JP5150122B2 - 熱処理システムのモニタ方法 - Google Patents

Description

本発明は、不具合条件を検出し、診断し、予知するために熱処理システム（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＴＰＳ）をモニタする方法に関する。

半導体製造プロセスには、ウェハを高温で処理するプロセスが幾つかある。そのようなプロセスでは、大抵、プロセスチャンバが高温に加熱され、続いて、プロセスチャンバへ所定のプロセスガスが導入されて所望のプロセス条件が創り出される。

全体的な装置効率（Ｏｖｅｒａｌｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ：ＯＥＥ）を改善するため、また、欠損を低減し、装置稼働時間を増加し、さらに、費用および時間の無駄となるテストウェハの使用を低減するため、装置製造メーカおよび半導体製造メーカの両方において、継続的な努力がなされている。今では、その焦点は、「生じつつある」不具合条件をも検出するため、装置の「正常さ」を継続的に測定することへと移行しつつある。

装置の「正常さ」を測定する必要性は、熱処理システム（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＴＰＳ）にまで広がっている。ＴＰＳ装置において、誤差条件を検出し、診断し、予知する必要がある。

本発明は、熱処理システム（ＴＰＳ）において不具合条件を検出し、診断し、かつ／または予知し、かつ、ＴＰＳで不具合条件が発生するのを防止するため、性能劣化を検出し、診断し、かつ／または予知する方法を対象とする。

本発明は、内蔵自己テスト（Ｂｕｉｌｔ−ｉｎ Ｓｅｌｆ Ｔｅｓｔ：ＢＩＳＴ）テーブルを用いて、熱処理システムをモニタする方法を提供する。この方法は、熱処理チャンバに複数のウェハを載置する工程を含む。ここで、熱処理チャンバは、幾つかのゾーンに分割され、１又は２以上のウェハが各ゾーンに配置される。そして、第１の組のプロセスパラメータを用いて第１の自己テストプロセスが実施される。第１の組のプロセスパラメータは、熱処理システムのために生成される第１のＢＩＳＴルールにより設定され、ＢＩＳＴテーブルに格納される。次に、測定される過渡応答とＢＩＳＴルールにより決まる基準過渡応答との差を用いて、実時間で過渡誤差が決定される。過渡誤差は、第１のＢＩＳＴルールにより設定される作動限度と比較される。過渡誤差が第１の組の自己テストプロセスについて生成されるＢＩＳＴルールにより設定される作動限度内にある場合、第１の組の自己テストプロセスが継続される。次いで、過渡誤差が第１の組の自己テストプロセスについて生成されるＢＩＳＴルールにより設定される作動限度内にない場合は、過渡誤差が第１のテストプロセスについて設定される警告限度と比較される。そして、過渡誤差が警告限度内にある場合、過渡誤差の第１の問題を特定する警告メッセージが発せられて、第１の自己テストプロセスが継続され、過渡誤差が少なくとも一つの警告限度内にない場合には、過渡誤差の第２の問題を特定する不具合メッセージが発せられる。

本発明は、熱処理を含む半導体製造プロセスに関する。ＴＰＳプロセスチャンバは、主に、マルチウェハ又はバッチ処理用に構成される。そのようなプロセスチャンバは、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）又は他の半導体材料を含む、種々のウェハを処理するために使用される。

本発明に従い、内蔵自己テスト（ＢＩＳＴ）テーブルを用いて、熱処理システムを実時間でモニタすることができる。一の実施形態において、１又は２以上のプロセスパラメータが変更され、維持され、これらに対する応答が予知され測定され、動的推定誤差が計算されてＢＩＳＴテーブルのＢＩＳＴルールについて設定される作動限度もしくは警告限度または双方に対して比較される。このプロセスは、動的推定誤差がＢＩＳＴテーブルの作動限度もしくは警告限度または双方の範囲内にあるかどうかに応じて、継続され、一時停止され、中止される。

本願の一の実施形態においては、熱処理システムにおける異常や誤差条件を特定し、不具合条件につながる可能性のあるドリフトおよび劣化を指摘するため、不具合条件の検出し、診断しおよび予知する方法が提供される。

他の又は更なる実施形態においては、本発明は、熱処理システムにおける異常および誤差条件またはいずれかを特定し、差し迫った不具合条件につながる可能性のあるドリフトや劣化を指摘する。システムでの製造処理中に「リアルタイムモード」で、または待機期間に周期的な自己テストを行う間に「メンテナンスモード」で熱処理システムを解析するデータを得ることができる。

以下、添付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う熱処理システムの等角投影図である。熱処理システム１００は、クリーンルーム内に設置したときに熱処理システムの外壁を形成するハウジング１０１を備えてよい。ハウジング１０１の内部は、パーティション（バルクヘッド）１０５によってキャリア移送領域１０７とローディング領域１０９とに分けられる。キャリア移送領域では、キャリア１０２がキャリア移送領域１０７へ搬入出され、かつ、保管される。ローディング領域１０９では、キャリア１０２に収容されたプロセスの対象となるウェハ（図示せず）、たとえば半導体ウェハＷ、がボート１０３へ移送される。ボート１０３は、縦型熱プロセスチャンバ１０４内外にローディングされる。

図１に示すとおり、操作者または自動搬送ロボット（図示せず）がキャリア１０２を出し入れするため、ハウジング１０１の前部に入口１０６が設けられている。入口１０６には、入口１０６を開け閉めするために垂直移動が可能なドア（図示せず）が設けられている。キャリア移送領域１０７の入口１０６の近くにキャリア１０２を置くためのステージ１０８が設けられている。

図１に示すとおり、キャリア１０２の蓋（図示せず）を開け、キャリア１０２の半導体ウェハＷの位置および枚数を検出するため、ステージ１０８の後部にセンサ機構９１０が設けられている。また、複数のキャリア１０２を保管するため、ステージ１０８の上方に棚状の保管部１１０があって良い。

半導体ウェハＷを移送するためのキャリア１０２を置くテーブルとしての２つのキャリア置き場（移送ステージ）１１１が、垂直に離隔された位置に設けられている。したがって、一のキャリア１０２を一のキャリア置き場１１１において交換する間、他のキャリア置き場１１１において半導体ウェハＷを他のキャリア１０２に移送することができるため、プロセスシステム１００のスループットを上げることができる。

キャリア１０２をステージ１０８、保管部１１０およびキャリア置き場１１１へ又はから移送するため、キャリア移送領域１０７にキャリア移送機構１１２が配置されている。キャリア移送機構１１２は、キャリア移送領域１０７の側方に設けられる昇降機構１１２ａにより垂直に移動可能な昇降アーム１１２ｂと、昇降アーム１１２ｂに搭載されキャリア１０２の底を支えてこれを水平に移送する移送アーム１１２ｃと、を備える。

たとえば、キャリア１０２は、１３枚または１５枚のウェハを収納でき、蓋（図示せず）により気密することができる密閉型であってよい。キャリア１０２は、縦方向に所定の間隔で水平状態に数段にわたって半導体ウェハＷを収納し保持する可搬式のプラスチック製容器を含むことができる。一の実施形態では、ウェハＷの直径は３００ｍｍであって良い。また、他のサイズのウェハを使用することもできる。蓋（図示せず）は、キャリア１０２の前部に形成されるウェハ入口に取り外し可能に取り付けられ、この蓋によりウェハ入口が気密に閉じられる。

フィルタ（図示せず）を通り抜けた清浄な常圧の空気が、キャリア移送領域１０７へ供給され、このため、キャリア移送領域１０７は清浄な常圧の空気により満たされる。また、清浄な常圧の空気を、ローディング領域１０９に対して提供してもよく、そうすると、ローディング領域１０９も大気圧の清浄な空気で満たされる。また、チッ素（Ｎ_２）などの不活性ガスをローディング領域１０９へ供給して、ローディング領域１０９を不活性ガスで満たしても良い。

図１に示すとおり、パーティション１０５は、キャリア１０２を移送するため、２つの開口１１３を上下に有している。開口１１３は、キャリア置き場１１１と整列していてよい。各開口１１３には、開口１１３を開閉するための蓋（図示せず）が設けられている。開口１１３は、この開口１１３およびウェハ入口を通してキャリア１０２に半導体ウェハＷを出し入れできるように、そのサイズがキャリア１０２のウェハ入口のサイズとほぼ等しくなるように形成されている。

また、半導体ウェハＷの周縁に設けられたノッチ（切欠部）を整列させるため、キャリア置き場１１１の下方にキャリア置き場１１１の垂直中心線に沿って、ノッチ整列機構１１５が設けられている。すなわち、半導体ウェハＷの結晶方位が整列される。ノッチ整列機構１１５は、ローディング領域１０７の横に開口を有する。ノッチ整列機構１１５は、キャリア置き場１１１のキャリア１０２から移送機構１２２により移送された半導体ウェハＷのノッチを整列させるよう適応されている。

ノッチ整列機構は、垂直に離隔した位置に２つの装置を有し、各装置がウェハＷのノッチを整列させることができる。したがって、一の装置が整列されたウェハＷをボート１０３へ戻している間、他の装置が他のウェハＷを整列させることができるため、熱処理システム１００のスループットを上げることができる。複数のウェハ、たとえば３枚または５枚のウェハを一度に整列させるよう各装置を構成してよく、これにより、ウェハＷの移送時間を十分に低減することができる。

熱処理チャンバ１０４は、ローディング領域１０９の後方上部に配置されている。熱処理チャンバ１０４は、その底に開口１０４ａを有する。チャンバ１０４の下方に蓋１１７が設けられている。蓋１１７は、ボート１０３をチャンバ１０４へ搬入出し、チャンバ開口１０４ａ開閉するため、昇降機構（図示せず）により垂直に移動するよう適応されている。ボート１０３は、多数枚、たとえば１００枚または１５０枚を縦方向に等しい間隔の保持ステージに保持することができ、蓋１１７に載置されるよう構成される。ボート１０３は、石英などで作製される。熱処理チャンバ１０４には、熱処理後に蓋１１７が外れてボート１０３からウェハが搬出される間にチャンバ開口１０４ａを塞いでおくため、チャンバ開口１０４ａにシャッタ１１８が設けられている。シャッタ１１８は、水平方向に回動し、チャンバ開口１０４ａを開閉するよう構成されている。シャッタ１１８を回動させるため、シャッタ駆動機構１１８ａが設けられている。

図１を更に参照すると、半導体ウェハＷをボート１０３に移入出するため、ローディング領域１０９の横の領域にボート置き場（ボートステージ）１１９が配置されている。ボート置き場１１９は、第１の置き場１１９ａと、第１の置き場１１９ａおよび蓋１１７の間に配置される第２の置き場１１９ｂとを有する。ローディング領域１０９においてフィルタを用いて循環空気（清浄な常圧の空気または不活性ガス）を清浄するため、ボート置き場１１９の近傍にベントユニット（図示せず）が配置されている。

ボート置き場１１９と蓋１１７との間でボート１０３を搬送するため、ローディング領域１０９の下部であってキャリア置き場１１１と熱処理チャンバ１０４との間にボート搬送機構１２１が配置されている。詳細には、ボート搬送機構１２１は、第１の置き場１１９ａまたは第２の置き場１１９ｂと降下した蓋１１７との間、および第１の置き場１１９ａと第２の置き場１１９ｂとの間で、ボート１０３を搬送するために、配置されている。

