KR20210006848A - 기판 처리 시스템 및 프로세스 데이터 감시 방법 - Google Patents

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도모노리 야마시타
다카즈미 다나카
다케히로 기노시타
후미아키 나가이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 프로세스 데이터의 거동이 상이한 경우에도, 프로세스 데이터의 이상을 정밀도 좋게 검지하는 기판 처리 시스템 및 프로세스 데이터 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판 처리 시스템은, 미리 정해진 프로세스에 포함되는 각 단계가 상이한 제어 조건하에서 실행된 경우의, 각 단계의 프로세스 데이터를 취득하는 취득부와, 각 단계를, 상기 프로세스 데이터가 변동하는 제1 구간과, 상기 프로세스 데이터의 변동이 수속(收束)되는 제2 구간으로 나누고, 상기 프로세스 데이터 중, 상기 제1 구간에 속하는 제1 데이터와, 제2 구간에 속하는 제2 데이터를 추출하는 추출부와, 상기 제1 데이터를 평가하는 평가값과 상기 제2 데이터를 평가하는 평가값 중 어느 한쪽 또는 양쪽을, 대응하는 상하한값과 대비(對比)함으로써, 상기 프로세스 데이터를 감시하는 감시부를 갖는다.

Description

기판 처리 시스템 및 프로세스 데이터 감시 방법 {SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING PROCESS DATA}
본 개시는 기판 처리 시스템 및 프로세스 데이터 감시 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 성막(成膜) 시스템 등의 기판 처리 시스템에서는, 피처리 기판(반도체 웨이퍼)을 처리할 때, 처리 용기 내의 가스 압력을 목표 가스 압력으로 제어하면서 미리 정해진 프로세스를 실행한다. 이러한 기판 처리 시스템의 경우, 프로세스의 실행 중에 취득한 프로세스 데이터(압력 데이터, 유량 데이터 등)를 감시함으로써, 프로세스 데이터의 이상을 검지하고 있다.
한편, 기판 처리 시스템 중, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 성막 시스템에서는, 하나의 피처리 기판에 대해, 복수의 프로세스(ALD 사이클)를 실행한다.
이때, 상기 성막 시스템에서는, 각 ALD 사이클에 포함되는 각 단계에 있어서, 상이한 제어 조건하에서(목표 가스 압력이나 공급되는 처리 가스의 유량 등의 조건이 상이한 가운데에서) 가스 압력을 제어하면서, ALD 사이클을 실행한다. 이 때문에, 상기 성막 시스템이 ALD 사이클의 실행 중에 취득하는 프로세스 데이터는, 단계마다 상이한 거동을 나타내게 된다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2012-216697호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2012-186213호 공보
본 개시는 프로세스 데이터의 거동이 상이한 경우에도, 프로세스 데이터의 이상을 정밀도 좋게 검지하는 기판 처리 시스템 및 프로세스 데이터 감시 방법을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 기판 처리 시스템은,
미리 정해진 프로세스에 포함되는 각 단계가 상이한 제어 조건하에서 실행된 경우의, 각 단계의 프로세스 데이터를 취득하는 취득부와,
각 단계를, 상기 프로세스 데이터가 변동하는 제1 구간과, 상기 프로세스 데이터의 변동이 수속(收束)되는 제2 구간으로 나누고, 상기 프로세스 데이터 중, 상기 제1 구간에 속하는 제1 데이터와, 제2 구간에 속하는 제2 데이터를 추출하는 추출부와,
상기 제1 데이터를 평가하는 평가값과 상기 제2 데이터를 평가하는 평가값 중 어느 한쪽 또는 양쪽을, 대응하는 상하한값과 대비(對比)함으로써, 상기 프로세스 데이터를 감시하는 감시부를 갖는다.
본 개시에 의하면, 프로세스 데이터의 거동이 상이한 경우에도, 프로세스 데이터의 이상을 정밀도 좋게 검지하는 기판 처리 시스템 및 프로세스 데이터 감시 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 성막 시스템의 일 구성예를 도시한 도면이다.
도 2는 압력 제어기의 컨트롤러의 기능 구성의 일례 및 ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 경우의 레시피의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 압력 제어기의 컨트롤러의 하드웨어 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 이상 검지부의 기능 구성의 상세의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 구체예를 도시한 제1 도면이다.
도 6은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 흐름을 도시한 제1 흐름도이다.
도 7은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 구체예를 도시한 제2 도면이다.
도 9는 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 흐름을 도시한 제2 흐름도이다.
도 10은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 흐름을 도시한 제3 흐름도이다.
이하, 각 실시형태의 상세에 대해, 첨부된 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 이하의 각 실시형태에서는, 기판 처리 시스템으로서, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 성막 시스템(매엽식(枚葉式))을 예로 들어 설명한다. 단, 기판 처리 시스템은, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 성막 시스템에 한정되지 않고, 예컨대, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 성막 시스템이어도 좋다. 혹은, 성막 프로세스 이외의 프로세스를 실행하는 기판 처리 시스템이어도 좋다. 또한, 기판 처리 시스템은, 매엽식에 한정되지 않고, 배치식이어도 좋고, 그 경우, 기판 처리 시스템은 종형로(縱型爐)여도, 횡형로(橫型爐)여도 좋다.
또한, 이하의 각 실시형태에서는, ALD법에 의한 성막 프로세스에 있어서, ALD 사이클의 실행 중에 감시하는 프로세스 데이터로서, 압력 데이터를 예로 들어 설명한다. 그러나, ALD 사이클의 실행 중에 감시하는 프로세스 데이터는, 압력 데이터에 한정되지 않고, 유량 데이터나 온도 데이터 등의 다른 프로세스 데이터여도 좋다.
이하, 각 실시형태를 설명할 때에, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
[제1 실시형태]
<성막 시스템의 구성>
처음으로, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 성막 시스템의 구성예에 대해 설명한다. 도 1은 성막 시스템의 일 구성예를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 성막 시스템(100)은, 처리 용기(1)와, 배치대(2)와, 샤워 헤드(3)와, 배기부(4)와, 가스 공급 기구(5)와, 제어부(6)를 갖는다.
처리 용기(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 처리 용기(1)는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 함)를 수용한다. 처리 용기(1)의 측벽에는 웨이퍼(W)를 반입 또는 반출하기 위한 반입 반출구(11)가 형성되고, 반입 반출구(11)는 게이트 밸브(12)에 의해 개폐된다. 처리 용기(1)의 본체 위에는, 단면이 직사각형 형상을 이루는 원환형의 배기 덕트(13)가 설치되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 내주면을 따라 슬릿(13a)이 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 외벽에는, 배기구(13b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 상면에는, 처리 용기(1)의 상부 개구를 막도록 상부벽(14)이 설치되어 있다. 배기 덕트(13)와 상부벽(14) 사이는 시일 링(15)으로 기밀하게 밀봉되어 있다.
배치대(2)는, 처리 용기(1) 내에서 웨이퍼(W)를 수평으로 지지한다. 배치대(2)는, 웨이퍼(W)에 대응한 크기의 원판형으로 형성되어 있고, 지지 부재(23)에 지지되어 있다. 배치대(2)는, 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료나, 알루미늄이나 니켈 합금 등의 금속 재료로 형성되어 있고, 내부에 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(21)가 매립되어 있다. 히터(21)는, 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열한다. 그리고, 배치대(2)의 상면 근방에 설치된 열전대(도시하지 않음)의 온도 신호에 의해 히터(21)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)가 미리 정해진 온도로 제어된다. 배치대(2)에는, 상면의 외주 영역 및 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스에 의해 형성된 커버 부재(22)가 설치되어 있다.
