JP2006121099A - Semiconductor process control device and method - Google Patents

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JP2006121099A JP2005342267A JP2005342267A JP2006121099A JP 2006121099 A JP2006121099 A JP 2006121099A JP 2005342267 A JP2005342267 A JP 2005342267A JP 2005342267 A JP2005342267 A JP 2005342267A JP 2006121099 A JP2006121099 A JP 2006121099A
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atmospheric pressure
oxidation
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heat treatment
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Kazumi Nishinohara
一美 西之原
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor process control device, which realizes a stable semiconductor process, by a method wherein a cause of variation in a device structure is detected before the device is manufactured in pilot modeling. <P>SOLUTION: The semiconductor process control device is composed of a pressure gauge 2 which measures the pressure inside a CR where an oxidation oven 1 is installed, a thermal treatment time variation calculator 3 which gives an oxidation time variation which restrains a device structure variation caused by the pressure measured with the pressure gauge 2 corresponding to process conditions, and a controller 4 which controls a semiconductor manufacturing process adding the above calculated thermal treatment time variation to a thermal treatment time after a temperature rise time in a thermal treatment process in the oxidation oven 1. The thermal treatment process is a thermal oxidation, when the thermal oxidation of the oxidation time of T minutes is performed, and when the measured pressure is x% of the mean rate of a preset pressure, the thermal treatment time variation ΔT is ΔT=T ä1-(x/100)<SP>2</SP>}/(x/100)<SP>2</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体プロセス制御装置及び制御方法に係わり、特に半導体プロセスにおいて安定した半導体デバイス構造を実現するものに関する。   The present invention relates to a semiconductor process control apparatus and control method, and more particularly to a semiconductor device structure that realizes a stable semiconductor device structure in a semiconductor process.

近年、半導体集積回路の高集積化が進むに従って、微細半導体デバイスを構成する酸化膜厚やCVD膜厚等の微小なばらつきが回路の不正な動作を生じさせ、製品の歩留りを低下させている。   In recent years, as the integration density of semiconductor integrated circuits has increased, minute variations such as oxide film thickness and CVD film thickness that constitute a fine semiconductor device have caused an illegal operation of the circuit, thereby reducing the yield of products.

従来の半導体製造装置は、環境の気圧の影響を受けることにより熱酸化膜又は常圧CVD膜の膜厚のばらつきを生じ、半導体デバイス構造の変動による半導体回路特性の不安定性を招いていた。以下、熱酸化炉の場合を例として従来技術とその問題点を説明する。   In the conventional semiconductor manufacturing apparatus, the film thickness of the thermal oxide film or the atmospheric pressure CVD film varies due to the influence of the atmospheric pressure, and the instability of the semiconductor circuit characteristics is caused by the variation of the semiconductor device structure. Hereinafter, the prior art and its problems will be described by taking the case of a thermal oxidation furnace as an example.

熱酸化膜の厚さは、酸化雰囲気中の酸化ガス圧、酸化温度、酸化時間等によって制御されるが、酸化ガス圧は熱酸化炉の置かれた環境の気圧の影響を受ける。即ち、環境の気圧が高い場合には酸化ガス圧も高くなり、酸化剤の密度が高くなるため酸化速度が早くなる。また、逆に環境の気圧が低い場合には酸化ガス圧は低くなり、酸化速度が遅くなる。このため、熱酸化炉において酸化時の工程制御パラメータを一定に保持して酸化を行っても、環境の気圧の変動に起因した酸化速度の変動が起こり、酸化膜厚のばらつきが生じていた。   The thickness of the thermal oxide film is controlled by the oxidizing gas pressure, the oxidizing temperature, the oxidizing time, etc. in the oxidizing atmosphere, but the oxidizing gas pressure is affected by the atmospheric pressure of the environment where the thermal oxidation furnace is placed. That is, when the atmospheric pressure is high, the oxidizing gas pressure increases, and the density of the oxidizing agent increases, so that the oxidation rate increases. On the contrary, when the atmospheric pressure is low, the oxidizing gas pressure becomes low and the oxidation rate becomes slow. For this reason, even if the oxidation is performed while keeping the process control parameter at the time of oxidation constant in the thermal oxidation furnace, the fluctuation of the oxidation rate due to the fluctuation of the atmospheric pressure occurs and the thickness of the oxide film varies.

図6は従来の膜厚制御の工程を説明する図である。膜厚ばらつきを抑制するためには、所定の時間間隔をおいて行われる品質チェック(以下QCと称する)において、まず酸化を行い(61)モニタ用ウェハを作製する。この酸化後にモニタ用ウェハ上の酸化膜厚を測定する(62)。そして、この測定した膜厚に基づき、その膜厚変動値を抑制するようにその後の工程レシピ(工程条件表)を補正し、プロセスパラメータ補正値を算出する(63)。補正された工程レシピは酸化炉のプロセス制御を行う酸化炉制御部に入力され、膜厚のばらつきを抑制するようなプロセス条件の下で再度酸化が行われる(61)。   FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional film thickness control process. In order to suppress variations in film thickness, in a quality check (hereinafter referred to as QC) performed at a predetermined time interval, oxidation is first performed (61) to produce a monitor wafer. After this oxidation, the oxide film thickness on the monitor wafer is measured (62). Then, based on the measured film thickness, a subsequent process recipe (process condition table) is corrected so as to suppress the film thickness variation value, and a process parameter correction value is calculated (63). The corrected process recipe is input to an oxidation furnace controller that performs process control of the oxidation furnace, and oxidation is performed again under process conditions that suppress variations in film thickness (61).

しかし、上記従来の膜厚制御では、一旦酸化処理を行った後にその構造変動を観測して補正するため、実際にプロセス変動が生じた後の補正となり、QC管理の時間間隔に応じて十分に安定したデバイス構造を得ることができなかった。一方、近年半導体デバイスの微細化の進行により、デバイス構造の微小な変動がデバイス特性に与える影響は増大しつつある。   However, in the conventional film thickness control, since the structure fluctuation is observed and corrected after the oxidation treatment is performed once, the correction is made after the actual process fluctuation occurs. A stable device structure could not be obtained. On the other hand, in recent years, with the progress of miniaturization of semiconductor devices, the influence of minute fluctuations in the device structure on device characteristics is increasing.

一方、近年、Si基板上ヘエピタキシャル成長させたSi層の活用が拡大している。微細Siデバイスの場合、エピタキシャル層の膜厚の制御は構造制御上重要である。エピタキシャル工程などのCVD工程においてはSi化合物等の危険なガスを用いるため、CVD装置は非開放系として設計される。しかし、常圧CVDの場合には、開放系の場合のように環境の気圧と直接に接してはいないが、排気側は排ガス無害化装置を介して外界と間接的に接している。このため、常圧CVDでは環境の気圧が変化すると、この変化の影響を受けてチャンバ内の気圧が変化し、他の条件が同じであっても堆積膜厚変動を生じる。従って、熱酸化膜形成の場合と同様の問題が生じる。   On the other hand, in recent years, the use of Si layers epitaxially grown on Si substrates has been expanded. In the case of a fine Si device, control of the film thickness of the epitaxial layer is important for structural control. Since a dangerous gas such as a Si compound is used in a CVD process such as an epitaxial process, the CVD apparatus is designed as a non-open system. However, in the case of atmospheric pressure CVD, it is not in direct contact with the atmospheric pressure as in the case of an open system, but the exhaust side is in direct contact with the outside through an exhaust gas detoxification device. For this reason, in atmospheric pressure CVD, when the atmospheric pressure changes, the atmospheric pressure in the chamber changes under the influence of this change, and the deposited film thickness fluctuates even if other conditions are the same. Therefore, the same problem as in the case of forming the thermal oxide film occurs.