キャリア置き場１１１のキャリア１０２とボート置き場１１９のキャリア１０２との間で半導体ウェハＷを移送するため、ボート搬送機構１２１の上方に移送機構１２２が配置されている。より詳細には、キャリア置き場１１１のキャリア１０２とノッチ整列機構１１５との間、ノッチ整列機構１１５とボート置き場１１９の第１の置き場１１９ａとの間、および、第１の置き場１１９ａの熱処理後のボート１０３とキャリア置き場１１１の空のキャリア１０２との間、において半導体ウェハＷが移送される。

図１に示すように、ボート搬送機構１２１は、ボート１０３を垂直に支持し、水平に動かす（拡張し、または収縮する）ことができるアーム１２３を有する。たとえば、ボート１０３は、アーム１２３と支持アーム（図示せず）を同調して回転することにより、アーム１２３の回転軸に対して放射状に（水平方向に直線的に）移動される。このため、ボート１０３の搬送領域を最少化することができ、熱処理システム１００の幅および奥行きを短縮することができる。

ボート搬送機構１２１は、未処理ウェハＷのボート１０３を第１の置き場１１９ａから第２の置き場１１９ｂへ搬送する。そして、ボート搬送機構１２１は、処理済みウェハＷのボート１０３を蓋１１７から第１の置き場１１９ａへ搬送する。さらに、ボート搬送機構１２１は、未処理ウェハＷのボート１０３を蓋１１７へ搬送する。このようにして、未処理ウェハＷが、処理済みウェハＷのボート１０３に由来するパーティクルやガスによって汚染されるのが防止される。

キャリア１０２が入口１０６を通ってステージ１０８に載置される際、センサ機構９１０がキャリア１０２の載置状態を検出する。キャリア１０２の蓋が開き、センサ機構９１０は、そのキャリア１０２内の半導体ウェハＷの位置および枚数を検出する。そして、キャリア１０２の蓋が再び閉じ、そのキャリア１０２はキャリア移送機構１１２により保管部１１０へ搬送される。

保管部１１０に保管されるキャリア１０２は、適切な時期に、キャリア移送機構１１１により、キャリア置き場１１１へ搬送される。キャリア置き場１１１のキャリア１０２の蓋とパーティション１０５の開口１１３のドアとが開いた後、移送機構１２２により半導体ウェハＷがキャリア１０２から取り出される。移送機構１２２は、半導体ウェハＷを、ノッチ整列機構１１５を介して、ボート置き場１１９の第１の置き場１１９ａに置かれた空のボート１０３へ次々に移送する。ウェハＷが移送される間、ボート搬送機構１２１が降下し、移送機構１２２から待避する。このため、ボート搬送機構１２１と移送機構１２２との間の衝突が防止される。このようにして、半導体ウェハＷを搬送する時間を短くすることができ、熱処理システム１００のスループットを十分に上げることができる。

ウェハＷの移送が完了した後、移送機構１２２は、ハウジング１０１の他方の横の領域において動作位置から保持位置へ横方向に動くことができる。

熱処理が完了した後、蓋１１７が降下し、ボート１０３と熱処理されたウェハＷとが熱処理チャンバ１０４からローディング領域１０９に取り出される。ボート１０３が蓋１１７により取り出された直後に、シャッタ１１８が、チャンバの開口１０４ａを閉じて気密に保つ。これにより、熱処理チャンバ１０４からのローディング領域１０９への熱移送が最小化され、ローディング領域１０９の機器類への熱移送が最小化される。

処理済みのウェハＷを含むボート１０３が熱処理チャンバ１０４から搬出された後、ボート搬送機構１２１は、未処理ウェハＷの他のボートを第１の置き場１１９ａから第２の置き場１１９ｂへ搬送する。そして、ボート搬送機構１２１は、処理済みのウェハＷを含むボート１０３を蓋１１７から第１の置き場１１９ａへ搬送する。さらに、ボート搬送機構１２１は、未処理のウェハＷのボート１０３を第２の置き場１１９ｂから蓋１１７へ搬送する。したがって、ボート１０３を動かす際に、ボート１０３の未処理の半導体ウェハＷが、処理済みのウェハＷのボート１０３に由来するパーティクルやガスにより汚染されるのが防止される。

未処理のウェハＷのボート１０３が蓋１１７へ搬送された後、シャッタ１１８が開き、そのボート１０３と蓋１１７とが開口１０４ａを通って熱処理チャンバ１０４へ導入される。そして、ボート１０３の未処理のウェハＷを熱処理することができる。また、処理済みのウェハＷのボート１０３は、第１の置き場１１９ａへ搬送された後、そのボート１０３の処理済みウェハＷが、移送機構１２２により、そのボート１０３からキャリア置き場１１１の空のキャリア１０２へ移送される。以下、上記のサイクルが繰り返される。

設定、構成、かつ／または動作情報をプロセスシステム１００に保管することができ、これらを、操作者が、または工場システムなどの他のシステムにより、取得することができる。ＢＩＳＴテーブルを、規則に基づくものとしてよく、通常処理のために行われる動作および例外的な条件で行われる動作を特定するために使用して良い。ＢＩＳＴテーブルを定義し、維持するために、構成スクリーンを使用しても良い。作動限度、動作条件、これらに関連するＢＩＳＴルールは、必要に応じて、保管し、更新して良い。ＢＩＳＴテーブルを生成し、定義し、指定し、維持するため、ドキュメンテーションやヘルプスクリーンを提供しても良い。

プロセスをいつ一時停止かつ／または停止させるか、さらに、一時停止かつ／または停止の間に何をさせるか、を決定するためにＢＩＳＴテーブルを使用することもできる。また、プロセスをいつ変更するか、どのように変更するかを決定するためにＢＩＳＴテーブルを使用しても良い。さらに、異なる動的／静的モデルをいつ選択するか、新しい作動限度をどのように生成するか、かつ／または、新しいＢＩＳＴテーブルルールをどのように稼働させるか、を決定するためにＢＩＳＴテーブルを使用しても構わない。一般に、ＢＩＳＴテーブルにより、そのシステムの動的状態に基づいてシステム動作を変更することができる。

一の実施形態において、熱処理システム１００は、プロセッサ１９２およびメモリ１９４を含むシステムコントローラ１９０を備えてよい。メモリ１９４はプロセッサ１９２と結合してよく、プロセッサ１９２により実行される命令や情報を保管するために使用して良い。ただし、構成の異なるコントローラを使用しても良い。また、システムコントローラ１９０は、熱処理システム１００をネットワーク接続を介して他のシステム（図示せず）と接合するために使用されるポート１９５を備えてよい。さらに、コントローラ１９０は、コントローラ１９０をシステムの他の要素と結合するための入力デバイスかつ／または出力デバイス（図示せず）を備えてもよい。

また、システムの他の要素が、プロセス中に実行される命令および情報を実行かつ／または保管するために、プロセッサかつ／またはメモリを有しても良い。たとえば、システムの種々のプロセッサにより命令が実行される間に、当座の変数や他の中間の情報を保管するために、メモリを使用して良い。１又は２以上のシステム要素が、データかつ／または命令をコンピュータ可読媒体から読み込む手段を備えてよい。さらに、１又は２以上のシステム要素が、データかつ／または命令をコンピュータ可読媒体に書き込む手段を備えてもよい。

メモリデバイスは、本発明の教示に従ってプログラムされるコンピュータで実行可能な命令を保持し、本明細書で説明するデータ構造、テーブル、記録、ルール、または他のデータを保管するため、少なくとも一つのコンピュータ可読媒体またはメモリを含んでよい。システムコントローラ１９０は、コンピュータ可読媒体からのデータを使用して、コンピュータで実行可能な命令を生成し、かつ／または、実行することができる。熱処理システム１００は、メモリに含まれるコンピュータで実行可能な１又は２以上の命令の１又は２以上のシークエンスを実行するシステムコントローラ１９０に応答して、本発明の方法の一部またはすべてを実行することができる。そのような命令を、他のコンピュータや他のコンピュータ可読媒体から、またはネットワークを介して受け取ってもよい。

本発明を実行するための１又は複数のデバイスを駆動し、熱処理システム１００がユーザと又は工場システムなどの他のシステムと相互に作用するため、コンピュータ可読媒体のいずれか又は組み合わせに保管した状態で、本発明は熱処理システム１００を制御するソフトウェアを含む。そのようなソフトウェアは、これらに限定されないが、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトウェアを含んでよい。そのようなコンピュータ可読媒体は、本発明を実行する際に実行されるプロセスのすべて又は一部を実行するため、本発明のコンピュータプログラムプロダクトを更に含んでよい。

また、熱処理システム１００の要素の少なくとも一つは、グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）かつ／またはデータベース部品（図示せず）であってよい。他の実施形態においては、ＧＵＩ要素かつ／またはデータベース要素は必要でない。このシステムのユーザインターフェイスは、ウェッブで可能であってよく、また、システム状況や警告状況の表示を提供しても良い。たとえば、ＧＵＩ要素（図示せず）は、熱処理システム１００について、より効率の良い問題解決、診断、問題の報告のため、ユーザが、状況を観察したり、ＳＰＣチャートの生成や編集をしたり、警告データを観察したり、データ収集アプリケーションを構成したり、データ解析アプリケーションを構成したり、履歴データを調べたり、現在のデータを見直したり、電子メール警告を生成したり、多変数モデル実行したり、診断スクリーンを観察したり、ＢＩＳＴテーブルを見たり生成したり編集することができる使いやすいインターフェイスを提供する。

図２は、本発明の実施形態による半導体ウェハ処理システム２００の一部を示す模式的な一部断面図である。図示の実施形態では、熱処理システム２０５、排気システム２１０、ガス供給システム１６０、およびコントローラ２９０が示されている。

熱処理システム２０５は、たとえば石英で形成されるアウタチューブ２０２ｂとインナチューブ２０２ａを含む二重構造の縦型プロセスチャンバ（反応チューブ）２０２と、プロセスチャンバ２０２の底に配置される金属製の円筒状マニホールド２２１と、を備える。インナチューブ２０２ａは、マニホールド２２１により支持されており、また、その上部は開放している。アウタチューブ２０２ｂは、マニホールド２２１の上端に気密に密閉される下端を有しており、また、その上部は閉じている。

プロセスチャンバ２０２には、複数のウェハＷ（たとえば、１５０枚）が、所定の間隔を隔てて棚状に水平に積み重なってウェハボート（ウェハホルダ）２２３に搭載される。ウェハボート２２３は、断熱シリンダ（断熱材）２２５を介して蓋２２４に支持されている。蓋２２４は、移動手段２２６に結合されている。

熱処理システム２０５は、また、プロセスチャンバ２０２の周りに配置される抵抗などの形式のヒータ２０３を備えることができる。ヒータ２０３は、５段のヒータ２３１〜２３５を備えてよい。ただし、構成が異なるヒータを使うことも可能である。各段のヒータ２３１〜２３５には、それぞれに関連した電源コントローラ２３６〜２４０によって、互いに独立に電力が供給される。各段のヒータ２３１〜２３５を使うことにより、プロセスチャンバ２０２の内部は５つのゾーンに分割される。

