JP2005307239A

JP2005307239A - モニタリング方法、製造装置、及び製造システム

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Publication number: JP2005307239A
Application number: JP2004122840A
Authority: JP
Inventors: Seiko Sekiguchi; 誓子関口; Shinichi Imai; 伸一今井; Shinki Taguchi; 真貴田口; Soichi Fukuda; 宗一福田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】膜形成を行なう製造装置において、プロセスガス供給の異常を迅速に検出できる半導体製造装置のモニタリング方法、及び製造システムを提供する。
【解決手段】製造装置においてリアルタイムで製造パラメータのアナログデータを取得し、モニタリングする。そしてパラメータＡが予め設定された値Ｌ１に達するまでの過渡時間Ｍと、パラメータＢが予め設定された値Ｌ３に達するまでの過渡時間Ｎとをモニタリングする。また、パラメータＡのしきい値Ｌ２とパラメータＢのしきい値Ｌ４、パラメータＡのしきい値確認時間ＸとパラメータＢのしきい値確認時間Ｙを設定することによりそれぞれの設定値Ｌ１，Ｌ３への到達が認識でき、これにより、パラメータＡとパラメータＢの相関を算出させた仮想センサーをモニタリングする。仮想センサーに予め規格範囲Ｅを設定し、この範囲を連続Ｘ秒外れた際にアラームＧを発報することもできる。
【選択図】図４

Description

本発明は電子デバイスを製造するために用いられる製造装置のモニタリング方法に関するものである。

半導体製造では、多層配線構造が一般的に用いられており、コンタクトと配線とを電気的に接続するために、コンタクトプラグを用いている。また、異なる層内に設けられた配線同士を接続するためにはビアプラグが用いられている。これらのプラグは、例えば、化学気相法（ＣＶＤ:ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を行なう半導体製造装置で形成される。プラグ形成に用いられる半導体製造装置の構成と代表的な成膜プロセスフローを以下に説明する。

図９は、ＣＶＤ法による膜形成を行なう一般的な半導体製造装置の構成を示す図である。同図に示すように、従来の半導体製造装置において、成膜を行なう反応室１３３には内部ガスを排気するガス排気ライン１３６と、原料ガスを反応室１３３に導入するためのガス導入ライン１３４と、還元ガスを反応室１３３に導入するためのガス導入ライン１３５とが接続されている。シランガスなどの原料ガスは、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）１４０とバルブ１４１を通ってガス導入ライン１３４より反応室１３３へ導入される。還元ガスはＭＦＣ１４２とバルブ１４３とを通ってガス導入ライン１３５から反応室１３３へ導入される。ガス排気ライン１３６はガス排気調整手段１３７を介してドライポンプなどのガス排気手段１３８が接続され、さらに除外装置１３９が接続されている。ガス排気調整手段１３７はコンダクタンスバルブとゲートバルブとからなる。コンダクタンスバルブは反応室１３３とガス排気調整手段１３７とを分離するためのものであり、ゲートバルブはガス排気手段１３８を遮断するためのものである。除外装置１３９は原料ガス、および還元ガスを燃焼する装置である。ガスの圧力計１４８は、反応室１３３内の圧力を常時モニタリングすることができる。ガス導入ライン１３４とガス導入ライン１３５より供給されたガスは反応室１３３の上部から内部へ噴出される。シャワーヘッド１４４は、反応室１３３の内部へガスを噴出させるための多数の孔を有している。ステージ１４５内にはヒータ１４６が設置されており、化学気相法を用いるプロセス中、半導体基板１４７を加熱する。

図１０は、従来のＣＶＤ法の主なプロセスフローを示す図である。同図を用いて従来のＣＶＤ法の手順を説明する。

まず、ステップ１４９で、成膜用の半導体製造装置の反応室外部に取り付けられた半導体基板設置室から搬送機により半導体基板１４７をステージ１４５の上に搬送する。

次に、ステップ１５０で、反応室１３３内の圧力を圧力計１４８により調整し、ヒータ１４６により半導体基板１４７を加熱する。

その後、ステップ１５１で、ガス導入ライン１３５よりシャワーヘッド１４４を通して還元ガスを一旦導入し、熱分解により半導体基板１４７の主面上にシリコンを堆積する。本ステップでは、半導体基板１４７が加熱されているので、Ｓｉ系の還元ガスが基板表面上で熱分解する。その結果、原料ガスを導入しなくても基板上にＳｉが堆積する。

続いて、ステップ１５２では、ガス導入ライン１３４からシャワーヘッド１４４を通して半導体基板１４７上に原料ガスを導入する。

その後、ステップ１５３で、還元ガスをガス排気調整手段１３７よりシャワーヘッド１４４を通して反応室１３３へ導入し、半導体基板１４７の主面上に核となる、原料ガスの還元による生成物からなる薄膜を形成する。

次に、ステップ１５４で、ガス排気調整手段１３７より両ガスを排気し、チャンバ内を浄化する。

そして、反応室１３３の圧力を調整後、ガス導入ライン１３４からシャワーヘッド１４４を通して原料ガスを半導体基板１４７に導入し、先のステップで半導体基板１４７上に形成した原料ガスの還元による生成物からなる薄膜を核として、さらに生成物を成長させる。

次に、ステップ１５６で残留ガスの排除を行った後、ステップ５７でチャンバー内（反応室１３３内）の浄化を行なう。

続いて、ステップ５８で、半導体基板が搬送機により半導体基板設置室に移され、成膜処理が終了する。

次に、従来の半導体製造装置のモニタリング方法について説明する。図１１は、従来のモニタリング方法において得られる膜形成時のデータを示す図である。

従来のモニタリング方法としては、膜の堆積に必要な各要素を管理するための、例えば特許文献１のような技術がある。この従来技術では、半導体基板の製造工程に用いられる製造装置において、製造状況を確認するために圧力、温度、ガス流量、電力など、図１１に示す各要素を検出するセンサーを製造装置に設ける。そして、各波形データをサンプリング（０．１秒固定）し、得られたセンサ信号波形をモニタリングすると共に、該信号波形の立ち上がりから立ち下がりまでの部分を予め登録されている設定値と比較することにより、各要素を管理する。
特開２０００−２６９１０８号公報

