JP3955606B2 - 温度異常の検知方法及び半導体製造装置 - Google Patents

温度異常の検知方法及び半導体製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置の製造時における温度異常の検知方法に関するものである。
近年の半導体装置を製造するためのフォトリソグラフィー工程は、ウェーハ表面にレジストを塗布して均一な厚さのレジスト膜を形成するレジスト塗布工程と、レジスト膜中の残留溶剤を蒸発させて光化学反応を高めるためのプリベーク工程と、ウェーハ上のレジスト膜にデバイスパターンを焼き付ける露光工程と、レジスト膜の露光部を溶出させるための現像工程と、レジストパターンを強化するためのポストベーク工程とから構成されている。
上記のプリベーク及びポストベーク等の加熱処理においては、当該処理が終了するまでの熱履歴が重要であるため、一旦加熱処理した不良品を再度加熱処理しても良品化することは非常に困難である。そこで、処理されるウェーハ同士の間の熱履歴の不均一性を排除するために、フォトリソグラフィー工程に用いられる加熱処理装置における温度異常を早期に検出する方法が考えられてきた。
フォトリソグラフィー工程に用いられる加熱処理装置における従来の温度異常の検知方法及び分類方法においては、特許文献1に開示されているように、当該装置の熱板(ホットプレート)に設置された温度センサーから出力される温度パラメータの値に対して所定のしきい値を設定しておき、当該パラメータのピーク値などの異常を判定することにより温度異常の検知を行っていた。
以下、図面を参照しながら、特許文献1に開示された、フォトリソグラフィー工程における加熱処理時の温度異常の検知方法及び分類方法の一例について説明する。
図8は、従来の加熱処理装置の構成を示す図である。図8に示すように、加熱処理装置のほぼ中央に、ウェーハ200を加熱処理するための処理板として、ホットプレート201が配置されている。ホットプレート201は、例えばウェーハ200よりも若干大きい直径を持つ円形状の保持板202の表面上に設置されている。また、保持板202の裏面側には、例えば保持板202とほぼ同形状の発熱素子203が保持板202と密着するように配置されている。発熱素子203は、電流が流れることによって発熱する抵抗体により構成されている。発熱素子203に流れる電流は、制御機構としての温度制御部250により制御され、それによってホットプレート201の温度(加熱温度)が制御される。
ホットプレート201、保持板202及び発熱素子203には、貫通穴204が複数箇所に設けられている。これらの貫通穴204にはそれぞれ、ウェーハ200の受け渡しのための支持ピン205が複数配置されている。これらの支持ピン205は、保持板202の下方に配置された結合部材206と一体となっている。さらに、結合部材206は、昇降機構207に接続されており、昇降機構207の昇降動作により結合部材206が上下する。これにより、各支持ピン205は、各貫通穴204の中で上下し、ホットプレート201の表面から突き出たり又は没したりする。支持ピン205がホットプレート201の表面から突き出た状態において、図8に示す加熱処理装置とウェーハ搬送装置(図示省略)との間でウェーハ200の受け渡しが行なわれる。当該搬送装置からウェーハ200を受け取った後、支持ピン205は下降して貫通穴204内に没する。これにより、ウェーハ200がホットプレート201の直上に配置され、その後、ウェーハ200の加熱処理が行われる。
ここで、加熱処理装置内でウェーハ200の加熱処理を良好に行うために、ウェーハ200は、温度分布のばらつきが少ないホットプレート201上の所定のウェーハ載置位置(具体的にはホットプレート201の周縁部を除く部分の上側領域)に載置される。
具体的には、ホットプレート201とウェーハ200とが直接接しないように、言い換えると、ウェーハ200をホットプレート201から所定の間隔だけ離間させて保持するために、ウェーハ載置位置の外周部に相当するホットプレート201上の複数箇所(例えば6箇所)にプロキシミティシート211が配置されていると共にウェーハ載置位置の中央に相当するホットプレート201上の所定の箇所にプロキシミティピン212が配置されている。
また、ウェーハ載置位置の外周部に配置された複数のプロキシミティシート211はそれぞれ、ウェーハ載置位置の外側のホットプレート201上にも延在しており、各プロキシミティシート211の当該延在部分の上にはそれぞれ、ウェーハ案内用の案内ガイド213が配置されている。すなわち、図8に示す加熱処理装置においては、6個の案内ガイド213がウェーハ載置位置を取り囲むようにホットプレート201上に設けられている。