他方、半導体集積回路の開発拠点と、開発された集積回路の生産拠点とは、異なる気象条件の地域に位置することが多く、また近年では、日本国外の各地に生産拠点が位置することも多い。従って、開発拠点において定められた成膜制御条件と同じ条件で膜生成を行っても、環境の気圧値が異なるために、酸化膜形成または常圧CVD膜形成による膜厚値が地域によって不均一となっていた。このため、同じデバイス構造を得るために、各地域において異なるプロセス制御パラメータ補正が必要となり、各生産拠点における安定した量産立上げを妨げている。   On the other hand, semiconductor integrated circuit development bases and developed integrated circuit production bases are often located in regions with different weather conditions, and in recent years, production bases are often located outside Japan. . Therefore, even if film formation is performed under the same conditions as the film formation control conditions established at the development site, the film thickness value due to oxide film formation or atmospheric pressure CVD film formation is uneven depending on the region because the atmospheric pressure value of the environment is different. It was. For this reason, in order to obtain the same device structure, different process control parameter corrections are required in each region, which hinders stable mass production start-up at each production base.

上記のように大気圧が膜厚ばらつきに影響を与えていることを鑑みると、さらなるプロセスの向上のためには、QCデータによるよりもさらに原因に近いところで膜厚管理をする必要が生じる。   In view of the fact that atmospheric pressure affects film thickness variation as described above, it is necessary to manage the film thickness closer to the cause than with QC data in order to further improve the process.

上述したように従来の半導体プロセス制御では、膜厚ばらつきを抑制するために、所定の時間間隔をおいて行われるQC管理において製造処理後に構造変動を知って補正するため、実際にプロセス変動が生じた後の補正となり、QC管理の時間間隔に応じて十分に安定したデバイス構造を得ることができなかった。一方、近年半導体デバイスの微細化の進行により、デバイス構造の微小な変動がデバイス特性に与える影響は増大しつつある。   As described above, in the conventional semiconductor process control, in order to suppress the film thickness variation, the QC management performed at a predetermined time interval knows and corrects the structural variation after the manufacturing process. Therefore, a sufficiently stable device structure could not be obtained according to the QC management time interval. On the other hand, in recent years, with the progress of miniaturization of semiconductor devices, the influence of minute fluctuations in the device structure on device characteristics is increasing.

他方、半導体集積回路開発拠点と生産拠点とは、異なる気象条件の地域に位置することが多い。このため、開発拠点において定められた成膜制御条件と同じ条件で膜生成を行っても、環境の気圧値が異なるために、酸化膜又は常圧CVD膜形成による膜厚値が地域によって不均一となる。   On the other hand, semiconductor integrated circuit development bases and production bases are often located in regions with different weather conditions. For this reason, even if film formation is performed under the same conditions as the film formation control conditions set at the development site, the film thickness value due to the formation of an oxide film or atmospheric pressure CVD film is uneven depending on the region because the atmospheric pressure value differs. It becomes.

このように、大気圧が膜厚ばらつきに影響を与えていることを鑑みると、QCデータによるよりもさらに原因に近いところで膜厚管理をする必要が生じる。   Thus, in view of the fact that atmospheric pressure affects film thickness variation, it is necessary to perform film thickness management closer to the cause than with QC data.

従来、大気圧の変化を測定し、膜厚を制御する技術が開発されている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。しかし、一層の改善が望まれている。
特開平5−32500号公報 特開平7−74166号公報
Conventionally, techniques for measuring changes in atmospheric pressure and controlling film thickness have been developed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). However, further improvements are desired.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-32500 JP-A-7-74166

本発明は、デバイス構造変動原因をプロセス処理を行う前に検知し、安定した半導体プロセスを実現する半導体プロセス制御装置及び制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor process control apparatus and a control method for detecting a cause of device structure variation before performing a process and realizing a stable semiconductor process.

本発明の半導体プロセス制御装置の態様は、大気圧の影響を受ける雰囲気での熱処理により半導体装置を製造する半導体製造装置内又は該装置の設置環境の気圧値を測定する手段と、前記測定された気圧値の変動によるデバイス構造変動を抑制するための熱処理時間変動値を算出する手段と、前記半導体製造装置に予め設定された熱処理時間に、前記算出された熱処理時間変動値を初期温度から所定の熱処理温度まで前記半導体製造装置内を昇温させる時間の経過後に付加して熱処理時間を補正する手段とを具備し、前記熱処理は熱酸化であり、T分の酸化時間の熱酸化を行う場合、測定された前記気圧値が予め設定された気圧値の平均値のx%であるとき、前記熱処理時間変動値ΔTは
ΔT=T{1−(x/100)}/(x/100)
であることを特徴とする。
The aspect of the semiconductor process control apparatus of the present invention is a means for measuring a pressure value in a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device by heat treatment in an atmosphere affected by atmospheric pressure or in an installation environment of the apparatus, Means for calculating a heat treatment time fluctuation value for suppressing device structure fluctuations due to fluctuations in the atmospheric pressure value, and the calculated heat treatment time fluctuation value from the initial temperature to a predetermined heat treatment time preset in the semiconductor manufacturing apparatus Means for correcting the heat treatment time by adding after the elapse of time for raising the temperature inside the semiconductor manufacturing apparatus to the heat treatment temperature, and the heat treatment is thermal oxidation, and when performing thermal oxidation for an oxidation time of T minutes, When the measured atmospheric pressure value is x% of the average value of preset atmospheric pressure values, the heat treatment time variation value ΔT is ΔT = T {1− (x / 100) 2 } / (x / 100) 2
It is characterized by being.

本発明の半導体プロセス制御方法の形態は、大気圧の影響を受ける雰囲気で熱処理する機能を備えた半導体製造装置を用いて半導体装置を製造するに際し、前記半導体製造装置内又は該装置の設置環境の気圧値を測定し、測定した気圧値に応じて該半導体製造装置に予め設定された熱処理時間に、熱処理時間の変動値を初期温度から所定の熱処理温度まで前記半導体製造装置内を昇温させる時間の経過後に付加して補正し、前記熱処理は熱酸化であり、T分の酸化時間の熱酸化を行う場合、測定された前記気圧値が予め設定された気圧値の平均値のx%であるとき、前記熱処理時間の変動値ΔTは
ΔT=T{1−(x/100)}/(x/100)
であることを特徴とする。
In the semiconductor process control method according to the present invention, when a semiconductor device is manufactured using a semiconductor manufacturing apparatus having a function of performing heat treatment in an atmosphere affected by atmospheric pressure, the semiconductor process control method is installed in the semiconductor manufacturing apparatus or in the installation environment of the apparatus. Time for measuring the atmospheric pressure value and raising the temperature inside the semiconductor manufacturing apparatus from the initial temperature to the predetermined heat treatment temperature during the heat treatment time preset in the semiconductor manufacturing apparatus according to the measured atmospheric pressure value. The heat treatment is thermal oxidation, and when the thermal oxidation is performed for an oxidation time of T minutes, the measured atmospheric pressure value is x% of an average value of preset atmospheric pressure values. The variation value ΔT of the heat treatment time is ΔT = T {1− (x / 100) 2 } / (x / 100) 2
It is characterized by being.

本発明の半導体プロセス制御システムは、大気圧の影響を受ける雰囲気での熱処理により半導体装置を製造する半導体製造装置と、該装置内又は該装置の設置環境の気圧値を測定する手段と、前記測定された気圧値の変動によるデバイス構造変動を抑制するための熱処理時間変動値を算出する手段と、前記半導体製造装置に予め設定された熱処理時間に、前記算出された熱処理時間変動値を初期温度から所定の熱処理温度まで前記半導体製造装置内を昇温させる時間の経過後に付加して熱処理時間を補正する手段とを具備し、前記熱処理は熱酸化であり、T分の酸化時間の熱酸化を行う場合、測定された前記気圧値が予め設定された気圧値の平均値のx%であるとき、前記熱処理時間変動値ΔTは
ΔT=T{1−(x/100)}/(x/100)
であることを特徴とする。
The semiconductor process control system of the present invention includes a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device by heat treatment in an atmosphere affected by atmospheric pressure, means for measuring the atmospheric pressure value in the apparatus or the installation environment of the apparatus, and the measurement Means for calculating a heat treatment time fluctuation value for suppressing device structure fluctuations due to fluctuations in the atmospheric pressure value, and the calculated heat treatment time fluctuation value from the initial temperature at a heat treatment time preset in the semiconductor manufacturing apparatus. Means for correcting the heat treatment time by adding after the elapse of time for raising the temperature inside the semiconductor manufacturing apparatus to a predetermined heat treatment temperature, the heat treatment is thermal oxidation, and thermal oxidation is performed for an oxidation time of T minutes. In this case, when the measured atmospheric pressure value is x% of an average value of preset atmospheric pressure values, the heat treatment time variation value ΔT is ΔT = T {1− (x / 100) 2 } / (x / 100) 2
It is characterized by being.

