特開2023-163848エピタキシャル成長装置のためのパラメータ決定装置、パラメータ決定方法、及びパラメータ決定プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023163848
(43)【公開日】2023-11-10
(54)【発明の名称】エピタキシャル成長装置のためのパラメータ決定装置、パラメータ決定方法、及びパラメータ決定プログラム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/205 20060101AFI20231102BHJP
C23C 16/52 20060101ALI20231102BHJP
【ＦＩ】
H01L21/205
C23C16/52
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022075038
(22)【出願日】2022-04-28
(71)【出願人】
【識別番号】503424196
【氏名又は名称】エピクルー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002516
【氏名又は名称】弁理士法人白坂
(72)【発明者】
【氏名】山岡 智則
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030AA03
4K030AA06
4K030AA17
4K030AA20
4K030BA29
4K030BB02
4K030CA04
4K030CA12
4K030FA10
4K030GA05
4K030JA01
4K030JA02
4K030JA03
4K030JA05
4K030JA10
4K030JA12
4K030KA41
4K030LA15
5F045AA03
5F045AB02
5F045AC03
5F045AC19
5F045AD14
5F045AD15
5F045DP04
5F045DP28
5F045EK12
5F045EK13
5F045EM10
5F045GB13
5F045GB17
(57)【要約】
【課題】短時間、かつ低コストでエピタキシャル成長装置のための１又は複数のパラメータの最適値を算出するパラメータ決定装置、パラメータ決定方法、及びパラメータ決定プログラムを提供する。
【解決手段】１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、エピタキシャル膜の位置データと、成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付ける入力部と、位置データと、特性データと、１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値とから、１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を算出する演算部とを備え、演算部は、応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出し、１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出する。
【選択図】図１
【解決手段】１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、エピタキシャル膜の位置データと、成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付ける入力部と、位置データと、特性データと、１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値とから、１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を算出する演算部とを備え、演算部は、応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出し、１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置のための１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を算出するパラメータ決定装置であって、
前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、前記エピタキシャル膜の位置データと、前記１又は複数のパラメータを用いて前記エピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付ける入力部と、
前記位置データと、前記特性データと、前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値とから、前記１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を算出する演算部と
を備え、前記演算部は、前記特性データをＱｊ、位置をｘ、前記１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
ｉ＝ｋのときのパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、前記１又は複数のパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのパラメータＰｉは変量させないようにしたときの前記特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋは次の式で表され、
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出し、導出された前記応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、前記位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする前記１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出することを特徴とするパラメータ決定装置。
前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、前記エピタキシャル膜の位置データと、前記１又は複数のパラメータを用いて前記エピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付ける入力部と、
前記位置データと、前記特性データと、前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値とから、前記１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を算出する演算部と
を備え、前記演算部は、前記特性データをＱｊ、位置をｘ、前記１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
【数1】
【数2】
【請求項2】
前記応答関数は、1次関数であることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項3】
前記特性は、前記エピタキシャル膜の膜厚、成長速度、比抵抗値、平坦度、エッジ平坦度、裏面デポ厚さ、粗さ、Ｈａｚｅのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項4】
前記パラメータはプロセスパラメータであって、キャリアガス、シリコンソースガス等のガス流量、ウェハ温度、ランプ加熱バランス、ガス流量のバランス、サセプタの回転速度、サセプタの高さのうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項5】
前記位置は、基板の中心点からの距離、円盤状の基板のエッジからの距離、円盤状の基板の円周方向の角度、又は、これらの組み合わせのうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項6】
前記パラメータはハードウェア設計パラメータであって、サセプタデザインにおけるポケットの高さ、及びポケット壁とウェハエッジまでの距離であり、前記特性は、ウェハエッジの膜厚であることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項7】
前記パラメータはハードウェア設計パラメータであって、エピタキシャル成長装置におけるガス流が形成される空間の高さであり、前記特性は、前記エピタキシャル膜の膜厚であることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項8】