배치대(2)의 바닥면에는, 배치대(2)를 지지하는 지지 부재(23)가 설치되어 있다. 지지 부재(23)는, 배치대(2)의 바닥면의 중앙으로부터 처리 용기(1)의 바닥벽에 형성된 구멍부를 관통하여 처리 용기(1)의 하방으로 연장되고, 그 하단이 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)에 의해 배치대(2)가 지지 부재(23)를 통해, 도 1에서 도시된 처리 위치와, 그 하방의 2점 쇄선으로 도시된 웨이퍼(W)의 반송이 가능한 반송 위치 사이에서 승강한다. 지지 부재(23)의 처리 용기(1)의 하방에는, 플랜지부(25)가 부착되어 있고, 처리 용기(1)의 바닥면과 플랜지부(25) 사이에는, 처리 용기(1) 내의 분위기를 외기와 구획하고, 배치대(2)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(26)가 설치되어 있다.
처리 용기(1)의 바닥면 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출하도록 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지핀(27)이 설치되어 있다. 웨이퍼 지지핀(27)은, 처리 용기(1)의 하방에 설치된 승강 기구(28)에 의해 승강판(27a)을 통해 승강한다. 웨이퍼 지지핀(27)은, 반송 위치에 있는 배치대(2)에 형성된 관통 구멍(2a)에 삽입 관통되어 배치대(2)의 상면에 대해 돌출 및 함몰 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 지지핀(27)을 승강시킴으로써, 반송 기구(도시하지 않음)와 배치대(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다.
샤워 헤드(3)는, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 샤워형으로 공급한다. 샤워 헤드(3)는, 금속제이며, 배치대(2)에 대향하도록 설치되어 있고, 배치대(2)와 거의 동일한 직경을 갖고 있다. 샤워 헤드(3)는, 처리 용기(1)의 상부벽(14)에 고정된 본체부(31)와, 본체부(31) 아래에 접속된 샤워 플레이트(32)를 갖고 있다. 본체부(31)와 샤워 플레이트(32) 사이에는 가스 확산 공간(33)이 형성되어 있고, 가스 확산 공간(33)에는 처리 용기(1)의 상부벽(14) 및 본체부(31)의 중앙을 관통하도록 가스 도입 구멍(36, 37)이 형성되어 있다. 샤워 플레이트(32)의 둘레 가장자리부에는 하방으로 돌출하는 환형 돌기부(34)가 형성되어 있다. 환형 돌기부(34)의 내측의 평탄면에는, 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다. 배치대(2)가 처리 위치에 존재한 상태에서는, 배치대(2)와 샤워 플레이트(32) 사이에 처리 공간(38)이 형성되고, 커버 부재(22)의 상면과 환형 돌기부(34)가 근접하여 환형 간극(39)이 형성된다.
배기부(4)는, 처리 용기(1) 내의 가스를 배기한다. 배기부(4)는, 배기구(13b)에 접속된 배기 배관(41)과, 배기 배관(41)에 접속된 배기 기구(42)를 갖는다. 처리 용기(1) 내의 가스는 슬릿(13a)을 통해 배기 덕트(13)에 이르고, 배기 덕트(13)로부터 배기 배관(41)을 지나 배기 기구(42)에 의해 배기된다. 배기 기구(42)는, 압력 제어기(42_1)와 진공 펌프(42_2)를 갖는다.
가스 공급 기구(5)는, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급 기구(5)는, 프리커서(precursor) 공급원(51a), N2 가스 공급원(52a), N2 가스 공급원(53a), 환원 가스 공급원(54a), 환원 가스 공급원(55a), N2 가스 공급원(56a), 및 N2 가스 공급원(57a)을 갖는다.
프리커서 공급원(51a)은, 가스 공급 라인(51b)을 통해 염화텅스텐 가스인 프리커서를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(51b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(51c), 저류 탱크(51d) 및 밸브(51e)가 개재되어 설치되어 있다. 가스 공급 라인(51b)의 밸브(51e)의 하류측은, 가스 도입 구멍(36)에 접속되어 있다. 프리커서 공급원(51a)으로부터 공급되는 프리커서는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(51d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(51d) 내에서 미리 정해진 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(51d)로부터 처리 용기(1)에의 프리커서의 공급 및 정지는, 밸브(51e)에 의해 행해진다. 이와 같이 저류 탱크(51d)에 프리커서를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 프리커서를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(52a)은, 가스 공급 라인(52b)을 통해 퍼지 가스인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(52b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(52c), 저류 탱크(52d) 및 밸브(52e)가 개재되어 설치되어 있다. 가스 공급 라인(52b)의 밸브(52e)의 하류측은, 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(52a)으로부터 공급되는 N2 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(52d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(52d) 내에서 미리 정해진 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(52d)로부터 처리 용기(1)에의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(52e)에 의해 행해진다. 이와 같이 저류 탱크(52d)에 N2 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(53a)은, 가스 공급 라인(53b)을 통해 캐리어 가스인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(53b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(53c), 밸브(53e) 및 오리피스(53f)가 개재되어 설치되어 있다. 가스 공급 라인(53b)의 오리피스(53f)의 하류측은, 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(53a)으로부터 공급되는 N2 가스는 웨이퍼(W)의 성막 중에 연속해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. N2 가스 공급원(53a)으로부터 처리 용기(1)에의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(53e)에 의해 행해진다. 저류 탱크(51d, 52d)에 의해 가스 공급 라인(51b, 52b)에는 비교적 큰 유량으로 가스가 공급되지만, 오리피스(53f)에 의해 가스 공급 라인(51b, 52b)에 공급되는 가스가 N2 가스 공급 라인(53b)으로 역류하는 것이 억제된다.
환원 가스 공급원(54a)은, 환원 가스 공급 라인(54b)을 통해 환원 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 환원 가스 공급 라인(54b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(54c), 밸브(54e) 및 오리피스(54f)가 개재되어 설치되어 있다. 환원 가스 공급 라인(54b)의 오리피스(54f)의 하류측은, 가스 도입 구멍(37)에 접속되어 있다. 환원 가스 공급원(54a)으로부터 공급되는 환원 가스는 웨이퍼(W)의 성막 중에 연속해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 환원 가스 공급원(54a)으로부터 처리 용기(1)에의 환원 가스의 공급 및 정지는, 밸브(54e)에 의해 행해진다. 후술하는 저류 탱크(55d, 56d)에 의해 가스 공급 라인(55b, 56b)에는 비교적 큰 유량으로 가스가 공급되지만, 오리피스(54f)에 의해 가스 공급 라인(55b, 56b)에 공급되는 가스가 환원 가스 공급 라인(54b)으로 역류하는 것이 억제된다.
환원 가스 공급원(55a)은, 가스 공급 라인(55b)을 통해 환원 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(55b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(55c), 저류 탱크(55d) 및 밸브(55e)가 개재되어 설치되어 있다. 가스 공급 라인(55b)의 밸브(55e)의 하류측은, 환원 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. 환원 가스 공급원(55a)으로부터 공급되는 환원 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(55d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(55d) 내에서 미리 정해진 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(55d)로부터 처리 용기(1)에의 환원 가스의 공급 및 정지는, 밸브(55e)에 의해 행해진다. 이와 같이 저류 탱크(55d)에 환원 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 환원 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(56a)은, 가스 공급 라인(56b)을 통해 퍼지 가스인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(56b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(56c), 저류 탱크(56d) 및 밸브(56e)가 개재되어 설치되어 있다. 가스 공급 라인(56b)의 밸브(56e)의 하류측은, 환원 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(56a)으로부터 공급되는 N2 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(56d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(56d) 내에서 미리 정해진 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(56d)로부터 처리 용기(1)에의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(56e)에 의해 행해진다. 이와 같이 저류 탱크(56d)에 N2 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(57a)은, 가스 공급 라인(57b)을 통해 캐리어 가스인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(57b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(57c), 밸브(57e) 및 오리피스(57f)가 개재되어 설치되어 있다. 가스 공급 라인(57b)의 오리피스(57f)의 하류측은, 환원 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(57a)으로부터 공급되는 N2 가스는 웨이퍼(W)의 성막 중에 연속해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. N2 가스 공급원(57a)으로부터 처리 용기(1)에의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(57e)에 의해 행해진다. 저류 탱크(55d, 56d)에 의해 가스 공급 라인(55b, 56b)에는 비교적 큰 유량으로 가스가 공급되지만, 오리피스(57f)에 의해 가스 공급 라인(55b, 56b)에 공급되는 가스가 N2 가스 공급 라인(57b)으로 역류하는 것이 억제된다.