しかしながら、上記システムでは、各要素（圧力、温度、ガス流量、電力など）を時間的順序で管理できるが、各プロセスガスの応答性や各プロセスガスの設定値に対するガス流量の安定性、２種類以上のプロセスガスの反応室への導入タイミング、あるいは設定流量への立ち上がり時間を管理することが困難であった。これの不具合について簡単に説明する。

半導体製造装置であるＣＶＤ装置において、この還元反応を用いるプロセスでは従来、原料ガスと還元ガスを反応室に導入するタイミングをレシピのステップによって制御している。しかし、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）の応答性、コンピュータが制御する周期のズレにより、ガス導入時のタイミングが理論値に従って制御されているわけではなく、このマスフローコントローラでのガス導入時には、必ずといってタイミングラグが発生する。

図１２は、ＣＶＤ法による、正常時のコンタクトプラグあるいはビアプラグの埋め込みのメカニズムを示す図である。

まず、図１２（ａ）に示すように、絶縁膜１００に形成されたコンタクトプラグあるいはビアプラグの内側がバリア層１０１で覆われている場合、このバリア層１０１上から原料ガス１０２をプラグ内に導入する。

この状態で、図１２（ｂ）に示すように、還元ガス１０３が導入されると、先に導入された原料ガス１０２が還元される。

次に、図１２（ｃ）に示すように、原料ガス１０２の還元により、核となる導体薄膜１０４ａが生成される。

次いで、図１２（ｄ）に示すように、引き続き原料ガス１０２と還元ガス１０３が導入されることで、先に生成した導体薄膜１０４ａを核として還元反応が進行し、コンタクトプラグあるいはビアプラグの内側が導体膜１０４によって完全に埋め込まれる。

図１３は、図１２に示すコンタクトプラグあるいはビアプラグの形成時に、埋め込み不良が発生する場合のメカニズムを示す図である。

この場合、図１３（ａ）に示すように、還元ガス１０３を原料ガス１０２より先に導入すると、図１３（ｂ）に示すように、後から導入された原料ガス１０２がプラグ底部に到達する前にプラグ上部で還元されてしまう。そのため、図１３（ｃ）に示すように、導体薄膜を核として、配線溝の上部をふさぐように導体膜１０４の形成が進む。このため、原料ガス１０２プラグ底部にまで入り込まず、図１３（ｄ）に示すように、プラグの埋め込み不良１０５が生じる。このことから、ガス導入時にタイミングラグが発生する従来のモニタリング方法では、プラグの埋め込み不良を起こしやすいことが分かる。

現在のところ、以上のようにして形成されるプラグの埋め込み不良は、次工程での検査では検知されず、半導体基板の拡散工程終了後の電気的特性の検査により検知される。このため、従来のモニタリング方法を用いた場合、半導体基板の品質が低下するおそれがあった。加えて、最終工程における電気的特性検査において異常が確認されるまで、半導体製造装置が半導体基板を処理し続けるため、多大なロスを生じるおそれもあった。つまり、埋め込み不良が発覚する最終検査工程までは、この不良品にも通常の製品と同様の処理が施されるため、薬液、電力、ガスなどの資源を浪費するおそれがあった。

本発明の目的は、膜形成を行なう製造装置において、プロセスガス供給の異常を迅速に検出できる半導体製造装置のモニタリング方法、及び製造システムを提供することにある。

本発明のモニタリング方法は、第１のガスと、上記第１のガスと反応して物質膜を堆積させる第２のガスとを用いて上記物質膜を形成する製造装置を、上記製造装置から得たデータを演算するデータ１次整理装置によってモニタリングする方法であって、上記物質膜の形成時に、上記製造装置の第１のパラメータが第１の状態から予め設定された第２の状態に達するまでの時間が第１の設定範囲から外れているか否かを監視するステップ（ａ）と、上記物質膜の形成時に、上記製造装置の第２のパラメータが第３の状態から予め設定された第４の状態に達するまでの時間が第２の設定範囲から外れているか否かを監視するステップ（ｂ）とを含んでいる。

この方法により、供給されるガスの流量変化、基板の温度変化、反応室の圧力変化、消費電力の変化など、物質膜の形成時のパラメータ変化から、製造装置が正常か否かを判断できるので、製造装置の異常を早期に検出でき、例えば半導体装置を製造する際に物質膜の形成不良の発生を抑えることが可能となる。

また、上記製造装置が正常動作する場合の上記物質膜の形成時に、上記第１のパラメータが、あらかじめ設定された第１のしきい値に達してから上記第２の状態になるまでに要する時間以下の時間をＸとし、上記第２のパラメータが、あらかじめ設定された第２のしきい値に達してから上記第４の状態になるまでに要する時間以下の時間をＹとすると、上記第１のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｘの間連続して超えた場合には、上記第１のパラメータが上記第２の状態に達したものと上記データ１次整理装置が認識するステップ（ｃ）と、上記第２のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｙの間連続して超えた場合には、上記第２のパラメータが上記第４の状態に達したものと上記データ１次整理装置が認識するステップ（ｄ）とをさらに含んでいることにより、膜形成の異常をより容易にリアルタイムで検出することができるので、不良品の発生を効果的に抑えることができる。

上記第１のパラメータと上記第２のパラメータとを用いて上記データ１次整理装置が演算した結果から、一定範囲の時間を仮想センサーとして上記物質膜の形成時に設定するステップ（ｅ）をさらに含んでいることにより、容易に膜形成の異常を検出できる。