ΔTは、熱酸化膜中を酸化剤が拡散することに起因して供給律速に従って膜生成が行われる理想的場合について求められた式である。熱酸化条件が理想的供給律速からはずれてΔTの式が成り立たない場合には、それぞれの熱酸化条件に対応して求められるΔTを与える。   ΔT is an equation obtained for an ideal case in which film formation is performed according to the supply rate-limiting due to the diffusion of the oxidant in the thermal oxide film. When the thermal oxidation condition deviates from the ideal supply rate control and the equation of ΔT does not hold, ΔT obtained corresponding to each thermal oxidation condition is given.

熱処理時間変動値を、酸化炉内が初期温度から所定の酸化温度まで昇温し、酸化温度で安定化した直後に付加する。   The heat treatment time fluctuation value is added immediately after the inside of the oxidation furnace is heated from the initial temperature to a predetermined oxidation temperature and stabilized at the oxidation temperature.

図5を用いて本発明の作用について説明する。半導体製造装置内において熱処理を行うと、製造装置内又は製造装置の設置環境の気圧値は環境の気圧値の影響を受ける。気圧値測定部51は、この環境の気圧値の影響を受けた製造装置内又はその設置環境の気圧値を測定し、測定値を熱処理時間変動値算出部52に出力する。熱処理時間変動値算出部52は、この入力された製造装置内又はその設置環境の気圧値に基づいてデバイス構造の変動を抑制する熱処理時間変動値を算出して制御部53に出力する。制御部53は、半導体製造装置の熱処理で、装置内の昇温時間を経た後の熱処理時間に熱処理時間変動値を付加して半導体プロセスを制御する。   The operation of the present invention will be described with reference to FIG. When heat treatment is performed in the semiconductor manufacturing apparatus, the atmospheric pressure value in the manufacturing apparatus or the installation environment of the manufacturing apparatus is affected by the atmospheric pressure value. The atmospheric pressure value measuring unit 51 measures the atmospheric pressure value in the manufacturing apparatus or its installation environment affected by the atmospheric pressure value of this environment, and outputs the measured value to the heat treatment time fluctuation value calculating unit 52. The heat treatment time fluctuation value calculation unit 52 calculates a heat treatment time fluctuation value that suppresses device structure fluctuations based on the input atmospheric pressure value in the manufacturing apparatus or its installation environment, and outputs the heat treatment time fluctuation value to the control unit 53. The control unit 53 controls the semiconductor process by adding a heat treatment time fluctuation value to the heat treatment time after the temperature rising time in the device during the heat treatment of the semiconductor manufacturing apparatus.

個々の半導体製造装置の気圧値自体を変更する制御は、複雑であり不安定さを伴う。何らかの気圧制御を伴うガス系を用いてウェハ周辺の気圧を制御する場合、プロセス上の副生成物質が配管中に堆積し、この影響により制御を正確に行うことが困難だからである。   Control for changing the pressure value of each semiconductor manufacturing apparatus is complicated and involves instability. This is because when a gas system with some atmospheric pressure control is used to control the atmospheric pressure around the wafer, a by-product substance on the process accumulates in the pipe, and it is difficult to control accurately due to this influence.

そこで、安定した微細な制御が可能な熱処理時間をデバイス構造ばらつきを低減するための補正プロセス制御パラメータとして用いる。補正した時間を付加した熱処理時間により熱処理を行うことにより、気圧値の影響を受けた膜厚変動を、試作を作成することなく抑制することができる。また、時間の設定値の制御ばらつきは極めて小さく、圧力や温度を補正する場合と比較して高精度の補正が可能となる。また、この補正時間を所定の熱処理温度まで昇温した時間後に付加することにより、安定したプロセス時間制御が可能となる。   Therefore, a heat treatment time capable of stable and fine control is used as a correction process control parameter for reducing device structure variations. By performing the heat treatment for the heat treatment time to which the corrected time is added, the film thickness fluctuation affected by the atmospheric pressure value can be suppressed without creating a prototype. Further, the control variation of the set value of the time is extremely small, and the correction can be performed with high accuracy compared with the case of correcting the pressure and temperature. Further, by adding this correction time after the time of raising the temperature to a predetermined heat treatment temperature, stable process time control can be performed.

本発明に係る半導体プロセス制御装置及び制御方法によれば、環境の影響を受けた気圧値を測定することでデバイス構造変動原因を、試作を行う前に検知し、この検知した気圧変動値に基づいて熱処理時間変動値を半導体製造装置内の昇温時間経過後に付加して熱処理を行うことで、気圧値の影響を受けた膜厚変動を、試作を作成することなく抑制することができ、時間遅れのない安定したプロセス時間制御が可能となる。   According to the semiconductor process control apparatus and the control method of the present invention, the cause of device structure fluctuation is detected by measuring the atmospheric pressure value affected by the environment before trial manufacture, and based on the detected atmospheric pressure fluctuation value. By adding the heat treatment time fluctuation value after the temperature rise time in the semiconductor manufacturing apparatus and performing the heat treatment, the film thickness fluctuation affected by the atmospheric pressure value can be suppressed without creating a prototype. Stable process time control without delay is possible.

また、高精度で制御可能な熱処理時間を半導体プロセス制御の補正パラメータとして用いるため、パラメータのばらつきに対して感度が低く制御が容易となる。   In addition, since a heat treatment time that can be controlled with high accuracy is used as a correction parameter for semiconductor process control, the sensitivity is low with respect to parameter variations and control is easy.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体プロセス制御装置の全体構成を示す図である。図1に示すように、この半導体プロセス制御装置は開放系として設計された酸化炉1をコントローラ5により制御するものであり、気圧値測定部2と、酸化時間変動値算出部3と、制御部4から構成され、これらはクリーンルーム(以下、CRと称する)内に設置される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a semiconductor process control apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this semiconductor process control apparatus controls an oxidation furnace 1 designed as an open system by a controller 5, and includes an atmospheric pressure value measurement unit 2, an oxidation time fluctuation value calculation unit 3, and a control unit. 4 are installed in a clean room (hereinafter referred to as CR).

気圧値測定部2は環境の気圧値を測定する部分であり、CR管理機構においてCR内の気圧値を測定する部分で代行される。酸化炉1はCR内にあり、CR内の気圧は外界との差圧で管理されているためCR内の気圧は大気圧の影響を受けている。従って、気圧値測定部2はCR内検出部6の気圧値を測定することで、環境気圧値の影響を受けたデバイス構造変動の原因を検知する。   The atmospheric pressure value measuring unit 2 is a part that measures the atmospheric pressure value of the environment, and is substituted by the part that measures the atmospheric pressure value in the CR in the CR management mechanism. Since the oxidation furnace 1 is in the CR, and the atmospheric pressure in the CR is controlled by the differential pressure from the outside, the atmospheric pressure in the CR is affected by the atmospheric pressure. Therefore, the atmospheric pressure value measuring unit 2 detects the cause of the device structure variation affected by the environmental atmospheric pressure value by measuring the atmospheric pressure value of the in-CR detection unit 6.