제어부(6)는, CPU(Central Processing Unit)(105), HDD(Hard Disk Drive)(110), ROM(Read Only Memory)(115), RAM(Random Access Memory))(120)을 갖는다. CPU(105), HDD(110), ROM(115), RAM(120)은, 버스(B)를 통해 서로 접속되어 있다.
제어부(6)는, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 경우의 레시피(복수의 ALD 사이클을 포함하는 레시피)를 생성하는 생성부로서 기능한다. 또한, 제어부(6)는, 생성한 레시피를 HDD(110) 또는 RAM(120)에 설정하는 설정부로서 기능한다. 또한, 제어부(6)는, 설정한 레시피에 포함되는 복수의 ALD 사이클을 실행함으로써 실행부로서 기능한다.
<압력 제어기의 컨트롤러의 기능 구성 및 레시피의 일례>
다음으로, 배기 기구(42)에 포함되는 압력 제어기(42_1)의 상세에 대해 설명한다. 압력 제어기(42_1)에는, 조작단(예컨대, 압력 제어 밸브)이나 압력 센서, 압력 센서에 의해 측정된 압력 데이터와 목표 가스 압력(목표값)의 편차에 따른 제어 데이터를 출력하는 컨트롤러 등이 포함된다. 한편, 여기서는, 주로, 컨트롤러의 기능 구성과, 상기 컨트롤러가 동작할 때에 참조하는 레시피에 대해 설명한다.
도 2는 압력 제어기의 컨트롤러의 기능 구성의 일례 및 ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 경우의 레시피의 일례를 도시한 도면이다.
컨트롤러(200)에는, 압력 제어 프로그램이 인스톨되어 있고, 상기 프로그램이 실행됨으로써, 컨트롤러(200)는, 압력 제어부(210) 및 이상 검지부(220)로서 기능한다.
압력 제어부(210)는, 압력 제어기(42_1)에 포함되는 압력 센서(도시하지 않음)에 의해 측정된 압력 데이터를 취득하고, 목표 가스 압력과의 편차에 따른 제어 데이터를 출력한다. 이에 의해, 압력 제어기(42_1)에 포함되는 조작단(예컨대, 압력 제어 밸브)이 제어되어, 처리 용기(1) 내의 가스 압력이 목표 가스 압력으로 제어된다.
한편, 목표 가스 압력은, 레시피(230)의 각 ALD 사이클에 포함되는 사이클 단계(cs)마다 규정되어 있는 것으로 한다. 또한, 압력 제어부(210)에 의한 가스 압력의 제어에는, 예컨대, PID 제어가 이용되는 것으로 한다.
이상 검지부(220)는, 압력 제어기(42_1)에 포함되는 압력 센서에 의해 측정된 압력 데이터를 취득하고, 레시피(230)의 각 ALD 사이클에 포함되는 사이클 단계(cs)마다, 취득한 압력 데이터를 감시함으로써, 압력 데이터의 이상을 검지한다.
도 2에 있어서 레시피(230)는, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 경우에 제어부(6)에 설정된다. 이하, 도 1의 성막 시스템(100)과 도 2의 레시피(230)를 참조하면서, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 경우의 성막 시스템(100)의 동작[주로, 가스 공급 기구(5)측의 동작]에 대해 간단히 설명한다.
<성막 시스템의 동작>
성막 시스템(100)에서는, ALD 사이클 1(부호 231)을 실행 개시하기 전에, 최초로, 밸브(51e∼57e)가 폐쇄된 상태에서, 게이트 밸브(12)를 개방하여 반송 기구에 의해 웨이퍼(W)를 처리 용기(1) 내에 반송하고, 반송 위치에 있는 배치대(2)에 배치한다. 또한, 성막 시스템(100)에서는, 반송 기구를 처리 용기(1) 내로부터 퇴피시킨 후, 게이트 밸브(12)를 폐쇄한다. 또한, 성막 시스템(100)에서는, 배치대(2)의 히터(21)에 의해 웨이퍼(W)를 미리 정해진 온도(예컨대 450℃∼650℃)로 가열하고 배치대(2)를 처리 위치까지 상승시켜, 처리 공간(38)을 형성한다. 또한, 성막 시스템(100)에서는, 배기 기구(42)의 압력 제어 밸브에 의해 처리 용기(1) 내를 미리 정해진 압력(예컨대 1.3×103 ㎩∼8.0×103 ㎩)으로 조정한다.
계속해서, 성막 시스템(100)에서는, ALD 사이클 1(부호 231)을 실행 개시한다. 구체적으로는, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs1에 있어서, 밸브(53e, 57e)를 개방하여, N2 가스 공급원(53a, 57a)으로부터 각각 가스 공급 라인(53b, 57b)에 미리 정해진 유량(예컨대 100 sccm∼3000 sccm)의 캐리어 가스(N2 가스)를 공급한다. 또한, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs1에 있어서, 밸브(54e)를 개방하여, 환원 가스 공급원(54a)으로부터 환원 가스 공급 라인(54b)에 미리 정해진 유량(예컨대 500 sccm∼8000 sccm)의 환원 가스를 공급한다. 또한, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs1에 있어서, 저류 탱크(52d, 56d)에 각각 저류된 퍼지 가스를 처리 용기(1) 내에, 미리 정해진 시간(예컨대 0.05초∼5초) 공급한다. 또한, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs1에 있어서, 프리커서 공급원(51a) 및 환원 가스 공급원(55a)으로부터 각각 프리커서 및 환원 가스를 가스 공급 라인(51b, 55b)에 공급한다. 이때, 밸브(51e, 55e)가 폐쇄되어 있기 때문에, 프리커서 및 환원 가스는, 저류 탱크(51d, 55d)에 각각 저류되고, 저류 탱크(51d, 55d) 내가 승압된다.
계속해서, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs2에 있어서, 밸브(51e)를 개방하여, 저류 탱크(51d)에 저류된 프리커서를 처리 용기(1) 내에 공급하고, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착시킨다. 또한, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs2에 있어서, 처리 용기(1) 내에의 프리커서의 공급에 병행하여, N2 가스 공급원(52a, 56a)으로부터 가스 공급 라인(52b, 56b)에 각각 퍼지 가스(N2 가스)를 공급한다. 이때, 밸브(52e, 56e)가 폐쇄됨으로써, 퍼지 가스는 저류 탱크(52d, 56d)에 저류되고, 저류 탱크(52d, 56d) 내가 승압된다.
밸브(51e)를 개방하고 나서 미리 정해진 시간(예컨대 0.05초∼5초)이 경과한 후, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs3에 있어서, 밸브(51e)를 폐쇄하고 밸브(52e, 56e)를 개방한다. 이에 의해, 성막 시스템(100)에서는, 처리 용기(1) 내에의 프리커서의 공급을 정지하고, 저류 탱크(52d, 56d)에 각각 저류된 퍼지 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이때, 압력이 상승한 상태의 저류 탱크(52d, 56d)로부터 공급되기 때문에, 처리 용기(1) 내에는 비교적 큰 유량, 예컨대 캐리어 가스의 유량보다 큰 유량(예컨대 500 sccm∼10000 sccm)으로 퍼지 가스가 공급된다. 그 때문에, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 프리커서가 신속히 배기 배관(41)으로 배출되고, 처리 용기(1) 내가 프리커서 분위기로부터 환원 가스 및 N2 가스를 포함하는 분위기로 단시간에 치환된다. 한편, 밸브(51e)가 폐쇄됨으로써, 프리커서 공급원(51a)으로부터 가스 공급 라인(51b)에 공급되는 프리커서가 저류 탱크(51d)에 저류되고, 저류 탱크(51d) 내가 승압된다.
