JP2002343726A - 熱処理装置及び成膜方法 - Google Patents
熱処理装置及び成膜方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 膜厚の再現性を大幅に向上させることが可能
な熱処理装置を提供する。 【解決手段】 処理枚数が増加するに従って処理容器４
内の状態が変化するような処理容器内で所定の制御対象
パラメータの目標値を維持しつつ前記被処理体に成膜処
理を施すようにした熱処理装置において、前記処理容器
内の状態変化に対応するモデル関数を予め記憶すると共
に、設定パラメータの設定値に基づいて前記制御対象パ
ラメータの目標値を算出するプロセス条件補償手段２６
を備える。これにより、被処理体を１枚処理する毎に制
御することによって、膜厚の再現性を大幅に向上させ
る。
な熱処理装置を提供する。 【解決手段】 処理枚数が増加するに従って処理容器４
内の状態が変化するような処理容器内で所定の制御対象
パラメータの目標値を維持しつつ前記被処理体に成膜処
理を施すようにした熱処理装置において、前記処理容器
内の状態変化に対応するモデル関数を予め記憶すると共
に、設定パラメータの設定値に基づいて前記制御対象パ
ラメータの目標値を算出するプロセス条件補償手段２６
を備える。これにより、被処理体を１枚処理する毎に制
御することによって、膜厚の再現性を大幅に向上させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体に成膜を施す熱処理装置及び成膜方法に関す
る。
被処理体に成膜を施す熱処理装置及び成膜方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
にはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成
膜処理、エッチング処理、酸化処理等の各種の処理が行
われる。中でも、半導体ウエハに対して一枚ずつ成膜処
理を行う枚葉式の熱処理装置にあっては、１枚ずつ連続
して成膜される各半導体ウエハ表面の膜厚を所望の厚さ
に均一化させること、すなわち再現性を高く維持するこ
とは、製品の歩留りの向上及び電気的特性の安定化の上
から非常に重要である。例えば従来の枚葉式の熱処理装
置にあっては、処理容器内のサセプタ上に半導体ウエハ
を載置してこれを加熱ヒータで所定の温度に昇温維持
し、これと同時に必要な成膜ガス等を所定の流量で供給
すると共に処理容器内の雰囲気を真空引きして所定の圧
力に維持し、この状態で所定の時間だけ成膜処理をする
ことになる。この成膜処理時には、当然のこととして、
プロセス温度、プロセス圧力、ガスの流量等がフィード
バック制御されて安定的に維持、或いは供給されること
になる。
にはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成
膜処理、エッチング処理、酸化処理等の各種の処理が行
われる。中でも、半導体ウエハに対して一枚ずつ成膜処
理を行う枚葉式の熱処理装置にあっては、１枚ずつ連続
して成膜される各半導体ウエハ表面の膜厚を所望の厚さ
に均一化させること、すなわち再現性を高く維持するこ
とは、製品の歩留りの向上及び電気的特性の安定化の上
から非常に重要である。例えば従来の枚葉式の熱処理装
置にあっては、処理容器内のサセプタ上に半導体ウエハ
を載置してこれを加熱ヒータで所定の温度に昇温維持
し、これと同時に必要な成膜ガス等を所定の流量で供給
すると共に処理容器内の雰囲気を真空引きして所定の圧
力に維持し、この状態で所定の時間だけ成膜処理をする
ことになる。この成膜処理時には、当然のこととして、
プロセス温度、プロセス圧力、ガスの流量等がフィード
バック制御されて安定的に維持、或いは供給されること
になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、成膜処理が
進んでウエハの処理枚数が多くなるに従って、処理容器
内の壁面や必要なガスを供給するシャワーヘッドの表
面、或いはサセプタの表面等には非常に少しずつである
が不要な堆積膜等が付着し、これがために処理容器内の
反射率や形態係数等の状態が少しずつ変化することは避
けられない。このため、同じプロセス条件で制御してい
るにもかかわらず、例えば同じプロセス温度、同じガス
流量、或いは同じプロセス圧力で制御しているにもかか
わらず、ウエハを１枚処理する毎に僅かずつではあるが
膜厚が少しずつ変化し、例えば減少してしまって膜厚の
再現性が劣化する、といった問題があった。
進んでウエハの処理枚数が多くなるに従って、処理容器
内の壁面や必要なガスを供給するシャワーヘッドの表
面、或いはサセプタの表面等には非常に少しずつである
が不要な堆積膜等が付着し、これがために処理容器内の
反射率や形態係数等の状態が少しずつ変化することは避
けられない。このため、同じプロセス条件で制御してい
るにもかかわらず、例えば同じプロセス温度、同じガス
流量、或いは同じプロセス圧力で制御しているにもかか
わらず、ウエハを１枚処理する毎に僅かずつではあるが
膜厚が少しずつ変化し、例えば減少してしまって膜厚の
再現性が劣化する、といった問題があった。
【０００４】上記処理容器内は、不要な堆積膜がある程
度の厚さにつくまで、定期的に、或いは不定期的にクリ
ーニングされて不要な堆積膜は除去されるが、上記した
ような膜厚の変動は処理容器内をクリーニングする毎
に、或いは１バッチ例えば２５枚の枚数の半導体ウエハ