ガス供給システム２６０は、コントローラ２９０及び熱処理システム２０５へ結合するよう図示されている。マニホールド２２１は、インナチューブ２０２ａへガスを供給するため、複数のガス供給パイプ２４１〜２４３を有する。プロセスガスが、マスフロコントローラ（ＭＦＣ）などの流量調整器３４４、２４５、２４６を通して各ガス供給パイプ２４１、２４２、２４３へ供給される。また、マルチゾーンガス導入システムを使用してよく、かつ／または他のプロセスガスを使用しても良い。

排気パイプ２２７がマニホールド２２１へ接続され、インナチューブ２０２ａとアウタチューブ２０２ｂとの間を通して排気が行われる。排気パイプ２２７は、排気システム２１０へ接続され、排気システムは真空ポンプ（図示せず）を含んでよい。プロセスチャンバ２０２内の圧力を調整するため、コンビネーションバルブ、バタフライバルブ、バルブ駆動器などを含む圧力調整器２２８が排気パイプ２２７に挿入されている。ただし、排気システム２１０には、異なる構成を使用しても良い。排気システム２１０かつ／または圧力調整器２２８は、コントローラ２９０とデータ交換を行うことができるモニタデバイス（図示せず）を含んでもよい。

熱処理システム２０５は、複数のセンサを含んでよい。図示した実施形態では、５つの内部温度センサ（熱電対）２５１〜２５５が、インナチューブ２０２ａの内側に互いに垂直に整列して配置されている。内部温度センサ２５１〜２５５は、半導体ウェハＷへの金属の汚染を防止するため、たとえば石英製のパイプで覆われている。内部温度センサ２５１〜２５５は、５つのゾーンに対応するよう配置されている。また、ゾーンの数を変え、内部温度センサの数および配置を変えてもよい。他の実施形態においては、温度測定のため、異なる技術を用いても良いし、かつ／または、他のタイプのセンサを用いてプロセスチャンバをモニタするようにしても良い。

複数の外部温度センサ（熱電対／温度計）２６１〜２６５が、アウタチューブ２０２ｂの外側に垂直方向に整列して配置される。外部温度センサ２６１〜２６５は５つのゾーンに対応して配置して良い。また、ゾーンの数を変え、外部温度センサの数および配置を変えても良い。

チャンバ内のウェハの温度、チャンバの温度、プロセスの化学反応、ガスの流量、プロセスチャンバ２０２内の圧力などのプロセスパラメータを制御するため、コントローラ２９０を使用して良い。コントローラ２９０は、内部温度センサ２５１〜２５５及び外部センサ２６１〜２６５からの出力信号を受信し、電源コントローラ２３６〜２４０、圧力調整器２２８、および流量調整器２４４〜２４６へ制御信号を出力する。

設定、構成、かつ／または動作情報をコントローラ２９０により保管することができ、これらを、操作者が、またはコントローラ１９０（図１）などの他のコントローラにより、取得することができる。また、通常処理のために行われる動作および例外的な条件で行われる動作を特定するため、コントローラ２９０は、ＢＩＳＴテーブルを使用しても良い。ＢＩＳＴテーブルを定義し、維持するために、構成スクリーンを使用しても良い。コントローラ２９０は、必要に応じて、ＢＩＳＴテーブルを保管し、更新して良い。コントローラ２９０は、ＢＩＳＴテーブルを生成し、定義し、指定し、維持するため、ドキュメンテーションやヘルプスクリーンを管理しても良い。

プロセスをいつ一時停止かつ／または停止させるか、一時停止かつ／または停止の間に何をさせるか、を決定するため、コントローラ２９０がＢＩＳＴテーブルを使用することもできる。また、プロセスをいつ変更するか、どのように変更するかを決定するためにＢＩＳＴテーブルを使用しても良い。

一の実施形態においては、コントローラ２９０は、プロセッサ２９２およびメモリ２９４を含んでよい。メモリ２９４をプロセッサ２９２へ結合してよく、プロセッサ２９２により実行される情報や命令を保管するために使用して良い。ただし、構成が異なるコントローラを使用しても良い。また、コントローラ２９０は、コントローラ２９０を他のコンピュータかつ／またはネットワーク（図示せず）と結合するのに使用することができるポート２９５を含んでよい。さらに、コントローラ２９０は、コントローラ２９０を熱処理システム２０５、排気システム２１０、およびガス供給システム２６０へ結合するため、入力デバイスかつ／または出力デバイス（図示せず）を含んでもよい。

コントローラ２９０は、コンピュータ可読媒体からデータかつ／または命令を読み込むための手段を有して良い。また、コントローラ２９０は、コンピュータ可読媒体へデータかつ／または命令を書き込む手段を有していても良い。

メモリ２９４は、本発明の教示に従ってプログラムされるコンピュータで実行可能な命令を保持し、ここに記載されるデータ構造、テーブル、記録、ルール、または他のデータを含む少なくとも一つのメモリまたはコンピュータ可読媒体を有していてよい。コントローラ２９０は、コンピュータ可読媒体またはメモリからのデータを使用して、コンピュータで実行可能な命令を生成かつ／または実行することができる。熱処理システム２０５、排気システム２１０、ガス供給システム２９０、コントローラ２９０は、メモリに含まれる１又は２以上のコンピュータで実行可能な命令の１又は２以上のシークエンスの実行に応答して本発明の方法の一部またはすべてを実行する。そのような命令は、他のコンピュータ、他のコンピュータ可読媒体、またネットワーク接続からコントローラにより受け取ることができる。

本発明を実行する１又は複数のデバイスを駆動し、１又は２以上のシステム部品がユーザと又は工場システムなどの他のシステムと相互に作用するため、コンピュータ可読媒体のいずれか又は組み合わせに保管した状態で、本発明は、熱処理システム２０５、排気システム２１０、ガス供給システム２６０、およびコントローラ２９０を制御するソフトウェアを含む。そのようなソフトウェアは、これらに限定されないが、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトウェアを含んでよい。そのようなコンピュータ可読媒体は、本発明を実行する際に実行されるプロセスのすべて又は一部を実行するため（もし、流通する場合は）、本発明のコンピュータプログラムプロダクトを更に含んでよい。

コントローラ２９０は、ＧＵＩ要素かつ／またはデータベース部品（図示せず）を備えてよい。他の実施形態においては、ＧＵＩ要素かつ／またはデータベース要素は必要ではない。このシステムのユーザインターフェイスは、ウェッブで可能であってよく、また、システム状況や警告状況の表示を提供しても良い。たとえば、ＧＵＩ要素（図示せず）は、熱処理システム１００について、より効率の問題解決、診断、問題の報告のため、ユーザが、状況を観察したり、チャートの生成や編集をしたり、警告データを観察したり、データ収集アプリケーションを構成したり、データ解析アプリケーションを構成したり、履歴データを調べたり、現在のデータを見直したり、電子メール警告を生成したり、動的かつ／または静的モデルを見直し、編集し、実行したり、診断スクリーンを見たり、問題を効率よく解決し診断し報告するためにＢＩＳＴテーブルを見たり生成したり編集したりすることができる使いやすいインターフェイスを提供する。

プロセス中、コントローラ２９０は、１又は２以上のプロセスパラメータを一の値から他の値へ変更する。垂直ウェハボート２２３、ウェハＷの枚数、位置およびタイプ、熱処理チャンバ２０２のタイプ、並びに実行されるレシピに基づいた特別のシステム構成について、実時間の動的モデルを設定することができる。
プロセス中に熱処理チャンバについて、予知される動的圧力応答を生成するために実時間の動的圧力モデルを実行して良い。また、プロセス中に熱処理チャンバについて、測定動的圧力応答を生成することができ、予知される動的応答と測定される動的応答との間の差を用いて、動的推定誤差を決定することもできる。さらに、動的推定誤差をＢＩＳＴテーブルの１又は２以上のＢＩＳＴルールについて設定される作動限度と比較して良い。動的推定誤差が、ＢＩＳＴテーブルの１又は２以上のＢＩＳＴルールについて設定される作動限度の範囲内にない場合は、プロセスを停止することができる。また、動的推定誤差が、ＢＩＳＴテーブルの１又は２以上のＢＩＳＴルールについて設定される作動限度の範囲内にある場合は、プロセスを継続して良い。

動作中、各ゾーンのウェハＷの温度が推定され、適合可能な方法を使用して、ウェハの補正温度がレシピで示される温度と等しくなるように各段のヒータ２３１〜２３５を制御する。温度上昇が完了したとき、適合可能な制御を使用して、各ゾーンの温度を維持する。モデルを使用して加熱装置を制御する技術は、「バッチタイプ熱処理装置および制御方法」という名称の米国特許第６，８０３，５４８号に開示されており、これをここに援用する。

内部温度センサ２５１〜２５５、外部温度センサ２６１〜２６５、電源コントローラ２３６〜２４０、圧力調整器２２８、もしくは流量調整器２４４〜２４６、またはこれらの組み合わせからのデータを使用して、コントローラ２９０は測定される静的かつ／または動的応答を生成することもできる。

図３は、本発明の実施形態に従う処理システムの簡略化ブロック図を示す。図示の実施形態では、システム３１０、コントローラ３２０、動的モデル３３０、および比較器３４０を備える処理システム３００が示されている。また、作動変数（ＡＶ）が示されている。これらは、レシピにおいて固定設定点（ＳＰ）を有する変数か、または、レシピの設定点に基づいてコントローラ３２０により実時間で生成される変数である。たとえば、ヒータ電力、質量流量、および排気バルブ角度などである。

２つのタイプのプロセス変数（ＰＶ）が図示されている。これらは、作動変数（ＡＶ）の結果としての装置におけるプロセス条件である。プロセス変数（ＰＶ）の例には、チャンバ又はウェハの温度、チャンバ内の化学反応、ウェハでの反応物の濃度、およびウェハ上の膜厚などを含む。プロセス変数（ＰＶ）は、センサを用いて測定した測定プロセス変数（ＭＰＶ）と、センサにより測定されない一般プロセス変数（ＧＰＶ）と、に分類することができる。測定された変数には、コントローラ３２０を介して直接に制御され得るものもある。これらは、制御プロセス変数（ＣＰＶ）である。

ＡＶ、ＭＰＶ、およびＳＰは実時間変数である。定義上は、ＧＰＶは利用可能でなく（測定されない）、その結果は実行後の測定のみによって推定可能である。たとえば、バッチ処理チャンバにおいては、チャンバ圧力、質量流量およびこれらの設定点、バルブ角度、並びに各ゾーンにおけるチャンバ温度が実時間データである。

システムの動的性能は、複数の変数に依存するシステムパラメータの合成図である。たとえば、システムの熱応答は、能動要素、受動要素またはソフトウェア要素の関数であって良い。これらの要素の１又は２以上における偏差が誤差を招く。より良い検出および診断のため、「システムレベル」アプローチを使用しても良い。

レシピをシステムレベルで使用して良く、典型的なレシピが、制御プロセス変数（ＣＰＶ）を含む測定プロセス変数（ＭＰＶ）のための設定点を提供する。システムコントローラは、作動変数（ＡＶ）を制御して、ＣＰＶとＳＰとの間の誤差を低減することができる。ここで、その誤差はＥｒｒｏｒ＝ＳＰ−ＣＰＶである。