前記パラメータはハードウェア設計パラメータであって、加熱ランプ用リフレクターの傾きであり、前記特性は、前記エピタキシャル膜の膜厚であることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項9】
前記エピタキシャル成長装置に前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値を送信する成長装置制御部と、
前記特性測定装置に前記エピタキシャル膜の前記位置データを送信し、前記特性測定装置から前記エピタキシャル膜の前記特性データを受信する特性測定装置制御部と、
前記特性データが所定の範囲内から逸脱しているか否かを判定する特性分布判定部と
をさらに備え、前記特性データが前記所定の範囲内から逸脱している場合、前記１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を再度算出することを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
前記特性測定装置に前記エピタキシャル膜の前記位置データを送信し、前記特性測定装置から前記エピタキシャル膜の前記特性データを受信する特性測定装置制御部と、
前記特性データが所定の範囲内から逸脱しているか否かを判定する特性分布判定部と
をさらに備え、前記特性データが前記所定の範囲内から逸脱している場合、前記１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を再度算出することを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項10】
基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置のための１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を算出するパラメータ決定方法であって、
前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、前記エピタキシャル膜の位置データと、前記１又は複数のパラメータを用いて前記エピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付けるステップと、
前記特性を測定して得られた特性データをＱｊ、位置をｘ、前記１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
ｉ＝ｋのときのパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、前記１又は複数のパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのパラメータＰｉは変量させないようにしたときの前記特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋは次の式で表され、
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出するステップと、
導出された前記応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、前記位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする前記１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出するステップと
を備えることを特徴とするパラメータ決定方法。
前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、前記エピタキシャル膜の位置データと、前記１又は複数のパラメータを用いて前記エピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付けるステップと、
前記特性を測定して得られた特性データをＱｊ、位置をｘ、前記１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
【数3】
【数4】
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出するステップと、
導出された前記応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、前記位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする前記１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出するステップと
を備えることを特徴とするパラメータ決定方法。
【請求項11】
基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置のための１又は複数のパラメータのそれぞれの最適値を算出するパラメータ決定プログラムであって、
コンピュータに、
前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、前記エピタキシャル膜の位置データと、前記エピタキシャル膜を成膜するための１又は複数のパラメータを用いて前記エピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定されて得られた特性データとを受け付ける入力手段と、
前記特性データをＱｊ、位置をｘ、前記１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
ｉ＝ｋのときのパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、前記１又は複数のパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのパラメータＰｉは変量させないようにしたときの前記特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋは次の式で表され、
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出する応答関数創出手段と、
導出された前記応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、前記位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする前記１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出する最適値算出手段と
を実現させるためのパラメータ決定プログラム。
コンピュータに、
前記１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、前記エピタキシャル膜の位置データと、前記エピタキシャル膜を成膜するための１又は複数のパラメータを用いて前記エピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定されて得られた特性データとを受け付ける入力手段と、
前記特性データをＱｊ、位置をｘ、前記１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
【数5】
【数6】
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出する応答関数創出手段と、
導出された前記応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、前記位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする前記１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出する最適値算出手段と
を実現させるためのパラメータ決定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エピタキシャル成長装置のためのパラメータ決定装置、パラメータ決定方法、及びパラメータ決定プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ウェハの処理工程の一つである、基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長工程では、図１に示すように、エピタキシャル成長装置のチャンバ１０内に設置されたサセプタ１３の上に基板を載置し、チャンバ１０内に反応ガスを導入し、反応ガスを加熱することにより基板上にエピタキシャル膜が生成される（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【0003】
半導体ウェハの品質を評価する指標の一つとして、エピタキシャル成長工程においてはエピタキシャル膜の膜厚分布が挙げられる。半導体ウェハの品質を安定なものとするためには、エピタキシャル膜の膜厚分布を可能な限り均一にすることが求められる。
