JP5501718B2 - 基板の異常載置状態の検知方法、基板処理方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体および基板処理装置 - Google Patents

基板の異常載置状態の検知方法、基板処理方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体および基板処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板を加熱して成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理、結晶化処理等の処理を行う処理装置において、基板が基板載置台に異常な状態で載置されている場合にこれを検知する基板の異常載置状態の検知方法、この方法を利用した基板処理方法、前記方法に用いるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体および基板処理装置に関する。
半導体装置の製造過程で、半導体ウエハなどの基板に対し、成膜等の処理を行う処理装置は、チャンバ内に基板を載置する基板載置台を備えており、この基板載置台によって基板を支持した状態で処理が行われる。基板載置台には、処理内容に応じて基板を加熱できるようにヒーターが内蔵されており、例えば熱ＣＶＤ法等による成膜処理を行う場合であれば、ヒーターによって基板載置台の温度を５００℃〜７００℃程度まで加熱する（例えば特許文献１）。
しかし、基板載置台と基板との間に異物が入り込むなどして基板が載置面から浮き上がったり、搬送装置の誤動作によって基板載置台上で基板が正規の位置から位置ずれをして載置されたりした場合、基板載置台から基板への熱伝導が不均一になり、処理内容（成膜であれば膜厚など）が基板面内で不均一になってしまうという問題があった。また、基板自体に反りが生じて部分的に浮き上がりが生じた場合や、基板載置台自体に変形や破損などのトラブルが生じて基板が正常な状態で載置されていない場合も、上記と同様の問題が生じていた。
特開２００６−２８３１７３号公報
従来、異物や位置ずれ、基板の異常、基板載置台の異常等に基づく基板の異常載置状態が生じた場合、それを処理の途中で確実に検知する方法はなかった。このため、デバイス作成時にロット不良・製品不良となったものについて、事後に原因究明がなされ、異常な載置状態であったことが判明する、という事例がほとんどであった。従って、一旦、異常載置状態が発生すると、ロット不良、製品不良が連続発生し、歩留まりを低下させる要因になっていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、基板載置台への基板の異常載置状態を早期に発見できる方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る基板の異常載置状態の検知方法は、基板処理装置においてヒーターを有する基板載置台に基板を載置して加熱しながら処理を行う際に、基板の載置状態の異常を検知する基板の異常載置状態の検知方法であって、
１枚の基板を処理する間の全体もしくは一部分の時間において、前記ヒーターへの電気的出力の情報または前記基板載置台の計測温度の情報を参照し、前記電気的出力または前記計測温度の最大値および最小値もしくは積算値を検出する工程と、
検出された前記最大値および前記最小値もしくは前記積算値をもとに基板の異常載置状態を判定する工程と、
を備えている。
本発明の基板の異常載置状態の検知方法によれば、前記ヒーターへの電気的出力の最大値および最小値もしくは積算値、または前記基板載置台の温度の最大値および最小値もしくは積算値を指標として、１枚の基板を処理する毎に基板の異常載置状態を判定できるので、製品不良率を最小限に抑え、歩留まりを向上させることができる。また、例えば基板の載置位置を検出するためのセンサなどの新たな設備を必要としないので、既存の設備への適用が容易である。
本発明の基板の異常載置状態の検知方法では、前記最大値および前記最小値の差分を求め、該差分を所定のしきい値と比較することにより、異常載置状態であるか否かを判定することが好ましい。この特徴によれば、上記の最大値と最小値との差分を予め設定されたしきい値と比較することにより、基板の異常載置状態の判定が容易になる。
また、本発明の基板の異常載置状態の検知方法では、前記最大値および前記最小値の差分を求め、該差分を、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された最大値と最小値との差分を用いて演算処理する工程を含み、該演算の結果を所定のしきい値と比較することにより、異常載置状態であるか否かを判定することが好ましい。この特徴によれば、成膜処理などで堆積物によって基板載置台の状態が変化していく場合でも、同じ処理内容で１枚前に処理した基板を基準に補正（演算処理）を行うことで、精度よく基板の異常載置状態を検知することが可能になる。
また、本発明の基板の異常載置状態の検知方法では、前記積算値を、所定のしきい値と比較することにより、異常載置状態であるか否かを判定することが好ましい。この特徴によれば、積算値を予め設定されたしきい値と比較することにより、判定が容易になる。
また、本発明の基板の異常載置状態の検知方法では、前記積算値を、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された積算値を用いて演算処理する工程を含み、該演算の結果を所定のしきい値と比較することによって、異常載置状態であるか否かを判定することが好ましい。この特徴によれば、成膜処理などで堆積物によって基板載置台の状態が変化していく場合でも、同じ処理内容で１枚前に処理した基板を基準に補正を行うことで、精度良く基板の異常載置状態を検知することが可能になる。
この場合、前記積算値をＡ１とし、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された前記積算値をＡ０とした場合、Ａ１とＡ０との比を、所定のしきい値と比較してもよいし、あるいは、Ａ１とＡ０との差分を、所定のしきい値と比較してもよい。
