JP3993396B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスのうち、熱化学反応を利用する半導体製造プロセス（ホットプロセス）に用いられる半導体装置の製造装置として、例えば、酸化炉、アニール炉、ＣＶＤ炉、あるいはＲＴＰ炉などの半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化に伴い、その一連の製造プロセスの中で、例えば絶縁膜を始めとする各種薄膜の成膜工程や、あるいは半導体を形成する際の半導体中の不純物の分布の拡散長の調節など、熱化学反応を利用する半導体製造プロセスである、いわゆるホットプロセスに用いられる半導体装置の製造装置において、それら各プロセスを実行するにあたり、より精密な制御が可能な半導体装置の製造装置が求められている。それとともに、そのような要求を満たすことができる半導体装置の製造装置を製造し、実際に使用するに際しては、例えば半導体装置に対して各種処理が施される各処理室の内外における雰囲気の乱れ、すなわち半導体装置が晒されている雰囲気の圧力や温度などの変化である、いわゆる外乱が各処理に与える影響を考慮する必要がある。つまり、薄膜の成膜工程や、あるいは半導体中の不純物の分布の拡散長などを、今まで以上に精密に制御するためには、半導体装置の製造装置の内外の外乱を、もはや無視することはできなくなっている。
【０００３】
従来の技術に係る半導体装置の製造工程の中の一例として、図２８のフローチャートに示すように、図示しない半導体基板に絶縁膜などの薄膜を形成する際に行う酸化処理のプロセスを取り上げる。まず、所望の薄膜を得ることができるように、例えば図示しない現場の作業員の技術的な経験に基づいて、同じく図示しない半導体装置の製造装置が備える酸化炉を制御装置としてのコンピュータなどに、酸化処理を行う際の雰囲気（ガス）の温度、ガスの流量、酸化時間などの各種パラメータを、所定の手段を用いて入力する。それら各種パラメータを入力し終えた後、前記制御用コンピュータに、所定の手段を用いてスタート信号を入力することで、制御用コンピュータから酸化炉に向けてスタート信号が発信されて、酸化処理が開始される。酸化炉内へのウエハの搬入、昇温、温度保持、酸化ガスの導入、ガスの切り替え、降温、酸化炉外へのウエハの搬出などの一連の処理が、入力された設定値や、予め設定されているプロセスの順番（プロセスシークエンス）に従って行われる。
【０００４】
前記一連の処理が、プロセスシークエンスに沿って滞りなく行われたことが前記制御用コンピュータによって確認された後、制御用コンピュータは、例えば自動的に酸化炉に向けてストップ信号を発信する。このストップ信号を受け取った酸化炉は酸化処理を終了する。この後、酸化炉の内部もしくは外部に設置されている図示しない膜厚モニタによって、形成された薄膜が所望の膜厚に形成されているか否かを調べられる。薄膜が所望の膜厚に形成されている場合には、前述と同様の設定値に基づいて、繰り返し同じ状態の処理が行われる。薄膜が所望の膜厚に形成されていない場合には、作業員が自分の経験に基づいて、所定の設置値を修正して、前記各処理を実行し直す。
【０００５】
以上説明したように、従来は、前述した酸化炉における一連の処理が行われている間は、酸化炉内の温度（雰囲気温度）やガス流量などを、できるだけ忠実に前記設定値に保ちつつ、併せて酸化時間を制御することで所望の酸化膜厚を得ていた。このように、酸化炉内へのウエハの搬入、昇温、温度保持、ガス導入、ガスの切り替え、降温、酸化炉外へのウエハの搬出などの各処理が、少なくとも一通り予め設定されたプロセスシークエンスに従って行われる従来技術では、外乱の影響を考慮できない。
【０００６】
具体的には、例えば、前述した一連の酸化処理を繰り返して複数回行う場合、すなわち、一連の酸化処理をいわゆるバッチ処理として繰り返し行う場合、前回のバッチ処理における酸化炉内の処理温度が、次回のバッチ処理における酸化炉内の昇温や降温作業などに与える設定温度からの微妙なずれや、半導体装置の製造装置やその制御用コンピュータに印可される電圧の微妙な変動などに起因する酸化炉内へのガス流量の微妙な変化等、酸化炉内の制御不可能な外乱を要因とする膜厚のばらつきは、前記プロセスシークエンスでは全く考慮されていない。同様に、大気圧などの、製造装置の外部の制御不可能な外乱を要因そする膜厚のばらつきなどは、前記プロセスシークエンスでは全く考慮されていない。
【０００７】
素子の微細化が進み、前述した様々な外乱要因が無視し得ない状況になってきている今日では、前述したような半導体装置の製造方法、特に従来の酸化処理方法では、実用に耐え得る十分な素子性能や、あるいは回路性能などを有する半導体装置を得ることが困難な状況になりつつある。このような状況を克服するため、前記各外乱が発生する要因を予め考慮するとともに、発生した前記各外乱が半導体装置の性能を損なわせないように、各外乱が各半導体製造プロセスに与える影響を補正できる半導体装置の製造装置とその制御装置、およびその制御方法、ならびに半導体装置の製造方法、ならびに半導体製造工程のシミュレーション装置が求められている。
【０００８】
前記各外乱の要因が、例えば形成される絶縁膜の膜厚や、あるいは半導体中に含まれる不純物の拡散に及ぼす影響を考慮するためには、酸化や堆積、あるいは不純物拡散などに関する計算やシミュレーションなどを行う必要がある。このようなシミュレーションを行うシミュレーション装置に関する技術として、例えば、特開平８−５５１４５号公報や、あるいは特開平１１−２８８８５６号公報に提案されている発明には、実際の製造データとシミュレーションデータとを比較する考えが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−５５１４５号公報や、あるいは特開平１１−２８８８５６号公報に提案されている発明が行う、製造データとシミュレーションデータとの比較の目的は、シミュレーション自体の高精度化や、あるいは実際の製造データとの合わせ込みにある。このため、それら各提案技術は、各製造プロセスを適正な状態で実行させるために、各製造条件や製造パラメータなどを適宜変更するなどの、制御の精度を向上させるという視点に立って考えられてはいない。したがって、当然のことながら、それら各提案技術は、前記各外乱を想定した計算を行わないので、前記各外乱に起因する各バッチ処理（ラン）毎の製造の誤差（ばらつき）を考慮した計算も行うことはできない。
【００１０】
したがって、特開平８−５５１４５号公報や、あるいは特開平１１−２８８８５６号公報に提案されている発明では、酸化炉内の温度を昇温させる際の微妙な温度変化や、あるいは製造装置に印可される電圧の微妙な変動などによるガス流量の微妙な変化など、製造装置内の制御不可能な外乱による膜厚のばらつきなどを、各バッチ処理（ラン）毎の誤差（ばらつき）として修正する方法（制御方法）は示されていない。同様に、それら各発明では、大気圧の変化など、装置外の制御不可能な外乱による膜厚のばらつきなどを、各バッチ処理（ラン）毎の誤差（ばらつき）としての修正する方法（制御方法）は示されていない。
【００１１】
本発明では、熱化学反応を利用する半導体製造プロセスにおいて、雰囲気の状態に拘らず適正な状態で半導体製造プロセスを遂行できる半導体装置の製造方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の半導体装置の製造プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記半導体装置の製造プロセスを開始するとともに、前記半導体装置の製造プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定値に達した時点で前記半導体装置の製造プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の成膜プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記成膜プロセスを開始するとともに、前記成膜プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の膜厚値に達した時点で前記成膜プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の不純物拡散プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記不純物拡散プロセスを開始するとともに、前記不純物拡散プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の拡散長値に達した時点で前記不純物拡散プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の半導体装置の製造プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記半導体装置の製造プロセスを開始するとともに、前記半導体装置の製造プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定値に達した時点で前記半導体装置の製造プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の成膜プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記成膜プロセスを開始するとともに、前記成膜プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の膜厚値に達した時点で前記成膜プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の不純物拡散プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記不純物拡散プロセスを開始するとともに、前記不純物拡散プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の拡散長値に達した時点で前記不純物拡散プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１および図２に基づいて説明する。
【００４０】
本発明に関する酸化膜厚制御装置５を具備する半導体装置の製造装置１の構成を図１に示す。なお、本実施形態においては、酸化膜厚の制御を取り上げるが、本発明の半導体装置の製造装置１とその酸化膜厚制御装置５は、不純物の拡散長の制御、ＣＶＤによる薄膜堆積膜厚、窒化量、ＢＰＳＧ膜（絶縁膜）などのメルト量、ＣＶＤ酸化膜などのデンシファイ量、シリサイド膜（電極）厚など、熱化学反応を利用するすべての半導体製造プロセスに応用できる。また、本発明の半導体装置の製造装置１とその酸化膜圧制御装置５は、バッチ式装置あるいは枚葉式装置のいずれにも適用可能である。以下、すべての実施形態について同様である。
【００４１】
本発明の半導体装置の製造装置１が具備する、ホットプロセスが実行されるプロセス処理部としての酸化炉４は、プロセス処理部制御装置としての酸化炉コントローラ２により、その作動および非作動、ならびに作動状態が制御されている。また、本発明の半導体装置の製造装置１が具備するプロセス制御装置としての酸化膜厚コントローラ３は、酸化膜厚計算機能を有する酸化膜厚計算部６と計算膜厚判定機能を有する計算膜厚判定部７とを有している。酸化膜厚コントローラ３は、本実施形態においては酸化炉コントローラ２と別体の装置として構成されているが、酸化炉コントローラ２の内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【００４２】
酸化炉コントローラ２の制御により、酸化炉４が作動する。酸化炉コントローラ２の内部には、予め設定されている酸化処理プロセスシークエンスが内蔵されている。この酸化処理プロセスシークエンス内に設定された所定のタイミングで、酸化炉コントローラ２から酸化膜厚コントローラ３に酸化処理を開始するスタート信号が送られる。このスタート信号を受け取ることにより、酸化膜厚コントローラ３は、酸化膜厚計算をスタートする。以下、ここまでのプロセスを詳しく説明する。
【００４３】
酸化炉コントローラ２は、予め設定された酸化プロセスシークエンスに従って、酸化炉４内への図示しないウエハの搬入、酸化炉４内の昇温およびその設定温度の保持など、一連の酸化膜形成プロセスを実行させる。続けて、酸化炉コントローラ２は、酸化ガスの導入を酸化炉４内に指示するとともに、酸化膜厚コントローラ３にスタート信号を送る。この場合、酸化ガスの導入時をスタートのタイミングとしたが、酸化炉４内へのウエハの搬入時、昇温前、ウエハ炉内温度がある一定の温度に達した時点など、スタート信号を送るタイミングは、その目的に応じて、予め様々な状態に変更して設定するが可能である。
【００４４】
酸化膜厚コントローラ３は、スタート信号を受け取った後、酸化膜厚計算をスタートする。計算には、酸化炉４の内部の様々な情報が用いられる。酸化炉４内の情報としては、酸化炉４内に取り付けられた図示しない各種熱電対から構成される内部温度センサ８からの温度情報や、あるいは酸化炉４内に導入されるガスの流量を計測する同じく図示しない流量計からのガス流量情報など、酸化炉４内の雰囲気を構成する主要な要素についての情報が用いられる。それら酸化炉４内の内部情報の計算モデルとしては、例えば、以下に示す一般的な式（１）に従って計算が行われる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
この式（１）において、Ｔoxは酸化膜厚、τは初期膜厚、ｔは時刻、Ａは一次係数(μm)、Ｂは二次係数(μm2/min)、Ｂ／Ａは一次係数(μm/min)である。具体的には、例えば、τは15(nm)、Ｂ／Ａは5×10-6(μm/min)、Ｂは8×10-6(μm2/min)などの値を用いる。
【００４７】
時々刻々変化する酸化炉４内の内部温度およびガス流量などの諸情報を、酸化プロセスシークエンスに予め設定されている時間間隔、例えば１秒間隔で測定して図示しない記憶装置に記憶させ（読み込ませ）、その値を用いてその１秒間の酸化膜厚の増加分を計算し、これを累積していくことで、所定の時刻でのウエハに形成された酸化膜の膜厚を計算することができる。これにより、予め設定された酸化炉４内の内部温度やガス流量などを前提条件としつつ、それらの変化、すなわち外乱による酸化膜厚の変動を考慮できる。これは従来技術において行われていた半導体装置の製造方法における酸化プロセスでは考慮できなかった点である。この際、酸化炉４内の雰囲気の情報を測定して記憶する時間間隔を１秒としたのは、例えば形成する酸化膜厚を±0.2（nm）の誤差内で制御したい場合には、その範囲内の酸化膜を形成するのに要する時間が、一般の酸化膜形成プロセスにおいては、実質的に少なくとも±２秒掛かるためである。つまり、酸化膜厚を±0.2（nm）の精度で形成したい場合には、±２秒以内で酸化炉４の作動状態をコントロールする必要があり、前述したように酸化炉４内の雰囲気の情報を測定して記憶する時間間隔（サンプリング・レート）を１秒としたのは、装置内の情報の伝達などに掛かる時間を考慮して、計算精度が低下しないように、余裕を持たせるために、より短いサンプリング・レートに設定したためである。
【００４８】
酸化膜厚の計算結果は、計算膜厚判定部７に伝達される。酸化プロセスシークエンスに予め設定されている規定の膜厚、例えば60(nm)に計算膜厚が達した時点で、酸化炉４の酸化プロセスを停止させるために、酸化膜厚コントローラ３から酸化炉コントローラ２にストップ信号が送られる。このストップ信号を受けた酸化炉コントローラ２は、酸化炉４に対してストップ信号を送り、酸化プロセスをストップさせる。
【００４９】
具体的に説明すると、酸化炉コントローラ２から酸化炉４に対して、例えば「酸化ガスを流すプロセスシークエンスを終了して、次の不活性ガスを流すプロセスシークエンスに切り替える。」という割り込み指示を出すことに対応する。このタイミングは、計算膜厚が規定の膜厚に達する前に設定することも可能である。現実には、ストップ信号が出された後、酸化終了までに、ガスが瞬間的に切り替わらないので、ウエハは設定値よりも若干酸化され過ぎてしまう。この過剰酸化を見込んで、目標膜厚（規定膜厚）より若干薄い値を酸化終了の膜厚として設定する。
【００５０】
酸化ガスから不活性ガスに切り替わった後は、酸化炉コントローラ２から予め設定された酸化プロセスシークエンスに従って降温、ウエハの搬出の指示などの各種信号を酸化炉４に送り、これら各信号を受け取った酸化炉４が、各信号に基づいて所定の処理を実行して酸化のプロセスが終了する。
【００５１】
前述したように、一連の酸化プロセス（ラン、バッチ処理）ごとの酸化膜厚の変化は、従来の技術においては制御できなかった炉内温度やガス流量などの酸化炉４内の雰囲気の変化（変動）を考慮した上で計算されている。本発明の半導体装置の製造装置１とその制御装置５、および制御方法を用いることにより、それらの変化を取り入れた酸化膜厚計算を行い、その結果を次回の酸化プロセスにフィードバックすることで、酸化炉４内の雰囲気の変化からの影響を受け難い、すなわち外乱に対して強い（ロバストな）酸化膜厚の制御が可能となる。ひいては外乱の有無に拘らず、形成される酸化膜の膜厚が、所望される膜厚と殆ど変わらない、略均一な膜厚を有する半導体装置を、この半導体装置の製造装置１によって製造できる。
【００５２】
次に、本実施形態の酸化膜厚コントローラ３内において実行される演算のフローチャートを、図２に基づいて説明する。
【００５３】
まず、酸化膜厚計算の初期化を行う。この場合は、計算開始時刻ｔを0、初期膜厚τを15(nm)にセットする。次に、酸化炉コントローラ２からのスタート信号を待つ、いわゆる待ち状態に入る。酸化炉コントローラ２からのスタート信号を受け取る際に、併せて装置内部情報を受け取り、１回目の酸化計算を行う。この際、酸化計算膜厚が規定値を超えているか否か、この場合、60(nm)を超えているか否かを判断する。超えていなければ、１回目の内部情報取得から１秒待って、再度内部情報を取得して２回目の酸化計算を行う。以後、このような処理を繰り返して、酸化計算膜厚が60(nm)を超えた際に、酸化膜厚コントローラ３から酸化炉コントローラ２へストップ信号を送り、スタートと同じ状態に戻る。ここでは、１秒の間隔で制御を行うことを前提としている。この酸化炉４内の情報を１秒間隔で取得することは、前述した理由による。また、このような時間間隔は、現在の装置技術において、十分に可能な大きさである。
【００５４】
また、本実施形態においては、酸化膜厚の制御を取り上げたが、以上説明した本発明に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法は、例えば、不純物の拡散長の制御にも適用することが可能である。この場合には、式（１）の代わりに、以下に示す拡散の一般的な式（２）を用いればよい。
【００５５】
【数２】
【００５６】
この式（２）において、Ｃは不純物の時刻ｔ、位置ｘにおける不純物濃度である。Ｄは拡散係数で、以下に示す式（３）で表される温度依存性を有する。
【００５７】
【数３】
この式（３）において、Ｅaは活性化エネルギー、Ｄ0は定数である。ＥaおよびＤ0は、不純物の種類によって変化する。例えば、ボロンの1000℃におけるＤ0は、3×10-5（μm2/min）という値を用いる。
【００５８】
このように、本実施形態における制御は、前述した酸化膜厚や、あるいは不純物の拡散長の制御と同様に、ＣＶＤによる薄膜堆積膜厚、窒化量、ＢＰＳＧ膜（絶縁膜）などのメルト量、ＣＶＤ酸化膜などのデンシファイ量、シリサイド膜（電極）厚など、熱化学反応を利用するすべての半導体製造プロセス、およびこれらの半導体製造プロセスに用いられる半導体装置の製造装置の制御に、計算のアルゴリズムの変更のみで適用できる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態における半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５である酸化炉コントローラ２および酸化膜厚コントローラ３、および半導体装置の製造装置１の制御方法によれば、所定のプロセスが行われている間の雰囲気の変化を時々刻々、リアルタイムで測定して計算し、この計算結果に基づいてプロセスの進行状況を判断できる。したがって、外乱の有無に拘らず、適正な状態で半導体製造プロセスを遂行できる。
【００６０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図３および図４に基づいて説明する。
【００６１】
この第２実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその制御装置１２，１３および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置１１が具備する制御装置１２，１３の内部構成、およびこれら制御装置１２，１３における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
前述した第１実施形態においては、比較的簡単な構成などからなる、本発明に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、取り上げたが、本第２実施形態においては、図３および図４に示すように、前述した第１実施形態を基に、より複雑で緻密な制御を可能にする構成などについて説明する。後述するように、本第２実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法によれば、これらが扱う各種情報や、その伝達経路などは、プロセスの目的などに応じて種々の細かい状態を設定して実行できる。したがって、それら各設定状態（設定バリエーション）に付いても説明する。また、それら各設定バリエーションは、必要に応じて取捨選択して用いることができる。
【００６３】
本実施形態の半導体装置の製造装置１１は、図３に示すように、これが具備する酸化炉１４が、酸化炉コントローラ１２により、その作動および非作動、ならびに各作動状態が制御されている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ１３は、第１実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が有している酸化膜厚計算部６および計算膜厚判定部７よりもより高度な情報処理が可能な酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３を備えているとともに、各種の計算定数を格納している計算定数ファイル２０、様々な状態のデータの変換機能を有するデータ変換部１９、および様々な種類のデータの解析機能を有するデータ解析部２１を備えている。また、前述した第１実施形態と同様に、本実施形態においては、酸化膜厚コントローラ１３は、酸化炉コントローラ１２とは別体としたが、酸化炉コントローラ１２の内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【００６４】
計算定数ファイル２０は、酸化炉コントローラ１２から酸化プロセスに関する各種処理すべき情報を受け取る。この処理情報に従って、計算定数ファイル２０は、計算定数などの酸化膜厚計算に必要な各種情報を酸化膜厚計算部２２に渡す。それとともに、計算定数ファイル２０は、判定条件などの計算膜厚の判定に必要な各種情報を計算膜厚判定部２３に渡す。本実施形態の半導体装置の製造装置１１は、それら酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３の両機能部２２，２３が並列処理を行うことができるように設定されており、この設定により複数の酸化処理を扱うことができる。
【００６５】
例えば、酸化膜厚が3(nm)、6(nm)、および10(nm)の３種類に設定されており、かつ酸化プロセスがドライ酸化、ウェット酸化の２種類に設定されていて、合計６種類の酸化処理が設定されているとする。この場合、形成すべき膜厚に応じて計算膜厚の判定条件が変わるので、その目的に応じて、酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３は、計算定数ファイル２０から適宜最適な計算定数および膜厚判定条件を受け取り、それらに基づいて酸化膜厚計算および計算膜厚判定を併行して行う。
【００６６】
また、酸化プロセスの設定に応じて、酸化計算に用いられる各種の情報（パラメータ９、ならびに第１実施形態で説明した式（１）の初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂは、それぞれ値が異なる。つまり、酸化プロセスがドライ酸化か、あるいはウェット酸化かによって、前記各設定値（パラメータ）は異なる。酸化炉コントローラ１２から送られてくる酸化処理情報に従って、計算定数ファイル２０は、ドライ酸化あるいはウェット酸化のいずれかに適したパラメータを選び出して、酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３に送る。
【００６７】
実際には、以上説明した各設定は、酸化膜厚計算の開始以前に行う。処理情報には、酸化処理を実施する上で必要十分な程度の量と質を有したプロセスシークエンス情報が含まれている。これら各情報はいずれも、少なくとも目標酸化膜厚および酸化プロセスを特定できるだけの量と質を有している。また、これら酸化処理情報は必ずしも酸化炉コントローラから受け取る必要はない。例えば、図３に示すように、本実施形態の半導体装置の製造装置１１を含めた、半導体装置の生産工程の全体を制御する、より上位のコンピュータであるシステム管理コンピュータ１７などから情報を受け取っても構わない。このように、酸化膜厚計算に必要なパラメータのうちの少なくとも一つ、および計算膜厚判定に必要な値のうちの少なくとも一つ、のそれぞれが酸化計算に先立って決定されればよい。
【００６８】
次に、本実施形態の半導体装置の製造装置１１が備える、酸化炉１４の外部の雰囲気の状態を外部情報として検出する外部センサ１５、およびこの外部センサ１５が検出する酸化炉１４の外部情報について説明する。
【００６９】
第１実施形態の半導体装置の製造装置１においては、スタート信号を受け取った後、温度やガス流量などの酸化炉４の内部情報を用いてリアルタイムで酸化膜厚計算を行っていた。これに対して、本実施形態の半導体装置の製造装置１１においては、酸化炉１４の内部の情報以外にも、酸化炉１４の外部の情報も用いることができる。外部センサ１５は、酸化炉１４の外部に取り付けられているとともに、図示しない熱電対などの温度計や、あるいは同じく図示しない大気圧センサなどを備えており、例えば、酸化炉１４の外部の温度、湿度、および大気圧などの、酸化炉１４の外部の雰囲気の主な構成要因の状態を測定して検出できる。この外部センサ１５を用いて大気圧をモニタリングし、その情報を酸化計算に用いる。この場合、例えば、常圧付近で行われる酸化プロセスの場合は、大気圧の影響が無視し得ないと考えられるので、この情報を用いれば、酸化計算の精度を向上できる。また、大気圧は通常の酸化プロセス処理時間（一般には、おおよそ２〜４時間。）の間では、大きく変動することは考え難い。したがって、適正な状態で酸化プロセスを実行するにあたり、酸化プロセスの開始直前に求めた大気圧の値を前提条件として、酸化ガスの分圧が一定になるように酸化ガスの流量を補正したり、あるいは酸化時間を補正したりするなどの処理情報の変更をすることで、酸化プロセスを適正な状態で行わせることは十分対応可能である。
【００７０】
以上説明した外部情報は、図３および図４においては、外部センサ１５から酸化炉コントローラ１２への外部情報として示されているが、前述したように、酸化炉コントローラ１２より上位のシステム管理コンピュータ１７などに情報を入力して、処理方法中のガス流量や、酸化時間などの値を書き換えた後、酸化炉コントローラ１２に酸化処理情報を送る方式でも構わない。つまり、外部情報に応じて処理情報が変更されればよい。
