JP7224254B2 - 基板処理装置、情報処理装置、及び基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置、情報処理装置、及び基板処理方法 Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置、情報処理装置、及び基板処理方法に関する。
半導体素子の製造工程においては、成膜装置、エッチング装置、および検査装置を始めとする種々の製造装置の所定のチャンバ内に基板が搬送され、それぞれの装置に応じた処理が基板に対して行われる。基板は、フォークやエンドエフェクタを有する搬送アームによって各装置内へ搬入されるが、チャンバ内においては、所定の位置に正確に配置しなければならないことが、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－９４８１４号公報
本開示は、基板上に成膜される膜厚のばらつきを減少させるように、基板移載機に指示する基板の載置位置を最適化する技術を提供する。
本開示の一態様による基板処理装置は、基板搬送容器に入れられた複数枚の基板を基板移載機により基板保持具に移載し、前記基板保持具を基板保持具移動機にて反応容器内に導入し、前記複数枚の基板の処理を行う基板処理装置において、複数の載置位置で事前に前記処理を行った前記基板の処理結果を使用して、前記載置位置と前記基板の偏芯状態との関係を表したモデルを作成するモデル作成部と、新たに前記処理を行った前記基板の処理結果として膜厚計の膜厚測定結果を入手し、膜厚ばらつき状況から前記偏芯状態を解析する偏芯状態解析部と、前記膜厚測定結果、前記膜厚測定結果に対応する前記載置位置、及び解析された前記偏芯状態を使用して、前記モデルの更新を行う学習機能部と、更新された前記モデルを使用して、前記載置位置の最適化計算を行う最適化機能部と、を有する。
本開示によれば、基板上に成膜される膜厚のばらつきを減少させるように、基板移載機に指示する基板の載置位置を最適化できる。
熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。 図１に示す熱処理装置における移載装置の動作状態をウェーハボートとの関係において示す説明用斜視図である。 熱処理装置に使用可能なウェーハボートの一例を示した図である。 ウェーハＷの配置位置の一例を説明するための図である。 制御対象と制御パラメータの一例を説明する図である。 本実施形態に係る情報処理システムの一例の構成図である。 本実施形態に係るコンピュータの一例のハードウェア構成図である。 本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置の一例の機能ブロック図である。 本実施形態に係るモデルの作成処理の一例のフローチャートである。 膜厚のばらつき評価の一例について説明する図である。 偏芯状態解析部に入力される新たに成膜された成膜結果の一例を表した図である。 学習機能部に入力されるティーチングポジションの一例を表した図である。 最適化機能部に入力される制約条件の一例を表した図である。 本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置の運用の一例のフローチャートである。 評価関数Ｊの「現ＲｕｎのＥｄｇｅ平均との残差」の一例を表した図である。 制約条件の一例を表した図である。 最適なティーチングポジションと、その最適なティーチングポジションを使用して成膜した場合の膜厚のばらつき状態の予測結果と、の表示例を表した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
［熱処理装置］
本開示の一実施形態に係る偏芯を無くすプログラムを好適に適用可能な熱処理装置について説明する。
図１は、熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。この熱処理装置においては、高さ方向（図１において、上下方向）に伸びるよう配置された、上端が開放されている直管状の内管１１Ａと、この内管１１Ａの周囲に筒状空間１１Ｃが形成されるよう所定の間隔を隔てて同心状に配置された、上端が閉塞されている外管１１Ｂとからなる二重管構造を有する反応容器（プロセスチューブ）１１を備えており、反応容器１１の下方空間は、後述する被処理体保持具としてのウェーハボート８０に対して、被処理体であるウェーハＷの移載等が行われるローディングエリアとされている。そして、内管１１Ａおよび外管１１Ｂは、いずれも耐熱性および耐食性に優れた材料、例えば高純度の石英ガラスにより形成されている。
この反応容器１１における外管１１Ｂの下端部には、上端にフランジ部分１２Ａを有する短円筒状のマニホールド１２が設けられており、当該フランジ部分１２Ａには、例えばＯリングなどのシール手段（図示せず）を介して外管１１Ｂの下端部に設けられた下端フランジ部分１１１が接合されて、反応容器１１の外管１１Ｂが気密に固定された状態とされている。反応容器１１における内管１１Ａは、外管１１Ｂの下端面より下方に延出して、マニホールド１２内に挿入された状態で、このマニホールド１２の内面に設けられた環状の内管支持部１４により支持されている。
