特許 6512860 熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6512860

(24)【登録日】2019年4月19日

(45)【発行日】2019年5月15日

(54)【発明の名称】熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20190425BHJP

   C23C 16/52 20060101ALI20190425BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 B

   C23C16/52

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-33722(P2015-33722)

(22)【出願日】2015年2月24日

(65)【公開番号】特開2016-157771(P2016-157771A)

(43)【公開日】2016年9月1日

【審査請求日】2017年8月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】竹永 裕一

(72)【発明者】

【氏名】大田 拓市

(72)【発明者】

【氏名】関澤 信悟

【審査官】 小川 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６０２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６０２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０７２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１８７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１１７２５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２２０４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３３５６９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１７５０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２６９９６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０１８８６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｃ２３Ｃ １６／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数枚の被処理体上に膜を形成するために、複数枚の被処理体を収容し、処理室内を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度を含む、熱処理内容に応じた熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段と、
前記処理室内の温度の変化と熱処理により形成される膜の形状との関係を示す熱処理変化モデルを記憶する熱処理変化モデル記憶手段と、
前記加熱手段を制御して、前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件での熱処理を実行する熱処理実行手段と、
形成する膜の表面の目標形状を示す情報を入力する入力手段と、
前記熱処理実行手段により実行された熱処理により形成された膜の予め設定されている測定位置で測定された膜厚を受信する熱処理結果受信手段と、
前記入力手段により入力された目標形状に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出し、前記熱処理結果受信手段で受信した膜厚と目標膜厚とを比較することにより、形成された膜の表面の形状が基準を満たすか否かを判別し、基準を満たさないと判別した場合に、受信した膜厚と目標膜厚と前記熱処理変化モデル記憶手段に記憶された熱処理変化モデルとに基づいて、前記目標形状が得られる温度を算出し、算出した温度に基づいて、前記熱処理条件記憶手段に記憶されている熱処理条件を更新する最適温度算出手段と、
を備え、
前記熱処理実行手段は、前記最適温度算出手段によって更新された熱処理条件に基づき、再度熱処理を実行する、ことを特徴とする熱処理システム。

【請求項2】

前記最適温度算出手段は、目標形状を近似する曲線を求め、求めた曲線に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。

【請求項3】

前記最適温度算出手段は、目標形状を近似する曲線を求め、求めた曲線に基づいて、前記測定位置での近似膜厚を算出し、算出した近似膜厚に、前記加熱手段内の位置に基づいて設定される係数を乗算して、前記測定位置での目標膜厚を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。

【請求項4】

前記入力手段は、形成する膜の表面の曲面を含む形状を特定する情報と表面の面内均一性の許容範囲を示す情報とを含む情報を入力する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱処理システム。

【請求項5】

前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、
前記加熱手段は、前記処理室内のゾーンごとに温度設定可能であり、
前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件は、前記処理室内のゾーンごとに設定され、
前記熱処理変化モデル記憶手段に記憶された熱処理変化モデルは、前記ゾーンごとの処理室内の温度の変化と、前記ゾーンごとの熱処理による膜表面の形状の変化との関係を示し、
前記最適温度算出手段は、前記ゾーンごとに最適温度を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱処理システム。

【請求項6】

複数枚の被処理体上に膜を形成するために、複数枚の被処理体を収容し、処理室内を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱される処理室内の温度を含む、熱処理内容に応じた熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶工程と、
前記処理室内の温度の変化と熱処理により形成される膜の形状との関係を示す熱処理変化モデルを記憶する熱処理変化モデル記憶工程と、
前記熱処理条件記憶工程で記憶された熱処理条件での熱処理を実行する熱処理実行工程と、
形成する膜の表面の目標形状を示す情報を入力する入力工程と、
前記熱処理実行工程により実行された熱処理により形成された膜の予め設定されている測定位置で測定された膜厚を受信する熱処理結果受信工程と、
前記入力工程で入力された目標形状に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出し、前記熱処理結果受信工程で受信した膜厚と目標膜厚とを比較することにより、形成された膜の表面の形状が基準を満たすか否かを判別し、基準を満たさないと判別した場合に、受信した膜厚と目標膜厚と前記熱処理変化モデル記憶工程で記憶された熱処理変化モデルとに基づいて、前記目標形状が得られる温度を算出し、算出した温度に基づいて、前記熱処理条件記憶工程で記憶されている熱処理条件を更新する最適温度算出工程と、
前記最適温度算出工程で更新された熱処理条件に基づき、熱処理を再度実行する工程と、
を備える、ことを特徴とする熱処理方法。