また、本発明の基板の異常載置状態の検知方法において、前記ヒーターへの電気的出力は、ヒーターへの供給電力、供給電流または供給電圧のいずれか１つ以上であることが好ましい。
これらのパラメータは、プロセスにおいて通常管理されるヒーターへの電気的出力のパラメータであるため、それを利用することによって、制御系統への負荷が小さくて済み、既存設備への適用も容易である。
本発明に係る基板処理方法は、基板処理装置においてヒーターを有する基板載置台に基板を載置して加熱しながら処理を行う基板処理方法であって、上記基板の異常載置状態の検知方法によって基板の載置状態を監視しながら処理を行うものである。
本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、基板処理装置においてヒーターを有する基板載置台に基板を載置して加熱しながら処理する際、１枚の基板を処理する間の全体もしくは一部分の時間において、前記ヒーターへの電気的出力の情報または前記基板載置台の計測温度の情報を参照し、前記電気的出力または前記計測温度の最大値および最小値もしくは積算値を検出するステップと、
検出された前記最大値および前記最小値もしくは前記積算値をもとに基板の異常載置状態を判定するステップと、
を、コンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明に係る基板処理装置は、基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台に載置された基板を加熱するヒーターと、
前記ヒーターに電気的に接続されたヒーター電源と、
前記基板載置台の温度を計測する温度計測手段と、
前記ヒーターへの電気的出力または前記基板載置台の計測温度を記憶する記憶手段と、
前記ヒーターへの電気的出力の最大値と最小値との差分もしくは積算値、または前記基板載置台の計測温度の最大値と最小値との差分もしくは積算値を検出し、前記最大値と最小値との差分、または前記積算値をもとに、前記基板の異常載置状態を判定する判定手段と、を備えている。
本発明の基板の異常載置状態の検知方法によれば、ヒーターへの電気的出力または基板載置台の計測温度から、最大値および最小値もしくは積算値を求め、簡単な演算を行うことで基板の異常載置状態を早期にかつ正確に把握できる。従って、製品不良を最小限に抑えることができ、歩留まりを改善できる。
また、本発明方法は、基板の位置を検出する光学センサなどの設備を設けずに実施できるため、既存の設備への適用が容易であり、利用価値が高いものである。
本発明の一実施の形態に係る成膜装置の概略構成を示す断面図である。 図１の成膜装置の制御系統を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る異常載置状態の検知方法の手順を示すフロー図である。 ウエハの正常な載置状態と異常な載置状態での相違を説明する図面である。 本発明の第２の実施の形態に係る異常載置状態の検知方法の手順を示すフロー図である。 ウエハの正常載置状態と異常載置状態におけるステージの計測温度、ヒーターへの供給電力のΔ値の変化を示すグラフ図面である。 ウエハの正常載置状態と模擬的な異常載置状態におけるヒーターへの供給電力の経時変化を示すグラフ図面である。 ウエハの正常載置状態と異常載置状態におけるヒーターへの供給電力の積算値を示すグラフ図面である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に、基板処理装置の一実施形態である成膜装置１００の概略構成例を示した。この成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状の処理容器１を有している。処理容器１の中には被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗを水平に支持する基板載置台であるステージ３が配備されている。
ステージ３は、円筒状の支持部材５により支持されている。ウエハＷの中央部に対応するステージ中央部の領域には、加熱手段としてのヒーター６ａが埋設されている。また、ヒーター６ａの外側、つまりウエハＷの周縁部に対応するステージ周縁部の領域には、環状にヒーター６ｂが埋設されている。これらのヒーター６ａ，６ｂは、それぞれ独立してヒーター電源７から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する抵抗加熱ヒーターである。本実施形態では、ウエハＷの中央部と周縁部との間に温度差が生じやすいことを考慮して、内外２分割されたヒーター６ａ，６ｂを配備することにより、これら二つの領域の加熱温度をそれぞれ独立して制御する構成を採用している。また、ステージ３には、温度計測手段としての熱電対（ＴＣ）８が配備されており、ステージ３の温度をリアルタイムで計測できるようになっている。
また、図示は省略するが、ステージ３には、ウエハＷを支持して昇降させるための複数の支持ピンがステージ３の基板載置面Ｓに対して突没可能に設けられている。これらの支持ピンは任意の昇降機構により上下に変位し、上昇位置で搬送装置（図示省略）との間でウエハＷの受け渡しを行えるように構成されている。
処理容器１の天板１ａには、シャワーヘッド１１が設けられている。このシャワーヘッド１１は、内部にガス拡散空間１１ａを有している。また、シャワーヘッド１１の下面には、ガス拡散空間１１ａに連通する多数のガス吐出孔１３が形成されている。また、シャワーヘッド１１の中央部には、ガス拡散空間１１ａに連通するガス供給配管１５が接続されている。このガス供給配管１５は、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）１７と図示しない複数のバルブを介して、成膜原料ガス等を供給するガス供給源１９に接続されている。