酸化時間変動値算出部3は、気圧値測定部2の測定値であるCR内の気圧に基づいて酸化時間変動値を算出する部分であり、気圧値の変動による酸化膜厚変動を抑制するような補正値を酸化条件に応じて与える。例えばT分の酸化時間の熱酸化を行う場合、気圧値測定部2で測定された気圧値が予め設定された気圧値のx%であった時、酸化時間変動値ΔTを次の式(1)で与える。   The oxidation time fluctuation value calculation unit 3 is a part that calculates an oxidation time fluctuation value based on the atmospheric pressure in the CR, which is a measurement value of the atmospheric pressure value measurement unit 2, and suppresses fluctuations in the oxide film thickness due to fluctuations in the atmospheric pressure value. Correct correction values are given according to the oxidation conditions. For example, when thermal oxidation is performed for an oxidation time of T minutes, when the atmospheric pressure value measured by the atmospheric pressure value measurement unit 2 is x% of the preset atmospheric pressure value, the oxidation time fluctuation value ΔT is expressed by the following formula (1 )

ΔT=T{(1−(x/100))}/(x/100)…(1)
式(1)は熱酸化膜中を酸化剤が拡散することに起因して供給律速に従って膜生成が行われる理想的場合について求められる式である。従って、例えばドライ酸化の初期酸化の場合等の供給律速によらない部分を含む場合等、熱酸化条件が理想的供給律速からはずれて式(1)が成り立たない場合には、式(1)に限定されることなく、それぞれの熱酸化条件に対応した変動値ΔTが与えられる。
ΔT = T {(1− (x / 100) 2 )} / (x / 100) 2 (1)
Expression (1) is an expression obtained for an ideal case in which film formation is performed according to the supply rate-limiting due to the diffusion of the oxidizing agent in the thermal oxide film. Therefore, when the thermal oxidation conditions deviate from the ideal supply rate control and the equation (1) does not hold, for example, when a portion not dependent on the supply rate control is included such as in the case of initial oxidation of dry oxidation, Without being limited, a variation value ΔT corresponding to each thermal oxidation condition is given.

制御部4は酸化時間変動値算出部3によって与えられた酸化時間変動値を制御部4に予め設定された酸化時間に付加してコントローラ5を制御するものであり、この制御により、酸化炉1において酸化膜厚変動を抑制するよう変動させた酸化時間で製造処理がなされる。   The control unit 4 controls the controller 5 by adding the oxidation time variation value given by the oxidation time variation value calculation unit 3 to the oxidation time preset in the control unit 4, and by this control, the oxidation furnace 1 is controlled. The manufacturing process is performed in the oxidation time varied so as to suppress the oxide film thickness variation.

次に、熱酸化を行う場合の炉内の温度変化の時間制御の一例を図2に示す。図2(a)は酸化時間変動値を加えない時間制御の場合を、図2(b)は酸化時間変動値を加えた時間制御の場合を示し、横軸は時間、縦軸は炉内温度である。21はウェハ挿入し、初期温度において炉内を安定させるための保持時間、22は初期温度から所定の酸化温度までウェハの温度を昇温させるための時間、23は所定の酸化温度において酸化剤がウェハに供給される時間、24は必要に応じて不活性アニール等その他の処理を加える場合の時間、25は常温周辺まで降温するための時間である。   Next, an example of time control of temperature change in the furnace in the case of performing thermal oxidation is shown in FIG. 2 (a) shows the case of time control without adding the oxidation time fluctuation value, FIG. 2 (b) shows the case of time control with the oxidation time fluctuation value added, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the furnace temperature. It is. 21 is a holding time for inserting the wafer and stabilizing the inside of the furnace at the initial temperature, 22 is a time for raising the temperature of the wafer from the initial temperature to a predetermined oxidation temperature, and 23 is an oxidizing agent at the predetermined oxidation temperature. The time to be supplied to the wafer, 24 is a time when other processing such as inert annealing is applied if necessary, and 25 is a time for lowering the temperature to around room temperature.

本実施形態で用いたばらつき低減のための制御では、図2(b)に示すように酸化時間変動値算出部3による式(1)により算出された酸化時間変動値ΔTを所定の23の時間への補正として与え、酸化時間を26とする。   In the control for variation reduction used in this embodiment, as shown in FIG. 2B, the oxidation time fluctuation value ΔT calculated by the expression (1) by the oxidation time fluctuation value calculation unit 3 is set to a predetermined 23 times. The oxidation time is 26.

上記実施形態に係る半導体プロセス制御装置の動作を説明する。酸化炉1内において熱酸化を行うと、酸化炉1の設置されたCR内の気圧は環境の気圧値の影響を受ける。酸化炉1はCR内にありCR内の気圧は管理されているが、外界との差圧で管理されているため、CR内の気圧は環境の気圧値の影響を受ける。また、酸化炉1内の気圧はCR内の気圧だけでなく排気側の減圧値の影響を受けるが、排気側の減圧値はごく弱く、排気圧の変動の影響は環境の気圧値の変動、すなわち大気圧の変動に比較して極めて小さい。このため酸化レートは大気圧の影響を受けて変動する。従って、気圧値測定部2は酸化膜厚変動の原因であるこの環境の気圧値の影響を受けたCR内の気圧を測定し、測定値を酸化時間変動値算出部3に出力する。   The operation of the semiconductor process control apparatus according to the above embodiment will be described. When thermal oxidation is performed in the oxidation furnace 1, the atmospheric pressure in the CR in which the oxidation furnace 1 is installed is affected by the atmospheric pressure value. Although the oxidation furnace 1 is in the CR and the atmospheric pressure in the CR is controlled, the atmospheric pressure in the CR is affected by the atmospheric pressure value because it is controlled by the differential pressure from the outside. The pressure in the oxidation furnace 1 is affected not only by the pressure in the CR but also by the pressure reduction value on the exhaust side, but the pressure reduction value on the exhaust side is very weak, and the influence of the fluctuation of the exhaust pressure is the fluctuation of the atmospheric pressure value of the environment, That is, it is extremely small compared to the fluctuation of atmospheric pressure. For this reason, the oxidation rate varies under the influence of atmospheric pressure. Therefore, the atmospheric pressure value measuring unit 2 measures the atmospheric pressure in the CR affected by the atmospheric pressure value of this environment, which is the cause of the oxide film thickness fluctuation, and outputs the measured value to the oxidation time fluctuation value calculating unit 3.

酸化時間変動値算出部3は、この入力されたCR内の気圧値に基づいてデバイス構造の変動を抑制する酸化時間変動値を式(1)により算出し、制御部4に出力する。これにより、気圧変動の値によって生じる膜厚変動を抑制する酸化時間変動値を、プロセス処理を経ることなく予測することができる。   The oxidation time fluctuation value calculation unit 3 calculates an oxidation time fluctuation value that suppresses fluctuations in the device structure based on the input atmospheric pressure value in the CR, using Equation (1), and outputs the calculated value to the control unit 4. Thereby, the oxidation time fluctuation value that suppresses the film thickness fluctuation caused by the pressure fluctuation value can be predicted without going through the process.

制御部4は、酸化炉1での熱酸化において、炉内の昇温時間を経た後の酸化時間に、酸化時間変動値を付加して製造処理を行うべくコントローラ5を制御する。コントローラ5は、制御部4から入力された信号に基づき、時間の遅れなく構造ばらつきを抑制した製造処理工程を酸化炉1において行う。   In the thermal oxidation in the oxidation furnace 1, the control unit 4 controls the controller 5 to perform the manufacturing process by adding an oxidation time fluctuation value to the oxidation time after passing through the temperature rising time in the furnace. Based on the signal input from the control unit 4, the controller 5 performs a manufacturing process step in the oxidation furnace 1 that suppresses structural variations without delay.