一の実施形態では、ＢＩＳＴルールを使用して、システムかつ／またはシステム要素が、システム要素の動的モデルおよび実時間データから「設計どおり」に振る舞っているかどうかを決定する。動的モデルは、システムの「設計どおり」の応答を提供し、誤差条件を検出するために使用することができる。たとえば、誤差は、下記のようにモデル化された応答（ＩＰＶ）と測定された応答（ＭＰＶ）との間の差を用いて計算することができる。
Ｅｒｒｏｒ＝ＩＰＶ−ＭＰＶ
この誤差が予め設定した動作閾値より大きい場合は、警告が生成される。動作閾値をＢＩＳＴテーブルの一部とすることができる。

図４は、本発明の実施形態に従う熱処理プロセスの１又は２以上の応答を特徴づける動的モデル４０４の実施形態を模式的に示す。図示の実施形態では、４つのノード又はモデル要素（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３およびＭ_４）４４８，４５０，４５２，４５４が示されている。しかし、本発明の別の実施形態では、モデル要素の数が異なっていてよく、モデル要素が異なるアーキテクチャで配置されていて良い。

また、動的モデル４０４は、ヒータ電力、チャンバ圧力、ガスフロー、およびウェハ情報などの制御入力（Ｕ）４６２を受け取る。このモデルは、非測定変数などの外乱入力（Ｄ）をも受け取る。また、このモデルは、ウェハ温度などの規制出力（Ｚ）４５８と、チャンバ温度などの測定出力（Ｙ）４６０とを決定する。このモデル構造は、Ｚ＝Ｍ_１Ｕ＋Ｍ_３ＤおよびＹ＝Ｍ_２Ｕ＋Ｍ_４Ｄで表すことができる。ただし、モデル構造に対して、異なる表現を用いても良い。

動的モデル４０４は、システムの「状態」を追跡し、実時間で入力４６２を出力４５８、４６０へ関連づける。たとえば、ＵおよびＹは測定することができる。また、動的モデル４０４を用いることにより、ＤはＹ＝Ｍ_２Ｕ＋Ｍ_４Ｄ_ｅｓｔを用いて推定することができ、ＺはＺ_ｅｓｔ＝Ｍ_１Ｕ＋Ｍ_３Ｄ_ｅｓｔを用いて推定することができる。

動的モデル４０４を生成する際、ウェハ位置、ウェハの曲率およびチャンバの作用がモデルへ組み入れられる。たとえば、動的モデル４０４は、熱移送、ガスフロー、反応力学、または、熱処理システムかつ／またはＭＬＤシステムなどの処理システムから収集される実時間データで生成されるオン−ラインモデルに基づいた第１原理モデルを用いて生成することができる。

モデル開発中、第１原理モデルは、Ｍａｔｌａｂなどの適切なソフトウェアシミュレーションアプリケーションにおいて適切なマイクロプロセッサで数的に実行される。そのソフトウェアアプリケーションは、適切なコンピュータ又はマイクロプロセッサに存在し、物理的性能近似を実行するよう動作される。しかし、本発明では、他の数的方法も考慮される。

モデルに基づく線形または非線形の多変数制御方法を用いて加熱量をモデル化することができる。ここでは、制御されるシステムの数学的モデルがコントローラに含まれる。多変数コントローラは、線形象限ガウシアン（ＬＱＧ）法、線形二次制御器（ＬＱＲ）法、Ｈ無限大制御（Ｈ−ｉｎｆ）などの近代制御設計方法のいずれかに基づいてよい。加熱量モデルは、線形もしくは非線形のいずれか、またはＳＩＳＯもしくはＭＩＭＯのいずれかであって良い。多変数制御法（たとえばＭＩＭＯ）は、すべての入力と、それらが出力に与える効果とを考慮する。加熱量をモデリングする他の方法の幾つかを利用することができる。たとえば、動的モデルおよびデータ駆動モデルなどである。

図５は、本発明の実施形態に従う半導体処理システムの簡略化模式図である。一の実施形では、熱処理で使用されるプロセス装置は、プロセスチャンバと、プロセスチャンバ内に所望のガスフロー条件を生成するガスフローシステムとを含むことができる。図示の実施形態では、東京エレクトロン株式会社製ＴＥＬＦＯＲＭＵＬＡ（登録商標）システムの簡略化模式図が示されている。このシステムは、種々のガス種を含み、大気圧プロセスおよび減圧プロセスの両方を実現できる多くの要素を含んでいる。

図示の実施形態では、ガス供給システムが示されており、これは、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５１５、マスフローメータ（ＭＦＭ）５２０、入力５２５，出力５３５、供給ライン５５５，およびインターロックバルブ５１０を含んでいる。また、異なる構成を用いても良い。

プロセスチャンバ５５０が示されており、これは、複数のウェハＷを処理することができる。また、異なる構成を用いても良い。さらに、排気システム５６５が示されており、これは、圧力制御器５１６を含んでいる。さらにまた、異なる構成を用いても良い。

たとえば、半導体処理システムは、以下のものを含んでよい。

１）ガス供給システム：このシステムは、所望のプロセスガスラインに加えて、１又は２以上のチッ素（Ｎ_２）ラインを含んでよい。たとえば、シランガスラインなどのガスラインは、以下を含んでいてよい。
ａ）シラン（ＳｉＨ_４）ライン：このラインは、ｉ）逆止バルブＨＶ３およびｉｉ）圧力テストポイントＰＴ３を有する。
ｂ）チッ素バイパスライン：このラインは、ｉ）逆止バルブＨＶ２およびｉｉ）圧力テストポイントＰＴ２を有する。
ｃ）マスフローメータ：ＭＦＭ１
ｄ）マスフローコントローラ：ＭＦＣ５
ｅ）分離バルブ：Ｖ８およびＶ９
ｆ）チャンバ分離バルブ：ＨＶ７。

２）圧力制御システム：この圧力制御システムは、以下のものを１又は２以上含んでよい。
ａ）メインバルブ：ＭＶ、並びにスローバルブ：ＳＶおよびＳＳＶ
ｂ）自動圧力調整器：ＡＰＣ
ｃ）真空ゲージ：ＶＧ５、約１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^４Ｐａ）
ｄ）真空ゲージ：ＶＧ２、約１０００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^５Ｐａ）。

３）プロセスチャンバ：プロセスチャンバは以下のものを１又は２以上含んでよい。
ａ）真空ゲージ：ＶＧ１（０〜１０Ｔｏｒｒ（０〜１．３３×１０^３Ｐａ））
ｂ）ピラニゲージ：ＶＧ３。

４）温度制御システム：温度制御システムは、自己テストおよび診断の観点から、以下の要素を含んでよい。
ａ）内部熱電対（Ｔ／Ｃ）
ｂ）外部熱電対（Ｔ／Ｃ）
ｃ）ヒータエレメント
ｄ）電源サブシステム
ｅ）断熱材。

５）コントローラ：コントローラは、自己テストおよび診断の観点から、ソフトウェア、ハードウェア、かつ／またはファームウェア要素を含んでよい。

また、ガス供給システム、圧力制御システム、プロセスチャンバ、かつ／または温度制御止システムは、単一または複数のゾーンを含んでよい。

一の実施形態では、ガス供給システムの要素、排気システムの要素、チャンバの要素、温度制御の要素、ウェハ搬送の要素、かつ／またはシステムの他の要素に対して、ＢＩＳＴルールを生成して良い。

システム動作中、誤差条件が発生する場合がある。たとえば、誤差条件のタイプとしては、能動要素、受動要素またはソフトウェア要素が、要求される作業を実行しないなどの要素の不具合；能動要素、受動要素またはソフトウェア要素の性能が劣化したり、その劣化を修正しない場合に近い将来に発生する不具合などの要素の劣化；能動要素、受動要素またはソフトウェア要素が正しく構成されていないなどの構成上の誤差などがある。

熱処理システム（ＴＰＳ）が低圧での半導体プロセスに使用される場合、不具合条件を検出し、診断し、予知するため、ＴＰＳとともに内蔵自己テスト（ＢＩＳＴ）システムを使用して良い。

システムの要素を特徴づけるために使用する１又は２以上のパラメータは、時間とともにドリフトし、パラメータのドリフトは、表示のオフセット（またはバイアス）、ヒータの要素の抵抗や供給電力の変化、断熱の変化などとして明らかにされる。また、システムの要素を特徴づけるために使用される１又は２以上のパラメータは劣化する場合があり、パラメータの劣化は、熱電対の表示のドロップアウトやノイズとして明らかにされる。これらは、大抵、差し迫った不具合を意味する。

種々の実施形態において、ドリフトかつ／または劣化した条件を特定するために、システムの要素かつ／またはサブシステムの要素をテストしても良い。たとえば、以下のドリフト又は劣化した条件が、以下に示す熱処理サブシステムの要素のために、テストされる。
１）内部熱電対：ａ）オフセット（すなわち、温度表示のオフセット）、ｂ）ノイズ、ｃ）ドロップアウト
２）外部熱電対：ａ）オフセット（すなわち、温度表示のオフセット）、ｂ）ノイズ、ｃ）ドロップアウト
３）すべての熱電対（すなわち、１又は２以上の熱電対が類似の問題を同時に有している場合は、熱電対ボードなどのハードウェアの要素に問題があることの指標となり得る。）
４）ヒータゾーン（すなわち、抵抗および供給電力の変化）
５）電源サブシステム（すなわち、電力制御機能の劣化）
６）断熱（すなわち、断熱性能の変化）
一の実施形態においては、ＢＩＳＴの方法論は、熱システムの基準性能と、進行ベースで実時間に実行される自己テスト中に測定され得る測定性能との間の関係に基づいていてよい。たとえば、「基準性能」は、システムが良好な稼働条件にあるときの性能を意味して良い。

内部熱電対、外部熱電対、温度設定点、ヒータ電力、および他のプロセスパラメータのＴＰＳ実時間測定値、かつ／または内部熱電対、外部熱電対、温度設定点、ヒータ電力、および他のプロセスパラメータの保管された測定値からデータを調べることにより、性能を測定することができる。システムかつ／またはサブシステムがモデルベースコントローラを有する場合、測定データについての「推定される」値を得ることができ、これらの推定値をシステムの動的モデルを用いて計算することができ、「測定される」パラメータと「推定される」パラメータとの間の差を計算することができ、そして、その差は「推定誤差」として特定することができる。たとえば、東京エレクトロン株式会社の熱処理システムには、モデルベース温度コントローラ（ＥＢＴＣ）又はＡＲＴ（商標）制御を炉に含むことができるものが幾つかある。

モデルベースコントローラを有していない熱処理システムについては、第１の方法論を利用することができる。この第１の方法論は、モデルベースコントローラを導入したことがない半導体製造者が使用して良い。モデルベースコントローラを有する熱処理システムについては、第２の方法論を利用することができる。この第２の方法論は、モデルベースコントローラを有する熱処理システムを導入している半導体製造者が使用して良い。これらの方法論では、履歴データかつ／または実時間データを使用して、熱処理システムをモニタすることができる。

例示する第１の方法論は、以下のようにまとめることができる。モデルベースコントローラを有しない熱処理システムをモニタする際、測定される過渡熱応答を１又は２以上の基準過渡熱応答と比較し、かつ／または、測定される安定状態熱応答を１又は２以上の基準安定状態熱応答と比較する。