また、保持板202の裏面側には、発熱素子203を貫通し且つ保持板202の所定の深さまで達する複数の有底穴208が設けられている。これらの有底穴208は、ウェーハ載置位置の中央、及び当該中央から所定の距離離れた位置(例えばウェーハ載置位置の外周部の近傍)に配置される。各有底穴208の底部(有底穴208内でホットプレート201に最も近い位置)には、ホットプレート201の温度を測定するために、例えば熱電対等の温度センサー209が配置されている。この温度センサー209による検出結果(ホットプレート201の温度データ)は温度制御部250に送られ、温度制御部250では当該検出結果に基づき発熱機構としての発熱素子203に対する電流の制御を行っている。
以上のように構成された従来の半導体製造装置における温度異常の検知方法及び分類方法について、以下説明する。
まず、処理板(ホットプレート201)上に搬送されたウェーハ(ウェーハ200)が例えば案内部材(案内ガイド213)上に乗り上げてウェーハ載置位置からずれると、ウェーハにおける案内部材上に乗り上げた部分の反対側の端部が処理板表面と接触する一方、ウェーハにおける当該端部以外の大部分は処理板上から浮いた状態となる。ところで、ウェーハを加熱処理する処理板では、当該処理板上の所定のウェーハ載置位置にウェーハが載置されると、処理板からウェーハに熱が奪われる結果、処理板の温度が一旦低下する。しかしながら、前述のようにウェーハが処理板上から浮いた状態で載置された場合、ウェーハが所定のウェーハ載置位置に正確に載置された場合と比較して、ウェーハを処理板上に載置した際における処理板の温度の低下が小さくなる。特許文献1に開示された方法においては、この点に着目し、処理板上にウェーハを載置する際における処理板の温度変化を温度センサーにより検出し、当該検出された温度が所定以上変化しないとき、異常が発生したものとみなす。
特開2000−306825号公報
以上のように、半導体装置の製造時における従来の温度異常の検知方法においては、所定のしきい値を境界条件として、ホットプレート上にウェーハを載置する際におけるホットプレートの温度変化のピーク値を評価することによって、ホットプレート上でのウェーハ載置状態が正常であるか異常であるかを判断している。しかしながら、加熱処理装置の異常検知をより高精度で行いたい場合、従来技術のように、ホットプレートの温度変化のピーク値に対して「しきい値」を設定するだけでは不十分である。すなわち、特許文献1に開示された方法では、加熱処理装置の異常検知を高精度で行うことができず、当該装置を厳密に管理することが困難であるという問題点が存在する。
前記に鑑み、本発明は、半導体装置の製造時における温度異常を高精度で検知できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するために、本願発明者は、種々の検討を行った結果、ウェーハが載置される際のホットプレートの温度のように、傾きを有しながら過渡的に変化するパラメータの挙動に対して、単位時間毎に管理幅を設定し、設定された管理幅内に当該パラメータの挙動が収まっているかどうかを評価することによって、加熱処理装置等の半導体製造装置の異常の判定及び分類を行う方法を着想するに至った。
具体的には、本発明に係る温度異常の検知方法は、被処理体が表面上に載置され且つ当該載置された被処理体を加熱するホットプレートと、前記ホットプレートの温度を制御すると共に当該温度を取得する温度制御部と、処理レシピに基づいて装置全体の制御を行う本体制御部と、前記ホットプレート上において前記被処理体を昇降させる昇降機構とを少なくとも備えた半導体製造装置における温度異常を検知する方法であって、前記温度制御部により取得された前記ホットプレートの温度データを前記半導体製造装置の記憶部にサンプリング時間毎に蓄積する記憶工程と、前記昇降機構を制御すると共に前記被処理体の昇降タイミングデータを前記記憶部に送る昇降制御工程と、前記記憶部に蓄積されている温度データと、前記本体制御部から取得した処理レシピデータと、前記記憶部に送られた昇降タイミングデータとに基づいて、傾きを有する過渡状態のパラメータ挙動に即した管理幅を前記サンプリング時間毎に算出する管理幅算出工程と、前記管理幅算出工程で算出された管理幅を用いて、前記半導体製造装置における温度異常を検知する工程とを備えている。
本発明の温度異常の検知方法において、前記管理幅算出工程は、他の被処理体に対して予め行われた熱処理において前記記憶部に蓄積された前記ホットプレートの温度データを統計処理することにより得られた値を用いて、前記管理幅を算出する工程を含むことが好ましい。
