JP5042225B2 - 熱処理システムのビルトイン・セルフテスト - Google Patents

Description

本発明は、半導体プロセスで用いられる熱処理システムのための故障状態の検出、診断及び予測方法に関する。

半導体の製造に用いられる反応炉の故障状態は、廃棄及び非生産的な装置の休止時間による収益の損失をもたらし得る。これに関し、これまで、装置の動作を監視し、許容できないプロセスの逸脱が発生したりその他の故障状態に遭遇したりしたときに警告を発する装置のソフトウェアに焦点が当てられてきた。

しかしながら、必要とされるのは、“新たに出現する”故障状態をも検出するために継続的に装置の“健康”を決定する方法である。装置及びプロセスのエンジニアは、“整備又は修理が必要になるまでに、あとどれくらい稼働させられるか”という質問を投げかけている。例えば、半導体プロセスで用いられるバッチ炉システムを例にとる。この装置では、エンジニアが注意する品目の一部に、ａ）質量流量コントローラ（ＭＦＣ）のドリフト、ｂ）インライン流量計（ＭＦＭ）の問題、ｃ）リーク速度、及びｄ）ヒータ素子がある。

従来、装置製造者及びチップ製造者の何れも、装置の計画的な予防保守（ＰＭ）に頼ってきた。しかしながら、この方法は、単に、例えば平均故障間隔（ＭＴＢＦ）等の平均的な特性から得られた“経験則”に基づいており、個々の装置の故障状態の検出、診断又は予測に対処することができない。

従来技術は、装置の問題を検出することを試みる幾つかの手法を含んでいる。特許文献１に記載された一手法は、構成要素の振動信号を分析することに頼るものである。しかしながら、この手法は、例えばポンプ等の、反復動作を伴う大きめの機械的装置のみに制限される。この手法は、例えば質量流量コントローラ、ヒータ、熱電対などの重要な構成要素の大部分に対処できない。

特許文献２に記載された別の一手法は、以前から知られている統計的プロセス制御（ＳＰＣ）チャートを拡張することに頼るものである。しかしながら、この手法は単一の構成要素に焦点を当てるものであり、システムレベルでの検出又は診断を提供するものではない。更に、この手法は予測には全く対処することができない。
米国特許第６１９５６２１号明細書 米国特許第６３５１７２３号明細書

本発明は、ビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）テーブルを用いて、熱処理システムをリアルタイムに監視する方法を提供することを目的とする。

一実施形態に従った方法は：熱処理システムの処理チャンバー内に、相異なる高さ位置で複数のウェハを配置する段階；プロセスを開始する段階であり、プロセスパラメータがプロセス中に第１の値から第２の値に変化させられるか、プロセス中に動作値に維持されるかの何れかである、段階；プロセス中に、処理チャンバーに関して予測による動的なプロセス応答を生成するために、実時間動的モデルを実行する段階；プロセス中に、処理チャンバーに関して測定による動的なプロセス応答を作り出す段階；予測による動的なプロセス応答と測定による動的なプロセス応答との間の差を用いて、動的な推定誤差を決定する段階；決定された動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の既存のＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定する段階；動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の既存のＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、新たなＢＩＳＴルールを作成する段階；及び新たなＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、プロセスを停止させる段階を含んでいる。

本発明及びそれに付随する利点の多くの一層完全な認識は、以下の詳細な説明を参照して、特に添付の図面に関連付けて考察されて、容易に明らかになるであろう。

半導体処理システムは熱処理システムを含み得る。本発明によれば、熱処理システムはＢＩＳＴテーブルを用いてリアルタイムに監視されることができる。一実施形態において、１つ又は複数のプロセスパラメータが変更あるいは維持され、それへの応答が予測・測定され、そして、推定誤差が決定されて、ＢＩＳＴテーブルにおけるルールによって確立された動作閾値及び／又は警告閾値と比較される。そして、プロセスは推定誤差が動作閾値及び／又は警告閾値の範囲内にあるかに応じて、継続、休止あるいは中止されることができる。

本発明の一実施形態において、半導体製造装置の故障及びエラー状態を識別し、且つ故障状態をもたらし得る変動（ドリフト）及び劣化を指し示すための、故障状態の検出、診断及び予測を行う方法が提供される。

他の一実施形態又は更なる実施形態において、本発明は、時系列分析に焦点を当てた実時間モデル化・推定からの技術を、ルールに基づく推論システムと結合させて、熱処理システム用の新規の“ビルトイン・セルフテスト”ソフトウェアアプリケーションを作り出す。この熱処理システムは、高温壁又は低温壁であり得るチャンバーを含むことができる。これらのシステムは単一ウェハ処理、複数ウェハ処理、又はバッチ処理用に構成されることができ、シリコンウェハ及び液晶ディスプレー（ＬＣＤ）パネルを含む様々な種類の基板を処理するために使用されることが可能である。

他の一実施形態又は更なる実施形態において、本発明は熱処理システムにおける故障及び／又はエラー状態を識別するとともに、近い将来の故障状態につながり得るドリフト及び劣化をも指し示す。熱処理システムを分析するためのデータは、加熱炉の生産的動作における“パッシブモード”、又は不使用時において周期的なセルフテストが行われる“アクティブモード”の何れかで得られる。

続いて、図面を参照しながら本発明を説明する。図１は、本発明の実施形態に従った熱処理システムの概略的な斜視図である。この熱処理システム100は、該システムがクリーンルーム内に配置されたときに該システムの外壁を形成する筐体101を有している。筐体101の内部は、仕切り（隔壁（bulkhead））105によって、キャリア102が搬入・搬出されキャリア102が保持されるキャリア搬送領域107と、キャリア102内の例えば半導体ウェハW等の処理対象基板（図示せず）が、縦型熱処理炉（チャンバー）104に搭載・脱着されるボート103に搬送される装填領域109とに分割されている。

図１に示されているように、筐体101の前面には、操作者又は自動搬送ロボット（図示せず）によってキャリア102の導入及び取り出しを行うための搬入口106が設けられている。搬入口106は、搬入口106を開閉するように上下方向に移動可能な扉を備えている。キャリア搬送領域107内の搬入口付近に、キャリアを載せるステージ108が設けられている。

図１に示されているように、ステージ108の背面部には、キャリア102の蓋（図示せず）を開き且つ半導体ウェハWの位置及び数を検出するためのセンサー機構109aが設けられている。また、ステージ108の上方には、複数のキャリア102を格納するための棚状の格納部110が形成されている。

半導体ウェハWを搬送するためにキャリア102を載せるテーブルとして、上下方向に離れた位置に２つのキャリア配置部（搬送ステージ）111が設けられている。故に、一方のキャリア配置部111で１つのキャリア102が交換されながら、他方のキャリア配置部111で別の１つのキャリア102に半導体ウェハＷが移されることができるので、熱処理システム100のスループットは高められる。

キャリア搬送領域107内には、ステージ108、格納部110及びキャリア配置部111に対してキャリア102を搬出・搬入するためのキャリア搬送機構112が配置されている。キャリア搬送機構112は、キャリア搬送領域107の一方側に設けられた昇降機構112aによって上下方向に移動されることが可能な昇降アーム112bと、キャリア102を水平方向に搬送するためにキャリア102の底部を支持するように昇降アーム112bに取り付けられた搬送アーム112cとを有している。

例えば、キャリア102は、１３枚又は２５枚のウェハを収容可能で蓋（図示せず）によって密閉され得る密閉型とし得る。キャリア102は、ウェハ群Wを水平な姿勢で、所定のピッチだけ上下方向に離した関係で、多段に収容・保持するプラスチック製容器を有することができる。一実施形態において、ウェハWの直径は３００ｍｍとし得る。他の例では、その他のウェハサイズが使用されてもよい。上記の蓋（図示せず）は、キャリア102の前面に形成されたウェハ挿入口を密閉可能なように、該ウェハ挿入口に脱着可能に取り付けられる。

フィルタ（図示せず）を通過した清浄な大気がキャリア搬送領域107に供給されるようになっており、キャリア搬送領域107は清浄な大気で満たされる。また、装填領域109にも清浄な大気が供給されるようになっており、装填領域109も清浄な大気で満たされる。他の例では、例えば窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスが装填領域109に供給され、装填領域は不活性ガスで満たされる。

図１に示されているように、仕切り105は、キャリア102を搬送するための上側及び下側の２つの開口113を有している。開口113はキャリア配置部111に位置を合わせられることができる。各開口113は該開口113を開閉するための蓋（図示せず）を備えている。開口113は、開口113の大きさがキャリア102のウェハ挿入口の大きさと実質的に同一になるように形成されており、それにより、半導体ウェハＷは開口113及びウェハ挿入口を通ってキャリアから出し入れされることができる。

また、キャリア配置部111の下方且つキャリア配置部111の鉛直中心線に沿って、半導体ウェハＷの結晶方位を合わせるために半導体ウェハＷの周囲に設けられたノッチ（切断部）を整列させるための、ノッチ位置整合機構115が配置されている。ノッチ位置整合機構115は、装填領域109の側に開口を有している。ノッチ位置整合機構115は、搬送機構122によってキャリア配置部111上のキャリア102から搬送された半導体ウェハ群Ｗのノッチを整列させるように適応されている。

ノッチ位置整合機構115は、上下方向に離れた位置に、各々がウェハ群のノッチを整列させることができる２つの装置を有している。故に、一方の装置が整列されたウェハ群をボート103に戻す間に、他方の装置がその他のウェハ群を整列させることができるので、熱処理システム100のスループットは高められる。各装置は、例えば３枚又は５枚といった複数のウェハを一度に整列させるように適応されており、それにより、ウェハを搬送する時間が実質的に短縮され得る。

熱処理炉104は装填領域109の背面部且つ上部に配置されている。熱処理路104はその底部に加熱炉開口104aを有している。加熱炉104の下に蓋部117が設けられている。蓋部117は、ボート103を加熱炉104に搭載し、またそれからの取り出し、且つ加熱炉開口104aを開閉するために、昇降機構（図示せず）によって上下方向に移動されるように適応されている。例えば１００枚又は１５０枚といった多数の半導体ウェハWを上下方向に等間隔の多段状に保持することが可能なボート103は、蓋部117上に配置されるように適応されている。ボート103は水晶又はそれに類するもので製造されている。熱処理炉104は加熱炉開口104aの位置に、熱処理後に蓋部117が取り外され且つボート103が取り出されるときに加熱炉開口104aを閉じるためのシャッター118を備えている。シャッター118は加熱炉開口104aを開閉するために水平方向に旋回するように適応されている。シャッター118を旋回させるためにシャッター駆動機構118aが設けられている。

なおも図１を参照するに、装填領域109の側部領域には、半導体ウェハWをボート103に出し入れするときにボート103を載せるためのボート配置部（ボートステージ）119が配置されている。ボート配置部119は、第１の配置部119a、及び第１の配置部119aと蓋部117との間に配置された第２の配置部得119bを有している。ボート配置部119に隣接して、フィルタを用いて装填領域109内の循環ガス（清浄な大気又は不活性ガス）を清浄化するための通風ユニットが配置されている。装填領域109の下側部分のキャリア配置部111と熱処理炉104との間には、ボート配置部119と蓋部117との間でボート103を運搬するためのボート運搬機構121が配置されている。具体的には、ボート運搬機構121は、第１の配置部119a又は第２の配置部119bと下降させられた蓋部117との間、及び第１の配置部119aと第２の配置部119bとの間で、ボート103を運搬するように構成されている。

ボート運搬機構121の上方には、キャリア配置部111上のキャリア102とボート配置部119上のボート103との間で、より具体的には、キャリア配置部111上のキャリア102とノッチ位置整合機構115との間、ノッチ位置整合機構115とボート配置部119の第１の配置部119a上のボート103との間、及び第１の配置部119a上の熱処理後のボート103とキャリア配置部111上の空のキャリアとの間で、半導体ウェハWを搬送するための搬送機構122が配置されている。

図１に示されているように、ボート運搬機構121は、１つのボート103を上下方向で支持し且つ水平方向に移動（膨張・収縮）可能なアーム123を有している。例えば、ボート103は、アーム123及び支持アーム（図示せず）を同期的に回転させることによって、アーム123の回転軸に対して半径方向（水平な直線方向）に運搬されることができる。故に、ボート103を運搬するための領域が最小化されることができ、熱処理システム100の幅及び奥行きが削減され得る。

ボート運搬機構121は、未処理ウェハWを含むボート103を第１の配置部119aから第２の配置部119bへと運搬する。そして、ボート運搬機構121は、処理済ウェハWを含むボート103を蓋部117から第１の配置部119aへと運搬する。そして、ボート運搬機構121は、未処理ウェハを含むボート103を蓋部117上へと運搬する。斯くして、処理済ウェハWを含むボート103から到来する粒子又はガスによって未処理ウェハWが汚染されることが防止される。

キャリア102が搬入口106を通ってステージ108上に配置されると、センサー機構109aはキャリア102の配置状態を検出する。そして、キャリア102の蓋が開かれ、センサー機構109aはキャリア102内の半導体ウェハWの位置及び数を検出する。そして、キャリア102の蓋が再び閉じられ、キャリア102はキャリア搬送機構112によって格納部110へと運ばれる。

格納部110に格納されたキャリア102は、キャリア搬送機構112によって適時にキャリア配置部111上に運ばれる。キャリア配置部111上のキャリア102の蓋と、仕切り105の開口113の扉とが開かれた後、半導体ウェハWは搬送機構122によってキャリア102から取り出される。そして、搬送機構122はノッチ位置整合機構115を介して、ボート配置部119の第１の配置部119a上に配置された空のボート103に、半導体ウェハ群Wを相次いで搬送する。ウェハWが搬送される間、ボート運搬機構121と搬送機構122との衝突が防止されるように、ボート運搬機構121は搬送機構122から退避するように下降させられる。斯くして、半導体ウェハWを搬送する時間は短縮されることができ、それにより、熱処理システム100のスループットは実質的に高められ得る。