例示する第２の方法論は、以下のようにまとめることができる。モデルベースコントローラを有する熱処理システムをモニタする際、測定される過渡熱応答を１又は２以上の基準過渡熱応答と比較し、かつ／または、測定される安定状態熱応答を１又は２以上の基準安定状態熱応答と比較する。さらに、過渡条件中に、測定される過渡推定誤差を１又は２以上の基準過渡推定誤差とを比較し、かつ／または、安定状態条件中に、測定される安定状態推定誤差を１又は２以上の基準安定状態推定誤差と比較する。

基準過渡応答を測定される過渡応答と比較するとき、上昇特性および降下特性を比較することができる。これらの条件は、以下のように記載される。

ａｂｓ（ＴＭ（ｔ１）−Ｔｂ（ｔ１））＞ 閾値
ａｂｓ（ＴＭ（ｔ２）−Ｔｂ（ｔ２））＞ 閾値
ここで、ＴＭは、時刻ｔ１，ｔ２などにおける測定される基準温度値であり、ＴＢは、時刻ｔ１，ｔ２などにおける基準温度値である。

定常状態の応答を調べるとき、定常状態においては、印加される電力と内部熱電対および外部熱電対の値との間に決まった関係があると仮定することができる。内部熱電対が７００℃の場合の第１の例を考える。この場合、定常状態にあるとき、外部熱電対とヒータ電力とは、対応した定常状態値にある。幾つかの例示のテストにおいては、基準の値は、外部熱電対とヒータ電力とについて、測定された値と比較される。

図６は、本発明の実施形態に従う、熱処理システムをモニタする方法のフロー図である。モニタ手順において、１又は２以上の自己テストプロセスを実施することができる。また、モニタ手順を生産プロセスかつ／または非生産プロセスにおいて実施しても良い。温度制御の要素、圧力制御の要素、ガス供給の要素、物理的センサかつ／または仮想センサを含む測定の要素、機械的な要素、演算の要素、もしくはソフトウェアの要素、またはこれらの組み合わせを含む熱処理システムについては、多くのプロセスモデルを生成することができる。この手順（プロセス６００）は、ステップ６０５から開始する。

プロセスを実行する前、実行中、かつ／または実行後に、モデル、ＢＩＳＴルール、プロセス結果データ、および動作条件データをＢＩＳＴテーブルに保管することができる。

ステップ６１０において、クエリを行って熱処理システムがモデルベースコントローラで動作するかどうかを決定する。熱処理システムがモデルベースコントローラを用いて動作する場合は、ステップ６４５へ分岐し、図６に示す手順に従う。熱処理システムが１又は２以上のモデルベースコントローラを使用しない場合は、ステップ６１５へ分岐し、図６に示す手順に従う。

まず、熱処理システムがモデルベースコントローラで動作しない場合を説明する。ステップ６１５においてクエリが行われ、温度差（ＤＥＬ＿Ｔ）がこのプロセスかつ／またはシステムについて設定された閾値（ＴＨＲＥＳＨ）よりも大きいかどうかが決定される。モニタ手順中の種々の時刻（たとえば、ｔ１）に対して閾値を設定することができ、実時間クエリをモニタ手順中の種々の時刻に行ってよい。たとえば、閾値は、時刻とともに変化するプロセスの結果かつ／またはパラメータが最終値の７０％、９０％および９９％に達したときの値として設定することができる。これらとは異なるパーセンテージ値を用いても良い。また、その差についての絶対値を使用しても良い場合もある。さらに、その差についての絶対値が必要でない場合もある。ステップ６１５において、温度差が閾値よりも大きい場合は、ステップ６２０へ分岐し、図６に示す手順に従う。温度差が閾値よりも大きくない場合は、ステップ６２５へ分岐し、図６に示す手順に従う。

ステップ６２０において、その差が閾値より大きい場合は、温度制御システムに潜在的な問題があることが判明する。たとえば、ヒータに問題が生じている可能性がある。

ステップ６２５において、その差が閾値以下の場合、クエリが行われ、内部温度センサ（内部熱電対）の測定値と外部温度センサ（外部熱電対）の測定値との差が、このプロセスかつ／またはシステムについて設定される閾値より大きいかどうかを決定する。モニタ手順中の種々の時刻（たとえば、ｔ１）に対して閾値を設定することができ、モニタ手順中の種々の時刻に実時間クエリを行ってよい。たとえば、閾値は、時刻とともに変化するプロセスの結果かつ／またはパラメータが最終値の７０％、９０％および９９％に達したときの値として設定することができる。これらとは異なるパーセンテージ値を用いても良い。また、その差についての絶対値を使用しても良い場合がある。さらに、その差についての絶対値が必要でない場合もある。内部温度センサの測定値と外部温度センサの測定値との差が閾値より大きい場合は、ステップ６３０へ分岐し、図６に示す手順に従う。内部温度センサの測定値と外部温度センサの測定値との差が閾値以下の場合は、ステップ６２５へ分岐し、図６に示す手順に従う。たとえば、温度センサは熱電対（Ｔ／Ｃ）であるが、他のタイプの温度センサを使用しても良い。

ステップ６３０において、その差が閾値より大きい場合、温度制御システムに潜在的な問題があることが判明する。たとえば、温度センサに問題が生じている可能性がある。

ステップ６３５において、その差が閾値以下の場合、クエリが行われ、基準測定値が、このプロセスかつ／またはシステムについて設定される閾値より大きいかどうかが決定される。たとえば、基準ヒータ電力を使用して良い。モニタ手順中の種々の時刻（たとえば、ｔ１）に対して閾値を設定することができ、モニタ手順中の種々の時刻に実時間クエリを行ってよい。たとえば、閾値は、時刻とともに変化するプロセスの結果かつ／またはパラメータが最終値の７０％、９０％および９９％に達したときの値として設定することができる。これらとは異なるパーセンテージ値を用いても良い。また、その差についての絶対値を使用しても良い場合がある。さらに、その差についての絶対値が必要でない場合もある。基準測定値が閾値より大きい場合、ステップ６４０へ分岐し、図６に示す手順に従う。基準測定値が閾値以下の場合、ステップ６９５へ分岐し、図６に示す手順に従う。

ステップ６４０において、測定値が閾値より大きい場合、温度制御システムに潜在的な問題があることが判明する。たとえば、ヒータかつ／または断熱に問題が生じている可能性がある。

ステップ６９５において、測定値が閾値以下の場合、プロセス６００は終了する。

次に、熱処理システムがモデルベースコントローラで動作する場合について説明する。ステップ６４５において、推定誤差が計算される。一の実施形態では、モデルベースコントローラが使用されている場合、内部熱電対推定誤差（Ｉｎｎｅｒ Ｔ／Ｃ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｅｒｒｏｒ：ＩＴＥＥ）をモニタ変数として使用して良い。また、ＩＴＥＥ平均および分散を計算しても良い。また、他のパラメータをモニタ変数として仕様して良い。たとえば、あるシステムについてＩＴＥＥの基準値を使用しても良い。上述のとおり、基準条件は、システムが良好な動作条件にあることが分かっている場合になされた測定値に適用される。したがって、自己テストの結果を用い、ＩＴＥＥの平均や分散などのパラメータ、かつ／または過渡特性を閾値と比較して、システムにある問題を検出し、診断することができる。

表１は、検出および診断の方法論の一例のまとめを示す。他の例としては、ＩＴＥＥは必要でなく、他のパラメータをモニタ変数として使用することができる。

プロセス６００は、ステップ６５０において継続される。このステップ６５０で、クエリが行われ、推定誤差の平均かつ／または分散（ＶＡＲ）が、このプロセスかつ／またはシステムについて設定される閾値より小さいかどうかが決定される。一の実施形態においては、モデルベースコントローラによって、内部熱電対推定誤差（ＩＴＥＥ）が計算され、ＩＴＥＥ平均値かつ／またはＩＴＥＥ分散が使用される。また、他の推定誤差を使用することもできる。モニタ手順中の種々の時刻に対して閾値を設定することができ、モニタ手順中の種々の時刻でクエリを実行して良い。推定誤差の平均かつ／または分散が閾値より小さい場合、ステップ６６５へ分岐し、図６に示す手順に従う。推定誤差の平均かつ／または分散が閾値以上の場合、ステップ６６０へ分岐し、図６に示す手順に従う。

ステップ６５５において、上記の平均および分散が閾値より小さい場合、システムが作動限度内で動作していることが確認される。

ステップ６６０において、上記の平均かつ／または分散が閾値以上である場合、推定誤差の平均かつ／または分散が閾値以上である回数が計数され、ステップ６６５へ進む。

ステップ６６５において、クエリが行われ、その回数が、このプロセスかつ／またはシステムについて設定される閾値より大きいかどうかが決定される。一の実施形態においては、閾値との偏差の回数は、ＩＴＥＥ平均、ＩＴＥＥ分散、および合計について別個の回数を含んでよい。モニタ手順中の種々の時刻に対して閾値を設定することができ、モニタ手順中の種々の時刻でクエリを実行して良い。上記の回数が閾値より大きい場合、ステップ６７０へ分岐し、図６に示す手順に従う。上記の回数が閾値以下の場合、ステップ６７５へ分岐し、図６に示す手順に従う。

ステップ６７０において、上記の回数が閾値より大きい場合、温度センサに不具合がないかチェックする。たとえば、内部熱電対かつ／または外部熱電対が劣化しているか、不具合している可能性がある。

ステップ６７５において、上記の回数が閾値以下である場合、または、温度センサがチェックされた後、誤差が計算される。この誤差は、ヒータゾーンの抵抗値などの温度制御システムのパラメータの変化かつ／またはヒータ電力入力値などの温度制御システム入力値と相互に関連付けることができる。誤差は実時間で計算することができる。また、システムの他の要素を調べ、かつ／または他の推定誤差を使用しても良い。誤差はモニタ手順中の種々の時刻（たとえば、ｔ１）で計算してよく、誤差を出力値に相互に関連付けても良い。その後、ステップ６８０へ進む。

ステップ６８０において、クエリが行われ、誤差が、このプロセスかつ／またはシステムについて設定されるヒータ電力入力値に相互に関連付けられているかどうかが決定される。また、他のシステム要素を調べ、他の推定誤差を使用しても良い。モニタ手順中の種々の時刻に対して閾値を設定することができ、モニタ手順中の種々の時刻でクエリを実行して良い。

ステップ６８５において、誤差が、このプロセスかつ／またはシステムについて設定されるヒータ電力入力値に相互に関連付けられている場合、１又は２以上のヒータに不具合がないかチェックされる。また、システムの他の要素を調べ、他の推定誤差を使用しても良い。モニタ手順中の種々の時刻に対して閾値を設定することができ、モニタ手順中の種々の時刻でクエリを実行して良い。

ステップ６９０において、誤差が、このプロセスかつ／またはシステムについて設定されるヒータ電力入力値に相互に関連付けられていない場合、または、ヒータがチェックされた後、１又は２以上の温度センサ、たとえば内部熱電対、にオフセットがないか、チェックされる。また、システムの他の要素を調べても良い。ステップ６９０の後、ステップ６１５へ進み、図６に示す手順に従う。すなわち、上述のとおり、モデルベースによらない手順に従ってシステムが調べられる。