本発明に係る半導体製造装置は、被処理体が表面上に載置され且つ当該載置された被処理体を加熱するホットプレートと、前記ホットプレートの温度を制御すると共に当該温度を取得する温度制御部と、処理レシピに基づいて装置全体の制御を行う本体制御部と、前記温度制御部により取得された前記ホットプレートの温度データをサンプリング時間毎に蓄積する記憶部と、前記ホットプレート上において前記被処理体を昇降させる昇降機構と、前記昇降機構を制御すると共に前記被処理体の昇降タイミングデータを前記記憶部に送る昇降制御部と、前記記憶部に蓄積されている温度データと、前記本体制御部から取得した処理レシピデータと、前記記憶部に送られた昇降タイミングデータとに基づいて、傾きを有する過渡状態のパラメータ挙動に即した管理幅を前記サンプリング時間毎に算出する管理幅算出部と、前記管理幅算出部により算出された管理幅を用いて装置異常を検知する異常検知部とを備えている。
本発明の半導体製造装置において、前記管理幅算出部は、他の被処理体に対して予め行われた熱処理において前記記憶部に蓄積された前記ホットプレートの温度データを統計処理することにより得られた値を用いて、前記管理幅を算出することが好ましい。
本発明によると、ホットプレートの温度データと、処理レシピデータと、被処理体の昇降タイミングデータとに基づいて、傾きを有する過渡状態のパラメータ挙動に即した管理幅、具体的には、被処理体をホットプレート上に配置した際におけるホットプレートの温度変化に即した管理幅を算出し、当該管理幅を用いて装置異常を検知する。このため、ホットプレート上に被処理体が載置された際に温度制御部により検出されたホットプレートの温度変化が、参照温度データ(例えば過去に測定された温度データ)の挙動と異なっているかどうかを詳細に評価することができる。そして、検出されたホットプレートの温度変化が参照温度データの挙動と異なっている場合、例えば検出されたホットプレートの温度が参照温度データの挙動と比較して変化していない場合、装置異常、例えばホットプレート上に搬送された被処理体が所定のウェーハ載置位置に正確に載置されていないという異常が発生しているものとみなすことができる。従って、従来技術のように、ホットプレートの温度変化のピーク値に対して「しきい値」を設定することのみによって異常検知を行う場合と比べて、傾きを有しながら過渡的に変化するパラメータの挙動に対して単位時間毎に管理幅を設定することによって半導体製造装置における温度異常の検知、判定又は分類を高精度で行うことができる。
以下、本発明の一実施形態に係る温度異常の検知方法及び半導体製造装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る半導体製造装置(具体的には加熱処理装置)の概略構成を示す図である。図1に示すように、加熱処理装置のほぼ中央に、被処理体であるウェーハ100を加熱処理するための処理板として、ホットプレート101が配置されている。ホットプレート101は、例えばウェーハ100よりも若干大きい直径を持つ円形状の保持板102の表面上に設置されている。また、保持板102の裏面側には、例えば保持板102とほぼ同形状の発熱素子103が保持板102と密着するように配置されている。発熱素子103は、例えば電流が流れることによって発熱する抵抗体により構成されている。発熱素子103に流れる電流は、制御機構としての温度制御部150により制御され、それによってホットプレート101の温度(加熱温度)が制御される。
ホットプレート101、保持板102及び発熱素子103には、貫通穴104が複数箇所に設けられている。これらの貫通穴104にはそれぞれ、ウェーハ100の受け渡しのための支持ピン105が複数配置されている。これらの支持ピン105は、保持板102の下方に配置された結合部材106と一体となっている。さらに、結合部材106は、昇降機構107に接続されており、昇降機構107の昇降動作により結合部材106が上下する。これにより、各支持ピン105は、各貫通穴104の中で上下し、ホットプレート101の表面から突き出たり又は没したりする。支持ピン105がホットプレート101の表面から突き出た状態において、図1に示す加熱処理装置とウェーハ搬送装置(図示省略)との間でウェーハ100の受け渡しが行なわれる。当該搬送装置からウェーハ100を受け取った後、支持ピン105は下降して貫通穴104内に没する。これにより、ウェーハ100がホットプレート101の直上に配置され、その後、ウェーハ100の加熱処理が行われる。
ここで、本実施形態の加熱処理装置内でウェーハ100の加熱処理を良好に行うために、ウェーハ100は、温度分布のばらつきが少ないホットプレート101上の所定のウェーハ載置位置(ホットプレート101の周縁部を除く部分の上側領域)に載置される。