【0004】
エピタキシャル成長工程においては、キャリアガス、シリコンソースガス等のガス流量、ウェハ温度、ランプ加熱バランス、ガス流量のバランス、サセプタの回転速度、ウェハの支持台の高さ等、複数のプロセスパラメータのそれぞれの値に応じて、ウェハの半径に対する膜厚分布が変化する。エピタキシャル膜を成膜する際には、膜厚分布の変動量が所定の範囲内となるように複数のプロセスパラメータのそれぞれを最適値に調整して行う。
【0005】
従来、複数のプロセスパラメータの値の調整は、経験に基づいて行われていた。具体的には、膜厚の変動量を所定の範囲内とする、複数のプロセスパラメータの値を予測し、予測した複数のプロセスパラメータの値を用いてテスト成膜を行い、膜厚分布を計測し、その結果に基づいて複数のプロセスパラメータを微調整していた。プロセスパラメータの値の調整は、エピタキシャル成長装置のメンテナンスが行われた場合、環境、設備の微妙な変化により分布が変化した場合、及び、製造品の切り替え、即ちターゲット品質が変更された場合等のタイミングごとに行われるため、経験に基づくプロセスパラメータの値の調整は、時間がかかり、高コストであった。
【0006】
これに対して、エピタキシャル成長工程における複数のプロセスパラメータの決定方法が、特許文献２に開示されている。この方法によれば、膜厚分布指標の予測値の算出に、複数のプロセスパラメータを単位量操作した時の対象ウェハの部位毎の膜厚変化量である影響係数を用い、影響係数は過去の膜厚調整実績から対象ウェハの部位毎に膜厚偏差が最小になるように重回帰分析を行うことにより求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第５３４３１６２号公報
【特許文献2】特許第６４７７３８１号公報
【特許文献3】特許第４８６８５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献２に開示されている方法は、多くの回数の膜厚調整実績を必要とし、かつ影響係数の算出に時間がかかる。長期にわたって取得された大量のデータには、環境や設備の状態が微妙に異なった状態や、メンテナンスを挟んで設備状態が変化した状態のデータが含まれることになる。解析時点での状態とデータ取得時点での状態は異なるため、これらのデータを用いた解析では、誤差が大きくなる。従って、例えば大規模生産ラインにおいて、エピタキシャル成長装置のメンテナンスごとに複数のプロセスパラメータの最適値を導出する際にこの方法を採用することは現実的ではない。
【0009】
上記問題点を鑑み、本発明は、短時間、かつ低コストでエピタキシャル成長装置のためのパラメータの最適値を導出するパラメータ決定装置、パラメータ決定方法、及びパラメータ決定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】
【0010】
本発明の第１の態様は、基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置のための１又は複数のパラメータのそれぞれの適正値を算出するパラメータ決定装置であって、１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、エピタキシャル膜の位置のデータと、１又は複数のパラメータを用いてエピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付ける入力部と、位置データと、特性データと、エピタキシャル膜を成膜するための１又は複数のパラメータのそれぞれについての複数の値とから、１又は複数のパラメータのそれぞれの適正値を算出する演算部とを備え、演算部は、特性データをＱｊ、位置をｘ、１又は複数のプロセスパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
【0011】
【数1】
【0012】
ｉ＝ｋのときのパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、前記１又は複数のパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのパラメータＰｉは変量させないようにしたときの前記特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋは次の式で表され、
【0013】
【数2】
【0014】
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出し、導出された応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出することを要旨とする。
【0015】
本発明の第１の態様において、応答関数は、1次関数であってもよい。
【0016】
本発明の第１の態様において、特性は、エピタキシャル膜の膜厚、成長速度、比抵抗値、平坦度、エッジ平坦度、裏面デポ厚さ、粗さ、Ｈａｚｅのいずれかであってもよい。
【0017】
本発明の第１の態様において、パラメータはプロセスパラメータであって、キャリアガス、シリコンソースガス等のガス流量、ウェハ温度、ランプ加熱バランス、ガス流量のバランス、サセプタの回転速度、サセプタの高さのうち少なくとも一つであってよい。
【0018】
本発明の第１の態様において、位置は、基板の中心点からの距離、円盤状の基板のエッジからの距離、円盤状の基板の円周方向の角度、又は、これらの組み合わせのうちいずれかであってよい。
【0019】
本発明の第１の態様において、パラメータはハードウェア設計パラメータであって、サセプタデザインにおけるポケットの高さ、及びポケット壁とウェハエッジまでの距離であり、特性は、ウェハエッジの膜厚であってよい。
【0020】
本発明の第１の態様において、パラメータはハードウェア設計パラメータであって、エピタキシャル成長装置におけるガス流が形成される空間の高さであり、特性は、エピタキシャル膜の膜厚であってよい。
【0021】
本発明の第１の態様において、パラメータはハードウェア設計パラメータであって、加熱ランプ用リフレクターの傾きであり、特性は、エピタキシャル膜の膜厚であってよい。
【0022】
本発明の第１の態様において、エピタキシャル成長装置に１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値を送信する成長装置制御部と、特性測定装置に特性を測定するエピタキシャル膜の位置データを送信し、特性測定装置からエピタキシャル膜の特性データを受信する特性測定装置制御部と、特性データが所定の範囲内から逸脱しているか否かを判定する特性分布判定部をさらに備え、特性データが所定の範囲内から逸脱している場合、１又は複数のパラメータのそれぞれの適正値を再度算出してもよい。
【0023】
本発明の第２の態様は、基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置のための１又は複数のパラメータのそれぞれの適正値を算出するパラメータ決定方法であって、１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、エピタキシャル膜の位置のデータと、１又は複数のパラメータを用いてエピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付けるステップと、特性を測定して得られた特性データをＱｊ、位置をｘ、１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
【0024】
【数3】
【0025】
ｉ＝ｋのときのパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、１又は複数のパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのパラメータＰｉは変量させないようにしたときの特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋは次の式で表され、
【0026】
【数4】
【0027】
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出するステップと、導出された応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出するステップとを備えることを要旨とする。
【0028】