幾つかの実施形態においては、実時間推定の方法論を使用することができる。また、他の方法を使用しても良い。以下の一組の非線形差動方程式
[外２]

（以下、場合によりｘドットと呼ぶ）および出力方程式ｙを用いて、半導体処理システムかつ／または１又は２以上のシステムの要素またはサブシステムの要素をモデル化することができる。

ここで、ｘは、温度、圧力および反応物の状態からなる状態ベクトルであり；ベクトルｐは、熱容量、熱伝導率、および速度定数などのモデルパラメータからなり；ベクトルｕは、ヒータ電力など、プロセスに適用される入力値からなり；ｗは、ゼロ平均を有する追加のホワイトノイズ、Ｅ（ｗ）＝０（Ｅ（・）は期待値オペレータを意味する）であり；ｖは、ゼロ平均を有する追加のホワイトノイズ、Ｅ（ｖ）＝０である。

初期状態ｘ_０、入力値ｕ、およびパラメータｐに対して、差動方程式を積分して状態の展開を計算することができる。

また、実時間のアプリケーションに対してモデルを線形化してもよい。線形化により、標準軌道に沿ったシステムの動力学を記述する一つの又は一組のモデルがもたらされる。これらの線形モデルは、各時間間隔の第ｉ番目について、行列Ａ_ｉ、Ｂ_ｉおよびＣ_ｉによる状態空間形式で表される。したがって、非線形モデルは、一連の離散時間線形モデルに置き換えることができる。

ここで、ｋは時間インデックスである。初期状態（Ｐ_０）の共分散は、Ｅ｛ｘ_０ｘ_０ ^Ｔ｝＝Ｐ_０であり、Ｔは転置パラメータである。

種々の例において、単一モデルを使用して良く、これらの場合、下付き文字ｉを省略することができるため、システムは以下の式により定義される。

実時間推定器を構築する便利な方法は、カルマンフィルタ行列Ｌ_ｉを使用することである。すなわち、

ここで、ｘ_ｋ＋１やｘ_ｋなどの上のハット記号は、これらが推定された値であることを意味する。

これらの式を使用して、「エラーダイナミックス」Ｚを立証することができる。これは、実際の状態と推定された状態との差であり、以下の式で与えられる。

一例では、ベクトルｅ_ｋは、内部熱電対推定誤差（ＩＴＥＥ）を含んでよい。

これらの式から、以下のことが観測される。
１）ｚ_ｋは、ゼロ平均ノイズに単に駆動されるため、初期値ｚ_０からゼロとなる傾向にある。
２）動力学ｚ_ｋは、カルマンフィルタ設計の目的である（Ａ−ＬＣ）により制御される。
３）出力値推定誤差ｅ_ｋもまたゼロとなる傾向がある。

幾つかの誤差条件を調べる場合、以下のことが仮定される。たとえば、測定値「ｙ」は、各ゾーンにおける内部熱電対および外部熱電対を含み、入力値「ｕ」は、各ゾーンで印加されるヒータ電力を含むと仮定することができる。また、他のパラメータを使用しても良い。

幾つかの実施形態において、ノイズ項「ｗ」および「ｖ」を省略してもよく、ノイズ項「ｗ」および「ｖ」を使用しても良い。

内部熱電対にオフセットがある場合、そのオフセットはベクトル「ｆ」で示される。したがって、プラントのモデルは、以下のようになる。

たとえば、オフセットが第１の内部熱電対にあれば、ベクトル「ｆ」は、以下のように書くことができる。

ここで、エラーダイナミックスは以下のとおりとなる。

これらの更新したエラーダイナミックスから、以下のとおり結論づけることができる。
１）ゼロとなる傾向より、むしろ、ｚ_ｋは幾つかの非ゼロの定常状態値を達成する。
２）同様に、ｅ_ｋもまた幾つかの非ゼロの定常状態値を達成する。
３）しかし、ｅ_ｋは、入力値ｕ_ｋに相互に関連付けられることはない。

この例においては、ヒータ電力サブシステムに不具合条件がある、特に、電力を印加する方法において倍数的に増加する誤差がある、と仮定している。ここで、倍数的に増加する要因を対角行列で表そう。そうすると、プラントのモデルは、以下のとおりとなる。

上記の行列において、各要素γ_ｉは、そのヒータゾーンに不具合がなければ、１である。

これらの定義により、エラーダイナミックスは、以下のとおりとなる。

これらの方程式から、再び、以下の結論が得られる。
４）ゼロとなる傾向より、むしろ、ｚ_ｋは幾つかの非ゼロの定常状態値を達成する。
５）同様に、ｅ_ｋもまた幾つかの非ゼロの定常状態値を達成する。
６）ｅ_ｋは、入力値ｕ_ｋに相互に関連付けられる。

また、定常状態チェックを行ってもよい。このシステムのダイナミックスモデルを再び考える（ただし、今は、ノイズ項を省略する）。そのモデルは、以下のとおりである。

ある定常状態では、ｘドットはゼロであり、その状態における定常状態値はｘ_ｓであり、定常状態入力値はｕ_ｓであり、および定常状態出力値はｙ_ｓである。リファレンスシステムについての入力値および出力値（たとえば、ｕ_ｒｅｆおよびｙ_ｒｅｆ）の既知の定常状態値を用いて、あるシステムの定常状態値をモニタすることができ、リファレンスと比較することができる。特に、フィードバックコントローラがシステム出力値ｙ_ｒｅｆを駆動する場合、ｕ_ｓの値をチェックすることができる。すなわち、

この差が小さい場合、テスト下のシステム（Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ：ＳＵＴ）は、リファレンスシステムと同様に作動する。そうでない場合、誤差条件の可能性が示される。

第１の例として、５つのゾーンを有する熱処理チャンバを考える。その熱処理チャンバにおいて、すべてのゾーンが６００℃である場合、ヒータ電力が表２に示すとおりであると仮定する。

５つの温度ゾーンの温度がともに６００℃である熱処理チャンバにおいて、ゾーン５でのヒータ電力が２６００Ｗとなっている場合、ある種の誤差条件が示されていることは明らかである。その誤差条件は、ヒータゾーンにあるか、Ｏリングなどにある可能性があり、更なるテストを行って診断しなければならない。

一の実施形態では、動的応答チェックが行われる。本明細書で説明するように、誤差を検出する一の方法は、システムの動的応答をモニタし、これをレファレンスと比較することである。この目的のため、たとえば、動的実時間推定器を使用することができる。レファレンスシステムで作製される線形推定器を考える。ここでは、出力値の推定値が以下の式で与えられる。

ＳＵＴが出力値ｙ_ｋを生成しているとき、これら２つが十分に近似しているかを決めるチェックを行う。すなわち、

多くのシミュレーションを行って、先に提示した理論に基づく多くのシミュレーションの結果が得られた。炉においては、４つのゾーンを有するバッチ炉について先に得たモデルデータを使用している。

幾つかのシミュレーションについて、ウェハ温度を始めに７００℃に設定し、次いで７５０℃に変え、最後に７００℃に戻すといった単純なステップ・アンド・ホールドレシピが使用されている。

図７は、バッチ炉の通常の応答を示す。具体的には、４つのゾーン（１〜４）のそれぞれについて、内部熱電対の指示値の変化と、ヒータ電力のパーセント変化とを示している。場合によっては、設定点がウェハ温度に適用されるとき、内部熱電対の指示値が設定点に至る必要は必ずしもない。

図８は、各ゾーン（１〜４）についての基準プロファイル推定誤差を示す。このデータから、各ゾーンの推定誤差は、プロセスノイズに関する約０．１℃の偏差を有するゼロ平均であることが分かる。

他のシミュレーションを行って、内部熱電対のオフセット誤差を調べた。このシミュレーションでは、１℃のオフセット誤差が内部熱電対へ導入され、各シミュレーションについて一つの誤差を使用した。この場合、プラントモデルは、以下のとおりとなる。

したがって、４つのシミュレーションを行ない、それぞれで上記のベクトルの一つを使用した。プロファイル推定誤差ｅ_ｋは、以下の式で与えられる。

図９は、第２の内部熱電対（ｆ２）において１℃のオフセットがある場合の各ゾーン（１〜４）のプロファイル推定誤差を示す。このシミュレーションでは、現実の炉プロセスで何が観察されるかが良く分かるように、プロセスノイズが導入されている。ここで、ノイズは、ゼロ平均ガウシアン変数である。

この曲線から以下のことが分かる。
１）ゾーン２についてのプロファイル推定誤差は、明確なノンゼロ平均を有する。
２）他のゾーンは、小さなノンゼロ平均を有する。

これらのシミュレーションから、プロファイル推定誤差を使用して、プロファイル熱電対測定値にオフセット誤差があるかどうかを決めることができることが分かる。

図１０に、各ゾーン（１〜４）の１℃のオフセットについてのプロファイル推定誤差をまとめる。バーチャートは、ただ一つのオフセットが一度に使用される場合の４つのシミュレーションのそれぞれについて、プロファイル推定誤差の平均値の変化を示している。図１０から以下のように結論づけることができる。
１）ゾーン２とゾーン３については、ゾーン１とゾーン４に比べて、プロファイル推定誤差により明確な変化がある。
２）誤差のパターンは、どのチャネルが関連しているかを決定するのに有益であり得る。

他のシミュレーションでは、ヒータ電力誤差を調べた。このシステムに印加されるヒータ電力において倍数的に増加する誤差がある場合、プロファイル推定誤差を調べることができる。この場合、モデルは以下のとおりである。

以下のシミュレーションでは、ヒータゾーン２について倍数的に増加する誤差の要因０．８５を使用した。すなわち、

誤差方程式は、推定誤差がヒータ電力に相互に関連付けられることを示している。なぜなら、エラーダイナミックスが以下のとおりだからである。

図１１は、ヒータゾーン２において倍数的に増加する誤差が０．８５をある場合の各ゾーン（１〜４）におけるプロファイル推定誤差と、ヒータ電力のパーセント変化とを示す。図１１のデータは、推定誤差がヒータ電力に相互に関連付けられていることを示す。ゾーン１とゾーン２についての推定誤差はヒータ電力に相互に関連付けられていることに留意されたい。これらはヒータ電力により大きな変化がある場合に増加する。そのような変化は、レシピの温度上昇及び温度降下の段階で生じる。

本発明の方法論を証明するため、４ゾーンシステムを用いてテストを行った。ただし、このシステムではモデルベースコントローラは使用していない。テスト中、定常状態および過渡応答特性に着目した。

実験には、第１の例としてチャンバ温度を約５５０℃から約６００℃へ上げる場合、第２の例としてチャンバ温度を約６００℃から約７００℃へ上げる場合、第３の例としてチャンバ温度を約７００℃から約８００℃へ上げる場合のそれぞれのランプ・アンド・ホールドレシピが含まれる。

また、第１の例としてチャンバ温度を約８００℃から約７００℃へ下げる場合、第２の例としてチャンバ温度を約７００℃から約６００℃へ下げる場合、第３の例としてチャンバ温度を約６００℃から約５５０℃へ下げる場合のそれぞれのランプ・アンド・ホールドレシピも含まれる。

さらに、実験には、各ゾーンのプロファイル温度を設定点の６００℃から＋／−１０℃変化させる、ゾーン毎の摂動が含まれる。この実験は、本明細書で説明する種々の行列に対する炉の応答を特徴づけるために実施した。

