JPH01282604A - プロセスのモニター方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プロセス制御方法に関するものであり、特に
、一定の組合せ条件からのドリフトを可能にするプロレ
ス制御方法に関するものでる。

（従来技術および解決すべき課題） 化学プロセスを利用した物品の製造または処理において
、製品の品質は、部分的には、例えば、温度や圧力とい
った各種プロセスパラメータをどれだけよく制御できる
かによって決まる。特定の例として、半導体素子の製造
時には、シリコンウェーハが、各段階毎に、それに関連
したいくつかのパラメータが含まれる長いシーケンスの
段階で処理されることになる。ざらに詳しく例示すると
、ウェーハに必らかしめ形成された酸化物の層に金属層
を堆積させる選択を行なう場合について考える。これを
行なうには、いくつかの方法があるが、プラズマ強化化
学蒸着（ＣＤＶ）を選択する場合、パラメータのリスト
には、ＲＦパワー、チャンバ内の圧力、混合気に用いら
れる各ガスの流れ、つ工−ハの温度、反応器内部におけ
る事象のタイミングが含まれる。直接制御を受けないと
いう意味で、非制御パラメータは、蒸着速度、均一性、
及び、抵抗性でおる。一般に、良好な均−性及び低抵抗
性と両立する最高蒸着速度を得る試みがなされる。

当該技術においては周知のように、ｊｑられる結果は、
競合する効果の間での妥協ということになる。例えば、
蒸着速度を上昇させることは可能でおるが、均一性を犠
牲にすることになる。プロセスの制御を受ける側では、
パラメータのバランスがとれるため、最適の結果が得ら
れる。このことは、しばしば制御可能なパラメータに対
し、むしろ厳しい制限を加えることになる。プロセスを
自動化することで、人間によるエラーまたはシステムエ
ラーを減少させようとする場合、プロセスに規格からの
ドリフトが生じるため、しばしば、停止することがある
。普通、オペレータには、どのパラメータが規格からは
ずれたか分るが、問題の原因または解決策を示せること
はほとんどない。

休止時間によって、自動装置は、しばしば、それが取っ
て代わった旧式装置に比べて能率的でないようにさえ思
われることがある。

以上を考慮して、本発明の目的は、プロセスのドリフト
を容認し得る制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、停止の原因が容易に見つかるよう
にするプロレス制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、プロセスパラメータの動的調整を
可能にするプロセス制御方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前述の目的は、各プロセスパラメータが３つの許容バン
ド：すなわち、ノーマルバンド、アラームバンド及び欠
陥バンドによって決定される本発明によって達成される
。゛設定″及び“照合″動作によって検出されるノーマ
ルバンド内での動作に対しては、制御システムによる制
御はそれ以上生じない。プロセスパラメータがアラーム
バンドに入ると、制御システムは、アラームバンドへの
出入りの際に、データを記録する。プロセスは続行され
、停止されることはない。プロセスパラメータが欠陥バ
ンドに入った場合、プロセスは停止される。システムは
変化の方向をモニターし、他のパラメータを変更するこ
とによって、補正操作を加えることが可能である。欠陥
状態が生じる場合、記録データによって、証跡の手がか
りが与えられ、診断に役立てられる。欠陥状態が生じな
くても、記録データは、例えば、保守に必要な事項を表
わすものとして、やはり有効である。本発明の望ましい
実施例の場合、ノーマルバンド、アラームバンド、及び
、欠陥バンドまたは“照合″バンドは例えば、所望値の
一定のパーセンデージのような、設定された関数によっ
て自動的に生じることになる。

（好適実施例の説明） 第１図は、温度と時間といった、２つのパラメータに関
連して本発明を説明するものである。時間は、Ｘ軸１１
に沿って測定され、温度は、Ｙ軸１２に沿って示される
。トレース１３は、温度を電圧に変換するのに適した変
換器の出力を表わしており、従って、その大きさが測定
され、モニターされる。第１図に示すように、本発明を
利用する代表的なプロセスの場合、物品を定温で処理す
るように維持することができない。このことは、トレー
ス１３のうねりによって示されている。トレース１３の
まわりに位置するのは、時間の経過に伴う温度の変動の
許容範囲を表わしたバンド１４である。トレース１３が
このバンド内にとどまる限り、プロセスは、正常に機能
しているものと考えられる。バンド１４は、温度を表わ
す信号の比較基準となる上限と下限すなわち両限界によ
って決まる。