本発明の第３の態様は、基板上にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置のための１又は複数のパラメータのそれぞれの適正値を算出するパラメータ決定プログラムであって、コンピュータに、１又は複数のパラメータのそれぞれについて複数の値と、エピタキシャル膜の位置のデータと、１又は複数のパラメータを用いてエピタキシャル成長装置によって成膜されたエピタキシャル膜に対して、特性測定装置によって測定された特性データとを受け付ける入力手段と、特性を測定して得られた特性データをＱｊ、位置をｘ、１又は複数のパラメータをＰｉ、Ｍを１又は複数のパラメータの総数であって１≦ｉ≦Ｍとすると、特性Ｑｊは次の式で表され、
【0029】
【数5】
【0030】
ｉ＝ｋのときのパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、１又は複数のパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのパラメータＰｉは変量させないようにしたときの特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋは次の式で表され、
【0031】
【数6】
【0032】
上式から応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出する応答関数創出手段と、導出された応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、位置の所定の範囲内における、特性の所望の定数又は所望の関数からのずれを最小にする１又は複数のパラメータの最適値をシミュレーションによって算出する最適値算出手段とを実現させることを要旨とする。
【発明の効果】
【0033】
本発明によれば、短時間、かつ低コストでエピタキシャル成長装置のためのパラメータの最適値を導出するパラメータ決定装置、パラメータ決定方法、及びパラメータ決定プログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】第１の実施形態に係るパラメータ決定装置の一例の模式図である。
【図3】第１の実施形態に係るパラメータ決定装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図5】基板の中心からの距離に対する応答関数を示すグラフである。
【図7】基板の中心からの距離に対する膜厚Ｔｃ（ｘ）とＴｏ（ｘ）を示すグラフである。
【図8】第１の実施形態に係るパラメータ決定方法を説明するためのフローチャートである。
【図9】第１の実施形態に係るパラメータ決定方法を説明するためのフローチャートである。
【図10】第２の実施形態に係るパラメータ決定装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図11】第３の実施形態に係るエピタキシャル成長装置の一例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものである。
【0036】
又、実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【0037】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るパラメータ決定装置を以下に説明する。本実施形態に係るパラメータ決定装置の一例を図１に示す。図１に示すパラメータ決定装置は、エピタキシャル成長装置１と、演算装置２７と、膜厚測定装置（図示しない）とから構成される。
本発明の第１の実施形態に係るパラメータ決定装置を以下に説明する。本実施形態に係るパラメータ決定装置の一例を図１に示す。図１に示すパラメータ決定装置は、エピタキシャル成長装置１と、演算装置２７と、膜厚測定装置（図示しない）とから構成される。
【0038】
図１に示すエピタキシャル成長装置１は、基板上にシリコン等の膜をエピタキシャル成長させるための装置である。膜厚測定装置は、エピタキシャル成長装置１によって成長させたエピタキシャル膜の膜厚を測定するための装置である。演算装置２７は、エピタキシャル成長装置１によってエピタキシャル膜を成長させる際に用いたパラメータと、膜厚測定装置によって測定されたエピタキシャル膜の膜厚値とから、エピタキシャル膜の膜厚分布の変動量が所定の範囲内となるように調整するパラメータの最適値を算出するための装置である。
【0039】
図１の左側に、エピタキシャル成長装置１の縦断面図を示す。図２に、図１に示すエピタキシャル成長装置１の天面図を示す。図１及び図２に示すエピタキシャル成長装置１は、サセプタ１３と、側壁部２４と、天井部１１とを有する。
【0040】
サセプタ１３と、側壁部２４と、天井部１１とからチャンバ１０が形成される。天井部１１は石英等の透過性を有する材料からなる。サセプタ１３は円盤形状であり、円盤形状の面が水平となるように設置される。チャンバ１０内部、かつサセプタ１３上に基板が載置される。
【0041】
サセプタ１３は、サセプタ１３の下方に設置されたサセプタ支持部１４に支持される。サセプタ支持部１４は円柱形状をなし、円盤形状であるサセプタ１３の中心とサセプタ支持部１４の軸とが一致するように互いに配置される。サセプタ支持部１４は軸周りに回転する回転機構を有し、この回転機構によってサセプタ１３は回転可能となっている。また、サセプタ支持部１４は、サセプタ１３のチャンバ１０内での高さを調整することができるように、上下に移動可能に構成されてもよい。
【0042】
チャンバ１０の上方及び下方には、チャンバ１０を加熱するための加熱手段１５ａ～１５ｄが設置されている。加熱手段１５ａ～１５ｄは、例えばハロゲンランプであるが、チャンバ１０を加熱可能であればいずれの手段であってもよく、ハロゲンランプに限定されない。
【0043】
側壁部２４は、上部側壁部１２ａと、下部側壁部１２ｂとから構成される。上部側壁部１２ａと、下部側壁部１２ｂは環状であり、いずれにも一部分に切り欠きが設けられている。この切り欠きによって、ガス流入口１６ａと、ガス排出口１６ｂとが形成される。ガス流入口１６ａと、ガス排出口１６ｂとは、チャンバ１０に対して互いに対抗する位置に設置される。基板上にシリコン等の膜をエピタキシャル成長させるための反応ガスは、ガス流入口１６ａを通ってチャンバ１０に流入し、基板上を基板面と平行に流れ、ガス排出口１６ｂを通ってチャンバ１０から排出される。
【0044】
サセプタ１３と、側壁部２４と、天井部１１の外周側には、環状の挟持部２５が設けられている。挟持部２５には、ガス流入口１６ａに連通する供給路１７ａが、ガス排出口１６ｂに連通する排出路１７ｂが形成されている。
【0045】
供給路１７ａには、ガス導入路１８が接続されており、反応ガス２２、２３がガス導入路１８から供給路１７ａ、ガス流入口１６ａを通ってチャンバ１０へ送られる。同様に、排出路１７ｂには、ガス排出路２６が接続されており、チャンバ１０へ送られた反応ガス２２、２３がガス排出口１６ｂ、排出路１７ｂ、ガス排出路２６を通って排出される。
【0046】
ガス導入路１８には、図示しないガス供給源が接続されている。供給源から供給される反応ガスは、例えば、トリクロロシラン、フォスフィン等の１又は複数の原料ガスと、水素等のキャリアガスを混合したガスである。ガス導入路１８とガス供給源との間には、１又は複数の原料ガスと、キャリアガスのそれぞれのガス流量を調整するためのガス弁が設置されている。
【0047】
図１及び図２に示すエピタキシャル成長装置によってエピタキシャル膜を成長させる際は、サセプタ１３上に基板を設置し、ガス導入路１８から反応ガスをチャンバ１０内に導入したのち、加熱手段１５ａ～１５ｄによって基板の温度を所定の温度に設定して行う。サセプタ１３上への基板の設置は、一例として、図１の奥側、図２の上部側から、ロボットアーム等により、設置と回収が行われてもよい。
【0048】
エピタキシャル膜を成長させる際は、サセプタ１３を一定速度で回転させながら成長を行う。これにより、エピタキシャル膜の膜厚分布は、回転における偏心や基板のサセプタ内での中心位置からのずれなどが無視できる程度の場合、基板の中心点から等距離の膜厚は同じ値となり、膜厚分布は基板の中心点からの距離における膜厚とすることができる。
【0049】
エピタキシャル膜の膜厚分布の変動量が所定の範囲内となるように調整するプロセスパラメータは、１又は複数の原料ガスとキャリアガスのそれぞれのガス流量及びガス流量バランス、基板温度、加熱手段１５ａ～１５ｄのそれぞれの加熱バランス、サセプタ１３の回転速度、サセプタ１３のチャンバ１０内での高さ等の、エピタキシャル成長に影響を及ぼす可能性のあるパラメータである。
【0050】
本実施形態において、エピタキシャル成長装置１は、演算装置２７に接続され、演算装置２７によって制御されるものとする。演算装置２７は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、メインフレーム、ワークステーション、クラウドコンピューティングシステム等、種々の電子計算機（計算リソース）である。図示の演算装置２７はパーソナルコンピュータであり、演算結果の表示のためのディスプレイ、プリンター、その他、入力用のキーボード、マウス等が接続されている。
【0051】
