JP2007080963A - Method and unit for forming thin film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a unit to form a thin film which is formed in its stabilized quality. <P>SOLUTION: In a crystal growth step, the thin film is formed using a thin film forming apparatus 11. The characteristic value of the thin film formed in this step includes a process error w. In a measuring step, measured characteristic of the formed thin film is measured with a measuring unit 12. The measured characteristic value measured in this step includes a measuring error ν. In a virtual crystal growth step, characteristic value of the thin film formed with a virtual thin film forming apparatus 13 is obtained and an arithmetic characteristic value is computed. In a measuring error removing step, a forecasted characteristic value wherein only the measuring error ν among the process errors w and measuring errors ν is removed from the measuring characteristic value can be computed with a measuring error removing unit 14, on the basis of the computed characteristic value and the measured characteristic value. Moreover, in a apparatus condition determining step, the new apparatus condition of the thin film forming apparatus 11 is determined with a condition setting unit 15 based on the forecasted characteristic value. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、形成された薄膜の特性値に基づいて次に形成する薄膜の特性値をフィードバック制御し、薄膜の特性値を指令値に近づける薄膜形成ユニットに関する。   The present invention relates to a thin film forming unit that feedback-controls the characteristic value of a thin film to be formed next based on the characteristic value of the formed thin film, and brings the characteristic value of the thin film close to a command value.

従来の薄膜形成ユニットでは、薄膜形成装置によって基板に薄膜を形成し、形成された薄膜の特性値を計測する。薄膜形成ユニットでは、計測結果に基づいて、次の薄膜の装置条件を決定する。   In a conventional thin film forming unit, a thin film is formed on a substrate by a thin film forming apparatus, and a characteristic value of the formed thin film is measured. In the thin film forming unit, the apparatus conditions for the next thin film are determined based on the measurement result.

図9は、従来の第1の技術の薄膜形成ユニット1の構成を概略示すブロック図である。条件設定部2では、入力された特性値に基づいて、装置条件を決定する。薄膜形成装置3では、たとえば分子線エピタキシャル装置(MBE装置)であり、装置条件に基づいて薄膜を形成する。装置条件とは、たとえば照射すべき分子線の材料の温度、基板の温度および分子線の照射時間である。計測部4では、薄膜の膜厚、組成比および発光特性などの特性値を計測し、計測結果を取得する。薄膜形成ユニット1は、たとえば1ロット分の基板の計測結果を取得する。条件設定部2は、計測結果および入力された特性値に基づいて、次の1ロット分の薄膜が入力された特性値を有する薄膜に形成されるように、新たな装置条件を決定する。薄膜形成装置3は、前記新たな装置条件に基づいて、基板に薄膜を形成する。   FIG. 9 is a block diagram schematically showing the configuration of a conventional thin film forming unit 1 according to the first technique. The condition setting unit 2 determines apparatus conditions based on the input characteristic values. The thin film forming apparatus 3 is, for example, a molecular beam epitaxial apparatus (MBE apparatus), and forms a thin film based on apparatus conditions. The apparatus conditions are, for example, the temperature of the material of the molecular beam to be irradiated, the temperature of the substrate, and the irradiation time of the molecular beam. The measurement unit 4 measures characteristic values such as the film thickness, composition ratio, and light emission characteristics of the thin film, and acquires the measurement results. The thin film forming unit 1 acquires, for example, a measurement result of one lot of substrates. The condition setting unit 2 determines a new apparatus condition based on the measurement result and the inputted characteristic value so that the next one lot of thin film is formed into a thin film having the inputted characteristic value. The thin film forming apparatus 3 forms a thin film on the substrate based on the new apparatus conditions.

従来の第2の技術では、熱処理容器内の状態変化に対応するモデル関数を用いて、設定パラメータに基づく制御対象パラメータの目標値を算出し、この算出結果をプロセス条件へフィードバックすることにより、膜厚の再現性を向上させる熱処理装置および成膜方法がある。   In the second conventional technique, the target value of the parameter to be controlled based on the setting parameter is calculated using a model function corresponding to the state change in the heat treatment vessel, and the calculation result is fed back to the process condition, thereby forming the film There is a heat treatment apparatus and a film forming method for improving the reproducibility of thickness.