【００７１】
次に、データ変換部１９について説明する。このデータ変換部１９は、酸化炉１４の内部の情報および外部の情報を受け取って、酸化膜厚計算に使用する入力データを出力する。一般には、酸化炉１４の内外のセンサ１８，１５で情報を得られるが、それらは、酸化膜厚計算に直接使用できる数値化されたデータではない。そのため、一般には、各センサ１５，１８と酸化膜厚計算部２２との間に、一般のＡ／Ｄコンバータのように、アナログデータを、酸化膜厚計算に直接使用できる数値化されたデジタルデータに変換できるデータ変換部１９を接続する必要がある。さらに、データ変換部１９は、数値化された各センサ１５，１８からの情報の加工を行うことができるように設定されている。例えば、データ変換部１９は、ガス流量と大気圧データから、酸化炉１４内の各種ガスの分圧の情報に変換して酸化膜厚計算部２２に引き渡すことができる機能を有している。
【００７２】
また、温度に関しては、通常、酸化炉１４には、図示しない１０個程度の熱電対が内部センサ１８の構成要素として組み込まれている。酸化計算に必要なのは、厳密にはウエハの温度である。それら熱電対は、ウエハから離れた位置にあるので、熱電対の示す温度をウエハの温度として酸化膜厚計算に用いると、誤差を含んでいるおそれがある。そこで、そのような測定誤差をできるだけ排除するために、例えば１０個の熱電対の示す温度の重み付け平均を用いる。さらに、酸化炉１４内の温度に経験的な加減（オフセット）を加えて、これをウエハ温度とする。または、より理想的なモデルをベースにした熱解析シミュレーションの結果、あるいはその近似式を用いるなどの方法がある。
【００７３】
また、この半導体装置の製造装置１１の酸化炉１４の内部情報を酸化計算に反映させるには、酸化炉１４の内部センサ１８からの内部情報を酸化膜厚計算に直接使用する第１実施形態で示した方法、あるいはデータ変換部１９を介して使用可能な情報に変換してから酸化膜厚計算に使用する、前述した本実施形態の方法以外にも、酸化炉１４内の内部センサ１８から、一旦酸化炉コントローラ１２を経由させて酸化膜厚計算に使用したりするなど方法も可能である。これら各方法は、適宜選択して実行することができる。
【００７４】
通常、酸化炉１４内部の情報は酸化炉コントローラ１２でモニタリングされている。つまり、酸化炉１４の内部センサ１８と酸化炉コントローラ１２は接続されている。これに内部センサ１８と酸化膜厚コントローラ１３をさらに接続すると、内部センサ１８の誤動作や感度変化などの悪影響が出る可能性がある。したがって、酸化炉１４内部の情報は、本実施形態の半導体装置の製造装置１１のように、酸化炉コントローラ１２を経由して得ることが望ましい。この場合、例えば１秒程度の高速サンプリング機能と、高速データ転送の機能とを、酸化炉コントローラ１２が備えているものとする。
【００７５】
次に、データ解析部２１について説明する。例えば、全部で７５ラン分の酸化処理を行う場合、始めの２５ラン分のデータを用いて、酸化炉１４内の温度から前記（１）式の酸化におけるパラメータ、つまり、初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂを合わせ込む。次にこれらのパラメータと観測された炉内温度とを用いて酸化計算を行う。発明者達が行った実験によれば、２５ランまでは、酸化膜厚の実測値と計算値とが極めて良く一致していることが確かめられたとともに、２６ラン以降も酸化膜厚の厚みの細かい変動傾向と良く一致していることが確かめられた。ランの回数が増えるに連れて、初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂも徐々に変動するが、これをデータ解析部２１によって随時補正することができる。
【００７６】
データ解析部２１の主な役割は、以下に述べるようなものである。計算膜厚判定部２３において、ストップ信号が出される際の計算膜厚が入力される。さらに、膜厚モニタ１６からＬＡＮ経由で送られて来る、膜厚モニタ１６が実際に酸化膜厚を測定したデータが入力される。これを始めの１０ラン程度蓄積し、酸化におけるパラメータ、つまり、初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂを合わせ込む。その結果を酸化プロセスを行う前に酸化膜厚計算部２２に引き渡し、酸化計算のフィッティングパラメータとして用いる。この機能の特徴上、フィッティングパラメータの変更は各ラン（バッチ処理）の終了時ごとに、これを１単位として行われ、次回の酸化間膜厚計算の際には定数として取り扱われる。つまり、酸化炉１４内の温度のように、１秒ごとに更新されることはない。したがって、この定数は酸化処理情報として用いることも可能で、酸化におけるパラメータ、つまり初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂから所望の膜厚になるように酸化処理上の酸化温度を変更する使い方も可能である。
【００７７】
このような使用方法のメリットは、前述した酸化処理の際に、酸化膜厚の実測値と計算値との乖離（ドリフトとも称する。）が起こる前に酸化速度を一定に保持して、酸化膜厚（膜質）を一定に保持できるところにある。この信号は、高速で送信する必要がないので、ＬＡＮを経由して行ってもよい。また、同様の理由で、データ解析部２１は必ずしも酸化膜厚コントローラ１３の内部にある必要はなく、前述したシステム管理コンピュータ１７に、このデータ解析機能を持たせても構わない。
【００７８】
次に、本実施形態に酸化膜厚コントローラ１３内の演算を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７９】
まず、酸化膜厚計算の初期化を行う。始めの１０ランの計算酸化膜厚と測定酸化膜厚とから平均値操作、重回帰分析、自己相関解析などを行い、酸化処理方法の情報からプロセスの種類、例えばドライ酸化であることを判断して、フィッティング・パラメータを、例えばτは15.1(nm)、Ｂ／Ａは5.02×10-6（μm／min）、Ｂは7.99×10-6（μm2／min）にセットする。フィッティングパラメータを使わない場合には、酸化処理方法の情報だけからτ、Ｂ／Ａ、およびＢを決定する。また、目標膜厚は60(nm)であるが、判定膜厚を例えば58(nm)にセットする。また、時刻ｔを０に設定して。初期化が終了する。
【００８０】
次に、酸化炉コントローラ１２からのスタート信号を監視し、スタート信号が来たら酸化炉１４内の内部部情報を受け取り、酸化炉１４内の温度をウエハ温度に変換する。大気圧とガス流量とから酸素分圧を計算するなどのデータ変換を行い、酸化計算を１回行う。計算酸化膜厚が規定値、この場合、58(nm)を超えているかどうかを判断する。超えていなければ、前回の内部情報取得から１秒間待って、再度内部情報を取得し酸化計算を行う。これを繰り返して、計算酸化膜厚が58(nm)を超えたことを確認した後、酸化炉コントローラ１２へストップ信号を送り、ＬＡＮ上のシステム管理コンピュータ１７に最終計算膜厚、例えば58.3(nm)を送り、スタートに戻る。
【００８１】
酸化炉コントローラ１２は、酸化炉１４に対してストップ信号を送り、酸化をストップさせる。より具体的には、酸化炉コントローラ１２から酸化炉１４に対して、例えば「酸化ガスを流すプロセスシークエンスを終了して、次の不活性ガスを流すプロセスシークエンスに切り替える。」という割り込み指示を出すことに対応する。ここで、ストップ信号を出してから酸化終了までに、すぐにはガスが切り替わらないなどの理由があり、少し余計に酸化されてしまう。この余計な酸化分を、この例では2(nm)と見込んでいたわけである。その後、実際のウエハの酸化膜厚を評価したところ、59.7(nm)であったとする。目標値は60.0(nm)なので、0.3(nm)薄く仕上がったことになる。次回の酸化の際には、判定基準膜厚を58.3(nm)に設定しておけば、より高精度の膜厚制御ができる。このように、τ、Ｂ／Ａ、およびＢだけでなく、判定基準膜厚もフィッティング・パラメータとして使用することができる。つまり、最終計算膜厚は、次回以降の酸化膜厚計算のためのパラメータのフィッティングパラメータを計算するのに使用される。
【００８２】
この第２実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその酸化炉コントローラ１２、酸化膜厚コントローラ１３および制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、酸化炉１４の外部の情報も考慮でき、さらに、複数の情報処理を併行して行うことができるので、以下の点で優れている。
【００８３】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその酸化炉コントローラ１２および酸化膜厚コントローラ１３、および半導体装置の製造装置１１の制御方法によれば、酸化プロセスシークエンスの制御に用いるプログラムの設定を変更するだけで、同一構成のシステムで様々な設定条件のホットプロセスに対応できるとともに、より高い精度で酸化膜厚を形成することができる。
【００８４】
（３）第３実施形態
次に、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図５〜図７に基づいて説明する。
【００８５】
この第３実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置３２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ３２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置３１が具備する酸化膜厚コントローラ３２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【００８６】
本実施形態の半導体装置の製造装置３１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ３２の内部構成が、図５に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ３２は、前述した第１実施形態および第２実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【００８７】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ３２は、これが備える酸化膜厚計算部３３が、スタート信号、図示しない酸化炉の内部情報、計算定数、およびモデルパラメータなどを受け取る機能を有しており、予め指定されたウエハ上の任意の位置で現時刻の酸化膜厚を計算する機能を有している。予め指定するウエハ位置は複数個指定可能であり、バッチ処理の場合は酸化炉内に導入される複数のウエハの何枚目であるかまで指定しても良い。また、位置の指定は計算定数として通常受け取るが、それとは別な情報として受け取る機能を有していても良く、場所を予め決定しておき、酸化膜計算部内部に情報として有していても良い。すなわち、本実施形態の酸化膜厚計算部３３は、複数の酸化膜厚を計算できる、いわゆるマルチ酸化膜厚計算部３３ａを有している。
【００８８】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ３２は、これが備える計算膜厚判定部３４が、ストップ判定条件と前記マルチ酸化膜厚計算部３３ａで計算された酸化膜厚の情報を受け取る機能を有し、複数の酸化膜厚が計算された場合にストップ判定条件に対応した統計処理を行う機能および指定されたストップ判定条件が成り立つ場合にストップ信号を出す機能を有している。すなわち、本実施形態の計算膜厚判定部３４は、複数の酸化膜厚を判定できる、いわゆるマルチ膜厚統計部３４ａおよびマルチ膜厚終了判定部３４ｂを有している。
【００８９】
この酸化膜厚コントローラ３２が備える酸化膜厚計算部３３および計算膜厚判定部３４において行われる酸化膜厚制御の演算は、図６のフローチャートのように示される。
【００９０】
酸化膜厚コントローラ３２は、酸化炉コントローラからスタート信号を受け取った後に酸化膜厚計算をスタートする。装置内情報読み取りステップで酸化炉の装置内情報、計算定数などの装置内情報を読み取る。ここで、装置内情報としては、炉内外の各種熱電対からの温度情報、流量計からのガス流量、大気圧、湿度などを計算の必要に応じて読み取る。次にデータ変換ステップでＡ／Ｄコンバータなどによって酸化計算ができる数値データへ変換する。
【００９１】
次に、複数の酸化膜厚計算ステップで、装置内情報として得られた複数の温度情報から現時刻の酸化膜厚を計算する。計算モデルとしては、例えば、以下に示す式（４）などの一般的な式をそのまま用いても良いが、
【数４】
要求される計算速度や計算の利便性の都合上、式（４）を時間微分してτを消去した、以下に示す式（５）を用いることが望ましい。
【００９２】
【数５】
【００９３】
この式（５）において、Ｔoxは酸化膜厚、τは初期酸化膜厚、ｔは時刻、Bは二次係数、Ｂ／Ａが一次係数、ＲToxは補正項であり、式（５）を用いた場合に初期酸化膜厚は積分時の積分定数として与えられる。なお、二次係数、一次係数、補正項は定数であっても構わないが、装置内情報読み込みステップで読み込んだ情報の中から必要なものを用いて計算されることが望ましく、少なくとも温度情報、大気圧情報を用いて計算されることが望ましい。例えば、以下に示す式（６）および式（７）を用いて計算を行うことが望ましい。
【００９４】
【数６】
【００９５】
【数７】
【００９６】
これら式（６）および式（７）において、ｋl，ｋpはそれぞれ真性一次係数、真性二次係数で温度の関数であり、Ｐatomは大気圧である。また、ｎl，ｎpは定数である。
【００９７】
次に膜厚の統計処理ステップにおいて、前記ステップで計算された酸化膜厚が複数個の場合に、ストップ判定条件で必要となる情報を作成するように統計処理を行い、終了判定ステップで終了条件がなりたつか判定を行う。終了条件が満たされなければ装置内情報読み取りステップへ戻り、条件が満たされるまで上記ステップを繰り返し、条件が満たされたらストップ信号を出すステップへ進む。
【００９８】
ここで、ストップ判定に対応する統計処理とは、平均値や分散などの分布に関するモーメントを少なくとも一つ用いた処理、分布関数の重ね合わせを用いた処理、上限と下限などによる範囲を用いた処理、度数分布を用いた処理などの少なくとも一つの処理を含むような処理である。終了条件は要求される計算処理の速度を満たさなければならず、時々刻々と変化する温度などの装置内情報のサンプリング時間内で高速に終了させなければならない。また、歩留まりが最も高くなるように選択することが望ましい。例えば、指定された目標膜厚と許容誤差から得られる上限と下限の中に入るウエハが最も多くなる条件とする。
【００９９】
例えば、膜厚の上限Ｔupperと下限Ｔlowerで表される範囲を用いた処理を用いる場合、現時刻と前時刻でＴupper≦Ｔ≦Ｔlowerの範囲に入る膜厚の数をカウントする処理が膜厚の統計処理部で行われる。また、終了判定ステップでは現時刻の数から前時刻の数を引いた値が負であるかどうかの判断が行われる。この方法は膜厚分布が１つの分布関数で表されるようなピークが１つの場合に高速判断が可能な方法である。なお、前時刻が定義できない初期時には、前時刻にＴupper≦Ｔ≦Ｔlowerの範囲に入る膜厚の数はゼロとする。
【０１００】
前述したように、本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１とその制御装置３２および制御方法によれば、酸化炉内外の各種熱電対からの複数の温度情報を用いて複数個の酸化膜厚を計算し、それを統計処理して終了判定を行うので、歩留まりを最も高くする条件で酸化処理を終了させることができる。本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造装置３１は、ウエハ温度を直接モニタリングする熱電対が装置に取り付けられているなど、ウエハの温度および表面ガス濃度などを直接モニタリングする手段を装置が有する場合に特に有効である。
【０１０１】
したがって、図７に示すように、図７中破線で示されているウエハの目標膜厚付近においてばらついているウエハの膜厚の実測値を、ウエハの目標膜厚に高い精度で収束させることができる。
【０１０２】
なお、例えばストップ信号を出した後に残留する酸化ガスによって酸化される場合などを取り扱うために、終了判定部３４ｂおよび終了判定ステップが将来の状態を推定して終了条件を判断する機能を有していても良い。具体的な終了条件は、外部から与えられるように構成されていても良く、あるいは終了判定部３４ｂ自体が有していても良い。
【０１０３】
この第３実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１とその酸化膜厚コントローラ３２および制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、複数の酸化膜の成膜状態を併行して測定して判定することができるので、以下の点で優れている。
【０１０４】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその酸化膜厚コントローラ３２、および半導体装置の製造装置１１の制御方法によれば、同一構成のシステムで１回の酸化プロセス（ラン）で処理されるウエハ面内の酸化膜の膜厚のばらつき、すなわちウエハの製造のばらつきや、あるいは１回のランで複数枚のウエハが処理される場合の、ウエハ間の製造のバラツキを考慮して酸化プロセスを行うことができる。例えば、図示しない半導体シリコンのウエハを酸化する際に、図７に示すように、ウエハの位置毎にバラツキがある場合、製品としての半導体装置の歩留まりを向上できるように制御できる。このように、本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１とその制御装置３２および制御方法によれば、複数のウエハの酸化膜厚の成膜状態を高い精度で制御して、統計的に計算および判定できるので、製造される半導体装置の性能を高い水準に維持しつつ、生産効率を向上できる。
【０１０５】
（４）第４実施形態
次に、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図８および図９に基づいて説明する。
【０１０６】
この第４実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置４１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置４２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ４２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置４１が具備する酸化膜厚コントローラ４２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ４２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１０７】
前述した第３実施形態においては、ウエハ温度を直接モニタリングする手段を酸化炉が有する場合に有効な方法を述べた。本実施形態ではウエハ温度あるいはウエハ面上の任意の位置における温度など複数の任意の位置温度を直接モニタリングする手段を装置が有しない場合、例えば図示しない酸化炉の側壁に取り付けられている熱電対で温度をモニタリングするなど、間接的な手段を有している場合に有効な方法について述べる。
【０１０８】
この第４実施形態の半導体装置の製造装置４１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ４２の内部構成が、図８に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、前述した第１実施形態〜第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１０９】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、これが備える酸化膜厚計算部４３が、スタート信号、図示しない酸化炉の内部情報、計算定数、およびモデルパラメータなどを受け取る機能を有しており、予め指定されたウエハ上の任意の位置で現時刻の酸化膜厚を計算する機能を有している。予め指定するウエハ位置は複数個指定可能であり、バッチ処理の場合は酸化炉内に導入される複数のウエハの何枚目であるかまで指定しても良い。また、位置の指定は計算定数として通常受け取るが、それとは別な情報として受け取る機能を有していても良く、場所を予め決定しておき、酸化膜計算部内部に情報として有していても良い。すなわち、本実施形態の酸化膜厚計算部４３は、複数の酸化膜厚を計算できる、いわゆるマルチ酸化膜厚計算部４３ａを有している。
【０１１０】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、前述した第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２と比べて、図示しない酸化炉内の複数の位置の温度を計算する機能を有する、いわゆるマルチ温度計算部４３ａが加わっている点で異なっている。このマルチ温度計算部４３ａは、具体的には、例えば酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対で測定（モニタリング）した温度から、複数枚のウエハの温度や、あるいは複数枚のウエハのそれぞれの付近の所定の位置における温度を計算する機能を有している。
【０１１１】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、これが備える計算膜厚判定部４４が、ストップ判定条件と前記マルチ酸化膜厚計算部４３ａで計算された酸化膜厚の情報を受け取る機能を有し、複数の酸化膜厚が計算された場合にストップ判定条件に対応した統計処理を行う機能および指定されたストップ判定条件が成り立つ場合にストップ信号を出す機能を有している。すなわち、本実施形態の計算膜厚判定部４４は、複数の酸化膜厚を判定できる、いわゆるマルチ膜厚統計部４４ａおよびマルチ膜厚終了判定部４４ｂを有している。
【０１１２】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、図９に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ４２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている点で異なっている。この複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている場合では、例えば酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対でモニタリングした温度をＴM、膜厚計算を行う部分の温度をＴWとし、定数をａ、ＴMの関数である補正項Ｒ(ＴM)を用いて、以下に示す式（８）に基づいて、膜厚計算を行う部分の温度を計算する。
【０１１３】
【数８】
【０１１４】
なお、この式（８）は膜厚計算を行う回数だけ計算する。また、酸化炉の内部情報のサンプリング時間内で高速に処理する必要から、補正項Ｒ(ＴM)はゼロであることが望ましいが、より高次の効果を反映させて計算の精度を高めるために、補正項Ｒ(ＴM)を付け加えてもよい。すなわち、より短い間隔で高速に処理することにより処理回数を増やし、これによって計算精度を高めても良いし、あるいは１回ごとの計算精度を高めることにより、全体の計算精度を高めてもよい。どちらの方法でも、適宜選択して実行できる。
【０１１５】
また、酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対でモニタリングした温度、および膜厚計算を行う部分の温度がそれぞれ複数ある場合には、それらの数をそれぞれＮM，ＮWとすると、ＮM列の列ベクトルＴM、ＴW、そしてＮW行ＮM列のマトリックスＡ、および補正項Ｒ(ＴM)を用いて、以下に示す式（９）に基づいて計算を行えば良い。
【０１１６】
【数９】
【０１１７】
この第４実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置４１とその酸化膜厚コントローラ４２および制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、複数の酸化膜の温度および膜厚を併行して測定して、統計的に処理して判定することができるので、以下の点で優れている。
【０１１８】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置４１とその酸化膜厚コントローラ４２、および半導体装置の製造装置４１の制御方法によれば、ウエハ温度あるいはウエハ付近の所定の位置における温度など、複数の位置の温度を直接モニタリングする手段を有していない場合においても、それら複数の位置の温度を実質的に測定できる。したがって、製造される半導体装置の性能をより高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をより向上できる。
【０１１９】
（５）第５実施形態
次に、本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１０〜図１２に基づいて説明する。
【０１２０】
この第５実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置５１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置５２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ５２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置５１が具備する酸化膜厚コントローラ５２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ５２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１２１】
本実施形態の半導体装置の製造装置５１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ５２の内部構成が、図１０に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ５２は、前述した第１実施形態〜第４実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１２２】
前述した第３実施形態および第４実施形態においては、主として酸化炉内に導入されるガスが１種類の場合について述べた。本実施形態においては、図１２に簡略して示すように、図示しない酸化炉内へ順次、あるいは同時に複数種類のガス、例えば、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ３が導入される場合、さらにそれら複数種類のガスが反応して、それらＧａｓ１〜Ｇａｓ３とは異なるガスが酸化炉内に発生する場合においても、それらを考慮した上で、膜厚の制御を高精度に行うことができる方法について説明する。
【０１２３】
一般の半導体装置の製造装置においては、安全性や品質保証などの理由から、酸化炉内へのウエハ搬入、昇温、温度保持、ガス導入、ガスの切り替え、降温、ウエハの搬出などの一連の各処理が設定されたプロセスシークエンスが必要である。このような様々なプロセスシークエンスを予め考慮することにより、プロセスシークエンスの変更や、あるいはプロセスの時間変化などがある場合に、それらに迅速に対応することにより、酸化炉を高精度に制御したり、あるいはそのような高精度の制御を行うモデルを得るまでの試行錯誤の回数を大幅に低減させたりすることができる。これは、例えば図１２に示すように、酸化炉内に導入されるガスの切り替えの前後で膜の成長速度が大きく異なるようなガスの切り替えがある場合や、あるいは昇降温による大きな温度変化がある場合などに極めて有効な対応手段となる。以下、詳しく説明する。