【請求項7】

複数枚の被処理体上に膜を形成するために、複数枚の被処理体を収容し、処理室内を加熱する加熱部を制御するコンピュータを、
前記加熱部により加熱される処理室内の温度を含む、熱処理内容に応じた熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段、
前記処理室内の温度の変化と熱処理により形成される膜の形状との関係を示す熱処理変化モデルを記憶する熱処理変化モデル記憶手段、
前記加熱部を制御して、前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件での熱処理を実行する熱処理実行手段、
形成する膜の表面の目標形状を示す情報を入力する入力手段、
前記熱処理実行手段により実行された熱処理により形成された膜の予め設定されている測定位置で測定された膜厚を受信する熱処理結果受信手段、
前記入力手段により入力された目標形状に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出し、前記熱処理結果受信手段で受信した膜厚と目標膜厚とを比較することにより、形成された膜の表面の形状が基準を満たすか否かを判別し、基準を満たさないと判別した場合に、受信した膜厚と目標膜厚と前記熱処理変化モデル記憶手段に記憶された熱処理変化モデルとに基づいて、前記目標形状が得られる温度を算出し、算出した温度に基づいて、前記熱処理条件記憶手段に記憶されている熱処理条件を更新する最適温度算出手段、
前記最適温度算出手段で更新された熱処理条件に基づき、前記加熱部を制御して再度熱処理を実行する熱処理再実行手段、
として機能させる、ことを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体を熱処理する熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムに関し、特に、被処理体を多数枚一括して処理するバッチ式の熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程では、多数枚の被処理体、例えば、半導体ウエハの成膜処理、酸化処理あるいは拡散処理などを一括して行うバッチ式の熱処理システムが用いられている。バッチ式の熱処理システムでは、効率的に半導体ウエハを処理することが可能であるが、多数枚の半導体ウエハの熱処理の均一性を確保することは困難である。

【0003】

このような問題を解決するため、例えば、特許文献１には、ヒータ室内に取り込まれる外気の温度が一定になるように外気の温度を自動的に調整する熱処理装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１８３５９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、近年の微細化に伴い、要求される均一性のスペックが厳しくなっており、半導体ウエハの面内均一性をより向上させることが求められている。また、マスク成膜工程では、半導体ウエハの面内形状を凹型に揃えたいという要望がある。さらに、パターンなしの半導体ウエハを使ったプロセス条件出しでは、半導体ウエハの面内形状を凸状に揃えることが求められている。このため、半導体ウエハの面内形状をコントロールすることができるような熱処理システム及び熱処理方法が求められている。

【0006】

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、被処理体の面内形状を制御することができる熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる熱処理システムは、
複数枚の被処理体上に膜を形成するために、複数枚の被処理体を収容し、処理室内を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度を含む、熱処理内容に応じた熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段と、
前記処理室内の温度の変化と熱処理により形成される膜の形状との関係を示す熱処理変化モデルを記憶する熱処理変化モデル記憶手段と、
前記加熱手段を制御して、前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件での熱処理を実行する熱処理実行手段と、
形成する膜の表面の目標形状を示す情報を入力する入力手段と、
前記熱処理実行手段により実行された熱処理により形成された膜の予め設定されている測定位置で測定された膜厚を受信する熱処理結果受信手段と、
前記入力手段により入力された目標形状に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出し、前記熱処理結果受信手段で受信した膜厚と目標膜厚とを比較することにより、形成された膜の表面の形状が基準を満たすか否かを判別し、基準を満たさないと判別した場合に、受信した膜厚と目標膜厚と前記熱処理変化モデル記憶手段に記憶された熱処理変化モデルとに基づいて、前記目標形状が得られる温度を算出し、算出した温度に基づいて、前記熱処理条件記憶手段に記憶されている熱処理条件を更新する最適温度算出手段と、
を備え、
前記熱処理実行手段は、前記最適温度算出手段によって更新された熱処理条件に基づき、再度熱処理を実行する、ことを特徴とする。