特開2002−343726号公報JP 2002-343726 A

従来の技術の薄膜形成装置3で形成される薄膜の特性値を計測部4で計測すると、その計測結果には、入力された特性値に対して計測部4の計測器の分解能などに基づく計測誤差および薄膜の形成する工程において生じるプロセス誤差が含まれる。形成された薄膜の実際の特性値は、入力された特性値にプロセス誤差が加わった特性値であり、計測結果の特性値には、実際の特性値に加えてさらに計測誤差が含まれる。したがって計測結果に基づいて薄膜の特性値をフィードバック制御すると、薄膜は、計測誤差が含まれる特性値を入力された特性値に近づけるように形成される。それ故、形成された薄膜の実際の特性値は、計測結果に基づいて薄膜の特性値を繰返しフィードバック制御しても、入力された特性値に収束することなく、形成される薄膜の品質が不安定になり、また歩留まりの低さに繋がっている。また計測誤差およびプロセス誤差の両方を除去することによっても、計測誤差が含まれる場合と同様に、形成された薄膜の実際の特性値が入力特性値に収束せず、形成される薄膜の品質が不安定になり、歩留まりが低い。   When the characteristic value of the thin film formed by the conventional thin film forming apparatus 3 is measured by the measuring unit 4, the measurement result is measured based on the resolution of the measuring instrument of the measuring unit 4 with respect to the input characteristic value. Errors and process errors that occur in the process of forming the thin film are included. The actual characteristic value of the formed thin film is a characteristic value obtained by adding a process error to the input characteristic value, and the measurement result includes a measurement error in addition to the actual characteristic value. Therefore, when the characteristic value of the thin film is feedback-controlled based on the measurement result, the thin film is formed so that the characteristic value including the measurement error is close to the input characteristic value. Therefore, the actual characteristic value of the formed thin film does not converge to the input characteristic value even if the thin film characteristic value is repeatedly feedback controlled based on the measurement result, and the quality of the formed thin film is poor. It is stable and leads to low yield. Also, by removing both measurement error and process error, the actual characteristic value of the formed thin film does not converge to the input characteristic value as in the case where measurement error is included, and the quality of the formed thin film is reduced. It becomes unstable and yield is low.

従来の第2の技術の成膜方法では、既知の周期的なプロセス変動に対して、自己回帰移動平均モデル等の統計的なモデル関数を作成し、このモデル関数によって推定される値をプロセス条件にフィードバックするとともに、成膜後の膜厚の実績値に基づいてモデル関数を更新させている。しかしながら実際のプロセス変動は不規則な変化を含み、さらに膜厚は計測誤差等を含む。したがって、目標に対して正確なフィードバックを行うには、プロセス変動と計測誤差を分離した上で、プロセスの真の状態を推定して装置設定条件に反映させる必要がある。さらに、状態推定の精度を向上させるには、成膜の物理に則ったモデル関数を作成することが望ましい。   In the film forming method of the second conventional technique, a statistical model function such as an autoregressive moving average model is created for a known periodic process variation, and a value estimated by this model function is set as a process condition. The model function is updated based on the actual value of the film thickness after film formation. However, actual process variations include irregular changes, and the film thickness includes measurement errors and the like. Therefore, in order to provide accurate feedback to the target, it is necessary to separate the process variation and measurement error and then estimate the true state of the process and reflect it in the apparatus setting conditions. Furthermore, in order to improve the accuracy of state estimation, it is desirable to create a model function according to the physics of film formation.

本発明の目的は、形成された薄膜の品質が安定している薄膜形成方法および薄膜形成ユニットを提供することである。   An object of the present invention is to provide a thin film forming method and a thin film forming unit in which the quality of the formed thin film is stable.