なお、エピタキシャル成長装置１は、本実施形態においては図１及び図２に示す装置であるとしたが、エピタキシャル膜を成長させる装置であれば、図１及び図２に示す装置に限定されない。また、本実施形態においては、エピタキシャル成長装置１は演算装置２７に接続されて制御されるとしたが、エピタキシャル成長装置１は演算装置２７に接続されていなくてもよく、演算装置２７に制御されていなくても構わない。
【0052】
膜厚測定装置は、光学的膜厚測定方法等、エピタキシャル膜の所望の位置での膜厚を測定できる装置であれば、いかなる方法による膜厚測定装置であっても構わない。本実施形態において、膜厚測定装置は、成膜されたエピタキシャル膜の膜厚を測定する。又、膜厚測定装置は、成膜途中ではなく、エピタキシャル膜を成膜後のウェハを測定する。本実施形態において、膜厚測定装置は演算装置２７に接続されておらず、エピタキシャル成長装置１におけるエピタキシャル膜の成膜後、エピタキシャル成長装置１から成膜後のウェハを搬出し、膜厚測定装置において膜厚測定を行うが、これには限定されない。例えば、第２の実施形態において後述するように、膜厚測定装置は演算装置２７に接続されていてもよく、エピタキシャル成長装置１からの成膜後のウェハの搬出、膜厚測定装置における膜厚測定等、演算装置２７によって制御される構成でも構わない。
【0053】
図３は演算装置２７の構成を示すブロック図である。演算装置２７には、各種の演算実行のためのＣＰＵ３０１、処理用のプログラムを記憶するＲＯＭ３０２、データ等の記憶のためのＲＡＭ３０３、各種のデータ及び演算結果等の記憶のための記憶部３０４、さらに、Ｉ／Ｏ（インプット・アウトプットインターフェース）３０５等が備えられる。Ｉ／Ｏ３０５は通信（送受信）用のインターフェース、バッファ等である。Ｉ／Ｏ３０５は、エピタキシャル成長装置１への制御信号の送信等に用いられＣＰＵ３０１と連携する。
【0054】
さらに図３のブロック図はＣＰＵ３０１内の機能部を示す。ＣＰＵ３０１の各機能部をソフトウェアにより実現する場合、ＣＰＵ３０１は各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行することで実現する。詳細には、成長装置制御部３０６、演算部３０８、入力部３０９、出力部３１０等を備える。
【0055】
成長装置制御部３０６は、入力部３０９より入力された１又は複数のプロセスパラメータの初期値、後述する演算部３０８によって算出されたプロセスパラメータの最適値、成膜の開始、成膜の終了、エピタキシャル膜の試験製作条件等の、エピタキシャル成長装置１を制御する信号を、Ｉ／Ｏ３０５を介してエピタキシャル成長装置１に送信する。
【0056】
演算部３０８は、エピタキシャル成長装置１によるエピタキシャル膜の成長条件のうち、プロセスパラメータの値と、膜厚測定装置による測定によって得られた膜厚値と、膜厚値に対応する基板上の位置のデータとを用いて、応答関数と、プロセスパラメータの最適値を算出する。
【0057】
入力部３０９は、演算装置２７に接続された入力用のキーボード、マウス等から入力された、エピタキシャル成長装置１によるエピタキシャル膜の成長条件、膜厚測定装置による測定によって得られた膜厚値と、膜厚値に対応する基板上の位置のデータ等を受け付ける。膜厚測定装置による膜厚測定の条件とは、例えば、基板上のエピタキシャル膜の膜厚を測定する位置、測定範囲、等である。
【0058】
出力部３１０は、演算部３０８によって算出された応答関数と、プロセスパラメータの最適値とを演算装置２７に接続されたディスプレイ、プリンター等に出力する。
【0059】
本実施形態において、エピタキシャル成長装置１は、演算装置２７に接続され、演算装置２７によって制御されるとしたが、エピタキシャル成長装置１が演算装置２７に接続されていない場合、演算装置２７は成長装置制御部３０６を備えていなくてもよい。この場合、入力部３０９において受け付けられたエピタキシャル成長装置１によるエピタキシャル膜の成長条件のうち、プロセスパラメータの値は、演算部３０８における応答関数と、プロセスパラメータの最適値の算出に用いられる。また、エピタキシャル成長装置１によってエピタキシャル成長させる際の成長条件は、エピタキシャル成長装置１に直接入力される。
【0060】
図１に示すパラメータ決定装置は、エピタキシャル成長装置１によってエピタキシャル膜を成膜する際の、プロセスパラメータの最適値を算出し、エピタキシャル成長装置１に算出したプロセスパラメータの最適値を入力する装置である。
【0061】
図１に示すパラメータ決定装置の動作は、以下の通りである。まず、エピタキシャル成長装置１に基板が導入されたのち、エピタキシャル膜の成膜のためのプロセスパラメータの値等の条件が入力部３０９から入力される。
【0062】
エピタキシャル膜の成膜のためのプロセスパラメータの値としては、まず、Ｒ個のプロセスパラメータのうち、Ｎ個のプロセスパラメータＰｎが選択される（１≦ｎ≦Ｎ）。ここで、Ｒは、エピタキシャル成長装置１によりエピタキシャル膜を成膜するために必要な全てのプロセスパラメータの個数であり、Ｎは、１≦Ｎ≦Ｒを満たす整数である。Ｎ個のプロセスパラメータは、本実施形態に係るパラメータ決定装置によってその適正値を算出するプロセスパラメータとする。全てのプロセスパラメータのうち、Ｎ個のプロセスパラメータＰｎを除いた残りのプロセスパラメータは、固定された値とし、以下、固定プロセスパラメータと呼ぶ。全てのプロセスパラメータのうち、どのパラメータを最適値を算出するプロセスパラメータＰｎとするかは、その都度適宜選択される。
【0063】
本実施形態において、成膜は、Ｎ個のプロセスパラメータＰｎのそれぞれについて、Ｓｎ個ずつ値を変えて行う（Ｓｎは２以上の整数）。Ｓｎは、プロセスパラメータＰｎの値の個数であって、例えば、Ｓｎ＝２であれば、プロセスパラメータＰｎの値として２つの値を決定しておき、成膜は、2つの値のそれぞれを用いて成膜する。この場合、２枚のエピタキシャル膜が成膜される。
【0064】
Ｎ個のプロセスパラメータＰｎのうちの1つのプロセスパラメータについて、Ｓｎ個ずつ値を変える際、残りの、（Ｎ―１）個のプロセスパラメータの値は変動させないこととする。これにより、成膜されるエピタキシャル膜の枚数Ｔは次の式（１）で表される。
【0065】
【数7】
【0066】
以上より、エピタキシャル膜の成膜のためのプロセスパラメータの値等の条件とは、全てのプロセスパラメータのうち、最適値を算出するプロセスパラメータの種類、固定プロセスパラメータのそれぞれの値、Ｎ個のプロセスパラメータＰｎのそれぞれについて、Ｓｎ点ずつのそれぞれの値である。入力されたプロセスパラメータの値等の条件を、成長装置制御部３０６がＩ／Ｏ３０５を介してエピタキシャル成長装置１に送信し、エピタキシャル成長装置１において成膜が開始される。
【0067】
成膜が実行されたのち、特性を測定する特性測定装置に、特性測定装置制御部から、特性を測定するエピタキシャル膜の位置データが送信され、成膜されたエピタキシャル膜の特性が、特性測定装置によって、エピタキシャル膜の各点において測定される。位置データは、特性測定装置が特性を測定する際の試験体上の位置であって、試験体上の位置は、エピタキシャル膜が成膜された基板であれば、基板の中心線上の複数の点である。
【0068】
本実施形態においては、特性は膜厚であるとし、エピタキシャル膜の膜厚は膜厚測定装置によって測定される。膜厚を測定する位置は、例えば、円形状の基板の中心線上の複数の点であり、特性測定装置制御部から送信された位置データによって決定される。本実施形態において、成膜が実行されたのち、上面にエピタキシャル膜が成膜された基板は、エピタキシャル成長装置１から搬出されたのち、膜厚測定装置に導入される。膜厚測定装置に、膜厚を測定する位置が入力され、膜厚測定装置において膜厚測定が開始される。膜厚測定装置による測定によって得られた膜厚値と、膜厚値に対応する基板上の位置のデータは、演算装置２７に入力される。
【0069】
成長装置制御部３０６は、このときのプロセスパラメータの値を、演算部３０８に送信する。演算部３０８は、膜厚値、位置データ、及びプロセスパラメータの値を用いて、以下の方法により、プロセスパラメータの最適値を算出する。成長装置制御部３０６は、算出したプロセスパラメータの最適値を、エピタキシャル成長装置１に送信し、エピタキシャル膜の成膜が開始される。
【0070】
本実施形態における、プロセスパラメータの最適値の算出方法を以下に説明する。試験対象の特性をＱｊとし、特性Ｑｊが変数ｘ、プロセスパラメータＰ１、…、ＰＭの関数であるとし、特性Ｑｊは、関数ｆＱｊ，ｉ（ｘ，Ｐｉ）によって、以下の式（２）で表されるとする。
【0071】
【数8】
【0072】
ここで、ｊは、Ｒを対象とする特性の数であるとすると、１≦ｊ≦Ｒ、ｉは、Ｍを対象とするプロセスパラメータの数であるとすると、１≦ｉ≦Ｍである。
【0073】