を処理する毎に周期的に変化する、といった問題があっ
た。上記問題点を解決するために、１枚、或いは数枚の
ウエハを成膜処理する毎にクリーニング処理を実行する
ことも考えられるが、この場合にはクリーニング回数が
過度に多くなって、スループットを大幅に低下させるの
で、現実的できない。特に、半導体集積回路の設計ルー
ルがより厳しくなって、更なる細線化及び薄膜化が要請
される今日においては、上記したような問題点の早期解
決が強く望まれている。本発明は、以上のような問題点
に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであ
る。本発明の目的は、堆積膜の膜厚に影響を与えるプロ
セス条件を、予め求めたモデル関数に基づいて被処理体
を１枚処理する毎に制御することによって、膜厚の再現
性を大幅に向上させることが可能な熱処理装置及び成膜
方法を提供することにある。
度の厚さにつくまで、定期的に、或いは不定期的にクリ
ーニングされて不要な堆積膜は除去されるが、上記した
ような膜厚の変動は処理容器内をクリーニングする毎
に、或いは１バッチ例えば２５枚の枚数の半導体ウエハ
を処理する毎に周期的に変化する、といった問題があっ
た。上記問題点を解決するために、１枚、或いは数枚の
ウエハを成膜処理する毎にクリーニング処理を実行する
ことも考えられるが、この場合にはクリーニング回数が
過度に多くなって、スループットを大幅に低下させるの
で、現実的できない。特に、半導体集積回路の設計ルー
ルがより厳しくなって、更なる細線化及び薄膜化が要請
される今日においては、上記したような問題点の早期解
決が強く望まれている。本発明は、以上のような問題点
に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであ
る。本発明の目的は、堆積膜の膜厚に影響を与えるプロ
セス条件を、予め求めたモデル関数に基づいて被処理体
を１枚処理する毎に制御することによって、膜厚の再現
性を大幅に向上させることが可能な熱処理装置及び成膜
方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究の結
果、、堆積膜の膜厚は、処理容器内をクリーニングする
毎、或いは半導体ウエハを１バッチ、例えば２５枚処理
する毎に周期性を持って変動していることを見い出し、
これに基づいて膜厚が多数枚のウエハを通して一定にな
るようなモデル関数を求めることによって本発明に至っ
たものである。請求項１に規定する発明は、処理枚数が
増加するに従って処理容器内の状態が変化するような処
理容器内で所定の制御対象パラメータの目標値を維持し
つつ前記被処理体に成膜処理を施すようにした熱処理装
置において、前記処理容器内の状態変化に対応するモデ
ル関数を予め記憶すると共に、設定パラメータの設定値
に基づいて前記制御対象パラメータの目標値を算出する
プロセス条件補償手段を備えたことを特徴とする熱処理
装置である。このように、予め求めたモデル関数に従っ
て被処理体を１枚処理する毎に制御対象パラメータの目
標値を新たに求め、これに基づいて成膜処理を行うよう
にしたので、膜厚の再現性を大幅に向上させることが可
能となる。
果、、堆積膜の膜厚は、処理容器内をクリーニングする
毎、或いは半導体ウエハを１バッチ、例えば２５枚処理
する毎に周期性を持って変動していることを見い出し、
これに基づいて膜厚が多数枚のウエハを通して一定にな
るようなモデル関数を求めることによって本発明に至っ
たものである。請求項１に規定する発明は、処理枚数が
増加するに従って処理容器内の状態が変化するような処
理容器内で所定の制御対象パラメータの目標値を維持し
つつ前記被処理体に成膜処理を施すようにした熱処理装
置において、前記処理容器内の状態変化に対応するモデ
ル関数を予め記憶すると共に、設定パラメータの設定値
に基づいて前記制御対象パラメータの目標値を算出する
プロセス条件補償手段を備えたことを特徴とする熱処理
装置である。このように、予め求めたモデル関数に従っ
て被処理体を１枚処理する毎に制御対象パラメータの目
標値を新たに求め、これに基づいて成膜処理を行うよう
にしたので、膜厚の再現性を大幅に向上させることが可
能となる。
【０００６】この場合、例えば請求項２に規定するよう
に、前記処理済みの被処理体の膜厚の実測値に基づいて
前記モデル関数は更新されるようにしてもよい。これに
よれば、予め求めたモデル関数を、処理済みの被処理体
の膜厚の実測値に基づいて更新しているので、膜厚の再
現性を一層向上させることが可能となる。この場合、例
えば請求項３に規定するように、前記モデル関数を用い
て求められるデータと前記実測値との差が所定値以上の
時には、異常と見なすことになる。
に、前記処理済みの被処理体の膜厚の実測値に基づいて
前記モデル関数は更新されるようにしてもよい。これに
よれば、予め求めたモデル関数を、処理済みの被処理体
の膜厚の実測値に基づいて更新しているので、膜厚の再
現性を一層向上させることが可能となる。この場合、例
えば請求項３に規定するように、前記モデル関数を用い
て求められるデータと前記実測値との差が所定値以上の
時には、異常と見なすことになる。
【０００７】また、例えば請求項４に規定するように、
前記モデル関数の設定及びこの更新は、最小２乗法と、
カルマンフィルターと、最尤推定法の内のいずれかの方
法により行われる。また、例えば請求項５に規定するよ
うに、前記設定パラメータは、膜厚と前記膜のシート抵
抗の内のいずれか１つであり、前記制御対象パラメータ