この熱処理装置の反応容器１１の縦断面において、マニホールド１２の一方の側壁には、反応容器１１内に処理用ガスを導入するためのガス供給配管１５Ａおよび不活性ガスを導入するためのガス供給配管１５Ｂが、当該マニホールド１２の側壁を気密に貫通して、内管１１Ａ内を上方に伸びるよう設けられており、各々のガス供給配管１５Ａ、１５Ｂには、図示しないガス供給源が接続されている。
また、マニホールド１２の他方の側壁には、反応容器１１内を排気する排気管１６が内管１１Ａと外管１１Ｂとの間の筒状空間１１Ｃに連通して設けられており、この排気管１６には、例えば真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気機構（図示せず）が接続され、これにより、反応容器１１内が所定の圧力に制御される。
反応容器１１の下方には、上下方向に駆動されてウェーハボート８０を反応容器１１内に搬入、搬出する昇降機構（図示せず）が設けられており、この昇降機構は、反応容器１１の下端開口１１Ｄを開閉する円板状の蓋体２０を備えている。蓋体２０の下部には、回転駆動手段２３が、その回転駆動軸２３Ａが蓋体２０を気密に貫通する状態で設けられており、この回転駆動軸２３Ａは、保温筒（断熱体）２４の下面に接続されている。
ウェーハボート８０は、例えば高純度の石英ガラスよりなり、図２に示すように、複数枚例えば１００～１５０枚程度の円板状のウェーハＷが水平となる状態で、例えば４～２０ｍｍの範囲内の所定間隔（ピッチ）で上下に多段に保持されるよう、例えば被処理体保持用溝などの被処理体保持部が支柱８３に形成されており、蓋体２０が最下位置にある状態において、移載装置３０によりウェーハＷの移載が行われる。
移載装置３０は、上下に昇降移動されると共に、上下に伸びる回転軸３１の周りに回動可能に設けられた細長い長方形の移載ヘッド３２を備えており、この移載ヘッド３２には、例えば１～５枚の薄板フォーク状の支持アーム３３が、移載ヘッド３２の長さ方向に進退可能に設けられている。移載装置３０は、その動作状態、具体的には、移載ヘッド３２の上下動作および回転動作、並びに支持アーム３３の進退動作が図示しない制御装置により制御される。
反応容器１１の外側には、反応容器１１内に収容されたウェーハＷを加熱するための加熱手段としての筒状ヒータ２５が反応容器１１の周囲を取り囲む状態で設置されている。筒状ヒータ２５には、線状の抵抗発熱体が内面に螺旋状または蛇行状に配設された円筒状の断熱材（図示せず）が設けられており、この抵抗発熱体は、ウェーハＷが予め設定された温度状態となるよう供給すべき電力の大きさを制御する制御装置に接続されている。
この筒状ヒータ２５は、例えば、図１に示されているように、反応容器１１内を高さ方向に複数、図示の例では５つの加熱領域（ゾーン）Ｚ１～Ｚ５に分けて、各々の加熱領域Ｚ１～Ｚ５について独立して温度制御が可能な状態、すなわちゾーン制御が可能な状態とされている。
ここに、ウェーハＷに対してなされる成膜処理における処理条件の一例を示すと、例えばウェーハ径が３００ｍｍのウェーハＷにおいて、ウェーハＷが処理されるべき処理温度が４００～７００℃、反応容器１１内の圧力が１３～１７０Ｐａ（０．１～１．３Ｔｏｒｒ）である。
以上の構成からなる熱処理装置においては、以下に詳細に説明するように、ウェーハＷに対して実際に成膜処理を行い、成膜されたウェーハＷが、その表面における膜の面内均一性が低いものである場合には、ウェーハボート８０に対する新たなウェーハＷの移載位置を適正化する移載位置適正化操作が行われ、その後、再び、成膜処理が新たなウェーハＷに対して同一の処理条件で行われる。
具体的には、先ず、移載ヘッド３２の上下方向および回転方向における移動、並びに支持アーム３３の進退動作が制御された状態で行われることにより、適宜の搬送手段（図示せず）により搬送されてきた、内部に多数枚のウェーハＷが収容されている収納容器からウェーハＷが取出され、蓋体２０が最下位置にある状態において、蓋体２０上で待機するウェーハボート８０に順次移載される。ここに、ウェーハボート８０における被処理体保持部の各々において、ウェーハＷが移載される移載位置は、例えば、ウェーハＷが、その形状中心位置が回転駆動手段２３によって回転駆動されるウェーハボート８０の回転中心位置と一致する状態とされる位置（以下、「設定移載位置」とする。）である。また、ウェーハボート８０における最上部および最下部の被処理体保持部には、例えば模擬的な半導体ウェーハ（ダミーウェーハ）が載置される。
そして、昇降機構により蓋体２０が上方向に駆動されてウェーハボート８０が下端開口１１Ｃから反応容器１１内に搬入されると共に、蓋体２０により反応容器１１の下端開口１１Ｃが気密に閉塞された状態とされた後、排気手段が作動されて反応容器１１内が所定の圧力に減圧されると共に、筒状ヒータ２５が作動されて、反応容器１１における各々の加熱領域Ｚ１～Ｚ５がウェーハＷが処理されるべき目標温度に加熱され、この状態において、ガス供給配管１５Ａより反応容器１１内に適宜の成膜用ガスが導入されることにより、ウェーハＷに対して成膜処理が行われる。制御部１４０は、熱処理装置全体の動作を制御するための演算処理部であり、例えば、コンピュータで構成されてもよい。