밸브(52e, 56e)를 개방하고 나서 미리 정해진 시간(예컨대 0.05초∼5초)이 경과한 후, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs4에 있어서, 밸브(52e, 56e)를 폐쇄하고 밸브(55e)를 개방한다. 이에 의해, 성막 시스템(100)에서는, 처리 용기(1) 내에의 퍼지 가스의 공급을 정지하고, 저류 탱크(55d)에 저류된 환원 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 프리커서를 환원한다. 이때, 밸브(52e, 56e)가 폐쇄됨으로써, N2 가스 공급원(52a, 56a)으로부터 가스 공급 라인(52b, 56b)에 각각 공급되는 퍼지 가스가 저류 탱크(52d, 56d)에 저류되고, 저류 탱크(52d, 56d) 내가 승압된다.
밸브(55e)를 개방하고 나서 미리 정해진 시간(예컨대 0.05초∼5초)이 경과한 후, 성막 시스템(100)은, 사이클 단계 cs5에 있어서, 밸브(55e)를 폐쇄하고 밸브(52e, 56e)를 개방한다. 이에 의해, 성막 시스템(100)에서는, 처리 용기(1) 내에의 환원 가스의 공급을 정지하고, 저류 탱크(52d, 56d)에 각각 저류된 퍼지 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이때, 압력이 상승한 상태의 저류 탱크(52d, 56d)로부터 공급되기 때문에, 처리 용기(1) 내에는 비교적 큰 유량, 예컨대 캐리어 가스의 유량보다 큰 유량(예컨대 500 sccm∼10000 sccm)으로 퍼지 가스가 공급된다. 그 때문에, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 환원 가스가 신속히 배기 배관(41)으로 배출되고, 처리 용기(1) 내가 환원 가스 분위기로부터 환원 가스 및 N2 가스를 포함하는 분위기로 단시간에 치환된다. 한편, 밸브(55e)가 폐쇄됨으로써, 환원 가스 공급원(55a)으로부터 가스 공급 라인(55b)에 공급되는 환원 가스가 저류 탱크(55d)에 저류되고, 저류 탱크(55d) 내가 승압된다.
밸브(52e, 56e)를 개방하고 나서 미리 정해진 시간(예컨대, 0.05초∼5초)이 경과하면, 성막 시스템(100)에서는, 다시, 사이클 단계 cs1로 되돌아간다. 그리고, 성막 시스템(100)에서는, 상기 사이클 단계 cs1∼사이클 단계 cs5를 미리 정해진 횟수 반복한 후, 다음의 ALD 사이클["ALD 사이클 2"(부호 232)]로 전환한다. 이와 같이, 성막 시스템(100)에서는, 사이클 단계(cs)마다 규정된 유량의 처리 가스가 공급되도록, 밸브(51e, 55e, 52e, 56e)의 개폐를 고속으로 제어하면서, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행한다.
<컨트롤러의 하드웨어 구성>
다음으로, 압력 제어기(42_1)의 컨트롤러(200)의 하드웨어 구성에 대해 설명한다. 도 3은 압력 제어기의 컨트롤러의 하드웨어 구성의 일례를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(200)는, CPU(Central Processing Unit)(301), ROM(Read Only Memory)(302), RAM(Random Access Memory)(303)을 갖는다. CPU(301), ROM(302), RAM(303)은, 이른바 컴퓨터를 형성한다.
또한, 컨트롤러(200)는, 보조 기억부(304), 표시부(305), 입력부(306), I/F(Interface)부(307)를 갖는다. 한편, 컨트롤러(200)의 각 하드웨어는, 버스(308)를 통해 상호 접속되어 있다.
CPU(301)는, 보조 기억부(304)에 인스톨되어 있는 각종 프로그램(예컨대, 전술한 압력 제어 프로그램 등)을 실행하는 디바이스이다. ROM(302)은, 비휘발성 메모리이다. ROM(302)은, 보조 기억부(304)에 인스톨되어 있는 각종 프로그램을 CPU(301)가 실행하기 위해서 필요한 각종 프로그램이나 데이터 등을 저장하는, 주기억 디바이스로서 기능한다. 구체적으로는, ROM(302)은 BIOS(Basic Input/Output System)나 EFI(Extensible Firmware Interface) 등의 부트 프로그램 등을 저장한다.
RAM(303)은, DRAM(Dynamic Random Access Memory)이나 SRAM(Static Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리이다. RAM(303)은, 보조 기억부(304)에 인스톨되어 있는 각종 프로그램이 CPU(301)에 의해 실행될 때에 전개되는 작업 영역을 제공하는, 주기억 디바이스로서 기능한다.
보조 기억부(304)는, 각종 프로그램이나, 각종 프로그램이 실행될 때에 이용되는 정보를 저장하는 보조 기억 디바이스이다. 후술하는 데이터 저장부는, 보조 기억부(304)에 있어서 실현된다.
표시부(305)는, 컨트롤러(200)의 내부 상태(예컨대, 압력 데이터의 이상을 검지한 것을 나타내는 정보)를 표시하는 표시 디바이스이다. 입력부(306)는, 컨트롤러(200)에 대해, 작업자가 각종 지시를 입력하기 위한 입력 디바이스이다.
I/F부(307)는, 압력 제어기(42_1)에 포함되는 조작단(예컨대, 압력 제어 밸브)이나 압력 센서 등과 접속하기 위한 접속 디바이스이다.
<이상 검지부의 기능 구성의 상세>
다음으로, 이상 검지부(220)의 기능 구성의 상세에 대해 설명한다. 도 4는 이상 검지부의 기능 구성의 상세를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이상 검지부(220)는, 데이터 취득부(401), 구간 추출부(402), 감시부(410), 표시 제어부(421)를 갖고, 감시부(410)는, 또한, 동특성 구간 평가값 산출부(411), 정특성 구간 평가값 산출부(412), 평가부(413)를 갖는다.
데이터 취득부(401)는 취득부의 일례이며, 압력 제어기(42_1)에 포함되는 압력 센서에 의해 측정된 압력 데이터를, I/F부(307)를 통해 취득한다. 또한, 데이터 취득부(401)는, 압력 제어부(210)로부터 통지되는 레시피(230)의 ALD 사이클에 포함되는 각 사이클 단계에 기초하여, 취득한 압력 데이터를, 사이클 단계 단위로 추출하고, 구간 추출부(402)에 통지한다.
구간 추출부(402)는 추출부의 일례이며, 사이클 단계 단위로 통지된 압력 데이터를 처리하고, 각 사이클 단계를, 압력 데이터가 변동하는 동특성 구간(제1 구간)과, 압력 데이터의 변동이 수속되는 정특성 구간(제2 구간)으로 나눈다.
구체적으로는, 구간 추출부(402)는, 먼저, 사이클 단계 내의 압력 데이터에 대해, 사이클 단계의 시점으로부터 사이클 단계의 종점을 향해, 순차, 미리 정해진 시간 길이씩 표준 편차를 산출해 간다.
계속해서, 구간 추출부(402)는, 사이클 단계의 시점으로부터 사이클 단계의 종점까지의 사이의 각각의 위치에서 산출한 표준 편차 중에서, 미리 정해진 조건을 만족시키는 표준 편차를 갖는 위치를, 안정 개시점으로서 특정한다. 여기서 말하는 미리 정해진 조건에는, 예컨대,
·미리 정해진 임계값 이하인 것,
·미리 정해진 시간 길이 이상, 연속하고 있는 것,
·상기 2점을 만족시키는 최초의 표준 편차인 것
등이 포함된다.