は、プロセス温度と成膜時間と供給される成膜ガスの供
給量の内のいずれか１つである。
前記モデル関数の設定及びこの更新は、最小２乗法と、
カルマンフィルターと、最尤推定法の内のいずれかの方
法により行われる。また、例えば請求項５に規定するよ
うに、前記設定パラメータは、膜厚と前記膜のシート抵
抗の内のいずれか１つであり、前記制御対象パラメータ
は、プロセス温度と成膜時間と供給される成膜ガスの供
給量の内のいずれか１つである。
【０００８】請求項６は、上記請求項１で規定される装
置発明によって実施される方法発明を規定したものであ
り、すなわち、処理枚数が増加するに従って処理容器内
の状態が変化するような処理容器内で所定の制御対象パ
ラメータの目標値を維持しつつ前記被処理体に成膜処理
を施すようにした成膜方法において、前記処理容器内の
状態変化に対応するモデル関数を予め求める工程と、設
定パラメータの設定値と前記モデル関数とに基づいて前
記制御対象パラメータの目標値を算出する工程とを有す
ることを特徴とする成膜方法である。この場合、例えば
請求項７に規定するように、前記処理済み被処理体の膜
厚の実測値に基づいて前記モデル関数を更新する工程を
有する。
置発明によって実施される方法発明を規定したものであ
り、すなわち、処理枚数が増加するに従って処理容器内
の状態が変化するような処理容器内で所定の制御対象パ
ラメータの目標値を維持しつつ前記被処理体に成膜処理
を施すようにした成膜方法において、前記処理容器内の
状態変化に対応するモデル関数を予め求める工程と、設
定パラメータの設定値と前記モデル関数とに基づいて前
記制御対象パラメータの目標値を算出する工程とを有す
ることを特徴とする成膜方法である。この場合、例えば
請求項７に規定するように、前記処理済み被処理体の膜
厚の実測値に基づいて前記モデル関数を更新する工程を
有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理装置
及び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図１は本発明に係る熱処理装置を示す構成図、図２
はプロセス条件補償手段の動作概要を説明するための説
明図である。尚、本実施例ではプロセス条件の内の、主
としてプロセス温度を制御する場合を例にとって説明す
る。図示するように、この枚葉式の熱処理装置２は、例
えばアルミニウム製の筒体状の処理容器４を有してい
る。この処理容器４の内部には、加熱手段として例えば
加熱ヒータ６が内蔵されたサセプタ８が設けられてお
り、この上面に被処理体である半導体ウエハＷを載置し
得るようになっている。尚、加熱手段として加熱ヒータ
６に代えて加熱ランプ等を用いてもよい。
及び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図１は本発明に係る熱処理装置を示す構成図、図２
はプロセス条件補償手段の動作概要を説明するための説
明図である。尚、本実施例ではプロセス条件の内の、主
としてプロセス温度を制御する場合を例にとって説明す
る。図示するように、この枚葉式の熱処理装置２は、例
えばアルミニウム製の筒体状の処理容器４を有してい
る。この処理容器４の内部には、加熱手段として例えば
加熱ヒータ６が内蔵されたサセプタ８が設けられてお
り、この上面に被処理体である半導体ウエハＷを載置し
得るようになっている。尚、加熱手段として加熱ヒータ
６に代えて加熱ランプ等を用いてもよい。
【００１０】上記処理容器４の天井部には、ガス供給手
段として例えばシャワーヘッド１０が設けられており、
このシャワーヘッド１０に接続したガス流路１２に介設
した例えばマスフローコントローラのような流量制御器
１４により、成膜ガス等のような必要なガスの流量を制
御するようになっている。尚、図示例ではガス流路１２
及び流量制御器１４を１つしか記載していないが、これ
らは代表して記載されており、実際には必要なガス種に
応じて複数のガス流路及び流量制御器が設けられる。ま
た、処理容器４の底部には排気口１６が設けられてお
り、この排気口１６には排気通路１８が接続されてい
る。そして、この排気通路１８には、自動圧力調整弁２
０及び真空ポンプ２２等が順次介設されており、処理容
器４内の雰囲気を真空引きできるようになっている。
段として例えばシャワーヘッド１０が設けられており、
このシャワーヘッド１０に接続したガス流路１２に介設
した例えばマスフローコントローラのような流量制御器
１４により、成膜ガス等のような必要なガスの流量を制
御するようになっている。尚、図示例ではガス流路１２
及び流量制御器１４を１つしか記載していないが、これ
らは代表して記載されており、実際には必要なガス種に
応じて複数のガス流路及び流量制御器が設けられる。ま
た、処理容器４の底部には排気口１６が設けられてお
り、この排気口１６には排気通路１８が接続されてい
る。そして、この排気通路１８には、自動圧力調整弁２
０及び真空ポンプ２２等が順次介設されており、処理容
器４内の雰囲気を真空引きできるようになっている。
【００１１】そして、上記各流量制御器１４、加熱ヒー
タ６、自動圧力調整弁２０等は、例えばマイクロコンピ
ュータ等よりなる制御部２４によりそれぞれフィードバ
ック制御されており、プロセス条件、例えばガス流量、
プロセス温度、プロセス圧力等がそれぞれ所定の値を維
持するようになっている。尚、前述したようにここで
は、プロセス温度を本発明の方法によって制御する場合
について説明する。そして、この制御部２４は、本発明