ウェハWの搬送の完了後、搬送機構122は動作位置から筐体101の他方側の領域内の待機位置へと横方向に移動することができる。

熱処理が完了した後、蓋部117が下降させられ、ボート103及び熱処理後のウェハが加熱炉104から装填領域109へと移動させられる。蓋部117がボート103から離された後、直ちに、シャッター118が加熱炉の開口104aを密閉する。これは、加熱炉104から装填領域109への熱移動を最小化し、装填領域109内の機器に伝達される熱を最小化する。

処理済ウェハWを収容しているボート103が加熱炉104から外に運搬されると、ボート運搬機構121は、未処理ウェハWを含む別のボート103を第１の配置部119aから第２の配置部119bへと運搬する。そして、ボート運搬機構121は、処理済ウェハWを収容しているボート103を蓋部117から第１の配置部119aへと運搬する。そして、ボート運搬機構121は、未処理ウェハを含むボート103を第２の配置部119bから蓋部117上へと運搬する。故に、ボート103の移動時に、ボート103内の未処理の半導体ウェハWが、処理済ウェハWを含むボート103から到来する粒子又はガスによって汚染されることが防止される。

未処理ウェハWを含むボート103が蓋部117上に運搬された後、このボート103及び蓋部117は、シャッター118が開かれた後に開口部104aを通って加熱炉104へと導入される。そして、未処理ウェハWを含むボート103が熱処理される。また、処理済ウェハWを含むボートWが第１の配置部119a上に運搬された後、ボート103内の処理済みの半導体ウェハWは搬送機構122によって、ボート103からキャリア配置部上の空のキャリア102へと戻される。そして、上述のサイクルが繰り返される。

設定、構成及び／又は動作上の情報は、熱処理システム100によって記録されたり、操作者又は例えば工場システム等の別のシステムから取得されたりすることができる。通常処理のために取られる行為、及び例外的な条件下で取られる行為を指定するために、ＢＩＳＴルール及びＢＩＳＴテーブルが使用され得る。ＢＩＳＴルールの規定及び管理を行うことには設定画面が使用され得る。ＢＩＳＴルールは記憶され、且つ必要に応じて更新されることができる。ＢＩＳＴルールをどのように作成し、規定し、割当て、且つ管理するかについて、文書化画面及びヘルプ画面が提供され得る。

ＢＩＳＴルールは、プロセスがいつ休止且つ／或いは停止され、そしてプロセスが休止且つ／或いは停止されたときに何が行われるかを決定するために使用されることができる。また、ＢＩＳＴルールは、プロセスを変更すべき時、及びプロセス変更の仕方を決定するために使用されることが可能である。さらに、ルールは、異なる動的／静的モデルを選択すべき時、及びプロセスにおいてＢＩＳＴルールを作成する方法を決定するために使用され得る。一般的に、ＢＩＳＴルールは、システム動作が該システムの動的状態に基づいて変化することを可能にする。

一実施形態において、熱処理システム100は、プロセッサ192及びメモリ194を含み得るシステムコントローラ190を有することができる。メモリ194はプロセッサ192に結合され、情報とプロセッサ192によって実行されるべき命令を格納するために使用され得る。他の例では、異なるコントローラ構成が使用され得る。また、システムコントローラ190は、熱処理システム100を別のシステム（図示せず）に結合させるために使用され得るポート195を有することができる。さらに、コントローラ190は、コントローラ190をシステムのその他の要素に結合させるための入力及び／又は出力装置（図示せず）を有することができる。

また、システムのその他の要素が、情報と処理中に実行されるべき命令との実行及び／又は格納を行うためのプロセッサ及び／又はメモリ（図示せず）を有していてもよい。例えば、メモリは、システム内の様々なプロセッサによる命令の実行中に一時的な変数又はその他の中間情報を記憶するために使用され得る。システム要素の１つ以上が、コンピュータ可読媒体からデータ及び／又は命令を読み出す手段を有することも可能である。さらに、システム要素の１つ以上が、コンピュータ可読媒体にデータ及び／又は命令を書き込む手段を有していてもよい。

記憶装置は、本発明の教示に従ってプログラムされたコンピュータ実行可能命令を保持し、且つデータ構造、テーブル（表）、記録、ルール若しくはここで説明されるその他のデータを格納する、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体又はメモリを含み得る。システムコントローラ190は、コンピュータ実行可能命令の生成及び／又は実行を行うために、コンピュータ可読媒体メモリからのデータを使用し得る。熱処理システム100は、システムコントローラ190がメモリに格納された１つ以上のコンピュータ実行可能命令から成る１つ以上の命令シーケンスを実行することに応答して、本発明に係る方法の一部又は全てを行うことができる。このような命令はコントローラによって、別のコンピュータ、コンピュータ可読媒体、又はネットワーク接続から受信されてもよい。

本発明は、何らかのコンピュータ可読媒体又はそれらの組み合わせに格納されて、熱処理システム100を制御し、本発明を実施するように１つ又は複数の装置を駆動し、且つ熱処理システム100が人間のユーザ及び／又は例えば工場システム等の別のシステムと相互作用することを可能にするソフトウェアを含む。このソフトウェアは、これらに限られないが、装置ドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、及びアプリケーションソフトウェアを含み得る。このコンピュータ可読媒体は更に、本発明を実施する上で実行される処理の全て又は一部（処理が分散される場合）を実行する本発明に係るコンピュータプログラム製品を含む。

さらに、熱処理システム100の構成要素の少なくとも１つは、グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）要素（図示せず）及び／又はデータベース要素（図示せず）を有することができる。これに代わる実施形態においては、ＧＵＩ要素及び／又はデータベース要素は必要とされない。システムのユーザインターフェースはウェブで実現されてもよく、またシステム状態及び警告状態の表示を提供してもよい。例えば、ＧＵＩ要素（図示せず）は、より効率的に熱処理システム100の問題を解決し、診断し、且つ報告するために、ユーザが：状態を視認し；ＳＰＣチャートを作成・編集し；警告データを視認し；データ収集アプリケーションを設定し；データ分析アプリケーションを設定し；履歴データを調査して最新データを見直し；警告の電子メールを生成し；多変量モデルを起動し；診断画面を閲覧し；且つＢＩＳＴルール及びテーブルを閲覧／作成／編集することを可能にする使い易いインターフェースを提供することができる。

図２は、本発明の実施形態に従った熱処理システム200の一部を部分的に切断して示している。図示された実施形態には、加熱炉系205、排気系210、ガス供給系260、及びコントローラ290が示されている。

加熱炉系205は、例えば石英から形成された内側チューブ202a及び外側チューブ202bを含む二重構造を有する縦向きにされた処理チャンバー（反応管）202と、処理チャンバー202の底部に配置された金属から成る円筒形の連結管221とを有している。内側チューブ202aは、中断されて開かれた頂部を有し、連結管221によって支持されている。外側チューブ202bは、中断されずに閉じられた頂部を有し、且つ連結管221の上端部に気密性よく封止された下端を有している。

処理チャンバー202内では、多数のウェハW（例えば、１５０枚）が、棚状に上下に一定ピッチで、ウェハボート（ウェハホルダー）223に水平に装填されている。ウェハボート223は、断熱シリンダー（断熱材）225を介して蓋部224上に保持されており、蓋部224は可動手段226に結合されている。加熱炉系205はまた、例えば処理チャンバー202の周囲に配置された抵抗器などの形態をしたヒータ203を有することができる。ヒータ203は５段のヒータ231−235から成っていてもよい。他の例では、異なるヒータ構成が使用され得る。それぞれのヒータ段231−235は、互いに独立に、それらに結合された電力制御器236−240から電力供給される。ヒータ段231−235は、処理チャンバー202の内部を５つの区画に分割するように使用され得る。

コントローラ290及び加熱炉系205に結合されたガス供給系260が示されている。連結管221は、内側チューブ202a内にガスを送り込むための複数のガス供給管241−243を有している。一実施形態において、ジクロロシラン、アンモニア、及び窒素が、例えば質量流量コントローラ（ＭＦＣ）等の流量調整器244、245、246を介して、それぞれのガス供給管241、242、243に送り込まれる。他の例では、その他のプロセスガスが使用されてもよい。

内側管202aと外側管202bとの間の隙間を介した排気のために、排気管227が連結管221に接続されている。排気管227は、真空ポンプ（図示せず）を含み得る排気系210に接続されている。処理チャンバー202内の圧力を調整するために、バルブ、バタフライバルブ、バルブドライバ等を含む圧力調整器228が排気管227に挿入されている。

加熱炉系205はまた、多数のセンサーを有することができる。図示された実施形態においては、内側チューブ202aの内側に５つの内部温度センサー（熱電対）251−255が上下方向に互いに位置を合わせて配置されている。内部温度センサー251−255は、半導体ウェハWの金属汚染の防止のために、例えば石英管で覆われている。内部温度センサー251−255は上記の５区画に対応するように配置されている。他の例では、異なる数の区画と異なる数の内部温度センサーが用いられてもよく、また内部センサーは異なるように配置されてもよい。他の一実施形態においては、温度を測定するために光学技術が用いられることも可能である。

外側チューブ202bの外側には、複数の外部温度センサー（熱電対／温度計）261−265が上下方向に互いに位置を合わせて配置されている。外部温度センサー261−265もまた、上記の５区画に対応するように配置されることができる。他の例では、異なる数の区画と異なる数の外部温度センサーが用いられてもよく、また外部センサーは異なるように配置されてもよい。

コントローラ290は、例えば処理雰囲気の温度、ガス流量、及び処理チャンバー202内の圧力などの処理パラメータを制御するために使用され得る。コントローラ290は内部温度センサー251−255及び外部温度センサー261−265の出力信号を受信し、電力制御器236−240、圧力調整器228及び流量調整器244−246への制御信号を出力する。

設定、構成及び／又は動作上の情報は、コントローラ290によって記録されたり、操作者又は例えばコントローラ190（図１）等の別のコントローラから取得されたりすることができる。コントローラ290はまた、通常処理のために取られる行為、及び例外的な条件下で取られる行為を決定するために、ＢＩＳＴルール及びＢＩＳＴテーブルを使用することができる。ＢＩＳＴルールの規定及び管理を行うことには設定画面が使用され得る。コントローラ290はＢＩＳＴルールを記憶し、且つ必要に応じて更新することができる。ＢＩＳＴルールをどのように作成し、規定し、割当て、且つ管理するかについて、文書化画面及びヘルプ画面が提供され得る。

コントローラ290は、プロセスがいつ休止且つ／或いは停止され、そしてプロセスが休止且つ／或いは停止されたときに何が行われるかを決定するためにＢＩＳＴルールを使用することができる。また、ＢＩＳＴルールは、プロセスを変更すべき時、及びプロセス変更の仕方を決定するために使用されることが可能である。さらに、ルールは、異なる動的／静的モデルを選択すべき時、及びプロセスにおいてＢＩＳＴルールを作成する方法を決定するために使用され得る。一般的に、ＢＩＳＴルールは、システム動作が該システムの動的状態に基づいて変化することを可能にする。

一実施形態において、コントローラ290はプロセッサ292及びメモリ294を含み得る。メモリ294はプロセッサ292に結合され、情報とプロセッサ292によって実行されるべき命令を格納するために使用され得る。他の例では、異なるコントローラ構成が使用され得る。また、システムコントローラ290は、コントローラ290を別のコンピュータ及び／又はネットワーク（図示せず）に結合させるために使用され得るポート295を有することができる。さらに、コントローラ290は、コントローラ290を加熱炉系205、排気系210及びガス供給系260に結合させるための入力及び／又は出力装置（図示せず）を有することができる。

コントローラ290は、コンピュータ可読媒体からデータ及び／又は命令を読み出す手段を有することができる。さらに、コントローラ290は、コンピュータ可読媒体にデータ及び／又は命令を書き込む手段を有していてもよい。

メモリ294は、本発明の教示に従ってプログラムされたコンピュータ実行可能命令を保持し、且つデータ構造、テーブル、記録、ルール若しくはここで説明されるその他のデータを格納する、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体又はメモリを含み得る。コントローラ290は、コンピュータ実行可能命令の生成及び／又は実行を行うために、コンピュータ可読媒体メモリからのデータを使用し得る。加熱炉系205、排気系210、ガス供給系260及びコントローラ290は、メモリに格納された１つ以上のコンピュータ実行可能命令から成る１つ以上の命令シーケンスを実行することに応答して、本発明に係る方法の一部又は全てを行うことができる。このような命令はコントローラによって、別のコンピュータ、コンピュータ可読媒体、又はネットワーク接続から受信されてもよい。

本発明は、何らかのコンピュータ可読媒体又はそれらの組み合わせに格納されて、加熱炉系205、排気系210、ガス供給系260及びコントローラ290を制御し、本発明を実施するように１つ又は複数の装置を駆動し、且つシステム要素の１つ以上が人間のユーザ及び／又は別のシステムと相互作用することを可能にするソフトウェアを含む。このソフトウェアは、これらに限られないが、装置ドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、及びアプリケーションソフトウェアを含み得る。このコンピュータ可読媒体は更に、本発明を実施する上で実行される処理の全て又は一部（処理が分散される場合）を実行する本発明に係るコンピュータプログラム製品を含む。

コントローラ290は、ＧＵＩ要素（図示せず）及び／又はデータベース要素（図示せず）を有することができる。これに代わる実施形態においては、ＧＵＩ要素及び／又はデータベース要素は必要とされない。システムのユーザインターフェースはウェブで実現されてもよく、またシステム状態及び警告状態の表示を提供してもよい。例えば、ＧＵＩ要素（図示せず）は、問題をより効率的に解決し、診断し、且つ報告するために、ユーザが：状態を視認し；チャートを作成・編集し；警告データを視認し；データ収集アプリケーションを設定し；データ分析アプリケーションを設定し；履歴データを調査して最新データを見直し；警告の電子メールを生成し；動的且つ／或いは静的なモデルを閲覧／作成／編集／起動し；診断画面を閲覧し；且つＢＩＳＴルール及びテーブルを閲覧／作成／編集することを可能にする使い易いインターフェースを提供することができる。