【０１２４】
この第５実施形態の酸化膜厚コントローラ５２は、図１０に示すように構成されている。この酸化膜厚コントローラ５２は、図８に示すように構成されている第４実施形態の酸化膜厚コントローラ４２と比べて、酸化炉内に導入されるガス流量や、あるいは酸化炉外の大気圧などから、酸化炉内の雰囲気や、各ガスの処理方法などを決定する手段と、その雰囲気に伴う処理を考慮して複数の酸化膜厚を計算するように設定されている点で異なっている。また、この酸化膜厚コントローラ５２は、ドライ（Dry）雰囲気用、ウェット（Wet）雰囲気用、あるいはそれらの混合雰囲気用などの、異なる酸化処理に応じた膜厚計算用のモデルパラメータ（フィッティングパラメータ）を、前記各ガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ３に対応したデータとして備えている。
【０１２５】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ５２は、図１１に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ５２が行う演算処理は、図９に示すフローチャートに沿って行われる第４実施形態の酸化膜厚コントローラ４２が行う演算処理と比べて、ガス分圧計算ステップが複数の位置の温度計算ステップの前に入っていること、および複数の酸化膜圧計算ステップの中に、複数の酸化ガスが混合している場合の処理が含まれていることの２点で異なっている。
【０１２６】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、図９に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ４２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている点で異なっている。この複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている場合では、例えば酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対でモニタリングした温度をＴM、膜厚計算を行う部分の温度をＴWとし、定数をａ、ＴMの関数である補正項Ｒ(ＴM)を用いて、前述した式（８）に基づいて、膜厚計算を行う部分の温度を計算する。
【０１２７】
具体的には、ガス分圧計算ステップにおいて、例えば以下に示す式（１０）を用いて、ガス流量と大気圧とからガス分圧を計算する。
【０１２８】
【数１０】
【０１２９】
この式（１０）において、酸化炉内へ導入される複数のガスについて、ｉ番目のガスの分圧をＰi、ガス流量をＦi、大気圧をＰatomとしている。また、ガスの反応がある場合、例えば水素ガスと酸素ガスとを含み、それらが反応する場合では、以下に示す式（１１）〜（１７）を用いて計算を行えばよい。
【０１３０】
【数１１】
【０１３１】
【数１２】
【０１３２】
【数１３】
【０１３３】
【数１４】
【０１３４】
【数１５】
【０１３５】
【数１６】
【０１３６】
【数１７】
【０１３７】
これらの式（１１）〜（１７）において、各ガスの間で複数の反応がある場合は、前述した考えと同様に、ＦH2，ＦO2はそれぞれ反応前の水素ガス流量と酸素ガス流量、ＦH2Oは反応によって発生する水の流量、Ｆ’H2，Ｆ’O2はそれぞれ反応後の水素ガス流量と酸素ガス流量とみなせば良い。また、ＰH2，ＰO2，ＰH2Oはそれぞれ水素ガス分圧、酸素ガス分圧、水の分圧である。
【０１３８】
複数の反応がある場合には、前記各式を同様な考え方で拡張した式を用いれば良いだけであるので、その詳しい説明は省略する。また、不完全な反応などを考慮するために、前記各式（１１）〜（１７）において、然るべき補正項を付け加えたり、あるいは差し引いたり、または乗じたり、除したりしても構わない。成膜される酸化膜が所望される膜厚に近い状態で略均一に成膜されるように、適宜選択して設定すれば良い。
【０１３９】
次に、複数の酸化ガスが混合している場合の処理を含む複数の酸化膜圧計算ステップにおいては、第３実施形態で示した式（６）および式（７）を、例えば以下に示す式（１８）および式（１９）に変更して計算を行えばよい。
【０１４０】
【数１８】
【０１４１】
【数１９】
【０１４２】
これらの各式（１８）および式（１９）において、ＰGはウエハを酸化するガスの分圧であり、Ｒl，Ｒpはそれぞれ一次係数と二次係数の補正項である。ウエハを酸化するガスが複数あり、それらの相互作用がある場合はこの補正項を利用することが望ましい。また、ウエハを酸化するガスが複数あり、相互作用が無視できるような場合は、第３実施形態中の式（５）の変わりに、例えば以下に示す式（２０）を用いて計算を行う。
【０１４３】
【数２０】
【０１４４】
この式（２０）において、Ｂi、(Ｂ／Ａ)i、(ＲTox)iは、それぞれウエハを酸化する複数のガスにおけるｉ番目のガスの二次係数と一次係数、そして補正項であり、ａiは定数である。
【０１４５】
また、前述した各ガス（雰囲気）ごとの各係数、および混合ガス用の各係数は、図１０に示すように、様々なモデルパラメータとして、これら各モデルパラメータを保存するモデルパラメータ保存部５５に保存されている。それら各モデルパラメータは、図１１に示す演算ステップに入る前に、前述した第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う図４に示されている酸化膜厚初期化ステップにおいて、実行する酸化処理の種類に適したものが選択されて読み込まれる。また、これら各モデルパラメータは、同じく図１１に示す演算ステップに入る前に、前述した第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う図４に示されているデータ解析ステップにおいて、フィッティングパラメータとして最適化された値に加工されて、モデルパラメータ保存部５５に保存される。
【０１４６】
この第５実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置５１とその酸化膜厚コントローラ５２および半導体装置の製造装置５１の制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、酸化炉内に導入されるガスの種類が複数種類であること、およびそれらのガスが互いに反応する可能性、の２点を考慮しつつ、酸化膜の温度および膜厚を併行して測定して判定することができるので、以下の点で優れている。
【０１４７】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置５１とその酸化膜厚コントローラ５２、および半導体装置の製造装置５１の制御方法によれば、酸化炉内に同時に複数種類のガスが導入される場合、さらにガスが反応して異なるガスが発生する場合についても、酸化炉内に導入されるガスの流量や、あるいは酸化炉の外部の大気圧などから、酸化炉の内部の雰囲気や、各ガスの処理などを決定する手段および方法と、その雰囲気に伴う各種処理を考慮しつつ複数の酸化膜厚を統計的に計算するので、さらに高精度な膜厚制御が可能である。したがって、製造される半導体装置の性能をさらに高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をさらに向上できる。
【０１４８】
（６）第６実施形態
次に、本発明の第６の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１３〜図１７に基づいて説明する。
【０１４９】
この第６実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置６１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置６２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ６２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置６１が具備する酸化膜厚コントローラ６２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ６２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１５０】
本実施形態の半導体装置の製造装置６１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ６２の内部構成が、図１３に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２は、前述した第１実施形態〜第５実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１５１】
この第６実施形態においては、図１７に示すように、複数種類のガスが複数本の配管を通って酸化炉としてのチャンバ７７内に導入される場合の膜厚計算の実行方法、構成、および手段などについて説明する。具体的には、本実施形態においては、４種類のガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ４がチャンバ７７内に導入される設定とする。このような設定状況下において膜厚の計算を行う際に、チャンバ７７内に導入されるＧａｓ１〜Ｇａｓ４の各ガスから構成されるチャンバ７７内の雰囲気を容易に特定できるようにするための、酸化膜厚コントローラ６２における膜厚計算の実行方法、構成、および手段などについて説明する。それとともに、半導体装置の製造装置６１や、この半導体装置の製造装置６１を含む図示しないプラント施設などの改造などに伴う配管の変更や、それら配管の再接続を行った場合に、酸化膜厚コントローラ６２における膜厚計算の実行方法、構成、および手段などの再設定を容易に行うことができるようにするための方法、構成、および手段などについても述べる。
【０１５２】
一般の半導体装置の製造装置においては、酸化炉内に順次、または同時に複数種類のガスを導入する。ところが、従来技術における半導体装置の製造装置は、そのようなガスの配管情報を取り扱う装置が設けられていないため、複数のガスを酸化炉内へ導入する場合、それらの流量や分圧などを高い精度で制御して取り扱うことができない。従来技術の半導体装置の製造装置においては、これに付随して設けられている配管構造が、万が一の非常時においても十分な安全性を確保できるように、例えば図１７に示すように、排気経路が設けられているなど、複雑な構造になっている場合がほとんどである。ところがこのような配管構造になっている場合、複数種類のガスが酸化炉内に導入される場合の膜厚計算を行う際に、酸化炉内に導入されるガスを特定することが極めて困難である。ガスの種類が多数になる場合や、それらのガス同士の間における反応が頻繁に行われる場合には、酸化炉内の雰囲気を構成しているガスを特定することが事実上不可能となる場合もある。
【０１５３】
本実施形態の半導体装置の製造装置６１は、そのような問題を解決し得る構成となっている。以下、この半導体装置の製造装置６１が具備する酸化膜厚コントローラ６２の機能を中心に詳しく説明する。
【０１５４】
まず、この第６実施形態の半導体装置の製造装置６１には、図１７に示すような構成からなる配管設備７１が取り付けられている。この配管設備７１は、４種類のガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ４をチャンバ７７内に導入するための第１〜第４の４本の配管７８ａ〜７８ｄ、これら各配管７８ａ〜７８ｄ上においてチャンバ７７の上流側に設けられており、各配管７８ａ〜７８ｄ内を流れる各ガスの流量を測定するための第１〜第４の４個のガス流量計（ＭＦＣ）７２ａ〜７２ｄ、各配管７８ａ〜７８ｄ上において、ガス流量計７２ａ〜７２ｄを挟んでその上流側と下流側にそれぞれ１個ずつ設けられており、各配管７８ａ〜７８ｄ内を流れる各ガスの流量を調節する上流側電磁弁７３ａ〜７３ｄおよび下流側電磁弁７４ａ〜７４ｄ、第１〜第３の３本の配管７８ａ〜７８ｃの全てからチャンバ７７内へ通じる配管上に設けられており、３種類のガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ３のチャンバ７７内へ導入される流量を調節する総合電磁弁７５、およびＧａｓ１〜Ｇａｓ４を排気するための排気管７９と、この上に設けられており、排気量を調節する排気用電磁弁７６などから構成されている。
【０１５５】
以上説明した構成からなる配管設備７１を備えた第６実施形態の半導体装置の製造装置６１が具備する酸化膜厚コントローラ６２は、図１３に示すように構成されている。この酸化膜厚コントローラ６２は、図５に示すように構成されている第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２と比べると、前記各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６のそれぞれの通電状態のＯＮまたはＯＦＦなどに関する論理演算を行う配管情報処理部６８と、チャンバ７７内へ導入するガス種とそのガス流量を短時間で把握するために配管情報を簡単化した導入ガス選択情報データ保存部６９とが備えられているとともに、酸化膜厚計算部６６がガス選択情報データを用いてチャンバ７７内に導入されるガス種とガス流量を決定する手段を持つように構成されている点で異なっている。
【０１５６】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２は、図１４に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ６２が行う演算処理は、図４に示すフローチャートに沿って行われる第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う演算処理と比べて、配管情報入力ステップと配管情報処理ステップとが加わっている点で異なっている。それとともに、この酸化膜厚コントローラ６２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、図１５のフローチャートに示すように、酸化膜厚計算ステップがガスの種類とガスの流量とを決定する配管情報処理を含むステップに変更されている点で異なっている。配管情報処理ステップで作成された導入ガス選択情報は、酸化膜厚計算初期化ステップで取り込まれる。また、配管情報処理は、半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げ時（設定時）、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造時（変更時、再設定時）などに行えば良く、通常は簡略化されて保存された導入ガス選択情報を酸化膜厚計算部６６が読み込む処理を行う。また、半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げ時、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造時などにおいて、酸化膜厚計算部６６は配管情報処理部６８が持つ導入ガス情報を直接取り込むように構成されていても良い。それらの設定は、適宜選択して構わない。
【０１５７】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２は、図１５に示すフローチャートに沿って、ガスの種類とガスの流量とを決定する配管情報処理を含む酸化膜厚計算ステップの演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ６２が行う酸化膜厚計算ステップの演算処理は、図１１に示すフローチャートに沿って行われる第５実施形態の酸化膜厚コントローラ５２が行う演算処理と比べて、チャンバ７７内に導入される酸化ガスを決定する酸化ガス決定ステップが、酸化ガス分圧計算ステップの前に加わっている点で異なっている。この酸化ガス決定ステップにおいて、チャンバ７７内に導入されるガスの種類とその流量とが、導入ガス決定情報を用いて決定（特定）される。
【０１５８】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２に設けられている配管情報処理部６８は、図１６に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。
【０１５９】
まず、配管要素情報読み取りステップにおいては、図示しないガス元、前記各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６、同じく前記各ガス流量計（ＭＦＣ）７２ａ〜７２ｄ、酸化炉（チャンバ）７７などの構成要素の接続状態を表す配管データを読み込む。この接続データは、具体的には、例えば図示しない回路シミュレータへ入力する素子接続データなどと同様に、前記各配管７８ａ〜７８ｄ，７９をノードとして表し、ガス元や、各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６などは、それら各配管７８ａ〜７８ｄ，７９に接続された要素として取り扱う設定として構わない。この場合、配管データは、図示しない入出力用の端末、その情報が保存されたファイルなどのデータを保存する図示しない保存装置、ＬＡＮで接続された図示しない入出力端末、あるいはＬＡＮで接続された図示しないデータの保存装置などのうちの少なくとも１つからデータを読み込む設定としておけばよい。
【０１６０】
次に、入力データチェックステップにおいては、入力されたデータが論理的に正しいか否か、あるいは正しい入力フォーマットか否かをチェックする。このステップは、入力データに誤りが無いことが保証されている場合は、省略しても差し支えない。
【０１６１】
その後、入力された配管情報に、実際に酸化処理に拘っていない余分な配管、すなわちリダンダントな配管（要素）が入っているか否かを判断し、入っていない場合には、そのまま次の論理情報の作成ステップへ進む。また、リダンダントな配管（要素）が入っている場合には、それらを取り除く処理を行う、リダンダントな要素の削除ステップ、へ進む。ここでリダンダントな要素とは、具体的には、チャンバ７７内にガスを導入するにあたって、無関係な要素、つまり無関係な配管のことを指す。
【０１６２】
論理情報の作成ステップにおいては、ノードとしての各配管７８ａ〜７８ｄ，７９、要素としてのガス元、および各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６などのデータから、論理データあるいは論理式を作成する。この作成された、論理データあるいは論理式は、図１５に示したフローチャートのガスの種類およびガスの流量を決定する配管情報処理を含む酸化膜厚計算ステップにおける処理が高速化されるように、次の論理情報の簡略化ステップにおいて簡単化が行われる。そして最後の論理情報の保存ステップにおいて、それら簡略化された論理データあるいは論理式としての論理情報が、図１３に示されている導入ガス選択情報データ保存部６９に保存される。
【０１６３】
簡略化された論理情報が、配管要素情報読み取りステップで直接入力される場合には、論理情報の保存ステップで簡略化された論理情報を、導入ガス選択情報データ保存部６９に直接保存しても良い。また、論理情報作成ステップで作成されるデータが、配管要素情報読み取りステップで直接入力される場合には、前記リダンダントな要素の処理に関するステップと、論理情報の作成ステップとは省略しても差し支えない。
【０１６４】
この第６実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置６１とその酸化膜厚コントローラ６２および半導体装置の製造装置６１の制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、複数のガスが複雑な配管設備７１で酸化炉７７内に導入される場合を考慮して、その様々な設定に対応できることを前提に構成されている酸化膜厚コントローラ６２を具備しているので、以下の点で優れている。
【０１６５】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置６１とその酸化膜厚コントローラ６２および半導体装置の製造装置５１の制御方法によれば、前述した第５実施形態が有する効果に加えて、さらに酸化炉７７内に導入されるガスを容易に特定したり、酸化炉７７内の雰囲気も容易に特定したりすることができる。したがって、製造される半導体装置の性能をさらに高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をさらに向上できる。
【０１６６】
また、半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げ時、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造時などにおいても、酸化膜厚コントローラ６２、ひいてはこの半導体装置の製造装置６１を取り替えたりすること無く、導入ガス選択情報データ保存部６９に保存されている導入ガス選択情報データの中から適正なデータを選び出し、これに適する前述した演算処理を行うだけで、十分に対応できる。さらに、そのような半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げや、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造などが行われた際には、それらの新しい情報を、新たな導入ガス選択情報データとして取り込んで、導入ガス選択情報データ保存部６９に保存することも容易にできる。
【０１６７】
（７）第７実施形態
次に、本発明の第７の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１８〜図２０に基づいて説明する。
【０１６８】
この第７実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置８１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置８２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ８２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置８１が具備する酸化膜厚コントローラ８２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ８２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１６９】
本実施形態の半導体装置の製造装置８１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ８２の内部構成が、図１８に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ８２は、前述した第１実施形態〜第６実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２，６２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１７０】
この第７実施形態においては、ガスの流量変化を伴う複数種類のガスを取り扱う場合や、複数位置の温度を取り扱う場合において、複数回の酸化処理において発生する計算上の酸化膜の膜厚と、実際に形成される酸化膜の膜厚との膜厚の差の乖離傾向、すなわち膜厚のドリフトに対して高精度な制御を行うための構成について説明する。
【０１７１】
一般の半導体装置の製造装置においては、酸化炉の内部および外部情報を、実際に測定しつつ順次取り込んで、解析するような、いわゆるリアルタイムで酸化炉の内部および外部情報をデータ解析して利用できる装置が設けられていない。これにより、酸化炉の内外において発生する外乱や、前記第６実施形態において説明した配管の設定の変更、あるいは複数種類のガスの組み合わせなどに迅速に適応して、半導体装置の製造装置を高精度に制御することが事実上、殆ど不可能であった。
【０１７２】
本実施形態の半導体装置の製造装置８１は、そのような問題を解決し得る構成となっている。以下、この半導体装置の製造装置８１が具備する酸化膜厚コントローラ８２の機能を中心に詳しく説明する。
【０１７３】
この第７実施形態の酸化膜厚コントローラ８２は、図１８に示すように構成されている。この酸化膜厚コントローラ８２は、図５に示すように構成されている第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２と比べて、図示しないモニタがモニタリングした酸化炉内外の情報を、モニタリングした時刻とともに時系列情報（データ）として保存する機能を酸化膜厚計算部８６が有しているとともに、それら時系列情報（データ）を取り込む機能をデータ解析部８５が有している点で異なっている。それら時系列情報（データ）は、モニタリングされた時刻、酸化炉内の内部情報、酸化炉外の外部情報、計算定数、酸化膜厚の計算値、および所定のモデルパラメータセットなどを含むように構成されており、１回の酸化毎に各時刻の前記各情報が全てまとめて保存されるように設定されている。
【０１７４】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ８２は、図１９に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ８２が行う演算処理は、図４に示すフローチャートに沿って行われる第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う演算処理と比べて、データ解析部８５で時系列データを取り込むように設定されている点で異なっている。同様に、この酸化膜厚コントローラ８２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、データ解析部８５で時系列データを取り込むように設定されている点で異なっている。
【０１７５】
また、酸化膜厚コントローラ８２に設けられている酸化膜厚計算部８６は、図２０に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚計算部８６が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２に設けられている酸化膜厚計算部８６が行う演算処理と比べて、膜厚が規定値に達したかを判断するステップの後、かつストップ信号を出すステップの前に、図示しないＬＡＮ上のコンピュータに時系列情報を出力するステップが加わっている点である。この時系列情報を出力するステップは、膜厚が規定値に達したか判断するステップの前に置き、酸化炉内外の情報をモニタリングしつつ、酸化膜厚計算を行う毎に時系列情報保存部８８に保存するようにしても構わない。これは、酸化炉内外の情報をモニタリングして酸化膜厚計算し、終了判定を行うまでに要する所用時間を予め勘案して取捨選択すればよい。
【０１７６】
この第７実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置８１とその酸化膜厚コントローラ８２および半導体装置の製造装置８１の制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、様々な情報を含んだ時系列情報（データ）が、１回の酸化毎に各時刻の前記各情報が全てまとめて保存されるので、以下の点で優れている。