の特徴とする、例えばマイクロコンピュータよりなるプ
ロセス条件補償手段２６に接続されており、上記プロセ
ス条件補償手段２６へ入力した設定パラメータの設定値
から、制御対象パラメータの目標値を算出して、これを
上記制御部２４へ入力するようになっている。
タ６、自動圧力調整弁２０等は、例えばマイクロコンピ
ュータ等よりなる制御部２４によりそれぞれフィードバ
ック制御されており、プロセス条件、例えばガス流量、
プロセス温度、プロセス圧力等がそれぞれ所定の値を維
持するようになっている。尚、前述したようにここで
は、プロセス温度を本発明の方法によって制御する場合
について説明する。そして、この制御部２４は、本発明
の特徴とする、例えばマイクロコンピュータよりなるプ
ロセス条件補償手段２６に接続されており、上記プロセ
ス条件補償手段２６へ入力した設定パラメータの設定値
から、制御対象パラメータの目標値を算出して、これを
上記制御部２４へ入力するようになっている。
【００１２】ここで、制御対象パラメータは膜厚に関係
するパラメータを指し、これには上述したようなガス流
量、プロセス温度、プロセス圧力の他にプロセス時間等
が含まれるが、ここではプロセス温度を例にとって説明
する。また、上記設定パラメータは上記制御対象パラメ
ータに影響を与えるパラメータを指し、これには膜厚や
シート抵抗が含まれるが、ここでは膜厚を例にとって説
明する。上記設定パラメータである膜厚の設定値Ｄt 、
プロセス圧力、ガス流量等は予め設定されたレシピによ
りホストコンピュータ等より供給され、また、ここでは
制御対象パラメータの１つであるプロセス温度の目標値
ｒt は上記プロセス条件補償手段２６により求められ
る。
するパラメータを指し、これには上述したようなガス流
量、プロセス温度、プロセス圧力の他にプロセス時間等
が含まれるが、ここではプロセス温度を例にとって説明
する。また、上記設定パラメータは上記制御対象パラメ
ータに影響を与えるパラメータを指し、これには膜厚や
シート抵抗が含まれるが、ここでは膜厚を例にとって説
明する。上記設定パラメータである膜厚の設定値Ｄt 、
プロセス圧力、ガス流量等は予め設定されたレシピによ
りホストコンピュータ等より供給され、また、ここでは
制御対象パラメータの１つであるプロセス温度の目標値
ｒt は上記プロセス条件補償手段２６により求められ
る。
【００１３】さて、このプロセス条件補償手段２６に
は、上記処理容器４内の状態変化に対応するモデル関数
が予め記憶されていると共に、これに入力される設定パ
ラメータの設定値Ｄt 、すなわちここでは膜厚の設定値
に基づいて制御対象パラメータの目標値ｒt 、すなわち
ここではプロセス温度の目標値を算出するようになって
いる。この点について具体的に説明する。前述したよう
に、堆積膜の膜厚は、１クリーニング毎、或いは１バッ
チ処理毎に周期性を持って変動するが、この変化状態を
予め求めると共にこの膜厚が変動しないように一定とな
るような膜厚とプロセス温度との関係の変化状態を予め
求めてモデル化してモデル関数を決定する。尚、ここで
はプロセス温度以外のプロセス圧力、ガス流量、プロセ
ス時間はそれぞれ同一に設定している。そして、ここで
求められたモデル関数を上記プロセス条件補償手段２６
に記憶させておく。
は、上記処理容器４内の状態変化に対応するモデル関数
が予め記憶されていると共に、これに入力される設定パ
ラメータの設定値Ｄt 、すなわちここでは膜厚の設定値
に基づいて制御対象パラメータの目標値ｒt 、すなわち
ここではプロセス温度の目標値を算出するようになって
いる。この点について具体的に説明する。前述したよう
に、堆積膜の膜厚は、１クリーニング毎、或いは１バッ
チ処理毎に周期性を持って変動するが、この変化状態を
予め求めると共にこの膜厚が変動しないように一定とな
るような膜厚とプロセス温度との関係の変化状態を予め
求めてモデル化してモデル関数を決定する。尚、ここで
はプロセス温度以外のプロセス圧力、ガス流量、プロセ
ス時間はそれぞれ同一に設定している。そして、ここで
求められたモデル関数を上記プロセス条件補償手段２６
に記憶させておく。
【００１４】ここで、本実施例ではモデル関数として
は、自己回帰移動平均モデル（ＡＲＭＡ：ａｕｔｏｒｅ
ｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍｏｖｉｎｇ−ａｖｅｒａｇｅ ｍ
ｏｄｅｌ）を用いて、以下の式１が求められている。 ｒt ＝｛Ｂ（Ｚ-1）／Ａ（Ｚ-1）｝・Ｄt … （１） ここで、各記号は以下のように定義される。 ｒt ：プロセス温度の目標値（制御対象パラメータの目
標値） Ｄt ：膜厚の設定値（設定パラメータの設定値） Ａ（Ｚ-1）＝１＋ａ1 ・Ｚ-1＋ａ2 ・Ｚ-2＋ …… ＋
ａn ・Ｚ-n Ｂ（Ｚ-1）＝ｂ1 ・Ｚ-1＋ｂ2 ・Ｚ-2＋ …… ＋ ｂ
n ・Ｚ-n 尚、ａ1 〜ａn （代表としてａi とも記す）、ｂ1 〜ｂ
n （代表としてｂi とも記す）はそれぞれ係数であり、
Ｚ-1〜Ｚ-n（代表としてＺ-iとも記す）は時間遅れ演算
子であり、Ｚ-iは”ｉ”番目におけるデータ、すなわち
各遅延時間毎の膜厚の設定値と、その時求めたプロセス
温度の目標値である。尚、ちなみに同一膜厚の堆積を行
う時は、この膜厚の設定値は各Ｚ-iにおいて同一とな
る。
は、自己回帰移動平均モデル（ＡＲＭＡ：ａｕｔｏｒｅ
ｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍｏｖｉｎｇ−ａｖｅｒａｇｅ ｍ