プロセスパラメータの最適な値とは、変数ｘの所定の範囲内において、特性Ｑｊ（ｘ，Ｐ１，…，ＰＭ）を所望の定数又は所望の関数とするような、プロセスパラメータの値である。ここで、ｘは連続する変数であってもよく、又は、Ｎを測定数として、１＜ｘ＜Ｎを満たす整数とする等、不連続な値であってもよい。
【0074】
特性Ｑｊにおいて、全てのパラメータに対して、完全に整合するｆＱｊ，ｉ（ｘ，Ｐｉ）を求めることは、非現実的である。エピタキシャル成長に関与している全てのパラメータを特定することが困難であるとともに、例え、全てのパラメータを特定できたとしても、それらのパラメータを含む関数ｆＱｊ，ｉ（ｘ，Ｐｉ）を算出することは非常に困難であるためである。従って、ある条件下での対象とする特性値に対して、対象とするパラメータを各々変量させた場合の各位置の応答から、個々のパラメータに対する応答を応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）と定義し、運用するのが現実的である。実際には、複数のパラメータを変量した場合は、変量した複数のパラメータのそれぞれの応答に交互作用があり、複雑になるため、変量幅の範囲を交互作用が無視できる程度に十分小さくし、応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を得ることが好ましい。具体的な導出方法は以下の通りである。
【0075】
ｉ＝ｋのときのプロセスパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、プロセスパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのプロセスパラメータＰｉは変量させないようにしたときの特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋは、以下の式（３）で表される。
【0076】
【数9】
【0077】
プロセスパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ＝ｋのときのプロセスパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量したときの特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋを実測により得ることで、関数ｆＱｊ，ｋ（ｘ，Ｐｋ）の差分を表す応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出することがでる。全てのプロセスパラメータＰ１、…、ＰＭについて、同様にして応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出する。プロセスパラメータＰｋは、例えば変量ΔＰｋは、２×ΔＰｋ、３×ΔＰｋ等、複数の水準で変量して特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋを得ることにより、より精度の高い応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出することができる。
【0078】
応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）は、例えば、多項式、指数関数等であってもよいが、実際には、ΔＰｋが十分小さければ、以下の式（４）のように表すことができる。
【0079】
【数10】
【0080】
係数Ａｊ，ｋ（ｘ）を導出することによって、応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出することができる。
【0081】
次に、導出された応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を用いて、変数ｘの所定の範囲内における、特性Ｑｊ（ｘ，Ｐ１，…，ＰＭ）の所望の定数又は所望の関数、すなわち特性の位置に依存した所望の分布からのずれを最小にするプロセスパラメータＰ１、…、ＰＭを、勾配法等を用いたシミュレーションによって算出する。算出されたプロセスパラメータＰ１、…、ＰＭがプロセスパラメータの最適値である。
【0082】
試験対象がエピタキシャル膜であるとすると、特性Ｑｊ（ｘ，Ｐ１，…，ＰＭ）は、例えば、膜厚、成長速度、比抵抗値、平坦度、エッジ平坦度、裏面デポ厚さ、粗さ、Ｈａｚｅ等である。変数ｘは基板の中心点からの距離、円盤状の基板のエッジからの距離、円盤状の基板の円周方向の角度、又は、これらの組み合わせである。プロセスパラメータＰ１，…，ＰＭは、キャリアガス、シリコンソースガス等のガス流量、ウェハ温度、ランプ加熱バランス、ガス流量のバランス、サセプタの回転速度、サセプタの高さ等である。
【0083】
上記説明では、応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）はｉ＝ｋの場合について、説明しているが、複数のパラメータを変更する場合、以下に説明するように、それぞれのパラメータに対する応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）の総和が、特性の変化量に近似できることで、シミュレーションが可能になる。本実施形態において、特性Ｑｊ（ｘ,Ｐ１，…，ＰＭ）は膜厚分布ｔ（ｘ,Ｐ１，…，ＰＭ）、変数ｘは基板の中心点からの距離であって、基板の半径をｒとすると―ｒ≦ｘ≦ｒとする。プロセスパラメータがＰ１、Ｐ２、Ｐ３であるときの膜厚ｔ（ｘ,Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３）は、以下の式（５）で表される。
【0084】
【数11】
【0085】
プロセスパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３のうち、ひとつのプロセスパラメータをΔＰｋだけ変量させたときの膜厚変化Δｔ（ｘ, ΔＰｋ）は、以下の式（６）で表される（ただし、ｋ＝１、２、３）。
【0086】
【数12】
【0087】
各パラメータの交互作用が無視できる場合、ΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３を同時に変量した場合のΔｔ（ｘ, Ｐ１＋ΔＰ１, Ｐ２＋ΔＰ２, Ｐ３＋ΔＰ３）は下記のように表せる。
【0088】
【数13】
【0089】
膜厚ｔ（ｘ, Ｐ１, Ｐ２, Ｐ３）の―ｒ≦ｘ≦ｒにおける膜厚の変動量が最小となるようなΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３を決定することにより、プロセスパラメータの最適値を得ることができる。
【0090】
（第１の実験例）
本実施形態に係るパラメータ決定方法を用いて、実際にエピタキシャル成膜工程における応答関数の算出を行った。その詳細を以下に説明する。
本実施形態に係るパラメータ決定方法を用いて、実際にエピタキシャル成膜工程における応答関数の算出を行った。その詳細を以下に説明する。
【0091】
図１及び図２に示すエピタキシャル成長装置を用いて、実際にエピタキシャル成膜を行った。その際、成長温度を１０３０℃、１０８０℃、１１３０℃の３水準で変量してエピタキシャル成膜を行った。この場合、成長温度が３パターンであるから、１パターンにつき１つのエピタキシャル膜を成膜するのであれば、得られるエピタキシャル膜の個数は３である。１パターンにつき複数枚のエピタキシャル膜を成膜し、特性値の平均値をとるようにしても構わない。
【0092】
得られたエピタキシャル膜の円形状の基板の中心線上の複数の点において、膜厚を測定し、膜厚と成長時間とから成長速度を求めた。図４に、円形状の基板の中心線上の1点における成長速度の成長温度依存性を示す。図４の直線Ｂは、データに対して最小二乗法でフィッティングした直線である。円形状の基板の中心線上の成長速度を測定した全ての位置において、成長速度の成長温度依存性が線形性を有することが確認された。
【0093】
図５に、円形状の基板の中心線上の成長速度を測定した全ての点において、データに対して最小二乗法でフィッティングした直線の傾きを測定した位置に対してプロットしたグラフを示す。データＣとデータＤは、それぞれ異なる２つのハードウェアについてのデータを示すものである。
【0094】
上記の実験例において、特性Ｑ（ｘ，Ｐｉ）は成長速度分布、プロセスパラメータＰｉは成長温度、応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）は、図４に示すデータにおいては、直線Ｂを表す一次関数であり、図５は応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）の係数Ａ（ｘ）を位置に対して示したグラフである。図５の横軸は、ウェハの中心を通る直径上の中心点を原点として、正方向と負方向への原点からの距離を示している。図５の縦軸は、各位置での係数Ａ（ｘ）を示している。図５の係数Ａ（ｘ）は成長速度の温度に対する傾き、即ち成長速度の温度に対する感度である。