계속해서, 구간 추출부(402)는, 안정 개시점으로부터 미리 정해진 시간 길이 경과한 위치를, 동특성 구간과 정특성 구간의 경계(안정점이라고 칭함)라고 판정한다.
한편, 구간 추출부(402)는, 사이클 단계의 시점으로부터 사이클 단계의 종점을 향해, 안정점보다 앞의 구간을, 동특성 구간이라고 판정하고, 안정점 이후의 구간을, 정특성 구간이라고 판정한다.
구간 추출부(402)는, 사이클 단계 내의 압력 데이터 중, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터(제1 데이터) 및 안정 개시점을, 동특성 구간 평가값 산출부(411)에 통지한다. 또한, 구간 추출부(402)는, 사이클 단계 내의 압력 데이터 중, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터(제2 데이터)를, 정특성 구간 평가값 산출부(412)에 통지한다.
동특성 구간 평가값 산출부(411)는, 구간 추출부(402)로부터 통지된, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터를 통계 처리한다. 구체적으로는, 동특성 구간 평가값 산출부(411)는, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분을 산출하고,
·차분의 최소값,
·차분의 최대값,
·안정 개시점에 있어서의 차분,
·사이클 단계의 시점으로부터 안정 개시점까지의 시간 길이
를 산출한다(이들을 동특성 구간에 속하는 압력 데이터를 평가하는 동특성 구간 평가값이라고 칭함).
또한, 동특성 구간 평가값 산출부(411)는, 산출한 동특성 구간 평가값을, 평가부(413)에 통지한다.
정특성 구간 평가값 산출부(412)는, 구간 추출부(402)로부터 통지된, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터를 통계 처리한다. 구체적으로는, 정특성 구간 평가값 산출부(412)는, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분을 산출하고,
·차분의 최대값,
·차분의 최소값,
·차분의 평균값,
·차분의 표준 편차
를 산출한다(이들을, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터를 평가하는 정특성 구간 평가값이라고 칭함).
또한, 정특성 구간 평가값 산출부(412)는, 산출한 정특성 구간 평가값을, 평가부(413)에 통지한다.
평가부(413)는, 동특성 구간 평가값 산출부(411)로부터 통지된 동특성 구간 평가값을 평가한다. 평가부(413)는, 동특성 구간 평가값을 평가하기 위한 파라미터로서,
·차분의 최소값이 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값,
·차분의 최대값이 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값,
·안정 개시점에 있어서의 차분이 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값,
·사이클 단계의 시점으로부터 안정 개시점까지의 시간 길이가 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값
을 갖는다. 평가부(413)는, 대응하는 상하한값을 이용하여 동특성 구간 평가값을 평가하고, 압력 데이터가 이상이라고 판정한 경우에, 표시 제어부(421)에 통지한다.
또한, 평가부(413)는, 정특성 구간 평가값 산출부(412)로부터 통지된 정특성 구간 평가값을 평가한다. 평가부(413)는, 정특성 구간 평가값을 평가하기 위한 파라미터로서,
·차분의 최대값이 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값,
·차분의 최소값이 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값,
·차분의 평균값이 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값,
·차분의 표준 편차가 정상인지 이상인지를 평가하는 상하한값
을 갖는다. 평가부(413)는, 대응하는 상하한값을 이용하여 정특성 구간 평가값을 평가하고, 압력 데이터가 이상이라고 판정한 경우에, 표시 제어부(421)에 통지한다.
표시 제어부(421)는, 평가부(413)로부터 압력 데이터가 이상이라는 취지의 통지를 수취한 경우, 표시부(305)에, 상기 사이클 단계의 압력 데이터에 있어서 이상이 검지된 것을 나타내는 정보를 표시한다. 한편, 표시 제어부(421)는, 제어부(6)가, 레시피(230)에 기초하여 웨이퍼(W)를 성막하는 ALD 사이클의 실행 중에, 실시간으로, 압력 데이터에 있어서 이상이 검지된 것을 나타내는 정보를 표시한다. 단, 표시 제어부(421)는, 제어부(6)가, 레시피(230)에 기초하여 웨이퍼(W)를 성막하는 모든 ALD 사이클에 대해 실행 완료 후에, 압력 데이터에 있어서 이상이 검지된 것을 나타내는 정보를 표시해도 좋다.
<이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 구체예>
다음으로, 이상 검지부(220)에 의한 이상 검지 처리의 구체예에 대해 설명한다. 도 5는 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 구체예를 도시한 제1 도면이다.
이 중, 도 5의 (a)는 데이터 취득부(401)에 의해 추출된, 1 사이클 단계분의 압력 데이터의 일례이며, 횡축은 시간을, 종축은 압력을 나타내고 있다. 또한, 부호 501은, 상기 사이클 단계에 있어서의 목표 가스 압력을 나타내고 있고, 부호 502는, 상기 사이클 단계에 있어서 측정된 압력 데이터를 나타내고 있다.
또한, 도 5의 (b)는 구간 추출부(402)에 의해, 도 5의 (a)에 도시된 사이클 단계를, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눈 모습을 도시하고 있다. 시간=T4는, 상기 사이클 단계에 있어서의 안정점을 나타내고 있다.
또한, 도 5의 (c)는 동특성 구간 평가값 산출부(411)에 의해 산출된 동특성 구간 평가값과, 정특성 구간 평가값 산출부(412)에 의해 산출된 정특성 구간 평가값을 나타내고 있다. 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 부호 502의 예의 경우, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 최대값은, 동특성 구간의 시점 위치의 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분에 의해 산출된다. 또한, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 최소값은, 안정점의 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분에 의해 산출된다. 또한, 부호 502의 예의 경우, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 최대값, 최소값, 평균값은, 대략 동일한 값이 된다(한편, 차분의 표준 편차는 대략 제로가 됨).
<이상 검지 처리의 흐름>
다음으로, 이상 검지부(220)에 의한 이상 검지 처리의 흐름에 대해 설명한다. 도 6은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 흐름을 도시한 제1 흐름도이다.
단계 S601에 있어서, 데이터 취득부(401)는, 제어부(6)가, 레시피(230)에 포함되는 복수의 ALD 사이클을 실행 중인지의 여부를 판정한다.
단계 S601에 있어서, 레시피(230)에 포함되는 복수의 ALD 사이클을 실행 중이 아니라고 판정한 경우에는(단계 S601에 있어서 No의 경우에는), 단계 S609로 진행한다. 한편, 단계 S601에 있어서, 레시피(230)에 포함되는 복수의 ALD 사이클을 실행 중이라고 판정한 경우에는(단계 S601에 있어서 Yes의 경우에는), 단계 S602로 진행한다.
단계 S602에 있어서, 데이터 취득부(401)는, 제어부(6)가, 레시피(230)에 포함되는 복수의 ALD 사이클 중, 처리 가스를 배기하는 사이클 단계(예컨대, 사이클 단계 cs3, cs5)를 처리 중인지의 여부를 판정한다.
단계 S602에 있어서, 제어부(6)가, 처리 가스를 배기하는 사이클 단계를 처리 중이 아니라고 판정한 경우에는(단계 S602에 있어서 No의 경우에는), 단계 S601로 되돌아간다. 한편, 단계 S602에 있어서, 처리 가스를 배기하는 사이클 단계(예컨대, 사이클 단계 cs3, cs5)를 처리 중이라고 판정한 경우에는(단계 S602에 있어서 Yes의 경우에는), 단계 S603으로 진행한다.
단계 S603에 있어서, 데이터 취득부(401)는, 제어부(6)가 현재 처리 중인 사이클 단계에 포함되는 압력 데이터를 취득하고, 사이클 단계 단위로 구간 추출부(402)에 통지한다.
단계 S604에 있어서, 구간 추출부(402)는, 데이터 취득부(401)로부터 사이클 단계 단위로 통지된 압력 데이터를 처리하여, 현재 처리 중인 사이클 단계를, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눈다.