ガス供給源１９からは、ガス供給配管１５を介して、成膜原料ガスのほか、処理容器１内をクリーニングするためのクリーニングガス、処理容器１内の雰囲気置換をするためのパージガスなどがシャワーヘッド１１へ供給される。
シャワーヘッド１１には、整合器２１を介して高周波電源２３が接続されている。この高周波電源２３からシャワーヘッド１１に高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド１１を介して処理容器１内に供給された原料ガスをプラズマ化して成膜することができる。
処理容器１の底壁１ｃには、排気室３０が連結されている。この排気室３０の側部には排気孔３１が形成されている。この排気孔３１には排気管３３を介して排気装置３５が接続されている。また、排気管３３の途中には、バルブ３７が配備されており、処理容器１の内部と排気装置３５との間を気密に遮断できるように構成されている。そして、バルブ３７を開けた状態で、排気装置３５を作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧できるように構成されている。
処理容器１を構成する各部材の接合部分には、該接合部分の気密性を確保するために、シール部材としてのＯリングが配備されている。図１では、例えば天板１ａと側壁１ｂとの接合部分に環状にＯリング４１が配備され、また、底壁１ｃと排気室３０のフランジ部３０ａとの接合部分に環状にＯリング４５が配備されている。
以上のような構成の成膜装置１００では、処理容器１内を真空にして、ステージ３にウエハＷを載置した状態で、ヒーター６ａ，６ｂによりウエハＷを加熱しつつ、シャワーヘッド１１からウエハＷへ向けて原料ガスを供給することにより、ウエハＷの表面に例えばＴｉ膜、ＴｉＮ膜等の所定の薄膜をＣＶＤ法により成膜することができる。この際、成膜反応効率を高める目的で、高周波電源２３からシャワーヘッド１１に高周波電力を供給することもできる。
成膜装置１００を構成する各エンドデバイス（例えば、ヒーター電源７、熱電対８、ＭＦＣ１７、高周波電源２３、排気装置３５など）は、制御部７０に接続されて制御される構成となっている。成膜装置１００における制御系統の構成例を図２に示した。制御部７０は、ＣＰＵを備えたコンピュータであるコントローラ７１と、このコントローラ７１に接続されたユーザーインターフェース７２および記憶部７３を備えている。ユーザーインターフェース７２は、工程管理者が成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。記憶部７３には、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ７１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース７２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部７３から呼び出してコントローラ７１に実行させることで、コントローラ７１の制御下で、成膜装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。
なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体７４に格納された状態のものを記憶部７３にインストールすることによって利用できる。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体７４としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
また、制御部７０のコントローラ７１は、ヒーター電源７からヒーター６ａ，６ｂへの電気的出力例えばヒーター６ａ，６ｂへの供給電力、ヒーター６ａ，６ｂへの供給電流およびヒーター６ａ，６ｂへの供給電圧を制御する。ヒーター電源７からヒーター６ａ，６ｂへの上記電気的出力は、ユーザーインターフェース７２やレシピにより設定された所定の温度を維持するように、熱電対８によるステージ３の温度計測データに基づいてフィードバック制御がかけられており、設定された所定の温度に対してステージ３の計測温度が高い場合には、前記電気的出力を抑制し、ステージ３の計測温度が低い場合には、前記電気的出力を増加させるように自動制御される。１枚のウエハＷを処理する間、上記電気的出力のデータや熱電対８による温度計測データは、記憶手段としての記憶部７３（あるいはコントローラ７１のＲＡＭなどでもよい）に記憶される。なお、本発明において、「１枚のウエハＷ（基板）を処理する間」とは、処理容器１内のステージ３に載置された状態の１枚のウエハＷに対して任意の制御プログラムやレシピに従い目的の処理が行われている時間を意味する。
また、コントローラ７１は、１枚のウエハＷを処理する間や、１枚のウエハＷが、処理容器１に搬入されステージ３に載置されてから、処理容器１から搬出されるまでの間の前記電気的出力や温度の最大値、最小値を取得し、その差分を演算したり、１枚のウエハＷを処理する間の前記電気的出力や温度の積算値を演算したりする演算手段としても機能する。さらに、コントローラ７１は、前記のように得られた差分や積算値をもとに、例えば所定のしきい値と比較することにより、ウエハＷの異常載置状態を判定する判定手段としても機能する。
［第１の実施の形態］
次に、成膜装置１００において行われる本発明の第１の実施の形態にかかるウエハＷの異常載置状態の検知方法について説明する。図３は、本実施の形態にかかるウエハＷの異常載置状態の検知方法の手順の概略を示すフロー図である。この異常載置状態の検知方法は、成膜装置１００で１枚のウエハＷを処理する間に行われるものであり、すべてのウエハＷの処理を対象に実施してもよいし、ロット中で、選択された任意の数枚のウエハＷの処理の際に実施してもよい。
また、例えば異常載置状態の検知を行うか否かを判別するフラグ情報を保存するフラグレジスタ部（図示省略）を制御部７０内に設け、そのフラグ情報を参照することによって、前記レシピに基づく成膜内容に応じて、異常載置状態の検知を実施するかどうかを選択できるようにしてもよい。
