42を下降させ、ポリシリコン膜が成膜されたウエハWを搬出させる。ホストコンピュータは、搬出されたウエハWを図示しない膜厚測定器等の測定装置に搬送させ、ポリシリコン膜の膜厚を測定させる(ステップS3)。膜厚測定器は、ポリシリコン膜の膜厚を測定すると、測定した膜厚を、ホストコンピュータを介してCPU112に送信する。なお、操作者が操作パネル116を操作して、膜厚測定器で測定された膜厚を入力してもよい。
【0064】
測定されたポリシリコン膜の膜厚をCPU112が受信すると(ステップS4)、調整処理を開始してからレシピ最適化計算がすでに実行されているか否かを判定する(ステップS5)。レシピ最適化計算については後述する。
【0065】
CPU112は、ステップS5においてレシピ最適化計算がすでに実行されていると判定した場合、ステップS4で受信したポリシリコン膜の膜厚が異常であるか否かを判定する(ステップS6)。ポリシリコン膜の膜厚が異常であるか否かの判定は、ステップS4で受信したポリシリコン膜の膜厚が、予測される膜厚(以下「予測膜厚」という。)の傾向とは逆傾向であるか否かによって行われる。
【0066】
具体的には、例えば成膜時間を短くし、他の成膜条件を変更せずに成膜処理を行ったにも関わらず、ポリシリコン膜の膜厚が厚くなっている(予測される結果の傾向とは逆傾向である)場合、CPU112は、膜厚が異常であると判定する。また、例えばウエハWの温度を低くし、他の成膜条件を変更せずに成膜処理を行ったにも関わらず、ポリシリコン膜の膜厚が厚くなっている(予測される結果の傾向とは逆傾向である)場合、CPU112は、膜厚が異常であると判定する。
【0067】
なお、判定の際、一部のウエハWでポリシリコン膜の膜厚が予測膜厚の傾向とは逆傾向である場合に膜厚が異常であると判定してもよく、すべてのウエハWでポリシリコン膜の膜厚が予測膜厚の傾向とは逆傾向である場合に膜厚が異常であると判定してもよい。
【0068】
ステップS5においてレシピ最適化計算が実行されていないと判定した場合、膜厚の異常判定(ステップS6)を実行することなく、ステップS9へ進む。
【0069】
CPU112は、ステップS6においてポリシリコン膜の膜厚が異常であると判定した場合、成膜結果が異常であることを報知する(ステップS7)。例えば、CPU112は、膜厚が異常であることを操作パネル116に表示する。また、CPU112は、異常であると推定される原因(推定原因)を更に報知してもよい。具体的には、例えばすべてのウエハWでポリシリコン膜の膜厚が予測膜厚の傾向とは逆傾向である場合、「膜厚測定器の影響」、「基板処理装置のメンテナンスの影響」、「累積膜厚の影響」、「ローディングエリアの雰囲気の影響」等の推定原因を報知する。また、例えば一部のウエハWでポリシリコン膜の膜厚が予測膜厚の傾向とは逆傾向である場合、「ウエハWの影響」、「ダミーウエハの影響」、「累積膜厚の影響」、「ウエハの積載枚数の影響」等の推定原因を報知する。なお、推定原因に代えて、推定原因ごとに対応付けされたエラーコード等を報知してもよい。
【0070】
なお、ステップS6においてポリシリコン膜の膜厚が異常ではないと判定した場合、成膜結果が異常であることを報知することなく、ステップS9へ進む。
【0071】
成膜結果が異常であることが報知されると、操作者は、報知された内容を確認し、操作パネル116を操作して、処理を続行するか、又は、処理を中断するかを選択する。
【0072】
CPU112は、所定の時間内に処理を続行する操作がされたか否かを判定する(ステップS8)。
【0073】
CPU112は、ステップS8において所定の時間内に処理を続行する操作がされたと判定した場合、ポリシリコン膜の膜厚が目標膜厚の許容範囲内の膜厚であるか否かを判定する(ステップS9)。許容範囲内とは、入力された目標膜厚から許容可能な所定の範囲内に含まれていることを意味し、例えば入力された目標膜厚から±1%以内の場合をいう。CPU112は、ステップS8において所定の時間内に処理を続行する操作がされなかったと判定した場合、かつ、操作者により成膜処理を再開する操作がされた場合(ステップS10)、ステップS2へ戻る。
【0074】
CPU112は、ステップS9においてポリシリコン膜の膜厚が目標膜厚の許容範囲内の膜厚であると判定した場合、調整処理を終了する。CPU112は、ステップS9においてポリシリコン膜の膜厚が目標膜厚の許容範囲内の膜厚ではないと判定した場合、ステップS4で受信したポリシリコン膜の膜厚が異常であるか否かを判定する(ステップS11)。
【0075】
CPU112は、ステップS11においてステップS4で受信したポリシリコン膜の膜厚が異常であると判定した場合、過去の学習結果を使用することなく、レシピ最適化計算を実行する(ステップS12)。レシピ最適化計算では、調整処理を開始してから得られた処理の結果等の過去の学習結果を使用することなく、例えばモデル記憶部102に記憶されているプロセスモデルから、最適化アルゴリズムを利用して目標膜厚となるような各ゾーンにおけるウエハWの温度及び成膜時間を算出する。また、モデル記憶部102に記憶されている熱モデルに基づいて、プロセスモデルにより算出されるウエハWの温度となるように、ヒータ60a〜60fの設定温度を算出する。
【0076】