図2(a)に示すように、酸化温度以下の温度で入炉されたウェハは、昇温のステップ22や一定の温度安定化時間を経て酸化雰囲気にガスが切り替えられ酸化される(23)。その後場合によってアニール工程24を経て、降温ステップ25や出炉が行われ、酸化工程が完了する。このように、入出炉中に形成される自然酸化膜の形成を回避すべく、21,22,25のステップに示すように入出炉温度を下げる。   As shown in FIG. 2 (a), the wafer that has been entered at a temperature equal to or lower than the oxidation temperature is oxidized by switching the gas to an oxidizing atmosphere through a temperature rising step 22 and a certain temperature stabilization time (23). . Thereafter, through an annealing process 24, a temperature lowering step 25 and a furnace are performed, and the oxidation process is completed. Thus, in order to avoid the formation of a natural oxide film formed in the loading / unloading furnace, the loading / unloading furnace temperature is lowered as shown in steps 21, 22, and 25.

酸化時間変動値によって補正された酸化時間によるプロセス制御のうち、酸化膜が主に安定に形成される過程に対応するプロセス時間成分を補正する(26)。昇温及び降温中にも酸化剤を供給する場合、昇降温中の装置内の状態は安定ではなく制御は不安定である。従って、所定の膜厚を得るための時間制御は、図2(b)に示すように主に酸化膜が形成される過程である23に対応する時間Tに酸化時間変動値ΔTを付加することにより行われ、補正後の酸化時間はT+ΔTとなる。この23に示す過程を制御の対象とすることにより、気圧ばらつきによる膜厚変動を抑制する安定したプロセス時間制御が得られる。   Of the process control by the oxidation time corrected by the oxidation time fluctuation value, the process time component corresponding to the process in which the oxide film is mainly stably formed is corrected (26). When the oxidant is supplied even during the temperature rise and fall, the state in the apparatus during the temperature rise and fall is not stable and the control is unstable. Therefore, the time control for obtaining a predetermined film thickness is to add the oxidation time fluctuation value ΔT to the time T corresponding to 23 which is a process of mainly forming the oxide film as shown in FIG. The corrected oxidation time is T + ΔT. By using the process shown in 23 as an object of control, stable process time control that suppresses fluctuations in film thickness due to variations in atmospheric pressure can be obtained.

また、前述したように熱酸化膜の厚さは、酸化雰囲気中の酸化ガス圧、酸化温度、酸化時間等によって制御することができるが、酸化温度の不均一性は各装置の形態等毎に異なるもので、個々の条件に左右されるものである。従って、酸化温度のばらつきを低減するために装置内温度分布およびウェハ間・ウェハ内温度分布の均一性を高めることは困難である。   Further, as described above, the thickness of the thermal oxide film can be controlled by the oxidizing gas pressure in the oxidizing atmosphere, the oxidation temperature, the oxidation time, etc., but the non-uniformity of the oxidation temperature depends on the form of each device. It is different and depends on individual conditions. Therefore, it is difficult to increase the uniformity of the temperature distribution within the apparatus and the temperature distribution between wafers and within the wafer in order to reduce the variation in oxidation temperature.

これに対して、ガス圧ばらつきは常圧装置の場合大気圧により左右されるものである。ここで、大気圧は個々の装置に依存せず、同じ環境内に設置された各装置に共通の要素であり、各装置における内気圧変動の共通性が高い。従って、本実施形態に示すように気圧値を検出してデバイス構造の変動値を打ち消すよう制御することにより、効率的に製品ばらつきを取り除くことができる。   On the other hand, the gas pressure variation depends on the atmospheric pressure in the case of a normal pressure device. Here, the atmospheric pressure does not depend on individual devices, and is an element common to the devices installed in the same environment, and the commonality of fluctuations in internal pressure among the devices is high. Therefore, as shown in the present embodiment, the product variation can be efficiently removed by detecting the atmospheric pressure value and controlling to cancel the variation value of the device structure.

図3は、気圧の微小な変動が酸化膜厚に与える影響をプロセスパラメータである酸化温度、酸化ガス圧、酸化時間を変動させてシミュレーション比較した図である。950℃、dry O雰囲気中で酸化膜を形成し、FTP(Fast Thermal process) で昇温率100℃/分、酸化時間9.5分である。下記のパラメータばらつきを与えて感度解析シミュレーションを行ったものであり、縦軸は膜厚を示す。 FIG. 3 is a simulation comparison of the effect of minute fluctuations in atmospheric pressure on the oxide film thickness by varying the oxidation temperature, oxidation gas pressure, and oxidation time, which are process parameters. An oxide film is formed at 950 ° C. in a dry O 2 atmosphere, and the temperature rise rate is 100 ° C./min and the oxidation time is 9.5 minutes by FTP (Fast Thermal process). The sensitivity analysis simulation was performed by giving the following parameter variation, and the vertical axis represents the film thickness.

酸化温度3σ=1℃、 Oガス圧3σ=20mb、酸化時間3σ=1秒
図3において、31は予め設定されたプロセスパラメータで形成された基準の酸化膜厚、32は酸化温度ばらつきを与えた場合の酸化膜厚、33はガス圧ばらつきを与えた場合の酸化膜厚、34は酸化時間ばらつきを与えた場合の酸化膜厚を示す。温度ばらつきとともにガス圧ばらつきに対する膜厚の感度が高く、3σで±0.2nm程度のばらつきがガス圧ばらつきから生じることが分かる。この変動値はSi MOSFETの場合、±50mV程度のしきい電圧変動を生じ、デバイス製造における歩留り低下の原因となる。これに対して、酸化時間ばらつきを与えた場合の膜厚のばらつきは小さいため、酸化時間をプロセス制御の補正パラメータとして用いることで、高精度の補正が可能となる。
Oxidation temperature 3σ = 1 ° C., O 2 gas pressure 3σ = 20 mb, oxidation time 3σ = 1 second In FIG. 3, 31 is a reference oxide film thickness formed with preset process parameters, and 32 is a variation in oxidation temperature. The oxide film thickness when the gas pressure variation is given, and the oxide film thickness when the oxidation time variation is given are shown. It can be seen that the sensitivity of the film thickness to the gas pressure variation is high as well as the temperature variation, and a variation of about ± 0.2 nm at 3σ results from the gas pressure variation. In the case of Si MOSFET, this fluctuation value causes a threshold voltage fluctuation of about ± 50 mV, which causes a decrease in yield in device manufacturing. On the other hand, since the film thickness variation is small when the oxidation time variation is given, the oxidation time can be used as a correction parameter for process control, so that highly accurate correction can be performed.

このように、気圧値測定部2によりモニタされる気圧ばらつきを検知した時点でプロセスパラメータを変更するため、膜厚ばらつきを抑制するプロセス制御を時間遅れなく行うことができ、生産時の歩留まりが向上する。また、従来のプロセス制御のようにモニターウェハを用いた微少な補正を行う作業の負荷を軽減させることができる。   As described above, since the process parameter is changed when the pressure variation monitored by the pressure value measuring unit 2 is detected, the process control for suppressing the film thickness variation can be performed without time delay, and the production yield is improved. To do. In addition, it is possible to reduce the work load for performing a minute correction using a monitor wafer as in the conventional process control.

また、酸化時間変動値によって補正された酸化時間によるプロセス制御のうち、酸化膜が主に安定に形成される過程に対応するプロセス時間成分を補正することにより、酸化膜厚ばらつきの生じない酸化工程を実現することができる。   In addition, in the process control by the oxidation time corrected by the oxidation time fluctuation value, the oxidation process in which the oxide film thickness does not vary by correcting the process time component corresponding to the process in which the oxide film is mainly stably formed is corrected. Can be realized.

さらに、時間制御のばらつきは小さいため酸化膜厚に与える影響は温度ばらつきやガス圧ばらつきに比較して少なく、酸化時間を補正パラメータとして用いることで、安定した微細なプロセス制御が可能である。   Further, since the variation in time control is small, the influence on the oxide film thickness is small compared to the variation in temperature and gas pressure, and stable and fine process control is possible by using the oxidation time as a correction parameter.