上記第１のパラメータと上記第２のパラメータの測定値を基に上記データ１次整理装置が算出する値が上記仮想センサーに示す一定範囲から外れた場合、製造装置による処理を停止させることにより、不良品の製造を未然に防ぎ、薬液、電力、原料などの資源の浪費を防ぐことができる。

上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量であれば、製造装置の異常を早期に検出できるので好ましい。

特に、上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量であり、上記データ１次整理装置が、上記第１のガスと上記第２のガスの立ち上がり時間差を演算する場合、ガスの安定性やＭＦＣの性能劣化による異常、ガス流量の立ち上がりのタイミングずれなどを検出でき、例えば半導体装置のビアプラグやコンタクトプラグを不具合なく形成することができる。

本発明の製造装置は、第１のガスと、上記第１のガスと反応して物質膜を堆積させる第２のガスとを用いて上記物質膜を形成する製造装置であって、製造状況についてのシリアルデータを収集するシリアルデータ収集装置と、製造状況についてのアナログデータを収集するアナログデータ収集装置と、上記シリアルデータ収集装置を介して得た上記シリアルデータと、上記アナログデータ収集装置を介して得た上記アナログデータとから、第１のパラメータが第１の状態から予め設定された第２の状態まで変化する時間と、第２のパラメータが第３の状態から予め設定された第４の状態まで変化する時間とをモニタリングするデータ１次整理装置とを備えている。

これにより、供給されるガスの流量変化、基板の温度変化、反応室の圧力変化、消費電力の変化など、物質膜の形成時のパラメータ変化から、製造装置が正常か否かを判断できるので、異常の発生を早期に検出でき、例えば半導体装置を製造する際に物質膜の形成不良の発生を抑えることが可能となる。

上記物質膜の形成が正常に行われる場合に、上記第１のパラメータが、あらかじめ設定された第１のしきい値に達してから上記第２の状態になるまでに要する時間以下の時間をＸとし、上記第２のパラメータが、あらかじめ設定された第２のしきい値に達してから上記第４の状態になるまでに要する時間以下の時間をＹとすると、上記データ１次整理装置は、上記第１のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｘの間連続して超えた場合に、上記第１のパラメータが上記第２の状態に達したものと認識し、且つ、上記第２のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｙの間連続して超えた場合には、上記第２のパラメータが上記第４の状態に達したものと認識することにより、膜形成の異常をより容易にリアルタイムで検出することができるので、不良品の発生を効果的に抑えることができる。

上記データ１次整理装置は、上記物質膜の形成時に、上記第１のパラメータと上記第２のパラメータとを用いた演算結果から、一定範囲の時間を仮想センサーとして設定することにより、容易に膜形成の異常を検出できる。

上記データ１次整理装置に接続され、上記第１のパラメータと上記第２のパラメータの測定値を基に上記データ１次整理装置が算出する値が上記仮想センサーに示す一定範囲から外れた場合、上記物質膜の形成を停止させる制御装置をさらに備えていることにより、不良品の製造を未然に防ぎ、薬液、電力、原料などの資源の浪費を防ぐことができる。

上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量であり、上記データ１次整理装置は、上記第１のガスと上記第２のガスの立ち上がり時間差を演算する場合、ガスの安定性やＭＦＣの性能劣化による異常、ガス流量の立ち上がりのタイミングずれなどを検出でき、例えば半導体装置のビアプラグやコンタクトプラグを不具合なく形成することができる。

本発明の製造システムは、第１のガスと、上記第１のガスと反応して物質膜を堆積させる第２のガスとを用いて上記物質膜を形成する製造装置と、上記製造装置に接続され、製造状況についてのシリアルデータを収集するシリアルデータ収集装置と、上記製造装置に接続され、製造状況についてのアナログデータを収集するアナログデータ収集装置と、上記シリアルデータ収集装置を介して得た上記シリアルデータと、上記アナログデータ収集装置を介して得た上記アナログデータとから、第１のパラメータが第１の状態から予め設定された第２の状態まで変化する時間と、第２のパラメータが第３の状態から予め設定された第４の状態まで変化する時間とをモニタリングするデータ１次整理装置とを備えている。

上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量であれば、製造装置の異常を早期に検出できるので好ましい。なお、第１のガスは例えば原料ガスであり、第２のガスは還元ガスであってもよいし、第２のガスが第１のガスと反応する原料ガスであってもよい。原料ガスや還元ガスは各々複数種類存在してもよい。

本発明のモニタリング方法では上記構成を有し、特に、２種類以上のガス流量の変化をパラメータとした場合、ガス流量が設定流量に達するまでの時間をモニタリングしたり、設定流量への到達時間を認知したり、立ち上がり時間差を算出する仮想センサーを設けたりすることができる。また、測定値から算出された立ち上がり時間差が設定した規格値を外れた場合にアラームを設定すれば、ＣＶＤ成膜装置におけるガス流量立ち上がりタイミングズレを自動で検知でき、製造不良品の拡大を防ぐことができ、かつ、生産コスト低減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

(第１の実施形態)
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の製造システムを示すブロック図である。同図に示す製造システムは、半導体基板の製造状況、プロセス中の圧力、ガス流量、処理時間などのデータをシリアルとアナログの両方法で収集するための構成を有している。半導体基板の製造状況についてのデータは、例えば基板ヒーター温度、高周波電力、処理を行っている基板のロット名やウェハ番号、レシピ名、レシピステップなどである。

本実施形態の製造システムは、ＣＶＤ法により物質膜を形成するための半導体製造装置１と、ケーブル３を介して半導体製造装置１に接続され、シリアル通信データを収集するシリアルデータ収集装置２と、ケーブル５を介して半導体製造装置１に接続され、例えば周期１〜１０Ｈｚ（可変）でアナログデータを収集するアナログデータ収集装置４と、シリアル通信が可能なケーブル６を介してシリアルデータ収集装置２に接続されるとともに、アナログデータを通信可能なケーブル８を介してアナログデータ収集装置４に接続されるデータ１次整理装置７とを含んでいる。