具体的には、ホットプレート101とウェーハ100とが直接接しないように、言い換えると、ウェーハ100をホットプレート101から所定の間隔だけ離間させて保持するために、ウェーハ載置位置の外周部に相当するホットプレート101上の複数箇所(例えば6箇所)にプロキシミティシート111が配置されていると共にウェーハ載置位置の中央に相当するホットプレート101上の所定の箇所にプロキシミティピン112が配置されている。
また、ウェーハ載置位置の外周部に配置された複数のプロキシミティシート111はそれぞれ、ウェーハ載置位置の外側のホットプレート101上にも延在しており、各プロキシミティシート111の当該延在部分の上にはそれぞれ、ウェーハ案内用の案内ガイド113が配置されている。すなわち、図1に示す加熱処理装置においては、例えば6個の案内ガイド113がウェーハ載置位置を取り囲むようにホットプレート101上に設けられている。
また、保持板102の裏面側には、発熱素子103を貫通し且つ保持板102の所定の深さまで達する複数の有底穴108が設けられている。これらの有底穴108は、ウェーハ載置位置の中央、及び当該中央から所定の距離離れた位置(例えばウェーハ載置位置の外周部の近傍)に配置される。各有底穴108の底部(有底穴108内でホットプレート101に最も近い位置)には、ホットプレート101の温度を測定するために、例えば熱電対等の温度センサー109が配置されている。この温度センサー109による検出結果(ホットプレート101の温度データ)は温度制御部150に送られ、温度制御部150では当該検出結果に基づき発熱機構としての発熱素子103に対する電流の制御を行っている。
さらに、本実施形態の加熱処理装置は、その特徴として、上記各構成要素に加えて、温度制御部150により取得されたホットプレート101の温度データを蓄積する記憶部151と、処理レシピに基づいて装置全体の制御を行う本体制御部152と、昇降機構107を制御すると共にウェーハ100の昇降タイミングデータを記憶部151に送る昇降制御部153と、傾きを有する過渡状態のパラメータ挙動に即した管理幅を処理レシピ毎に算出する管理幅算出部154と、管理幅算出部154により算出された管理幅を用いて加熱処理装置の異常を検知する異常検知部155とを備えている。ここで、管理幅算出部154は、記憶部151に蓄積されている温度データと、本体制御部152から取得した処理レシピデータと、記憶部151に送られた昇降タイミングデータとに基づいて、前述の管理幅を算出する。
尚、本実施形態において、温度制御部150、記憶部151、本体制御部152、昇降制御部153、管理幅算出部154及び異常検知部155を、例えば、中央処理装置、記憶手段、キーボード等の入力手段、及びディスプレイ等の表示手段から構成されるコンピュータを用いて実現してもよい。また、温度制御部150、本体制御部152、昇降制御部153、管理幅算出部154及び異常検知部155を専用のハードウェアを用いて実現してもよい。
以上のように構成された本実施形態の半導体製造装置におけるウェーハ加熱処理の様子について、以下説明する。
図2は、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。まず、高温に保持されたホットプレート101上に低温のウェーハ100が搭載された場合、図2の領域311に示すように、ホットプレート温度301は熱拡散によって一時的に急激に低下する。その後、図2の領域312に示すように、例えばPID(Proportional Integral Difference)制御等によりホットプレート温度301つまりウェーハ100の温度を設定温度まで上昇させた後、図2の領域313に示すように、安定した温度状態でウェーハ100の熱処理を実施する。すなわち、ホットプレート101上にウェーハ100を配置して熱処理を開始した直後から、ホットプレート温度301(ウェーハ温度)は、傾きを有しながら時々刻々と変化している。従って、従来技術のように、ホットプレート温度301の変化のピーク値に対して、単純に「しきい値(上限値又は下限値)」を設定するのみでは、温度異常を十分に検知することは難しい。
そこで、本実施形態においては、図2の領域311及び領域312に示すような、時々刻々と変化するホットプレート温度301を適切に管理するための管理幅を算出するために、過去のホットプレート温度データ(例えばウェーハ100と同様の他の複数のウェーハに対して本実施形態の加熱処理装置を用いて予め熱処理を行うことにより得られたホットプレート温度データ)の経時変化に基づいて、当該変化の様子を参照温度データとして定量化しておく。また、前述の過去のホットプレート温度データを保存するために、温度制御部150により取得されるホットプレート温度データを記憶部151に保存する。