次に、図３を用いて、熱処理装置に用いられるウェーハボート８０の一例について説明する。図３は、熱処理装置に使用可能なウェーハボート８０の一例を示した図である。
図３に示されるように、ウェーハボート８０は、天板８１及び底板８２を備え、天板８１と底板８２との間に支柱８３を備える。図３は、３本の支柱８３が設けられた例を示している。支柱８３の数は、３本以上であれば用途において種々設定することができ、例えば４本とすることも可能である。
各支柱８３は、所定間隔で鉛直方向に形成された支持部８４を有する。支持部８４は爪のように平板状に小さく内側に突出しているので、爪と呼んでもよい。支持部８４の間隔は、用途に応じて適宜設定してよいが、例えば上述のように、１個のウェーハボート８０で、５０～１５０枚のウェーハＷが配列可能となるような間隔に設定してもよい。支持部８４は、ウェーハＷを支持できれば、形状は問わないが、例えば、中心方向に延びる水平面を有する矩形状に形成されてもよい。なお、各支柱８３の支持部８４は、ウェーハＷを水平な状態で支持できるように、同一のウェーハＷを支持する各支持部８４同士が、同じ高さに設定される。また、支柱８３が３本の場合は、１本の支柱８３ａが、ウェーハＷを搭載する正面から見て、中心奥に配置され、他の２本の支柱８３ｂ、８３ｃが、支柱８３ａに対して対称に配置される。
天板８１及び底板８２は、中央領域に各々開口８１ａ及び開口８２ａを有する円環形状に形成されてもよい。また、ウェーハボート８０は、支柱８３の他、必要に応じて、補強柱を備えていてもよい。補強柱は、ウェーハボート８０の強度を高めるために補強用に設けられる支持柱であり、ウェーハＷを支持する支持部８４を有しない。例えば、中心奥の支柱８３ａと左側の支柱８３ｂとの間、及び中心奥の支柱８３ａと右側の支柱８３ｃとの間に、補強柱を１本ずる設ける構成としてもよい。なお、ウェーハボート８０はウェーハボート支持台と同材質である石英を含め、用途に応じて種々の材料から構成され得る。
かかる構成の熱処理装置において、成膜を行う際は、移載装置３０を用いてウェーハＷを蓋体２０上に載置されたウェーハボート８０上に移載し、蓋体２０を上昇させて反応容器１１内に収容する。そして、排気手段が作動されて反応容器１１内が所定の圧力に減圧されると共に、筒状ヒータ２５が作動されて反応容器１１における各々の加熱領域Ｚ１～Ｚ５が、ウェーハＷが処理されるべき目標温度に加熱され、この状態において、ガス供給配管１５Ａより反応容器１１内に適宜の成膜用ガスが導入されることにより、ウェーハＷに対して成膜処理が行われる。
ここで、ガス供給配管１５ＡはウェーハＷよりも外側に設置されており、ウェーハＷの面内の位置ではガス供給配管１５Ａからの距離も異なるし、縦方向にもウェーハＷは積み重ねられているため、ウェーハＷの面内及び上下間でも処理ガスのウェーハＷ上への吸着量に差が出る場合がある。また、排気についても同様で、ウェーハＷの面内及び上下間において微妙な差が生じる場合がある。
このような差に起因し、ウェーハＷ上に成膜を行った場合に、ウェーハＷの縦方向における位置の差も含めて、ウェーハＷの面内で膜厚に差が出る場合がある。ウェーハＷ上に成膜する薄膜の膜厚は、ウェーハＷの面内で均一であることが好ましく、面内均一性が良好であることが好ましい。以下では、ウェーハボード８０に載置されたウェーハＷの位置起因で、ウェーハＷの面内（例えばエッジ）での膜厚が揃っていない膜厚分布の偏りを偏芯と呼ぶ。プロセス性能を最大化するためには、偏芯を無くす必要があった。
従来、偏芯はウェーハボード８０に載置するウェーハＷの位置を作業者が経験と勘で調整することで改善していた。しかし、偏芯はどこまで改善するべきかの指標も無く、作業者が試行錯誤しながら最適な位置であると判断するまで調整が行われていた。このように偏芯の改善は、作業者のスキル依存の作業となるため、作業者によって改善までに必要な時間がばらついていた。本実施形態では、後述するような偏芯を無くすプログラムを利用することで、作業者によらず、短い時間で簡単に偏芯を無くせるようにしている。
本実施形態に係る偏芯を無くすプログラムは、移載装置３０に指示するウェーハＷの載置位置（ティーチングポジション）を後述のように最適化するものである。移載装置３０は指示されたティーチングポジションに従い、支持アーム３３を前後方向及び回転方向に少しずつずらしてウェーハＷをウェーハボート８０の支持部８４上に載置する。
図４は、ウェーハＷの配置位置の一例を説明するための図である。図４では５つの設定箇所（５枚のウェーハＷ）にティーチングポジションＴＰ１～ＴＰ５が指示された例を示している。また、図４において、ウェーハボート８０は省略されており、反応容器１１内のウェーハＷの配置の一例が示されている。