ここで、半導体製造装置１は、例えば図９に示すようなＣＶＤ装置であり、成膜を行なうための反応室１３３と、反応室１３３内のガスを排気するためのガス排気ライン１３６と、反応室１３３内の圧力をモニタリングする圧力計１４８と、原料ガスを反応室１３３に導入するラインためのガス導入ライン１３４と、還元ガスを反応室１３３に導入するためのガス導入ライン１３５と、ガス導入ライン１３４に接続され、原料ガスの流量を調節するためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１４０及びバルブ１４１と、ガス導入ライン１３５に接続され、還元ガスの流量を調節するためのＭＦＣ１４２及びバルブ１４３と、原料ガスや還元ガスを反応室１３３内に噴出させるためのシャワーヘッド１４４と、反応室１３３内に配置され、半導体基板１４７を設置するためのステージ１４５と、膜の形成時に半導体基板１４７を加熱するためのヒーター１４６と、ガス排気調整手段１３７を介してガス排気ライン１３６に接続されたガス排気手段１３８と、ガス排気手段１３８に接続された除外装置１３９とを有している。なお、本発明の方法は、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなどのいずれでも用いられる。シリアルデータ収集装置２、アナログデータ収集装置４、データ１次整理装置７は、半導体製造装置１の外部に接続されていてもよいし、半導体製造装置１内に組み込まれていてもよい。

以上のような構成により、半導体製造装置の製造状況についてのシリアルデータとアナログデータの両データが取得でき、半導体装置の膜形成プロセスを細部に渡ってモニタリングすることが可能になる。シリアルデータ（デジタル）として、処理中のプロセス中の圧力、ガス流量、処理時間などの情報が約１ｓｅｃごとに得られ、アナログデータとして、先述のデータの中より特定のデータのみ（例えばガス流量など）を１〜１０Ｈｚで得ることができる。本実施形態の製造システムでは、シリアルデータ収集装置２及びアナログデータ収集装置４が少なくとも原料ガスと還元ガスの流量変化のデータを収集し、データ１次整理装置７が、これらのガスの流量をモニタリングすることを特徴としている。これらの詳細なデータは従来では敢えて取得されておらず、また、これらのデータをモニタリングすることも従来は行われていなかった。

図２は、膜の形成時に、本実施形態の製造システムが検出する、半導体製造装置でのガス流量変化の代表的な波形を示す図である。同図において、領域Ｍは、原料ガスＡの流量が、流量Ｌ５から設定流量Ｌ１に到達するまでの時間を表している。また、領域Ｎは、還元ガスＢの流量が、流量Ｌ６から設定流量Ｌ３へ到達するまでの時間を表している。なお、ここでの設定流量とは、膜形成時の反応室１３３に供給されるべくあらかじめ設定された流量のことである。

本実施形態の製造システムでは、領域Ｍ、Ｎなど、膜形成時に供給される原料ガス及び還元ガスが設定流量に達するまでの変化時間をモニタリングすることで、従来よりもより詳細にＭＦＣの応答性を常時モニタリングすることができる。また、必要に応じて、この領域にエラーバンドを設定することでＭＦＣの異常による流量エラーを従来よりも早期に発見することができる。この他にも、原料ガス流量の立ち上がり時間が領域Ｍより一定値以上小さい、あるいは一定値以上大きい時にエラー表示する、還元ガス流量の立ち上がり時間が領域Ｎより一定値以上小さい、あるいは一定値以上大きい時にエラー表示する、ことなどを行なっても流量エラーを早期に発見することができる。このため、ＣＶＤ膜の形成不良、あるいは埋め込み不良の発生を抑制することができ、半導体装置の歩留まりの向上と、半導体装置の製造コストの低減とを図ることができる。

なお、本実施形態のモニタリング方法は、半導体製造装置で形成する膜がタングステンである場合の他、金属などの導電体やシリコン酸化物などの絶縁体、ＳｉＣやＳｉＧｅなどの半導体である場合などに用いても有効である。

また、モニタリングの対象は、ガスの流量だけに限らず、ＣＶＤ装置で監視される基板の温度変化、反応室の圧力変化、消費電力の変化などであってもよい。すなわち、製造装置において、第１のパラメータＡが第１の状態Ｌ５から予め設定された第２の状態Ｌ１に達するまでの時間（領域Ｍ）と、第２のパラメータＢが第３の状態Ｌ６から予め設定された第４の状態Ｌ３に達するまでの時間（領域Ｎ）とが設定範囲から外れているか否かをモニタリング（監視）しても、製造装置の異常を早期に検出することが可能となる。また、以後の実施形態でもモニタリングの対象はガスの流量に限らない。例えば、２つの周波数の高周波電力に対しても同様の方法でモニタリングすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造システムが検出する、半導体製造装置でのガス流量変化の代表的な波形を示す図である。本実施形態の製造システムは、図１に示す第１の実施形態と同様の構成を有しているが、ガスの流量変化についてのデータのモニタリング方法に特徴がある。

すなわち、図３に示すように、本実施形態のモニタリング方法では、原料ガスＡが予め設定された流量Ｌ１に到達したと認識させる流量しきい値Ｌ２と、その流量しきい値Ｌ２を連続して超える時間範囲Ｘとを設定することにより、設定流量Ｌ１への立ち上がり時刻Ｔ１を認識することができる。ここで、各しきい値は、設定流量の９０％とし、時間範囲Ｘ＝３秒とする。一般的に、ガス流量が設定値に対して安定状態に入るまでの時間が３秒であるので、このように設定することで、安定領域に入るまでの時間を正確に認識することができる。

これと同様に、還元ガスＢが予め設定された流量Ｌ３に到達したと認識させる流量しきい値Ｌ４と、その流量しきい値Ｌ４を連続して超える時間範囲Ｙとを設定することにより、設定流量Ｌ３への立ち上がり時刻Ｔ２を認識することができる。しきい値Ｌ４についても設定値の９０％ととし、時間範囲Ｙは３秒とする。なお、図３に示すように、時間範囲Ｘは、正常動作時の半導体製造装置において、原料ガスの流量がしきい値Ｌ２から設定流量Ｌ１に到達する時間以下とし、時間範囲Ｙは、還元ガスの流量がしきい値Ｌ４から設定流量Ｌ３に到達する時間以下とする。