まず、図３のステップＳ１では、１枚のウエハＷを処理する間、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）へ供給される電力の最大値と最小値を検出し、記憶部７３に保存する。このステップＳ１は、コントローラ７１により行われる。１枚のウエハＷを処理する間にヒーター電源７から出力される電力の値は、例えば１秒間隔でコントローラ７１に取得される。１枚のウエハＷを処理する間、取得された電力の最大値と最小値を順次上書きして更新していくことにより、１枚のウエハＷの処理が終了した時点でその間の最大値と最小値を検出することができる。コントローラ７１は、検出された電力の最大値と最小値を記憶部７３へ保存する。なお、電力の最大値と最小値は、必ずしも１枚のウエハＷを処理する間の全体を基準に検出しなくてもよく、一部分の時間内での最大値と最小値を検出してもよい。
次に、ステップＳ２では、コントローラ７１が、ステップＳ１で保存されたヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給電力の最大値と最小値との差分（最大値−最小値）を演算する。なお、本明細書では、電気的出力や温度の「最大値と最小値との差分」を表す語として「Δ値」の語を用いることがある。
次に、ステップＳ３では、ステップＳ２で得られた供給電力のΔ値を、あらかじめ設定されたしきい値と比較し、Δ値はしきい値より大きいか否か、が判断される。ここで、「しきい値」は、正常な載置状態でウエハＷを処理した場合のΔ値や、その統計的平均値などに基づいて一定のマージンを設けて設定することができる。そして、Δ値がしきい値よりも大きい場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ４で載置状態は「異常なし」と判定される。一方、ステップＳ３で、Δ値がしきい値より大きくない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ５で載置状態に「異常あり」と判定される。この場合は、ステップＳ６で例えばアラームによる警告、モニターへのエラーメッセージの表示などを行うことができる。また、ステップＳ６で成膜装置１００の自動停止（ロット処理の中断）などの措置をとることも可能である。
本実施の形態において、Δ値に基づき、ウエハＷの異常載置状態を検知できる理由について説明する。図４は、ステージ３へのウエハＷの載置状態を模式的に説明した図面であり、同図（ａ）は、ウエハＷがステージ３の表面（基板載置面Ｓ）に面接触している正常な載置状態、同図（ｂ）は、異物Ｆの介在によってウエハＷがステージ３の表面（基板載置面Ｓ）から浮き上がった異常な載置状態を示している。図４中、白矢印Ｈ１、Ｈ２は、ステージ３からウエハＷへ伝導する熱を模式的に示しており、矢印の大小は、熱の量の大小を示している。図４（ａ）に示したように、正常な載置状態では、ウエハＷとステージ３が面接触しているため、ステージ３の熱が相対的に冷たいウエハＷ側へ効率良く移動する。一方、図４（ｂ）に示したように、異物Ｆの存在によってステージ３からウエハＷが浮き上がった状態では、ステージ３とウエハＷとの間に隙間が生じるため、ステージ３からウエハＷへの熱の移動が小さくなる。従って、ステージ３の温度損失は、図４（ａ）に比べて同図（ｂ）の方が小さいことになる。
前記のとおり、ヒーター６ａ（または６ｂ）へ電力を供給するヒーター電源７は、熱電対８による温度計測データに基づき設定温度に対するフィードバック制御を受けているため、ステージ３の温度損失が大きければヒーター電源７からの供給電力も大きくなり、逆にステージ３の温度損失が小さければヒーター電源７からの供給電力は小さくなる。つまり、図４の（ａ）と（ｂ）の状態を比較した場合、ウエハＷへ移動した分の熱を補う必要がある図４（ａ）の状態に比べて、ウエハＷへの熱の移動が少ない図４（ｂ）の状態の方がヒーター電源７からの供給電力は小さくなる。
このような出力の相違は、ヒーター電源７からの電力の出力の振れ幅である同出力の最大値と最小値の差分（Δ値）を求めることにより、より明確に区別できるようになる。つまり、図４（ａ）の状態に比べて、同図（ｂ）の状態の方が、ウエハＷへの熱の移動が少ないため、ヒーター電源７からの電力の出力が安定化し、Δ値が小さく現れる。従って、ウエハＷの正常な載置状態におけるヒーター電源７からの供給電力のΔ値をもとに、所定のしきい値を設定しておき、そのしきい値と計測されたΔ値とを比較して判定することにより、ウエハＷの載置異常を検知できる。例えば、Δ値がしきい値と比べて小さいということは、ステージ３からウエハＷへの熱の移動量が異常に小さいことを意味しており、異常載置状態である可能性が高いことを示している。
このように、本発明方法は、異物の介在やウエハＷの位置ずれ、ウエハＷの変形、ステージ３の変形や破損等により、ステージ３に対するウエハＷの載置異常が生じた場合に、正常な載置状態に比べてヒーター電源７からの供給電力が小さくなり、それがΔ値において顕著に現れることを利用している。
図４を参照して説明したステージ３からのウエハＷへの熱伝導に基づく説明によれば、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給電力だけでなく、電気的出力に関する他のパラメータとして、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給電圧の出力に基づくΔ値、または供給電流の出力に基づくΔ値を電気的出力の情報として用いても、上記と同様に、ウエハＷの載置異常を検出できることが理解される。