第１の処理時間中、コントローラ290は処理チャンバー202内の圧力を、或る圧力から別の圧力へと変化させ得る。縦型ウェハボート223の種類、ウェハWの種類、位置及び量、熱処理チャンバー202の種類、並びに実行されるべきレシピに基づく、この特定のシステム構成の実時間動的圧力モデルが構築され得る。

実時間動的圧力モデルは、第１の処理時間における処理チャンバーについて予測される動的な圧力応答を生成するように実現されることができる。また、第１の処理時間における処理チャンバーに関して、測定された動的な圧力応答が作り出され、予測された動的圧力応答と測定された動的圧力応答との差を用いて、さらに、動的な推定誤差が決定され得る。さらに、動的な推定誤差は、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値と比較され得る。動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値内にないとき、プロセスは停止されることができ、動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値内にあるとき、プロセスは継続されることができる。

第２の処理時間中、コントローラ290は処理チャンバー内の温度を、或る温度から別の温度へと変化させ得る。例えば、コントローラ290は、それぞれの区画内のウェハボート223に装填されたウェハＷの温度を推定するように設計されたヒータ制御モデルを実行し得る。コントローラ290はこの推定温度を測定された温度と比較することができ、その比較結果に基づいて、ウェハＷの推定温度を補正し得る。モデルを用いて加熱装置を制御する技術は、２００１年９月１３日に出願された「Batch-type Heat Treatment Apparatus and Control Method for the Batch-type Heat Treatment Apparatus」という発明名称の米国特許第６８０３５４８号明細書にて開示されている。なお、この文献は参照することによりここに組み込まれる。

１つ以上の実時間動的温度モデルが、第２の処理時間における処理チャンバー202について予測される動的な温度応答を生成するように実現されることができる。また、第２の処理時間における処理チャンバー202に関して、１つ以上の測定された動的な圧力応答が作り出され、予測された動的温度応答と測定された動的温度応答との差を用いて、動的な推定誤差が決定され得る。さらに、動的な推定誤差は、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値と比較され得る。動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値内にないとき、プロセスは停止されることができ、動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値内にあるとき、プロセスは継続されることができる。

コントローラ290はまた、内部温度センサー251−255、外部温度センサー261−265、電力制御器236−240、圧力調整器228若しくは流量調整器244−246、又はこれらの組み合わせからのデータを用いて、測定された静的応答及び／又は動的応答を作り出すことができる。

動作中、それぞれの区画内のウェハＷの温度が推定され、補正されたウェハ温度がレシピによって指し示された温度と等しくなるようにヒータステージ231−235を制御するために適応的手法が用いられる。温度上昇が完了すると、適応的制御が用いられ、それぞれの区画の温度が維持される。

第３の処理時間中、処理チャンバー202内の温度が安定化すると、処理チャンバー202内にプロセスガスが送り込まれ、膜形成プロセスが開始され、そして、それぞれの区画内のウェハＷの温度が温度レシピの設定温度にほぼ等しくなるように温度制御が管理される。相異なる区画内のウェハＷは相異なる温度で処理されることができる。しかしながら、モデル及びレシピは、比較的均一な厚さの膜がウェハＷの相異なる面に堆積されるように調整された値を有する。

１つ以上の実時間動的温度モデルが、第３の処理時間における処理チャンバー202について予測される動的なプロセス応答を生成するように実現されることができる。実時間動的モデルは、第３の処理時間における処理チャンバー202について、予測される動的ガス流量応答、予測される動的温度応答、若しくは予測される動的圧力応答、又はこれらの組み合わせを生成するように実現され得る。また、第３の処理時間における処理チャンバー202に関して、１つ以上の測定された動的な圧力応答が作り出され、予測された動的温度応答と測定された動的温度応答との差を用いて、動的な推定誤差が決定され得る。さらに、動的な推定誤差は、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値と比較され得る。動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値内にないとき、プロセスは停止されることができ、動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値内にあるとき、プロセスは継続されることができる。

膜の成長が完了すると、膜形成ガスの供給が停止され、処理チャンバー202の内部が冷却される。冷却中、ウェハＷの温度が必要に応じて推定され、推定された温度が補正される。処理が完了すると、処理されたウェハボート223が抜き取られる。

処理中、例えばウェハ又はＬＣＤ基板などの生産物は半導体処理システムによって処理され、或る処理要素から別の処理要素へと移動することができる。

図３は、本発明の実施形態に従った熱処理システムの簡略化されたブロック図を示している。図示された実施形態において、処理システム300は、システム310、コントローラ320、動的モデル330及び比較器340を有している。また、作動変数（actuation variable；ＡＶ）が示されている。これらは、レシピ内の固定の設定点（setpoint；ＳＰ）を有する変数、又はレシピ内の設定点に基づいてコントローラによってリアルタイムに生成される変数であり、例えば、ヒータ電力、質量流量、及び排気バルブの角度である。

作動変数の結果としての装置内のプロセス状態である二種類のプロセス変数（ＰＶ）が例示されている。プロセス変数の例には、パドル又は水の温度、基板位置における反応物濃度、及び基板上の膜の厚さが含まれる。プロセス変数は、センサーを用いて測定される被測定プロセス変数（ＭＰＶ）、及びセンサーによって測定されるものではない一般プロセス変数（ＧＰＶ）に分類されることができる。被測定プロセス変数の一部は、コントローラによって直接的に制御されることができ、これらは被制御プロセス変数（ＣＰＶ）と呼ばれる。

ＡＶ、ＭＰＶ及びＳＰはリアルタイムに得られる。定義により、ＧＰＶは得られず（測定されず）、それらの影響は実行終了時の測定によってのみ推定され得る。例えば、バッチ炉において、チャンバー圧、質量流量及びそれらの設定点、バルブ角度、並びに各区画のチャンバー温度については実時間データが得られる。

システム動作中、エラー状態が発生することがある。例えば、エラー状態の種類には、アクティブ部品、パッシブ部品又はソフトウェア要素が要求された作業を実行できない場合の部品故障；アクティブ部品、パッシブ部品又はソフトウェア要素が劣化し、劣化した性能が補正されないと近い将来に故障が起こり得る場合の部品劣化；及び、アクティブ部品、パッシブ部品又はソフトウェア要素が適切に設定されていない場合の設定エラーが含まれ得る。

熱処理システム及び／又はシステム部品は動作時に、システム及び／又はシステム部品がウェハ及び／又は基板を処理している処理状態と、システム及び／又はシステム部品の１つ以上がウェハ及び／又は基板を処理するために待機している休止状態との２つの状態の何れかにあり得る。これに代わる一実施形態においては、システム及び／又はシステム部品の１つ以上が保守、較正及び／又は修理時間のためにオフラインになっている保守状態も用いられてもよい。

これら２つの状態はＢＩＳＴ関連動作を実行する固有の機会を提供する。パッシブモードにおいて、処理状態中、プロセスの１つ以上が実時間システム応答を“観測”することができるが、それは処理状態を変化させることはできない。例えば、システム応答が観測され、処理状態及びエラー状態が決定され得る。さらに、動的モデル及び／又は静的モデルが実行されることができ、ＢＩＳＴルールが変更されたり、新たなＢＩＳＴルールが作成されたりすることが可能である。

休止状態においては、如何なる製品基板も処理されていないので、プロセスの１つ以上は処理状態を変化させることができる。休止モード中、プロセスの１つ以上は、劣化状態及び故障状態を検出・診断するために、必要な処理状態を作り出すことができる。これら劣化状態及び故障状態は、１つ以上のＢＩＳＴルールを作成且つ／或いは修正するために使用され得る。具体的には、プロセスの１つ以上はエラー状態を隠したり補償したりするのではなく、エラー状態を誇張するようにプロセスパラメータを選択してもよい。休止モードにおいて、システムは生産状態を用いて動作させられることができ、あるいはシステムは非生産状態（例えば、チャンバー内にウェハなし、反応ガス流なし、等々）を用いて動作させられることができる。また、１つのレベルの試験が部品レベルで行われることができ、これら試験は静的なものでも動的なものでもよい。例えば、ヒータの抵抗が何らかの劣化の兆候に関して監視され得る。

静的な測定はエラーを検出する一手法である。しかしながら、ドリフト及び劣化は、複数のパラメータに関して小さいながらにして、システム性能に総体的な影響を及ぼすことがあり得る。

システムの動的性能は、多数の変数に依存し得るシステムパラメータ群を複合的に映すものである。例えば、システムの熱応答は、アクティブ部品、パッシブ部品又はソフトウェア要素の関数となり得る。これら部品の１つ以上における逸脱がエラーを生じさせ得る。より良好な検出及び診断のため、“システムレベル”での手法が用いられ得る。

レシピはシステムレベルで使用されることができ、典型的なレシピは、被制御変数（ＣＰＶ）を含む測定プロセス変数（ＭＰＶ）の設定点（ＳＰ）を与え、システムコントローラは、誤差＝ＳＰ−ＣＰＶとして、ＣＰＶとＳＰとの間の誤差を低減させるように作動変数（ＡＶ）を制御することができる。

また、特定の重要工程におけるＣＰＶの許容範囲を指定するためにルールが使用され得る。ＣＰＶがこの範囲を逸脱した場合、警告が発せられる。例えば：
ＣＰＶ−下限（ＬＢ）＞警告動作閾値（１）
上限（ＵＢ）−ＣＰＶ＞警告動作閾値（２）
である。

しかしながら、この手法は誤差を小さく保つためのコントローラの“能力”を決定するのみであり、装置が適切に機能しているかを決定しない。特に、この手法は一般プロセス変数、故に、実行終了時パラメータのために起こることに対処するものではない。

一実施形態において、システム及び／又はシステム部品が“設計通り”に動いているかをシステム部品の実時間データ及び動的モデルから決定するためにＢＩＳＴルールが使用される。動的モデルは“設計通り”のシステムの応答を提供し、エラー状態を検出するために使用されることができる。例えば、誤差はモデル化された応答（ＩＰＶ）と測定された応答との間の差を用いて、
誤差＝ＩＰＶ−ＭＰＶ
のように計算されることができる。

この誤差が所定の動作閾値より大きい場合、警告が発せされる。動作閾値はＢＩＳＴテーブルの一部とし得る。

“アクティブモード”において、ＰＶの適正範囲におけるモデル化された応答と測定された応答との間の誤差を誇張する状態を作り出すためにＢＩＳＴが用いられ得る。この動的状態において、モデルと測定との間の偏差が増幅される。静的あるいは定常的な状態の下では、誤差は“バイアス”誤差として現れ、測定ノイズに隠されてしまい得る。アクティブモードは正確な警告の確率を有意に増大させることができる。

例えば、バッチ炉の場合、ＢＩＳＴに使用されるモデルは、加熱炉から収集される様々な実時間データセットに関係するものであり、設定点、ＭＦＣ流量、０−１０Ｔｏｒｒ及び０−１０００Ｔｏｒｒ規格による圧力測定、バルブ角度、及び圧力制御パラメータを含んでいる。

これらモデルは動的（過渡的）挙動及び定常挙動の双方を含んでいる。例えば、動的挙動は昇圧速度をモデル化する。更に数学モデルを記述するため、表１に示された表記が使用され得る。

チャンバー圧の昇圧（変化）速度である“ｐドット”（ｐの時間微分係数）は、ガス流及びバルブ角度の関数として、

とモデル化され得る。

バルブが完全に閉じている場合には特別な状態が存在し、この場合、昇圧速度は圧力制御器に依存しなくなる。この状態では、チャンバー圧の昇圧速度ｐドットは、

とすることができる。このモデルが与えられると、ＭＦＣ流量を個々に推定する一手法は、

となる。また、定常的な挙動は、

とモデル化されることができる。このモデルは、残りのパラメータを所与としてパラメータを推定するために使用され得る。すなわち、

である。

故に、これらのモデルは複数のプロセスパラメータの推定値を提供する。推論ロジックが、診断を下すために、推定されたパラメータ群についての一組の一貫性ある説明を発見する。

一実施形態において、加熱炉ガス流システムの動的挙動及び定常的挙動を捕捉するための方法が構築され得る。この方法は、加熱炉で“モデル開発”レシピを実行することを含む。このレシピは、以下のような多様な条件下で動作するように設計される：１）自動圧力制御（ＡＰＣ）の下でのシステムの動的応答；２）手動バルブ制御（ＭＶＣ）の下でのシステムの動的応答及び定常応答；３）バルブを完全に開放したときのベース圧力；及び４）バルブを完全に閉じたときのリーク速度。

ＡＰＣの下でのシステム応答を決定するための試験セットにおいて、圧力設定点が変更され、様々なガス流量でのチャンバー圧の変化が分析され得る。例えば、
１）圧力設定点の０から３Ｔｏｒｒへの階段状変化、
２）３から６Ｔｏｒｒへの階段状変化、及び
３）６から９Ｔｏｒｒへの階段状変化、
といった変更が加えられる。

圧力設定点が０から３Ｔｏｒｒに変更されると、圧力制御器は標的の圧力を達成するためにメインバルブの開口を調整する。初め、この制御器の作用はバルブを完全に閉じる。これらの状態で、昇圧速度はバルブ角度に依存せずにガス流量の関数となる。典型的な結果が図４、５及び６に示されている。図４は、０から３Ｔｏｒｒへの圧力設定点変更に関するチャンバー圧の過渡的な挙動を示している。図５は、３から６Ｔｏｒｒへの圧力設定点変更に関するチャンバー圧の過渡的な挙動を示している。図６は、６から９Ｔｏｒｒへの圧力設定点変更に関するチャンバー圧の過渡的な挙動を示している。

これらの図は、それぞれ２００、２５０及び３００ｓｃｃｍのガス流量で測定された昇圧速度である３つの階段状の圧力応答を含んでいる。このデータは、ガス流量に対する昇圧速度の、筋の通った数学モデルを得るために使用されることができる。例えば、ｙ＝昇圧速度（ｍＴｏｒｒ／ｓ）、且つｘ＝ガス流量（ｓｃｃｍ）として、ｙ＝ａｘ＋ｂという直線関係が使用され得る。一次最小自乗適合により表２の結果が得られた。