尚、ホットプレート温度データ(以下、単に温度データと称することもある)を記憶部151に記憶させる周期、つまり記憶部151が温度制御部150から温度データを収集するサンプリング周波数は高いほど良いが、以下、温度データを記憶部151に記憶させるサンプリング周波数を1Hz(1秒毎)として説明する。
また、図1に示す記憶部151は、温度制御部150から温度データを取得すると同時に、装置全体を制御する本体制御部152から、被処理体であるウェーハ100を処理している際に使用しているレシピ名称及びホットプレート設定温度等を含む処理レシピ情報を取得する。また、記憶部151は、温度データと処理レシピ情報(レシピ名称及びホットプレート設定温度等)との関連付けを行って温度データを管理する。
さらに、図1に示す記憶部151は、温度制御部150から温度データを取得すると同時に、昇降制御部153から、被処理体であるウェーハ100を昇降動作させるタイミング情報を取得する。これは、ウェーハ100がホットプレート101に載置されたタイミングを取得することを目的としている。当該昇降動作のタイミング情報は、例えば昇降動作のトリガー情報に基づいて取得される。また、当該昇降動作のトリガー情報の取得に際しては、アナログデータ、ON/OFF信号、又は昇降動作の命令信号若しくは命令通信のいずれを用いてもよい。或いは、昇降動作のタイミングに代えて、熱処理に用いられる不活性ガスの噴出の際におけるバルブの開閉信号を活用してもよい。この場合においても、上記の昇降動作のトリガー情報の取得方法と同様に、不活性ガスの噴出の際におけるバルブの開閉動作のトリガー情報の取得に際して、アナログデータ、ON/OFF信号、又は開閉動作の命令信号若しくは命令通信のいずれを用いてもよい。
以上のように、記憶部151には、温度制御部150によって取得された温度データ、本体制御部152から取得された処理レシピ情報、及び昇降制御部153から取得された昇降動作タイミング情報が蓄積される。そして、これらの蓄積された情報を基に、管理幅算出部154において、図2の領域311及び領域312に示す傾きを有する過渡状態のパラメータ(ホットプレート温度)に対して管理幅が算出される。
図3は、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。尚、図3は、図2に示すグラフに、ウェーハ100がホットプレート101上に載置されてからの経過時間(熱処理経過時間)のプロット402を上書きしたものである。図3の横軸に示す熱処理時間は、ウェーハ100が本実施形態の半導体製造装置まで搬送されるまでのステップ411と、ウェーハ100がホットプレート101上に載置されてウェーハ100の加熱処理が行われているステップ412との2つのステップに分けられる。ステップ411とステップ412との切り分けは、例えば、上述した昇降制御部153から取得した昇降動作タイミング情報に基づいて行われる。
ウェーハ100がホットプレート101上に載置されてからの経過時間のプロット402においては、ウェーハ100がホットプレート101上に載置されたタイミングで経過時間の値が0に設定されている。また、その後、図3の横軸に示す熱処理時間が1秒、2秒、・・・と経過する毎に、当該経過時間(右側縦軸)の値が1秒、2秒、・・・と正比例して増大していく。
図4は、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。尚、図4は、図3に示すグラフに、管理幅算出部154により算出された管理幅703を上書きしたものである。
図4に示すように、ホットプレート温度301は管理幅703内に収まっており、ホットプレート温度301が正常であることが分かる。
尚、本実施形態において、管理幅703は、経過時間のプロット402の各サンプリング時間毎に設定されており、この点で、管理幅703は、ホットプレート温度の変化のピーク値に対して設定された、従来技術の「しきい値」とは全く異なるものである。また、管理幅703の上限値は例えばμ+3σ(μ:経過時間のプロット402の各サンプリング時間における参照温度データ(例えば複数のウェーハに対して予め行われた熱処理において測定された温度データ)の平均値、σ:経過時間のプロット402の各サンプリング時間における参照温度データの標準偏差、以下同様)であり、管理幅703の下限値は例えばμ−3σである。
以上のように、本実施形態においては、傾きを有しながら過渡的に変化するホットプレート温度301に対しても管理幅703を適切に設定することができ、当該管理幅703を用いて異常検知部155において、図1に示す温度制御部150により取得された温度データが正常であるか異常であるかの判定を行う。