ｏｄｅｌ）を用いて、以下の式１が求められている。 ｒt ＝｛Ｂ（Ｚ-1）／Ａ（Ｚ-1）｝・Ｄt … （１） ここで、各記号は以下のように定義される。 ｒt ：プロセス温度の目標値（制御対象パラメータの目
標値） Ｄt ：膜厚の設定値（設定パラメータの設定値） Ａ（Ｚ-1）＝１＋ａ1 ・Ｚ-1＋ａ2 ・Ｚ-2＋ …… ＋
ａn ・Ｚ-n Ｂ（Ｚ-1）＝ｂ1 ・Ｚ-1＋ｂ2 ・Ｚ-2＋ …… ＋ ｂ
n ・Ｚ-n 尚、ａ1 〜ａn （代表としてａi とも記す）、ｂ1 〜ｂ
n （代表としてｂi とも記す）はそれぞれ係数であり、
Ｚ-1〜Ｚ-n（代表としてＺ-iとも記す）は時間遅れ演算
子であり、Ｚ-iは”ｉ”番目におけるデータ、すなわち
各遅延時間毎の膜厚の設定値と、その時求めたプロセス
温度の目標値である。尚、ちなみに同一膜厚の堆積を行
う時は、この膜厚の設定値は各Ｚ-iにおいて同一とな
る。
【００１５】上記係数ａi 、ｂi は例えば最小２乗法の
内の例えば逐次形最小２乗法と、周期性をもって変動す
る膜厚データ（実測データ）とを用いて求めることがで
きる。また、ｎはこのモデル関数の次元を示しており、
通常はｎとしては３次、或いは４次のモデル関数を用い
ればよい。この次数ｎに相当する数だけの直近のデータ
が用いられる。例えば次数が”３”の時には、１〜３枚
前までのウエハ成膜処理時のデータ（膜厚の設定値及び
プロセス温度の目標値）が用いられ、次数が”４”の時
には１〜４枚前までのウエハ成膜処理時のデータが用い
られる。例えば次数ｎが”３”の場合には式１は以下の
ようになる。 ｒt ＝｛（ｂ1 ・Ｚ-1＋ｂ2 ・Ｚ-2＋ｂ3 ・Ｚ-3）／
（１＋ａ1 ・Ｚ-1＋ａ2・Ｚ-2＋ａ3 ・Ｚ-3）｝・Ｄt
内の例えば逐次形最小２乗法と、周期性をもって変動す
る膜厚データ（実測データ）とを用いて求めることがで
きる。また、ｎはこのモデル関数の次元を示しており、
通常はｎとしては３次、或いは４次のモデル関数を用い
ればよい。この次数ｎに相当する数だけの直近のデータ
が用いられる。例えば次数が”３”の時には、１〜３枚
前までのウエハ成膜処理時のデータ（膜厚の設定値及び
プロセス温度の目標値）が用いられ、次数が”４”の時
には１〜４枚前までのウエハ成膜処理時のデータが用い
られる。例えば次数ｎが”３”の場合には式１は以下の
ようになる。 ｒt ＝｛（ｂ1 ・Ｚ-1＋ｂ2 ・Ｚ-2＋ｂ3 ・Ｚ-3）／
（１＋ａ1 ・Ｚ-1＋ａ2・Ｚ-2＋ａ3 ・Ｚ-3）｝・Ｄt
【００１６】以上のようにして膜厚に対してのプロセス
温度のウエハ枚数毎の伝達関数、すなわちモデル関数を
得ることができる。上記式１は、自己回帰移動平均モデ
ルにより求めたモデル関数であるが、これに限定され
ず、他のモデル、例えば自己回帰モデル（ＡＲ：ａｕｔ
ｏｒｅｇｒｓｓｉｖｅ ｍｏｄｅｌ）を用いてモデル関
数を用いてもよい。この場合には、上記式１における係
数ａ1 〜ａn がゼロとなるので式２のようになる。 ｒt ＝Ｂ（Ｚ-1）・Ｄt … （２） 以上のようなモデル関数を用いると、例えば図２に示す
ように、膜厚の設定値Ｄt が同じでも、処理された枚数
に応じてその時のプロセス温度の目標値ｒt が異なって
くる。
温度のウエハ枚数毎の伝達関数、すなわちモデル関数を
得ることができる。上記式１は、自己回帰移動平均モデ
ルにより求めたモデル関数であるが、これに限定され
ず、他のモデル、例えば自己回帰モデル（ＡＲ：ａｕｔ
ｏｒｅｇｒｓｓｉｖｅ ｍｏｄｅｌ）を用いてモデル関
数を用いてもよい。この場合には、上記式１における係
数ａ1 〜ａn がゼロとなるので式２のようになる。 ｒt ＝Ｂ（Ｚ-1）・Ｄt … （２） 以上のようなモデル関数を用いると、例えば図２に示す
ように、膜厚の設定値Ｄt が同じでも、処理された枚数
に応じてその時のプロセス温度の目標値ｒt が異なって
くる。
【００１７】図２に示す場合には、ウエハの処理枚数が
多くなるにつれて、各膜厚を一定値に維持するためにプ
ロセス温度の目標値を、モデル関数に基づいて少しずつ
上昇させている。尚、堆積する膜種によっては、逆にウ
エハの処理枚数が多くなるに従って、プロセス温度の目
標値を少しずつ減少させる場合もある。そして、クリー
ニングが行われるとリセットされ、また、１枚目から処
理が行われることになる。尚、実際の演算では、モデル
関数は図２に示すような連続関数ではなく、離散的な関
数となる。以上説明したようなプロセス条件補償手段２
６を設けることにより、ウエハを１枚処理する毎にその
時の最適なプロセス温度の目標値が求められ、この目標
値となるようにプロセス温度がフィードバック制御され
るので、ウエハ堆積膜の膜厚の再現性を大幅に向上させ
ることが可能となる。
多くなるにつれて、各膜厚を一定値に維持するためにプ
ロセス温度の目標値を、モデル関数に基づいて少しずつ
上昇させている。尚、堆積する膜種によっては、逆にウ
エハの処理枚数が多くなるに従って、プロセス温度の目
標値を少しずつ減少させる場合もある。そして、クリー
ニングが行われるとリセットされ、また、１枚目から処
理が行われることになる。尚、実際の演算では、モデル
関数は図２に示すような連続関数ではなく、離散的な関
数となる。以上説明したようなプロセス条件補償手段２
６を設けることにより、ウエハを１枚処理する毎にその
時の最適なプロセス温度の目標値が求められ、この目標
値となるようにプロセス温度がフィードバック制御され
るので、ウエハ堆積膜の膜厚の再現性を大幅に向上させ
ることが可能となる。