バンド１４の範囲外には、第２のバンドがあり、ここで
は、アラームバンド１５と呼ぶ。　バンド１５によって
、温度変動に対する許容差が広くなる。詳述すると、バ
ンド１５は、そのまま、あるいは他の補正処置によって
、プロセスにおいて許容できるような温度変動を表わし
ている。補正処置は、温度を変更して、バンド１４内に
戻すか、あるいは、プロセスの他のパラメータに調整を
加えて、温度変化の影響が最小限ですむようにするとい
う試みの形をとる。例えば、よくあることだが、プロセ
ス温度が上昇すると、プロセス時間が短くなり、プロセ
ス温度が低下すれば、プロセス時間が長くなる。　′ バンド１５の範囲を超える温度は、欠陥状態と考えられ
るので、プロレスを停止ざゼる。代わりに、時間１７で
示すような所定の時間に完了しても、プロセスは終了す
る。

アラーム及び欠陥の限界を設ける利点は、異常によって
使用できない製品が作られる前に、システム内における
異常の検出ができるという点にある。さらに、アラーム
状態が生じた温度及び時間を記録することによって、欠
陥の診断に有効な記録を得て、そのプロセスがうま〈実
施されるようにすることが可能になる。この目的のため
、温度を絶えずモニターすることもできるか、結果とし
て大量のデータが生じ、その大部分は取るに足りないも
のである。

第１図は、本発明の記述に用いる３つの用語、すなわち
“設定″“照合゛、及び゛停止゛を説明している。初期
時点に、処理すべき物品を加熱するためのヒータその他
のデバイスの制御に適した装置によって、温度が設定さ
れる。次に、照合機能が動いて、実際に、正しい温度が
得られたが否かが確められる。正常なプロセス期間が満
了するか、欠陥状態の場合には、停止機能を用いて、プ
ロセスが終了させられる。第１図に用いられているよう
に、これらの機能は、その変数値、すなわち、Ｙ軸につ
いて実施することができる。停止及び照合機能に限ると
、時間軸について実施することができる。おる意味では
、設定機能は、Ｘ軸に適用される停止動作に内在するも
のである。これらの動作は、両方の軸に適用されるだけ
でなく、照合機能と停止機能から成る相補性の対をなす
。

例えば、停止機能が、時間軸について働いている場合に
は、照合機能は、変数値軸について鋤ぎ、設定機能がプ
ロセス変数を定常値に維持する目的を達したか確認する
。同様に、停止機能が変数値軸について働いている場合
、照合機能は、時間軸について働き、その機能が許容可
能な時間限界内で行なわれたか確認する。継続して両方
の軸について制御を行なうこの１組の相補性観測機能は
、設定された関数のまわりに四辺形の窓を形成し、設定
ポイントが窓の外へ逸脱しないようにするので、信頼性
が確保されることになる。

第２図には、いくつかの異なるタイプの制御条件が示さ
れている。例えば、パラメータ２゛３は、パラメータ２
２の開始値である。バンド２７は、第１図のバンド１５
と同様である。パラメータ２３のまわりのノーマルバン
ドが十分に大きくなると、すなわち、Ｘ軸にまで伸びる
と、バンド２７は存在しない場合もある。パラメータ２
１は、第１図のパラメータ１３と同様である。パラメー
タ２２は、所定の間隔の間、連続した変化率が期待され
るものである。パラメータ２４は、時間が測定量であり
、ある事象がその所定の時間のある間隔内に期待される
状況を表わしている。

すなわち、本発明によれば、所定の状態に関する境界は
、パラメータ２３によって示されるように、必ずしも対
でなくてもかまわない。パラメータ２３には、アラーム
バンド２５によって上限が決まり、バント２７によって
下限が決まるノーマルバンドが備わっている。パラメー
タ２３は、ざらに、欠陥バンド２６によって境界がつけ
られる。

下の方の欠陥バンドは、パラメータのその値のモニター
が望ましくないか、または不要のため、存在しない。例
えば、プラズマ強化ＣＶＤ反応器の下方電極の温度がパ
ラメータである場合、下方電極の温度がそれ自体で減少
することはあり得ない。

ただし、組型なのは、下方電極の温度が、ある所定の限
界を超えないということである。従って、温度上昇は、
アラームまたは欠陥状態を生じる可能性があるので、モ
ニターされるが、温度低下は、この場合、アラーム状態
を生じるだけで、欠陥状態には至らない。Ｘ軸１１がゼ
ロを表わさないような他のパラメータについては、アラ
ームバンド２７及び欠陥バンドが設けられる。