【0008】

前記最適温度算出手段は、例えば、目標形状を近似する曲線を求め、求めた曲線に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出する。

【0009】

前記最適温度算出手段は、例えば、目標形状を近似する曲線を求め、求めた曲線に基づいて、前記測定位置での近似膜厚を算出し、算出した近似膜厚に、前記加熱手段内の位置に基づいて設定される係数を乗算して、前記測定位置での目標膜厚を求めてもよい。
前記入力手段は、例えば、形成する膜の表面の曲面を含む形状を特定する情報と表面の面内均一性の許容範囲を示す情報とを含む情報を入力する。

【0010】

例えば、前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、
前記加熱手段は、前記処理室内のゾーンごとに温度設定可能であり、
前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件は、前記処理室内のゾーンごとに設定され、
前記熱処理変化モデル記憶手段に記憶された熱処理変化モデルは、前記ゾーンごとの処理室内の温度の変化と、前記ゾーンごとの熱処理による膜表面の形状の変化との関係を示し、
前記最適温度算出手段は、前記ゾーンごとに最適温度を算出する。

【0011】

本発明の第２の観点にかかる熱処理方法は、
複数枚の被処理体上に膜を形成するために、複数枚の被処理体を収容し、処理室内を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱される処理室内の温度を含む、熱処理内容に応じた熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶工程と、
前記処理室内の温度の変化と熱処理により形成される膜の形状との関係を示す熱処理変化モデルを記憶する熱処理変化モデル記憶工程と、
前記熱処理条件記憶工程で記憶された熱処理条件での熱処理を実行する熱処理実行工程と、
形成する膜の表面の目標形状を示す情報を入力する入力工程と、
前記熱処理実行工程により実行された熱処理により形成された膜の予め設定されている測定位置で測定された膜厚を受信する熱処理結果受信工程と、
前記入力工程で入力された目標形状に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出し、前記熱処理結果受信工程で受信した膜厚と目標膜厚とを比較することにより、形成された膜の表面の形状が基準を満たすか否かを判別し、基準を満たさないと判別した場合に、受信した膜厚と目標膜厚と前記熱処理変化モデル記憶工程で記憶された熱処理変化モデルとに基づいて、前記目標形状が得られる温度を算出し、算出した温度に基づいて、前記熱処理条件記憶工程で記憶されている熱処理条件を更新する最適温度算出工程と、
前記最適温度算出工程で更新された熱処理条件に基づき、熱処理を再度実行する工程と、
を備える、ことを特徴とする。

【0012】

本発明の第３の観点にかかるプログラムは、
複数枚の被処理体上に膜を形成するために、複数枚の被処理体を収容し、処理室内を加熱する加熱部を制御するコンピュータを、
前記加熱部により加熱される処理室内の温度を含む、熱処理内容に応じた熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段、
前記処理室内の温度の変化と熱処理により形成される膜の形状との関係を示す熱処理変化モデルを記憶する熱処理変化モデル記憶手段、
前記加熱部を制御して、前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件での熱処理を実行する熱処理実行手段、
形成する膜の表面の目標形状を示す情報を入力する入力手段、
前記熱処理実行手段により実行された熱処理により形成された膜の予め設定されている測定位置で測定された膜厚を受信する熱処理結果受信手段、
前記入力手段により入力された目標形状に基づいて、前記測定位置での目標膜厚を算出し、前記熱処理結果受信手段で受信した膜厚と目標膜厚とを比較することにより、形成された膜の表面の形状が基準を満たすか否かを判別し、基準を満たさないと判別した場合に、受信した膜厚と目標膜厚と前記熱処理変化モデル記憶手段に記憶された熱処理変化モデルとに基づいて、前記目標形状が得られる温度を算出し、算出した温度に基づいて、前記熱処理条件記憶手段に記憶されている熱処理条件を更新する最適温度算出手段、
前記最適温度算出手段で更新された熱処理条件に基づき、前記加熱部を制御して再度熱処理を実行する熱処理再実行手段、
として機能させる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、被処理体の面内形状を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係る熱処理装置の構造を示す図である。