ティーチングポジションは、例えば複数枚のウェーハＷを積載して１バッチで熱処理する場合に、上下方向において複数の設定箇所に位置するウェーハＷの中心位置を、載置位置として指示するものである。ティーチングポジションを指示する設定箇所の数は複数であれば特に限定されないが、例えば、２～５箇所である。例えば図４では、５６枚積み重ねられたウェーハＷのうちの５枚のウェーハＷにティーチングポジションが指示される例を示している。
また、ティーチングポジションが指示されるウェーハＷ以外のウェーハＷの中心位置については、ティーチングポジションが指示された上下のウェーハＷの中心位置で線形補間する。ティーチングポジションは、ベースの位置からの支持アーム３３の前後方向の移動量と、回転方向の移動量とにより指示される。
これにより、支持アーム３３はウェーハボード８０のベースの位置から支持アーム３３の前後方向と及び回転方向に少しずつずらしてウェーハＷを支持部８４上に配置できる。このように本実施形態では、ウェーハボード８０に載置されるウェーハＷの位置を５つの設定箇所のティーチングポジションの指示によりベースの位置から種々移動させて成膜処理を行うことができる。
また、図４では膜厚を測定するモニターウェーハＭ１～Ｍ７を設定している。ティーチングポジションＴＰ１～ＴＰ５を指示した設定箇所の上下で定まる区間には、任意の枚数のモニターウェーハＭ１～Ｍ７を設定することができる。
図４においては、ティーチングポジションＴＰ１を指示した設定箇所－ティーチングポジションＴＰ２を指示した設定箇所、ティーチングポジションＴＰ２を指示した設定箇所－ティーチングポジションＴＰ３を指示した設定箇所、ティーチングポジションＴＰ４を指示した設定箇所－ティーチングポジションＴＰ５を指示した設定箇所、の３区間で２枚のモニターウェーハＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ６、Ｍ７を設置し、また、ティーチングポジションＴＰ３を指示した設定箇所－ティーチングポジションＴＰ４を指示した設定箇所の１区間に１枚のモニターウェーハＭ５を設置した例が示されている。
この設置は一例に過ぎず、もっと少なく３枚のウェーハＷをモニターウェーハとして設定してもよいし、その枚数設定は用途に応じて定めることができる。また、ティーチングポジションＴＰ１～ＴＰ５を指示した設定箇所とモニターウェーハＭ１～Ｍ７とは、一致してもよいし、一致していなくてもよい。なお、図４においては、ティーチングポジションＴＰ１～ＴＰ５を指示した設定箇所のウェーハＷとモニターウェーハＭ１～Ｍ７の全てが異なる例を示している。
図５は、制御対象と制御パラメータの一例を説明する図である。図５（ａ）はティーチングポジションＴＰ１～ＴＰ５を指示した設定箇所のウェーハＷと、モニターウェーハＭ１～Ｍ７との上下方向における位置関係の一例を示した図である。なお、図５（ａ）は図４と同様の位置関係であるが、ティーチングポジションＴＰ１～ＴＰ５の総てをベースの位置で指示した場合であるため、複数枚のウェーハＷの全てが同じベースの位置に載置されている。
図５（ｂ）は、制御パラメータの一例を示した図である。制御パラメータとしては、支持アーム３３の前後方向（以下、「ＦＢ」と略記する場合がある）と、回転方向（以下、「ＲＴ」と略記する場合がある）との２設定がある。
前後方向は、例えば、奥への移動（位置ずらし）がプラス、手前への移動がマイナスとして表示してもよい。回転方向については支持アーム３３の回転角度により示す。例えば、右回転をプラス、左回転をマイナスとして表示してもよい。
制御パラメータとしては、ＦＢとＲＴの２設定があり、ティーチングポジションを指示した設定箇所が２～５箇所あるとすると、少なくとも２×２＝４個の制御条件を設定することができ、多ければ２×５＝１０個の制御条件を設定することができる。なお、この設定可能な制御条件を、制御ノブと呼ぶ場合がある。制御ノブの個数は、変更できる制御条件の個数を表している。
図５（ｃ）は、モニターウェーハのモニター箇所の一例を示した図である。モニター箇所ＭＰは、ウェーハＷの面内の任意の位置に設定可能であるが、例えば、ウェーハＷの外周付近の領域で周方向に沿って配置してもよい。図５（ｃ）では、２４点のモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４を設置した例を示している。
面内均一性を把握するためには、ウェーハＷのエッジの膜厚バランスを測定するのが効果的である。２４点のモニター箇所ＭＰ（膜厚測定点）を設定すれば、モニターウェーハの枚数だけ制御対象を設定することができる。例えば、図５（ａ）に示されるように、７枚のウェーハＷをモニターウェーハＭ１～Ｍ７に設定した場合には、２４点×７枚＝１６８個の制御対象を設定することができる。
また、１３枚のモニターウェーハＭ１～Ｍ１３を設定した場合には、２４点×１３枚＝３１２個の制御対象を設定することができる。なお、制御対象と呼んでいるのは、このモニター箇所ＭＰにおける膜厚のばらつきが少なくなるように制御を行えば、面内均一性を高める膜厚制御の目的が達成されるからである。
［偏芯を無くすプログラムが実行される情報処理システム］