同様の考察が、ランプ（ｒａｍｐ）ｉ能にもあてはまる
。ランプ機能を適正に行なうためには、まず、パラメー
タを所望の値に設定し、それから、システムの応答をモ
ニターして、その値が得られるか確めることになる。関
連する特定のシステムに従って、ただ、所望の終点を設
定し、システムの・門性に頼って、はぼ線形にその終点
を１ｑることによって、ランプ機能を果たすことができ
る。代わりに、ランプを複数の段階に分割し、よりしっ
かりと装置の動作に制御を加えて、所望の応答曲線に沿
ってガイドすることも可能である。これを行なうには、
システムは、パラメータの値と時間の両方について、方
向だけでなく、高い値と低い値のモニターも行なわなけ
ればならない。例えば、ランプの上昇時には、設定は能
を用いて、変化を開始ざぜ、次に、高さ照合機能によっ
て、システムがその限界点をオーバシュートしなかった
かもＴ已工し、方向照合機能を利用して、ランプか適正
な方向に生じているか確める。所定の時間２４には、ラ
ンプサイクルに適した動作を決める関連の境界２８が備
わっている。伯のパラメータと同様、時間のパラメータ
に関する値には、ノーマルバンド、アラームバンド、及
び、欠陥バンドがある。ランプ動作時には、時間の値に
対する両方の値を照合して、ランプの発生が、あまりに
急激であったり、あるいは、あまりにゆるやかであった
りしないか確認をするのが望ましい。

第３図には、パラメータが、互いに垂直な軸に沿ってｎ
次元空間で動作するものと解釈される本発明のもう１つ
の態様が示されている。以前と同様、Ｘ軸１１は時間に
対応し、Ｙ軸１２には、温度といった他のパラメータに
対応するものと解釈することができる。さらに、Ｚ軸３
８は、例えば、圧力のような第３のパラメータに対応す
る。第３図に示すように、これらのパラメータは、相互
に関係しており、温度の上昇は、圧力の低下で補正可能
であるし、ぞの逆も可能である。当業者には明らかなよ
うに、こうした補正の測定には、必ず限界がある。従っ
て、１組の境界をやはり備えることになるが、この１組
の境界は、多次元図形を形成する。これについては、第
３図に示されており、ノーマルバンド３１はＹ軸におい
て増大するが、Ｙ軸においては減少し、この逆も生じる
。アラームバンド３２及び欠陥バンド３３は、ノーマル
バンド３１と同じ形状になる必要はなく、温度、圧力、
及び時間の異なる組合ぜによって生じる結果に依存して
いる。これら相互に関係したパラメータに従ってプロセ
スに制御を加えることによって得られるのは、証跡の手
がかりだけでなく、補正処置を動的に加え得るようにす
ることによって、さらに−貫した結果も得られることに
なる。

第４図には、本発明を実施するｖｉ置が示されている。

本発明の実施例の１つである第４図の装置は、単一のウ
ェーハまたは一部のウェーハに対する特定の処理段階、
あるいは、緊密な関係を有する段階の実施に関連したプ
ラズマ強化化学蒸着反応器の一部を表わ（）たものであ
る。このため、−般に、Ｍｏｔｏｒｏｌａ　　Ｉｎｃ、
から販売されている６８０２０のようなマイクロプロセ
ッサ−からなるユニットコントローラ４１に対し、ウェ
ーハの処理に関する全ての機能の制御について責任が割
り当てられている。ターミナル４２とトラックボール４
３によって、人間とのインターフェースも可能になる。

ユニットコントローラ４１の下端は、一連の設定、照合
、停止機能といったプロセスの実施に関連したプロセス
コントローラ４４とのインターフェースを行なう。これ
は、ネットワークを介して、複数の装置コントローラ４
５〜５０と通じるようにすることによって行なわれる。

これらの装置コントローラは、一般に、ＭＯｌＯｒＯｌ
ａ　　ＩｎＣ，から販売されている６８ＨＣ１１のよう
な、特定のタスクに適した複数の変換器に接続されたマ
イクロコントローラから構成される。各種変換器自体に
対する６　８８　Ｃ１１のインターフェースは、当業者
には本来周知のものである。例えば、装置４５は、ＲＦ
パワーのレベルを制御し、ざらに自動同調（インピーダ
ンス整合）装置を組み込むことにより、ＲＦパワー発生
器に対する抵抗性負荷を確保するようになっている。装
置コントローラ４６〜４８には、ソレノイド、質量流量
コントローラ、及び圧力センサーといった、プラズマ反
応器内におけるガスの流れ及び圧力に対する制御及びモ
ニターに適したものが含まれる。装置コントローラ４９
は、ヒータを動作させるのに適した分離及びパワー制御
手段や、ヂャンバ内における温度のモニターを行なうの
に適した温度感知装置から構成される。プロセスを受け
る半導体ウェーハに最も近い温度をモニターするのが、
望ましい。装置コントローラ５０は、プラズマ反応器へ
のロード及びアンロードを行なうウェーハの移送動作に
関するものでおる。それは、ウェーハの移送を作動させ
、その位置を感知する複数の変換器から構成される。