また、熱電対８によって計測されるステージ３の温度の振れ幅（Δ値）を指標としても、同様にウエハＷの載置異常を検出できることが理解される。熱電対８によって温度の変動（温度低下）が計測されてから、フィードバック制御によりヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）へ供給する電力を増加させてステージ３の温度を回復させるまでには、タイムラグが存在する。そのため、ステージ３よりも冷たいウエハＷが正常な状態でステージ３に載置された場合には、一旦熱電対８の計測温度が低下してから、フィードバック制御による温度回復までの間、少し時間がかかり、それが温度のΔ値として現れる。一方、ウエハＷが異常な載置状態で載置された場合には、温度低下がほとんど生じないため、Δ値が小さくなる。すなわち、ステージ３の計測温度のΔ値を指標とする場合は、ウエハＷが正常に載置された状態よりも、異常載置状態の方がウエハＷへの熱の移動が少ない分、計測温度が安定化し、Δ値が小さくなる。従って、ヒーター６ａ（または６ｂ）の電気的出力と同様に、計測温度の振れ幅であるΔ値によっても、ウエハＷの異常載置状態を検出できる。
以上のように、本実施の形態では、ヒーター電源７からヒーター６ａ(または６ｂ)への供給電力、供給電圧、供給電流のいずれか１つ以上、またはステージ３の計測温度を指標として、その振れ幅（Δ値）を求め、しきい値と比較することにより、ウエハＷの載置異常を短時間で検知できる。なお、中央部と周縁部の２つの領域を独立して制御するヒーター６ａ，６ｂを備えている図１の成膜装置１００のステージ３では、ヒーター６ａまたは６ｂのいずれか一方について、図３の手順を実施すればよいが、ヒーター６ａまたは６ｂの両方について図３の手順を実施することも可能である。また、この検知方法は、ステージ全体を一つの領域として制御するヒーター構造を有するステージにも同様に適用できることが明らかである。
［第２の実施の形態］
次に、成膜装置１００において行われる本発明の第２の実施の形態にかかるウエハＷの異常載置状態の検知方法について説明する。図５は、本実施の形態にかかるウエハＷの異常載置状態の検知方法の手順の概略を示すフロー図である。なお、以下の説明では、第１の実施の形態との相違点を中心に説明を行い、同様の構成については説明を省略する。
第１の実施の形態では、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）へ供給される電気的出力またはステージ３の計測温度について、最大値と最小値との差分（Δ値）を求め、それを指標として所定のしきい値と比較することで、ウエハＷの異常載置状態を検知した。本実施の形態では、Δ値に替えて、上記電気的出力または計測温度の積算値を求め、それを指標として、しきい値と比較することで、ウエハＷの異常載置状態を検知する。
また、本実施の形態では、しきい値と比較する前に、同じ処理内容の１枚前のウエハＷ（同じレシピに基づく直前のロットの最後のウエハＷ、もしくは同一ロットにおける１枚前のウエハＷのことを意味し、単に「前回」と記すことがある）の処理における上記電気的出力または計測温度の積算値を基準に補正をかける点で、第１の実施の形態と相違する。補正の方法は、前回の処理における積算値と今回の処理における積算値の比を求める方法、前回の処理における積算値と今回の処理における積算値の差分を求める方法などが可能である。ここでは、前回の処理における積算値と今回の処理における積算値の比を求める方法を採用した。
まず、図５のステップＳ１１では、成膜装置１００においてこれから行われる処理と同じ処理内容の１枚前のウエハＷへの処理で検出されたヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給電力の積算値をＡ０と設定する。この積算値Ａ０またはその元になる供給電力のデータは、記憶部７３に保存されているので、これをコントローラ７１が参照することにより積算値Ａ０を算出できる。
次に、ステップＳ１２では、今回の１枚のウエハＷを処理する間、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給電力の積算値Ａ１を算出し、記憶部７３に保存する。このステップＳ１２では、コントローラ７１が、１枚のウエハＷを処理する間にヒーター電源７から出力される電力の値を例えば１秒間隔で取得し、それを順次加算していくことにより、積算値を容易に算出することができる。コントローラ７１は、算出された積算値Ａ１を記憶部７３へ保存する。
次に、ステップＳ１３では、コントローラ７１が、ステップＳ１１で設定された積算値Ａ０と、ステップＳ１２で算出された積算値Ａ１とから比Ａ１／Ａ０を演算し、その値を所定のしきい値と比較する。そして、比Ａ１／Ａ０がしきい値よりも大きい場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１４で載置状態は「異常なし」と判定される。この場合、ステップＳ１５で積算値Ａ０をクリアし、今回のステップＳ１２で取得された積算値Ａ１を新たに「前回の積算値Ａ０」として設定し直す処理が行われる。
一方、ステップＳ１３で、比Ａ１／Ａ０がしきい値より大きくない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１６で載置状態に「異常あり」と判定される。この場合は、ステップＳ１７で、例えばアラームによる警告、モニターへのエラーメッセージの表示などを行うことができる。
本実施の形態では、第１の実施の形態で使用したΔ値に替えて、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給パワーの積算値の比Ａ１／Ａ０を指標としたが、基本的な原理は第１の実施の形態と同様である。すなわち、異物や位置ずれ等により、ウエハＷの載置異常が生じた場合に、ステージ３からウエハＷへの熱の移動量が少なくなることから、ステージ３の温度低下も小さくなるため、正常な載置状態に比べてヒーター電源７からの供給電力が小さくなり、それが積算値Ａ１の変化（減少）となって現れるとの知見に基づいている（図４参照）。
また、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給電力の出力の積算値だけでなく、他の電気的出力として、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）への供給電圧の積算値または供給電流の出力の積算値を用いても、上記と同様に、ウエハＷの載置異常を検出できる。