図６は本実施形態に係る情報処理システムの一例の構成図である。図６に示した情報処理システムは、熱処理装置２００、膜厚測定装置２１０、及びティーチングポジション最適化装置２２０が、インターネットやＬＡＮなどの通信ネットワークＮを介してデータ通信可能に接続されている。なお、図６の情報処理システムは一例であって、ネットワークＮの替わりにＵＳＢなどの記録メディアを介してデータ移動するようにしてもよい。
熱処理装置２００は図１～図５を用いて説明したように、移載装置３０によりウェーハＷをウェーハボード８０に移載し、ウェーハＷが載置されたウェーハボード８０を反応容器１１内に収容して、ウェーハＷ上に成膜を行う。また、成膜したウェーハＷをウェーハボード８０に移載するために移載装置３０に指示したティーチングポジションは、自動的に又は作業者の操作に従いティーチングポジション最適化装置２２０に入力される。
膜厚測定装置２１０は熱処理装置２００で成膜されたウェーハＷのうち、図５（ｃ）のモニターウェーハＭ１～Ｍ７のモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚を測定する。膜厚測定装置２１０によるモニターウェーハＭ１～Ｍ７のモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚の測定結果は、自動的に又は作業者の操作に従いティーチングポジション最適化装置２２０に入力される。
ティーチングポジション最適化装置２２０は本実施形態に係る偏芯を無くすプログラムが実行された情報処理装置である。ティーチングポジション最適化装置２２０は、事前に作成された後述のモデル、入力された膜厚の測定結果、及び入力されたティーチングポジションを用いて、後述するように偏芯の影響が一番減らせると予想されるティーチングポジションを計算する。
ティーチングポジション最適化装置２２０は、算出された偏芯の影響が一番減らせると予想されるティーチングポジションと、そのティーチングポジションを使って成膜したときに改善される偏芯の程度と、を表示により作業者に示してもよい。なお、図６の情報処理システムは一例であって、熱処理装置２００とティーチングポジション最適化装置２２０とが一体化していてもよい。また、ティーチングポジション最適化装置２２０が機能的に複数の装置に分かれた情報処理システムであってもよい。
［ハードウェア構成］
図６のティーチングポジション最適化装置２２０は例えば図７に示すハードウェア構成のコンピュータにより実現される。図７は本実施形態に係るコンピュータの一例のハードウェア構成図である。
図７のコンピュータは、入力装置５０１、出力装置５０２、外部Ｉ／Ｆ５０３、ＲＡＭ５０４、ＲＯＭ５０５、ＣＰＵ５０６、通信Ｉ／Ｆ５０７、及びＨＤＤ５０８などを備えており、それぞれがバスＢで相互に接続されている。なお、入力装置５０１及び出力装置５０２は必要なときに接続して利用する形態であってもよい。
入力装置５０１は入力に用いるタッチパネル、操作キーやボタン、キーボードやマウスなどである。出力装置５０２は、画面を表示する液晶や有機ＥＬなどのディスプレイ、音声や音楽などの音データを出力するスピーカ等で構成されている。通信Ｉ／Ｆ５０７はコンピュータを通信ネットワークＮに接続するインターフェースである。ＨＤＤ５０８はプログラムやデータを格納している不揮発性の記憶装置の一例である。なお、ＨＤＤ５０８に替えてフラッシュメモリを用いるドライブ装置（例えばソリッドステートドライブ：ＳＳＤ）を利用するものであってもよい。
外部Ｉ／Ｆ５０３は、外部装置とのインターフェースである。外部装置には、記録媒体５０３ａなどがある。これにより、コンピュータは外部Ｉ／Ｆ５０３を介して記録媒体５０３ａの読み取り及び／又は書き込みを行うことができる。記録媒体５０３ａにはフレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤメモリカード、ＵＳＢメモリなどがある。
ＲＯＭ５０５は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の半導体メモリ（記憶装置）の一例である。ＲＡＭ５０４はプログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリ（記憶装置）の一例である。ＣＰＵ５０６はＲＯＭ５０５やＨＤＤ５０８などの記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ５０４上に読み出し、処理を実行することで、コンピュータ全体の制御や機能を実現する演算装置である。本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置２２０は、上記したハードウェア構成のコンピュータにおいて例えば本実施形態に係る偏芯を無くすプログラムを実行することにより本実施形態に示す各種処理を実現できる。
なお、図７のコンピュータのハードウェア構成は一例であって、スマートフォンやタブレット端末、複数台のコンピュータによる分散処理システムなどであってもよい。
［機能ブロック］