この流量しきい値Ｌ２、Ｌ４と時間範囲Ｘ、Ｙを、例えば図１に示すデータ１次整理装置内のメモリ、または半導体製造装置内のメモリに予め書き込んでおけば、データ１次整理装置が原料ガスＡの設定流量Ｌ１への立ち上がり時刻Ｔ１、及び還元ガスＢの設定流量Ｌ３への立ち上がり時刻Ｔ２をそれぞれ認識することができる。

本実施形態のモニタリング方法では、立ち上がり時刻Ｔ１、立ち上がり時刻Ｔ２を用いることで原料ガスＡと還元ガスＢの導入タイミングを抽出することができる。従って、原料ガスＡを導入するステップの開始時刻Ｈと立ち上がり時刻Ｔ１より原料ガスＡの設定流量Ｌ１到達までの所要時間Ｔ３を仮想センサーとして表示（図３の波形９）させ、モニタリングすることができる。ここで、所要時間についての仮想センサーは、データ１次整理装置内で仮想物として存在するものであるが、表示部などで視覚化することが可能である。

また、還元ガスＢを導入するステップの開始時刻Ｉと立ち上がり時刻Ｔ２より、還元ガスＢの設定流量Ｌ３に到達するまでの所要時間Ｔ４を仮想センサーとして表示（図３の波形１０）、モニタリングすることができる。なお、所要時間Ｔ３、所要時間Ｔ４は以下の式で求める。
（原料ガス立ち上がり所要時間Ｔ３）＝（原料ガス立ち上がり時刻Ｔ１）−（原料ガス導入ステップ開始時刻Ｈ）・・・・・・・（１）
（還元ガス立ち上がり所要時間Ｔ４）＝（還元ガス立ち上がり時間Ｔ２）―（還元ガス導入ステップ開始時刻Ｉ）・・・・・・・（２）
所要時間Ｔ３、所要時間Ｔ４はガス立ち上がり後、処理されている半導体基板が変更するまで表示され、処理半導体基板が変更された時点（図３に示す時間Ｆ）で所要時間Ｔ３、所要時間Ｔ４はゼロにリセットされる。必要に応じてこのセンサーに管理幅を設け、アラームをかけることもできる。

これにより、ＭＦＣの性能劣化あるいは異常によるガス設定流量への立ち上がり異常を従来よりも早期に発見することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態として、図１に示すモニタリングシステムを用いた半導体製造装置のモニタリング方法の流れについて説明する。

図４は、原料ガスＡおよび還元ガスＢの立ち上がり時刻Ｔ１、立ち上がり時刻Ｔ２を用いて立ち上がり時間差ΔＴを算出するための手順を示すフローチャート図である。

まず、図４に示すステップ（ｓｔｅｐ）１では、半導体製造装置にて基板処理が行われるごとにデータを収集する。すなわち、データ収集は、半導体基板単位で実行する。

次に、ｓｔｅｐ２では、半導体製造装置に対象となるレシピが存在するか否かを判定する。対象となるレシピが存在すればｓｔｅｐ３に進み、存在しなければｓｔｅｐ４に進む。なお、本ステップ及び以下のステップは、データ１次整理装置が行なう。

次に、ｓｔｅｐ３では、半導体製造装置に対象レシピが存在した場合、予めレシピごとに設定されている原料ガスＡの立ち上がりしきい値と還元ガスＢの立ち上がりしきい値とを読み込む。

次に、ｓｔｅｐ４では、半導体製造装置に対象レシピが存在しない場合、原料ガス、還元ガスの両流量設定値の最大値を設定するようにし、原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時間差を算出しない。

次に、ｓｔｅｐ５では、原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時刻が、本実施形態の方法の適用範囲内であるか否かを判定する。すなわち、本ステップでは、ガス流量立ち上がり時間差算出ステップであるかどうかを判定する。本ステップで、原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時刻が本方法の適用範囲内であれば、ｓｔｅｐ６に進み、適用範囲外であればｓｔｅｐ１７に進む。なお、原料ガスと還元ガスの両ガスが最初に導入されるステップ（核生成ステップ）が、この場合の時間差算出ステップの適用ステップとなる。

次に、ｓｔｅｐ６で、原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時間差が有効であるか否かを判定する。ここで、「立ち上がり時間差が有効」とは、核生成ステップにおいて時間差（ｓｔｅｐ１６にて算出されるΔＴ）が一度算出された状態のことを意味している。本ステップで、両ガスの立ち上がり時間差が有効であればｓｔｅｐ１７に進み、有効でなければｓｔｅｐ７に進む。

本ステップが無い場合、ガス流量立ち上がり時間差算出適用ステップ（核生成ステップ）の安定領域において、原料ガスあるいは還元ガスがしきい値の９０％を超える変動を３秒以内に起こした場合に、時間差が再計算がされ、ガス流量立ち上がり時間差センサーが核生成ステップの最初に算出した値とは異なる値を核生成ステップ途中から表示することになる。本ステップは、このような再計算をさせないために設定されている。

次に、ｓｔｅｐ７では、原料ガスＡの立ち上がり時刻が有効であるか否かを判定する。そして、原料ガスＡの立ち上がり時刻が有効であればｓｔｅｐ１１に進み、有効でなければｓｔｅｐ８へと進む。半導体基板の処理中、図４のフローが繰り返し行われるため、サイクル中、ｓｔｅｐ１０で立ち上がり時間が認識されているかどうかが本ステップで判定される。