種々の実施形態において、システムの熱応答の「基準署名」を形成するため、以下の行列を使用することができる。
１）各ゾーンについての温度上昇の際に設定点の７０％、９０％、および９９％に達するのに要する時間。
２）各ゾーンについての温度降下スロープ。
３）６００℃、７００℃、および８００℃の各々についての定常状態の外部熱電対温度。
４）６００℃、７００℃、および８００℃の各々についての定常状態の電力。

図１２は、カスケード制御で６００℃まで温度を上げる様子を示す。図１２の上のグラフは、設定点（５）と各ゾーン（１〜４）における内部熱電対のデータとを示している。図１２の下のグラフは、各ゾーン（１〜４）におけるヒータ電力のパーセント変化を示している。

図１３は、カスケード制御で８００℃から７００℃まで温度を下げる様子を示す。図１３の上のグラフは、設定点（５）と各ゾーン（１〜４）における内部熱電対のデータとを示している。図１３の下のグラフは、各ゾーン（１〜４）におけるヒータ電力のパーセント変化を示している。

基準モデルパラメータを生成する際、内部熱電対と外部熱電対との関係を調べることができる。図１４は、各ゾーン（１〜４）における内部温度センサと外部温度センサとの関係を示す。具体的には、図１４は、カスケード制御を使用している場合において炉の温度が６００℃、７００℃、および８００℃のときの４つのゾーンの各々における内部熱電対と外部熱電対との差を示している。これらのチャートは、「基準」の差を示している。基準の差が設定されると、基準からの偏差を用いて動作条件の劣化を指摘することができる。

基準モデルパラメータを生成する際、ヒータ電力を調べることもできる。図１５は、炉の温度が６００℃、７００℃、および８００℃であって、カスケード制御を使用しているときの４つのゾーンの各々におけるヒータ電力を示している。図１５は、ヒータ電力は炉の温度に強く関連していることを示している。特に、ゾーン１とゾーン４について明らかである。これらのチャートは、「基準」の差を示している。基準の差が設定されると、基準からの偏差を用いて動作条件の劣化を指摘することができる。

また、基準モデルパラメータを生成する際、ゾーン毎の感度を調べることができる。この感度とは、設定点のゾーン毎の変化に対する炉の温度応答に基づくものであって良い。炉がカスケード制御下にあるとき、セットポイントの変化は内部熱電対に対するものである。図１６は、カスケード制御を使用している場合の４つのゾーン（１〜４）の各々における感度値を示す。

摂動に基づき、２つの感度行列が設定される。すなわち、
Ｍ１＝外部熱電対 → 内部熱電対
Ｍ２＝ヒータ電力 → 内部熱電対
下記の行列は、炉で収集された現実の実時間データログに基づいている。

また、この行列の「サイン」パターンは、きわめて有益でもある。サインパターン行列は、以下のとおりである。

したがって、サインパターンを使用して、内部熱電対のどこで偏差が生じたかを指摘することができる。同様に、ヒータ電力行列は、以下のとおりとなる。

再び、サインパターンを使用すれば、ヒータのどこで偏差が生じたかを指摘することができる。

図１７は、ゾーン１の摂動の一例を示す。具体的には、図１７は、炉がカスケード制御下にある場合に、温度設定点が＋／−１０℃変化したときの炉の応答を示している。図１７の左側のチャートは、設定点と内部熱電対の表示値とを時間との関係で示している。右側のチャートは、各ゾーン（１〜４）についてのヒータ電力と時間との関係を示している。

モデルベースコントロールシステムにおいては、ＢＩＳＴ方法論は、幾つもの異なるパラメータ行列に基づくものであって良い。一の実施形態では、内部熱電対と外部熱電対との差（Ｉｎｎｅｒ−Ｏｕｔｅｒ Ｔ／Ｃ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：ＩＯＴＤ）の行列と、電力レベル差（Ｐｏｗｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：ＰＬＤ）の行列と、内部熱電対推定誤差感度（Ｉｎｎｅｒ Ｔ／Ｃ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｅｒｒｏｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ：ＩＴＥＥＳ）の行列とを使用することができる。また、他の行列を使用しても良い。

モデルベースコントローラを使用する５ゾーンシステムを使用して、他のデータを取得した。第１の組の実験中、標準システム条件を使用して、基準データを生成した。第２の組の実験中、５組のデータが収集された。すなわち、第１のランでは、ゾーン１の内部熱電対に対して５℃のオフセットを与え；第２のランでは、ゾーン２の内部熱電対に対して５℃のオフセットを与える、などを行ってデータを収集した。第３の組の実験中、追加の５セットのデータが収集された。すなわち、第１のランでは、ゾーン１のヒータ電力を９０％まで減少させ；第２のランでは、ゾーン２のヒータ電力を９０％まで減少させる、などを行ってデータを収集した。

ＢＩＳＴシステムは、これらの行列におけるパラメータを実時間で評価し追跡することができ、かつ、これらの測定されたパラメータを基準データと実時間で比較することができる。ＢＩＳＴシステムは、熱処理システムにおける劣化を検出するため、これらのパラメータのいかなる変化をも使用することができる。ＢＩＳＴシステムは、樹形図を用いて、何が変化の原因であるかを検出し、また、問題を「診断」することができる。

図１８は、内部熱電対のオフセットにより、内部熱電対と外部熱電対との差がどのように変化するかを示すバーチャートである。５回のランの各々において、対応するゾーンにおいて、内部熱電対と外部熱電対との間の差に正の変化が生じている。変化のパターンは、どのゾーンがオフセットを有するかに依存している。たとえば、ゾーン１において内部熱電対に５℃のオフセットがあると、そのゾーンで、その内部熱電対と外部熱電対との間に１０℃を超える変化が生じている。図１８に示す内部熱電対のオフセットデータを使用して、内部熱電対と外部熱電対との間の差（ＩＯＴＤ）の行列を生成することができる。

図１９は、内部熱電対のオフセットにより、ヒータ電力（ワット）がどのように変化するかを示すバーチャートである。５回のランの各々において、内部熱電対にオフセットがあると、対応するゾーンのヒータ電力が減少している。たとえば、ゾーン１の内部熱電対に５℃のオフセットがあると、ゾーン１のヒータ電力が約２００ワット減少する。図１９に示すヒータ電力のデータを使用して、電力レベル差（ＰＤＬ）行列を生成することができる。

図２０は、内部熱電対のオフセットにより、内部熱電対推定誤差（ＩＴＥＥ）がどのように変化するかを示すバーチャートである。５回のランの各々において、内部熱電対にオフセットがあると、対応するゾーンのＩＴＥＥに負の変化が生じる。たとえば、ゾーン４の内部熱電対に５℃のオフセットがあると、ゾーン４におけるＩＴＥＥに−０．５℃の変化が生じる。図２０に示す内部熱電対のオフセットのデータを使用して、内部熱電対推定誤差感度（ＩＴＥＥＳ）行列を生成することができる。

図２１は、ヒータ電力のスケーリングにより、内部熱電対と外部熱電対との間の差がどのように変化するかを示すバーチャートである。ゾーン４とゾーン５の組み合わせを除くと、内部熱電対と外部熱電対との間の差は小さく、したがって、電力スケーリングにおける変化は、内部熱電対と外部熱電対との間の差に影響しないと期待される。図２１に示す内部熱電対のオフセットのデータを使用して、１又は２以上のＩＯＴＤ行列を決定することができる。

図２２は、ヒータ電力のスケーリングにより、ヒータ電力がどのように変化（パーセント）するかを示すバーチャートである。５回のランの各々において、対応するゾーンのヒータ電力が増加している。電力のパーセント変化は、電力スケーリングと一致している。たとえば、ゾーン２の電力をスケーリングすると、ゾーン２の電力が約１０％変化する。図２２に示すヒータ電力のデータを使用して、１又は２以上のＰＤＬ行列を決定することができる。

図２３は、ヒータ電力のスケーリングにより、内部熱電対推定誤差（ＩＴＥＥ）がどのように変化するかを示すバーチャートである。電力量の変化（１０％）は、ゾーン３のヒータに対して最大である。そのため、これに対応して、ＩＴＥＥはゾーン３における電力スケーリングについて大きな変化がみられる。他のゾーンの電力スケーリングに伴うＩＴＥＥの変化は比較的小さい。図２３に示すＩＴＥＥのデータを使用して、１又は２以上のＩＴＥＥＳ行列を決定することができる。

一般的に、ベアシリコンウェハは、かなり平坦で、厳しい仕様のもとで製造されている。しかし、複数の熱処理を経て複数の膜がウェハに堆積されると、ウェハが著しく湾曲する場合がある。ウェハの湾曲は、堆積プロセスを始めとするプロセス中に問題を発生させ、膜の均一性かつ／またはＣＤ均一性に悪影響を与える。

ＢＩＳＴシステムを使用して、ウェハ誤差を検出し、過度の湾曲があるウェハを不合格とすることができる。「数学的モデル」において１又は２以上の測定デバイスからの実時間データを使用して、ウェハの湾曲を推定かつ／または補償することができる。また、そのモデルは、静的、動的、線形、または非線形であってよい。

種々の実施形態を提示して本発明を説明し、これらの実施形態を限りなく詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に限定することは、本願出願人の意図するところではない。追加の利点および変形は、当業者にとっては明白であろう。本発明はより広い態様にあり、したがって、本明細書に示され説明された具体的な詳細、代表的な装置や方法、または例示に限定されることはない。したがって、本発明の一般的な概念の範囲から逸脱しない限り、そのような詳細からの変更が可能である。

本発明の実施形態に従う熱処理システムの等角投影図である。 本発明の実施形態に従う熱処理システムの一部の部分断面模式図である。 本発明の実施形態に従う熱処理システムの簡略化ブロック図である。 本発明の実施形態に従う熱処理システムの１又は２以上の応答を特徴づける動的モデルの実施形態を示す概略図である。 本発明の実施形態に従う熱処理システムの概略図である。 本発明の実施形態に従う、熱処理システムのモニタ方法のフロー図である。 本発明の実施形態における、バッチ炉における４つのゾーンそれぞれのヒータ電力および内部熱電対のノミナル応答を示す。 本発明の実施形態における、各ゾーンの基準プロファイル推定誤差を示す。 本発明の実施形態における、内部熱電対にオフセットがある場合の各ゾーンにおけるプロファイル推定誤差を示す。 本発明の実施形態における、各ゾーンのオフセットについてのプロファイル推定誤差を概要である。 本発明の実施形態における、倍数的に増加する誤差がある場合のヒータ電力とプロファイル推定誤差を示す。 本発明の実施形態における、カスケード制御で６００℃まで温度を上げる様子を示す。 本発明の実施形態における、カスケード制御で８００℃から７００℃まで温度を下げる様子を示す。 本発明の実施形態における、内部温度センサと外部温度センサとの間の関係を示す。 本発明の実施形態における、４つのゾーンのそれぞれにおけるヒータ電力を示す。 本発明の実施形態における、カスケード制御が行われる場合の４つのゾーンそれぞれにおける感度値を示す。 本発明の実施形態における、カスケード制御下にある炉が温度設定点の変化に対しどのように応答するかを示す。 本発明の実施形態における、５ゾーンシステムにおいて熱電対オフセットに対し、内部熱電対と外部熱電対との間の差がどのように変化するかを示す。 本発明の実施形態における、内部熱電対のオフセットに従うヒータ電力（ワット）の変化を示すバーチャートである。 本発明の実施形態における、内部熱電対のオフセットによる内部熱電対推定誤差（ＩＴＥＥ）の変化を示すバーチャートである。 本発明の実施形態における、ヒータ電力のスケーリングにより、内部熱電対と外部熱電対との間の差がどのように変化するかを示すバーチャートである。 本発明の実施形態における、ヒータ電力のスケーリングに従うヒータ電力の変化（％）を示すバーチャートである。 本発明の実施形態における、ヒータ電力のスケーリングに従う内部熱電対推定誤差（ＩＴＥＥ）の変化を示すバーチャートである。