【００１８】上記実施例ではモデル関数の各係数、ａ1
〜ａn 及びｂ1 〜ｂn を固定的に定めた場合を例にとっ
て説明したが、これに限定されず、各係数ａ1 〜ａn 及
びｂ1 〜ｂn を動的に、すなわちウエハを１枚成膜処理
する毎に補正して更新するようにしてもよい。この場
合、直前に成膜処理されたウエハの堆積膜の膜厚を直ち
に、例えば膜厚測定器で測定し、この時に得られた膜厚
の実測値をプロセス条件補償手段２６へ入力してこれを
用いて、例えば逐次形最小２乗法により新たな係数（ａ
i 、ｂi ）を求める（図１参照）。この時のモデル関数
の各係数（ａi 、ｂi ）は、逐次形最小２乗法（左側擬
似逆行列）により以下のようにして求められる。Ｎ番目
の係数の推定値＊θN は以下の式３のようになる。 ＊θN ＝＊θN-1 ＋ＰN ・ＺN （ｙn −ＺN T・＊θN-1 ） … （３） ここで上記ＰN は次の式４で定義される。 ＰN ＝ＰN-1 −（ＰN-1 ・ＺN ・ＺN T・ＰN-1 ）／（１＋ＺN T・ＰN-1 ・ＺN ） … （４） ここで、”＊”は推定値を意味し、”Ｔ”は転置行列
（Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ）を意味し、”Ｎ”を除いた他の
文字、θ、Ｐ、Ｚ、ｙはそれぞれ行列を意味する。
〜ａn 及びｂ1 〜ｂn を固定的に定めた場合を例にとっ
て説明したが、これに限定されず、各係数ａ1 〜ａn 及
びｂ1 〜ｂn を動的に、すなわちウエハを１枚成膜処理
する毎に補正して更新するようにしてもよい。この場
合、直前に成膜処理されたウエハの堆積膜の膜厚を直ち
に、例えば膜厚測定器で測定し、この時に得られた膜厚
の実測値をプロセス条件補償手段２６へ入力してこれを
用いて、例えば逐次形最小２乗法により新たな係数（ａ
i 、ｂi ）を求める（図１参照）。この時のモデル関数
の各係数（ａi 、ｂi ）は、逐次形最小２乗法（左側擬
似逆行列）により以下のようにして求められる。Ｎ番目
の係数の推定値＊θN は以下の式３のようになる。 ＊θN ＝＊θN-1 ＋ＰN ・ＺN （ｙn −ＺN T・＊θN-1 ） … （３） ここで上記ＰN は次の式４で定義される。 ＰN ＝ＰN-1 −（ＰN-1 ・ＺN ・ＺN T・ＰN-1 ）／（１＋ＺN T・ＰN-1 ・ＺN ） … （４） ここで、”＊”は推定値を意味し、”Ｔ”は転置行列
（Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ）を意味し、”Ｎ”を除いた他の
文字、θ、Ｐ、Ｚ、ｙはそれぞれ行列を意味する。
【００１９】また、上記各文字は次の内容を意味する。 ＊θN ：［ａ1 、ａ2 …、ａn 、ｂ1 、ｂ2 、…、ｂ
n ］Ｎ番目の推定値。 ｙN ：Ｎ番目の出力値（例えば膜厚値）。 ＰN ：Ｎ番目の共分散行列（次の推定値の変化の度合を
示す）。 ＺN ：［−ｙN-(n-1) 、……、ｙN-1 、ＵN-(n-1) 、…
…、ＵN-1 ］ ここでＵN は行列であって、しかもＮ番目の操作量（例
えばプロセス温度の目標値）である。以上の操作を行っ
て、ウエハを一枚成膜処理する毎にその膜厚の測定値よ
りモデル関数の係数（ａi 、ｂi ）を更新する。これに
より、膜厚の実測値に適合したモデル関数に常に更新す
ることができ、従って、膜厚の再現性を一層向上させる
ことが可能となる。
n ］Ｎ番目の推定値。 ｙN ：Ｎ番目の出力値（例えば膜厚値）。 ＰN ：Ｎ番目の共分散行列（次の推定値の変化の度合を
示す）。 ＺN ：［−ｙN-(n-1) 、……、ｙN-1 、ＵN-(n-1) 、…
…、ＵN-1 ］ ここでＵN は行列であって、しかもＮ番目の操作量（例
えばプロセス温度の目標値）である。以上の操作を行っ
て、ウエハを一枚成膜処理する毎にその膜厚の測定値よ
りモデル関数の係数（ａi 、ｂi ）を更新する。これに
より、膜厚の実測値に適合したモデル関数に常に更新す
ることができ、従って、膜厚の再現性を一層向上させる
ことが可能となる。
【００２０】また、この場合、モデル関数を用いて求め
られるデータと上記実測値との差が所定値以上の時に
は、データ或いは実測値が適切でないものとして”異常
である”と認識するように設定するのがよい。この異常
の判定をする式は、上記式３で用いられた記号を用いて
下記の式５のように与えられる。 ‖ｙN −ＺN T・＊θN-1 ‖ ≧ Ｃ … （５） ここで符号”‖”はこの符号で囲まれた部分の絶対値を
示し、”Ｃ”は異常を判定するための所定値（一定値）
を示す。このように、膜厚の実測値等に基づいて異常で
あるか否かを判定することにより、操作者は異常成膜プ
ロセスを迅速に知ることが可能となる。また、上記実施
例ではモデル関数の係数（ａi 、ｂi ）を求めるため
に、或いは更新するために例えば逐次形最小２乗法を用
いたが、これに限定されず、他の方法、例えばカルマン
フィルター、最尤推定法等を用いてもよい。
られるデータと上記実測値との差が所定値以上の時に
は、データ或いは実測値が適切でないものとして”異常
である”と認識するように設定するのがよい。この異常
の判定をする式は、上記式３で用いられた記号を用いて
下記の式５のように与えられる。 ‖ｙN −ＺN T・＊θN-1 ‖ ≧ Ｃ … （５） ここで符号”‖”はこの符号で囲まれた部分の絶対値を
示し、”Ｃ”は異常を判定するための所定値（一定値）
を示す。このように、膜厚の実測値等に基づいて異常で
あるか否かを判定することにより、操作者は異常成膜プ
ロセスを迅速に知ることが可能となる。また、上記実施