CPU112は、ステップS11においてステップS4で受信したポリシリコン膜の膜厚が異常でないと判定した場合、過去の学習結果を使用して、レシピ最適化計算を実行する(ステップS13)。レシピ最適化計算では、調整処理を開始してから得られた処理の結果等の過去の学習結果を使用して、例えばモデル記憶部102に記憶されているプロセスモデルから、最適化アルゴリズムを利用して目標膜厚となるような各ゾーンにおけるウエハWの温度及び成膜時間を算出する。また、モデル記憶部102に記憶されている熱モデルに基づいて、プロセスモデルにより算出されるウエハWの温度となるように、ヒータ60a〜60fの設定温度を算出する。
【0077】
続いて、CPU112は、読み出したプロセス用レシピのヒータ60a〜60fの設定温度及び成膜時間を、ステップS12又はステップS13で算出したヒータ60a〜60fの設定温度及び成膜時間に更新し(ステップS14)、ステップS2へ戻る。プロセス用レシピの更新は、既存のプロセス用レシピを上書きするものであってもよく、既存のプロセス用レシピとは別に新たなプロセス用レシピを作成するものであってもよい。
【0078】
なお、このような調整処理が終了すると、CPU112は、ウエハW上にポリシリコン膜を成膜する成膜処理を実行する。具体的には、CPU112は、昇降機構44により蓋体42を下降させ、ウエハWを搭載したウエハボート48を蓋体42上に配置する。続いて、CPU112は、昇降機構44により蓋体42を上昇させ、ウエハボート48を処理容器4内に搬入する。続いて、CPU112は、レシピ記憶部104から読み出したプロセス用レシピに従って、流量調整部24、開度可変弁34、電力制御機62a〜62f等を制御して、ウエハW上にポリシリコン膜を成膜する。
【0079】
以上に説明したように、本実施形態では、制御装置100は、第1の条件でウエハWに対して行われる第1の処理と、第1の処理の後に第2の条件でウエハWに対して行われる第2の処理と、において、第2の処理の結果と、第1の条件と第2の条件との関係から予測される結果と、に基づいて、第1の処理の結果又は第2の処理の結果が異常であるか否かを判定する。これにより、外乱の影響を検出することができる。
【0080】
また、本実施形態では、制御装置100は、第1の処理の結果又は第2の処理の結果が異常であると判定した場合、異常であることを報知する。これにより、外乱の影響があった場合、操作者が報知された内容を確認した後、成膜処理を続行するか否かを判断できる。このため、外乱の影響があるにも関わらず、成膜処理が自動的に継続されることを抑制できる。その結果、外乱の影響があっても、安定的にプロセス制御ができ、プロセス性能が向上する。また、操作者は、制御装置100により成膜結果が異常であると判断された場合にのみ成膜結果について調査を行えばよいため、操作者の負担を軽減することができる。
【0081】
また、本実施形態では、制御装置100が、第1の処理の結果又は第2の処理の結果が異常であると判定した場合、異常であると推定される原因を報知する。これにより、基板処理装置や基板処理プロセスに関する知識や経験の少ない操作者であっても調整処理を容易に行うことができる。
【0082】
また、本実施形態では、制御装置100は、第1の処理の結果又は第2の処理の結果が異常であると判定した場合、これらの処理の結果を使用することなく、モデル記憶部102に記憶されたプロセスモデルに基づいて所定の処理の条件を算出する。これにより、外乱の影響を受けた処理の結果等を使用することなく所定の処理の条件を算出できるので、最適な成膜条件を算出するまでに要する成膜処理の回数を減らすことができる。
【0083】
以上、制御装置、基板処理システム、基板処理方法及びプログラムを上記実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【0084】
本実施形態では、ウエハボート48に載置された多数枚のウエハWにより1つのバッチを構成し、1つのバッチ単位で成膜処理を行うバッチ式の装置を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えばホルダ上に載置した複数のウエハWに対して一括して成膜処理を行うセミバッチ式の装置であってもよく、一枚ずつ成膜処理を行う枚葉式の装置であってもよい。
【0085】
また、本実施形態では、基板処理装置の動作を制御する制御装置100が調整処理を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば複数の装置を一元管理する制御装置(群コントローラ)やホストコンピュータで行ってもよい。
【0086】
また、本実施形態では、成膜結果の異常判定をレシピ最適化計算に利用する形態について説明したが、これに限定されない。例えば成膜結果の異常判定を装置異常検出及び分類(FDC:Fault Detection & Classification)、統計的プロセス管理(SPC:Statistical Process Control)等の装置の健康状態の診断に利用してもよい。
【符号の説明】
【0087】
100 制御装置
102 モデル記憶部
104 レシピ記憶部
106 ROM
108 RAM
110 I/Oポート
112 CPU
114 バス
116 操作パネル
W ウエハ
図1
図2
図3
図4
図5
図6