【0095】
データＣとデータＤを比較すると、係数Ａ（ｘ）が異なる値となっており、ハードウェアが異なると応答関数が変わることがわかる。また、図５の結果から、位置がウェハの中心から離れると、成長速度の温度に対する感度が高くなるということがわかる。このことは、ウェハの中心から離れた位置において、成長温度の変動に対して、成長速度が敏感に反映されることを示しており、従って、例えば、ハードウェアのデザイン変更を検証する上で、応答関数を指標の一つとすることができると考えられる。
【0096】
（第２の実験例）
次に、本実施形態に係るパラメータ決定方法を用いて、実際にエピタキシャル成膜工程における応答関数の導出、及びプロセスパラメータの最適値の算出を行った。その詳細を以下に説明する。
次に、本実施形態に係るパラメータ決定方法を用いて、実際にエピタキシャル成膜工程における応答関数の導出、及びプロセスパラメータの最適値の算出を行った。その詳細を以下に説明する。
【0097】
第１の実験例と同様、図１及び図２に示すエピタキシャル成長装置を用いて、実際にエピタキシャル成膜を行った。特性Ｑ（ｘ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）は成長速度分布、プロセスパラメータＰｉは、Ｐ１：ガス流量のバランスを固定した状態でのガス導入分配機構部の開度、Ｐ２：キャリアガスである水素の流量、Ｐ３：ガスのＩｎ比率（トータル開度を固定）である。プロセスパラメータＰ１は、図示されていないが、ガスをＩｎ側とＯｕｔ側に分配する調整バルブのＩｎ／Ｏｕｔ比率を固定した開度である。プロセスパラメータＰ２は、図１に示すガス導入路１８に接続されている、図示しないガス供給源から供給されるキャリアガスの流量であり、ガス導入路１８とガス供給源との間に設置されたガス弁によって調整される。プロセスパラメータＰ３は、前述のガスをＩｎ側とＯｕｔ側に分配する調整バルブの開度の比率である。
【0098】
プロセスパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれを、３水準で変量してエピタキシャル成膜を行った。詳細には、プロセスパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３のうち、２つのプロセスパラメータを固定し、残りの１つのプロセスパラメータを３水準で変量してエピタキシャル成膜を行った。この場合、各プロセスパラメータが３パターンであるから、得られるエピタキシャル膜の個数は９である。
【0099】
第１の実験例と同様に、得られた９枚のエピタキシャル膜の円形状の基板の中心線上の複数の点において、膜厚を測定し、膜厚と成長時間とから成長速度を求め、プロセスパラメータに対する成長速度の変化量を調べた。その結果、全てのプロセスパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３に対して、円形状の基板の中心線上の成長速度を測定した全ての位置において、成長速度がプロセスパラメータに対して線形的に変化していることが確認された。
【0100】
図４に示すグラフと同様に、成長速度に対してプロセスパラメータをプロットし、直線でフィッティングして得られた１次関数を応答関数とする。図６に、プロセスパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれについて、エピタキシャル膜の円形状の基板の中心線上の中心からの距離に対する応答関数の係数をプロットした図を示す。図６（ａ）はプロセスパラメータＰ１、図６（ｂ）はプロセスパラメータＰ２、図６（ｃ）はプロセスパラメータＰ３についてのグラフである。
【0101】
次に、エピタキシャル膜の円形状の基板の中心線上の中心からの距離ｘにおける、プロセスパラメータ変量前の膜厚をＴｃ（ｘ,Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３）、プロセスパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれをΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３だけ変量させたときの膜厚をＴｏ（ｘ,Ｐ１＋ΔＰ１,Ｐ２＋ΔＰ２,Ｐ３＋ΔＰ３）、プロセスパラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれの応答関数の係数をαｉ（ｘ,Ｐi）とすると、Ｔｏ（ｘ,Ｐ１＋ΔＰ１,Ｐ２＋ΔＰ２,Ｐ３＋ΔＰ３）は以下の式（７）で表される。
【0102】
【数14】
【0103】
式（５）で表される膜厚の変動量が測定したｘの範囲で最小となるように、シミュレーションを行った。その結果得られたプロセスパラメータを以下の表１に示す。
【0104】
【表1】
【0105】
プロセスパラメータの変量前と変量後の膜厚Ｔｃ（ｘ,Ｐ１,Ｐ２,Ｐ３）、Ｔｏ（ｘ,Ｐ１＋ΔＰ１,Ｐ２＋ΔＰ２,Ｐ３＋ΔＰ３）のそれぞれを図７に示す。表１及び図７から、プロセスパラメータ変量後は変量前と比較して、膜厚の変動が減少していることがわかる。
【0106】
なお、上述した方法では、膜厚の分布の変動量が最小となるようなΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３を決定したが、膜厚分布にターゲットの分布があるときは、膜厚分布とターゲットの分布との差分が最小となるようにΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３を決定すればよい。
【0107】
応答関数は、ハードウェアのデザイン変更やハードウェアごとのばらつきによっても敏感に変化する。第３の実施形態において後述するように、上記の手順により、プロセスパラメータに対して、応答関数を得ることは、条件調整アルゴリズムへの適用に加えて、ハードウェアデザインの変更等の効果検証や装置間の違いの検証にも有効であると考えられる。
【0108】
図８のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係るパラメータ決定方法を説明する。以下に説明する方法は、図１に示すエピタキシャル成長装置１、及び特性Ｑｊ（ｘ，Ｐ１，…，ＰＭ）を測定する特性測定装置を用いて基板上にエピタキシャル膜を成長させたときの、変数ｘの所定の範囲内における、エピタキシャル膜の特性Ｑｊ（ｘ，Ｐ１，…，ＰＭ）の所望の定数又は所望の関数からずれを最小にするプロセスパラメータＰ１、…、ＰＭの最適値を算出する方法であり、本実施形態に係るパラメータ決定方法の一例である。
【0109】
ステップＳ８０１において、プロセスパラメータＰ１、…、ＰＭのときのエピタキシャル膜を成膜する。
【0110】
ステップＳ８０２において、ｉ＝ｋのときのプロセスパラメータＰｋをΔＰｋだけ変量し、プロセスパラメータＰ１、…、ＰＭのうち、ｉ≠ｋのときのプロセスパラメータＰｉは変量させないようにしたときのエピタキシャル膜を成膜する。
【0111】
ステップＳ８０３において、成膜したエピタキシャル膜の、変数ｘの所定の範囲内における、特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋを測定する。
【0112】
ステップＳ８０４において、プロセスパラメータＰｋの変量ΔＰｋに対する、特性Ｑｊの変化量ΔＱｊ，ｋから、次の式より応答関数ＦＱｊ（ｘ，ΔＰｋ）を導出する。
【0113】
【数15】
【0114】
【数16】
【0115】
ステップＳ８０５において、全てのプロセスパラメータＰ１、…、ＰＭについてステップＳ８０２～ステップＳ８０４の手順を行う。
【0116】
ステップＳ８０６において、シミュレーションにより、エピタキシャル膜の特性Ｑｊ（ｘ，Ｐ１，…，ＰＭ）の所望の定数又は所望の関数からずれを最小にするプロセスパラメータＰ１、…、ＰＭの最適値を算出する。
【0117】
図９のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係るパラメータ決定装置の動作の一例を説明する。
【0118】
ステップＳ９０１において、エピタキシャル成長装置１に基板が導入されたのち、エピタキシャル膜の成膜のためのプロセスパラメータの値等の条件の入力を入力部３０９が受け付ける。
【0119】
ステップＳ９０２において、入力されたプロセスパラメータの値等の条件を、成長装置制御部３０６がＩ／Ｏ３０５を介してエピタキシャル成長装置１に送信する。
【0120】
ステップＳ９０３において、エピタキシャル成長装置１において成膜が開始される。
【0121】
ステップＳ９０４において、成膜が実行されたのち、上面にエピタキシャル膜が成膜された基板は、膜厚測定装置に導入される。
【0122】
ステップＳ９０５において、膜厚装置制御部３０７は、膜厚測定装置に、入力部３０９より入力された膜厚を測定する位置を、Ｉ／Ｏ３０５を介して膜厚測定装置に送信する。