【０１７７】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置８１とその酸化膜厚コントローラ８２および半導体装置の製造装置８１の制御方法によれば、モニタリングされた時刻、酸化炉内の内部情報、酸化炉外の外部情報、計算定数、酸化膜厚の計算値、および所定のモデルパラメータセットなどを含むように構成された時系列情報（データ）を、酸化膜厚計算部８５が１回の酸化毎に全てまとめて保存するとともに、それら保存された時系列情報（データ）を、データ解析部８５において利用できるように構成されている。このため、第５実施形態の効果に加えて、ガスの流量変化を伴う複数種類のガスを取り扱う場合や、複数位置の温度を取り扱う場合に、それらを逐次詳細に解析することが可能となり、高精度なパラメータフィッティングを行うことができる。このため、複数回の製造において発生する膜厚のドリフトに対して高精度な制御を行うことが可能となる。したがって、製造される半導体装置の性能をさらに高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をさらに向上できる。
【０１７８】
（８）第８実施形態
次に、本発明の第８の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図２１〜図２４に基づいて説明する。
【０１７９】
この第８実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置９２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ９２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置９１が具備する酸化膜厚コントローラ９２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ９２における情報処理の流れ、ならびに酸化膜厚コントローラ９２に半導体装置の製造装置の製造工程のシミュレーション装置９８が接続されている点が、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れなどと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１８０】
本実施形態の半導体装置の製造装置９１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ９２の内部構成が、図２１に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ９２は、前述した第１実施形態〜第７実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２，６２，８２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１８１】
一般に、半導体装置の設計段階においては、品質の評価や構造の解析および予測のために、半導体装置の不純物分布や形状、電気特性、さらには回路の作動状態などまでコンピュータによる模擬実験を行うシミュレーションが行われている。半導体装置の微細化が進むにつれ、前述した第１〜第７の各実施形態の半導体装置の製造装置１，１１，３１，４１，５１，６１，８１の高精度な制御と同様に、前記シミュレーションにおいても、従来に比べて遥かに高いシミュレーション精度が要求されている。例えば特開平８−５５１４５号公報に示される従来技術では、酸化膜厚を高精度にシミュレーションするために、実測値とシミュレーション値が一致するまで酸化速度を変更する方法が示されている。
【０１８２】
しかしながら、前述したような外乱を含むリアルタイムの酸化炉内外の情報や、ガス切り替え、あるいは昇降温などのプロセスシークエンスは考慮されていない。従って、非常に限られた条件におけるシミュレーションは高精度化されても、実際の半導体装置の製造装置が取り扱う広範囲のシミュレーションを高精度化することは、実質的に殆ど不可能である。
【０１８３】
本実施形態の半導体装置の製造装置９１は、そのような問題を解決し得る構成となっている。以下、この半導体装置の製造装置９１が具備する酸化膜厚コントローラ９２、およびこの酸化膜厚コントローラ９２に接続されている半導体装置の製造装置の製造工程のシミュレーション装置９８の機能を中心に詳しく説明する。
【０１８４】
前述した前述した第１〜第７の各実施形態においては、本発明に係る半導体装置の製造装置とその制御方法および半導体装置の製造方法について述べた。この第８実施形態においては、前述した各種（複数）のフィッティングパラメータを取り込む機能、複数のフィッティングパラメータを選択する機能、およびパラメータを変換する機能を含む半導体装置の製造工程のシミュレーション装置としてのプロセスシミュレータ制御部９８について説明する。本第８実施形態においては、プロセスシミュレータ制御部９８が行うシミュレーションとして、酸化工程のシミュレーションを取り上げるが、このプロセスシミュレータ制御部９８がシミュレーション可能な製造工程は、不純物の拡散長の制御、ＣＶＤによる薄膜堆積膜厚、窒化量、ＢＰＳＧ膜などのメルト量、ＣＶＤ酸化膜などのデンシファイ量、シリサイド膜厚など、熱化学反応を利用したすべての工程に応用できるのはもちろんである。ただし、それらの記述は省略する。
【０１８５】
この第８実施形態の半導体装置の製造装置９１が備える酸化膜厚コントローラ９２と、半導体装置の製造工程のシミュレーション装置（プロセスシミュレータ制御部）９８との構成は、図２１に示す用に設定されている。プロセスシミュレータ制御部９８と酸化膜厚コントローラ９２とは、ＬＡＮで結ばれており、プロセスシミュレータ制御部９８は、酸化膜厚コントローラ９２が備えているデータ解析部９５が保存したモデルパラメータを取り込む機能を有している。また、酸化膜厚コントローラ９２の酸化膜厚計算部９６の酸化モデルと、プロセスシミュレータ制御部９８が有する酸化モデルとは、互換性を有する設定および構成とされている。
【０１８６】
酸化膜厚コントローラ９２の機能とプロセスシミュレータ制御部９８の機能とは、具体的には図２２示すように関連づけられて設定および構成されている。酸化膜厚コントローラ９２は、コントローラ側データ送受信部９２ａを備えているとともに、プロセスシミュレータ制御部９８は、シミュレータ側データ送受信部９８ａおよび酸化シミュレーション部９８ｂを備えている。プロセスシミュレータ制御部９８は、必要に応じて酸化膜厚コントローラ９２のコントローラ側データ送受信部９２ａに向けて、ＬＡＮを介してリクエストを送信する。酸化膜厚コントローラ９２は、そのリクエストに適したモデルパラメータセットを、プロセスシミュレータ制御部９８のシミュレータ側データ送受信部９８ａに向けて、ＬＡＮを介して送信する。プロセスシミュレータ制御部９８のシミュレータ側データ送受信部９８ａは、酸化膜厚コントローラ９２から送られてきたモデルパラメータセットを受け取り、そのパラメータを必要としている酸化シミュレーション部９８ｂへ渡し、そこで所定のシミュレーションを実行させる。
【０１８７】
プロセスシミュレータ制御部９８の他の構成を、図２３に示す。このプロセスシミュレータ制御部９８は、受信した１セットないし複数セットのモデルパラメータセットを保存する機能を有し、そのモデルパラメータセットは、フィッティングされた際に、その時間順序に従って時系列的に保存される。また、プロセスシミュレータ制御部９８は、複数セットのモデルパラメータセットから所望する１セットを選択して取り出す機能を有するパラメータセット選択部９８ｃを備えており、ここで選択されたモデルパラメータセットをプロセスシミュレータ制御部９８内の酸化シミュレーション部９８ｂへ送り、酸化シミュレーションを実行する。モデルパラメータセットの識別方法としては、例えばフィッティングされた日時や装置名を含む名前などを用いればよいが、基本的に各モデルパラメータセット間の違いを判別できさえすれば良いので、重複しない限り任意の名前を用いることができる。
【０１８８】
なお、このプロセスシミュレータ制御部９８と酸化膜厚コントローラ９２とは、プロセスシミュレータ制御部９８から酸化膜厚コントローラ９２へリクエストを送信しなくても、酸化膜厚コントローラ９２が新しくモデルパラメータセットをフィッティングした時点で、新しいモデルパラメータセットを酸化膜厚コントローラ９２がプロセスシミュレータ制御部９８に向けて自動的に送信し、それをプロセスシミュレータ制御部９８が受信して保存する機能を有するように設定しても構わない。
【０１８９】
プロセスシミュレータ制御部９８の、さらに他の構成を、図２４に示す。このプロセスシミュレータ制御部９８は、図示しない酸化膜厚コントローラに内蔵されている酸化モデルのモデルパラメータセットを、それらよりも情報量が多い（互換性が低い）酸化モデルのモデルパラメータセットへ変換する機能を有するパラメータ変換部９８ｄを備えた構成とされている。酸化膜厚コントローラに内蔵されている酸化モデルよりも情報量が多い（互換性が低い）酸化モデルとは、酸化膜厚コントローラに内蔵されている酸化モデルよりも高度な数値計算を行うことができる情報量を有している酸化モデルのことであり、酸化膜厚コントローラが内蔵する酸化モデルが扱う現象を包含しているモデルを指す。また、酸化膜厚コントローラが内蔵する酸化モデルよりも高度な数値計算を行うモデルにおいて用いるモデルパラメータセットには、パラメータ変換部９８ｄにおいて変換されたモデルパラメータセット以外のパラメータを用いても良い。
【０１９０】
この第８実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１とその酸化膜厚コントローラ９２および半導体装置の製造装置９１の制御方法は、酸化膜厚コントローラ９２にプロセスシミュレータ制御部９８が接続されている点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、プロセスシミュレータ制御部９８備えているので、以下の点で優れている。
【０１９１】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１とその酸化膜厚コントローラ９２および半導体装置の製造装置９１の制御方法によれば、酸化膜厚コントローラ９２にプロセスシミュレータ制御部９８が接続されているので、半導体装置の製造装置９１の制御に用いる高精度なモデルパラメータセットを用いることができ、高精度な酸化膜厚計算が可能となり、その結果、半導体装置の製造装置９１の高精度な特性予測も可能となる。特に、そのモデルパラメータセットは、前記第７実施形態に述べたように、複数回の製造において発生する膜厚のドリフトに追従した高精度なモデルパラメータセットを利用することができるので、図示しない酸化炉の最新の状態を勘案した高精度のシミュレーションが可能となる。
【０１９２】
また、本第８実施形態のプロセスシミュレータ制御部９８において、複数のモデルパラメータセットを選択する機能を有するパラメータセット選択部９８ｃを備えた構成とすることにより、図示しない半導体装置を試作した時点における酸化炉の最新の状態を勘案したシミュレーションが可能であるので、試作した半導体装置のより高精度な解析が可能となる。特に、酸化膜厚コントローラ９２が有する時系列情報もプロセスシミュレータ制御部９８へ転送するような構成とした場合、さらに高精度な解析が可能となる。
【０１９３】
さらに、本第８実施形態のプロセスシミュレータ制御部９８において、モデルパラメータセットを変換する機能を有するパラメータ変換部９８ｄを備えた構成とすることにより、酸化膜厚コントローラ９２に内蔵されている酸化モデルと、その酸化モデルよりも高度な数値計算に用いることができるモデルパラメータセットとが互いに関連しているモデルパラメータセットを高精度化できるので、極めて高度な数値計算を行うモデルのシミュレーション精度もより向上させることができる。
【０１９４】
したがって、本第８実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１とその酸化膜厚コントローラ９２および半導体装置の製造装置９１の制御方法によれば、プロセスシミュレータ制御部９８が接続されていることにより、製造される半導体装置の性能を極めて高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率を極めて向上できる。
【０１９５】
（９）第９実施形態
次に、本発明の第９の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図２５〜図２７に基づいて説明する。
【０１９６】
この第９実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１０１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置１０２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ１０２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置５１が具備する酸化膜厚コントローラ５２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ５２における情報処理の流れ、ならびに酸化膜厚コントローラ１０２に外部データ保存部１０８が接続されている点が、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れなどと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１９７】
本実施形態の半導体装置の製造装置１０１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ１０２の内部構成が、図２５に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ１０２は、前述した第１実施形態〜第８実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２，６２，８２，９２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１９８】
前記第８実施形態においては、フィッティングされたパラメータと時系列情報との少なくとも１つから構成される、酸化膜厚コントローラ９２内に格納された情報をモデルパラメータセットとして取り込む機能を有する半導体装置の製造工程のシミュレーション装置（プロセスシミュレータ制御部）９８について説明した。そのようなモデルパラメータセットは、図２５に示すように、フィッティングされたパラメータと時系列情報との少なくとも１つを、酸化膜厚コントローラ１０２の外部において、これに接続されている外部データ保存部１０８に保存するように構成しても良い。
【０１９９】
この場合、例えば図２６に示すように、酸化膜厚コントローラ１０２と外部データ保存部１０８との間のデータ送受信は、前記第８実施形態の酸化膜厚コントローラ９２とプロセスシミュレータ制御部９８との間のデータ送受信と同様に、コントローラ側データ送受信部１０２ａと保存部側第１データ送受信部１０８ａとを介した構成であっても良い。また、同図２６に示すように、外部データ保存部１０８に保存された酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を、ＬＡＮで接続された図示しない他の装置などからのリクエストなどに答える形で、あるいは予め定められた条件により自動で、保存部側第２データ送受信部１０８ｂを介して、それら外部の装置へ送信する機能を有するように構成しても構わない。
【０２００】
また、図２７に示すように、外部データ保存部１０８は、複数の酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を保存し、必要に応じてあるいは外部からのリクエストに応じてその情報を選択し、外部へ送信するように構成しても良い。
【０２０１】
この第９実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１０１とその酸化膜厚コントローラ１０２および半導体装置の製造装置１０１の制御方法は、酸化膜厚コントローラ１０２に外部データ保存部１０８が接続されている点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、外部データ保存部１０８を備えているので、以下の点で優れている。
【０２０２】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１０１とその酸化膜厚コントローラ１０２および半導体装置の製造装置１０１の制御方法によれば、酸化膜厚コントローラ１０２に外部データ保存部１０８が接続されているので、酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を必要とする装置が、必要な時点において必要な情報だけを取り出して（受け取って）利用可能となる。なお、酸化膜厚コントローラ１０２から酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を必要とする装置間で、直接に情報の送受信を行っても良い。したがって、本実施形態の半導体装置の製造装置１０１を含めた、図示しない半導体製造プラント施設全体の生産効率を向上できる。
【０２０３】
なお、本発明に係る半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造装置の制御方法、半導体装置の製造装置の制御装置、半導体製造工程のシミュレーション方法、ならびに半導体製造工程のシミュレーション装置は、前記第１〜第９の実施の形態には制約されない。本発明が解決しようとする課題の主旨を逸脱しない範囲内において、種々様々に設定することができる。例えば、本第５実施形態では前記第４実施形態に対する差異について述べたが、ウエハ温度を直接モニタリングする手段を装置が有する場合などを扱う第３実施形態にも適用可能であり、その場合は第４実施形態で加えた機能およびステップを無くせば良い。また、ガス分圧と複数の位置の温度が独立の場合は、ガス分圧計算ステップと複数の位置の温度計算ステップは交換可能であり、それらに関係がある場合は同時に処理を行っても良い。
【０２０４】
また、第７実施形態において、前述したデータ解析部８５は、過去から現在までの時系列情報から傾向（トレンド）を抽出し、将来の状態を予測したパラメータを抽出する機能を有していても良い。
【０２０５】
また、第８実施形態に係るプロセスシミュレータ制御部９８では、半導体装置の試作前の特性予測において、半導体装置のドリフトが発生して新しいモデルパラメータセットが生成される際よりも後に半導体装置の製造装置９１を試作する場合に、どのモデルパラメータセットを用いれば良いかが問題となる。このような場合、例えば酸化膜厚コントローラ９２に内蔵されているデータ解析部９５をプロセスシミュレータ制御部９８にも内蔵させるなどして、過去のデータに対して平均的に合うモデルパラメータセット、あるいは装置の酸化処理情報に対してフィッティングされたモデルパラメータセットでシミュレーションを行っても良い。また、過去のモデルパラメータセットの変化の傾向（トレンド）から、半導体装置を試作する際のモデルパラメータを予測する機能で求めたモデルパラメータセットでシミュレーションを行っても良い。
【０２０６】
さらに、第８実施形態では、酸化膜厚コントローラ９２のモデルパラメータセットをプロセスシミュレータ制御部９８へ転送しているが、その変わりに酸化膜厚コントローラ９２がもつ時系列情報を転送するように構成しても良く、モデルパラメータセットと時系列データの両方を転送するように構成しても良い。
【０２０７】
【発明の効果】
本発明によれば、熱化学反応を利用する半導体製造プロセスにおいて、雰囲気の状態に拘らず適正な状態で半導体製造プロセスを遂行できる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造装置の主要構成部を簡略して示すブロック図。
【図２】図１の半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造装置の主要構成部を簡略して示すブロック図。
【図４】図３の半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の手順を示すフローチャート。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図６】図５の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図７】図５の酸化膜厚コントローラによって均一化されるウエハごとの膜厚の分布を示すグラフ。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図９】図８の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成およびこのコントローラに接続されるモデルパラメータの内部構造を簡略化して示すブロック図。
【図１１】図１０の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図１２】図１０の酸化膜厚コントローラを用いて制御される酸化炉内の雰囲気を構成する複数種類のガスの導入プロセスのシークエンスを示すグラフ。
【図１３】本発明の第６の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図１４】図１３の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図１５】図１４のフローチャートの酸化膜厚計算部が行う計算の手順を示すフローチャート。
【図１６】図１４のフローチャートの配管要素情報入力および配管情報処理の計算の手順を示すフローチャート。
【図１７】図１４の酸化膜厚コントローラが制御する半導体装置の製造装置の酸化炉に接続されている配管状態を簡略化して示すブロック図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図１９】図１８の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの主要部分の制御の手順を示すフローチャート。
【図２０】図１９のフローチャートの時系列情報の計算の手順を示すフローチャート。
【図２１】本発明の第８の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成およびこのコントローラに接続されるプロセスシミュレータ制御部を簡略化して示すブロック図。
【図２２】図２１の酸化膜厚コントローラとプロセスシミュレータ制御部との間のデータの送受信の一つの構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２３】図２１の酸化膜厚コントローラとプロセスシミュレータ制御部との間のデータの送受信の他の構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２４】図２１の酸化膜厚コントローラとプロセスシミュレータ制御部との間のデータの送受信のさらに他の構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成およびこのコントローラに接続される外部データ保存部を簡略化して示すブロック図。
【図２６】図２５の酸化膜厚コントローラと外部データ保存部との間のデータの送受信の一つの構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２７】図２５の酸化膜厚コントローラと外部データ保存部との間のデータの送受信の他の構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２８】従来の技術に係る半導体装置の製造装置およびその制御装置が行う酸化プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１,１１，３１，４１，５１，６１，８１，９１，１０１…半導体装置の製造装置
２，１２…酸化炉コントローラ（プロセス処理部制御装置）
３，１３，３２，４２，５２，６２，８２，９２，１０２…酸化膜厚コントローラ（プロセス制御装置）
４，１４，７７…酸化炉（プロセス処理部、チャンバ）
５…半導体装置の製造装置の制御装置
６，２２，３３，４３，５３，６６，８６，９６，１０６…酸化膜厚計算部（プロセス数値情報処理部）
７，２３，３４，４４，５４，６７，８７，９７，１０７…計算膜厚判定部（プロセス状態判定部）
１５…外部センサ
１６…膜厚モニタ
１７…システム管理コンピュータ（上位のコンピュータ、ＬＡＮ上のコンピュータ）
１８…内部センサ
１９，６３，８３，９３，１０３…Ａ／Ｄコンバータ（データ変換部）
２０，６４，８４，９４，１０４…計算定数ファイル
２１，６５，８５，９５，１０５…データ解析部
３３ａ，４３ｂ，５３ｃ…マルチ酸化膜厚計算部（複数の酸化膜厚計算部）
３４ａ，４４ａ，５４ａ…膜厚統計処理部
３４ｂ，４４ｂ，５４ｂ…終了判定部
４３ａ，５３ａ…マルチ温度計算部（複数の位置の温度計算部）
５３ｂ…酸化ガス分圧計算部
５５…モデルパラメータ保存部（フィッティングパラメータ保存部）
６８…配管情報処理部
７１…配管設備
６９…導入ガス選択情報データ保存部
８８…時系列情報保存部
９２ａ，１０２ａ…コントローラ側データ送受信部
９８…プロセスシミュレータ制御部（半導体装置の製造工程のシミュレーション装置）
９８ａ…シミュレータ側データ送受信部
９８ｂ…酸化シミュレーション部
９８ｃ…パラメータセット選択部
９８ｄ…パラメータ変換部
１０８…外部データ保存部
１０８ａ…保存部側第１データ送受信部
１０８ｂ…保存部側第２データ送受信部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスのうち、熱化学反応を利用する半導体製造プロセス（ホットプロセス）に用いられる半導体装置の製造装置として、例えば、酸化炉、アニール炉、ＣＶＤ炉、あるいはＲＴＰ炉などの半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化に伴い、その一連の製造プロセスの中で、例えば絶縁膜を始めとする各種薄膜の成膜工程や、あるいは半導体を形成する際の半導体中の不純物の分布の拡散長の調節など、熱化学反応を利用する半導体製造プロセスである、いわゆるホットプロセスに用いられる半導体装置の製造装置において、それら各プロセスを実行するにあたり、より精密な制御が可能な半導体装置の製造装置が求められている。それとともに、そのような要求を満たすことができる半導体装置の製造装置を製造し、実際に使用するに際しては、例えば半導体装置に対して各種処理が施される各処理室の内外における雰囲気の乱れ、すなわち半導体装置が晒されている雰囲気の圧力や温度などの変化である、いわゆる外乱が各処理に与える影響を考慮する必要がある。つまり、薄膜の成膜工程や、あるいは半導体中の不純物の分布の拡散長などを、今まで以上に精密に制御するためには、半導体装置の製造装置の内外の外乱を、もはや無視することはできなくなっている。
【０００３】
従来の技術に係る半導体装置の製造工程の中の一例として、図２８のフローチャートに示すように、図示しない半導体基板に絶縁膜などの薄膜を形成する際に行う酸化処理のプロセスを取り上げる。まず、所望の薄膜を得ることができるように、例えば図示しない現場の作業員の技術的な経験に基づいて、同じく図示しない半導体装置の製造装置が備える酸化炉を制御装置としてのコンピュータなどに、酸化処理を行う際の雰囲気（ガス）の温度、ガスの流量、酸化時間などの各種パラメータを、所定の手段を用いて入力する。それら各種パラメータを入力し終えた後、前記制御用コンピュータに、所定の手段を用いてスタート信号を入力することで、制御用コンピュータから酸化炉に向けてスタート信号が発信されて、酸化処理が開始される。酸化炉内へのウエハの搬入、昇温、温度保持、酸化ガスの導入、ガスの切り替え、降温、酸化炉外へのウエハの搬出などの一連の処理が、入力された設定値や、予め設定されているプロセスの順番（プロセスシークエンス）に従って行われる。