符号の説明

１００ 熱処理システム、１０１ ハウジング、１０２ キャリア、１０５ パーティション、１０７ キャリア移送領域、１０９ ローディング領域、１０３ ボート、１０４ プロセスチャンバ、１０７ キャリア移送領域、１０８ ステージ、１０９ ローディング領域、１１１ キャリア置き場、１１５ ノッチ整列機構、１２１ ボート搬送機構、１２２ 移送機構、１９０ システムコントローラ、１９２ プロセッサ、１９４ メモリ、２０５ 熱処理システム、２０２ プロセスチャンバ、２０２ｂ アウタチューブ、２０２ａ インナチューブ、２２１ マニホールド、２０３ ウェハボート、２１０ 排気システム、２２４ 蓋、２２５ 断熱シリンダ、２３１〜２３５ ヒータ、２３６〜２４０ 電源コントローラ、２６０ ガス供給システム、２９０ コントローラ、２２７ 排気パイプ、２２８ 圧力調整器、Ｗ ウェハ。

Claims (25)

1. 内蔵自己テスト（ＢＩＳＴ）テーブルを使用する熱処理システムをモニタする方法であって：
   異なるゾーンに分割され、その各ゾーンに１又は２以上のウェハが位置される熱処理システムに複数のウェハを置く工程；
   前記熱処理システムについて生成され前記内蔵自己テストテーブルに保管される第１の内蔵自己テストルールにより設定される第１の組のプロセスパラメータを用いて第１の自己テストプロセスを実行する工程；
   前記第１の自己テストプロセスについての前記第１の内蔵自己テストルールにより決まる基準過渡応答と測定される過渡応答との間の差を用いて過渡誤差を実時間で決定する工程；
   前記第１の自己テストプロセスについての前記第１の内蔵自己テストルールにより設定される作動限度と前記過渡誤差を比較する工程；
   前記過渡誤差が前記作動限度内にあるとき、前記第１の自己テストプロセスを継続する工程；および
   前記過渡誤差が前記作動限度の少なくとも一つの中にないとき、前記第１の自己テストプロセスについての前記第１の内蔵自己テストルールにより設定される警告限度と前記過渡誤差を比較し、
   前記過渡誤差が前記警告限度内にあるとき、過渡誤差の第１の問題を示す警告メッセージを発し、前記第１の自己テストプロセスを継続する工程か、または、
   前記過渡誤差が前記警告限度の少なくとも一つの中にないとき、過渡誤差の第２の問題を示す不具合メッセージを発する工程か、のいずれかの工程；
   を備えるモニタ方法。
2. 前記測定される過渡応答が温度センサオフセット行列を含み、前記基準過渡応答が第１の組の基準温度センサオフセット行列を含み、前記第１の組の基準温度センサオフセット行列の各々が異なるタイムスタンプを含む、請求項１に記載のモニタ方法。
3. 前記測定される過渡応答が内部熱電対オフセット行列を含み、前記基準過渡応答が第１の組の基準内部熱電対オフセット行列を含み、前記第１の組の基準内部熱電対オフセット行列の各々が異なる測定期間を含む、請求項２に記載のモニタ方法。
4. 前記測定される過渡応答が電力システム行列を含み、前記基準過渡応答が第１の組の基準電力システム行列を含み、前記第１の組の基準電力システム行列の各々が異なるタイムスタンプを含む、請求項１に記載のモニタ方法。
5. 前記測定される過渡応答が電力レベル差行列を含み、前記基準過渡応答が第１の組の基準電力レベル差行列を含み、前記第１の組の基準電力レベル差行列の各々が異なる測定期間を含む、請求項４に記載のモニタ方法。
6. 前記測定される過渡応答が感度行列を含み、前記基準過渡応答が第１の組の基準感度行列を含み、前記第１の組の基準感度行列の各々が異なるタイムスタンプを含む、請求項１に記載のモニタ方法。
7. 前記測定される過渡応答が温度センサ推定誤差感度行列を含み、前記基準過渡応答が第１の組の基準温度センサ推定誤差感度行列を含み、前記第１の組の基準温度センサ推定誤差感度行列の各々が異なる測定期間を含む、請求項６に記載のモニタ方法。
8. 前記温度センサ推定誤差感度行列が、内部熱電対推定誤差感度（ＩＴＥＥＳ）行列を含む、請求項７に記載のモニタ方法。
9. 前記第１の自己テストプロセスについて前記第１の内蔵自己テストルールにより決まる基準定常状態応答と測定される定常状態応答との差を用いて、定常状態誤差を決定する工程；
   前記定常状態誤差を作動限度と比較する工程；
   前記定常状態誤差が前記作動限度内にあるとき、前記第１の自己テストプロセスを継続する工程；
   前記定常状態誤差が前記作動限度の少なくとも一つの中にないとき、前記定常状態誤差を警告限度と比較し、
   前記定常状態誤差が前記警告限度内にあるとき、定常状態誤差の第１の問題を示す警告メッセージを発し、前記第１の自己テストプロセスを継続する工程か、
   前記定常状態誤差が前記警告限度の少なくとも一つの中にないとき、定常状態誤差の第２の問題を示す不具合メッセージを発する工程か、のいずれかを行う工程；
   を更に備える、請求項１に記載のモニタ方法。
10. 前記測定される定常状態応答が温度センサオフセット行列を含み、前記基準定常状態応答が第１の組の基準温度センサオフセット行列を含み、前記第１の組の基準温度センサオフセット行列の各々が異なるタイムスタンプを含む、請求項９に記載のモニタ方法。
11. 前記測定される定常状態応答が内部熱電対オフセット行列を含み、前記基準定常状態応答が第１の組の基準内部熱電対オフセット行列を含み、前記第１の組の基準内部熱電対オフセット行列の各々が異なる測定期間を含む、請求項１０に記載のモニタ方法。
12. 前記測定される定常状態応答が電力システム行列を含み、前記基準定常状態応答が第１の組の基準電力システム行列を含み、前記第１の組の基準電力システム行列の各々が異なるタイムスタンプを含む、請求項９に記載のモニタ方法。
13. 前記測定される定常状態応答が電力レベル差行列を含み、前記基準定常状態応答が第１の組の基準電力レベル差行列を含み、前記第１の組の基準電力レベル差行列の各々が異なる測定期間を含む、請求項１２に記載のモニタ方法。
14. 前記測定される定常状態応答が感度行列を含み、前記基準定常状態応答が第１の組の基準感度行列を含み、前記第１の組の基準感度行列の各々が異なるタイムスタンプを含む、請求項９に記載のモニタ方法。
15. 前記測定される定常状態応答が温度センサ推定誤差感度行列を含み、前記基準定常状態応答が第１の組の基準温度センサ推定誤差感度行列を含み、前記第１の組の基準温度センサ推定誤差感度行列の各々が異なる測定期間を含む、請求項１４に記載のモニタ方法。
16. 前記温度センサ推定誤差感度行列が内部熱電対推定誤差感度（ＩＴＥＥＳ）行列を含む、請求項１５に記載のモニタ方法。
17. 前記過渡誤差の平均値を計算する工程；
    前記過渡誤差の分散値を計算する工程；
    前記過渡誤差の相関値を計算する工程；および、
    前記過渡誤差の平均値、前記過渡誤差の分散値、もしくは前記過渡誤差の相関値またはこれらの組み合わせを用いて、前記過渡誤差の第１の問題もしくは前記過渡誤差の第２の問題または双方を決定する工程；
    を更に備える、請求項１に記載のモニタ方法。
18. 前記定常状態誤差の平均値を計算する工程；
    前記定常状態誤差の分散値を計算する工程；
    前記定常状態誤差の相関値を計算する工程；および、
    前記定常状態誤差の平均値、前記定常状態誤差の分散値、もしくは前記定常状態誤差の相関値またはこれらの組み合わせを用いて、前記定常状態誤差の第１の問題もしくは前記定常状態誤差の第２の問題または双方を決定する工程；
    を更に備える、請求項９に記載のモニタ方法。
19. 前記過渡誤差の３シグマ値を計算する工程；および
    前記過渡誤差が該過渡誤差の３シグマ値を超えるとき、過渡ドロップアウトを計数し特定する工程；
    を更に備える、請求項１に記載のモニタ方法。
20. 前記定常状態誤差の３シグマ値を計算する工程；および
    前記定常状態誤差が前記定常状態誤差の３シグマ値を超えるとき、定常状態ドロップアウトを計数し特定する工程；
    を更に備える、請求項９に記載のモニタ方法。
21. 前記過渡誤差および前記定常状態誤差が作動限度内にあるとき、前記熱処理システムを作動システムと特定する工程；および
    前記過渡誤差もしくは前記定常状態誤差または双方が作動限度内にないとき、前記熱処理システムを非作動システムと特定する工程；
    を更に備える、請求項９に記載のモニタ方法。
22. 前記熱処理システムの温度測定要素の感度行列を計算する工程であり、設定点が第１の値から第２の値へ変化する、工程；
    前記感度行列からシグマ行列を決定する工程；および
    前記感度行列もしくは前記シグマ行列またはこれらの組み合わせを用いて、前記過渡誤差の第１の問題もしくは前記過渡誤差の第２の問題または双方を決定する工程；
    を更に備える、請求項９に記載のモニタ方法。
23. 前記熱処理システムの温度制御要素の感度行列を計算する工程であり、設定点が第１の値から第２の値へ変化する、工程；
    前記感度行列からシグマ行列を決定する工程；および
    前記感度行列もしくは前記シグマ行列またはこれらの組み合わせを用いて、前記過渡誤差の第１の問題もしくは前記過渡誤差の第２の問題または双方を決定する工程；
    を更に備える、請求項１に記載のモニタ方法。
24. 下記の式で表される第１の組の非線形差動方程式
    ［外１］
    

    

    および第１の出力方程式ｙ_１：
    

    

    を用いて前記第１の自己テストプロセスをモニタする工程を更に備え、
    前記第１のベクトルｘ_１が前記第１の自己テストプロセスの第１の状態ベクトルを含み、前記第１のベクトルｐ_１が前記第１の自己テストプロセスの１又は２以上のモデルパラメータを含み、前記ベクトルｕ_１が前記第１の自己テストプロセス中に適用される１又は２以上の入力を含む、請求項１に記載のモニタ方法。
25. 前記基準過渡応答が設定点のパーセント値に基づく複数の時間値のデータを含む、請求項１に記載のモニタ方法。
    

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