【図2】図１の制御部の構成例を示す図である。

【図3】反応管内のゾーンを示す図である。

【図4】ヒータの温度の変化と形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚変化との関係を示す膜厚変化モデルの一例である。

【図5】操作者が入力した目標膜厚を示す図である。

【図6】熱処理を説明するためのフローチャートである。

【図7】レシピに記憶された温度を示す図である。

【図8】算出された設定温度を示す図である。

【図9】本発明の効果を確認するため図である。

【図10】他の実施の形態の操作者が入力する目標膜厚等を示す図である。

【図11】各ゾーンでの成膜処理における成膜温度を示す図である。

【図12】（ａ）は成膜処理における成膜温度が一定の場合の半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚を示す図であり、（ｂ）は設定温度を時間と共に降温させた場合の半導体ウエハの面内温度を示す図であり、（ｃ）は設定温度を時間と共に降温させた場合の半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムを、図１に示すバッチ式の縦型の熱処理装置に適用した場合を例に本実施の形態を説明する。また、本実施の形態では、成膜用ガスとして、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）と一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）とを用いて、半導体ウエハにＳｉＯ_２膜を形成する場合を例に本発明を説明する。

【0016】

図１に示すように、本実施の形態の熱処理装置１は、略円筒状で有天井の反応管２を備えている。反応管２は、その長手方向が垂直方向に向くように配置されている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。

【0017】

反応管２の下側には、略円筒状のマニホールド３が設けられている。マニホールド３は、その上端が反応管２の下端と気密に接合されている。マニホールド３には、反応管２内のガスを排気するための排気管４が気密に接続されている。排気管４には、バルブ、真空ポンプなどからなる圧力調整部５が設けられており、反応管２内を所望の圧力（真空度）に調整する。

【0018】

マニホールド３（反応管２）の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、ボートエレベータ７により上下動可能に構成され、ボートエレベータ７により蓋体６が上昇するとマニホールド３（反応管２）の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ７により蓋体６が下降すると反応管２の下方側（炉口部分）が開口されるように配置されている。

【0019】

蓋体６の上部には、保温筒（断熱体）８を介して、ウエハボート９が設けられている。ウエハボート９は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容（保持）するウエハ保持具であり、本実施の形態では、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、例えば、１５０枚収容可能に構成されている。そして、ウエハボート９に半導体ウエハＷを収容し、ボートエレベータ７により蓋体６を上昇させることにより、半導体ウエハＷが反応管２内にロードされる。

【0020】

反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなるヒータ部１０が設けられている。このヒータ部１０により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。ヒータ部１０は、例えば、５段に配置されたヒータ１１〜１５から構成され、ヒータ１１〜１５には、それぞれ電力コントローラ１６〜２０が接続されている。このため、この電力コントローラ１６〜２０にそれぞれ独立して電力を供給することにより、ヒータ１１〜１５をそれぞれ独立に所望の温度に加熱することができる。このように、反応管２内は、このヒータ１１〜１５により、図３に示すような５つのゾーンに区分されている。例えば、反応管２内のＴＯＰ（ＺＯＮＥ１）を加熱する場合には、電力コントローラ１６を制御してヒータ１１を所望の温度に加熱する。反応管２内のＣＥＮＴＥＲ（ＣＴＲ（ＺＯＮＥ３））を加熱する場合には、電力コントローラ１８を制御してヒータ１３を所望の温度に加熱する。反応管２内のＢＯＴＴＯＭ（ＢＴＭ（ＺＯＮＥ５））を加熱する場合には、電力コントローラ２０を制御してヒータ１５を所望の温度に加熱する。