(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体プロセス制御装置の全体構成を示す図である。図4に示すように、この半導体プロセス制御装置は非開放系として設計された常圧エピタキシャル成長CVD装置41をコントローラ45により制御するものであり、気圧値測定部42,堆積時間変動値算出部43,制御部44から構成される。この常圧エピタキシャル成長CVD装置41は非開放系であり、外界と装置41内は直接には接していないが、CVDの際に導入されたガスの排気用に設けられた排ガス無害化装置46を介して外界と間接的に接している。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a semiconductor process control apparatus according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, this semiconductor process control apparatus controls a normal pressure epitaxial growth CVD apparatus 41 designed as a non-open system by a controller 45, and includes an atmospheric pressure value measurement unit 42, a deposition time fluctuation value calculation unit 43, The controller 44 is configured. This atmospheric pressure epitaxial growth CVD apparatus 41 is a non-open system, and the outside world is not in direct contact with the inside of the apparatus 41, but through an exhaust gas detoxification apparatus 46 provided for exhausting the gas introduced at the time of CVD. Indirect contact with the outside world.

気圧値測定部42は、デバイス構造変動の原因である環境の気圧の影響を受けたCVD装置41の設置環境、すなわちCVDチャンバ内の気圧値を測定する部分である。   The atmospheric pressure value measurement unit 42 is a part that measures the installation environment of the CVD apparatus 41 affected by the atmospheric pressure of the environment that is the cause of the device structure fluctuation, that is, the atmospheric pressure value in the CVD chamber.

堆積時間変動値算出部43は、気圧値測定部42で得られた気圧値の変動による堆積膜厚変動を抑制するような堆積時間変動値を工程条件に応じて与える部分である。例えば希釈ガスとして80%のNを用い、塩化シラン系のガスを用いて常圧エピタキシャル成長を行う場合、T分のエピタキシャル成長を行う時、気圧値測定部42で測定された気圧値が予め設定された気圧値のx%であった時、堆積時間変動値を次の式(2)で与える。 The deposition time fluctuation value calculation unit 43 is a part that provides a deposition time fluctuation value that suppresses fluctuations in the deposited film thickness due to fluctuations in the atmospheric pressure value obtained by the atmospheric pressure value measurement unit 42 according to the process conditions. For example, when atmospheric pressure epitaxial growth is performed using 80% N 2 as a dilution gas and a silane chloride-based gas, the atmospheric pressure value measured by the atmospheric pressure measurement unit 42 is preset when performing epitaxial growth for T minutes. When the atmospheric pressure value is x%, the deposition time fluctuation value is given by the following equation (2).

ΔT=T{1−(x/100)}/(x/100)…(2)
式(2)は希釈CVDにおいて、堆積後膜表面における反応ガス濃度に比例して供給律速に従って膜生成が行われる理想的場合について求められた式である。従って、反応ガスの濃度がより高い場合の反応律速の成膜条件等、CVD条件が理想的供給律速からはずれて式(2)が成り立たない場合には式(2)に限定されることなく、それぞれのCVD条件に対応して求められるΔTを与える。
ΔT = T {1− (x / 100)} / (x / 100) (2)
Expression (2) is an expression obtained for an ideal case in which film formation is performed in accordance with a supply rate in proportion to the reaction gas concentration on the film surface after deposition in dilution CVD. Accordingly, when the CVD conditions are not ideal supply rate control and the formula (2) does not hold, such as the reaction rate-determined film formation conditions when the concentration of the reaction gas is higher, the formula (2) is not limited. ΔT obtained corresponding to each CVD condition is given.

制御部44は、堆積時間変動値算出部43によって与えられた堆積時間変動値を制御部44に予め設定された堆積時間に付加してコントローラ45を制御するものであり、この制御部44による制御により、常圧CVD装置41において膜厚変動を抑制するよう変動させた堆積時間で製造処理がなされる。   The control unit 44 controls the controller 45 by adding the deposition time variation value given by the deposition time variation value calculating unit 43 to the deposition time preset in the control unit 44, and is controlled by the control unit 44. Thus, the manufacturing process is performed in the deposition time varied so as to suppress the film thickness variation in the atmospheric pressure CVD apparatus 41.

常圧エピタキシャル成長CVD装置41における時間制御は、図2の熱酸化膜形成の場合に応じて説明できる。21はチャンバ内にウェハを挿入後、チャンバ内の状態を安定化させるための保持時間に、22は所定の温度まで装置内の温度を高めるための昇温時間、24は所定の温度で炉内を安定させるための保持時間に、23は塩化シラン系反応ガスをチャンバ内に導入する反応時間に、25は常温周辺の温度まで降温する時間にそれぞれ対応する。   The time control in the atmospheric pressure epitaxial growth CVD apparatus 41 can be explained according to the case of the thermal oxide film formation of FIG. 21 is a holding time for stabilizing the state in the chamber after inserting the wafer into the chamber, 22 is a temperature raising time for raising the temperature in the apparatus up to a predetermined temperature, and 24 is a furnace at a predetermined temperature. 23 corresponds to the reaction time for introducing the silane chloride-based reaction gas into the chamber, and 25 corresponds to the time for lowering the temperature to around room temperature.

本実施形態では、反応ガスをチャンバ内に導入する所定の時間23に対し、堆積時間変動値算出部43によって与えられた堆積時間変動値を用いて補正を加え、図2(b)の26に対応する補正後の反応時間を用いてCVD処理を行う。   In the present embodiment, the predetermined time 23 for introducing the reaction gas into the chamber is corrected using the deposition time fluctuation value given by the deposition time fluctuation value calculation unit 43, and the process is performed in 26 of FIG. The CVD process is performed using the corresponding corrected reaction time.

上記実施形態に係る半導体プロセス制御装置の動作を説明する。常圧エピタキシャル成長CVD装置41内においてCVDを行うと、CVD装置41は排ガス無害化装置46を介して外界と間接的に接しているためCVD装置41内の内圧は環境の気圧値の影響を受ける。気圧値測定部42はCVD膜厚変動の原因であるこの気圧値の影響を受けた内圧を測定し、測定値を堆積時間変動値算出部43に出力する。   The operation of the semiconductor process control apparatus according to the above embodiment will be described. When CVD is performed in the atmospheric pressure epitaxial growth CVD apparatus 41, the CVD apparatus 41 is indirectly in contact with the outside through the exhaust gas detoxification apparatus 46, so the internal pressure in the CVD apparatus 41 is affected by the atmospheric pressure value of the environment. The atmospheric pressure value measuring unit 42 measures the internal pressure affected by the atmospheric pressure value which is the cause of the CVD film thickness fluctuation, and outputs the measured value to the deposition time fluctuation value calculating unit 43.

堆積時間変動値算出部43は、この入力された気圧値に基づいてデバイス構造の変動を抑制する堆積時間変動値を式(2)により算出し、制御部44に出力する。これにより、気圧変動の値によって生じるCVD膜厚変動を抑制する堆積時間変動値を、試作を経ることなく予測することができる。   The deposition time fluctuation value calculation unit 43 calculates a deposition time fluctuation value that suppresses the fluctuation of the device structure based on the input atmospheric pressure value by the equation (2), and outputs it to the control unit 44. Thereby, the deposition time fluctuation value that suppresses the CVD film thickness fluctuation caused by the value of the atmospheric pressure fluctuation can be predicted without going through trial manufacture.

制御部44は、常圧エピタキシャル成長CVD装置41のCVDにおいて、チャンバ内の昇温時間を経た後の堆積時間に、堆積時間変動値を付加して製造処理を行うべくコントローラ45を制御する。コントローラ45は、制御部44から入力された信号に基づいて時間の遅れなく構造ばらつきを抑制した製造処理工程をCVD装置41において行う。   In the CVD of the atmospheric pressure epitaxial growth CVD apparatus 41, the control unit 44 controls the controller 45 to perform a manufacturing process by adding a deposition time variation value to the deposition time after the temperature rising time in the chamber. The controller 45 performs, in the CVD apparatus 41, a manufacturing process step in which structural variations are suppressed without time delay based on the signal input from the control unit 44.