これらの結果は図７にも示されており、そこでは、上記の３つの階段状応答の試験条件でのガス流量の関数として昇圧速度が示されている。

パラメータ“ｂ”は理想的にはゼロに等しくなるべきである。すなわち、ガス流が存在しないときには昇圧速度はゼロであるべきである。測定値は約１ｓｃｃｍの非常に小さい値である。メインパラメータは“ａ”である。表２のデータから明らかであるように、昇圧率は、この動作範囲では、ガス流量に依存しないパラメータ“ａ”及び“ｂ”から成る単一のパラメータセットでモデル化されることができ、これがＢＩＳＴソフトウェアで使用される部分モデルの１つとなる。例えば、推定されるガス流量が２５８．６ｓｃｃｍにほぼ等しいとき、測定される昇圧率は７５ｍＴｏｒｒ／ｓにほぼ等しい。

ＭＶＣの下でのシステム応答が決定されることができ、ガス流量及びバルブ角度の関数としての定常状態での圧力ｐの関係が、

を用いて得られる。

この関数は、（昇圧率に関して得られた一次関数とは異なり）非常に非線形であることが予期される。一例において、この関数の具体的な値は、以下の条件の組み合わせの下で実験的に得られる：２００、２５０及び３００ｓｃｃｍのＭＦＣ流量、並びに３．３、４．３及び５．３％のバルブ角度。例えば、或るシステムで得られた値が表３に示されており、様々なバルブ角度における流量の関数としてのチャンバー圧が図８に例示されている。

一実施形態において、実時間推定手法が使用され得る。他の例では、その他の手法が用いられてもよい。半導体処理システム、及び／又はシステム部品又はサブシステム部品の１つ以上は、次の非線形微分方程式“ｘドット”と出力方程式ｙとの組を用いてモデル化されることができる。

ただし、ｘは温度、圧力及び反応物状態からなり得る状態ベクトルであり；ベクトルｐは、例えば熱容量、熱伝導率及び速度定数などのモデルパラメータから成り；ベクトルｕは、例えばヒータ電力などのプロセスに与えられる入力から成り；ｗは、平均値ゼロを有し、Ｅ（ｗ）＝０（Ｅ（）は期待値演算子を表す）の付加白色雑音であり；νは、平均値ゼロを有し、Ｅ（ν）＝０の付加白色雑音である。

初期状態ｘ_０、入力ｕ、及びパラメータｐが与えられると、上記の微分方程式は状態の進展を計算するのに完全なものとなる。

また、モデルは実時間適用のために線形化され得る。この線形化は、名目上の軌跡に沿ってシステム動作を記述する１つ又は一組のモデルをもたらし得る。これら線形モデルは、ｉ番目の時間間隔に対するマトリクスＡ_ｉ、Ｂ_ｉ及びＣ_ｉによって状態空間の形態で表される。故に、非線形モデルは一連の離散時間線形モデルで置き換えられる：

ただし、ｋは時間インデックスである。初期状態の共分散Ｐ_０は、Ｔを転置（transposition）演算子として、Ｅ｛ｘ_０ｘ_０ ^T｝＝Ｐ_０である。

実時間推定手段を構築する都合の良い手法は、カルマン（Kalman）フィルタマトリクスＬ_ｉを用いることである。Ｌ_ｉは、

を与える。ただし、“＾”は推定値を指し示している。

定常状態の検査を実行するとき、システムの（雑音の項を含まない）動的モデルが使用されることができ、非線形微分方程式ｘドットと出力方程式ｙとの組は、

となる。

定常状態においては、ｘドット＝０であり、状態、入力及び出力の定常値はそれぞれｘ_ｓ、ｕ_ｓ及びｙ_ｓである。基準システムの入力及び出力の既知の定常値（例えば、ｕ_ｒｅｆ及びｙ_ｒｅｆ）を用いて、所与のシステムの定常値は監視され、この基準値と比較されることができる。具体的には、フィードバック制御器がシステム出力をｙ_ｒｅｆに駆動する場合、ｕ_ｓの値が検査され得る。すなわち、
出力を基準値に駆動 ｙ_ｓ→ｙ_ｒｅｆ、故に、‖ｙ_ｓ−ｙ_ｒｅｆ‖≦ε、
入力を基準値に対して検査 ‖ｕ_ｓ−ｕ_ｒｅｆ‖≦ε？
ただし、εは具体的なシステムに関して十分に小さい値になるように選択される。

この差が小さい場合、試験対象のシステム（ＳＵＴ）は基準システムのように動作しており、そうでない場合には、エラー状態であり得ることが指し示される。

例えば、５区画を有する基準加熱炉システムを考える。基準加熱炉上で、全ての区画が６００℃であるときヒータ電力は表４に示されたようにあるべきことが決定されていると仮定する。

同一の５個の６００℃の温度区画にあるＳＵＴ加熱炉が、第５区画のヒータ電力が２６００Ｗであることを報告するとき、何らかの種類のエラー状態が指し示されていることは明らかである。このエラー状態はヒータ区画やＯリング等々に伴うものであることが考えられ、更なる試験で診断されなければならない。

一実施形態において、動的応答検査が行われ得る。ここで説明されるように、エラーを検出する一手法は、システムの動的な応答を監視し、基準と比較することである。例えば、この目的のために動的な実時間推定手段が用いられる。出力の推定値が、

で与えられるような基準システムで作り出された線形推定手段を考える。

ＳＵＴが出力ｙ_ｋを生じているとき、これら２つは十分に近いかどうか、すなわち、以下の値：

が合理的に小さいかどうか、基準システムの推定値を用いてＳＵＴ出力を検査する。

故に、これらのモデルは複数のプロセスパラメータの推定値を提供する。推論ロジックが、診断を下すために、推定されたパラメータ群についての一組の一貫性ある説明を発見する。

本発明は、加熱炉ガス流システムの動的挙動及び定常的挙動を捕捉するための方法を提供する。この方法は、加熱炉で“モデル開発”レシピを実行することを含む。このレシピは、多数のＢＩＳＴルールを生成するために多様な条件下で動作するように設計される。

ウェハを処理するための主な要求は、ウェハ内及びウェハ間の双方での、厳しい限界寸法（critical dimension；ＣＤ）制御、厳しいプロファイル制御、及び厳しい均一性制御である。例えば、ＣＤ測定、プロファイル測定及び均一性測定におけるバラつきは、ウェハ区画群を横切る温度プロファイルのバラつき、及びウェハ間での熱応答のバラつきによって発生する。

一般的に、ありのままのシリコンウェハは比較的平坦であり、厳格な仕様内で製造される。しかしながら、複数の熱処理の間にウェハ上に複数の膜が堆積され、その結果、ウェハは有意に湾曲し得る。ウェハの湾曲は、リソグラフィ及び現像プロセス等の処理中に問題を引き起こすことによって、ＣＤの均一性に悪影響を及ぼし得る。

ウェハ位置エラーを検出し、ウェハが過度な湾曲を有するときにそれを退けるために、ＢＩＳＴシステムが使用され得る。このＢＩＳＴシステムは、ウェハの湾曲を推定し、且つ／或いは補償するために、“数学モデル”内で１つ又は複数の測定装置からの実時間データを用いることができる。このモデルは静的なものでも動的なものでもよく、また線形なものでも非線形なものでもよい。

一実施形態において、このＢＩＳＴシステムは、平坦なウェハ及び／又は反ったウェハが熱処理チャンバー内に配置され且つ／或いはその中で処理されるとき、システム性能の検出、診断及び／又は予測を行うために、チャンバーの動的な応答を使用する。例えば、相異なる曲率を有するウェハは、それらが熱処理チャンバー内に配置され且つ／或いはその中で処理されるとき、相異なる動的な熱応答を生成する。

一実施形態においては、“アクティブ”手法が使用される。この場合、処理パラメータ（例えば、制御モード、温度制御区画の設定点、チャンバー区画の電力）の組み合わせは能動的に変更されることができ、得られた温度場の動的応答は、ウェハの曲率の推定及び監視を行うために使用されることが可能である。処理パラメータの変化量は、ウェハの曲率に関する情報をもたらすように意図される。

様々なアクティブ手法が用いられ得る。第１のアクティブの例において、１枚以上のテストウェハが装填且つ／或いは処理され、熱システムの相異なる動的状態を作り出す。それにより、熱応答の動的モデルが作成され、システム性能を推定するために前もって計算された熱モデルと比較されることができる。他の例においては、複数の動的モデルがリアルタイムに起動されてもよく、ウェハの曲率を推定するために、それらと測定された熱応答との間の推定誤差が検査される。例えば、これら複数の動的モデルは、基準システムからの実時間データを用いて前もって作成されていてもよい。第３のアクティブの例においては、区画間での温度場のピークバラつきを含む熱応答バラつきが検査されてもよい。第４の例においては、上述のピークバラつきの値に加えて、これらピークバラつきのタイミングが検査されてもよい。

また、“アクティブ”モードにおいて、様々な測定法が用いられることができる。例えば、システム性能の推定及び監視を行うために、温度場の動的応答が測定されることができる。例えば、各区画の熱応答が測定され、区画間での温度のピークバラつきを含む熱応答バラつきが検査され得る。他の例においては、上述のピークバラつきの値に加えて、これらピークバラつきのタイミングが検査されてもよい。第３の例においては、複数の動的モデルがリアルタイムに起動されてもよく、システム性能を推定するために、それらと履歴データとの間の推定誤差が検査されてもよい。例えば、この履歴データは、システムからの実時間データを用いて前もって作成されていてもよい。

また、他の実施形態は、実時間比較及び非実時間比較の双方のために設計されてもよい。実時間手法において、システム性能はウェハの処理中にリアルタイムに推定且つ監視されることができる。非実時間手法においては、データは後の時間に処理され、システム性能はウェハの１枚以上が処理された後に推定且つ監視される。他の実施形態においては、ウェハ温度をリアルタイムに“測定”し、測定手段を備えたウェハを生産中に使用する必要性を排除するために、仮想的なセンサーが使用されてもよい。例えば、仮想的なセンサーは、動的モデルの構成要素若しくは実時間モデル、温度などの物理変数を測定する物理的なセンサー部品、ヒータへの印加電圧若しくは電力などの変数を制御する調整された変数成分、及び動的モデルの構成要素を物理的なセンサーや調整された変数からの情報と関連付けるソフトウェアアルゴリズム要素を有し得る。この仮想センサーは、複数の“物理的”センサーからの情報をアルゴリズムに基づいて統合する複合デバイスとして見てもよい。この仮想センサーは、履歴データ、実時間データ及び予測データを提供可能な適応型デバイスである。

図９は、本発明の実施形態に従った熱処理システムの応答の１つ以上を特徴付ける動的モデルの一実施形態を概略的に示している。図示された実施形態には、４つのノードすなわちモデル要素（Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３及びＭ_４）948、950、952、954が示されている。しかしながら、本発明の他の実施形態においては、異なる数のモデル要素が用いられてもよく、また、モデル要素は異なるアーキテクチャで配置されていてもよい。

また、動的モデル904は、例えばヒータ電力、チャンバー圧、ガス流及びウェハ情報などの制御入力（Ｕ）962を受信する。このモデルはまた、例えば測定されていないバラつき等の外乱（disturbance）入力（Ｄ）956を受信する。このモデルは、ウェハ温度などの被制御出力（Ｚ）958と、チャンバー温度などの被測定出力（Ｙ）960とを決定する。モデル構造は、Ｚ＝Ｍ_１Ｕ＋Ｍ_３Ｄ、及びＹ＝Ｍ_２Ｕ＋Ｍ_４Ｄと表現され得る。他の例では、モデル構造の異なる表現が用いられてもよい。

動的モデル904はシステムの“状態”を追跡し、入力962を出力958、960にリアルタイムに関連付ける。例えば、Ｕ、Ｙは測定されることができ、動的モデル904を用いることによって、ＤはＹ＝Ｍ_２Ｕ＋Ｍ_４Ｄ_ｅｓｔを用いて推定され、ＺはＺ_ｅｓｔ＝Ｍ_１Ｕ＋Ｍ_３Ｄ_ｅｓｔを用いて推定され得る。ただし、添字の“ｅｓｔ”は推定によること（estimated）を表す。

動的モデル904を作成するとき、ウェハ位置、ウェハ曲率、及びチャンバーの影響がモデルに組み込まれ得る。例えば、動的モデル904は、熱伝達、ガス流及び反応速度論に基づく第１の原理モデル、又は例えば熱処理システム等の処理システムから収集された実時間データを用いて作成されたオンラインモデルを用いて作成されることができる。

モデルの開発中、第１の原理モデルは例えばＭａｔｌａｂ等の好適なソフトウェア・シミュレーション・アプリケーション内で、好適なマイクロプロセッサにて数値的に実現されてもよい。このソフトウェアアプリケーションは、物理的性能の近似を行うように動作させられる好適な電子コンピュータ又はマイクロプロセッサに備わっている。しかしながら、その他の数値的手法も本発明によって意図される。

熱量をモデル化するために、コントローラが制御対象のシステムの数学モデルを具備した、モデルに基づく線形あるいは非線形な多変数制御手法が用いられてもよい。この多変数コントローラは、例えば線形二次ガウシアン（ＬＱＧ）法、線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）法、Ｈ無限大（Ｈ−ｉｎｆ）法などの最近の制御設計手法の何れに基づいていてもよい。この熱量モデルは、線形あるいは非線形の何れであってもよいし、ＳＩＳＯ又はＭＩＭＯの何れであってもよい。多変数制御手法（すなわち、ＭＩＭＯ）は全ての入力と、それらの出力への影響とを考慮する。例えば物理モデル及びデータ駆動型モデル等、熱量をモデル化するためのその他幾つかの手法も利用可能である。

図１０は、本発明の実施形態に従った、ビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）表（テーブル）を用いて熱処理システムをリアルタイムに監視する方法を簡略化して示すフロー図である。

ＢＩＳＴテーブルは、熱処理システム、温度制御部品、圧力制御部品、ガス供給部品、機械部品、計算部品若しくはソフトウェア要素、又はこれらの組み合わせに関して構築されることができる。