【0021】

また、マニホールド３には、反応管２内に処理ガスを供給する複数の処理ガス供給管が設けられている。なお、図１では、マニホールド３に処理ガスを供給する３つの処理ガス供給管２１〜２３を図示している。処理ガス供給管２１は、マニホールド３の側方からウエハボート９の上部付近（ＺＯＮＥ１）まで延びるように形成されている。処理ガス供給管２２は、マニホールド３の側方からウエハボート９の中央付近（ＺＯＮＥ３）まで延びるように形成されている。処理ガス供給管２３は、マニホールド３の側方からウエハボート９の下部付近（ＺＯＮＥ５）まで延びるように形成されている。

【0022】

各処理ガス供給管２１〜２３には、それぞれ、流量調整部２４〜２６が設けられている。流量調整部２４〜２６は、処理ガス供給管２１〜２３内を流れる処理ガスの流量を調整するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）などから構成されている。このため、処理ガス供給管２１〜２３から供給される処理ガスは、流量調整部２４〜２６により所望の流量に調整されて、それぞれ反応管２内に供給される。

【0023】

また、熱処理装置１は、反応管２内のガス流量、圧力、処理雰囲気の温度といった処理パラメータを制御するための制御部（コントローラ）５０を備えている。制御部５０は、流量調整部２４〜２６、圧力調整部５、ヒータ１１〜１５の電力コントローラ１６〜２０等に制御信号を出力する。図２に制御部５０の構成を示す。

【0024】

図２に示すように、制御部５０は、モデル記憶部５１と、レシピ記憶部５２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５４と、Ｉ／Ｏ（Input/Output Port）ポート５５と、ＣＰＵ（Central Processing Unit)５６と、これらを相互に接続するバス５７と、から構成されている。

【0025】

モデル記憶部５１には、ヒータの温度の変化と形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚変化との関係を示す膜厚変化モデルが記憶されている。図４に膜厚変化モデルの一例を示す。図４に示すように、膜厚変化モデルは、所定ＺＯＮＥの温度を１℃上げたとき、各ＺＯＮＥに形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚がどれだけ変化するかを示している。例えば、図４に示すように、電力コントローラ１６を制御してヒータ１１を加熱することによりＺＯＮＥ１の温度設定値を１℃上げると、ＺＯＮＥ１に形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚が２ｎｍ増加し、ＺＯＮＥ２に形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚が０．７ｎｍ減少し、ＺＯＮＥ３に形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚が０．８ｎｍ増加し、ＺＯＮＥ４に形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚が０．０５ｎｍ減少することを示している。

【0026】

なお、膜厚変化モデルは、所定ＺＯＮＥの温度を変化させたときに、各ＺＯＮＥに形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚がどれだけ変化するかを示すことができるものであればよく、これ以外の種々のモデルを用いてもよい。また、これらのモデルは、プロセス条件や装置の状態によってデフォルトの数値が最適でない場合も考えられることから、ソフトウエアに拡張カルマンフィルターなどを付加して学習機能を搭載することにより、モデルの学習を行うものであってもよい。この拡張カルマンフィルターによる学習機能については、例えば、米国特許第５ ，９９１，５２５号公報などに開示されている手法を利用することができる。

【0027】

また、モデル記憶部５１には、目標とする半導体ウエハＷの面内形状が平坦でない凹状、または、凸状である場合に、凹状、または、凸状に変換するための変換式（変換係数）が記憶されている。変換式は、測定された膜厚から面内凹凸形状を作るために意図的にずらした膜厚に変換する式であり、例えば、以下の式で表される。
変換後膜厚＝変換前膜厚×変換係数
なお、変換係数は、例えば、以下の式で表される。
変換係数＝パターン付き半導体ウエハでの目標膜厚／パターン無し半導体ウエハでの ウエハ毎の目標膜厚