次に、ｓｔｅｐ８では、原料ガスＡの流量がＸ秒間連続してしきい値Ｌ２を超えるか否かを判定する。原料ガスＡの流量がＸ秒間連続してしきい値Ｌ２を超える場合にはｓｔｅｐ９に進み、超えない場合にはｓｔｅｐ１１に進む。

次いで、ｓｔｅｐ９では、Ｘ秒前の原料ガスＡの流量と現時刻の原料ガスＡの流量とを比較する。本ステップで、Ｘ秒前の原料ガスＡの流量が流量しきい値Ｌ２より小さい値である場合には、ｓｔｅｐ１０に進む。これに対し、Ｘ秒前の原料ガスＡの流量が流量しきい値Ｌ２以上の値である場合、ｓｔｅｐ１１に進む。

ｓｔｅｐ１０では、ｓｔｅｐ９においてＸ秒前の原料ガスＡの流量が流量しきい値Ｌ２より小さい値である場合、現時刻を原料ガスＡの立ち上がり時刻Ｔ１とする。本ステップにより、原料ガスＡの立ち上がり時刻Ａが設定できる。

次に、ｓｔｅｐ１１では、還元ガスＢの立ち上がり時刻が有効か否かの判定を行なう。本ステップにおいて、還元ガスＢの立ち上がり時刻が有効である場合にはｓｔｅｐ１５に進み、有効でない場合にはｓｔｅｐ１２に進む。本ステップでは、ｓｔｅｐ１４での立ち上がり時間が既に認識されているか否かを判断する。

次いで、ｓｔｅｐ１２では、Ｙ秒前の還元ガスＢがＹ秒間連続してしきい値Ｌ４を超えるか否かの判定を行なう。Ｙ秒前の還元ガスＢがＹ秒間連続してしきい値Ｌ４を超えた場合にはｓｔｅｐ１３に進み、超えない場合にはｓｔｅｐ１５に進む。

次に、ｓｔｅｐ１３では、Ｙ秒前の還元ガスＢの流量と現時刻の還元ガスＢとの流量を比較する。すなわち、Ｙ秒前の還元ガスＢの流量がしきい値Ｌ４より小さければｓｔｅｐ１４に進み、小さくなければｓｔｅｐ１５に進む。

続いて、ｓｔｅｐ１４では、ｓｔｅｐ１３にてＹ秒前の流量が現時刻の還元ガスＢの流量より小さい場合、現時刻を還元ガスＢの立ち上がり時刻Ｔ２とする。

次に、ｓｔｅｐ１５では、ｓｔｅｐ１０で求めた原料ガスＡの立ち上がり時刻Ｔ１あるいはｓｔｅｐ１４で求めた還元ガスＢの立ち上がり時刻Ｔ２が有効であるか否かの判定を行なう。ここでは、ｓｔｅｐ１０あるいはｓｔｅｐ１４で両ガスとも立ち上がり時間が認識されていれば「有効」、片方のガスのみ立ち上がり時間が認識されていたり、両ガスとも立ち上がり時間が認識されていなければ「無効」と判定する。

原料ガスＡの立ち上がり時刻Ｔ１と、ｓｔｅｐ１４で求めた還元ガスＢの立ち上がり時刻Ｔ２とが共に有効である場合、ｓｔｅｐ１６に進み、立ち上がり時刻Ｔ１、Ｔ２のうち少なくとも一方が有効でない場合には、ｓｔｅｐ１７に進む。

次に、ｓｔｅｐ１６では、ｓｔｅｐ１５にて有効であると判定された原料ガスＡの立ち上がり時刻Ｔ１と還元ガスＢの立ち上がり時刻Ｔ２とから立ち上がり時間差ΔＴを算出する。立ち上がり時間差ΔＴは式（３）によって容易に算出される。
（立ち上がり時間差ΔＴ）＝（還元ガスＢ立ち上がり時刻Ｔ２）−（原料ガスＡ立ち上がり時刻Ｔ１）・・・・・・・（３）
次に、ｓｔｅｐ１７では、処理中の半導体基板番号変更の判定を行なう。この時間差ΔＴは、処理されている半導体基板が変更されるまでデータ１次整理装置あるいは半導体製造装置の表示部に表示され、処理される半導体基板が変更された場合には、ｓｔｅｐ１８に進む。

次いで、ｓｔｅｐ１８では、ｓｔｅｐ１７にて処理中の半導体基板が変更されたと判定された場合、原料ガスＡの立ち上がり時刻Ｔ１と還元ガスＢの立ち上がり時刻Ｔ２、原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時間差ΔＴをゼロにリセットする。

なお、ｓｔｅｐ６において原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時刻が共に有効である場合は、ｓｔｅｐ７〜ｓｔｅｐ１６までをスキップし、処理中の半導体番号が変化するまで最初に算出した原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時間差の値が変更されないものとする。

次に、図４に示す処理を行なうデータ１次整理装置７の構成を説明する。

図５は、本実施形態のデータ１次整理装置７を示すブロック図であり、図６は、第３の実施形態に係るモニタリング方法において、ガス流量の変化と時間差ΔＴとを示す図である。

図５に示すように、本実施形態のデータ１次整理装置７は、シリアルデータ及びアナログデータを収集するためのデータ収集部２７と、演算部２６と、データ調整部２８とを有している。

データ１次整理装置７内の演算部２６は、図４に示す各処理を行ない、ガス流量の立ち上がり時間差ΔＴを算出する。そして、データ調整部２８は、演算部２６が算出した時間差ΔＴをデータ収集日時によってデータ調整した後、時間差ΔＴを仮想センサーに表示させる（図６の波形２９）。なお、データ調整部２８は、収集したすべてのデータ（ガス流量、ガス圧力など）をロットデータ（処理時間、ウェハ番号など）と関連づけする。