【０００４】
前記一連の処理が、プロセスシークエンスに沿って滞りなく行われたことが前記制御用コンピュータによって確認された後、制御用コンピュータは、例えば自動的に酸化炉に向けてストップ信号を発信する。このストップ信号を受け取った酸化炉は酸化処理を終了する。この後、酸化炉の内部もしくは外部に設置されている図示しない膜厚モニタによって、形成された薄膜が所望の膜厚に形成されているか否かを調べられる。薄膜が所望の膜厚に形成されている場合には、前述と同様の設定値に基づいて、繰り返し同じ状態の処理が行われる。薄膜が所望の膜厚に形成されていない場合には、作業員が自分の経験に基づいて、所定の設置値を修正して、前記各処理を実行し直す。
【０００５】
以上説明したように、従来は、前述した酸化炉における一連の処理が行われている間は、酸化炉内の温度（雰囲気温度）やガス流量などを、できるだけ忠実に前記設定値に保ちつつ、併せて酸化時間を制御することで所望の酸化膜厚を得ていた。このように、酸化炉内へのウエハの搬入、昇温、温度保持、ガス導入、ガスの切り替え、降温、酸化炉外へのウエハの搬出などの各処理が、少なくとも一通り予め設定されたプロセスシークエンスに従って行われる従来技術では、外乱の影響を考慮できない。
【０００６】
具体的には、例えば、前述した一連の酸化処理を繰り返して複数回行う場合、すなわち、一連の酸化処理をいわゆるバッチ処理として繰り返し行う場合、前回のバッチ処理における酸化炉内の処理温度が、次回のバッチ処理における酸化炉内の昇温や降温作業などに与える設定温度からの微妙なずれや、半導体装置の製造装置やその制御用コンピュータに印可される電圧の微妙な変動などに起因する酸化炉内へのガス流量の微妙な変化等、酸化炉内の制御不可能な外乱を要因とする膜厚のばらつきは、前記プロセスシークエンスでは全く考慮されていない。同様に、大気圧などの、製造装置の外部の制御不可能な外乱を要因そする膜厚のばらつきなどは、前記プロセスシークエンスでは全く考慮されていない。
【０００７】
素子の微細化が進み、前述した様々な外乱要因が無視し得ない状況になってきている今日では、前述したような半導体装置の製造方法、特に従来の酸化処理方法では、実用に耐え得る十分な素子性能や、あるいは回路性能などを有する半導体装置を得ることが困難な状況になりつつある。このような状況を克服するため、前記各外乱が発生する要因を予め考慮するとともに、発生した前記各外乱が半導体装置の性能を損なわせないように、各外乱が各半導体製造プロセスに与える影響を補正できる半導体装置の製造装置とその制御装置、およびその制御方法、ならびに半導体装置の製造方法、ならびに半導体製造工程のシミュレーション装置が求められている。
【０００８】
前記各外乱の要因が、例えば形成される絶縁膜の膜厚や、あるいは半導体中に含まれる不純物の拡散に及ぼす影響を考慮するためには、酸化や堆積、あるいは不純物拡散などに関する計算やシミュレーションなどを行う必要がある。このようなシミュレーションを行うシミュレーション装置に関する技術として、例えば、特開平８−５５１４５号公報や、あるいは特開平１１−２８８８５６号公報に提案されている発明には、実際の製造データとシミュレーションデータとを比較する考えが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−５５１４５号公報や、あるいは特開平１１−２８８８５６号公報に提案されている発明が行う、製造データとシミュレーションデータとの比較の目的は、シミュレーション自体の高精度化や、あるいは実際の製造データとの合わせ込みにある。このため、それら各提案技術は、各製造プロセスを適正な状態で実行させるために、各製造条件や製造パラメータなどを適宜変更するなどの、制御の精度を向上させるという視点に立って考えられてはいない。したがって、当然のことながら、それら各提案技術は、前記各外乱を想定した計算を行わないので、前記各外乱に起因する各バッチ処理（ラン）毎の製造の誤差（ばらつき）を考慮した計算も行うことはできない。
【００１０】
したがって、特開平８−５５１４５号公報や、あるいは特開平１１−２８８８５６号公報に提案されている発明では、酸化炉内の温度を昇温させる際の微妙な温度変化や、あるいは製造装置に印可される電圧の微妙な変動などによるガス流量の微妙な変化など、製造装置内の制御不可能な外乱による膜厚のばらつきなどを、各バッチ処理（ラン）毎の誤差（ばらつき）として修正する方法（制御方法）は示されていない。同様に、それら各発明では、大気圧の変化など、装置外の制御不可能な外乱による膜厚のばらつきなどを、各バッチ処理（ラン）毎の誤差（ばらつき）としての修正する方法（制御方法）は示されていない。
【００１１】
本発明では、熱化学反応を利用する半導体製造プロセスにおいて、雰囲気の状態に拘らず適正な状態で半導体製造プロセスを遂行できる半導体装置の製造方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の半導体装置の製造プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記半導体装置の製造プロセスを開始するとともに、前記半導体装置の製造プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定値に達した時点で前記半導体装置の製造プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の成膜プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記成膜プロセスを開始するとともに、前記成膜プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の膜厚値に達した時点で前記成膜プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の不純物拡散プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記不純物拡散プロセスを開始するとともに、前記不純物拡散プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の拡散長値に達した時点で前記不純物拡散プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の半導体装置の製造プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記半導体装置の製造プロセスを開始するとともに、前記半導体装置の製造プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定値に達した時点で前記半導体装置の製造プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の成膜プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記成膜プロセスを開始するとともに、前記成膜プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の膜厚値に達した時点で前記成膜プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、熱化学反応を利用する所定の不純物拡散プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記不純物拡散プロセスを開始するとともに、前記不純物拡散プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の拡散長値に達した時点で前記不純物拡散プロセスを停止させることを特徴とするものである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１および図２に基づいて説明する。
【００４０】
本発明に関する酸化膜厚制御装置５を具備する半導体装置の製造装置１の構成を図１に示す。なお、本実施形態においては、酸化膜厚の制御を取り上げるが、本発明の半導体装置の製造装置１とその酸化膜厚制御装置５は、不純物の拡散長の制御、ＣＶＤによる薄膜堆積膜厚、窒化量、ＢＰＳＧ膜（絶縁膜）などのメルト量、ＣＶＤ酸化膜などのデンシファイ量、シリサイド膜（電極）厚など、熱化学反応を利用するすべての半導体製造プロセスに応用できる。また、本発明の半導体装置の製造装置１とその酸化膜圧制御装置５は、バッチ式装置あるいは枚葉式装置のいずれにも適用可能である。以下、すべての実施形態について同様である。
【００４１】
本発明の半導体装置の製造装置１が具備する、ホットプロセスが実行されるプロセス処理部としての酸化炉４は、プロセス処理部制御装置としての酸化炉コントローラ２により、その作動および非作動、ならびに作動状態が制御されている。また、本発明の半導体装置の製造装置１が具備するプロセス制御装置としての酸化膜厚コントローラ３は、酸化膜厚計算機能を有する酸化膜厚計算部６と計算膜厚判定機能を有する計算膜厚判定部７とを有している。酸化膜厚コントローラ３は、本実施形態においては酸化炉コントローラ２と別体の装置として構成されているが、酸化炉コントローラ２の内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【００４２】
酸化炉コントローラ２の制御により、酸化炉４が作動する。酸化炉コントローラ２の内部には、予め設定されている酸化処理プロセスシークエンスが内蔵されている。この酸化処理プロセスシークエンス内に設定された所定のタイミングで、酸化炉コントローラ２から酸化膜厚コントローラ３に酸化処理を開始するスタート信号が送られる。このスタート信号を受け取ることにより、酸化膜厚コントローラ３は、酸化膜厚計算をスタートする。以下、ここまでのプロセスを詳しく説明する。
【００４３】
酸化炉コントローラ２は、予め設定された酸化プロセスシークエンスに従って、酸化炉４内への図示しないウエハの搬入、酸化炉４内の昇温およびその設定温度の保持など、一連の酸化膜形成プロセスを実行させる。続けて、酸化炉コントローラ２は、酸化ガスの導入を酸化炉４内に指示するとともに、酸化膜厚コントローラ３にスタート信号を送る。この場合、酸化ガスの導入時をスタートのタイミングとしたが、酸化炉４内へのウエハの搬入時、昇温前、ウエハ炉内温度がある一定の温度に達した時点など、スタート信号を送るタイミングは、その目的に応じて、予め様々な状態に変更して設定するが可能である。
【００４４】
酸化膜厚コントローラ３は、スタート信号を受け取った後、酸化膜厚計算をスタートする。計算には、酸化炉４の内部の様々な情報が用いられる。酸化炉４内の情報としては、酸化炉４内に取り付けられた図示しない各種熱電対から構成される内部温度センサ８からの温度情報や、あるいは酸化炉４内に導入されるガスの流量を計測する同じく図示しない流量計からのガス流量情報など、酸化炉４内の雰囲気を構成する主要な要素についての情報が用いられる。それら酸化炉４内の内部情報の計算モデルとしては、例えば、以下に示す一般的な式（１）に従って計算が行われる。
【００４５】
【数１】
この式（１）において、Ｔoxは酸化膜厚、τは初期膜厚、ｔは時刻、Ａは一次係数(μm)、Ｂは二次係数(μm2/min)、Ｂ／Ａは一次係数(μm/min)である。具体的には、例えば、τは15(nm)、Ｂ／Ａは5×10-6(μm/min)、Ｂは8×10-6(μm2/min)などの値を用いる。
【００４７】
時々刻々変化する酸化炉４内の内部温度およびガス流量などの諸情報を、酸化プロセスシークエンスに予め設定されている時間間隔、例えば１秒間隔で測定して図示しない記憶装置に記憶させ（読み込ませ）、その値を用いてその１秒間の酸化膜厚の増加分を計算し、これを累積していくことで、所定の時刻でのウエハに形成された酸化膜の膜厚を計算することができる。これにより、予め設定された酸化炉４内の内部温度やガス流量などを前提条件としつつ、それらの変化、すなわち外乱による酸化膜厚の変動を考慮できる。これは従来技術において行われていた半導体装置の製造方法における酸化プロセスでは考慮できなかった点である。この際、酸化炉４内の雰囲気の情報を測定して記憶する時間間隔を１秒としたのは、例えば形成する酸化膜厚を±0.2（nm）の誤差内で制御したい場合には、その範囲内の酸化膜を形成するのに要する時間が、一般の酸化膜形成プロセスにおいては、実質的に少なくとも±２秒掛かるためである。つまり、酸化膜厚を±0.2（nm）の精度で形成したい場合には、±２秒以内で酸化炉４の作動状態をコントロールする必要があり、前述したように酸化炉４内の雰囲気の情報を測定して記憶する時間間隔（サンプリング・レート）を１秒としたのは、装置内の情報の伝達などに掛かる時間を考慮して、計算精度が低下しないように、余裕を持たせるために、より短いサンプリング・レートに設定したためである。
【００４８】
酸化膜厚の計算結果は、計算膜厚判定部７に伝達される。酸化プロセスシークエンスに予め設定されている規定の膜厚、例えば60(nm)に計算膜厚が達した時点で、酸化炉４の酸化プロセスを停止させるために、酸化膜厚コントローラ３から酸化炉コントローラ２にストップ信号が送られる。このストップ信号を受けた酸化炉コントローラ２は、酸化炉４に対してストップ信号を送り、酸化プロセスをストップさせる。
【００４９】
具体的に説明すると、酸化炉コントローラ２から酸化炉４に対して、例えば「酸化ガスを流すプロセスシークエンスを終了して、次の不活性ガスを流すプロセスシークエンスに切り替える。」という割り込み指示を出すことに対応する。このタイミングは、計算膜厚が規定の膜厚に達する前に設定することも可能である。現実には、ストップ信号が出された後、酸化終了までに、ガスが瞬間的に切り替わらないので、ウエハは設定値よりも若干酸化され過ぎてしまう。この過剰酸化を見込んで、目標膜厚（規定膜厚）より若干薄い値を酸化終了の膜厚として設定する。
【００５０】
酸化ガスから不活性ガスに切り替わった後は、酸化炉コントローラ２から予め設定された酸化プロセスシークエンスに従って降温、ウエハの搬出の指示などの各種信号を酸化炉４に送り、これら各信号を受け取った酸化炉４が、各信号に基づいて所定の処理を実行して酸化のプロセスが終了する。
【００５１】
前述したように、一連の酸化プロセス（ラン、バッチ処理）ごとの酸化膜厚の変化は、従来の技術においては制御できなかった炉内温度やガス流量などの酸化炉４内の雰囲気の変化（変動）を考慮した上で計算されている。本発明の半導体装置の製造装置１とその制御装置５、および制御方法を用いることにより、それらの変化を取り入れた酸化膜厚計算を行い、その結果を次回の酸化プロセスにフィードバックすることで、酸化炉４内の雰囲気の変化からの影響を受け難い、すなわち外乱に対して強い（ロバストな）酸化膜厚の制御が可能となる。ひいては外乱の有無に拘らず、形成される酸化膜の膜厚が、所望される膜厚と殆ど変わらない、略均一な膜厚を有する半導体装置を、この半導体装置の製造装置１によって製造できる。
【００５２】
次に、本実施形態の酸化膜厚コントローラ３内において実行される演算のフローチャートを、図２に基づいて説明する。
【００５３】
まず、酸化膜厚計算の初期化を行う。この場合は、計算開始時刻ｔを0、初期膜厚τを15(nm)にセットする。次に、酸化炉コントローラ２からのスタート信号を待つ、いわゆる待ち状態に入る。酸化炉コントローラ２からのスタート信号を受け取る際に、併せて装置内部情報を受け取り、１回目の酸化計算を行う。この際、酸化計算膜厚が規定値を超えているか否か、この場合、60(nm)を超えているか否かを判断する。超えていなければ、１回目の内部情報取得から１秒待って、再度内部情報を取得して２回目の酸化計算を行う。以後、このような処理を繰り返して、酸化計算膜厚が60(nm)を超えた際に、酸化膜厚コントローラ３から酸化炉コントローラ２へストップ信号を送り、スタートと同じ状態に戻る。ここでは、１秒の間隔で制御を行うことを前提としている。この酸化炉４内の情報を１秒間隔で取得することは、前述した理由による。また、このような時間間隔は、現在の装置技術において、十分に可能な大きさである。
【００５４】
また、本実施形態においては、酸化膜厚の制御を取り上げたが、以上説明した本発明に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法は、例えば、不純物の拡散長の制御にも適用することが可能である。この場合には、式（１）の代わりに、以下に示す拡散の一般的な式（２）を用いればよい。
【００５５】
【数２】
この式（２）において、Ｃは不純物の時刻ｔ、位置ｘにおける不純物濃度である。Ｄは拡散係数で、以下に示す式（３）で表される温度依存性を有する。
【００５７】
【数３】
【００５８】
このように、本実施形態における制御は、前述した酸化膜厚や、あるいは不純物の拡散長の制御と同様に、ＣＶＤによる薄膜堆積膜厚、窒化量、ＢＰＳＧ膜（絶縁膜）などのメルト量、ＣＶＤ酸化膜などのデンシファイ量、シリサイド膜（電極）厚など、熱化学反応を利用するすべての半導体製造プロセス、およびこれらの半導体製造プロセスに用いられる半導体装置の製造装置の制御に、計算のアルゴリズムの変更のみで適用できる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態における半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５である酸化炉コントローラ２および酸化膜厚コントローラ３、および半導体装置の製造装置１の制御方法によれば、所定のプロセスが行われている間の雰囲気の変化を時々刻々、リアルタイムで測定して計算し、この計算結果に基づいてプロセスの進行状況を判断できる。したがって、外乱の有無に拘らず、適正な状態で半導体製造プロセスを遂行できる。
【００６０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図３および図４に基づいて説明する。
【００６１】
この第２実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその制御装置１２，１３および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置１１が具備する制御装置１２，１３の内部構成、およびこれら制御装置１２，１３における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
前述した第１実施形態においては、比較的簡単な構成などからなる、本発明に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、取り上げたが、本第２実施形態においては、図３および図４に示すように、前述した第１実施形態を基に、より複雑で緻密な制御を可能にする構成などについて説明する。後述するように、本第２実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法によれば、これらが扱う各種情報や、その伝達経路などは、プロセスの目的などに応じて種々の細かい状態を設定して実行できる。したがって、それら各設定状態（設定バリエーション）に付いても説明する。また、それら各設定バリエーションは、必要に応じて取捨選択して用いることができる。
【００６３】
本実施形態の半導体装置の製造装置１１は、図３に示すように、これが具備する酸化炉１４が、酸化炉コントローラ１２により、その作動および非作動、ならびに各作動状態が制御されている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ１３は、第１実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が有している酸化膜厚計算部６および計算膜厚判定部７よりもより高度な情報処理が可能な酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３を備えているとともに、各種の計算定数を格納している計算定数ファイル２０、様々な状態のデータの変換機能を有するデータ変換部１９、および様々な種類のデータの解析機能を有するデータ解析部２１を備えている。また、前述した第１実施形態と同様に、本実施形態においては、酸化膜厚コントローラ１３は、酸化炉コントローラ１２とは別体としたが、酸化炉コントローラ１２の内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【００６４】
計算定数ファイル２０は、酸化炉コントローラ１２から酸化プロセスに関する各種処理すべき情報を受け取る。この処理情報に従って、計算定数ファイル２０は、計算定数などの酸化膜厚計算に必要な各種情報を酸化膜厚計算部２２に渡す。それとともに、計算定数ファイル２０は、判定条件などの計算膜厚の判定に必要な各種情報を計算膜厚判定部２３に渡す。本実施形態の半導体装置の製造装置１１は、それら酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３の両機能部２２，２３が並列処理を行うことができるように設定されており、この設定により複数の酸化処理を扱うことができる。
【００６５】
例えば、酸化膜厚が3(nm)、6(nm)、および10(nm)の３種類に設定されており、かつ酸化プロセスがドライ酸化、ウェット酸化の２種類に設定されていて、合計６種類の酸化処理が設定されているとする。この場合、形成すべき膜厚に応じて計算膜厚の判定条件が変わるので、その目的に応じて、酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３は、計算定数ファイル２０から適宜最適な計算定数および膜厚判定条件を受け取り、それらに基づいて酸化膜厚計算および計算膜厚判定を併行して行う。
【００６６】
また、酸化プロセスの設定に応じて、酸化計算に用いられる各種の情報（パラメータ９、ならびに第１実施形態で説明した式（１）の初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂは、それぞれ値が異なる。つまり、酸化プロセスがドライ酸化か、あるいはウェット酸化かによって、前記各設定値（パラメータ）は異なる。酸化炉コントローラ１２から送られてくる酸化処理情報に従って、計算定数ファイル２０は、ドライ酸化あるいはウェット酸化のいずれかに適したパラメータを選び出して、酸化膜厚計算部２２および計算膜厚判定部２３に送る。
【００６７】
実際には、以上説明した各設定は、酸化膜厚計算の開始以前に行う。処理情報には、酸化処理を実施する上で必要十分な程度の量と質を有したプロセスシークエンス情報が含まれている。これら各情報はいずれも、少なくとも目標酸化膜厚および酸化プロセスを特定できるだけの量と質を有している。また、これら酸化処理情報は必ずしも酸化炉コントローラから受け取る必要はない。例えば、図３に示すように、本実施形態の半導体装置の製造装置１１を含めた、半導体装置の生産工程の全体を制御する、より上位のコンピュータであるシステム管理コンピュータ１７などから情報を受け取っても構わない。このように、酸化膜厚計算に必要なパラメータのうちの少なくとも一つ、および計算膜厚判定に必要な値のうちの少なくとも一つ、のそれぞれが酸化計算に先立って決定されればよい。
【００６８】
次に、本実施形態の半導体装置の製造装置１１が備える、酸化炉１４の外部の雰囲気の状態を外部情報として検出する外部センサ１５、およびこの外部センサ１５が検出する酸化炉１４の外部情報について説明する。
【００６９】
第１実施形態の半導体装置の製造装置１においては、スタート信号を受け取った後、温度やガス流量などの酸化炉４の内部情報を用いてリアルタイムで酸化膜厚計算を行っていた。これに対して、本実施形態の半導体装置の製造装置１１においては、酸化炉１４の内部の情報以外にも、酸化炉１４の外部の情報も用いることができる。外部センサ１５は、酸化炉１４の外部に取り付けられているとともに、図示しない熱電対などの温度計や、あるいは同じく図示しない大気圧センサなどを備えており、例えば、酸化炉１４の外部の温度、湿度、および大気圧などの、酸化炉１４の外部の雰囲気の主な構成要因の状態を測定して検出できる。この外部センサ１５を用いて大気圧をモニタリングし、その情報を酸化計算に用いる。この場合、例えば、常圧付近で行われる酸化プロセスの場合は、大気圧の影響が無視し得ないと考えられるので、この情報を用いれば、酸化計算の精度を向上できる。また、大気圧は通常の酸化プロセス処理時間（一般には、おおよそ２〜４時間。）の間では、大きく変動することは考え難い。したがって、適正な状態で酸化プロセスを実行するにあたり、酸化プロセスの開始直前に求めた大気圧の値を前提条件として、酸化ガスの分圧が一定になるように酸化ガスの流量を補正したり、あるいは酸化時間を補正したりするなどの処理情報の変更をすることで、酸化プロセスを適正な状態で行わせることは十分対応可能である。
【００７０】
以上説明した外部情報は、図３および図４においては、外部センサ１５から酸化炉コントローラ１２への外部情報として示されているが、前述したように、酸化炉コントローラ１２より上位のシステム管理コンピュータ１７などに情報を入力して、処理方法中のガス流量や、酸化時間などの値を書き換えた後、酸化炉コントローラ１２に酸化処理情報を送る方式でも構わない。つまり、外部情報に応じて処理情報が変更されればよい。
【００７１】
次に、データ変換部１９について説明する。このデータ変換部１９は、酸化炉１４の内部の情報および外部の情報を受け取って、酸化膜厚計算に使用する入力データを出力する。一般には、酸化炉１４の内外のセンサ１８，１５で情報を得られるが、それらは、酸化膜厚計算に直接使用できる数値化されたデータではない。そのため、一般には、各センサ１５，１８と酸化膜厚計算部２２との間に、一般のＡ／Ｄコンバータのように、アナログデータを、酸化膜厚計算に直接使用できる数値化されたデジタルデータに変換できるデータ変換部１９を接続する必要がある。さらに、データ変換部１９は、数値化された各センサ１５，１８からの情報の加工を行うことができるように設定されている。例えば、データ変換部１９は、ガス流量と大気圧データから、酸化炉１４内の各種ガスの分圧の情報に変換して酸化膜厚計算部２２に引き渡すことができる機能を有している。
【００７２】
また、温度に関しては、通常、酸化炉１４には、図示しない１０個程度の熱電対が内部センサ１８の構成要素として組み込まれている。酸化計算に必要なのは、厳密にはウエハの温度である。それら熱電対は、ウエハから離れた位置にあるので、熱電対の示す温度をウエハの温度として酸化膜厚計算に用いると、誤差を含んでいるおそれがある。そこで、そのような測定誤差をできるだけ排除するために、例えば１０個の熱電対の示す温度の重み付け平均を用いる。さらに、酸化炉１４内の温度に経験的な加減（オフセット）を加えて、これをウエハ温度とする。または、より理想的なモデルをベースにした熱解析シミュレーションの結果、あるいはその近似式を用いるなどの方法がある。
【００７３】
また、この半導体装置の製造装置１１の酸化炉１４の内部情報を酸化計算に反映させるには、酸化炉１４の内部センサ１８からの内部情報を酸化膜厚計算に直接使用する第１実施形態で示した方法、あるいはデータ変換部１９を介して使用可能な情報に変換してから酸化膜厚計算に使用する、前述した本実施形態の方法以外にも、酸化炉１４内の内部センサ１８から、一旦酸化炉コントローラ１２を経由させて酸化膜厚計算に使用したりするなど方法も可能である。これら各方法は、適宜選択して実行することができる。
【００７４】
