JP3955606B2

JP3955606B2 - 温度異常の検知方法及び半導体製造装置

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Publication number: JP3955606B2
Application number: JP2005116499A
Authority: JP
Inventors: 直昭佐藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: JP2006013445A

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

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。
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。
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。
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。