次に、本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置２２０の機能ブロックについて説明する。図８は本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置の一例の機能ブロック図である。ティーチングポジション最適化装置２２０は本実施形態に係る偏芯を無くすプログラムを実行することにより、モデル作成部２２２、モデル記憶部２２４、偏芯状態解析部２２６、学習機能部２２８、最適化機能部２３０、及び制約条件記憶部２３２を実現する。
モデル作成部２２２は複数の制御ノブで事前に成膜した結果（複数回のＲｕｎの結果）をモデルデータとして入力される。モデルデータには、Ｒｕｎ毎のモニターウェーハのモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚と、ティーチングポジションとが含まれる。モデル作成部２２２はモデルデータを使用してモデルを作成する。作成されたモデルは、偏芯状態がティーチングポジションの変化により、どのように変わるかを数式で表したものである。モデル記憶部２２４はモデルを記憶する。
偏芯状態解析部２２６は新たに成膜させた成膜結果が入力される。成膜結果には、モニターウェーハのモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚の測定結果が含まれる。偏芯状態解析部２２６は、入力されたモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚のばらつき評価を行うことで、偏芯状態を解析する。
学習機能部２２８は、学習機能を提供する。学習機能部２２８は、偏芯状態解析部２２６から入力された成膜結果及び解析結果と、その成膜結果及び解析結果に対応するティーチングポジションと、モデル記憶部２２４に記憶されているモデルと、を入力され、学習を行う。より具体的に、学習機能部２２８は、偏芯状態解析部２２６から入力された成膜結果及び解析結果と、その成膜結果及び解析結果に対応するティーチングポジションと、を使用し、モデル記憶部２２４に記憶されているモデルに誤差があるか確認する。誤差があれば、学習機能部２２８はモデルを補正する。
制約条件記憶部２３２はティーチングポジションの調整可能範囲が制約条件として記憶されている。最適化機能部２３０は学習機能部２２８により補正されたモデルと制約条件とが入力されると、最適化計算を行い、偏芯の影響が一番減ると予測される最適なティーチングポジションを算出する。最適化機能部２３０は、算出した最適なティーチングポジションを出力する。
また、ティーチングポジション最適化装置２２０は、算出した最適なティーチングポジションを出力する際、そのティーチングポジションを使用して成膜した場合に改善される偏芯の程度（改善量）を図や表で表示する。したがって、作業者は偏芯の改善量を確認した上で、現状のティーチングポジションをそのまま使用するか、新しく算出された最適なティーチングポジションを使用するか、を判断できる。
［処理］
以下、本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置２２０の処理について詳細に説明する。
図９は本実施形態に係るモデルの作成処理の一例のフローチャートである。ステップＳ１００において、モデル作成部２２２は複数回のＲｕｎの結果をモデルデータとして入力される。なお、モデルデータには、Ｒｕｎ毎のモニターウェーハのモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚と、ティーチングポジションとが含まれる。
ステップＳ１０２において、モデル作成部２２２はＲｕｎ毎に膜厚のばらつき評価を偏芯状態解析部２２６に解析させる。図１０は膜厚のばらつき評価の一例について説明する図である。膜厚のばらつき評価は、モニターウェーハのモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚の平均を求め、平均に対する比率でモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚のばらつきを扱うことで行う。このように扱うことで、成膜温度や成膜時間などの制御条件の変化によって全体の平均膜厚が変わっても、同じ基準で膜厚のばらつきを評価できる。
ステップＳ１０４において、モデル作成部２２２はモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４である測定ポイント毎に、ベースの位置からの移動量に対する、膜厚のばらつきの評価値の回帰式を作成する。
ステップＳ１０６において、モデル作成部２２２は作成した回帰式を使用して回帰モデルを作成する。ステップＳ１０８においてモデル作成部２２２は作成したモデルを出力する。
＜運用＞
偏芯状態解析部２２６は例えば図１１に示すような新たに成膜された成膜結果が入力される。図１１は偏芯状態解析部に入力される新たに成膜された成膜結果の一例を表した図である。図１１では、モニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４を測定点番号「１」～「２４」で示している。また、図１１では、５枚のウェーハＷがモニターウェーハである例を示している。偏芯状態解析部２２６にはモニターウェーハ別にモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚が入力される。