通常、酸化炉１４内部の情報は酸化炉コントローラ１２でモニタリングされている。つまり、酸化炉１４の内部センサ１８と酸化炉コントローラ１２は接続されている。これに内部センサ１８と酸化膜厚コントローラ１３をさらに接続すると、内部センサ１８の誤動作や感度変化などの悪影響が出る可能性がある。したがって、酸化炉１４内部の情報は、本実施形態の半導体装置の製造装置１１のように、酸化炉コントローラ１２を経由して得ることが望ましい。この場合、例えば１秒程度の高速サンプリング機能と、高速データ転送の機能とを、酸化炉コントローラ１２が備えているものとする。
【００７５】
次に、データ解析部２１について説明する。例えば、全部で７５ラン分の酸化処理を行う場合、始めの２５ラン分のデータを用いて、酸化炉１４内の温度から前記（１）式の酸化におけるパラメータ、つまり、初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂを合わせ込む。次にこれらのパラメータと観測された炉内温度とを用いて酸化計算を行う。発明者達が行った実験によれば、２５ランまでは、酸化膜厚の実測値と計算値とが極めて良く一致していることが確かめられたとともに、２６ラン以降も酸化膜厚の厚みの細かい変動傾向と良く一致していることが確かめられた。ランの回数が増えるに連れて、初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂも徐々に変動するが、これをデータ解析部２１によって随時補正することができる。
【００７６】
データ解析部２１の主な役割は、以下に述べるようなものである。計算膜厚判定部２３において、ストップ信号が出される際の計算膜厚が入力される。さらに、膜厚モニタ１６からＬＡＮ経由で送られて来る、膜厚モニタ１６が実際に酸化膜厚を測定したデータが入力される。これを始めの１０ラン程度蓄積し、酸化におけるパラメータ、つまり、初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂを合わせ込む。その結果を酸化プロセスを行う前に酸化膜厚計算部２２に引き渡し、酸化計算のフィッティングパラメータとして用いる。この機能の特徴上、フィッティングパラメータの変更は各ラン（バッチ処理）の終了時ごとに、これを１単位として行われ、次回の酸化間膜厚計算の際には定数として取り扱われる。つまり、酸化炉１４内の温度のように、１秒ごとに更新されることはない。したがって、この定数は酸化処理情報として用いることも可能で、酸化におけるパラメータ、つまり初期膜厚τ、一次係数Ｂ／Ａ、および二次係数Ｂから所望の膜厚になるように酸化処理上の酸化温度を変更する使い方も可能である。
【００７７】
このような使用方法のメリットは、前述した酸化処理の際に、酸化膜厚の実測値と計算値との乖離（ドリフトとも称する。）が起こる前に酸化速度を一定に保持して、酸化膜厚（膜質）を一定に保持できるところにある。この信号は、高速で送信する必要がないので、ＬＡＮを経由して行ってもよい。また、同様の理由で、データ解析部２１は必ずしも酸化膜厚コントローラ１３の内部にある必要はなく、前述したシステム管理コンピュータ１７に、このデータ解析機能を持たせても構わない。
【００７８】
次に、本実施形態に酸化膜厚コントローラ１３内の演算を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７９】
まず、酸化膜厚計算の初期化を行う。始めの１０ランの計算酸化膜厚と測定酸化膜厚とから平均値操作、重回帰分析、自己相関解析などを行い、酸化処理方法の情報からプロセスの種類、例えばドライ酸化であることを判断して、フィッティング・パラメータを、例えばτは15.1(nm)、Ｂ／Ａは5.02×10-6（μm／min）、Ｂは7.99×10-6（μm2／min）にセットする。フィッティングパラメータを使わない場合には、酸化処理方法の情報だけからτ、Ｂ／Ａ、およびＢを決定する。また、目標膜厚は60(nm)であるが、判定膜厚を例えば58(nm)にセットする。また、時刻ｔを０に設定して。初期化が終了する。
【００８０】
次に、酸化炉コントローラ１２からのスタート信号を監視し、スタート信号が来たら酸化炉１４内の内部部情報を受け取り、酸化炉１４内の温度をウエハ温度に変換する。大気圧とガス流量とから酸素分圧を計算するなどのデータ変換を行い、酸化計算を１回行う。計算酸化膜厚が規定値、この場合、58(nm)を超えているかどうかを判断する。超えていなければ、前回の内部情報取得から１秒間待って、再度内部情報を取得し酸化計算を行う。これを繰り返して、計算酸化膜厚が58(nm)を超えたことを確認した後、酸化炉コントローラ１２へストップ信号を送り、ＬＡＮ上のシステム管理コンピュータ１７に最終計算膜厚、例えば58.3(nm)を送り、スタートに戻る。
【００８１】
酸化炉コントローラ１２は、酸化炉１４に対してストップ信号を送り、酸化をストップさせる。より具体的には、酸化炉コントローラ１２から酸化炉１４に対して、例えば「酸化ガスを流すプロセスシークエンスを終了して、次の不活性ガスを流すプロセスシークエンスに切り替える。」という割り込み指示を出すことに対応する。ここで、ストップ信号を出してから酸化終了までに、すぐにはガスが切り替わらないなどの理由があり、少し余計に酸化されてしまう。この余計な酸化分を、この例では2(nm)と見込んでいたわけである。その後、実際のウエハの酸化膜厚を評価したところ、59.7(nm)であったとする。目標値は60.0(nm)なので、0.3(nm)薄く仕上がったことになる。次回の酸化の際には、判定基準膜厚を58.3(nm)に設定しておけば、より高精度の膜厚制御ができる。このように、τ、Ｂ／Ａ、およびＢだけでなく、判定基準膜厚もフィッティング・パラメータとして使用することができる。つまり、最終計算膜厚は、次回以降の酸化膜厚計算のためのパラメータのフィッティングパラメータを計算するのに使用される。
【００８２】
この第２実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその酸化炉コントローラ１２、酸化膜厚コントローラ１３および制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、酸化炉１４の外部の情報も考慮でき、さらに、複数の情報処理を併行して行うことができるので、以下の点で優れている。
【００８３】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその酸化炉コントローラ１２および酸化膜厚コントローラ１３、および半導体装置の製造装置１１の制御方法によれば、酸化プロセスシークエンスの制御に用いるプログラムの設定を変更するだけで、同一構成のシステムで様々な設定条件のホットプロセスに対応できるとともに、より高い精度で酸化膜厚を形成することができる。
【００８４】
（３）第３実施形態
次に、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図５〜図７に基づいて説明する。
【００８５】
この第３実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置３２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ３２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置３１が具備する酸化膜厚コントローラ３２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【００８６】
本実施形態の半導体装置の製造装置３１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ３２の内部構成が、図５に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ３２は、前述した第１実施形態および第２実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【００８７】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ３２は、これが備える酸化膜厚計算部３３が、スタート信号、図示しない酸化炉の内部情報、計算定数、およびモデルパラメータなどを受け取る機能を有しており、予め指定されたウエハ上の任意の位置で現時刻の酸化膜厚を計算する機能を有している。予め指定するウエハ位置は複数個指定可能であり、バッチ処理の場合は酸化炉内に導入される複数のウエハの何枚目であるかまで指定しても良い。また、位置の指定は計算定数として通常受け取るが、それとは別な情報として受け取る機能を有していても良く、場所を予め決定しておき、酸化膜計算部内部に情報として有していても良い。すなわち、本実施形態の酸化膜厚計算部３３は、複数の酸化膜厚を計算できる、いわゆるマルチ酸化膜厚計算部３３ａを有している。
【００８８】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ３２は、これが備える計算膜厚判定部３４が、ストップ判定条件と前記マルチ酸化膜厚計算部３３ａで計算された酸化膜厚の情報を受け取る機能を有し、複数の酸化膜厚が計算された場合にストップ判定条件に対応した統計処理を行う機能および指定されたストップ判定条件が成り立つ場合にストップ信号を出す機能を有している。すなわち、本実施形態の計算膜厚判定部３４は、複数の酸化膜厚を判定できる、いわゆるマルチ膜厚統計部３４ａおよびマルチ膜厚終了判定部３４ｂを有している。
【００８９】
この酸化膜厚コントローラ３２が備える酸化膜厚計算部３３および計算膜厚判定部３４において行われる酸化膜厚制御の演算は、図６のフローチャートのように示される。
【００９０】
酸化膜厚コントローラ３２は、酸化炉コントローラからスタート信号を受け取った後に酸化膜厚計算をスタートする。装置内情報読み取りステップで酸化炉の装置内情報、計算定数などの装置内情報を読み取る。ここで、装置内情報としては、炉内外の各種熱電対からの温度情報、流量計からのガス流量、大気圧、湿度などを計算の必要に応じて読み取る。次にデータ変換ステップでＡ／Ｄコンバータなどによって酸化計算ができる数値データへ変換する。
【００９１】
次に、複数の酸化膜厚計算ステップで、装置内情報として得られた複数の温度情報から現時刻の酸化膜厚を計算する。計算モデルとしては、例えば、以下に示す式（４）などの一般的な式をそのまま用いても良いが、
【数４】
【００９２】
【数５】
この式（５）において、Ｔoxは酸化膜厚、τは初期酸化膜厚、ｔは時刻、Bは二次係数、Ｂ／Ａが一次係数、ＲToxは補正項であり、式（５）を用いた場合に初期酸化膜厚は積分時の積分定数として与えられる。なお、二次係数、一次係数、補正項は定数であっても構わないが、装置内情報読み込みステップで読み込んだ情報の中から必要なものを用いて計算されることが望ましく、少なくとも温度情報、大気圧情報を用いて計算されることが望ましい。例えば、以下に示す式（６）および式（７）を用いて計算を行うことが望ましい。
【００９４】
【数６】
【数７】
これら式（６）および式（７）において、ｋl，ｋpはそれぞれ真性一次係数、真性二次係数で温度の関数であり、Ｐatomは大気圧である。また、ｎl，ｎpは定数である。
【００９７】
次に膜厚の統計処理ステップにおいて、前記ステップで計算された酸化膜厚が複数個の場合に、ストップ判定条件で必要となる情報を作成するように統計処理を行い、終了判定ステップで終了条件がなりたつか判定を行う。終了条件が満たされなければ装置内情報読み取りステップへ戻り、条件が満たされるまで上記ステップを繰り返し、条件が満たされたらストップ信号を出すステップへ進む。
【００９８】
ここで、ストップ判定に対応する統計処理とは、平均値や分散などの分布に関するモーメントを少なくとも一つ用いた処理、分布関数の重ね合わせを用いた処理、上限と下限などによる範囲を用いた処理、度数分布を用いた処理などの少なくとも一つの処理を含むような処理である。終了条件は要求される計算処理の速度を満たさなければならず、時々刻々と変化する温度などの装置内情報のサンプリング時間内で高速に終了させなければならない。また、歩留まりが最も高くなるように選択することが望ましい。例えば、指定された目標膜厚と許容誤差から得られる上限と下限の中に入るウエハが最も多くなる条件とする。
【００９９】
例えば、膜厚の上限Ｔupperと下限Ｔlowerで表される範囲を用いた処理を用いる場合、現時刻と前時刻でＴupper≦Ｔ≦Ｔlowerの範囲に入る膜厚の数をカウントする処理が膜厚の統計処理部で行われる。また、終了判定ステップでは現時刻の数から前時刻の数を引いた値が負であるかどうかの判断が行われる。この方法は膜厚分布が１つの分布関数で表されるようなピークが１つの場合に高速判断が可能な方法である。なお、前時刻が定義できない初期時には、前時刻にＴupper≦Ｔ≦Ｔlowerの範囲に入る膜厚の数はゼロとする。
【０１００】
前述したように、本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１とその制御装置３２および制御方法によれば、酸化炉内外の各種熱電対からの複数の温度情報を用いて複数個の酸化膜厚を計算し、それを統計処理して終了判定を行うので、歩留まりを最も高くする条件で酸化処理を終了させることができる。本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造装置３１は、ウエハ温度を直接モニタリングする熱電対が装置に取り付けられているなど、ウエハの温度および表面ガス濃度などを直接モニタリングする手段を装置が有する場合に特に有効である。
【０１０１】
したがって、図７に示すように、図７中破線で示されているウエハの目標膜厚付近においてばらついているウエハの膜厚の実測値を、ウエハの目標膜厚に高い精度で収束させることができる。
【０１０２】
なお、例えばストップ信号を出した後に残留する酸化ガスによって酸化される場合などを取り扱うために、終了判定部３４ｂおよび終了判定ステップが将来の状態を推定して終了条件を判断する機能を有していても良い。具体的な終了条件は、外部から与えられるように構成されていても良く、あるいは終了判定部３４ｂ自体が有していても良い。
【０１０３】
この第３実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１とその酸化膜厚コントローラ３２および制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、複数の酸化膜の成膜状態を併行して測定して判定することができるので、以下の点で優れている。
【０１０４】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１１とその酸化膜厚コントローラ３２、および半導体装置の製造装置１１の制御方法によれば、同一構成のシステムで１回の酸化プロセス（ラン）で処理されるウエハ面内の酸化膜の膜厚のばらつき、すなわちウエハの製造のばらつきや、あるいは１回のランで複数枚のウエハが処理される場合の、ウエハ間の製造のバラツキを考慮して酸化プロセスを行うことができる。例えば、図示しない半導体シリコンのウエハを酸化する際に、図７に示すように、ウエハの位置毎にバラツキがある場合、製品としての半導体装置の歩留まりを向上できるように制御できる。このように、本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置３１とその制御装置３２および制御方法によれば、複数のウエハの酸化膜厚の成膜状態を高い精度で制御して、統計的に計算および判定できるので、製造される半導体装置の性能を高い水準に維持しつつ、生産効率を向上できる。
【０１０５】
（４）第４実施形態
次に、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図８および図９に基づいて説明する。
【０１０６】
この第４実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置４１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置４２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ４２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置４１が具備する酸化膜厚コントローラ４２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ４２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１０７】
前述した第３実施形態においては、ウエハ温度を直接モニタリングする手段を酸化炉が有する場合に有効な方法を述べた。本実施形態ではウエハ温度あるいはウエハ面上の任意の位置における温度など複数の任意の位置温度を直接モニタリングする手段を装置が有しない場合、例えば図示しない酸化炉の側壁に取り付けられている熱電対で温度をモニタリングするなど、間接的な手段を有している場合に有効な方法について述べる。
【０１０８】
この第４実施形態の半導体装置の製造装置４１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ４２の内部構成が、図８に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、前述した第１実施形態〜第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１０９】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、これが備える酸化膜厚計算部４３が、スタート信号、図示しない酸化炉の内部情報、計算定数、およびモデルパラメータなどを受け取る機能を有しており、予め指定されたウエハ上の任意の位置で現時刻の酸化膜厚を計算する機能を有している。予め指定するウエハ位置は複数個指定可能であり、バッチ処理の場合は酸化炉内に導入される複数のウエハの何枚目であるかまで指定しても良い。また、位置の指定は計算定数として通常受け取るが、それとは別な情報として受け取る機能を有していても良く、場所を予め決定しておき、酸化膜計算部内部に情報として有していても良い。すなわち、本実施形態の酸化膜厚計算部４３は、複数の酸化膜厚を計算できる、いわゆるマルチ酸化膜厚計算部４３ａを有している。
【０１１０】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、前述した第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２と比べて、図示しない酸化炉内の複数の位置の温度を計算する機能を有する、いわゆるマルチ温度計算部４３ａが加わっている点で異なっている。このマルチ温度計算部４３ａは、具体的には、例えば酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対で測定（モニタリング）した温度から、複数枚のウエハの温度や、あるいは複数枚のウエハのそれぞれの付近の所定の位置における温度を計算する機能を有している。
【０１１１】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、これが備える計算膜厚判定部４４が、ストップ判定条件と前記マルチ酸化膜厚計算部４３ａで計算された酸化膜厚の情報を受け取る機能を有し、複数の酸化膜厚が計算された場合にストップ判定条件に対応した統計処理を行う機能および指定されたストップ判定条件が成り立つ場合にストップ信号を出す機能を有している。すなわち、本実施形態の計算膜厚判定部４４は、複数の酸化膜厚を判定できる、いわゆるマルチ膜厚統計部４４ａおよびマルチ膜厚終了判定部４４ｂを有している。
【０１１２】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、図９に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ４２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている点で異なっている。この複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている場合では、例えば酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対でモニタリングした温度をＴM、膜厚計算を行う部分の温度をＴWとし、定数をａ、ＴMの関数である補正項Ｒ(ＴM)を用いて、以下に示す式（８）に基づいて、膜厚計算を行う部分の温度を計算する。
【０１１３】
【数８】
なお、この式（８）は膜厚計算を行う回数だけ計算する。また、酸化炉の内部情報のサンプリング時間内で高速に処理する必要から、補正項Ｒ(ＴM)はゼロであることが望ましいが、より高次の効果を反映させて計算の精度を高めるために、補正項Ｒ(ＴM)を付け加えてもよい。すなわち、より短い間隔で高速に処理することにより処理回数を増やし、これによって計算精度を高めても良いし、あるいは１回ごとの計算精度を高めることにより、全体の計算精度を高めてもよい。どちらの方法でも、適宜選択して実行できる。
【０１１５】
また、酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対でモニタリングした温度、および膜厚計算を行う部分の温度がそれぞれ複数ある場合には、それらの数をそれぞれＮM，ＮWとすると、ＮM列の列ベクトルＴM、ＴW、そしてＮW行ＮM列のマトリックスＡ、および補正項Ｒ(ＴM)を用いて、以下に示す式（９）に基づいて計算を行えば良い。
【０１１６】
【数９】
この第４実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置４１とその酸化膜厚コントローラ４２および制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、複数の酸化膜の温度および膜厚を併行して測定して、統計的に処理して判定することができるので、以下の点で優れている。
【０１１８】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置４１とその酸化膜厚コントローラ４２、および半導体装置の製造装置４１の制御方法によれば、ウエハ温度あるいはウエハ付近の所定の位置における温度など、複数の位置の温度を直接モニタリングする手段を有していない場合においても、それら複数の位置の温度を実質的に測定できる。したがって、製造される半導体装置の性能をより高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をより向上できる。
【０１１９】
（５）第５実施形態
次に、本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１０〜図１２に基づいて説明する。
【０１２０】
この第５実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置５１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置５２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ５２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置５１が具備する酸化膜厚コントローラ５２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ５２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１２１】
本実施形態の半導体装置の製造装置５１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ５２の内部構成が、図１０に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ５２は、前述した第１実施形態〜第４実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１２２】
前述した第３実施形態および第４実施形態においては、主として酸化炉内に導入されるガスが１種類の場合について述べた。本実施形態においては、図１２に簡略して示すように、図示しない酸化炉内へ順次、あるいは同時に複数種類のガス、例えば、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ３が導入される場合、さらにそれら複数種類のガスが反応して、それらＧａｓ１〜Ｇａｓ３とは異なるガスが酸化炉内に発生する場合においても、それらを考慮した上で、膜厚の制御を高精度に行うことができる方法について説明する。
【０１２３】
一般の半導体装置の製造装置においては、安全性や品質保証などの理由から、酸化炉内へのウエハ搬入、昇温、温度保持、ガス導入、ガスの切り替え、降温、ウエハの搬出などの一連の各処理が設定されたプロセスシークエンスが必要である。このような様々なプロセスシークエンスを予め考慮することにより、プロセスシークエンスの変更や、あるいはプロセスの時間変化などがある場合に、それらに迅速に対応することにより、酸化炉を高精度に制御したり、あるいはそのような高精度の制御を行うモデルを得るまでの試行錯誤の回数を大幅に低減させたりすることができる。これは、例えば図１２に示すように、酸化炉内に導入されるガスの切り替えの前後で膜の成長速度が大きく異なるようなガスの切り替えがある場合や、あるいは昇降温による大きな温度変化がある場合などに極めて有効な対応手段となる。以下、詳しく説明する。
【０１２４】
この第５実施形態の酸化膜厚コントローラ５２は、図１０に示すように構成されている。この酸化膜厚コントローラ５２は、図８に示すように構成されている第４実施形態の酸化膜厚コントローラ４２と比べて、酸化炉内に導入されるガス流量や、あるいは酸化炉外の大気圧などから、酸化炉内の雰囲気や、各ガスの処理方法などを決定する手段と、その雰囲気に伴う処理を考慮して複数の酸化膜厚を計算するように設定されている点で異なっている。また、この酸化膜厚コントローラ５２は、ドライ（Dry）雰囲気用、ウェット（Wet）雰囲気用、あるいはそれらの混合雰囲気用などの、異なる酸化処理に応じた膜厚計算用のモデルパラメータ（フィッティングパラメータ）を、前記各ガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ３に対応したデータとして備えている。
【０１２５】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ５２は、図１１に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ５２が行う演算処理は、図９に示すフローチャートに沿って行われる第４実施形態の酸化膜厚コントローラ４２が行う演算処理と比べて、ガス分圧計算ステップが複数の位置の温度計算ステップの前に入っていること、および複数の酸化膜圧計算ステップの中に、複数の酸化ガスが混合している場合の処理が含まれていることの２点で異なっている。
【０１２６】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ４２は、図９に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ４２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている点で異なっている。この複数の位置の温度計算ステップが複数の酸化膜厚計算ステップの前に入っている場合では、例えば酸化炉の内側壁に取り付けられている熱電対でモニタリングした温度をＴM、膜厚計算を行う部分の温度をＴWとし、定数をａ、ＴMの関数である補正項Ｒ(ＴM)を用いて、前述した式（８）に基づいて、膜厚計算を行う部分の温度を計算する。