段階1010にて、熱処理システムの処理チャンバー内に配置されたウェハ群に、１つ又は複数の前処理プロセスが実行される。ウェハ群は処理チャンバー内で相異なる高さの位置に配置され、処理チャンバーは密閉される。ウェハ群は、製品ウェハ、測定手段を備えたウェハ、テストウェハ若しくはダミーウェハ、又はこれらの組み合わせを含み得る。他の例では、複数のウェハである必要はない。例えば、ウェハ群を加熱炉に配置するために縦型ボートが使用される。

前処理プロセス中に、動作状態が確立される。例えば、チャンバー圧、チャンバー温度、基板温度、及び／又はプロセスガス条件が前処理中の動作値に変化させられる。

熱処理システムは前処理データを取得し、前処理プロセスにおいて使用する１つ以上のレシピを構築するために該前処理データを使用する。また、前処理データは、前処理プロセス中に熱処理システムの性能を予測するための動的モデル化情報及び／又は静的モデル化情報を含み得る。これらデータは、さらに、以前の実行により測定且つ／或いは予測されたデータを含み得る。

また、前処理データは、レシピデータ、履歴データ、及びウェハデータを含み得る。ウェハデータは、例えば限界寸法（ＣＤ）データ、プロファイルデータ、厚さデータ、均一性データ、及び屈折率（ｎ）データや減衰係数（ｋ）データ等の光学的データである。ウェハデータはまた、レイヤー数、レイヤー位置、レイヤー組成、レイヤーの均一性、レイヤー密度、及びレイヤーの厚さを含んでいてもよい。レイヤー群は半導体材料、レジスト材料、誘電体、及び／又は金属を含み得る。さらに、データは補正データ、誤差データ、測定データ若しくは履歴データ、又はこれらの２つ以上の組み合わせを有していてもよい。

前処理プロセス中、処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられるプロセスが行われ得る。処理パラメータが第１の値から第２の値に変化させられるときのシステム応答を予測するために使用可能な前処理用の実時間動的モデルが１つ以上存在する。このモデルは、ウェハボートの種類、ウェハの種類、位置及び量、熱処理チャンバーの種類、及び／又は実行されるべきレシピに基づき得る。例えば、上述の複数のウェハは湾曲したウェハ及び／又は測定手段を備えたウェハを含むことができ、モデルはウェハの曲率などの要因を考慮し得る。湾曲したウェハがボート内に配置されるとき、２枚の湾曲したウェハ間の隙間は可変にされ、また熱伝達及びガス流も可変にされる。

前処理プロセス中、予測による動的な前処理プロセス応答を生成するように、前処理用の実時間動的モデルが実行される。例えば、前処理用の実時間動的モデルは、前処理プロセス中に処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられるときに、予測による動的な前処理プロセス応答を生成するように実行され得る。この動的モデルは、前処理プロセスが実行される前、最中、又は後に実行され得る。前処理プロセスが複数回にわたって実行されるとき、及び／又は複数のプロセスが実行されるとき、１つ以上の異なる前処理用動的モデルが実行され得る。

１つ以上の測定による動的な前処理プロセス応答が、前処理プロセス中に作り出される。測定による動的な前処理プロセス応答は、前処理プロセス中に処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられる度に作り出されることができる。前処理プロセスが複数回にわたって実行されるとき、１つ以上の異なる測定による動的な前処理プロセス応答が作り出され得る。

また、前処理プロセス中に処理パラメータの１つ以上が変化させられる度に、予測による動的な前処理プロセス応答と測定による動的な前処理プロセス応答との差を用いて、前処理における動的な推定誤差が決定されることが可能である。

さらに、前処理における動的な推定誤差は、前処理プロセス中に新たな前処理における動的な推定誤差が決定される度に、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値と比較されることができる。前処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値の範囲内にあるとき、前処理プロセスは継続され得る。この場合、熱処理システムは前処理プロセスにおける動作限界内で動作している。

前処理プロセスに関して決定された前処理における動的な推定誤差は、前処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値の範囲内にないとき、警告閾値と比較されることができる。例えば、誤差が動作限界を超えてはいるが警告限界は超えていないとき、警告メッセージが送信され、誤差が動作限界を超えるとともに警告限界をも超えているとき、障害メッセージが送信されてもよい。

一実施形態において、前処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にあるとき、警告メッセージが送信されるものの、前処理プロセスは継続されることが可能である。他の一実施形態においては、前処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にあるとき、警告メッセージが送信され、前処理プロセスは休止させられる。この場合、熱処理システムは、前処理プロセスにおける動作限界外であるが警告限界内で動作している。これは、例えば、部品が劣化中であるときや、プロセスがドリフトしているときに起こり得る。前処理プロセスは、処理続行メッセージが受信されると再開されることができる。

一実施形態において、前処理に関して決定された前処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にないとき、障害メッセージが送信され、前処理プロセスは停止させられる。この場合、熱処理システムは、前処理プロセスにおける動作限界外且つ警告限界外で動作している。これは、例えば、部品が故障したときや、システムが適切に設定されなかったときに起こり得る。前処理プロセスは、再スタートメッセージが受信されると再スタートされることができる。

前処理プロセス中、処理チャンバー内の圧力は第１の圧力から動作圧力に変化させられ得る。例えば、チャンバーが適切に密閉されていない場合、チャンバー圧力誤差が発生し得る。また、前処理プロセス中、処理チャンバー温度は第１の温度から動作温度に変化させられ得る。例えば、ヒータが故障している場合、チャンバー温度誤差が発生し得る。さらに、前処理中にチャンバー内の化学的性質が変化させられ得る。例えば、ガス供給系の部品が故障している場合、チャンバー化学的性質誤差が発生し得る。

段階1020にて、処理チャンバー内に配置されたウェハ群に、１つ又は複数の熱的なウェハ処理プロセスが実行される。ウェハ群は処理チャンバー内で相異なる高さの位置に配置され、熱処理プロセスが実行される。ウェハ群は、製品ウェハ、測定手段を備えたウェハ、テストウェハ若しくはダミーウェハ、又はこれらの組み合わせを含み得る。例えば、熱プロセスは膜形成プロセス及び／又は堆積プロセスとすることができ、処理チャンバーにプロセスガスが導入される。他の例では、異なるプロセスが実行されてもよい。

熱処理システムは動作データを取得し、ウェハを処理するときに使用する１つ以上のレシピを構築するために該動作データを使用する。また、動作データは、プロセス中に熱処理システムの性能を予測するための動的モデル化情報及び／又は静的モデル化情報を含み得る。これらデータは、さらに、以前の実行により測定且つ／或いは予測されたデータを含み得る。

ウェハ処理中、処理パラメータの１つ以上が第１の動作値から第２の動作値に変化させられる、あるいは動作値に維持されるプロセスが行われ得る。

ウェハ処理中、予測による動的なウェハプロセス応答を生成するように、実時間動的モデルが実行される。例えば、ウェハ処理用の実時間動的モデルは、プロセス中に処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられるとき、あるいは動作値に維持されるとき、予測による動的なウェハプロセス応答を生成するように実行され得る。この動的ウェハモデルは、プロセスが実行される前、最中、又は後に実行され得る。プロセスが複数回にわたって実行されるとき、１つ以上の異なるウェハプロセス動的モデルが実行され得る。

１つ以上の測定による動的なウェハプロセス応答が、ウェハ処理中に作り出される。測定による動的なウェハプロセス応答は、プロセス中に処理パラメータの１つ以上が第１の動作値から第２の動作値に変化させられる度に作り出されることができる。プロセスが複数回にわたって実行されるとき、１つ以上の異なる測定による動的ウェハプロセス応答が作り出され得る。

また、プロセス中に処理パラメータの１つ以上が変化させられる、あるいは維持される度に、予測による動的ウェハプロセス応答と測定による動的ウェハプロセス応答との差を用いて、ウェハプロセスにおける動的な推定誤差が決定されることが可能である。

さらに、ウェハ処理における動的な推定誤差は、ウェハ処理中に新たなウェハ処理における動的な推定誤差が決定される度に、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値と比較されることができる。ウェハ処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値の範囲内にあるとき、ウェハ処理は継続され得る。この場合、熱処理システムはウェハ処理における動作限界内で動作している。

ウェハ処理における動的な推定誤差は、ウェハ処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値の範囲内にないとき、警告閾値と比較されることができる。例えば、誤差が動作限界を超えてはいるが警告限界は超えていないとき、警告メッセージが送信され、誤差が動作限界を超えるとともに警告限界をも超えているとき、障害メッセージが送信されてもよい。

一実施形態において、ウェハ処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にあるとき、警告メッセージが送信されるものの、ウェハ処理は継続されることが可能である。他の一実施形態においては、ウェハ処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にあるとき、警告メッセージが送信され、ウェハ処理は休止させられる。この場合、熱処理システムは、ウェハ処理における動作限界外であるが警告限界内で動作している。これは、例えば、部品が劣化中であるときや、チャンバーが洗浄を必要としているときや、プロセスがドリフトしているときに起こり得る。ウェハ処理は、命令が受信されると再開されることができる。

一実施形態において、ウェハ処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にないとき、障害メッセージが送信され、ウェハ処理は停止させられる。この場合、熱処理システムは、ウェハ処理における動作限界外且つ警告限界外で動作している。これは、例えば、パッシブ部品、アクティブ部品又はソフトウェア要素が故障したときに起こり得る。ウェハ処理は、再スタートメッセージが受信されると再スタートされることができる。

ウェハ処理中、処理チャンバー内の圧力はプロセスレシピによって確立された動作限界内に維持され得る。例えば、チャンバーにリークが発生している場合、又は排気系の部品が故障している場合、チャンバー圧力誤差が発生し得る。また、ウェハ処理中、処理チャンバー温度はプロセスレシピによって確立された動作限界内に維持され得る。例えば、電源、ヒータ素子又はセンサーが故障している場合、チャンバー温度誤差が発生し得る。さらに、ウェハ処理中、チャンバー内の化学的性質がプロセスレシピによって確立された動作限界内に維持され得る。例えば、ガス供給系の部品が故障している場合、チャンバー化学的性質誤差が発生し得る。

段階1030にて、ウェハ群が依然として処理チャンバー内に配置されたまま、１つ又は複数の後処理プロセスが実行される。後処理プロセスは、例えば、ウェハ群を処理チャンバーから取り出すことに備えるために用いられる。他の例では、後処理プロセスはウェハ群を処理チャンバーから取り出すことを含んでいてもよい。

熱処理システムは後処理データを取得し、ウェハを後処理するときに使用する１つ以上のレシピを構築するために該後処理データを使用する。また、後処理データは、後処理プロセス中に熱処理システムの性能を予測するための動的モデル化情報及び／又は静的モデル化情報を含み得る。これらデータは、さらに、以前の実行により測定且つ／或いは予測されたデータを含み得る。

後処理プロセス中、処理パラメータの１つ以上が、例えば動作値である第１の値から第２の値に変化させられるプロセスが行われ得る。

後処理プロセス中、予測による動的な後処理プロセス応答を生成するように、実時間動的モデルが実行される。後処理用の実時間動的モデルは、後処理プロセス中に処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられるときに、予測による動的な後処理プロセス応答を生成するように実行され得る。この後処理用の動的モデルは、後処理プロセスが実行される前、最中、又は後に実行され得る。後処理プロセスが複数回にわたって実行されるとき、１つ以上の異なる後処理用動的モデルが実行され得る。

１つ以上の測定による動的な後処理プロセス応答が、後処理プロセス中に作り出される。測定による動的な後処理プロセス応答は、後処理プロセス中に処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられる度に作り出されることができる。後処理プロセスが複数回にわたって実行されるとき、１つ以上の異なる測定による動的な後処理プロセス応答が作り出され得る。

また、後処理プロセス中に処理パラメータの１つ以上が変化させられる度に、予測による動的な後処理プロセス応答と測定による動的な後処理プロセス応答との差を用いて、後処理における動的な推定誤差が決定されることが可能である。後処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値の範囲内にあるとき、後処理プロセスは継続され得る。この場合、熱処理システムは後処理プロセスにおける動作限界内で動作している。

後処理における動的な推定誤差は、後処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値の範囲内にないとき、警告閾値と比較されることができる。例えば、誤差が動作限界を超えてはいるが警告限界は超えていないとき、警告メッセージが送信され、誤差が動作限界を超えるとともに警告限界をも超えているとき、障害メッセージが送信されてもよい。

一実施形態において、後処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にあるとき、警告メッセージが送信されるものの、後処理プロセスは継続されることが可能である。他の一実施形態においては、後処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にあるとき、警告メッセージが送信され、後処理プロセスは休止させられる。この場合、熱処理システムは、後処理プロセスにおける動作限界外であるが警告限界内で動作している。これは、例えば、部品が劣化中であるときや、プロセスがドリフトしているときに起こり得る。後処理プロセスは、命令が受信されると再開されることができる。

一実施形態において、後処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された警告閾値の範囲内にないとき、障害メッセージが送信され、後処理プロセスは停止させられる。この場合、熱処理システムは、後処理プロセスにおける動作限界外且つ警告限界外で動作している。これは、例えば、部品が故障したときに起こり得る。前処理プロセスは、再スタート命令が受信されると再スタートされることができる。

後処理プロセス中、処理チャンバー内の圧力は動作圧力から別の圧力に変化させられ得る。例えば、チャンバーが適切に密閉されていない場合や過度に早く開けられた場合、チャンバー圧力誤差が発生し得る。また、後処理プロセス中、処理チャンバー温度は動作温度から別の温度に変化させられ得る。例えば、加熱素子及び／又は冷却素子が故障している場合、チャンバー温度誤差が発生し得る。さらに、後処理中にチャンバー内の化学的性質が変化させられ得る。例えば、ガス供給系の部品が故障している場合、チャンバー化学的性質誤差が発生し得る。