【0028】

本例では、後述するように、入力された入力膜厚と入力座標とから最小二乗法により二次近似式を求め、求めた二次近似式から各入力点の近似膜厚を算出し、この各入力点での近似膜厚から、下記の式により、変換後膜厚を算出する。
変換後膜厚＝各入力点での近似膜厚×（スロット・位置毎の目標膜厚／レシピ内の目 標膜厚）

【0029】

レシピ記憶部５２には、この熱処理装置１で実行される成膜処理の種類に応じて、制御手順を定めるプロセス用レシピが記憶されている。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミング、供給量などを規定する。

【0030】

ＲＯＭ５３は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ５６の動作プログラムなどを記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５６のワークエリアなどとして機能する。

【0031】

Ｉ／Ｏポート５５は、温度、圧力、ガスの流量に関する測定信号をＣＰＵ５６に供給すると共に、ＣＰＵ５６が出力する制御信号を各部（圧力調整部５、ヒータ１１〜１５の電力コントローラ１６〜２０、流量調整部２４〜２６等）へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート５５には、操作者が熱処理装置１を操作する操作パネル５８が接続されている。

【0032】

ＣＰＵ５６は、制御部５０の中枢を構成し、ＲＯＭ５３に記憶された動作プログラムを実行し、操作パネル５８からの指示に従って、レシピ記憶部５２に記憶されているプロセス用レシピに沿って、熱処理装置１の動作を制御する。

【0033】

ＣＰＵ５６は、モデル記憶部５１に記憶されている膜厚変化モデルと、形成されたＳｉＯ_２膜の膜厚とに基づいて、目標膜厚が形成される反応管２内の各ＺＯＮＥ（ＺＯＮＥ１〜５）に配置されたヒータ１１〜１５の設定温度を算出する。また、ＣＰＵ５６は、測定膜厚から面内凹凸形状を作るために意図的にずらした膜厚に変換する。
バス５７は、各部の間で情報を伝達する。

【0034】

次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いた熱処理方法について説明する。なお、本例の熱処理においては、操作者は、操作パネル５８を操作して、プロセス種別、本例では、ジクロロシランと一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）とのＳｉＯ_２膜の成膜（ＤＣＳ−ＨＴＯ）を選択するとともに、図５に示すように、ターゲットとするＳｉＯ_２膜の膜厚について、半導体ウエハの中央（センタ）の目標膜厚、端部（エッジ）の目標膜厚をゾーンごとに入力する。図６は、本例の熱処理を説明するためのフローチャートである。

【0035】

まず、制御部５０（ＣＰＵ５６）は、プロセス種別等の必要な情報が入力されたか否かを判別する（ステップＳ１）。ＣＰＵ５６は、必要な情報が入力されていると判別すると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、入力されたＳｉＯ_２膜のセンタの目標膜厚、エッジの目標膜厚に基づいて、各半導体ウエハＷの面内形状に関する変換後膜厚を算出する（ステップＳ２）。

【0036】

例えば、ＣＰＵ５６は、まず、モデル記憶部５１に記憶された変換式に基づいて、入力された目標膜厚とその入力座標とから二次近似曲線を求める。例えば、最小二乗法により、各入力点の膜厚＝ａ×（半導体ウエハＷ中心からの距離）^２＋ｂとなる二次近似式を求める。

【0037】

次に、ＣＰＵ５６は、求めた二次近似式から各入力点の近似膜厚を算出する。続いて、ＣＰＵ５６は、この各入力点での近似膜厚から、以下の式により、変換後膜厚を算出する。
変換後膜厚＝各入力点での近似膜厚×（スロット・位置毎の目標膜厚／レシピ内の目 標膜厚）
ここで、スロット・位置毎の目標膜厚は、入力されたセンタおよびエッジの目標膜厚であり、レシピ内の目標膜厚の平均膜厚である。

【0038】

また、ＣＰＵ５６は、入力されたプロセス種別に対応するプロセス用レシピをレシピ記憶部５２から読み出す（ステップＳ３）。プロセス用レシピには、例えば、図７に示すように、エリア毎に反応管２内の温度等のプロセス条件が記憶されている。