この時間差ΔＴを仮想センサーにて常時表示することにより、処理された半導体基板の原料ガスと還元ガスの立ち上がり時間差を常時モニタリングすることができる。

図７は、原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時間差ΔＴを利用したモニタリング方法の一例を示す図である。同図に示すモニタリング方法は、原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時間差ΔＴを用いた仮想センサーにおいて予め規格範囲Ｅを設定し、それを連続Ｗ秒外れた場合にアラームＧを発報させる方法である。この方法において、アラームＧは、次の半導体基板処理が始まる際にリセットされる。この方法により、半導体製造装置のコンピューターによって制御されるガスの供給周期が設定からズレた場合や、ＭＦＣが劣化した場合に、異常を早期に発見することができる。

よって、本実施形態のモニタリング方法を採用するＣＶＤ装置を用いれば、プラグや絶縁膜など、ＣＶＤによる膜の形成中に製造装置の異常を検出できるので、半導体装置の製造工程において、プラグの埋め込み不良や配線の接続不良などの発生を低減させることができる。また、最終検査工程を待つことなく以上を検出できるので、従来の方法に比べて資源を浪費することがなくなる。

(第４の実施形態)
図８は、第４の実施形態に係る半導体製造装置の製造システムを示す構成図である。

同図に示すように、本実施形態の製造システムは、図１に示す第１の実施形態の製造システムに、ケーブル３０を介してデータ１次整理装置７に接続され、且つケーブル３２を介して半導体製造装置１に接続された半導体制御装置３１をさらに設けたものである。データ１次整理装置７においてデータが処理され、そのデータが一定時間連続して規格範囲Ｅ（図７参照）を外れた（超えた）場合、データ１次整理装置７はケーブル３０を介して情報を半導体制御装置３１に送り、半導体制御装置３１は、ケーブル３２を介して半導体製造装置１の動作を停止させる。

この構成により、常時装置をモニタリングすることができ、原料ガスと還元ガスの立ち上がり時間差のデータを人が監視することなく異常を検知できる。さらに、異常を検知した場合に装置を停止することができるので、不良品の生産を防止し、また生産コストの低減を図ることができる。

ここで説明したシリアルデータ収集装置２、アナログデータ収集装置４、データ１次整理装置７、及び半導体制御装置３１は、半導体製造装置１の外部に設けられていてもよいし、半導体製造装置１の内部に組み込まれていてもよい。

なお、以上の説明では、原料ガス及び還元ガスがそれぞれ１種類である例を挙げたが、原料ガスや還元ガスが複数種類存在する場合でも、各ガスについて立ち上がり時刻及び立ち上がり時間差を求め、その結果から異常を検知することが可能である。

なお、本実施形態の製造システムは、半導体装置以外の電子デバイスの製造に用いることもできる。

本発明のモニタリング方法は、ＣＶＤ装置など半導体製造装置のプロセス管理に有効であり、不良品の発生防止、生産ロスの削減に有効である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造システムを示すブロック図である。膜の形成時に、第１の実施形態の製造システムが検出する、半導体製造装置でのガス流量変化の代表的な波形を示す図である本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造システムが検出する、半導体製造装置でのガス流量変化の代表的な波形を示す図である。第２の実施形態におけるガス流量の立ち上がり時間差の算出フローを示す図である。本発明の第３の実施形態におけるデータ１次整理装置７を示すブロック図である。第３の実施形態に係るモニタリング方法において、ガス流量の変化と時間差ΔＴとを示す図である。原料ガスＡと還元ガスＢの立ち上がり時間差ΔＴを利用したモニタリング方法の一例を示す図である。第４の実施形態に係る半導体製造装置の製造システムを示す構成図である。ＣＶＤ法による膜形成を行なう一般的な半導体製造装置の構成を示す図である。従来のＣＶＤ法の主なプロセスフローを示す図である。従来のモニタリング方法において得られる膜形成時のデータを示す図である。ＣＶＤ法による、正常時のコンタクトプラグあるいはビアプラグの埋め込みのメカニズムを示す図である。図１２に示すコンタクトプラグあるいはビアプラグの形成時に、埋め込み不良が発生する場合のメカニズムを示す図である。

符号の説明

１半導体製造装置
２シリアルデータ収集装置
３，５，６，８，３０，３２ケーブル
４アナログデータ収集装置
７データ１次整理装置
９，１０，２９波形
２６演算部
２７データ収集部
２８データ調整部
３１半導体制御装置
１３３反応室
１３４，１３５ガス導入ライン
１３６ガス排気ライン
１３７ガス排気調整手段
１３８ガス排気手段
１３９除外装置
１４０，１４２ＭＦＣ
１４１，１４３バルブ
１４４シャワーヘッド
１４５ステージ
１４６ヒーター
１４７半導体基板
１４８圧力計
Ｅ規格範囲
Ｇアラーム
Ｈ，Ｉ開始時刻
Ｌ１，Ｌ３設定流量
Ｌ２、Ｌ４流量しきい値
Ｌ５，Ｌ６流量
Ｔ１，Ｔ２立ち上がり時刻
Ｔ３，Ｔ４所要時間