さらに、後処理プロセスの後、又は最中に、上述の複数のウェハは熱処理システムの処理チャンバーから取り出される。

プロセスパラメータが第１の値から第２の値に変化させられるとき、その変化は一連の段階で起こる。段階ごとの予測による動的プロセス応答を生成するように、１つ以上の実時間動的モデルが実行され得る。１つ以上の測定による動的プロセス応答が段階ごとに作り出され、予測による動的なプロセス応答と測定による動的なプロセス応答との間の差を用いて、一連の動的な推定誤差が決定され得る。これら動的な推定誤差は、ＢＩＳＴテーブル内のルールの１つによって確立された動作閾値と比較されることができる。これら動的な推定誤差の１つ以上が、ＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値の範囲内にないとき、プロセスは停止され、これら動的な推定誤差の１つ以上が、ＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値の範囲内にあるとき、プロセスは継続され得る。

一実施形態において、動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値の範囲内にないためにプロセスが休止されたとき、予測による動的なプロセス応答、測定による動的なプロセス応答、及び／又は動的な推定誤差を生成するために使用された実時間動的モデルが検査され、動的な推定誤差に基づく動作閾値を有する新たなＢＩＳＴルールが構築され得る。また、この新たなＢＩＳＴルールはＢＩＳＴテーブルに入力され、プロセスは継続される。また、動的な推定誤差に基づく動作閾値を有する新たなＢＩＳＴルールが作成されることができないときには、プロセスは停止される。他の例では、プロセスは継続されてもよい。

他の一実施形態において、動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値の範囲内にないためにプロセスが休止されたとき、新たな実時間動的モデルが選択され、新たな予測による動的なプロセス応答を生成するために使用される。新たな動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値と比較される。この新たな動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値の範囲内にないとき、プロセスは停止され、この新たな動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値の範囲内にあるとき、プロセスは継続される。

新たな動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のルールの少なくとも１つによって確立された動作閾値の範囲内にないためにプロセスが休止されたとき、新たな予測による動的なプロセス応答、測定による動的なプロセス応答、及び／又は新たな動的な推定誤差を生成するために使用された新たな実時間動的モデルが検査され、新たな動的な推定誤差に基づく動作閾値を有する新たなＢＩＳＴルールが構築され得る。また、この新たなＢＩＳＴルールはＢＩＳＴテーブルに入力され、プロセスは継続される。また、新たな動的な推定誤差に基づく動作閾値を有する新たなＢＩＳＴルールが作成されることができないときには、プロセスは停止される。他の例では、プロセスは継続されてもよい。

予測による動的なプロセス応答の組は、予測による動的な熱プロファイル、予測による動的なチャンバー圧、予測による動的なガス流、予測によるチャンバーの化学的性質、若しくは予測による処理時間、又はこれらの組み合わせを有し得る。

測定による動的なプロセス応答が圧力を含むとき、圧力プロファイルはチャンバー容積に関して構築されることができる。他の例では、圧力プロファイルは処理容積に関して構築されてもよい。容積は複数の温度制御区画に分割されることができ、全ての温度制御区画に対して実質的に等しい圧力が構築されることが可能である。

一例において、チャンバー圧の変化速度“ｐドット”は、

としてモデル化され得る。ただし、ｇ_１乃至ｇ_ｎは各々、チャンバー圧以外のプロセスパラメータであり、νは百分率で測定されるバルブ角度開口率であり、そしてｐはｍＴｏｒｒ単位で測定される処理チャンバー圧である。

測定による動的なプロセス応答がチャンバー温度を含むとき、温度プロファイルはチャンバー容積に関して構築されることができる。他の例では、温度プロファイルは処理容積に関して構築されてもよい。容積は複数の温度制御区画に分割されることができ、これら温度制御区画の１つ又は複数に対して相異なる温度が構築されることが可能である。他の例では、全ての温度制御区画に対して実質的に等しい温度が構築されてもよい。例えば、温度プロファイルはその種類のウェハに関する履歴データに基づいて構築されることができ、この履歴データは基準温度プロファイルを含み得る。

他の一例において、チャンバー温度の変化率“Ｔドット”は、

としてモデル化され得る。ただし、ｇ_１乃至ｇ_ｎは各々、チャンバー温度以外のプロセスパラメータであり、ｈは百分率でのヒータ電力を表し、そしてＴは摂氏で測定される処理チャンバー温度である。

測定による動的なプロセス応答が、チャンバーに流入する流量及び／又はそれを通過する流量を含むとき、流量プロファイルはチャンバー容積に関して構築されることができる。他の例では、流量プロファイルは処理容積に関して構築されてもよい。容積は複数の区画に分割されることができ、これら区画の１つ又は複数に対して相異なる流量モデルが構築されることが可能である。例えば、流量プロファイルはその種類のプロセスに関する履歴データに基づいて構築されることができ、この履歴データは基準流量プロファイルを含み得る。

他の一例において、流量の変化速度“Ｒドット”は、

としてモデル化され得る。ただし、ｇ_１乃至ｇ_ｎは各々、流量以外のプロセスパラメータであり、ｐはｍＴｏｒｒ単位で測定される処理チャンバー圧であり、νは百分率で測定されるバルブ角度開口率であり、そしてＲは反応物の濃度を表す。

測定による動的なプロセス応答がウェハ温度を含むとき、温度プロファイルはチャンバー内のウェハごとに構築されることができる。他の例では、温度プロファイルはチャンバー内のウェハごとには構築されなくてもよい。容積は複数の温度制御区画に分割されることができ、相異なる温度制御区画内のウェハに対して相異なる温度が構築されることが可能である。他の例では、全てのウェハに対して実質的に等しい温度が想定されてもよい。例えば、温度プロファイルはその種類のウェハに関する履歴データに基づいて構築されることができ、この履歴データは基準温度プロファイルを含み得る。

図１１は、本発明の実施形態に従った、熱処理システムの実時間監視のためのビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）テーブルを作成する方法を簡略化して示すフロー図である。

ＢＩＳＴテーブルは、熱処理システム、温度制御部品、圧力制御部品、ガス供給部品、機械部品、計算部品若しくはソフトウェア要素、又はこれらの組み合わせに関して構築されることができる。

ＢＩＳＴテーブルを作成するとき、処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられるプロセスが行われ得る。例えば、第１の値及び／又は第２の値は、前処理プロセス中に発生する通常状態、警告状態、又は故障状態を構築するように選択されることができる。他の例では、第１の値及び／又は第２の値は、前処理プロセス中の誤差を誇張且つ／或いは増幅させるように選択されてもよい。

ＢＩＳＴルールは、
“誤差≦動作閾値（ＯＴ）”が動作状態を規定し；
“ＯＴ＜誤差≦警告閾値（ＷＴ）”が警告状態を規定し；
“ＷＴ＜誤差”が故障状態を規定する；
ように構造化されることができる。他の例では、その他の構造が使用されてもよい。

１つ以上のプロセス中に発生すると予期される動作閾値及び警告閾値を確立するため、多数のプロセスが多数回にわたって実行され、予期される一組の動的エラー状態とそれらに関する動作閾値及び警告閾値とを用いて、一組のＢＩＳＴルールが作り出される。

プロセス中に熱処理システムが動作限界内で動作しているときのシステム性能を特徴付けるために、一組のプロセスが使用され得る。この場合、動的な推定誤差は動作閾値より小さい。例えば、動作閾値を確立するために多数のプロセスが多数回にわたって実行される。これらのプロセスは動作限界内のプロセスパラメータを用いて実行され得る。これらのプロセスは、“通常”動作中に予期される誤差の組、及び動作閾値を確立するために使用可能な予期される誤差の組を生成し得る。例えば、動作閾値は何らかのプロセス変更を可能にする程度に十分大きくされ得る。動作閾値を生成するために必要なプロセス数を最小化するために、ＤＯＥ法（実験計画法）を用いることが可能である。

プロセス中に熱処理システムが動作限界の少し外側で動作しているときのシステム性能を特徴付けるために、別の一組のプロセスが使用され得る。これらの場合、動的な推定誤差は動作閾値より大きく、且つ警告閾値より小さい。例えば、警告閾値を確立するために第２組のプロセスが多数回にわたって実行される。これらのプロセスは動作限界の少し外側の１つ以上のプロセスパラメータを用いて実行され得る。これらのプロセスは、システム性能が“通常”動作から僅かに逸脱しているときに予期される誤差の組を生成し、この誤差の組が警告閾値を確立するために使用される。例えば、警告閾値は何らかのプロセス変動（ドリフト）及び／又は部品の劣化を許容する程度に十分大きくされ、且つ高品質のウェハが生産されることを保証するように十分小さくされ得る。また、警告閾値は故障が発生することを予測・防止するために使用されることができる。警告閾値を生成するために必要なプロセス数を最小化するために、ＤＯＥ法（実験計画法）を用いることが可能である。

段階1110にて、熱処理システムの処理チャンバー内に配置されたウェハ群に、１つ又は複数の前処理プロセスが実行される。ウェハ群は処理チャンバー内で相異なる高さの位置に配置され、処理チャンバーは密閉される。ウェハ群は、製品ウェハ、測定手段を備えたウェハ、テストウェハ若しくはダミーウェハ、又はこれらの組み合わせを含み得る。他の例では、複数のウェハである必要はない。

熱処理システムは前処理データを取得し、前処理プロセスにおいて使用する１つ以上のレシピを構築するために該前処理データを使用する。また、前処理データは、前処理プロセス中に熱処理システムの性能を予測するための動的モデル化情報及び／又は静的モデル化情報を含み得る。これらデータは、さらに、以前の実行により測定且つ／或いは予測されたデータを含み得る。前処理プロセスにおいて、動作状態が構築される。例えば、チャンバー圧、チャンバー温度、基板温度、及び／又はプロセスガスの条件が動作値に変化させられる。

前処理プロセス用のＢＩＳＴルールを作成するとき、複数のウェハを前処理しながら、測定による動的な前処理プロセス応答が作り出され得る。一実施形態において、１つ以上のプロセスパラメータが第１の値から第２の値に第１の変化率で動的に変化させられる。これらの値は前処理プロセスに関して確立された動作限界内にとどめられる。他の例では、相異なる変化率が用いられてもよい。

１つ以上のプロセスパラメータが第１の値から第２の値に動的に変化させられるとき、複数のウェハに関して予測による動的な前処理プロセス応答を生成するように、前処理用の実時間動的モデルが実行される。

前処理プロセスに関して、前処理における動的な推定誤差が、予測による動的な前処理プロセス応答と測定による動的な前処理プロセス応答との差を用いて決定されることが可能である。さらに、前処理における動的な推定誤差は、それがＢＩＳＴテーブル内のＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定するために検査される。

前処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のＢＩＳＴルールに関連付けられ得ないとき、前処理プロセス用に新たなＢＩＳＴルールが作成され、また、新たなＢＩＳＴルールが作成されることができないとき、前処理プロセスは停止され得る。

さらに、新たなＢＩＳＴルール用に新たな動作閾値が確立される。一実施形態において、新たなＢＩＳＴルール用の新たな動作閾値は、前処理に関して決定された前処理における動的な推定誤差を比較するために使用された動作閾値に基づく。他の例では、新たな動作閾値はそれとは無関係に決定されてもよい。

一実施形態において、新たな警告閾値が新たな動作閾値に基づいて確立される。他の例では、新たな警告閾値はそれとは無関係に決定されてもよい。

警告メッセージが作成され、新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる。例えば、この警告メッセージは、前処理における動的な推定誤差が動作閾値外にあるが、新たなＢＩＳＴルールに関して確立された新たな警告閾値内にあるときに送信され得る。また、障害メッセージが作成され、新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる。例えば、この障害メッセージは、前処理における動的な推定誤差が、新たなＢＩＳＴルールに関して確立された新たな警告閾値内にないときに送信され得る。

さらに、新たな前処理における動的な推定誤差を確立するために使用され且つ新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる前処理プロセス中に、複数のウェハに関して、新たな予測による動的な前処理プロセス応答を生成するために、新たな前処理用の実時間動的モデルが実行され得る。そして、新たな前処理における動的な推定誤差を確立するために使用され且つ新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる前処理プロセス中に、複数のウェハに関して、新たな測定による動的な前処理プロセス応答が作り出される。

前処理プロセス中、処理チャンバー内の圧力は第１の圧力から動作圧力へ動的に変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバー圧力誤差を監視することができ、チャンバーが適切に密閉されていないとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。また、前処理プロセス中、処理チャンバー温度は第１の温度から動作温度へ動的に変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバー温度誤差を監視することができ、ヒータが故障しているとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。さらに、前処理プロセス中、チャンバー内の化学的性質は変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバーの化学的性質誤差を監視することができ、ガス供給系の部品が故障しているとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。

前処理プロセス中に決定された前処理における動的な推定誤差の全てが、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値内にあるとき、ルール作成は終了されることができる。ある前処理における動的な推定誤差が、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値内にないとき、ルール作成は続けられ、１つ以上の新たなルールが作成され得る。

段階1120にて、ウェハ群が処理チャンバー内に配置されたまま、１つ又は複数のウェハ処理プロセスが実行される。ウェハ群は処理チャンバー内で相異なる高さの位置に配置され、熱プロセスが実行される。ウェハ群は、製品ウェハ、測定手段を備えたウェハ、テストウェハ若しくはダミーウェハ、又はこれらの組み合わせを含み得る。例えば、熱プロセスは膜形成プロセス及び／又は堆積プロセスとすることができる。他の例では、異なるプロセスが実行されてもよい。

熱処理システムはウェハ処理データを取得し、ウェハを処理するときに使用する１つ以上のレシピを構築するために該データを使用する。また、これらデータは、熱プロセス中に熱処理システムの性能を予測するための動的モデル化情報及び／又は静的モデル化情報を含み得る。これらデータは、さらに、以前の実行により測定且つ／或いは予測されたデータを含み得る。

ウェハ処理中、処理パラメータの１つ以上が第１の値から第２の値に変化させられる、あるいは動作値に維持されるプロセスが行われ得る。ＢＩＳＴテーブルを構築するとき、第１の値及び／又は第２の値、又は動作値は、ウェハ処理中に警告状態及び／又は故障状態を発生させるように選択され得る。他の例では、第１の値及び／又は第２の値はウェハ処理中の誤差を誇張且つ／或いは増幅させるように選択されてもよい。