【0123】
ステップＳ９０６において、膜厚測定装置において膜厚測定が開始される。
【0124】
ステップＳ９０７において、膜厚装置制御部３０７は、膜厚測定装置から、測定によって得られた膜厚値と、膜厚値に対応する基板上の位置のデータを取得し、膜厚値と位置データを、演算部３０８に送信する。また、成長装置制御部３０６は、このときのプロセスパラメータの値を、演算部３０８に送信する。
【0125】
ステップＳ９０８において、演算部３０８は、膜厚値、位置データ、及びプロセスパラメータの値を用いて、プロセスパラメータの最適値を算出する。
【0126】
ステップＳ９０９において、成長装置制御部３０６は、算出したプロセスパラメータの最適値を、エピタキシャル成長装置１に送信する。
【0127】
ステップＳ９１０において、エピタキシャル膜の成膜が開始される。
【0128】
（第２の実施形態）
第１の実施形態において、パラメータ決定装置は、エピタキシャル膜の成膜開始時のプロセスパラメータの最適値を算出した。第１の実施形態に係るパラメータ決定装置は、例えばメンテナンス後に行われる、プロセスパラメータの最適値の算出等に適用されるものであった。
第１の実施形態において、パラメータ決定装置は、エピタキシャル膜の成膜開始時のプロセスパラメータの最適値を算出した。第１の実施形態に係るパラメータ決定装置は、例えばメンテナンス後に行われる、プロセスパラメータの最適値の算出等に適用されるものであった。
【0129】
しかしながら、エピタキシャル膜を生成する過程においても、エピタキシャル成長装置の内部の状態は徐々に変化する。作成されたエピタキシャル膜の特性分布は、エピタキシャル成長装置の内部の状態の変化に伴い変化し、ある時点において特性分布の変動量が所定の範囲内から逸脱する恐れがある。本実施形態に係るパラメータ決定装置は、成膜したエピタキシャル膜の特性分布変動量が所定の範囲内から逸脱した場合、プロセスパラメータの新たな最適値を算出する。
【0130】
図１０は演算装置１０００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係るパラメータ決定装置は、第１の実施形態に係るパラメータ決定装置と比較すると、図３に示す演算装置２７の替わりに、演算装置１０００を備える。演算装置１０００は、図３に示す演算装置２７と同様であるが、特性分布判定部１００１、膜厚装置制御部１００２をさらに備えている。
【0131】
本実施形態において、膜厚測定装置は演算装置１０００に接続されており、エピタキシャル成長装置１からの成膜後のウェハの搬出、膜厚測定装置における膜厚測定等が、演算装置１０００によって制御されるとする。
【0132】
膜厚装置制御部１００２は、膜厚測定装置に、入力部３０９より入力された膜厚測定の条件を、Ｉ／Ｏ３０５を介して膜厚測定装置に送信する。また、膜厚測定装置から、測定によって得られた膜厚値と、膜厚値に対応する基板上の位置のデータを取得する。
【0133】
演算部３０８によってプロセスパラメータの最適値が算出されると、算出したプロセスパラメータの最適値に基づいてエピタキシャル膜の成膜が開始される。１枚のウェハの成膜を完成させる毎に、完成したエピタキシャル膜の特性分布が測定される。特性分布判定部１００１は、このようにして測定された特性分布のデータを受信し、特性分布の変動量が所定の範囲内から逸脱しているか否かを判定する。
【0134】
特性分布判定部１００１は、特性分布の変動量が所定の範囲内から逸脱していなければ、エピタキシャル膜の成膜を続行し、逸脱していれば、パラメータ決定装置は、プロセスパラメータの新たな最適値を算出し、算出した新たな最適値が、次の1枚の成膜に反映される。
【0135】
このとき、プロセスパラメータの新たな最適値を算出する手順は、第１の実施形態に記載された手順と同様のものであるか、又は、例えば、特性分布判定部１００１によって、特性分布の変動量が所定の範囲内から逸脱していることが明らかになった時点で、プロセスパラメータの調整を行い、成膜後に特性分布を測定し、プロセスパラメータの調整前と調整後のデータを用いて応答関数を導出し、プロセスパラメータの新たな最適値を算出するという手順でも構わない。後者の手順は、リアルタイムにパラメータの調整が可能であり、時間や手間のロスが少ないというメリットがある。
【0136】
（第３の実施形態）
第１の実施形態、及び第２の実施形態において、特性Ｑｊは変数ｘ、プロセスパラメータＰ１、…、ＰＭの関数であるとし、特性Ｑｊの応答関数ＦＱｊ，ｉ（ｘ，Ｐｉ）を導出して、プロセスパラメータの最適値を算出した。本実施形態においては、特性Ｑｊは変数ｘと、プロセスパラメータではなく、ハードウェアの特性を決定するハードウェア設計パラメータの関数であるとする。
第１の実施形態、及び第２の実施形態において、特性Ｑｊは変数ｘ、プロセスパラメータＰ１、…、ＰＭの関数であるとし、特性Ｑｊの応答関数ＦＱｊ，ｉ（ｘ，Ｐｉ）を導出して、プロセスパラメータの最適値を算出した。本実施形態においては、特性Ｑｊは変数ｘと、プロセスパラメータではなく、ハードウェアの特性を決定するハードウェア設計パラメータの関数であるとする。
【0137】
ハードウェア設計パラメータとは、例えば、加熱システムデザイン、サセプタデザイン、チャンバーデザイン等を特徴づける設計値であり、設計コンセプトに応じて、目的や手法等によって特徴づける設計値は異なる。
【0138】
ハードウェア設計パラメータと特性Ｑｊの一例として、サセプタデザインにおけるポケットの高さ、及びポケット壁とウェハエッジまでの距離と、ウェハエッジの膜厚が挙げられる。ウェハエッジの膜厚は、サセプタのポケットの高さＨと、ポケット壁とウェハエッジまでの距離Ｗとに依存して変化することが報告されている（特許文献３参照）。サセプタのポケットの高さＨと、ポケット壁とウェハエッジまでの距離Ｗとをハードウェア設計パラメータとし、ウェハエッジの膜厚を特性Ｑｊとする。実施形態１に記載の方法と同様にして、ウェハエッジの膜厚を所望の値に近い値とするためのサセプタのポケットの高さＨ、及びポケット壁とウェハエッジまでの距離Ｗの最適値を算出することが出来る。
【0139】
ハードウェア設計パラメータと特性Ｑｊの別の一例として、エピタキシャル成長装置におけるガス流が形成される空間の高さと、エピタキシャル膜の膜厚分布が挙げられる。ガス流が形成される空間の高さＨをハードウェア設計パラメータとし、エピタキシャル膜の膜厚分布を特性Ｑｊとする。ガス流が形成される空間の高さＨは、図１１に示すように、チャンバ１０内部の、天井部１１とサセプタ１３との間の距離である。実施形態１に記載の方法と同様にして、エピタキシャル膜の膜厚分布の拡がりが所望値内となるような、高さＨの最適値を算出することが出来る。
【0140】
ハードウェア設計パラメータと特性Ｑｊの別の一例として、エピタキシャル成長装置における加熱ランプ用リフレクターの傾きαと、エピタキシャル膜の膜厚分布が挙げられる。加熱ランプ用リフレクターの傾きαは、図１１に示すように、加熱手段１５ａ～１５ｄの傾きである。この例においても、上述した例と同様に、エピタキシャル膜の膜厚分布の拡がりが所望値内となるような、傾きαの最適値を算出することが出来る。
【0141】
以上、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【0142】
１ エピタキシャル成長装置
１０ チャンバ
１１ 天井部
１２ａ 上部側壁部
１２ｂ 下部側壁部
１３ サセプタ
１４ サセプタ支持部
１５ａ～１５ｄ 加熱手段
１６ａ ガス流入口
１６ｂ ガス排出口
１７ａ 供給路
１７ｂ 排出路
１８ ガス導入路
２２、２３ 反応ガス
２４ 側壁部
２５ 挟持部
２６ ガス排出路
２７ 制御装置
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＯＭ
３０３ ＲＡＭ
３０４ 記憶部
３０５ Ｉ／Ｏ（インプット・アウトプットインターフェース）
３０６ 成長装置制御部
３０８ 演算部
３０９ 入力部
３１０ 出力部
１０００ 制御装置
１００１ 特性分布判定部
１００２ 膜厚装置制御部
１０ チャンバ
１１ 天井部
１２ａ 上部側壁部
１２ｂ 下部側壁部
１３ サセプタ
１４ サセプタ支持部
１５ａ～１５ｄ 加熱手段
１６ａ ガス流入口
１６ｂ ガス排出口
１７ａ 供給路
１７ｂ 排出路
１８ ガス導入路
２２、２３ 反応ガス
２４ 側壁部
２５ 挟持部
２６ ガス排出路
２７ 制御装置
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＯＭ
３０３ ＲＡＭ
３０４ 記憶部
３０５ Ｉ／Ｏ（インプット・アウトプットインターフェース）
３０６ 成長装置制御部
３０８ 演算部
３０９ 入力部
３１０ 出力部
１０００ 制御装置
１００１ 特性分布判定部
１００２ 膜厚装置制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