学習機能部２２８は例えば図１２に示すティーチングポジションが入力される。図１２は学習機能部に入力されるティーチングポジションの一例を表した図である。また、最適化機能部２３０は例えば図１３に示すようなティーチングポジションの調整可能範囲が制約条件として入力される。図１３は最適化機能部に入力される制約条件の一例を表した図である。
本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置２２０は作成されたモデル、図１１の新たに成膜された成膜結果、図１２のティーチングポジション、及び図１３の制約条件を利用して、図１４のように運用される。図１４は本実施形態に係るティーチングポジション最適化装置の運用の一例のフローチャートである。
ステップＳ２００においてティーチングポジション最適化装置２２０は初回計算の確認を行う。初回計算であれば、ステップＳ２０２に進み、ティーチングポジション最適化装置２２０は実行回数を「１」にし、必要な変数を初期化した後でステップＳ２０６の処理を行う。初回計算でなければ、ティーチングポジション最適化装置２２０はステップＳ２０４に進み、実行回数に「１」を足したあと、ステップＳ２０６の処理を行う。
ステップＳ２０６において、偏芯状態解析部２２６は例えば図１１に示すような新たに成膜された成膜結果が入力される。ステップＳ２０８に進み、偏芯状態解析部２２６は新たに成膜された成膜結果から例えば図１０に示すように、現Ｒｕｎの膜厚のばらつき評価を行う。ステップＳ２１０に進み、学習機能部２２８はモデル記憶部２２４に記憶されているモデルを入力する。
ステップＳ２１２に進み、学習機能部２２８は、偏芯状態解析部２２６から入力される成膜結果及び解析結果と、その成膜結果及び解析結果に対応するティーチングポジションと、ステップＳ２１０で入力したモデルと、を使用し、モデル記憶部２２４に記憶されていたモデルに誤差があるか確認する。誤差があれば、学習機能部２２８はモデルを補正する。
ステップＳ２１４に進み、最適化機能部２３０は学習機能部２２８により補正されたモデルと制約条件とが入力されると、以下のような評価関数Ｊを作成し、評価関数Ｊが最小になる組み合わせを見つけ出す最適化計算を行う。
Figure 0007224254000001
評価関数Ｊの「現ＲｕｎのＥｄｇｅ平均との残差」は図１５に示すような現Ｒｕｎの膜厚の平均とモニター箇所ＭＰ１～ＭＰ２４の膜厚との残差である。評価関数Ｊの「モデル」はモデル記憶部２２４に記憶されているモデルである。また、評価関数Ｊの「移動変化量」は次回のＲｕｎに設定するＲＴの移動量とＦＢの移動量とを表している。図１５は評価関数Ｊの「現ＲｕｎのＥｄｇｅ平均との残差」の一例を表した図である。
また、ステップＳ２１４の最適化計算では例えば図１６に示す制約条件を満たす範囲で評価関数Ｊが最小になる組み合わせを見つけ出す。図１６は、制約条件の一例を表した図である。最適化機能部２３０は評価関数Ｊが最小になる組み合わせを見つけ出し、その組み合わせにおける移動変化量を、最適なティーチングポジションとして出力する。
このように、最適化機能部２３０は最適化計算を行い、偏芯の影響が一番減ると予測される最適なティーチングポジションを算出する。ステップＳ２１６に進み、最適化機能部２３０は算出した最適なティーチングポジションを使用して成膜した場合の膜厚のばらつき状態を予測する。
ステップＳ２１８に進み、最適化装置２２０は最適なティーチングポジションと、その最適なティーチングポジションを使用して成膜した場合の膜厚のばらつき状態の予測結果と、を例えば図１７に示すように図や表で表示してもよいし、表計算アプリのデータ形式で出力するようにしてもよい。
以上、本実施形態によれば、作業者のスキルに依存することなく、偏芯の改善までの時間を削減でき、熱処理装置２００のメンテナンス時間を低減することができ、熱処理装置２００の稼働率の向上と工数削減を実現できる。また、熱処理装置２００のプロセス性能を最大化できる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。例えば本実施形態では、熱処理装置２００を一例として説明したが、ＣＶＤ（化学的気相成長）法、熱酸化法、ＡＬＤ（原子層堆積）法などのバッチ成膜装置への適用も可能である。
移載装置３０は特許請求の範囲に記載した基板移載機の一例である。ウェーハボート８０は基板保持具の一例である。熱処理装置２００は基板処理装置の一例である。制御部１４０は基板搬送制御部の一例である。
１１ 反応容器
３０ 移載装置
３３ 支持アーム
８０ ウェーハボート
１４０ 制御部
２００ 熱処理装置
２１０ 膜厚測定装置
２２０ ティーチングポジション最適化装置
２２２ モデル作成部
２２４ モデル記憶部
２２６ 偏芯状態解析部
２２８ 学習機能部
２３０ 最適化機能部
２３２ 制約条件記憶部
Ｍ１～Ｍ７ モニターウェーハ
ＭＰ１～ＭＰ２４ モニター箇所
Ｎ 通信ネットワーク