ウェハ処理プロセス用のＢＩＳＴルールを作成するとき、複数のウェハをウェハ処理しながら、測定による動的なウェハプロセス応答が作り出され得る。一実施形態において、ウェハ処理プロセス中に少なくとも１つのプロセスパラメータが動作値に維持される。他の例では、１つ以上のプロセスパラメータが第１の値から第２の値に第１の変化率で動的に変化させられる。これらの値はウェハ処理プロセスのプロセスレシピによって確立された動作限界内にとどめられる。

１つ以上のプロセスパラメータが第１の値から第２の値に動的に変化させられる、あるいは動作値に維持されるとき、複数のウェハに関して予測による動的なウェハプロセス応答を生成するように、ウェハ処理用の実時間動的モデルが実行される。

ウェハ処理プロセスに関して、ウェハ処理における動的な推定誤差が、予測による動的なウェハプロセス応答と測定による動的なウェハプロセス応答との差を用いて決定されることが可能である。さらに、ウェハ処理における動的な推定誤差は、それがＢＩＳＴテーブル内のＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定するために検査される。

ウェハ処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のＢＩＳＴルールに関連付けられ得ないとき、ウェハ処理プロセス用に新たなＢＩＳＴルールが作成され、また、新たなＢＩＳＴルールが作成されることができないとき、ウェハ処理プロセスは停止され得る。

さらに、新たなＢＩＳＴルール用に新たな動作閾値が確立される。一実施形態において、新たなＢＩＳＴルール用の新たな動作閾値は、ウェハ処理プロセスに関して決定されたウェハ処理における動的な推定誤差を比較するために使用された動作閾値に基づく。他の例では、新たな動作閾値はそれとは無関係に決定されてもよい。

一実施形態において、新たな警告閾値が新たな動作閾値に基づいて確立される。他の例では、新たな警告閾値はそれとは無関係に決定されてもよい。

警告メッセージが作成され、新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる。例えば、この警告メッセージは、ウェハ処理における動的な推定誤差が動作閾値外にあるが、新たなＢＩＳＴルールに関して確立された新たな警告閾値内にあるときに送信され得る。また、障害メッセージが作成され、新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる。例えば、この障害メッセージは、ウェハ処理における動的な推定誤差が、新たなＢＩＳＴルールに関して確立された新たな警告閾値内にないときに送信され得る。

さらに、新たなウェハ処理における動的な推定誤差を確立するために使用され且つ新たなＢＩＳＴルールに関連付けられるウェハ処理プロセス中に、複数のウェハに関して、新たな予測による動的なウェハプロセス応答を生成するために、新たなウェハ処理用の実時間動的モデルが実行され得る。そして、新たなウェハ処理における動的な推定誤差を確立するために使用され且つ新たなＢＩＳＴルールに関連付けられるウェハ処理プロセス中に、複数のウェハに関して、新たな測定による動的なウェハプロセス応答が作り出される。

ウェハ処理プロセス中、処理チャンバー内の圧力は第１の圧力から動作圧力へ動的に変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバー圧力誤差を監視することができ、チャンバーが適切に密閉されていないとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。また、ウェハ処理プロセス中、処理チャンバー温度は第１の温度から動作温度へ動的に変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバー温度誤差を監視することができ、ヒータが故障しているとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。さらに、ウェハ処理プロセス中、チャンバー内の化学的性質は変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバーの化学的性質誤差を監視することができ、ガス供給系の部品が故障しているとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。

１つ以上のウェハ処理プロセス中に発生すると予期される一組のエラー状態の動作閾値を確立するため、多数のウェハ処理プロセスが多数回にわたって実行され、この予期される一組のエラー状態とそれらに関する閾値とを用いて、一組のＢＩＳＴルールが作り出される。さらに、ウェハ処理プロセス中に発生しにくい一組のエラー状態の動作閾値を確立するため、ウェハ処理プロセスが多数回にわたって実行され、この発生しにくい一組のエラー状態とそれらに関する閾値とを用いて、一組のＢＩＳＴルールが作り出される。

ウェハ処理プロセス中に決定されたウェハ処理における動的な推定誤差の全てが、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値内にあるとき、ルール作成は終了されることができる。あるウェハ処理における動的な推定誤差が、ＢＩＳＴテーブル内の１つ以上のルールによって確立された動作閾値内にないとき、ルール作成は続けられ、１つ以上の新たなルールが作成され得る。

段階1130にて、ウェハ群が依然として処理チャンバー内に配置されたまま、１つ又は複数の後処理プロセスが実行される。後処理プロセスは、例えば、ウェハ群を処理チャンバーから取り出すことに備えるために用いられる。他の例では、後処理プロセスはウェハ群を処理チャンバーから取り出すことを含んでいてもよい。

熱処理システムは後処理データを取得し、ウェハを後処理するときに使用する１つ以上のレシピを構築するために該後処理データを使用する。また、後処理データは、後処理プロセス中に熱処理システムの性能を予測するための動的モデル化情報及び／又は静的モデル化情報を含み得る。これらデータは、さらに、以前の実行により測定且つ／或いは予測されたデータを含み得る。

後処理プロセス用のＢＩＳＴルールを作成するとき、複数のウェハを後処理しながら、測定による動的な後処理プロセス応答が作り出され得る。一実施形態において、１つ以上のプロセスパラメータが第１の値から第２の値に第１の変化率で動的に変化させられる。これらの値は後処理プロセスに関して確立された動作限界内にとどめられる。他の例では、相異なる変化率が用いられてもよい。

１つ以上のプロセスパラメータが第１の値から第２の値に動的に変化させられるとき、複数のウェハに関して予測による動的な後処理プロセス応答を生成するように、後処理用の実時間動的モデルが実行される。

後処理プロセスに関して、後処理における動的な推定誤差が、予測による動的な後処理プロセス応答と測定による動的な後処理プロセス応答との差を用いて決定されることが可能である。さらに、後処理における動的な推定誤差は、それがＢＩＳＴテーブル内のＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定するために検査される。

後処理における動的な推定誤差がＢＩＳＴテーブル内のＢＩＳＴルールに関連付けられ得ないとき、後処理プロセス用に新たなＢＩＳＴルールが作成され、また、新たなＢＩＳＴルールが作成されることができないとき、後処理プロセスは停止され得る。

さらに、新たなＢＩＳＴルール用に新たな動作閾値が確立される。一実施形態において、新たなＢＩＳＴルール用の新たな動作閾値は、後処理に関して決定された後処理における動的な推定誤差を比較するために使用された動作閾値に基づく。他の例では、新たな動作閾値はそれとは無関係に決定されてもよい。

一実施形態において、新たな警告閾値が新たな動作閾値に基づいて確立される。他の例では、新たな警告閾値はそれとは無関係に決定されてもよい。

警告メッセージが作成され、新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる。例えば、この警告メッセージは、後処理における動的な推定誤差が動作閾値外にあるが、新たなＢＩＳＴルールに関して確立された新たな警告閾値内にあるときに送信され得る。また、障害メッセージが作成され、新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる。例えば、この障害メッセージは、後処理における動的な推定誤差が、新たなＢＩＳＴルールに関して確立された新たな警告閾値内にないときに送信され得る。

さらに、新たな後処理における動的な推定誤差を確立するために使用され且つ新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる後処理プロセス中に、複数のウェハに関して、新たな予測による動的な後処理プロセス応答を生成するために、新たな後処理用の実時間動的モデルが実行され得る。そして、新たな後処理における動的な推定誤差を確立するために使用され且つ新たなＢＩＳＴルールに関連付けられる後処理プロセス中に、複数のウェハに関して、新たな測定による動的な後処理プロセス応答が作り出される。

後処理プロセス中、処理チャンバー内の圧力は動作圧力から別の圧力へ動的に変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバー圧力誤差を監視することができ、チャンバーが適切に密閉されていないとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。また、後処理プロセス中、処理チャンバー温度は動作温度から別の温度へ動的に変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバー温度誤差を監視することができ、ヒータが故障しているとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。さらに、後処理プロセス中、チャンバー内の化学的性質は変化させられ得る。例えば、ＢＩＳＴルールはチャンバーの化学的性質誤差を監視することができ、ガス供給系の部品が故障しているとき、警告又は障害のメッセージが送信され得る。

後処理における動的な推定誤差の全てが、ＢＩＳＴテーブル内の少なくとも１つのルールによって確立された動作閾値内にあるとき、ルール作成は終了されることができる。ある後処理における動的な推定誤差が、ＢＩＳＴテーブル内の少なくとも１つのルールによって確立された動作閾値内にないとき、ルール作成は続けられ、１つ以上の新たなルールが作成され得る。

測定による動的プロセス応答を作り出すために、現実のセンサー及び／又は仮想的なセンサーが使用され得る。例えば、処理チャンバーの測定による動的プロセス応答は、複数の温度制御区画の各々の温度を測定することを含み得る。他の例では、区画ごとの測定は必要とされないこともある。他の実施形態においては、チャンバー内の温度及び／又はウェハ温度を測定するために、光学技術が使用されてもよい。

以上、本発明は様々な実施形態の説明によって例示され、これら実施形態はかなり詳細に説明された。しかしながら、何らかの方法で添付の特許請求の範囲をこのような詳細な形態に限定することは意図されるところではない。当業者は容易に更なる利点及び変更に想到するであろう。より広い態様にある本発明は、故に、ここで示され説明された具体的な詳細形態、典型的な装置及び方法、並びに例示された実施例に限定されるものではない。従って、本出願人による一般的発明概念の範囲を逸脱することなく、これらの詳細形態は変更され得るものである。

本発明の実施形態に従った熱処理システムを概略的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に従った熱処理システムの一部を部分的に切断して示す図である。 本発明の実施形態に従った熱処理システムを簡略化して示すブロック図である。 本発明の実施形態に従った、第１の圧力設定点変更に関するチャンバー圧の過渡的な挙動を示す図である。 本発明の実施形態に従った、第２の圧力設定点変更に関するチャンバー圧の過渡的な挙動を示す図である。 本発明の実施形態に従った、第３の圧力設定点変更に関するチャンバー圧の過渡的な挙動を示す図である。 本発明の実施形態に従った三段階応答テストケースに関して、上昇率をガス流速の関数として示す図である。 本発明の実施形態に従った様々なバルブ角度におけるチャンバー圧を流速の関数として示す図である。 本発明の実施形態に従った熱処理システムの応答の１つ以上を特徴付ける動的モデルの一実施形態を概略的に示す図である。 本発明の実施形態に従った、ビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）テーブルを用いて熱処理システムをリアルタイムに監視する方法を簡略化して示すフロー図である。 本発明の実施形態に従った、熱処理システムの実時間監視のためのビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）テーブルを作成する方法を簡略化して示すフロー図である。

Claims (29)