本発明の望ましい実施例の場合、各装置コントローラは
、ネットワークにおけるポールモード（ｐｏｌｌｅｄ　
ｍｏｄｅ）で動作する。アラームまたは欠陥が生じると
、メツセージがプロセスコントローラ４４に送られ、ざ
らに、そこからユニットコントローラ４１へ中継される
。本発明の望ましい実施例の場合、データは、アラーム
バンドへの出入りの際、及び、故障バンドへ入る際に記
録される。

このデータは、ユーザーによるターミナル４２またはプ
リンタ（不図示）での再現に備えて、記憶される。

第５図には、半導体ウェーハにタングステンを堆積させ
るプロセスの制御が示されている。第５図の場合、トレ
ース５１はウェーハにおけるまたはその近くにおける温
度に対応し、トレース５２はＲＦパワーを表わし、トレ
ース５３．５４、及び５５はそれぞれ特定のガスの使用
を表わし、トレース５６はプラズマ反応器内における圧
力を表　・わし、トレース５７は時間を表わしている。

一般に、このプロセスにはポンプを数回にわたって停止
さけたり、加圧したりして、反応器の空気を一掃し、ウ
ェーハの温度を上昇させ、反応器にガスを加え、ＲＦパ
ワーをオンにして、ある時点で、もう１つのガスを加え
るという、反応器に関プる循環操作を伴うことになる。

このプロセスが終了すると、反応器が浄化され、ウェー
ハが取り除かれる。これは、本書でユニット段階と称す
るものを設けることにより、本発明に従って制御される
。

ユニット段階は、所定の動作を行なうための最小時間間
隔である。設定機能及び照合機能が時間軸には用いられ
ないと仮定して、ユニット段階は、同一の時間間隔でな
くともよい。例えば、時間０１６１．６２、及び６３の
間で決まる時間間隔は、比較的均一であり、反応器に関
する浄化及びポンプ休止に適した時間フレームを表わし
ている。これに反し、反応器を安定化させる時間６３〜
時間６４の時間間隔は、比較的長く、頻繁な照合は不要
である。時間６４〜時間６５の間隔においては、温度は
ランプ状に上昇するが、これは、実施される特定のプロ
セスに従って、単一のユニット間隔または複数のユニッ
ト間隔で行なわれることになる。プロセスの残りの部分
についても同様に、ユニット間隔は、特定のタスクの実
行に適したものが選択される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による制御の対象となる１対のパラメ
ータを説゛明するグラフである。 第２図は、本発明の記述に用いる用品を説明するグラフ
である。 第３図は、本発明に従い３つのパラメータに対し適用さ
れる３種のバンドを例示したものである。 第４図は、本発明を実現するためのシステムを示すもの
である。 第５図は、本発明に従って制御されるプロセスのパラメ
ータの値を示すものである。 １１・・・ＸＬ１２・・・ＹＨＪ、１３・・・トレース
、１４・・・バンド、１５・・・アラームバンド、１７
・・・時間、２２．２３・・・パラメータ、２４・・・
所定の時間、２５．２７・・・アラームバンド、２８・
・・境界、３１・・・ノーマルバンド、３２・・・アラ
ームバンド、３３・・・欠陥バンド、３８・・・Ｚ軸、
４１・・・ユニットコントローラ、４２・・・ターミナ
ル、４３・・・トラックボール、４４・・・プロセスコ
ントローラ、４５〜５０・・・装置コントローラ。 特許出願人　スペクトラム・シーヴイディー・インコー
ホレーテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マルチパラメータ処理におけるパラメータの制御方
   法であって： 前記パラメータを所望値に設定する段階； 前記パラメータの実際の値に依存する信号を発生する段
   階； 第１の所定の限界とそれより小さい第２の所定の限界と
   に対し前記信号の大きさを照合する段階； 前記信号が前記第１の限界未満の場合には、前記処理を
   継続する段階； 前記信号が前記第１の限界と第２の限界との間にあると
   きに、前記信号を記録する段階；並びに 前記信号が前記第１の限界内にない場合には、前記処理
   を停止する段階； から構成される制御方法。 ２、前記両限界が、前記所望値の所定の一定のパーセン
   テージであることを特徴とする、請求項１に記載の方法
   。 ３、請求項１に記載の方法であって、少なくとも２個の
   パラメータが制御され、さらに； 制御すべき各パラメータの実際の値に依存する信号を発
   生する段階；及び 一方のパラメータの前記信号の値に従つて、他方のパラ
   メータの前記信号のための前記限界を変更する段階； からなることを特徴とする制御方法。 ４、前記処理が複数の間隔に分割されることと、前記設
   定及び照合段階が、各前記間隔毎に少なくとも１度実施
   されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。