例ではモデル関数の係数（ａi 、ｂi ）を求めるため
に、或いは更新するために例えば逐次形最小２乗法を用
いたが、これに限定されず、他の方法、例えばカルマン
フィルター、最尤推定法等を用いてもよい。
【００２１】また、本実施例では、設定パラメータとし
て膜厚を用いた場合を例にとって説明したが、これに限
定されず、膜厚に対して一定の関係で対応するパラメー
タならばどのようなものでもよく、例えば金属膜を成膜
する場合にはシート抵抗値を設定パラメータとして用い
るようにしてもよい。また、本実施例では制御対象パラ
メータとしてプロセス温度を用いたが、これに限定され
ず、膜厚に直接的に影響を与えるパラメータならばどの
ようなものを用いてもよく、例えばプロセス時間（成膜
時間）、プロセス圧力、成膜ガスの供給量などを用いて
もよい。これら他の制御パラメータを用いた場合には、
プロセス温度は連続的に一定に維持されるのは勿論であ
る。また、本発明は、ＣＶＤ成膜装置やプロセス成膜装
置に適用でき、特に、Ｗ（タングステン）、ＷＳｉｘ、
Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ膜等を成膜する時に有効であ
る。更に、被処理体としては、半導体ウエハに限定され
ず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論
である。
て膜厚を用いた場合を例にとって説明したが、これに限
定されず、膜厚に対して一定の関係で対応するパラメー
タならばどのようなものでもよく、例えば金属膜を成膜
する場合にはシート抵抗値を設定パラメータとして用い
るようにしてもよい。また、本実施例では制御対象パラ
メータとしてプロセス温度を用いたが、これに限定され
ず、膜厚に直接的に影響を与えるパラメータならばどの
ようなものを用いてもよく、例えばプロセス時間（成膜
時間）、プロセス圧力、成膜ガスの供給量などを用いて
もよい。これら他の制御パラメータを用いた場合には、
プロセス温度は連続的に一定に維持されるのは勿論であ
る。また、本発明は、ＣＶＤ成膜装置やプロセス成膜装
置に適用でき、特に、Ｗ（タングステン）、ＷＳｉｘ、
Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ膜等を成膜する時に有効であ
る。更に、被処理体としては、半導体ウエハに限定され
ず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論
である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を
発揮することができる。請求項１、３〜７に係る発明に
よれば、予め求めたモデル関数に従って被処理体を１枚
処理する毎に制御対象パラメータの目標値を新たに求
め、これに基づいて成膜処理を行うようにしたので、膜
厚の再現性を大幅に向上させることができる。請求項２
に係る発明によれば、予め求めたモデル関数を、処理済
みの被処理体の膜厚の実測値に基づいて更新しているの
で、膜厚の再現性を一層向上させることができる。
置及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を
発揮することができる。請求項１、３〜７に係る発明に
よれば、予め求めたモデル関数に従って被処理体を１枚
処理する毎に制御対象パラメータの目標値を新たに求
め、これに基づいて成膜処理を行うようにしたので、膜
厚の再現性を大幅に向上させることができる。請求項２
に係る発明によれば、予め求めたモデル関数を、処理済
みの被処理体の膜厚の実測値に基づいて更新しているの
で、膜厚の再現性を一層向上させることができる。
【図１】本発明に係る熱処理装置を示す構成図である。
【図２】プロセス条件補償手段の動作概要を説明するた
めの説明図である。
めの説明図である。
２ 熱処理装置 ４ 処理容器 ６ 加熱ヒータ ８ サセプタ １４ 流量制御器 ２０ 自動圧力調整弁 ２４ 制御部 ２６ プロセス条件補償手段 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (7)
- 【請求項１】 処理枚数が増加するに従って処理容器内
の状態が変化するような処理容器内で所定の制御対象パ
ラメータの目標値を維持しつつ前記被処理体に成膜処理
を施すようにした熱処理装置において、前記処理容器内
の状態変化に対応するモデル関数を予め記憶すると共
に、設定パラメータの設定値に基づいて前記制御対象パ
ラメータの目標値を算出するプロセス条件補償手段を備
えたことを特徴とする熱処理装置。 - 【請求項２】 前記処理済みの被処理体の膜厚の実測値
に基づいて前記モデル関数は更新されることを特徴とす
る請求項１記載の熱処理装置。 - 【請求項３】 前記モデル関数を用いて求められるデー
タと前記実測値との差が所定値以上の時には、異常と見
なすことを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。 - 【請求項４】 前記モデル関数の設定及びこの更新は、
最小２乗法と、カルマンフィルターと、最尤推定法の内
のいずれかの方法により行われることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項５】 前記設定パラメータは、膜厚と前記膜の
シート抵抗の内のいずれか１つであり、前記制御対象パ
ラメータは、プロセス温度と成膜時間と供給される成膜