Claims

第１のガスと、上記第１のガスと反応して物質膜を堆積させる第２のガスとを用いて上記物質膜を形成する製造装置を、上記製造装置から得たデータを演算するデータ１次整理装置によってモニタリングするモニタリング方法であって、
上記物質膜の形成時に、上記製造装置の第１のパラメータが第１の状態から予め設定された第２の状態に達するまでの時間が第１の設定範囲から外れているか否かを監視するステップ（ａ）と、
上記物質膜の形成時に、上記製造装置の第２のパラメータが第３の状態から予め設定された第４の状態に達するまでの時間が第２の設定範囲から外れているか否かを監視するステップ（ｂ）と
を含んでいる、モニタリング方法。
請求項１に記載のモニタリング方法において、
上記製造装置が正常動作する場合の上記物質膜の形成時に、上記第１のパラメータが、あらかじめ設定された第１のしきい値に達してから上記第２の状態になるまでに要する時間以下の時間をＸとし、上記第２のパラメータが、あらかじめ設定された第２のしきい値に達してから上記第４の状態になるまでに要する時間以下の時間をＹとすると、
上記第１のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｘの間連続して超えた場合には、上記第１のパラメータが上記第２の状態に達したものと上記データ１次整理装置が認識するステップ（ｃ）と、
上記第２のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｙの間連続して超えた場合には、上記第２のパラメータが上記第４の状態に達したものと上記データ１次整理装置が認識するステップ（ｄ）と
をさらに含んでいる、モニタリング方法。
請求項１または２に記載のモニタリング方法において、
上記第１のパラメータと上記第２のパラメータとを用いて上記データ１次整理装置が演算した結果から、一定範囲の時間を仮想センサーとして上記物質膜の形成時に設定するステップ（ｅ）をさらに含んでいる、モニタリング方法。
請求項３に記載のモニタリング方法において、
上記第１のパラメータと上記第２のパラメータの測定値を基に上記データ１次整理装置が算出する値が上記仮想センサーに示す一定範囲から外れた場合、製造装置による処理を停止させる、モニタリング方法。
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のモニタリング方法において、
上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、
上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量である、モニタリング方法。
請求項３または４に記載のモニタリング方法において、
上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、
上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量であり、
上記データ１次整理装置は、上記第１のガスと上記第２のガスの立ち上がり時間差を演算する、モニタリング方法。
第１のガスと、上記第１のガスと反応して物質膜を堆積させる第２のガスとを用いて上記物質膜を形成する製造装置であって、
製造状況についてのシリアルデータを収集するシリアルデータ収集装置と、
製造状況についてのアナログデータを収集するアナログデータ収集装置と、
上記シリアルデータ収集装置を介して得た上記シリアルデータと、上記アナログデータ収集装置を介して得た上記アナログデータとから、第１のパラメータが第１の状態から予め設定された第２の状態まで変化する時間と、第２のパラメータが第３の状態から予め設定された第４の状態まで変化する時間とをモニタリングするデータ１次整理装置と
を備えている、製造装置。
請求項７に記載の製造装置において、
上記物質膜の形成が正常に行われる場合に、上記第１のパラメータが、あらかじめ設定された第１のしきい値に達してから上記第２の状態になるまでに要する時間以下の時間をＸとし、上記第２のパラメータが、あらかじめ設定された第２のしきい値に達してから上記第４の状態になるまでに要する時間以下の時間をＹとすると、
上記データ１次整理装置は、上記第１のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｘの間連続して超えた場合に、上記第１のパラメータが上記第２の状態に達したものと認識し、且つ、上記第２のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｙの間連続して超えた場合には、上記第２のパラメータが上記第４の状態に達したものと認識する、製造装置。
請求項７または８に記載の製造装置において、
上記データ１次整理装置は、上記物質膜の形成時に、上記第１のパラメータと上記第２のパラメータとを用いた演算結果から、一定範囲の時間を仮想センサーとして設定する、製造装置。
請求項９に記載の製造装置において、
上記データ１次整理装置に接続され、上記第１のパラメータと上記第２のパラメータの測定値を基に上記データ１次整理装置が算出する値が上記仮想センサーに示す一定範囲から外れた場合、上記物質膜の形成を停止させる制御装置をさらに備えている、製造装置。
請求項７〜１０のうちいずれか１つに記載の製造装置において、
上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、
上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量である、製造装置。
請求項９または１０に記載の製造装置において、
上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、
上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量であり、
上記データ１次整理装置は、上記第１のガスと上記第２のガスの立ち上がり時間差を演算する、製造装置。
第１のガスと、上記第１のガスと反応して物質膜を堆積させる第２のガスとを用いて上記物質膜を形成する製造装置と、
上記製造装置に接続され、製造状況についてのシリアルデータを収集するシリアルデータ収集装置と、
上記製造装置に接続され、製造状況についてのアナログデータを収集するアナログデータ収集装置と、
上記シリアルデータ収集装置を介して得た上記シリアルデータと、上記アナログデータ収集装置を介して得た上記アナログデータとから、第１のパラメータが第１の状態から予め設定された第２の状態まで変化する時間と、第２のパラメータが第３の状態から予め設定された第４の状態まで変化する時間とをモニタリングするデータ１次整理装置と
を備えている、製造システム。
請求項１３に記載の製造システムにおいて、
上記物質膜の形成が正常に行われる場合に、上記第１のパラメータが、あらかじめ設定された第１のしきい値に達してから上記第２の状態になるまでに要する時間以下の時間をＸとし、上記第２のパラメータが、あらかじめ設定された第２のしきい値に達してから上記第４の状態になるまでに要する時間以下の時間をＹとすると、
上記データ１次整理装置は、上記第１のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｘの間連続して超えた場合に、上記第１のパラメータが上記第２の状態に達したものと認識し、且つ、上記第２のパラメータが予め設定されたしきい値を上記時間Ｙの間連続して超えた場合には、上記第２のパラメータが上記第４の状態に達したものと認識する、製造システム。
請求項１３または１４に記載の製造システムにおいて、
上記データ１次整理装置は、上記物質膜の形成時に、上記第１のパラメータと上記第２のパラメータとを用いた演算結果から、一定範囲の時間を仮想センサーとして設定する、製造システム。
請求項１５に記載の製造システムおいて、
上記データ１次整理装置に接続され、上記第１のパラメータと上記第２のパラメータの測定値を基に上記データ１次整理装置が算出する値が上記仮想センサーに示す一定範囲から外れた場合、上記物質膜の形成を停止させる制御装置をさらに備えている、製造システム。
請求項１３〜１６のうちいずれか１つに記載の製造システムにおいて、
上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、
上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量である、製造システム。
請求項１５または１６に記載の製造システムにおいて、
上記第１のパラメータは上記第１のガスの流量であり、
上記第２のパラメータは上記第２のガスの流量であり、
上記データ１次整理装置は、上記第１のガスと上記第２のガスの立ち上がり時間差を演算する、製造システム。