堆積時間変動値算出部43によって得られた補正値によって補正された時間によるプロセス制御のうち、CVD膜が主に安定に形成される過程に対応するプロセス時間成分を補正することにより実現し、CVD膜厚ばらつきの生じないCVD工程を実現することができる。   Of the process control based on the time corrected by the correction value obtained by the deposition time fluctuation value calculation unit 43, this is realized by correcting the process time component corresponding to the process in which the CVD film is mainly formed stably. A CVD process in which there is no variation in film thickness can be realized.

このように、気圧値測定部42を用いることにより、モニターウェハを用いた従来の間接的な制御方法に比べて、直接にばらつき原因の値を求めて制御することができ、より高精度に膜厚ばらつきを抑制できることができる。また、堆積時間変動値算出部43により原因の変動に連動して即時に堆積時間補正値を得られるため、時間遅れなく堆積時間補正を行えることができる。さらに、制御部44により、従来のモニターウェハを用いたプロセス条件での微少な補正を行う作業の負荷を軽減させることができる。   As described above, by using the atmospheric pressure value measurement unit 42, it is possible to directly obtain and control the cause of variation compared to the conventional indirect control method using a monitor wafer, and to control the film with higher accuracy. Thickness variation can be suppressed. In addition, since the deposition time fluctuation value calculation unit 43 can immediately obtain the deposition time correction value in conjunction with the cause variation, the deposition time correction can be performed without a time delay. Furthermore, the control unit 44 can reduce the work load for performing a minute correction under process conditions using a conventional monitor wafer.

また、一般に高精度な膜厚制御が必要な多くの場合には減圧CVDが行われるが、本実施形態に係る半導体プロセス制御装置により、減圧の場合よりも単純な構成の装置である常圧CVD装置を、高精度な膜厚制御を必要とする場合にも用いることができる。これにより、膜形成プロセスを行う際に減圧で行う必要がないため、プロセス時間を短縮でき、安定した構造の集積回路を減圧の場合よりも安価に製作できる。   In general, low-pressure CVD is performed in many cases where high-precision film thickness control is required. However, the semiconductor process control device according to the present embodiment allows the atmospheric pressure CVD, which is a device having a simpler configuration than the case of low-pressure. The apparatus can also be used when highly accurate film thickness control is required. Accordingly, since it is not necessary to perform the film formation process under reduced pressure, the process time can be shortened, and an integrated circuit having a stable structure can be manufactured at a lower cost than in the case of reducing pressure.

なお、本実施形態においては常圧エピタキシャル成長CVD装置に適用する場合を示したが、大気圧の影響を受ける常圧CVD装置であれば何でも良い。   In the present embodiment, the case where the present invention is applied to an atmospheric pressure epitaxial growth CVD apparatus has been described. However, any atmospheric pressure CVD apparatus that is affected by atmospheric pressure may be used.

また、上記第1,2実施形態ではそれぞれ製造処理時間変動値を式(1),(2)により与える場合を示したが、成膜過程において反応の性質が変化する場合には、反応の性質に応じて式(1)と式(2)を選択して製造処理時間変動値を得ることも可能である。   In the first and second embodiments, the case where the manufacturing process time fluctuation values are given by the equations (1) and (2) is shown. However, when the reaction property changes in the film formation process, the reaction property is changed. It is also possible to select the formula (1) and the formula (2) according to the above and obtain the manufacturing processing time fluctuation value.

また、常圧CVD装置や熱酸化炉に限定されず、大気圧の影響を受ける熱処理装置であれば熱処理時間変動値を与える式を経験等に基づいて与えることで、拡散装置等にも適用可能である。   In addition, it is not limited to atmospheric pressure CVD equipment and thermal oxidation furnaces, and it can be applied to diffusion equipment etc. by giving a formula that gives the heat treatment time fluctuation value based on experience, etc., if it is a heat treatment equipment affected by atmospheric pressure It is.

また、気圧値の変動によるデバイス構造変動を抑制する製造処理時間変動値をプロセス条件に依存して数値テーブルによって与えることも可能である。この場合、成膜過程において反応の性質が不明である場合に、気圧値の変動によるデバイス構造変動を実験的に求め、実験結果データを保存して用いる場合に、気圧値の変動による膜厚変動を抑制するプロセス時間補正値を得ることができる。   It is also possible to provide a manufacturing process time fluctuation value that suppresses device structure fluctuation due to fluctuations in the atmospheric pressure value by a numerical table depending on the process conditions. In this case, when the nature of the reaction is unknown during the film formation process, the device structure fluctuation due to fluctuations in the atmospheric pressure value is obtained experimentally, and when the experimental result data is stored and used, the film thickness fluctuation due to fluctuations in atmospheric pressure value It is possible to obtain a process time correction value that suppresses.

(第3実施形態)
第3実施形態は、半導体メモリ製造プロセスの開発と製造拠点への製造技術移転に関する。すなわち、半導体メモリをまず開発拠点において製造し、この際に開発された製造プロセスにより製造拠点に技術移転を行い、製造拠点において同様に製造を場合に関するものである。以下、半導体メモリを形成するMOSFETのゲート酸化膜を形成する場合を例に説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment relates to development of a semiconductor memory manufacturing process and transfer of manufacturing technology to a manufacturing base. That is, the semiconductor memory is first manufactured at the development base, the technology is transferred to the manufacturing base by the manufacturing process developed at this time, and the manufacturing is similarly performed at the manufacturing base. Hereinafter, a case where a gate oxide film of a MOSFET forming a semiconductor memory is formed will be described as an example.

まず、開発拠点において基準となるCR内気圧値を定め、この気圧値に基づいてMOSFETのゲート酸化膜厚値を定める。ゲート酸化を行う酸化炉に(A)開発拠点のCR内気圧変動値を測定する気圧値測定部と、(B)この変動値によって生じるゲート酸化膜厚値の変動値を算出する酸化時間変動値算出部と、(C)(B)で得られた補正値によって補正された酸化時間を用いて酸化を行う酸化工程制御を酸化炉において実現させる制御部とを設置する。なお、これら(A)〜(C)は、上記第1実施形態における気圧値測定部2,酸化時間変動値算出部3,制御部4に対応する。   First, a CR internal pressure value that is a reference at a development site is determined, and a MOSFET gate oxide film thickness value is determined based on this atmospheric pressure value. (A) Pressure value measuring unit that measures the pressure fluctuation value in the CR at the development site in the oxidation furnace that performs gate oxidation, and (B) The oxidation time fluctuation value that calculates the fluctuation value of the gate oxide film thickness value caused by this fluctuation value A calculation unit and a control unit that realizes an oxidation process control in which oxidation is performed using the oxidation time corrected by the correction values obtained in (C) and (B) in the oxidation furnace are installed. These (A) to (C) correspond to the atmospheric pressure value measurement unit 2, the oxidation time fluctuation value calculation unit 3, and the control unit 4 in the first embodiment.

開発拠点において、(A)〜(C)を用いて半導体メモリ製造プロセスの開発を行い、(B)で算出された補正値によって補正された酸化時間を用いてゲート酸化を行った場合に、この補正による他のデバイス構造パラメータの変動の大きさが回路特性に不安定性を与えないようプロセスパラメータ設定を行う。   When the development base develops a semiconductor memory manufacturing process using (A) to (C) and performs gate oxidation using the oxidation time corrected by the correction value calculated in (B), The process parameters are set so that the magnitude of fluctuation of other device structure parameters due to correction does not give instability to the circuit characteristics.

このように半導体プロセスの開発が行われた後、製造拠点への製造技術移転を行う際に、製造拠点において(A’)製造拠点のCR内気圧値を求める部分を新たに設ける。また、開発拠点において用いたものと同じ(B)及び(C)を用いて、製造技術立上げを行う。この製造技術立ち上げにおいては、従来のように試行錯誤の下で最適な制御パラメータを求める必要がなく、(A’)により製造拠点のCR内基準値のみ求まれば、開発拠点と同様に早期に製造の立ち上げを行うことができる。   After the development of the semiconductor process in this way, when the manufacturing technology is transferred to the manufacturing base, a part for obtaining the (A ′) CR internal pressure value of the manufacturing base is newly provided at the manufacturing base. In addition, using the same (B) and (C) used at the development site, the manufacturing technology is launched. In the start-up of this manufacturing technology, it is not necessary to obtain the optimal control parameters through trial and error as in the past. If only the reference value in the CR of the manufacturing base is obtained by (A '), it is as early as the development base. It is possible to start manufacturing.