さらに、熱電対８によって計測されるステージ３の計測温度の積算値を指標としても、同様にウエハＷの載置異常を検出できる。前記のとおり、ステージ３よりも冷たいウエハＷが正常な状態でステージ３に載置された場合に、熱電対８によって温度の変動（温度低下）が計測されてから、フィードバック制御によりステージ３の温度を回復させるまでにはタイムラグが存在する。そして、このタイムラグが原因となり、ヒーター電源７からヒーター６ａ（または６ｂ）へ供給する電力を増加させてステージ３の温度を回復させる過程で、オーバーシュートが発生する。つまり、一旦設定温度を超える値までステージ３の温度（熱電対８による計測温度）が上昇し、徐々に設定温度に近づいていくことになる。ウエハＷが正常に載置された状態では、上記オーバーシュートが生じることにより、ステージ３の計測温度の積算値が大きくなる。異常載置状態の場合は、ウエハＷへの熱の移動が少ないので計測温度は設定温度近くで安定化し、オーバーシュートがないため、計測温度の積算値としては小さくなる。従って、ヒーター６ａ（または６ｂ）の電気的出力と同様に、計測温度の積算値によっても、ウエハＷの異常載置状態を検出できる。
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点として、１枚前のウエハＷの処理における電気的出力の積算値を「積算値Ａ０」として設定し、以降のウエハＷを処理する毎に、順次Ａ０を設定し直す理由は以下のとおりである。ステージ３によってウエハＷを加熱しながら行う熱処理の中には、プラズマによる酸化処理や窒化処理のようにウエハＷの内部への元素の導入（拡散）を目的とする場合と、ＣＶＤのように、ウエハＷの表面への原子または分子の堆積を目的とする場合とがある。後者（堆積）の成膜処理では、ウエハＷを処理する毎に、ステージ３も含め処理容器１内の各部材に堆積物が蓄積していく。その結果、処理容器１内における反射熱や輻射熱が徐々に変化し、ステージ３からのウエハＷへの熱伝導の効率も処理を重ねるごとに少しずつ変化していく。
このように処理容器１内の環境がウエハＷの処理枚数によって変化していく成膜プロセスの場合は、固定的なしきい値と比較して判定を行う際に、直前の正常な処理における電気的出力や計測温度を基準として補正をかけることがより好ましいと考えられる。そのため、本実施の形態では、ウエハＷを１枚処理する毎に、上記のように、積算値Ａ０を設定し直すこととした。この場合、積算値の比Ａ１／Ａ０は、ステージ３へのウエハＷの載置状態が正常である限り、略一定の値になるはずであり、その値をしきい値と比較することで、ウエハＷの異常載置状態を正確に検知できる。なお、積算値の比Ａ１／Ａ０の替わりに、積算値の比Ａ０／Ａ１を求め、同様にウエハＷの載置異常を検知してもよい。
また、積算値は、必ずしも１枚のウエハＷを処理する間の全期間にわたって算出しなくてもよい。すなわち、１枚のウエハＷを処理する間で、載置状態の異常による電気的出力や計測温度の変化が生じやすい区間（例えば、成膜ガスを処理容器１内に導入開始してからの一定時間）のみについて積算値を算出することも可能である。
以上のように、本実施の形態では、ヒーター電源７からの供給電力、供給電圧、供給電流のいずれか１つ以上、またはステージ３の計測温度の積算値を指標として、比Ａ１／Ａ０をしきい値と比較することにより、ウエハＷの載置異常を短時間で検知できる。なお、積算値の比Ａ１／Ａ０ではなく、積算値の差分Ａ１−Ａ０を求め、それを予め設定されたしきい値（比Ａ１／Ａ０の場合とは異なる値）と比較してもよい。この場合、異常載置状態では、差分Ａ１−Ａ０は負の値となる。従って、例えば、しきい値として負の値を設定し、差分Ａ１−Ａ０がしきい値以上である場合には、正常な載置状態と判定し、差分Ａ１−Ａ０がしきい値よりも小さい場合には異常載置状態と判定することが可能である。あるいは、差分Ａ１−Ａ０の絶対値をとり、差分Ａ１−Ａ０の絶対値が所定のしきい値（正の値）よりも小さい場合には正常な載置状態、差分Ａ１−Ａ０の絶対値が前記しきい値よりも小さくない（つまり、しきい値以上である）場合には、異常載置状態と判定することも可能である。なお、積算値の差分Ａ１−Ａ０の替わりに、差分Ａ０−Ａ１を求め、同様にウエハＷの載置異常を検知してもよい。
また、堆積物が少なく、処理容器１における内部環境の変化が生じにくいプロセスの場合には、第１の実施の形態と同様に補正を行わず（つまり、積算値Ａ０を設定することなく）、積算値Ａ１と所定のしきい値（比Ａ１／Ａ０や差分Ａ１−Ａ０の場合とは異なる値）との比較によって判定を行うことも可能である。
本実施の形態における他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
なお、第２の実施の形態で説明した演算処理による補正方法は、第１の実施の形態で説明した電気的出力や計測温度の最大値と最小値との差分（Δ値）を求めてウエハＷの異常載置状態を検知する方法にも適用できる。すなわち、１枚のウエハＷを処理する間に求められたヒーター６ａ（または６ｂ）への電気的出力またはステージ３の計測温度の最大値と最小値との差分（Δ値）と、同じ処理内容の１枚前のウエハＷ（前回）の処理において求められたヒーター６ａ（または６ｂ）への電気的出力またはステージ３の計測温度の最大値と最小値の差分（Δ値）とを用いて演算処理をして演算結果を求めてもよい。この場合には、上記と同様に、演算結果としきい値とを比較することによって、基板の異常載置状態を判断することができる。この場合の演算処理の方法としては、例えば、今回のウエハＷの処理において求められたヒーター６ａ（または６ｂ）への電気的出力またはステージ３の計測温度の最大値と最小値との差分（Δ値）と、同じ処理内容の１枚前のウエハＷ（前回）の処理において求められたヒーター６ａ（または６ｂ）への電気的出力またはステージ３の計測温度の最大値と最小値との差分（Δ値）との比を求めて演算結果を出してもよいし、また、今回のウエハＷの処理において求められたヒーター６ａ（または６ｂ）への電気的出力またはステージ３の計測温度の最大値と最小値の差分（Δ値）と、同じ処理内容の１枚前のウエハＷ（前回）の処理において求められたヒーター６ａ（または６ｂ）への電気的出力またはステージ３の計測温度の最大値と最小値との差分（Δ値）のさらに差分（つまり、Δ値とΔ値の差分）を求めて演算結果を出してもよい。