단계 S605에 있어서, 동특성 구간 평가값 산출부(411)는, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터를 통계 처리하여, 동특성 구간 평가값을 산출한다.
단계 S606에 있어서, 정특성 구간 평가값 산출부(412)는, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터를 통계 처리하여, 정특성 구간 평가값을 산출한다.
단계 S607에 있어서, 평가부(413)는, 산출된 동특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되고, 또한, 산출된 정특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되는지의 여부를 판정한다.
단계 S607에 있어서, 동특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되고, 또한, 정특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함된다고 판정된 경우에는(단계 S607에 있어서 Yes의 경우에는), 단계 S609로 진행한다.
한편, 단계 S607에 있어서, 동특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되지 않는다고 판정된 경우, 혹은, 정특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되지 않는다고 판정된 경우에는(단계 S607에 있어서 No의 경우에는), 단계 S608로 진행한다.
단계 S608에 있어서, 평가부(413)는, 압력 데이터가 이상이라고 판정하고, 표시 제어부(421)에 통지한다. 표시 제어부(421)는, 상기 사이클 단계에 있어서, 압력 데이터에 있어서 이상이 검지된 것을 나타내는 정보를 표시함으로써, 작업자에게 통지한다.
단계 S609에 있어서, 데이터 취득부(401)는, 이상 검지 처리를 종료할지의 여부를 판정한다. 단계 S609에 있어서, 이상 검지 처리를 계속한다고 판정한 경우에는(단계 S609에 있어서 No의 경우에는), 단계 S601로 되돌아간다. 한편, 단계 S609에 있어서, 이상 검지 처리를 종료한다고 판정한 경우에는(단계 S609에 있어서 Yes의 경우에는), 이상 검지 처리를 종료한다.
<이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 효과>
다음으로, 이상 검지부(220)에 의한 이상 검지 처리의 효과에 대해 설명한다. 도 7은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이 중, 도 7의 (a)는 비교예의 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 일례를 도시하고 있다. 비교예의 이상 검지부의 경우, 사이클 단계 단위로 압력 데이터를 처리할 때, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나누지 않고, 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값을, 평가값으로서 산출하도록 구성되어 있는 것으로 한다. 도 7의 (a)에 있어서, 횡축은 시간을, 종축은 압력을 나타내고 있다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나누지 않고, 사이클 단계 단위로 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값을 산출한 경우, 사이클 단계 사이의 평균값의 변동폭은 커진다. 이것은, 사이클 단계마다,
·목표 가스 압력이 상이하거나, 혹은,
·목표 가스 압력의 변동폭(하나 앞의 사이클 단계의 목표 가스 압력과의 차분)이 상이하거나, 혹은,
·처리 용기(1)에 공급되는 처리 가스의 유량이 상이하는
등, 상이한 제어 조건하에서 가스 압력이 제어되어 있기 때문이다. 사이클 단계마다 상이한 제어 조건하에서 가스 압력이 제어된 경우, 압력 데이터가 목표 가스 압력에 수속되기까지의 동안의 거동이, 사이클 단계마다 크게 상이하게 된다. 이 결과, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 사이클 단계 단위로 산출한 평균값은 변동폭이 커진다.
이와 같이, 평가값의 변동폭이 크면, 이상을 검지하기 위한 상하한값을, 화살표(711)로 나타내는 압력 범위에 기초하여 설정하게 되고, 화살표(710)로 나타내는 압력 범위에 파묻힌 이상을 검지할 수 없게 된다. 반대로, 평가값의 변동폭이 큼에도 불구하고, 이상을 검지하기 위한 상하한값을, 화살표(710)로 나타내는 압력 범위에 기초하여 설정하면, 정상적인 압력 데이터를, 이상한 압력 데이터라고 오검지하게 된다.
한편, 도 7의 (b)는 이상 검지부(220)가, 사이클 단계 단위로 압력 데이터를 처리할 때, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나누고, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값을 산출한 결과를 도시하고 있다. 도 7의 (b)에 있어서, 횡축은 시간을, 종축은 압력을 나타내고 있다. 단, 도 7의 (b)의 종축은, 도 7의 (a)의 종축의 1/10 정도의 레인지로 하고 있다. 도 7의 (a)의 화살표(710)로 나타내는 압력 범위와, 도 7의 (b)의 화살표(720)로 나타내는 압력 범위는, 대략 동일한 압력 범위를 나타내고 있다.
도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 사이클 단계를 동특성 구간과 정특성 구간으로 나누고, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값을 산출한 경우, 사이클 단계 사이의 평균값의 변동폭은 작아진다. 이 때문에, 이상을 검지하기 위한 상하한값을, 화살표(720)로 나타내는 압력 범위에 기초하여 설정하는 것이 가능해지고, 화살표(720)로 나타내는 압력 범위에 파묻힌 이상을 정밀도 좋게 검지할 수 있다.
즉, 이상 검지부(220)에 의하면, 사이클 단계마다 압력 데이터의 거동이 크게 상이한 경우라도, 압력 데이터의 이상을 정밀도 좋게 검지할 수 있다.
<정리>
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 성막 시스템(100)은,
·ALD법에 의한 성막 프로세스에 있어서, 각 사이클 단계가 상이한 제어 조건하에서 실행된 경우의 압력 데이터를, 사이클 단계마다 취득한다.
·사이클 단계마다 취득한 압력 데이터에 기초하여, 각 사이클 단계를, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나누고, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터와, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터를 추출한다.
·동특성 구간에 속하는 압력 데이터를 평가하는 동특성 구간 평가값과, 정특성 구간에 속하는 압력 데이터를 평가하는 정특성 구간 평가값 중 어느 한쪽 또는 양쪽을, 대응하는 상하한값과 대비함으로써, 압력 데이터를 감시한다.
이와 같이, 압력 데이터를 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눔으로써, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나누지 않는 경우와 비교하여, 평가값의 변동폭을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 변동폭에 따른 상하한값에 기초하여, 압력 데이터를 감시하는 것이 가능해진다.
이 결과, 제1 실시형태에 의하면, ALD법에 의한 성막 프로세스와 같이, 각 사이클 단계에 있어서 압력 데이터의 거동이 상이한 경우에도, 압력 데이터의 이상을 정밀도 좋게 검지할 수 있다.
[제2 실시형태]
상기 제1 실시형태에서는, 구간 추출부(402)가, 사이클 단계 단위로 통지된 압력 데이터를 처리하고, 각 사이클 단계를, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나누는 것으로서 설명하였다. 그러나, 사이클 단계 단위로 통지된 압력 데이터 중에는, 사이클 단계 내에 목표 가스 압력으로 수속되지 않는 압력 데이터도 포함되어, 구간 추출부(402)가, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 없는 경우도 있다. 이 경우, 동특성 구간 평가값 산출부(411) 및 정특성 구간 평가값 산출부(412)에서는, 동특성 구간 평가값 및 정특성 구간 평가값을 산출할 수 없다.
그래서, 제2 실시형태에서는, 구간 추출부(402)가, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 없었던 경우에, 동특성 구간 평가값 산출부(411)가, 사이클 단계의 종점 앞의 미리 정해진 시간 범위에 포함되는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값을 산출한다. 그리고, 평가부(413)에서는, 동특성 구간 평가값 산출부(411)가 산출한 평균값에 기초하여, 상기 사이클 단계의 압력 데이터를 감시한다.
이에 의해, 제2 실시형태에 의하면, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 없는 압력 데이터가 포함되어 있었던 경우라도, 상기 압력 데이터의 이상을 검지할 수 있다. 이하, 제2 실시형태에 대해, 상기 제1 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명한다.
<이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 구체예>
처음으로, 제2 실시형태에 따른 이상 검지부(220)에 의한 이상 검지 처리의 구체예에 대해 설명한다. 도 8은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 구체예를 도시한 제2 도면이다.