ＴＰ１～ＴＰ５ ティーチングポジション
Ｗ ウェーハ

Claims (9)

  1. 基板搬送容器に入れられた複数枚の基板を基板移載機により基板保持具に移載し、前記基板保持具を基板保持具移動機にて反応容器内に導入し、前記複数枚の基板の処理を行う基板処理装置において、
    複数の載置位置で事前に前記処理を行った前記基板の処理結果を使用して、前記載置位置と前記基板の偏芯状態との関係を表したモデルを作成するモデル作成部と、
    新たに前記処理を行った前記基板の処理結果として膜厚計の膜厚測定結果を入手し、膜厚ばらつき状況から前記偏芯状態を解析する偏芯状態解析部と、
    前記膜厚測定結果、前記膜厚測定結果に対応する前記載置位置、及び解析された前記偏芯状態を使用して、前記モデルの更新を行う学習機能部と、
    更新された前記モデルを使用して、前記載置位置の最適化計算を行う最適化機能部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 基板搬送容器に入れられた複数枚の基板を基板移載機により基板保持具に移載し、前記基板保持具を基板保持具移動機にて反応容器内に導入し、前記複数枚の基板の処理を行う基板処理装置の複数の載置位置で事前に前記処理を行った前記基板の処理結果を使用して、前記載置位置と前記基板の偏芯状態との関係を表したモデルを作成するモデル作成部と、
    新たに前記処理を行った前記基板の処理結果として膜厚計の膜厚測定結果を入手し、膜厚ばらつき状況から前記偏芯状態を解析する偏芯状態解析部と、
    前記膜厚測定結果、前記膜厚測定結果に対応する前記載置位置、及び解析された前記偏芯状態を使用して、前記モデルの更新を行う学習機能部と、
    更新された前記モデルを使用して、前記載置位置の最適化計算を行う最適化機能部と、
    を有する情報処理装置。
  3. 前記基板移載機による前記載置位置の調整可能範囲を記憶する制約条件記憶部、
    をさらに有し、
    前記最適化機能部は、前記載置位置の調整可能範囲を更に使用して、前記載置位置の最適化計算を行う
    ことを特徴とする請求項２記載の情報処理装置。
  4. 前記偏芯状態解析部は、新たに前記処理を行った前記基板の複数の周縁部の前記膜厚測定結果の平均を求め、前記平均に対する比率で前記複数の周縁部の前記膜厚ばらつき状況を算出する
    ことを特徴とする請求項２又は３記載の情報処理装置。
  5. 前記基板保持具は複数枚の前記基板を離間して鉛直方向に保持し、
    前記最適化機能部は、鉛直方向に離間した少なくとも３枚以上の前記基板の前記載置位置を前記最適化計算により算出し、前記最適化計算により算出していない前記基板の前記載置位置を線形補間する
    ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の情報処理装置。
  6. 前記載置位置は基板の中心位置により指示される
    ことを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の情報処理装置。
  7. 前記載置位置は前記基板移載機の前後方向の移動量および回転方向の移動量により指示される
    ことを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の情報処理装置。
  8. 基板を基板搬送容器から基板移載機にて搬出する工程と、前記基板移載機にて保持している前記基板を基板保持具に載置する工程と、前記基板保持具を反応容器内に移動し前記基板を処理する基板処理方法において、
    複数の載置位置で事前に前記処理を行った前記基板の処理結果を使用して、前記載置位置と前記基板の偏芯状態との関係を表したモデルを作成する工程と、
    新たに前記処理を行った前記基板の処理結果として膜厚計の膜厚測定結果を入手し、膜厚ばらつき状況から前記偏芯状態を解析する工程と、
    前記膜厚測定結果、前記膜厚測定結果に対応する前記載置位置、及び解析された前記偏芯状態を使用して、前記モデルの更新を行う工程と、
    更新された前記モデルを使用して、前記載置位置の最適化計算を行う工程と、
    を有する基板処理方法。
  9. 基板搬送容器に入れられた基板を基板移載機により反応容器内に移載し、前記基板の処理を行う基板処理装置において、
    複数の載置位置で事前に前記処理を行った前記基板の処理結果を使用して、前記載置位置と前記基板の偏芯状態との関係を表したモデルを作成するモデル作成部と、
    新たに前記処理を行った前記基板の処理結果として膜厚計の膜厚測定結果を入手し、膜厚ばらつき状況から前記偏芯状態を解析する偏芯状態解析部と、
    前記膜厚測定結果、前記膜厚測定結果に対応する前記載置位置、及び解析された前記偏芯状態を使用して、前記モデルの更新を行う学習機能部と、
    更新された前記モデルを使用して、前記載置位置の最適化計算を行う最適化機能部と、
    を有する基板処理装置。
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