尚、本実施形態においては、管理幅703の上限値及び下限値として便宜的にそれぞれμ+3σ及びμ−3σを用いた。しかし、管理幅703の設定方法は、これに限られるものではなく、例えばプロセス状態や加熱処理装置のハードウェア安定性等を考慮して管理幅703の上限値及び下限値を任意に設定することができる。また、経過時間のプロット402の各サンプリング時間について複数の管理幅(例えばμ+2σ及びμ−2σをそれぞれ上限値及び下限値とする注意管理幅、及びμ+3σ及びμ−3σをそれぞれ上限値及び下限値とする警告管理幅)を設定してもよい。
図5は、図1に示す本実施形態の半導体製造装置においてウェーハ載置時に異常が生じている様子を示す図である。尚、図5において、図1と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、説明を省略する。また、図5においては、図1に示す一部の構成要素を簡単化して示している。
図5に示すように、例えば搬送アーム(図示省略)の誤動作等により、被処理体であるウェーハ800(図1の正常に載置されたウェーハ100と区別している)が案内ガイド113上に乗り上げた場合、ウェーハ800は所定のウェーハ載置位置に正常に設置されなくなる。
図6は、図5に示すようなウェーハ載置異常が生じた場合における、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。尚、図6において、プロット902は、図3のプロット402と同様に、ウェーハ800がホットプレート101上に載置されてからの経過時間(熱処理経過時間)を示している。また、管理幅903は、図4の管理幅703と同様に、経過時間のプロット902の各サンプリング時間毎に管理幅算出部154により設定されている。
図6に示すように、ウェーハ800がホットプレート101上に正常に載置されていない場合、図2のホットプレート温度301の挙動と異なり、ホットプレート温度901の一時的な低下は見られない。その結果、ホットプレート温度901は管理幅903内に収まっておらず、図1に示す異常検知部155において、ホットプレート温度901は異常と判定される。
尚、本実施形態においては、温度データのサンプリング周波数を1Hz(1秒毎)に設定しているため、必然的に、1秒毎の時刻における温度データのプロットに対して管理幅の上限値及び下限値が設定されている。しかしながら、管理幅の設定方法は、これに限られるものではない。具体的には、よりセンシティブな異常検知を必要とする場合には、温度データのサンプリング周波数をより高くすることにより(例えば10Hzに設定することにより)、より微小な単位時間毎に温度データのプロット(サンプリング周波数(データ取得周期)が10Hzの場合には0.1秒毎の時刻における温度データのプロット)に対して管理幅の上限値及び下限値を設定することが可能となる。
以下、図1に示した異常検知部155により実施される、加熱処理時の異常検知方法について説明する。
図7は、異常検知部155における加熱処理時の異常検知のフローチャートである。ここで、温度データ収集のためのサンプリング周波数は1Hzであるとする。
まず、ステップS000において、異常検知部155は、本体制御部152から、処理が行われるウェーハ100のレシピ名称を取得し、処理レシピの確認を行う。
次に、ステップS001において、ウェーハ100がホットプレート101付近まで搬送され、その後、ウェーハ100がホットプレート101上に載置されると、そのタイミングでステップS002において、異常検知部155は、熱処理経過時間tをt=0に設定する。このウェーハ載置のタイミング情報は、例えば昇降制御部153からのウェーハ100の下降信号に基づいて取得される。
温度データ収集のサンプリング周波数が1Hzの場合、続いてステップS003において、異常検知部155は、t=1(秒)の時のホットプレート温度のデータT(1)を温度制御部150から取得すると同時に、例えば異常検知部155の内部に保持しているデータテーブルにt=1(秒)の際の管理幅の上限値及び下限値(以下、上限管理値(例えばμ1 +3σ1 )及び下限管理値(例えばμ1 −3σ1 )と称する)を問い合わせる。尚、異常検知部155による異常検知ステップが開始する前に、管理幅算出部154によって各サンプリング時間毎に算出された管理幅データが前記データテーブルに蓄積されているものとする。