ガスの供給量の内のいずれか１つであることを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項６】 処理枚数が増加するに従って処理容器内
の状態が変化するような処理容器内で所定の制御対象パ
ラメータの目標値を維持しつつ前記被処理体に成膜処理
を施すようにした成膜方法において、 前記処理容器内の状態変化に対応するモデル関数を予め
求める工程と、 設定パラメータの設定値と前記モデル関数とに基づいて
前記制御対象パラメータの目標値を算出する工程とを有
することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項７】 前記処理済み被処理体の膜厚の実測値に
基づいて前記モデル関数を更新する工程を有することを
特徴とする請求項６記載の成膜方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150102A JP4506030B2 (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 熱処理装置及び成膜方法 |
| KR1020037010822A KR100664771B1 (ko) | 2001-05-18 | 2002-05-17 | 진공 처리 방법 및 진공 처리 장치 |
| PCT/JP2002/004809 WO2002095087A1 (fr) | 2001-05-18 | 2002-05-17 | Procede et dispositif de traitement sous vide |
| US10/477,593 US6977359B2 (en) | 2001-05-18 | 2002-05-17 | Method and device for vacuum treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150102A JP4506030B2 (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 熱処理装置及び成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002343726A true JP2002343726A (ja) | 2002-11-29 |
| JP4506030B2 JP4506030B2 (ja) | 2010-07-21 |
Family
ID=18995178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001150102A Expired - Fee Related JP4506030B2 (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 熱処理装置及び成膜方法 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP4506030B2 (ja) |
| KR (1) | KR100664771B1 (ja) |
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| JP2004342806A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2006295179A (ja) * | 2005-04-13 | 2006-10-26 | Asm Japan Kk | レシピ制御オペレーションの方法 |
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| US8116508B2 (en) * | 2008-09-26 | 2012-02-14 | Nokia Corporation | Dual-mode loudspeaker |
| JP7344726B2 (ja) * | 2019-09-13 | 2023-09-14 | 東京エレクトロン株式会社 | 塗布処理方法、塗布処理装置及び記憶媒体 |
| CN114746577A (zh) * | 2019-12-04 | 2022-07-12 | 朗姆研究公司 | 压强批量补偿以稳定修整和沉积工艺的cd变化 |
| CN116005124B (zh) * | 2022-12-30 | 2023-08-15 | 佛山市博顿光电科技有限公司 | 镀膜换层判停方法、装置及镀膜控制设备 |
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-
2001
- 2001-05-18 JP JP2001150102A patent/JP4506030B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-05-17 US US10/477,593 patent/US6977359B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-17 KR KR1020037010822A patent/KR100664771B1/ko active IP Right Grant
- 2002-05-17 WO PCT/JP2002/004809 patent/WO2002095087A1/ja active Application Filing
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