도 5와의 차이점은, 도 8의 (a)의 경우, 부호 802로 나타내는 압력 데이터가, 1 사이클 단계 내에서 부호 801로 나타내는 목표 가스 압력으로 수속되어 있지 않은 점이다. 또한, 도 8의 (b)의 경우, 1 사이클 단계를 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 없는 점이다. 또한, 도 8의 (c)의 경우, 동특성 구간 평가값 및 정특성 구간 평가값이 산출되지 않고, 사이클 단계의 종점 앞의 미리 정해진 시간 범위(예컨대, 10초간)에 포함되는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값이, 평가값으로서 산출되는 점이다.
<이상 검지 처리의 흐름>
다음으로, 제2 실시형태에 따른 이상 검지부(220)에 의한 이상 검지 처리의 흐름에 대해 설명한다. 도 9는 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 흐름을 도시한 제2 흐름도이다. 도 6과의 차이점은, 단계 S901로부터 단계 S903이다.
단계 S901에 있어서, 구간 추출부(402)는, 데이터 취득부(401)로부터 사이클 단계 단위로 통지된 압력 데이터에 기초하여, 현재 처리 중인 사이클 단계를, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 있었는지의 여부를 판정한다.
단계 S901에 있어서, 사이클 단계를 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 있었다고 판정한 경우에는(단계 S901에 있어서 Yes의 경우에는), 단계 S605로 진행한다. 한편, 단계 S901에 있어서, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 없었다고 판정한 경우에는(단계 S901에 있어서 No의 경우에는), 단계 S902로 진행한다.
단계 S902에 있어서, 동특성 구간 평가값 산출부(411)는, 사이클 단계의 종점 앞의 미리 정해진 시간 범위에 포함되는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값을, 평가값으로서 산출한다.
단계 S903에 있어서, 평가부(413)는, 단계 S902에 있어서 산출된 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되는지의 여부를 판정한다. 단계 S903에 있어서, 미리 정해진 상하한값 내에 포함된다고 판정된 경우에는(단계 S903에 있어서 Yes의 경우에는), 단계 S609로 진행한다.
한편, 단계 S903에 있어서, 미리 정해진 상하한값 내에 포함되지 않는다고 판정된 경우에는, 단계 S608로 진행한다.
<정리>
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 성막 시스템(100)은, 상기 제1 실시형태에 있어서 설명한 기능에 더하여, 또한,
·사이클 단계 단위로 취득된 압력 데이터에 기초하여, 각 사이클 단계를, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 있는지의 여부를 판정한다.
·동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 없다고 판정한 경우에, 사이클 단계의 종점 앞의 미리 정해진 시간 범위에 포함되는 압력 데이터와 목표 가스 압력의 차분의 평균값을 산출한다.
·산출한 평균값을 상하한값과 대비함으로써, 압력 데이터를 감시한다.
이와 같이, 제2 실시형태에 의하면, 동특성 구간과 정특성 구간으로 나눌 수 없는 경우라도, 압력 데이터의 이상을 검지하는 것이 가능해진다.
[제3 실시형태]
상기 제2 실시형태에 있어서, 평가부(413)는, 동특성 구간 평가값과, 정특성 구간 평가값 중 어느 한쪽 또는 양쪽을, 대응하는 상하한값과 대비함으로써, 압력 데이터를 감시하는 것으로서 설명하였다.
이에 대해, 제3 실시형태에서는, 먼저, 정특성 구간 평가값과 대응하는 상하한값을 대비함으로써, 압력 데이터의 이상을 검지한다. 계속해서, 압력 데이터의 이상을 검지한 경우에는, 상하한값을 초과하는 정특성 구간 평가값의 종류에 따른 처치를 작업자에게 촉구한다. 계속해서 동특성 구간 평가값과 대응하는 상하한값을 대비하고, 상하한값을 초과하는 경우에는, 동특성 구간 평가값의 종류에 따른 처치를 작업자에게 촉구한다.
이에 의해, 작업자는, 압력 데이터에 있어서 이상이 검지된 것을 나타내는 정보가 통지된 경우에, 적절한 처치를 행할 수 있다.
이하, 제3 실시형태에 대해, 상기 제2 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명한다.
<이상 검지 처리의 흐름>
처음으로, 제3 실시형태에 따른 이상 검지부(220)에 의한 이상 검지 처리의 흐름에 대해 설명한다. 도 10은 이상 검지부에 의한 이상 검지 처리의 흐름을 도시한 제3 흐름도이다. 도 9와의 차이점은, 단계 S1001로부터 단계 S1005, 단계 S1006이다.
단계 S1001에 있어서, 평가부(413)는, 산출된 정특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되는지의 여부를 판정한다.
단계 S1001에 있어서, 정특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함된다고 판정된 경우에는(단계 S1001에 있어서 Yes의 경우에는), 단계 S609로 진행한다.
한편, 단계 S1001에 있어서, 정특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되지 않는다고 판정된 경우에는(단계 S1001에 있어서 No의 경우에는), 단계 S1002로 진행한다.
단계 S1002에 있어서, 평가부(413)는, 압력 데이터가 이상이라고 판정하고, 표시 제어부(421)에 통지한다. 표시 제어부(421)는, 상기 사이클 단계에 있어서, 압력 데이터의 이상이 검지된 것을 나타내는 정보를 표시함으로써, 작업자에게 통지한다. 또한, 평가부(413)는, 정특성 구간 평가값 중, 차분의 평균값이 상하한값을 초과하고 있었던 경우에 있어서는, 막 두께에의 영향이 있다고 판단하고, 막 두께 측정 결과를 확인하도록 작업자에게 촉구한다.
단계 S1003에 있어서, 동특성 구간 평가값 산출부(411)는, 동특성 구간에 속하는 압력 데이터를 통계 처리하여, 동특성 구간 평가값을 산출한다.
단계 S1004에 있어서, 평가부(413)는, 산출된 동특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되는지의 여부를 판정한다.
단계 S1004에 있어서, 동특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함된다고 판정된 경우에는(단계 S1004에 있어서 Yes의 경우에는), 단계 S609로 진행한다.
한편, 단계 S1004에 있어서, 동특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값 내에 포함되지 않는다고 판정된 경우에는(단계 S1004에 있어서 No의 경우에는), 단계 S1005로 진행한다.
단계 S1005에 있어서, 평가부(413)는, 동특성 구간 평가값 중, 차분의 최대값이 미리 정해진 상한값을 상회하고 있었던 경우에 있어서는, 이상의 원인으로서, 처리 가스가 많을 가능성이 있다고 판단하고, 가스 공급계의 조사를 작업자에게 촉구한다. 또한, 평가부(413)는, 동특성 구간 평가값 중, 차분의 최소값이 미리 정해진 하한값을 하회하고 있었던 경우에 있어서는, 이상의 원인으로서, 압력 센서의 제로점이 어긋나 있다고 판단하고, 압력 센서의 교정을 작업자에게 촉구한다. 또한, 평가부(413)는, 동특성 구간 평가값 중, 안정 개시점까지의 시간이 미리 정해진 상한값을 상회하고 있었던 경우에 있어서는, 압력 제어부(210)의 PID 파라미터가 적절하지 않다고 판단하고, 시정수가 작아지도록 PID 파라미터를 조정하는 것을 작업자에게 촉구한다.
단계 S1006에 있어서, 평가부(413)는, 상기 사이클 단계에 있어서 압력 데이터가 안정되지 않음으로써 막 두께에의 영향이 있다고 판단하고, 막 두께 측정 결과를 확인하도록 작업자에게 촉구한다.
<정리>
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 성막 시스템(100)은, 상기 제2 실시형태에 있어서 설명한 기능에 더하여, 또한,
·상하한값을 초과하는 정특성 구간 평가값의 종류에 따른 처치를 작업자에게 촉구한다.