次に、本発明の基礎となった実験データについて説明する。成膜装置１００において複数枚のウエハＷを処理した場合の正常載置状態と異常載置状態におけるステージ３の計測温度、ヒーター６ａ，６ｂへの供給電力のΔ値（最大値−最小値）をグラフ化した。図６（ａ）の縦軸は、計測温度のΔ値、同図（ｂ）の縦軸はヒーター６ａへの供給電力のΔ値、同図（ｃ）の縦軸は、ヒーター６ｂへの供給電力のΔ値をそれぞれ示している。なお、このデータは、ステージ３でウエハＷを昇降変異可能に支持するリフター機構の部品が破損して、その破片がステージ３とウエハＷとの間に混入して異常載置状態を引き起こした事例である。また、図６（ａ）〜（ｃ）では、載置異常以外の要素によって変動が生じやすいため、各ロットの最初の１〜３枚目までのデータは、省略している。
正常載置状態と異常載置状態とを比較すると、図６（ａ）に示したように、異常載置状態の方が計測温度のΔ値が有意に低く、また図６（ｂ）、（ｃ）に示したように、異常載置状態の方が供給電力のΔ値が有意に低かった。また、正常載置状態のΔ値と異常載置状態のΔ値との間に一定の幅が観察されたことから、両者の中間にしきい値を設定できることも判った。従って、正常載置状態と異常載置状態のΔ値を検出し、それを予め設定しておいたしきい値と比較することによって、ウエハＷのステージ３上での載置異常を検出できることが確認された。
図７は、成膜装置１００において、ＴｉＮ成膜のレシピに基づき処理を行った際の処理時間とヒーター６ａへの供給電力の変化との関係をグラフにしたものである。この例では、ステージ３とウエハＷとの間に、０．０ｍｍ（正常な面接触状態）、０．５ｍｍ、１．０ｍｍおよび２．０ｍｍの隙間（浮き上がり）を故意に設けてウエハＷを載置して実験を行った。
図７より、浮き上がりが０．５ｍｍの模擬的な異常載置状態では、正常載置状態（０．０ｍｍ）と比較して大きな差異は認められなかった。しかし、浮き上がりが１．０ｍｍおよび２．０ｍｍの模擬的な異常載置状態では、開始から約５０〜７０秒の処理時間の範囲で、正常載置状態（０．０ｍｍ）と比較してヒーターへの供給電力に大きな差異が認められた。この５０秒〜７０秒の間は、ＴｉＮの原料ガスを処理容器１内に導入することによって、処理容器１内の圧力を上昇させていき、圧力が設定成膜圧力である約６６７Ｐａに達して安定化した区間である。従って、このレシピに基づくＴｉＮ成膜の場合、開始から約５０〜７０秒の処理時間の範囲でヒーター６ａへの供給電力のΔ値あるいは積算値を求めることで、正常載置状態と異常載置状態の判定が容易に行えることが確認できた。このように、１枚のウエハＷを処理する間の全区間ではなく、一部分の区間においてΔ値あるいは積算値を検出することによって、精度の高い判定ができる場合もある。
また、図８は、成膜装置１００において複数のウエハＷを処理した場合の正常載置状態、異常載置状態、修復後（正常載置状態）におけるそれぞれのヒーター６ａへの供給電力の積算値をグラフ化したものである。図８に示したように、正常載置状態と異常載置状態では、ヒーター６ａへの供給電力の積算値が大きく相違していた。また、正常載置状態の積算値と異常載置状態の積算値との間には、十分な幅（図８のグラフ上の線の間隔）があることから、その間に任意の値でしきい値を設定しやすいことも確認された。従って、正常載置状態と異常載置状態でヒーター６ａへの供給電力の積算値を算出し、それをしきい値と比較することによって、ウエハＷのステージ３上での載置異常を検出できることが確認された。
次に、成膜装置１００においてＴｉＮ成膜のレシピに基づき複数枚のウエハＷを処理し、ウエハＷの載置異常を検知する実験を行った。ＴｉＮの成膜では、ウエハＷの処理枚数を重ねる毎に処理容器１内に堆積物が付着し、処理容器１内の環境が変化していく。そこで、本実験では、ヒーター６ａ（６ｂ）への供給電力の積算値Ａ１を算出するとともに、１枚前のウエハＷの処理において同様に算出された積算値Ａ０に基づき、積算値の比Ａ１／Ａ０および差分Ａ１−Ａ０を求め、補正を行った。その結果を表１に示した。
Figure 0005501718
表１では、ｎ枚目のウエハＷの処理において積算値Ａ１の値が大幅に低下しており、載置異常が発生したことが検知された。本実験の場合、積算値Ａ１をそのまま所定のしきい値（例えば５００Ｗ）と比較してもウエハＷの載置異常を検知できた。また、表１では、比Ａ１／Ａ０あるいは差分Ａ１−Ａ０の値についても、ｎ枚目のウエハＷの処理において大きく変動していることがわかる。従って、比Ａ１／Ａ０を所定のしきい値（例えば、０．９）と比較すること、あるいは、差分Ａ１−Ａ０を所定のしきい値（例えば、−４０）と比較することによっても、ウエハＷの載置異常を検知できた。
以上の結果から、ヒーター６ａ（６ｂ）への供給電力の積算値Ａ１や、１枚前のウエハＷ処理における積算値Ａ０との比Ａ１／Ａ０または差分Ａ１−Ａ０を求め、所定のしきい値と比較することにより、ウエハＷの載置異常を明確に検知できることが確認された。
以上、本発明の実施の形態を述べたが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、真空装置の一例として成膜装置１００を挙げて説明したが、成膜装置に限らず、基板を加熱しながら所定の処理を行う処理装置であれば、特に制限なく本発明を適用することが可能である。
また、上記実施の形態では、Δ値や積算値をしきい値と比較することによって正常か異常かの判定を行ったが、複数のしきい値を設定して、異常載置状態を段階的に検知する（例えば、軽度の異常載置状態、重度の異常載置状態など）ことも可能である。この場合、より細かな判定が可能になるため、アラーム警告やエラーメッセージの注意表示と、装置の自動停止などの緊急措置とを、検知された異常載置状態のレベルに合わせて設定・選択できる。