これにより、複数の地域の環境の気圧値の差に基づくデバイス構造の差による集積回路特性のばらつきを抑制して、開発拠点において開発された製造プロセスの製造拠点への移転を早期に実現できる。   As a result, the variation in the integrated circuit characteristics due to the difference in the device structure based on the difference in the atmospheric pressure values in a plurality of regions can be suppressed, and the transfer of the manufacturing process developed at the development base to the manufacturing base can be realized at an early stage.

なお、ゲート酸化膜形成プロセスのみならずCVD等の熱処理を行う工程であれば本発明を適用可能である。   Note that the present invention can be applied to any process that performs heat treatment such as CVD as well as the gate oxide film formation process.

本発明の第1実施形態に係る酸化炉制御装置の全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the oxidation furnace control apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 同実施形態における炉内温度を示す図。The figure which shows the furnace temperature in the same embodiment. プロセスパラメータのばらつきが膜厚に与える影響を示す図。The figure which shows the influence which the dispersion | variation in a process parameter has on a film thickness. 本発明の第2実施形態に係る常圧エピタキシャル成長CVD制御装置の全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the atmospheric pressure epitaxial growth CVD control apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の骨子を説明する図。The figure explaining the main point of this invention. 従来の膜厚制御の工程を説明する図。The figure explaining the process of the conventional film thickness control.

符号の説明Explanation of symbols

1…酸化炉、2,42…気圧値測定部、3…酸化時間変動値算出部、4,44…制御部、5,45…コントローラ、31…基準の酸化膜厚さ、32…酸化温度ばらつきによる酸化膜厚さ、33…ガス圧ばらつきによる酸化膜厚さ、34…酸化時間ばらつきによる酸化膜厚さ、41…常圧エピタキシャル成長CVD装置、43…堆積時間変動値算出部、46…排ガス無害化装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oxidation furnace 2,42 ... Barometric pressure value measurement part, 3 ... Oxidation time fluctuation value calculation part, 4,44 ... Control part, 5,45 ... Controller, 31 ... Standard oxide film thickness, 32 ... Oxidation temperature variation 33 ... Oxide thickness due to gas pressure variation, 34 ... Oxide thickness due to variation in oxidation time, 41 ... Normal pressure epitaxial growth CVD apparatus, 43 ... Deposition time fluctuation value calculation unit, 46 ... Detoxification of exhaust gas apparatus.

Claims (3)

大気圧の影響を受ける雰囲気での熱処理により半導体装置を製造する半導体製造装置内又は該装置の設置環境の気圧値を測定する手段と、
前記測定された気圧値の変動によるデバイス構造変動を抑制するための熱処理時間変動値を算出する手段と、
前記半導体製造装置に予め設定された熱処理時間に、前記算出された熱処理時間変動値を初期温度から所定の熱処理温度まで前記半導体製造装置内を昇温させる時間の経過後に付加して熱処理時間を補正する手段とを具備し、
前記熱処理は熱酸化であり、T分の酸化時間の熱酸化を行う場合、測定された前記気圧値が予め設定された気圧値の平均値のx%であるとき、前記熱処理時間変動値ΔTは
ΔT=T{1−(x/100)}/(x/100)
であることを特徴とする半導体プロセス制御装置。
Means for measuring a pressure value in a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device by heat treatment in an atmosphere affected by atmospheric pressure or in an installation environment of the apparatus;
Means for calculating a heat treatment time fluctuation value for suppressing device structure fluctuation due to fluctuation of the measured atmospheric pressure value;
The calculated heat treatment time fluctuation value is added to the heat treatment time preset in the semiconductor manufacturing apparatus after the elapse of time for raising the temperature in the semiconductor manufacturing apparatus from the initial temperature to a predetermined heat treatment temperature, thereby correcting the heat treatment time. And means for
When the thermal treatment is thermal oxidation and thermal oxidation is performed for an oxidation time of T minutes, when the measured atmospheric pressure value is x% of an average value of preset atmospheric pressure values, the thermal treatment time variation value ΔT is ΔT = T {1- (x / 100) 2 } / (x / 100) 2
A semiconductor process control device characterized by the above.
大気圧の影響を受ける雰囲気で熱処理する機能を備えた半導体製造装置を用いて半導体装置を製造するに際し、
前記半導体製造装置内又は該装置の設置環境の気圧値を測定し、測定した気圧値に応じて該半導体製造装置に予め設定された熱処理時間に、熱処理時間の変動値を初期温度から所定の熱処理温度まで前記半導体製造装置内を昇温させる時間の経過後に付加して補正し、
前記熱処理は熱酸化であり、T分の酸化時間の熱酸化を行う場合、測定された前記気圧値が予め設定された気圧値の平均値のx%であるとき、前記熱処理時間の変動値ΔTは
ΔT=T{1−(x/100)}/(x/100)
であることを特徴とする半導体プロセス制御方法。
When manufacturing a semiconductor device using a semiconductor manufacturing apparatus having a function of performing heat treatment in an atmosphere affected by atmospheric pressure,
The atmospheric pressure value in the semiconductor manufacturing apparatus or in the installation environment of the apparatus is measured, and the heat treatment time fluctuation value is changed from the initial temperature to a predetermined heat treatment time set in advance in the semiconductor manufacturing apparatus according to the measured atmospheric pressure value. Add and correct after the elapse of time to raise the temperature in the semiconductor manufacturing apparatus to the temperature,
The thermal treatment is thermal oxidation, and when thermal oxidation is performed for an oxidation time of T minutes, when the measured atmospheric pressure value is x% of an average value of preset atmospheric pressure values, the variation value ΔT of the thermal treatment time. ΔT = T {1- (x / 100) 2 } / (x / 100) 2
A method for controlling a semiconductor process.
大気圧の影響を受ける雰囲気での熱処理により半導体装置を製造する半導体製造装置と、
該装置内又は該装置の設置環境の気圧値を測定する手段と、
前記測定された気圧値の変動によるデバイス構造変動を抑制するための熱処理時間変動値を算出する手段と、
前記半導体製造装置に予め設定された熱処理時間に、前記算出された熱処理時間変動値を初期温度から所定の熱処理温度まで前記半導体製造装置内を昇温させる時間の経過後に付加して熱処理時間を補正する手段とを具備し、
前記熱処理は熱酸化であり、T分の酸化時間の熱酸化を行う場合、測定された前記気圧値が予め設定された気圧値の平均値のx%であるとき、前記熱処理時間変動値ΔTは
ΔT=T{1−(x/100)}/(x/100)
であることを特徴とする半導体プロセス制御システム。
A semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device by heat treatment in an atmosphere affected by atmospheric pressure;
Means for measuring the atmospheric pressure value in the apparatus or in the installation environment of the apparatus;
Means for calculating a heat treatment time fluctuation value for suppressing device structure fluctuation due to fluctuation of the measured atmospheric pressure value;
The calculated heat treatment time fluctuation value is added to the heat treatment time preset in the semiconductor manufacturing apparatus after the elapse of time for raising the temperature in the semiconductor manufacturing apparatus from the initial temperature to a predetermined heat treatment temperature, thereby correcting the heat treatment time. And means for
When the thermal treatment is thermal oxidation and thermal oxidation is performed for an oxidation time of T minutes, when the measured atmospheric pressure value is x% of an average value of preset atmospheric pressure values, the thermal treatment time variation value ΔT is ΔT = T {1- (x / 100) 2 } / (x / 100) 2
A semiconductor process control system.
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