次に、ステップS004において、異常検知部155は、温度制御部150から取得した「t=1(秒)の時の温度データT(1)」が、前記データテーブルから取得した「t=1(秒)の時の上限管理値及び下限管理値」の管理幅(スペック)内に入っているかどうかの判定を行う。ここで、異常検知部155は、温度データがスペックから外れている場合には、アラームを発報する機能を持つ。
次に、ステップS005において、異常検知部155は、t=2(秒)の時のホットプレート温度のデータT(2)を温度制御部150から取得すると同時に、前記データテーブルにt=2(秒)の際の上限管理値(例えばμ2 +3σ2 )及び下限管理値(例えばμ2 −3σ2 )を問い合わせる。
次に、ステップS006において、異常検知部155は、温度制御部150から取得した「t=2(秒)の時の温度データT(2)」が、前記データテーブルから取得した「t=2(秒)の時の上限管理値及び下限管理値」のスペック内に入っているかどうかの判定を行い、当該温度データがスペックから外れている場合には、アラームを発報する。
その後、ステップS007以降のステップにおいて、異常検知部155は、ウェーハ100の加熱処理が終了するまで、t=3(秒)以降の温度データに対して、ステップS003〜S006と同様の処理を繰り返し行う。
尚、前述のように、異常検知部155は、ホットプレート温度のデータがスペックから外れていると判断した際にアラームを発報する機能を持つが、当該アラームの発報タイミングは特に限定されるものではない。すなわち、温度異常の判定を行うタイミング毎に温度データがスペックから外れた場合にはその都度アラームを発報させても良いし、又は、1回の判定タイミングのみにおいて温度データがスペックが外れた場合にはアラームを発報させず、例えば連続する3回の判定タイミングで温度データがスペックから外れた場合にのみアラームを発報させてもよい。
以上に説明したように、本実施形態によると、ホットプレート101の温度データと、処理レシピデータと、被処理体であるウェハ100の昇降タイミングデータとに基づいて、傾きを有する過渡状態のパラメータ挙動に即した管理幅、具体的には、ウェハ100をホットプレート101上に配置した際におけるホットプレート101の温度変化に即した管理幅を算出し、当該管理幅を用いて装置異常を検知する。このため、ホットプレート101上にウェハ100が載置された際に温度制御部150により検出されたホットプレート101の温度変化が、参照温度データ(例えば過去に測定された温度データ)の挙動と異なっているかどうかを詳細に評価することができる。そして、検出されたホットプレート101の温度変化が参照温度データの挙動と異なっている場合、例えば検出されたホットプレート101の温度が参照温度データの挙動と比較して変化していない場合、装置異常、例えばホットプレート101上に搬送されたウェハ100が所定のウェーハ載置位置に正確に載置されていないという異常が発生しているものとみなすことができる。従って、従来技術のように、ホットプレートの温度変化のピーク値に対して「しきい値」を設定することのみによって異常検知を行う場合と比べて、傾きを有しながら過渡的に変化するパラメータの挙動に対して単位時間毎に管理幅を設定することによって半導体製造装置における温度異常の検知、判定又は分類を高精度で行うことができる。
尚、本実施形態において、レジストのプリベーク又はポストベーク等に用いるホットプレートの温度異常の検知を対象として説明を行った。しかし、本発明は、これに限られず、例えば、RTP(Rapid Thermal Process )装置における加熱時のランプ温度の異常検出、又はCVD(Chemical Vapor Deposition )装置におけるウェーハ載置ポジション異常の検出等の用途にも応用可能である。
本発明は、半導体装置の製造時における温度異常の検知方法に関し、例えばフォトリソグラフィー工程で用いるホットプレートの温度管理等に用いた場合には、温度異常の検知、判定又は分類を高精度で行うことができるという効果が得られ、非常に有用である。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置(加熱処理装置)の概略構成を示す図である。 図2は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置におけるウェーハ加熱処理の様子、具体的には、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。 図3は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置におけるウェーハ加熱処理の様子、具体的には、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。 