また、上記実施の形態では、処理容器内に１つの基板載置台（ステージ３）を設け基板（ウエハＷ）１枚毎に処理を行う枚葉式処理装置を例にとって説明したが、処理容器内に複数の基板載置台を設けて一度に複数枚の基板に対して処理を行うことができるバッチ式の処理装置にも本発明を適用することができる。
さらに、上記実施の形態では、被処理体である基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、例えば、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
１…処理容器、１ａ…天板、１ｂ…側壁、１ｃ…底壁、３…ステージ、６ａ，６ｂ…ヒーター、７…ヒーター電源、８…熱電対、１１…シャワーヘッド、１９…ガス供給源、３０…排気室、３５…排気装置、４１…Ｏリング、７０…制御部、１００…成膜装置、Ｗ…半導体ウエハ（基板）

Claims (9)

  1. 基板処理装置においてヒーターを有する基板載置台に基板を載置して加熱しながら処理を行う際に、基板の載置状態の異常を検知する基板の異常載置状態の検知方法であって、
    １枚の基板を処理する間の全体もしくは一部分の時間において、前記ヒーターへの電気的出力の情報又は前記基板載置台の計測温度の情報を参照し、前記電気的出力又は前記計測温度の最大値および最小値を検出する工程と、
    検出された前記最大値および前記最小値をもとに基板の異常載置状態を判定する工程と、を備え、
    前記最大値および前記最小値の差分を求め、該差分を、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された前記電気的出力又は前記計測温度の最大値と最小値との差分を用いて演算処理する工程を含み、該演算の結果を所定のしきい値と比較することにより、異常載置状態であるか否かを判定することを特徴とする基板の異常載置状態の検知方法。
  2. 基板処理装置においてヒーターを有する基板載置台に基板を載置して加熱しながら処理を行う際に、基板の載置状態の異常を検知する基板の異常載置状態の検知方法であって、
    １枚の基板を処理する間の全体もしくは一部分の時間において、前記ヒーターへの電気的出力の情報又は前記基板載置台の計測温度の情報を参照し、前記電気的出力又は前記計測温度の積算値を検出する工程と、
    検出された前記積算値をもとに基板の異常載置状態を判定する工程と、を備え、
    前記積算値を、所定のしきい値と比較することにより、異常載置状態であるか否かを判定することを特徴とする基板の異常載置状態の検知方法。
  3. 前記積算値を、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された前記電気的出力又は前記計測温度の積算値を用いて演算処理する工程を含み、該演算の結果を所定のしきい値と比較することによって、異常載置状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の基板の異常載置状態の検知方法。
  4. 前記積算値をＡ１とし、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された前記積算値をＡ０とした場合、Ａ１とＡ０との比を、所定のしきい値と比較することを特徴とする請求項３に記載の基板の異常載置状態の検知方法。
  5. 前記積算値をＡ１とし、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された前記積算値をＡ０とした場合、Ａ１とＡ０との差分を、所定のしきい値と比較することを特徴とする請求項３に記載の基板の異常載置状態の検知方法。
  6. 前記ヒーターへの電気的出力は、ヒーターへの供給電力、供給電流または供給電圧のいずれか１つ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板の異常載置状態の検知方法。
  7. 基板処理装置においてヒーターを有する基板載置台に基板を載置して加熱しながら処理を行う基板処理方法であって、
    請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板の異常載置状態の検知方法によって基板の載置状態を監視しながら処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
  8. 基板を載置する基板載置台と、
    前記基板載置台に載置された基板を加熱するヒーターと、
    前記ヒーターに電気的に接続されたヒーター電源と、
    前記載置台の温度を計測する温度計測手段と、
    前記ヒーターへの電気的出力又は前記基板載置台の計測温度を記憶する記憶手段と、
    前記ヒーターへの電気的出力又は前記基板載置台の計測温度の最大値と最小値との差分を検出し、該差分を、同じ処理内容の１枚前の基板の処理において同様に検出された前記電気的出力又は前記計測温度の最大値と最小値との差分を用いて演算処理し、該演算の結果を所定のしきい値と比較することにより、前記基板の異常載置状態を判定する判定手段と、を備えた基板処理装置。
  9. 基板を載置する基板載置台と、
    前記基板載置台に載置された基板を加熱するヒーターと、
    前記ヒーターに電気的に接続されたヒーター電源と、
    前記載置台の温度を計測する温度計測手段と、
    前記ヒーターへの電気的出力又は前記基板載置台の計測温度を記憶する記憶手段と、
    前記ヒーターへの電気的出力又は前記基板載置台の計測温度の積算値を検出し、検出された該積算値を所定のしきい値と比較することにより前記基板の異常載置状態を判定する判定手段と、を備えた基板処理装置。
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