【0039】

次に、ＣＰＵ５６は、ボートエレベータ７（蓋体６）を降下させ、少なくとも各ＺＯＮＥに半導体ウエハＷ（モニターウエハ）を搭載したウエハボート９を蓋体６上に配置する。続いて、ＣＰＵ５６は、ボートエレベータ７（蓋体６）を上昇して、ウエハボート９（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードする。そして、ＣＰＵ５６は、レシピに従って、圧力調整部５、ヒータ１１〜１５の電力コントローラ１６〜２０、流量調整部２４〜２６等を制御して、半導体ウエハＷにＳｉＯ_２膜を成膜する（ステップＳ４）。

【0040】

ＣＰＵ５６は、成膜処理が終了すると、成膜されたＳｉＯ_２膜の膜厚を測定する（ステップＳ５）。例えば、ＣＰＵ５６は、ボートエレベータ７（蓋体６）を降下させ、ＳｉＯ_２膜が成膜された半導体ウエハＷをアンロードし、半導体ウエハＷを、例えば、図示しない測定装置に搬送し、半導体ウエハＷに成膜されたＳｉＯ_２膜の膜厚を測定させる。測定装置では、半導体ウエハＷに成膜されたＳｉＯ_２膜の膜厚を測定すると、測定したＳｉＯ_２膜の膜厚データを熱処理装置１（ＣＰＵ５６）に送信する。ＣＰＵ５６は、測定されたＳｉＯ_２膜の膜厚データを受信することにより、成膜されたＳｉＯ_２膜の膜厚を特定する。なお、操作者が操作パネル５８を操作して、測定結果を入力してもよい。

【0041】

ＣＰＵ５６は、成膜されたＳｉＯ_２膜の膜厚を測定すると、測定した膜厚が許容範囲内か否かを判別する（ステップＳ６）。許容範囲内とは、入力された目標膜厚から許容可能な所定の範囲内に含まれていることをいい、例えば、入力された目標膜厚から±１％以内の場合をいう。

【0042】

ＣＰＵ５６は、測定した膜厚が許容範囲内でないと判別すると（ステップＳ６；Ｎｏ）、目標膜厚に合致するような温度設定値を算出する（ステップＳ７）。例えば、ＣＰＵ５６は、算出した温度設定値と、モデル記憶部５１に記憶されている膜厚変化モデルとに基づいて、図８に示すように、目標膜厚が形成される反応管２内の各ＺＯＮＥ（ＺＯＮＥ１〜５）に配置されたヒータ１１〜１５の設定温度を算出する。そして、ＣＰＵ５６は、読み出したレシピの各ＺＯＮＥの温度を、算出した設定温度に更新する（ステップＳ８）。そして、ＣＰＵ５６は、ステップＳ４に戻り、半導体ウエハＷにＳｉＯ_２膜を成膜する。

【0043】

ＣＰＵ５６は、測定した膜厚が許容範囲内であると判別すると（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、この処理を終了する。

【0044】

次に、本発明の効果を確認するため、本発明の熱処理により各ゾーンの半導体ウエハＷの表面が浅い面内凹状となるように成膜した。図９（ａ）に、調整前の各ゾーンの半導体ウエハＷに形成された膜厚を示し、図９（ｂ）が調整後の各ゾーンの半導体ウエハＷに形成された膜厚を示す。図９に示すように、本発明の熱処理により、全てのゾーンの半導体ウエハＷについて、その表面が面内凹状となるように成膜できることを確認した。

【0045】

以上説明したように、本実施の形態によれば、操作者が目標膜厚等を入力するだけで、半導体ウエハＷの面内形状を容易に制御することができる。

【0046】

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。

【0047】

上記実施の形態では、図５に示すように、成膜するＳｉＯ_２膜について中央部と端部の目標膜厚をゾーンごとに入力した場合を例に本発明を説明したが、例えば、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、目標膜厚と目標形状（凹状、凸状、平坦）と面内均一性とを入力したり、図１０（ｃ）に示すように、目標膜厚と目標形状と面内レンジとをゾーンごとに入力してもよい。