図4は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置におけるウェーハ加熱処理の様子、具体的には、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。 図5は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置においてウェーハ載置時に異常が生じている様子を示す図である。 図6は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置においてウェーハ載置時に異常が生じた場合における、ウェーハ加熱処理時間に対するホットプレート温度の変化を示す図である。 図7は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の異常検知部により実施される、加熱処理時の異常検知方法のフローチャートである。 図8は、従来の加熱処理装置の構成を示す図である。
符号の説明
100、800 ウェーハ
101 ホットプレート
102 保持板
103 発熱素子
104 貫通穴
105 支持ピン
106 結合部材
107 昇降機構
108 有底穴
109 温度センサー
111 プロキシミティシート
112 プロキシミティピン
113 案内ガイド
150 温度制御部
151 記憶部
152 本体制御部
153 昇降制御部
154 管理幅算出部
155 異常検知部
301、901 ホットプレート温度
402、902 経過時間のプロット
703、903 管理幅

Claims (4)

  1. 被処理体が表面上に載置され且つ当該載置された被処理体を加熱するホットプレートと、前記ホットプレートの温度を制御すると共に当該温度を取得する温度制御部と、処理レシピに基づいて装置全体の制御を行う本体制御部と、前記ホットプレート上において前記被処理体を昇降させる昇降機構とを少なくとも備えた半導体製造装置における温度異常を検知する方法であって、
    前記温度制御部により取得された前記ホットプレートの温度データを前記半導体製造装置の記憶部にサンプリング時間毎に蓄積する記憶工程と、
    前記昇降機構を制御すると共に前記被処理体の昇降タイミングデータを前記記憶部に送る昇降制御工程と、
    前記記憶部に蓄積されている温度データと、前記本体制御部から取得した処理レシピデータと、前記記憶部に送られた昇降タイミングデータとに基づいて、傾きを有する過渡状態のパラメータ挙動に即した管理幅を前記サンプリング時間毎に算出する管理幅算出工程と、
    前記管理幅算出工程で算出された管理幅を用いて、前記半導体製造装置における温度異常を検知する工程とを備えていることを特徴とする温度異常の検知方法。
  2. 請求項1に記載の温度異常の検知方法において、
    前記管理幅算出工程は、他の被処理体に対して予め行われた熱処理において前記記憶部に蓄積された前記ホットプレートの温度データを統計処理することにより得られた値を用いて、前記管理幅を算出する工程を含むことを特徴とする温度異常の検知方法。
  3. 被処理体が表面上に載置され且つ当該載置された被処理体を加熱するホットプレートと、
    前記ホットプレートの温度を制御すると共に当該温度を取得する温度制御部と、
    処理レシピに基づいて装置全体の制御を行う本体制御部と、
    前記温度制御部により取得された前記ホットプレートの温度データをサンプリング時間毎に蓄積する記憶部と、
    前記ホットプレート上において前記被処理体を昇降させる昇降機構と、
    前記昇降機構を制御すると共に前記被処理体の昇降タイミングデータを前記記憶部に送る昇降制御部と、
    前記記憶部に蓄積されている温度データと、前記本体制御部から取得した処理レシピデータと、前記記憶部に送られた昇降タイミングデータとに基づいて、傾きを有する過渡状態のパラメータ挙動に即した管理幅を前記サンプリング時間毎に算出する管理幅算出部と、
    前記管理幅算出部により算出された管理幅を用いて装置異常を検知する異常検知部とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
  4. 請求項3に記載の半導体製造装置において、
    前記管理幅算出部は、他の被処理体に対して予め行われた熱処理において前記記憶部に蓄積された前記ホットプレートの温度データを統計処理することにより得られた値を用いて、前記管理幅を算出することを特徴とする半導体製造装置。
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