【０１２７】
具体的には、ガス分圧計算ステップにおいて、例えば以下に示す式（１０）を用いて、ガス流量と大気圧とからガス分圧を計算する。
【０１２８】
【数１０】
この式（１０）において、酸化炉内へ導入される複数のガスについて、ｉ番目のガスの分圧をＰi、ガス流量をＦi、大気圧をＰatomとしている。また、ガスの反応がある場合、例えば水素ガスと酸素ガスとを含み、それらが反応する場合では、以下に示す式（１１）〜（１７）を用いて計算を行えばよい。
【０１３０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【数１７】
これらの式（１１）〜（１７）において、各ガスの間で複数の反応がある場合は、前述した考えと同様に、ＦH2，ＦO2はそれぞれ反応前の水素ガス流量と酸素ガス流量、ＦH2Oは反応によって発生する水の流量、Ｆ’H2，Ｆ’O2はそれぞれ反応後の水素ガス流量と酸素ガス流量とみなせば良い。また、ＰH2，ＰO2，ＰH2Oはそれぞれ水素ガス分圧、酸素ガス分圧、水の分圧である。
【０１３８】
複数の反応がある場合には、前記各式を同様な考え方で拡張した式を用いれば良いだけであるので、その詳しい説明は省略する。また、不完全な反応などを考慮するために、前記各式（１１）〜（１７）において、然るべき補正項を付け加えたり、あるいは差し引いたり、または乗じたり、除したりしても構わない。成膜される酸化膜が所望される膜厚に近い状態で略均一に成膜されるように、適宜選択して設定すれば良い。
【０１３９】
次に、複数の酸化ガスが混合している場合の処理を含む複数の酸化膜圧計算ステップにおいては、第３実施形態で示した式（６）および式（７）を、例えば以下に示す式（１８）および式（１９）に変更して計算を行えばよい。
【０１４０】
【数１８】
【数１９】
これらの各式（１８）および式（１９）において、ＰGはウエハを酸化するガスの分圧であり、Ｒl，Ｒpはそれぞれ一次係数と二次係数の補正項である。ウエハを酸化するガスが複数あり、それらの相互作用がある場合はこの補正項を利用することが望ましい。また、ウエハを酸化するガスが複数あり、相互作用が無視できるような場合は、第３実施形態中の式（５）の変わりに、例えば以下に示す式（２０）を用いて計算を行う。
【０１４３】
【数２０】
この式（２０）において、Ｂi、(Ｂ／Ａ)i、(ＲTox)iは、それぞれウエハを酸化する複数のガスにおけるｉ番目のガスの二次係数と一次係数、そして補正項であり、ａiは定数である。
【０１４５】
また、前述した各ガス（雰囲気）ごとの各係数、および混合ガス用の各係数は、図１０に示すように、様々なモデルパラメータとして、これら各モデルパラメータを保存するモデルパラメータ保存部５５に保存されている。それら各モデルパラメータは、図１１に示す演算ステップに入る前に、前述した第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う図４に示されている酸化膜厚初期化ステップにおいて、実行する酸化処理の種類に適したものが選択されて読み込まれる。また、これら各モデルパラメータは、同じく図１１に示す演算ステップに入る前に、前述した第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う図４に示されているデータ解析ステップにおいて、フィッティングパラメータとして最適化された値に加工されて、モデルパラメータ保存部５５に保存される。
【０１４６】
この第５実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置５１とその酸化膜厚コントローラ５２および半導体装置の製造装置５１の制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、酸化炉内に導入されるガスの種類が複数種類であること、およびそれらのガスが互いに反応する可能性、の２点を考慮しつつ、酸化膜の温度および膜厚を併行して測定して判定することができるので、以下の点で優れている。
【０１４７】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置５１とその酸化膜厚コントローラ５２、および半導体装置の製造装置５１の制御方法によれば、酸化炉内に同時に複数種類のガスが導入される場合、さらにガスが反応して異なるガスが発生する場合についても、酸化炉内に導入されるガスの流量や、あるいは酸化炉の外部の大気圧などから、酸化炉の内部の雰囲気や、各ガスの処理などを決定する手段および方法と、その雰囲気に伴う各種処理を考慮しつつ複数の酸化膜厚を統計的に計算するので、さらに高精度な膜厚制御が可能である。したがって、製造される半導体装置の性能をさらに高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をさらに向上できる。
【０１４８】
（６）第６実施形態
次に、本発明の第６の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１３〜図１７に基づいて説明する。
【０１４９】
この第６実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置６１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置６２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ６２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置６１が具備する酸化膜厚コントローラ６２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ６２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１５０】
本実施形態の半導体装置の製造装置６１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ６２の内部構成が、図１３に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２は、前述した第１実施形態〜第５実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１５１】
この第６実施形態においては、図１７に示すように、複数種類のガスが複数本の配管を通って酸化炉としてのチャンバ７７内に導入される場合の膜厚計算の実行方法、構成、および手段などについて説明する。具体的には、本実施形態においては、４種類のガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ４がチャンバ７７内に導入される設定とする。このような設定状況下において膜厚の計算を行う際に、チャンバ７７内に導入されるＧａｓ１〜Ｇａｓ４の各ガスから構成されるチャンバ７７内の雰囲気を容易に特定できるようにするための、酸化膜厚コントローラ６２における膜厚計算の実行方法、構成、および手段などについて説明する。それとともに、半導体装置の製造装置６１や、この半導体装置の製造装置６１を含む図示しないプラント施設などの改造などに伴う配管の変更や、それら配管の再接続を行った場合に、酸化膜厚コントローラ６２における膜厚計算の実行方法、構成、および手段などの再設定を容易に行うことができるようにするための方法、構成、および手段などについても述べる。
【０１５２】
一般の半導体装置の製造装置においては、酸化炉内に順次、または同時に複数種類のガスを導入する。ところが、従来技術における半導体装置の製造装置は、そのようなガスの配管情報を取り扱う装置が設けられていないため、複数のガスを酸化炉内へ導入する場合、それらの流量や分圧などを高い精度で制御して取り扱うことができない。従来技術の半導体装置の製造装置においては、これに付随して設けられている配管構造が、万が一の非常時においても十分な安全性を確保できるように、例えば図１７に示すように、排気経路が設けられているなど、複雑な構造になっている場合がほとんどである。ところがこのような配管構造になっている場合、複数種類のガスが酸化炉内に導入される場合の膜厚計算を行う際に、酸化炉内に導入されるガスを特定することが極めて困難である。ガスの種類が多数になる場合や、それらのガス同士の間における反応が頻繁に行われる場合には、酸化炉内の雰囲気を構成しているガスを特定することが事実上不可能となる場合もある。
【０１５３】
本実施形態の半導体装置の製造装置６１は、そのような問題を解決し得る構成となっている。以下、この半導体装置の製造装置６１が具備する酸化膜厚コントローラ６２の機能を中心に詳しく説明する。
【０１５４】
まず、この第６実施形態の半導体装置の製造装置６１には、図１７に示すような構成からなる配管設備７１が取り付けられている。この配管設備７１は、４種類のガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ４をチャンバ７７内に導入するための第１〜第４の４本の配管７８ａ〜７８ｄ、これら各配管７８ａ〜７８ｄ上においてチャンバ７７の上流側に設けられており、各配管７８ａ〜７８ｄ内を流れる各ガスの流量を測定するための第１〜第４の４個のガス流量計（ＭＦＣ）７２ａ〜７２ｄ、各配管７８ａ〜７８ｄ上において、ガス流量計７２ａ〜７２ｄを挟んでその上流側と下流側にそれぞれ１個ずつ設けられており、各配管７８ａ〜７８ｄ内を流れる各ガスの流量を調節する上流側電磁弁７３ａ〜７３ｄおよび下流側電磁弁７４ａ〜７４ｄ、第１〜第３の３本の配管７８ａ〜７８ｃの全てからチャンバ７７内へ通じる配管上に設けられており、３種類のガス、Ｇａｓ１〜Ｇａｓ３のチャンバ７７内へ導入される流量を調節する総合電磁弁７５、およびＧａｓ１〜Ｇａｓ４を排気するための排気管７９と、この上に設けられており、排気量を調節する排気用電磁弁７６などから構成されている。
【０１５５】
以上説明した構成からなる配管設備７１を備えた第６実施形態の半導体装置の製造装置６１が具備する酸化膜厚コントローラ６２は、図１３に示すように構成されている。この酸化膜厚コントローラ６２は、図５に示すように構成されている第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２と比べると、前記各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６のそれぞれの通電状態のＯＮまたはＯＦＦなどに関する論理演算を行う配管情報処理部６８と、チャンバ７７内へ導入するガス種とそのガス流量を短時間で把握するために配管情報を簡単化した導入ガス選択情報データ保存部６９とが備えられているとともに、酸化膜厚計算部６６がガス選択情報データを用いてチャンバ７７内に導入されるガス種とガス流量を決定する手段を持つように構成されている点で異なっている。
【０１５６】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２は、図１４に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ６２が行う演算処理は、図４に示すフローチャートに沿って行われる第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う演算処理と比べて、配管情報入力ステップと配管情報処理ステップとが加わっている点で異なっている。それとともに、この酸化膜厚コントローラ６２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、図１５のフローチャートに示すように、酸化膜厚計算ステップがガスの種類とガスの流量とを決定する配管情報処理を含むステップに変更されている点で異なっている。配管情報処理ステップで作成された導入ガス選択情報は、酸化膜厚計算初期化ステップで取り込まれる。また、配管情報処理は、半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げ時（設定時）、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造時（変更時、再設定時）などに行えば良く、通常は簡略化されて保存された導入ガス選択情報を酸化膜厚計算部６６が読み込む処理を行う。また、半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げ時、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造時などにおいて、酸化膜厚計算部６６は配管情報処理部６８が持つ導入ガス情報を直接取り込むように構成されていても良い。それらの設定は、適宜選択して構わない。
【０１５７】
また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２は、図１５に示すフローチャートに沿って、ガスの種類とガスの流量とを決定する配管情報処理を含む酸化膜厚計算ステップの演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ６２が行う酸化膜厚計算ステップの演算処理は、図１１に示すフローチャートに沿って行われる第５実施形態の酸化膜厚コントローラ５２が行う演算処理と比べて、チャンバ７７内に導入される酸化ガスを決定する酸化ガス決定ステップが、酸化ガス分圧計算ステップの前に加わっている点で異なっている。この酸化ガス決定ステップにおいて、チャンバ７７内に導入されるガスの種類とその流量とが、導入ガス決定情報を用いて決定（特定）される。
【０１５８】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ６２に設けられている配管情報処理部６８は、図１６に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。
【０１５９】
まず、配管要素情報読み取りステップにおいては、図示しないガス元、前記各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６、同じく前記各ガス流量計（ＭＦＣ）７２ａ〜７２ｄ、酸化炉（チャンバ）７７などの構成要素の接続状態を表す配管データを読み込む。この接続データは、具体的には、例えば図示しない回路シミュレータへ入力する素子接続データなどと同様に、前記各配管７８ａ〜７８ｄ，７９をノードとして表し、ガス元や、各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６などは、それら各配管７８ａ〜７８ｄ，７９に接続された要素として取り扱う設定として構わない。この場合、配管データは、図示しない入出力用の端末、その情報が保存されたファイルなどのデータを保存する図示しない保存装置、ＬＡＮで接続された図示しない入出力端末、あるいはＬＡＮで接続された図示しないデータの保存装置などのうちの少なくとも１つからデータを読み込む設定としておけばよい。
【０１６０】
次に、入力データチェックステップにおいては、入力されたデータが論理的に正しいか否か、あるいは正しい入力フォーマットか否かをチェックする。このステップは、入力データに誤りが無いことが保証されている場合は、省略しても差し支えない。
【０１６１】
その後、入力された配管情報に、実際に酸化処理に拘っていない余分な配管、すなわちリダンダントな配管（要素）が入っているか否かを判断し、入っていない場合には、そのまま次の論理情報の作成ステップへ進む。また、リダンダントな配管（要素）が入っている場合には、それらを取り除く処理を行う、リダンダントな要素の削除ステップ、へ進む。ここでリダンダントな要素とは、具体的には、チャンバ７７内にガスを導入するにあたって、無関係な要素、つまり無関係な配管のことを指す。
【０１６２】
論理情報の作成ステップにおいては、ノードとしての各配管７８ａ〜７８ｄ，７９、要素としてのガス元、および各電磁弁７３ａ〜７３ｄ，７４ａ〜７４ｄ，７５，７６などのデータから、論理データあるいは論理式を作成する。この作成された、論理データあるいは論理式は、図１５に示したフローチャートのガスの種類およびガスの流量を決定する配管情報処理を含む酸化膜厚計算ステップにおける処理が高速化されるように、次の論理情報の簡略化ステップにおいて簡単化が行われる。そして最後の論理情報の保存ステップにおいて、それら簡略化された論理データあるいは論理式としての論理情報が、図１３に示されている導入ガス選択情報データ保存部６９に保存される。
【０１６３】
簡略化された論理情報が、配管要素情報読み取りステップで直接入力される場合には、論理情報の保存ステップで簡略化された論理情報を、導入ガス選択情報データ保存部６９に直接保存しても良い。また、論理情報作成ステップで作成されるデータが、配管要素情報読み取りステップで直接入力される場合には、前記リダンダントな要素の処理に関するステップと、論理情報の作成ステップとは省略しても差し支えない。
【０１６４】
この第６実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置６１とその酸化膜厚コントローラ６２および半導体装置の製造装置６１の制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、複数のガスが複雑な配管設備７１で酸化炉７７内に導入される場合を考慮して、その様々な設定に対応できることを前提に構成されている酸化膜厚コントローラ６２を具備しているので、以下の点で優れている。
【０１６５】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置６１とその酸化膜厚コントローラ６２および半導体装置の製造装置５１の制御方法によれば、前述した第５実施形態が有する効果に加えて、さらに酸化炉７７内に導入されるガスを容易に特定したり、酸化炉７７内の雰囲気も容易に特定したりすることができる。したがって、製造される半導体装置の性能をさらに高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をさらに向上できる。
【０１６６】
また、半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げ時、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造時などにおいても、酸化膜厚コントローラ６２、ひいてはこの半導体装置の製造装置６１を取り替えたりすること無く、導入ガス選択情報データ保存部６９に保存されている導入ガス選択情報データの中から適正なデータを選び出し、これに適する前述した演算処理を行うだけで、十分に対応できる。さらに、そのような半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の立ち上げや、あるいは半導体装置の製造装置６１および配管設備７１の改造などが行われた際には、それらの新しい情報を、新たな導入ガス選択情報データとして取り込んで、導入ガス選択情報データ保存部６９に保存することも容易にできる。
【０１６７】
（７）第７実施形態
次に、本発明の第７の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図１８〜図２０に基づいて説明する。
【０１６８】
この第７実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置８１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置８２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ８２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置８１が具備する酸化膜厚コントローラ８２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ８２における情報処理の流れが、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１６９】
本実施形態の半導体装置の製造装置８１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ８２の内部構成が、図１８に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ８２は、前述した第１実施形態〜第６実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２，６２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１７０】
この第７実施形態においては、ガスの流量変化を伴う複数種類のガスを取り扱う場合や、複数位置の温度を取り扱う場合において、複数回の酸化処理において発生する計算上の酸化膜の膜厚と、実際に形成される酸化膜の膜厚との膜厚の差の乖離傾向、すなわち膜厚のドリフトに対して高精度な制御を行うための構成について説明する。
【０１７１】
一般の半導体装置の製造装置においては、酸化炉の内部および外部情報を、実際に測定しつつ順次取り込んで、解析するような、いわゆるリアルタイムで酸化炉の内部および外部情報をデータ解析して利用できる装置が設けられていない。これにより、酸化炉の内外において発生する外乱や、前記第６実施形態において説明した配管の設定の変更、あるいは複数種類のガスの組み合わせなどに迅速に適応して、半導体装置の製造装置を高精度に制御することが事実上、殆ど不可能であった。
【０１７２】
本実施形態の半導体装置の製造装置８１は、そのような問題を解決し得る構成となっている。以下、この半導体装置の製造装置８１が具備する酸化膜厚コントローラ８２の機能を中心に詳しく説明する。
【０１７３】
この第７実施形態の酸化膜厚コントローラ８２は、図１８に示すように構成されている。この酸化膜厚コントローラ８２は、図５に示すように構成されている第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２と比べて、図示しないモニタがモニタリングした酸化炉内外の情報を、モニタリングした時刻とともに時系列情報（データ）として保存する機能を酸化膜厚計算部８６が有しているとともに、それら時系列情報（データ）を取り込む機能をデータ解析部８５が有している点で異なっている。それら時系列情報（データ）は、モニタリングされた時刻、酸化炉内の内部情報、酸化炉外の外部情報、計算定数、酸化膜厚の計算値、および所定のモデルパラメータセットなどを含むように構成されており、１回の酸化毎に各時刻の前記各情報が全てまとめて保存されるように設定されている。
【０１７４】
本実施形態の酸化膜厚コントローラ８２は、図１９に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚コントローラ８２が行う演算処理は、図４に示すフローチャートに沿って行われる第２実施形態の酸化膜厚コントローラ１３が行う演算処理と比べて、データ解析部８５で時系列データを取り込むように設定されている点で異なっている。同様に、この酸化膜厚コントローラ８２が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２が行う演算処理と比べて、データ解析部８５で時系列データを取り込むように設定されている点で異なっている。
【０１７５】
また、酸化膜厚コントローラ８２に設けられている酸化膜厚計算部８６は、図２０に示すフローチャートに沿って演算処理を行う。この酸化膜厚計算部８６が行う演算処理は、図６に示すフローチャートに沿って行われる第３実施形態の酸化膜厚コントローラ３２に設けられている酸化膜厚計算部８６が行う演算処理と比べて、膜厚が規定値に達したかを判断するステップの後、かつストップ信号を出すステップの前に、図示しないＬＡＮ上のコンピュータに時系列情報を出力するステップが加わっている点である。この時系列情報を出力するステップは、膜厚が規定値に達したか判断するステップの前に置き、酸化炉内外の情報をモニタリングしつつ、酸化膜厚計算を行う毎に時系列情報保存部８８に保存するようにしても構わない。これは、酸化炉内外の情報をモニタリングして酸化膜厚計算し、終了判定を行うまでに要する所用時間を予め勘案して取捨選択すればよい。
【０１７６】
この第７実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置８１とその酸化膜厚コントローラ８２および半導体装置の製造装置８１の制御方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、様々な情報を含んだ時系列情報（データ）が、１回の酸化毎に各時刻の前記各情報が全てまとめて保存されるので、以下の点で優れている。
【０１７７】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置８１とその酸化膜厚コントローラ８２および半導体装置の製造装置８１の制御方法によれば、モニタリングされた時刻、酸化炉内の内部情報、酸化炉外の外部情報、計算定数、酸化膜厚の計算値、および所定のモデルパラメータセットなどを含むように構成された時系列情報（データ）を、酸化膜厚計算部８５が１回の酸化毎に全てまとめて保存するとともに、それら保存された時系列情報（データ）を、データ解析部８５において利用できるように構成されている。このため、第５実施形態の効果に加えて、ガスの流量変化を伴う複数種類のガスを取り扱う場合や、複数位置の温度を取り扱う場合に、それらを逐次詳細に解析することが可能となり、高精度なパラメータフィッティングを行うことができる。このため、複数回の製造において発生する膜厚のドリフトに対して高精度な制御を行うことが可能となる。したがって、製造される半導体装置の性能をさらに高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率をさらに向上できる。
【０１７８】
（８）第８実施形態
次に、本発明の第８の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図２１〜図２４に基づいて説明する。
【０１７９】
この第８実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置９２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ９２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置９１が具備する酸化膜厚コントローラ９２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ９２における情報処理の流れ、ならびに酸化膜厚コントローラ９２に半導体装置の製造装置の製造工程のシミュレーション装置９８が接続されている点が、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れなどと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１８０】
本実施形態の半導体装置の製造装置９１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ９２の内部構成が、図２１に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ９２は、前述した第１実施形態〜第７実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２，６２，８２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１８１】