【0048】

上記実施の形態では、成膜処理における成膜温度が一定の場合を例に本発明を説明したが、例えば、図１１に示すように、各ゾーンにおいて、成膜処理における成膜温度を徐々に低下（降温）させてもよい。これは、半導体ウエハＷの中央部（Center部）と端部（Edge部）とでは、設定温度に対する温度変化の程度が異なる。例えば、半導体ウエハＷの端部は半導体ウエハＷの外部（ヒータ部１０）に近いため、加熱、冷却されやすい傾向にある。一方、半導体ウエハＷの中央部は半導体ウエハＷの外部（ヒータ部１０）から遠いため、加熱、冷却されにくい傾向にある。このため、半導体ウエハＷに形成される薄膜の膜厚は、図１２（ａ）に示すように、その中央部が薄い凹状に形成されやすい。

【0049】

ここで、図１１に示すように、設定温度を時間と共に降温させることにより、半導体ウエハＷの端部近傍が、中央部近傍より先に温度が低下する。この結果、半導体ウエハＷの中央部温度は、図１２（ｂ）に示すように、端部の温度よりも相対的に高くなる。このような半導体ウエハＷの面内温度の変化により、各ゾーンにおいて、成膜処理における成膜温度を徐々に低下（降温）させながら成膜すると、図１２（ｃ）に示すように、図１２（ａ）に示す膜厚分布の凹状が緩和され、より平坦な膜厚分布が得られる。この結果、半導体ウエハＷにおける膜厚の面内均一性が向上する。

【0050】

例えば、モデル記憶部５１に、成膜処理における成膜温度が一定な場合と、成膜温度を徐々に低下（降温）させる場合のレシピと、形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚変化との関係を示すモデルを記憶する。これにより、ステップＳ６の測定において測定した膜厚分布の凹状となり許容範囲内でないと判断した場合に、ステップＳ７の温度設定値の算出において成膜処理における成膜温度を徐々に低下（降温）させる温度設定値を算出することができ、半導体ウエハＷにおける膜厚の面内均一性を向上させることができる。

【0051】

さらに、成膜温度を徐々に低下（降温）させる場合のレシピと、形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚変化との関係を示すモデルを複数記憶することにより、ＣＰＵ５６は、ステップＳ７において、降温させる温度の精度を向上（最適な温度を算出）することが可能となる。

【0052】

上記実施の形態では、ジクロロシランと一酸化二窒素とを用いてＳｉＯ_２膜を形成する場合を例に本発明を説明したが、例えば、ジクロロシランとアンモニア（ＮＨ_３）とを用いたＳｉＮ膜の成膜にも本発明を適用可能である。

【0053】

上記実施の形態では、ＳｉＯ_２膜を形成する場合を例に本発明を説明したが、処理の種類は任意であり、他種類の膜を形成するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、酸化装置などの様々なバッチ式の熱処理装置に適用可能である。

【0054】

上記実施の形態では、ヒータの段数（ゾーンの数）が５段の場合を例に本発明を説明したが、４段以下であっても、６段以上であってもよい。また、各ゾーンから抽出する半導体ウエハＷの数などは任意に設定可能である。

【0055】

上記実施の形態では、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、本発明は、半導体ウエハの処理に限定されるものではなく、例えば、ＦＰＤ基板、ガラス基板、ＰＤＰ基板などの処理にも適用可能である。

【0056】

本発明の実施の形態にかかる制御部５０は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）など）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部５０を構成することができる。

【0057】

そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ：Bulletin Board System）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（Operating System）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は半導体ウエハ等の被処理体を熱処理する熱処理システムに有用である。

【符号の説明】

【0059】

１ 熱処理装置
２ 反応管
３ マニホールド
６ 蓋体
９ ウエハボート
１０ ヒータ部
１１〜１５ ヒータ
１６〜２０ 電力コントローラ
２１〜２３ 処理ガス供給管
２４〜２６ 流量調整部
５０ 制御部
５１ モデル記憶部
５２ レシピ記憶部
５３ ＲＯＭ
５４ ＲＡＭ
５６ ＣＰＵ
Ｗ 半導体ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】