1. 熱処理システムをリアルタイムに監視するためのビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）テーブルを作成且つ／或いは変更する方法であって：
   前記熱処理システムの処理チャンバー内に、相異なる高さ位置で複数のウェハを配置する段階；
   前記複数のウェハを前処理プロセスにかけながら、測定による動的な前処理プロセス応答を作り出す段階であり、該前処理プロセスにおいて、少なくとも１つの第一プロセスパラメータが、該前処理プロセスに関して確立された動作限界内で第一の値から第二の値に変化させられる、段階；
   前記少なくとも１つの第一プロセスパラメータが前記第一の値から前記第二の値に変化させられるときに、前記複数のウェハに関して、予測による動的な前処理プロセス応答を生成するために、前処理用の実時間動的モデルを実行する段階；
   前記予測による動的な前処理プロセス応答と前記測定による動的な前処理プロセス応答との間の差を用いて、前記前処理プロセスに関して、前処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
   前記前処理における動的な推定誤差が、１つ以上の既存の第一動作閾値及び第一警告閾値を有する前記ＢＩＳＴテーブル内の既存の第一ＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記前処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第一ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
   前記前処理プロセス用の新たな第一ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
   新たな第一ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記前処理プロセスを停止させる、
   の何れかを行う段階；
   を有する方法。
2. 前記複数のウェハをウェハ処理プロセスにかけながら、測定による動的なウェハプロセス応答を作り出す段階であり、該ウェハ処理プロセスにおいて、少なくとも１つの第二プロセスパラメータが動作値に維持される、段階；
   前記ウェハ処理プロセス中に、前記複数のウェハに関して、予測による動的なウェハプロセス応答を生成するために、ウェハ処理用の実時間動的モデルを実行する段階；
   前記予測による動的なウェハプロセス応答と前記測定による動的なウェハプロセス応答との間の差を用いて、前記ウェハ処理プロセスに関して、ウェハ処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
   前記ウェハ処理における動的な推定誤差が、１つ以上の既存の第二動作閾値及び第二警告閾値を有する前記ＢＩＳＴテーブル内の既存の第二ＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記ウェハ処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第二ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
   前記ウェハ処理プロセス用の新たな第二ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
   新たな第二ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記ウェハ処理プロセスを停止させる、
   の何れかを行う段階；
   を更に有する請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のウェハを後処理プロセスにかけながら、測定による動的な後処理プロセス応答を作り出す段階であり、該後処理プロセスにおいて、少なくとも１つの第三プロセスパラメータが動作値から変化させられる、段階；
   前記後処理プロセス中に、前記複数のウェハに関して、予測による動的な後処理プロセス応答を生成するために、後処理用の実時間動的モデルを実行する段階；
   前記予測による動的な後処理プロセス応答と前記測定による動的な後処理プロセス応答との間の差を用いて、前記後処理プロセスに関して、後処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
   前記後処理における動的な推定誤差が、１つ以上の既存の第三動作閾値及び第三警告閾値を有する前記ＢＩＳＴテーブル内の既存の第三ＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記後処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第三ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
   前記後処理プロセス用の新たな第三ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
   新たな第三ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記後処理プロセスを停止させる、
   の何れかを行う段階；
   を更に有する請求項２に記載の方法。
4. 前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関して、前記既存の第一動作閾値に基づく新たな第一動作閾値を確立する段階；
   前記新たな第一動作閾値に基づく新たな第一警告閾値を確立する段階；
   前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関連付けるべき警告メッセージを作成する段階であり、該警告メッセージは、前処理プロセス中に決定された前処理における動的な推定誤差が、前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第一警告閾値の範囲内にあるときに、送信されるように設定される、段階；及び
   前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関連付けるべき障害メッセージを作成する段階であり、該障害メッセージは、前処理プロセス中に決定された前処理における動的な推定誤差が、前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第一警告閾値の範囲内にないときに、送信されるように設定される、段階；
   を更に有する請求項１に記載の方法。
5. 前記前処理プロセス中に、前記複数のウェハに関して、新たな、予測による動的な前処理プロセス応答を生成するために、新たな、前処理用の実時間動的モデルを実行する段階；
   前記新たな予測による動的な前処理プロセス応答と前記測定による動的な前処理プロセス応答との間の差を用いて、前記前処理プロセスに関して、新たな、前処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
   前記新たな前処理における動的な推定誤差が、前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第一ＢＩＳＴルールの何れかに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記新たな前処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第一ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
   前記前処理プロセス用の新たな第一ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
   新たな第一ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記前処理プロセスを停止させる、
   の何れかを行う段階；
   を更に有する請求項１に記載の方法。
6. 前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関して、前記既存の第一動作閾値に基づく新たな第一動作閾値を確立する段階；
   前記新たな第一動作閾値に基づく新たな第一警告閾値を確立する段階；
   前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関連付けるべき警告メッセージを作成する段階であり、該警告メッセージは、前処理プロセス中に決定された前処理における動的な推定誤差が、前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第一警告閾値の範囲内にあるときに、送信されるように設定される、段階；及び
   前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関連付けるべき障害メッセージを作成する段階であり、該障害メッセージは、前処理プロセス中に決定された前処理における動的な推定誤差が、前記新たな第一ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第一警告閾値の範囲内にないときに、送信されるように設定される、段階；
   を更に有する請求項５に記載の方法。
7. 前記前処理プロセスにおいて、前記第一プロセスパラメータが、前記前処理プロセスに関して確立された前記動作限界の外側にある第三の値に変化させられるとき、前記複数のウェハに関して、新たな、測定による動的な前処理プロセス応答を作り出す段階；
   前記予測による動的な前処理プロセス応答と前記新たな測定による動的な前処理プロセス応答との間の差を用いて、前記前処理プロセスに関して、新たな、前処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
   前記新たな前処理における動的な推定誤差が、前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第一ＢＩＳＴルールの何れかに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記新たな前処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第一ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
   前記前処理プロセス用の新たな第一ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
   新たな第一ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記前処理プロセスを停止させる、
   の何れかを行う段階；
   を更に有する請求項１に記載の方法。
8. 前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関して、前記既存の第二動作閾値に基づく新たな第二動作閾値を確立する段階；
   前記新たな第二動作閾値に基づく新たな第二警告閾値を確立する段階；
   前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関連付けるべき警告メッセージを作成する段階であり、該警告メッセージは、ウェハ処理プロセス中に決定されたウェハ処理における動的な推定誤差が、前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第二警告閾値の範囲内にあるときに、送信されるように設定される、段階；及び
   前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関連付けるべき障害メッセージを作成する段階であり、該障害メッセージは、ウェハ処理プロセス中に決定されたウェハ処理における動的な推定誤差が、前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第二警告閾値の範囲内にないときに、送信されるように設定される、段階；
   を更に有する請求項２に記載の方法。
9. 前記ウェハ処理プロセス中に、前記複数のウェハに関して、新たな、予測による動的なウェハプロセス応答を生成するために、新たな、ウェハ処理用の実時間動的モデルを実行する段階；
   前記新たな予測による動的なウェハプロセス応答と前記測定による動的なウェハプロセス応答との間の差を用いて、前記ウェハ処理プロセスに関して、新たな、ウェハ処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
   前記新たなウェハ処理における動的な推定誤差が、前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第二ＢＩＳＴルールの何れかに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記新たなウェハ処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第二ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
   前記ウェハ処理プロセス用の新たな第二ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
   新たな第二ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記ウェハ処理プロセスを停止させる、
   の何れかを行う段階；
   を更に有する請求項２に記載の方法。
10. 前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関して、前記既存の第二動作閾値に基づく新たな第二動作閾値を確立する段階；
    前記新たな第二動作閾値に基づく新たな第二警告閾値を確立する段階；
    前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関連付けるべき警告メッセージを作成する段階であり、該警告メッセージは、ウェハ処理プロセス中に決定されたウェハ処理における動的な推定誤差が、前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第二警告閾値の範囲内にあるときに、送信されるように設定される、段階；及び
    前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関連付けるべき障害メッセージを作成する段階であり、該障害メッセージは、ウェハ処理プロセス中に決定されたウェハ処理における動的な推定誤差が、前記新たな第二ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第二警告閾値の範囲内にないときに、送信されるように設定される、段階；
    を更に有する請求項９に記載の方法。
11. 前記ウェハ処理プロセスにおいて、前記第二プロセスパラメータが、前記ウェハ処理プロセスに関して確立された動作限界の外側にある非動作値に変化させられるとき、前記複数のウェハに関して、新たな、測定による動的なウェハプロセス応答を作り出す段階；
    前記予測による動的なウェハプロセス応答と前記新たな測定による動的なウェハプロセス応答との間の差を用いて、前記ウェハ処理プロセスに関して、新たな、ウェハ処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
    前記新たなウェハ処理における動的な推定誤差が、前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第二ＢＩＳＴルールの何れかに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記新たなウェハ処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第二ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
    前記ウェハ処理プロセス用の新たな第二ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
    新たな第二ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記ウェハ処理プロセスを停止させる、
    の何れかを行う段階；
    を更に有する請求項２に記載の方法。
12. 前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関して、前記既存の第三動作閾値に基づく新たな第三動作閾値を確立する段階；
    前記新たな第三動作閾値に基づく新たな第三警告閾値を確立する段階；
    前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関連付けるべき警告メッセージを作成する段階であり、該警告メッセージは、後処理プロセス中に決定された後処理における動的な推定誤差が、前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第三警告閾値の範囲内にあるときに、送信されるように設定される、段階；及び
    前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関連付けるべき障害メッセージを作成する段階であり、該障害メッセージは、後処理プロセス中に決定された後処理における動的な推定誤差が、前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第三警告閾値の範囲内にないときに、送信されるように設定される、段階；
    を更に有する請求項３に記載の方法。
13. 前記後処理プロセス中に、前記複数のウェハに関して、新たな、予測による動的な後処理プロセス応答を生成するために、新たな、後処理用の実時間動的モデルを実行する段階；
    前記新たな予測による動的な後処理プロセス応答と前記測定による動的な後処理プロセス応答との間の差を用いて、前記後処理プロセスに関して、新たな、後処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
    前記新たな後処理における動的な推定誤差が、前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第三ＢＩＳＴルールの何れかに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記新たな後処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第三ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
    前記後処理プロセス用の新たな第三ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
    新たな第三ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記後処理プロセスを停止させる、
    の何れかを行う段階；
    を更に有する請求項３に記載の方法。
14. 前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関して、前記既存の第三動作閾値に基づく新たな第三動作閾値を確立する段階；
    前記新たな第三動作閾値に基づく新たな第三警告閾値を確立する段階；
    前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関連付けるべき警告メッセージを作成する段階であり、該警告メッセージは、後処理プロセス中に決定された後処理における動的な推定誤差が、前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第三警告閾値の範囲内にあるときに、送信されるように設定される、段階；及び
    前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関連付けるべき障害メッセージを作成する段階であり、該障害メッセージは、後処理プロセス中に決定された後処理における動的な推定誤差が、前記新たな第三ＢＩＳＴルールに関して確立された前記新たな第三警告閾値の範囲内にないときに、送信されるように設定される、段階；
    を更に有する請求項１３に記載の方法。
15. 前記後処理プロセスにおいて、前記第三プロセスパラメータが、前記後処理プロセスに関して確立された動作限界の外側にある非動作値に変化させられるとき、前記複数のウェハに関して、新たな、測定による動的な後処理プロセス応答を作り出す段階；
    前記予測による動的な後処理プロセス応答と前記新たな測定による動的な後処理プロセス応答との間の差を用いて、前記後処理プロセスに関して、新たな、後処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
    前記新たな後処理における動的な推定誤差が、前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第三ＢＩＳＴルールの何れかに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記新たな後処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第三ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
    前記後処理プロセス用の新たな第三ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
    新たな第三ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記後処理プロセスを停止させる、
    の何れかを行う段階；
    を更に有する請求項３に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの第一、第二及び第三プロセスパラメータの各々はチャンバー圧力を含み、チャンバー圧力変化速度は：
    ｇ_１乃至ｇ_ｎの各々はチャンバー圧力以外のプロセスパラメータ、νは百分率で測定されるバルブ角度開口率、ｐはｍＴｏｒｒ単位で測定される前記処理チャンバーの圧力として、
    

    

    でモデル化される、
    請求項３に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの第一、第二及び第三プロセスパラメータの各々はチャンバー温度を含み、チャンバー温度変化速度は：
    ｇ_１乃至ｇ_ｎの各々はチャンバー温度以外のプロセスパラメータ、νは百分率で測定されるバルブ角度開口率、Ｔは℃単位で測定される前記処理チャンバーの温度として、
    

    

    でモデル化される、
    請求項３に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つの第一プロセスパラメータを前記第一の値から前記第二の値に、一連のステップを用いて変化させる段階；
    を更に有する請求項１に記載の方法。
19. 前記予測による動的な前処理プロセス応答は、予測による動的な温度勾配、予測による動的なチャンバー圧力、予測による動的なガス流量、若しくは予測による処理時間、又はこれらの組み合わせを有する、請求項１に記載の方法。
20. 前記処理チャンバーは複数の温度制御区画を有し、前記処理チャンバーに関して前記測定による動的な前処理プロセス応答を作り出す段階は、前記複数の温度制御区画の各々の温度を測定することを有する、請求項１に記載の方法。
21. 前記処理チャンバーは複数の温度制御区画を有し、当該方法は更に：
    前記処理チャンバーの前記温度制御区画間の熱的相互作用をモデル化する段階；及び
    前記熱的相互作用のモデルを前記前処理用の実時間動的モデルに組み込む段階；
    を有する、請求項１に記載の方法。
22. 前記処理チャンバーと周囲環境との間の熱的相互作用をモデル化する段階；及び
    前記熱的相互作用のモデルを前記前処理用の実時間動的モデルに組み込む段階；
    を更に有する請求項１に記載の方法。
23. 前記複数のウェハと前記処理チャンバー内の処理空間との間の熱的相互作用をモデル化する段階；及び
    前記熱的相互作用のモデルを前記前処理用の実時間動的モデルに組み込む段階；
    を更に有する請求項１に記載の方法。
24. 前記少なくとも１つの第一プロセスパラメータはウェハの曲率を含む、請求項１に記載の方法。
25. 前記複数のウェハに少なくとも１枚のテストウェハが含められる、請求項１に記載の方法。
26. フィードフォワードデータを受信する段階；及び
    前記フィードフォワードデータを用いて、前記前処理用の実時間動的モデルを決定する段階；
    を更に有する請求項１に記載の方法。
27. フィードバックデータを受信する段階；及び
    前記フィードバックデータを用いて、前記前処理用の実時間動的モデルを決定する段階；
    を更に有する請求項１に記載の方法。
28. 熱処理システムの処理チャンバー内に、相異なる高さ位置で複数のウェハを配置する段階；
    前記複数のウェハを前処理プロセスにかけながら、測定による動的な前処理プロセス応答を作り出す段階であり、該前処理プロセスにおいて、少なくとも１つの第一プロセスパラメータが、該前処理プロセスに関して確立された動作限界内で第一の値から第二の値に変化させられる、段階；
    前記少なくとも１つの第一プロセスパラメータが前記第一の値から前記第二の値に変化させられるときに、前記複数のウェハに関して、予測による動的な前処理プロセス応答を生成するために、前処理用の実時間動的モデルを実行する段階；
    前記予測による動的な前処理プロセス応答と前記測定による動的な前処理プロセス応答との間の差を用いて、前記前処理プロセスに関して、前処理における動的な推定誤差を決定する段階；及び
    前記前処理における動的な推定誤差が、１つ以上の既存の第一動作閾値及び第一警告閾値を有するビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）テーブル内の既存の第一ＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定する段階であり、前記前処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第一ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、
    前記前処理プロセス用の新たな第一ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
    新たな第一ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記前処理プロセスを停止させる、
    の何れかを行う段階；
    を実行するためのコンピュータ実行可能命令を格納したコンピュータ読み取り可能媒体。
29. 基板を処理するように構成された熱処理システムのコントローラを動作させる方法であって：
    前記熱処理システムに、該熱処理システムの処理チャンバー内に、相異なる高さ位置で複数のウェハを配置するよう命令する段階；
    前記熱処理システムに、前記複数のウェハを前処理プロセスにかけながら、測定による動的な前処理プロセス応答を作り出すよう命令する段階であり、該前処理プロセスにおいて、少なくとも１つの第一プロセスパラメータが、該前処理プロセスに関して確立された動作限界内で第一の値から第二の値に変化させられる、段階；
    前記熱処理システムに、前記少なくとも１つの第一プロセスパラメータが前記第一の値から前記第二の値に変化させられるときに、前記複数のウェハに関して、予測による動的な前処理プロセス応答を生成するために、前処理用の実時間動的モデルを実行するよう命令する段階；
    前記熱処理システムに、前記予測による動的な前処理プロセス応答と前記測定による動的な前処理プロセス応答との間の差を用いて、前記前処理プロセスに関して、前処理における動的な推定誤差を決定するよう命令する段階；及び
    前記熱処理システムに、前記前処理における動的な推定誤差が、１つ以上の既存の第一動作閾値及び第一警告閾値を有するビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ）テーブル内の既存の第一ＢＩＳＴルールに関連付けられ得るかを決定するよう命令する段階であり、前記前処理における動的な推定誤差が前記ＢＩＳＴテーブル内の前記既存の第一ＢＩＳＴルールの何れにも関連付けられ得ないとき、前記熱処理システムに、
    前記前処理プロセス用の新たな第一ＢＩＳＴルールを作成する、あるいは
    新たな第一ＢＩＳＴルールが作成され得ないとき、前記前処理プロセスを停止させる、
    の何れかを行うよう命令する段階；
    を有する方法。

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