·상하한값을 초과하는 동특성 구간 평가값의 종류에 따른 처치를 작업자에게 촉구한다.
·상하한값을 초과하는 평가값의 종류에 따른 처치를 작업자에게 촉구한다.
이와 같이, 제3 실시형태에 의하면, 압력 데이터에 있어서 이상이 검지된 것을 작업자에게 통지하는 것에 더하여, 적절한 처치를 작업자에게 촉구할 수 있다.
[그 외의 실시형태]
상기 제3 실시형태에서는, 정특성 구간 평가값이 미리 정해진 상하한값을 초과하고 있었던 경우에, 동특성 구간 평가값을 산출하는 것으로서 설명하였다. 그러나, 제1 실시형태와 마찬가지로, 동특성 구간 평가값은, 정특성 구간 평가값과 병행하여 산출하도록 구성해도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 기판 처리 시스템으로서, ALD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 성막 시스템(매엽식)을 예로 들어 설명하였으나, 예컨대, CVD법에 의한 성막 프로세스를 실행하는 성막 시스템에 있어서도 마찬가지로 적용 가능한 것은 물론이다. 혹은, 성막 프로세스 이외의 프로세스를 실행하는 기판 처리 시스템에 있어서도 마찬가지로 적용 가능한 것은 물론이다. 또한, 매엽식의 기판 처리 시스템에 한정되지 않고, 배치식의 기판 처리 시스템에 있어서도 마찬가지로 적용 가능하고, 그 경우, 종형로의 기판 처리 시스템에 있어서도, 횡형로의 기판 처리 시스템에 있어서도 마찬가지로 적용 가능한 것은 물론이다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 프로세스 데이터로서 압력 데이터를 예로 들어 설명하였으나, 압력 데이터 이외의 프로세스 데이터(예컨대, 유량 데이터, 온도 데이터)에 대해서도 마찬가지로 적용 가능한 것은 물론이다. 예컨대, 가스 공급 기구(5)가 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급할 때의 유량 데이터를 프로세스 데이터로 하고, 상기 프로세스 데이터에 있어서의 이상을 검지하도록 구성해도 좋다. 혹은, 처리 용기(1) 내의 온도 데이터를 프로세스 데이터로 하고, 상기 프로세스 데이터에 있어서의 이상을 검지하도록 구성해도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 성막 시스템(100)이 실행하는 성막 프로세스로서 ALD법에 의한 성막 프로세스에 대해 설명하였다. 그러나, 성막 시스템(100)은, ALD법에 의한 성막 프로세스 이외의 성막 프로세스를 실행해도 좋다. 혹은, 성막 시스템(100) 이외의 기판 처리 시스템이, 다른 반도체 프로세스를 실행해도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 이상 검지부(220)를 컨트롤러(200)에 있어서 실현하는 것으로서 설명하였다. 그러나, 이상 검지부(220)는, 컨트롤러(200)와는 별체(別體)의 해석 장치에 있어서 실현하도록 구성해도 좋다. 혹은, 이상 검지부(220)가 갖는 기능의 일부를, 컨트롤러(200)와는 별체의 해석 장치에 있어서 실현하도록 구성해도 좋다.
한편, 상기 실시형태에 든 구성 등에, 그 외의 요소와의 조합 등, 여기서 나타낸 구성에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 이들의 점에 대해서는, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경하는 것이 가능하고, 그 응용 형태에 따라 적절히 정할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판 처리 시스템에 있어서,
    미리 정해진 프로세스에 포함되는 각 단계가 상이한 제어 조건하에서 실행된 경우의, 각 단계의 프로세스 데이터를 취득하는 취득부와,
    각 단계를, 상기 프로세스 데이터가 변동하는 제1 구간과, 상기 프로세스 데이터의 변동이 수속(收束)되는 제2 구간으로 나누고, 상기 프로세스 데이터 중, 상기 제1 구간에 속하는 제1 데이터와, 제2 구간에 속하는 제2 데이터를 추출하는 추출부와,
    상기 제1 데이터를 평가하는 평가값과 상기 제2 데이터를 평가하는 평가값 중 어느 한쪽 또는 양쪽을, 대응하는 상하한값과 대비(對比)함으로써, 상기 프로세스 데이터를 감시하는 감시부
    를 갖는 기판 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 추출부는, 상기 프로세스 데이터에 대해, 단계의 시점으로부터 종점을 향해, 미리 정해진 시간 길이씩 표준 편차를 산출하고, 산출한 각각의 표준 편차 중, 미리 정해진 조건을 만족시키는 표준 편차에 대응하는 위치를 경계로 하여, 각 단계를, 상기 제1 구간과 상기 제2 구간으로 나누는 것인 기판 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 데이터의 평가값에는, 상기 각 단계의 제어 조건에 포함되는 프로세스 데이터의 목표값과 상기 제1 데이터의 차분의 최소값, 최대값, 상기 각 단계에 있어서 상기 프로세스 데이터의 변동이 수속된 위치에 있어서의, 상기 제1 데이터와 상기 목표값의 차분, 상기 각 단계에 있어서의 시점으로부터 상기 수속된 위치까지의 시간이 포함되고,
    상기 제2 데이터의 평가값에는, 상기 각 단계의 제어 조건에 포함되는 프로세스 데이터의 목표값과 상기 제2 데이터의 차분의 최대값, 최소값, 평균값, 표준 편차가 포함되는 것인 기판 처리 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 추출부가, 어느 하나의 단계를, 상기 제1 구간과 상기 제2 구간으로 나눌 수 없었던 경우, 상기 감시부는, 상기 단계의 종점 앞의 미리 정해진 시간 길이의 상기 프로세스 데이터의 평가값을, 대응하는 상하한값과 대비함으로써, 상기 프로세스 데이터를 감시하는 것인 기판 처리 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 감시부는, 상기 제2 데이터의 평가값 중 어느 하나가, 대응하는 상하한값을 초과한 경우에, 상기 프로세스 데이터를 이상(異常)이라고 판정하고, 상기 프로세스 데이터를 이상이라고 판정한 경우에, 상기 제1 데이터의 평가값을, 대응하는 상하한값과 대비하는 것인 기판 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 감시부는, 상기 프로세스 데이터를 이상이라고 판정한 경우에, 상하한값을 초과한 평가값의 종류에 따라, 상기 프로세스 데이터의 이상에 의한 영향을 판단하는 것인 기판 처리 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 감시부는, 상기 제1 데이터의 평가값 중 어느 하나가, 대응하는 상하한값을 초과한 경우에, 대응하는 상하한값을 초과한 평가값의 종류에 따라, 상기 프로세스 데이터의 이상이 검지된 원인을 판단하는 것인 기판 처리 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 감시부는, 상기 프로세스 데이터의 평가값이, 대응하는 상하한값을 초과한 경우에, 상기 프로세스 데이터를 이상이라고 판정하고, 상기 프로세스 데이터의 이상에 의한 영향을 판단하는 것인 기판 처리 시스템.
  9. 프로세스 데이터 감시 방법에 있어서,
    미리 정해진 프로세스에 포함되는 각 단계가 상이한 제어 조건하에서 실행된 경우의, 각 단계의 프로세스 데이터를 취득하는 취득 공정과,
    각 단계를, 상기 프로세스 데이터가 변동하는 제1 구간과, 상기 프로세스 데이터의 변동이 수속되는 제2 구간으로 나누고, 상기 프로세스 데이터 중, 상기 제1 구간에 속하는 제1 데이터와, 제2 구간에 속하는 제2 데이터를 추출하는 추출 공정과,
    상기 제1 데이터를 평가하는 평가값과 상기 제2 데이터를 평가하는 평가값 중 어느 한쪽 또는 양쪽을, 대응하는 상하한값과 대비함으로써, 상기 프로세스 데이터를 감시하는 감시 공정
    을 포함하는 프로세스 데이터 감시 방법.
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