一般に、半導体装置の設計段階においては、品質の評価や構造の解析および予測のために、半導体装置の不純物分布や形状、電気特性、さらには回路の作動状態などまでコンピュータによる模擬実験を行うシミュレーションが行われている。半導体装置の微細化が進むにつれ、前述した第１〜第７の各実施形態の半導体装置の製造装置１，１１，３１，４１，５１，６１，８１の高精度な制御と同様に、前記シミュレーションにおいても、従来に比べて遥かに高いシミュレーション精度が要求されている。例えば特開平８−５５１４５号公報に示される従来技術では、酸化膜厚を高精度にシミュレーションするために、実測値とシミュレーション値が一致するまで酸化速度を変更する方法が示されている。
【０１８２】
しかしながら、前述したような外乱を含むリアルタイムの酸化炉内外の情報や、ガス切り替え、あるいは昇降温などのプロセスシークエンスは考慮されていない。従って、非常に限られた条件におけるシミュレーションは高精度化されても、実際の半導体装置の製造装置が取り扱う広範囲のシミュレーションを高精度化することは、実質的に殆ど不可能である。
【０１８３】
本実施形態の半導体装置の製造装置９１は、そのような問題を解決し得る構成となっている。以下、この半導体装置の製造装置９１が具備する酸化膜厚コントローラ９２、およびこの酸化膜厚コントローラ９２に接続されている半導体装置の製造装置の製造工程のシミュレーション装置９８の機能を中心に詳しく説明する。
【０１８４】
前述した前述した第１〜第７の各実施形態においては、本発明に係る半導体装置の製造装置とその制御方法および半導体装置の製造方法について述べた。この第８実施形態においては、前述した各種（複数）のフィッティングパラメータを取り込む機能、複数のフィッティングパラメータを選択する機能、およびパラメータを変換する機能を含む半導体装置の製造工程のシミュレーション装置としてのプロセスシミュレータ制御部９８について説明する。本第８実施形態においては、プロセスシミュレータ制御部９８が行うシミュレーションとして、酸化工程のシミュレーションを取り上げるが、このプロセスシミュレータ制御部９８がシミュレーション可能な製造工程は、不純物の拡散長の制御、ＣＶＤによる薄膜堆積膜厚、窒化量、ＢＰＳＧ膜などのメルト量、ＣＶＤ酸化膜などのデンシファイ量、シリサイド膜厚など、熱化学反応を利用したすべての工程に応用できるのはもちろんである。ただし、それらの記述は省略する。
【０１８５】
この第８実施形態の半導体装置の製造装置９１が備える酸化膜厚コントローラ９２と、半導体装置の製造工程のシミュレーション装置（プロセスシミュレータ制御部）９８との構成は、図２１に示す用に設定されている。プロセスシミュレータ制御部９８と酸化膜厚コントローラ９２とは、ＬＡＮで結ばれており、プロセスシミュレータ制御部９８は、酸化膜厚コントローラ９２が備えているデータ解析部９５が保存したモデルパラメータを取り込む機能を有している。また、酸化膜厚コントローラ９２の酸化膜厚計算部９６の酸化モデルと、プロセスシミュレータ制御部９８が有する酸化モデルとは、互換性を有する設定および構成とされている。
【０１８６】
酸化膜厚コントローラ９２の機能とプロセスシミュレータ制御部９８の機能とは、具体的には図２２示すように関連づけられて設定および構成されている。酸化膜厚コントローラ９２は、コントローラ側データ送受信部９２ａを備えているとともに、プロセスシミュレータ制御部９８は、シミュレータ側データ送受信部９８ａおよび酸化シミュレーション部９８ｂを備えている。プロセスシミュレータ制御部９８は、必要に応じて酸化膜厚コントローラ９２のコントローラ側データ送受信部９２ａに向けて、ＬＡＮを介してリクエストを送信する。酸化膜厚コントローラ９２は、そのリクエストに適したモデルパラメータセットを、プロセスシミュレータ制御部９８のシミュレータ側データ送受信部９８ａに向けて、ＬＡＮを介して送信する。プロセスシミュレータ制御部９８のシミュレータ側データ送受信部９８ａは、酸化膜厚コントローラ９２から送られてきたモデルパラメータセットを受け取り、そのパラメータを必要としている酸化シミュレーション部９８ｂへ渡し、そこで所定のシミュレーションを実行させる。
【０１８７】
プロセスシミュレータ制御部９８の他の構成を、図２３に示す。このプロセスシミュレータ制御部９８は、受信した１セットないし複数セットのモデルパラメータセットを保存する機能を有し、そのモデルパラメータセットは、フィッティングされた際に、その時間順序に従って時系列的に保存される。また、プロセスシミュレータ制御部９８は、複数セットのモデルパラメータセットから所望する１セットを選択して取り出す機能を有するパラメータセット選択部９８ｃを備えており、ここで選択されたモデルパラメータセットをプロセスシミュレータ制御部９８内の酸化シミュレーション部９８ｂへ送り、酸化シミュレーションを実行する。モデルパラメータセットの識別方法としては、例えばフィッティングされた日時や装置名を含む名前などを用いればよいが、基本的に各モデルパラメータセット間の違いを判別できさえすれば良いので、重複しない限り任意の名前を用いることができる。
【０１８８】
なお、このプロセスシミュレータ制御部９８と酸化膜厚コントローラ９２とは、プロセスシミュレータ制御部９８から酸化膜厚コントローラ９２へリクエストを送信しなくても、酸化膜厚コントローラ９２が新しくモデルパラメータセットをフィッティングした時点で、新しいモデルパラメータセットを酸化膜厚コントローラ９２がプロセスシミュレータ制御部９８に向けて自動的に送信し、それをプロセスシミュレータ制御部９８が受信して保存する機能を有するように設定しても構わない。
【０１８９】
プロセスシミュレータ制御部９８の、さらに他の構成を、図２４に示す。このプロセスシミュレータ制御部９８は、図示しない酸化膜厚コントローラに内蔵されている酸化モデルのモデルパラメータセットを、それらよりも情報量が多い（互換性が低い）酸化モデルのモデルパラメータセットへ変換する機能を有するパラメータ変換部９８ｄを備えた構成とされている。酸化膜厚コントローラに内蔵されている酸化モデルよりも情報量が多い（互換性が低い）酸化モデルとは、酸化膜厚コントローラに内蔵されている酸化モデルよりも高度な数値計算を行うことができる情報量を有している酸化モデルのことであり、酸化膜厚コントローラが内蔵する酸化モデルが扱う現象を包含しているモデルを指す。また、酸化膜厚コントローラが内蔵する酸化モデルよりも高度な数値計算を行うモデルにおいて用いるモデルパラメータセットには、パラメータ変換部９８ｄにおいて変換されたモデルパラメータセット以外のパラメータを用いても良い。
【０１９０】
この第８実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１とその酸化膜厚コントローラ９２および半導体装置の製造装置９１の制御方法は、酸化膜厚コントローラ９２にプロセスシミュレータ制御部９８が接続されている点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、プロセスシミュレータ制御部９８備えているので、以下の点で優れている。
【０１９１】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１とその酸化膜厚コントローラ９２および半導体装置の製造装置９１の制御方法によれば、酸化膜厚コントローラ９２にプロセスシミュレータ制御部９８が接続されているので、半導体装置の製造装置９１の制御に用いる高精度なモデルパラメータセットを用いることができ、高精度な酸化膜厚計算が可能となり、その結果、半導体装置の製造装置９１の高精度な特性予測も可能となる。特に、そのモデルパラメータセットは、前記第７実施形態に述べたように、複数回の製造において発生する膜厚のドリフトに追従した高精度なモデルパラメータセットを利用することができるので、図示しない酸化炉の最新の状態を勘案した高精度のシミュレーションが可能となる。
【０１９２】
また、本第８実施形態のプロセスシミュレータ制御部９８において、複数のモデルパラメータセットを選択する機能を有するパラメータセット選択部９８ｃを備えた構成とすることにより、図示しない半導体装置を試作した時点における酸化炉の最新の状態を勘案したシミュレーションが可能であるので、試作した半導体装置のより高精度な解析が可能となる。特に、酸化膜厚コントローラ９２が有する時系列情報もプロセスシミュレータ制御部９８へ転送するような構成とした場合、さらに高精度な解析が可能となる。
【０１９３】
さらに、本第８実施形態のプロセスシミュレータ制御部９８において、モデルパラメータセットを変換する機能を有するパラメータ変換部９８ｄを備えた構成とすることにより、酸化膜厚コントローラ９２に内蔵されている酸化モデルと、その酸化モデルよりも高度な数値計算に用いることができるモデルパラメータセットとが互いに関連しているモデルパラメータセットを高精度化できるので、極めて高度な数値計算を行うモデルのシミュレーション精度もより向上させることができる。
【０１９４】
したがって、本第８実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置９１とその酸化膜厚コントローラ９２および半導体装置の製造装置９１の制御方法によれば、プロセスシミュレータ制御部９８が接続されていることにより、製造される半導体装置の性能を極めて高い水準に維持しつつ、歩留まりを向上させて生産効率を極めて向上できる。
【０１９５】
（９）第９実施形態
次に、本発明の第９の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置とその制御装置および制御方法を、図２５〜図２７に基づいて説明する。
【０１９６】
この第９実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１０１（本実施形態においては、その一部のみを図示する。）と、その制御装置１０２（本実施形態においては、その一部である酸化膜厚コントローラ１０２のみを図示する。）および制御方法は、主にこの半導体装置の製造装置５１が具備する酸化膜厚コントローラ５２の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ５２における情報処理の流れ、ならびに酸化膜厚コントローラ１０２に外部データ保存部１０８が接続されている点が、前述した第１実施形態の半導体装置の製造装置１が具備している制御装置５を構成している酸化膜厚コントローラ３の内部構成、およびこの酸化膜厚コントローラ３における情報処理の流れなどと異なっており、その他の構成、作用、および効果は、本発明の主旨上、略同様である。よって、その主に異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１９７】
本実施形態の半導体装置の製造装置１０１は、これが備える制御装置を構成している酸化膜厚コントローラ１０２の内部構成が、図２５に示すような構成となっている。また、本実施形態の酸化膜厚コントローラ１０２は、前述した第１実施形態〜第８実施形態の酸化膜厚コントローラ３，１３，３２，４２，５２，６２，８２，９２と同様に、図示しない酸化炉コントローラとは別体に構成されているものとするが、酸化炉コントローラの内部に、その機能の一部として一体に構成されていても構わない。
【０１９８】
前記第８実施形態においては、フィッティングされたパラメータと時系列情報との少なくとも１つから構成される、酸化膜厚コントローラ９２内に格納された情報をモデルパラメータセットとして取り込む機能を有する半導体装置の製造工程のシミュレーション装置（プロセスシミュレータ制御部）９８について説明した。そのようなモデルパラメータセットは、図２５に示すように、フィッティングされたパラメータと時系列情報との少なくとも１つを、酸化膜厚コントローラ１０２の外部において、これに接続されている外部データ保存部１０８に保存するように構成しても良い。
【０１９９】
この場合、例えば図２６に示すように、酸化膜厚コントローラ１０２と外部データ保存部１０８との間のデータ送受信は、前記第８実施形態の酸化膜厚コントローラ９２とプロセスシミュレータ制御部９８との間のデータ送受信と同様に、コントローラ側データ送受信部１０２ａと保存部側第１データ送受信部１０８ａとを介した構成であっても良い。また、同図２６に示すように、外部データ保存部１０８に保存された酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を、ＬＡＮで接続された図示しない他の装置などからのリクエストなどに答える形で、あるいは予め定められた条件により自動で、保存部側第２データ送受信部１０８ｂを介して、それら外部の装置へ送信する機能を有するように構成しても構わない。
【０２００】
また、図２７に示すように、外部データ保存部１０８は、複数の酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を保存し、必要に応じてあるいは外部からのリクエストに応じてその情報を選択し、外部へ送信するように構成しても良い。
【０２０１】
この第９実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１０１とその酸化膜厚コントローラ１０２および半導体装置の製造装置１０１の制御方法は、酸化膜厚コントローラ１０２に外部データ保存部１０８が接続されている点以外は、第１実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１とその制御装置５（酸化炉コントローラ２，酸化膜厚コントローラ３）および制御方法と略同じであり、本発明の課題を解決できるのはもちろんであるが、前述したように、外部データ保存部１０８を備えているので、以下の点で優れている。
【０２０２】
本実施形態の半導体装置の製造方法、ならびに半導体装置の製造装置１０１とその酸化膜厚コントローラ１０２および半導体装置の製造装置１０１の制御方法によれば、酸化膜厚コントローラ１０２に外部データ保存部１０８が接続されているので、酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を必要とする装置が、必要な時点において必要な情報だけを取り出して（受け取って）利用可能となる。なお、酸化膜厚コントローラ１０２から酸化膜厚コントローラ１０２内の情報を必要とする装置間で、直接に情報の送受信を行っても良い。したがって、本実施形態の半導体装置の製造装置１０１を含めた、図示しない半導体製造プラント施設全体の生産効率を向上できる。
【０２０３】
なお、本発明に係る半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造装置の制御方法、半導体装置の製造装置の制御装置、半導体製造工程のシミュレーション方法、ならびに半導体製造工程のシミュレーション装置は、前記第１〜第９の実施の形態には制約されない。本発明が解決しようとする課題の主旨を逸脱しない範囲内において、種々様々に設定することができる。例えば、本第５実施形態では前記第４実施形態に対する差異について述べたが、ウエハ温度を直接モニタリングする手段を装置が有する場合などを扱う第３実施形態にも適用可能であり、その場合は第４実施形態で加えた機能およびステップを無くせば良い。また、ガス分圧と複数の位置の温度が独立の場合は、ガス分圧計算ステップと複数の位置の温度計算ステップは交換可能であり、それらに関係がある場合は同時に処理を行っても良い。
【０２０４】
また、第７実施形態において、前述したデータ解析部８５は、過去から現在までの時系列情報から傾向（トレンド）を抽出し、将来の状態を予測したパラメータを抽出する機能を有していても良い。
【０２０５】
また、第８実施形態に係るプロセスシミュレータ制御部９８では、半導体装置の試作前の特性予測において、半導体装置のドリフトが発生して新しいモデルパラメータセットが生成される際よりも後に半導体装置の製造装置９１を試作する場合に、どのモデルパラメータセットを用いれば良いかが問題となる。このような場合、例えば酸化膜厚コントローラ９２に内蔵されているデータ解析部９５をプロセスシミュレータ制御部９８にも内蔵させるなどして、過去のデータに対して平均的に合うモデルパラメータセット、あるいは装置の酸化処理情報に対してフィッティングされたモデルパラメータセットでシミュレーションを行っても良い。また、過去のモデルパラメータセットの変化の傾向（トレンド）から、半導体装置を試作する際のモデルパラメータを予測する機能で求めたモデルパラメータセットでシミュレーションを行っても良い。
【０２０６】
さらに、第８実施形態では、酸化膜厚コントローラ９２のモデルパラメータセットをプロセスシミュレータ制御部９８へ転送しているが、その変わりに酸化膜厚コントローラ９２がもつ時系列情報を転送するように構成しても良く、モデルパラメータセットと時系列データの両方を転送するように構成しても良い。
【０２０７】
【発明の効果】
本発明によれば、熱化学反応を利用する半導体製造プロセスにおいて、雰囲気の状態に拘らず適正な状態で半導体製造プロセスを遂行できる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造装置の主要構成部を簡略して示すブロック図。
【図２】図１の半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造装置の主要構成部を簡略して示すブロック図。
【図４】図３の半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の手順を示すフローチャート。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図６】図５の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図７】図５の酸化膜厚コントローラによって均一化されるウエハごとの膜厚の分布を示すグラフ。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図９】図８の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成およびこのコントローラに接続されるモデルパラメータの内部構造を簡略化して示すブロック図。
【図１１】図１０の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図１２】図１０の酸化膜厚コントローラを用いて制御される酸化炉内の雰囲気を構成する複数種類のガスの導入プロセスのシークエンスを示すグラフ。
【図１３】本発明の第６の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図１４】図１３の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの制御の主要部分の手順を示すフローチャート。
【図１５】図１４のフローチャートの酸化膜厚計算部が行う計算の手順を示すフローチャート。
【図１６】図１４のフローチャートの配管要素情報入力および配管情報処理の計算の手順を示すフローチャート。
【図１７】図１４の酸化膜厚コントローラが制御する半導体装置の製造装置の酸化炉に接続されている配管状態を簡略化して示すブロック図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成を簡略化して示すブロック図。
【図１９】図１８の酸化膜厚コントローラが行う酸化プロセスの主要部分の制御の手順を示すフローチャート。
【図２０】図１９のフローチャートの時系列情報の計算の手順を示すフローチャート。
【図２１】本発明の第８の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成およびこのコントローラに接続されるプロセスシミュレータ制御部を簡略化して示すブロック図。
【図２２】図２１の酸化膜厚コントローラとプロセスシミュレータ制御部との間のデータの送受信の一つの構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２３】図２１の酸化膜厚コントローラとプロセスシミュレータ制御部との間のデータの送受信の他の構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２４】図２１の酸化膜厚コントローラとプロセスシミュレータ制御部との間のデータの送受信のさらに他の構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係る半導体装置の製造装置が具備する酸化膜厚コントローラの内部の主要構成およびこのコントローラに接続される外部データ保存部を簡略化して示すブロック図。
【図２６】図２５の酸化膜厚コントローラと外部データ保存部との間のデータの送受信の一つの構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２７】図２５の酸化膜厚コントローラと外部データ保存部との間のデータの送受信の他の構成例を簡略化して示すブロック図。
【図２８】従来の技術に係る半導体装置の製造装置およびその制御装置が行う酸化プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１,１１，３１，４１，５１，６１，８１，９１，１０１…半導体装置の製造装置
２，１２…酸化炉コントローラ（プロセス処理部制御装置）
３，１３，３２，４２，５２，６２，８２，９２，１０２…酸化膜厚コントローラ（プロセス制御装置）
４，１４，７７…酸化炉（プロセス処理部、チャンバ）
５…半導体装置の製造装置の制御装置
６，２２，３３，４３，５３，６６，８６，９６，１０６…酸化膜厚計算部（プロセス数値情報処理部）
７，２３，３４，４４，５４，６７，８７，９７，１０７…計算膜厚判定部（プロセス状態判定部）
１５…外部センサ
１６…膜厚モニタ
１７…システム管理コンピュータ（上位のコンピュータ、ＬＡＮ上のコンピュータ）
１８…内部センサ
１９，６３，８３，９３，１０３…Ａ／Ｄコンバータ（データ変換部）
２０，６４，８４，９４，１０４…計算定数ファイル
２１，６５，８５，９５，１０５…データ解析部
３３ａ，４３ｂ，５３ｃ…マルチ酸化膜厚計算部（複数の酸化膜厚計算部）
３４ａ，４４ａ，５４ａ…膜厚統計処理部
３４ｂ，４４ｂ，５４ｂ…終了判定部
４３ａ，５３ａ…マルチ温度計算部（複数の位置の温度計算部）
５３ｂ…酸化ガス分圧計算部
５５…モデルパラメータ保存部（フィッティングパラメータ保存部）
６８…配管情報処理部
７１…配管設備
６９…導入ガス選択情報データ保存部
８８…時系列情報保存部
９２ａ，１０２ａ…コントローラ側データ送受信部
９８…プロセスシミュレータ制御部（半導体装置の製造工程のシミュレーション装置）
９８ａ…シミュレータ側データ送受信部
９８ｂ…酸化シミュレーション部
９８ｃ…パラメータセット選択部
９８ｄ…パラメータ変換部
１０８…外部データ保存部
１０８ａ…保存部側第１データ送受信部
１０８ｂ…保存部側第２データ送受信部
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- 熱化学反応を利用する所定の半導体装置の製造プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記半導体装置の製造プロセスを開始するとともに、前記半導体装置の製造プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定値に達した時点で前記半導体装置の製造プロセスを停止させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 熱化学反応を利用する所定の成膜プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記成膜プロセスを開始するとともに、前記成膜プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の膜厚値に達した時点で前記成膜プロセスを停止させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 熱化学反応を利用する所定の不純物拡散プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記不純物拡散プロセスを開始するとともに、前記不純物拡散プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の拡散長値に達した時点で前記不純物拡散プロセスを停止させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 熱化学反応を利用する所定の半導体装置の製造プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記半導体装置の製造プロセスを開始するとともに、前記半導体装置の製造プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定値に達した時点で前記半導体装置の製造プロセスを停止させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 熱化学反応を利用する所定の成膜プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記成膜プロセスを開始するとともに、前記成膜プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の膜厚値に達した時点で前記成膜プロセスを停止させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 熱化学反応を利用する所定の不純物拡散プロセスを行う際に、予め設定されたプロセス実行初期設定に基づいて前記不純物拡散プロセスを開始するとともに、前記不純物拡散プロセスが行われる製造装置におけるガスの流量および温度の少なくとも一方を複数の箇所において所定の時間間隔で測定し、この測定値に基づいて解析した解析値が所定の拡散長値に達した時点で前記不純物拡散プロセスを停止させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記測定および解析をリアルタイムで行うことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記製造方法が行われる前記製造装置における前記ガスの流量および前記温度の少なくとも一方の測定および解析を行う際に、さらに前記製造装置外の温度、湿度、および大気圧のうちの少なくとも１つを併せて測定して用いることにより解析することを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記製造方法が行われる前記製造装置における前記ガスの流量および前記温度の少なく とも一方を測定および解析するとともに、前記測定および前記解析の結果を時系列的に保存することを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定値、前記所定の膜厚値、および前記所定の拡散長値は、規定の所望値または当該所望値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記製造方法が行われる前記製造装置における前記ガスの流量および前記温度の少なくとも一方の測定値を、前記製造装置を制御するコントローラを経由して得ることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記製造方法が行われる前記製造装置内に設けられた複数枚のウエハ上に前記半導体装置の製造プロセスまたは前記成膜プロセスにより設けられる膜の厚さを解析することを特徴とする請求項１、２、４、および５のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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