本発明は、薄膜形成装置を用いて薄膜が形成される成膜工程であって、薄膜が、その特性値にプロセス誤差を含んだ状態で形成される成膜工程と、
形成される薄膜の計測特性値を計測する計測工程であって、計測特性値が、計測誤差を含んだ状態で計測される計測工程と、
前記成膜工程における薄膜形成装置の装置条件に基づいて、形成される薄膜の演算特性値を演算によって求める演算工程と、
演算工程で演算された演算特性値と、前記計測工程で計測された計測特性値とに基づいて、プロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけが計測特性値から除去された予測特性値を演算する計測誤差除去工程と、
計測誤差除去工程で演算された予測特性値に基づいて、次に薄膜を形成する際の成膜工程における薄膜形成装置の新たな装置条件を決定する装置条件決定工程とを有することを特徴とする薄膜の形成方法である。
The present invention is a film forming process in which a thin film is formed using a thin film forming apparatus, the film forming process in which a thin film includes a process error in its characteristic value;
A measurement process for measuring a measurement characteristic value of a thin film to be formed, wherein the measurement characteristic value is measured in a state including a measurement error; and
Based on the apparatus conditions of the thin film forming apparatus in the film forming step, a calculation step for calculating a calculation characteristic value of the thin film to be formed by calculation,
Based on the calculation characteristic value calculated in the calculation step and the measurement characteristic value measured in the measurement step, a predicted characteristic value obtained by removing only the measurement error from the measurement characteristic value out of the process error and the measurement error is calculated. A measurement error elimination process;
And an apparatus condition determining step for determining a new apparatus condition of the thin film forming apparatus in the film forming process when the thin film is formed next based on the predicted characteristic value calculated in the measurement error removing process. This is a method for forming a thin film.

本発明に従えば、成膜工程では、薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する。このとき形成された薄膜の特性値には、プロセス誤差が含まれている。計測工程では、前記形成される薄膜の計測特性値を計測する。このとき計測される計測特性値には、計測誤差が含まれている。演算工程では、形成される薄膜の演算特性値を演算によって求める。計測誤差除去工程では、演算特性値と計測特性値とに基づいて、プロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけを計測特性値から除去した予測特性値を演算することができる。さらに装置条件決定工程では、予測特性値に基づいて、薄膜形成装置の新たな装置条件が決定される。   According to the present invention, in the film forming process, a thin film is formed using a thin film forming apparatus. The characteristic value of the thin film formed at this time includes a process error. In the measurement step, the measurement characteristic value of the thin film to be formed is measured. The measurement characteristic value measured at this time includes a measurement error. In the calculation step, the calculation characteristic value of the thin film to be formed is obtained by calculation. In the measurement error removal step, a predicted characteristic value obtained by removing only the measurement error from the measurement characteristic value out of the process error and the measurement error can be calculated based on the calculation characteristic value and the measurement characteristic value. Further, in the apparatus condition determining step, a new apparatus condition for the thin film forming apparatus is determined based on the predicted characteristic value.

また本発明は、計測誤差除去工程では、さらに計測特性値と演算特性値とに基づいて、成膜工程での成膜状態を推定し、この推定された成膜工程での成膜状態に基づいて、演算工程で演算特性値を演算するために用いられる演算式が補正されることを特徴とする。   In the measurement error elimination process, the present invention further estimates the film formation state in the film formation process based on the measured characteristic value and the calculated characteristic value, and based on the estimated film formation state in the film formation process. Thus, the arithmetic expression used to calculate the arithmetic characteristic value in the arithmetic step is corrected.

本発明に従えば、計測誤差除去工程では、さらに計測特性値と演算特性値とに基づいて、成膜工程での成膜状態を推定し、この推定された成膜状態に基づいて、演算装置で前記特性値を演算するために用いられる演算式を補正することができる。   According to the present invention, in the measurement error removal step, the film formation state in the film formation step is further estimated based on the measurement characteristic value and the calculation characteristic value, and the arithmetic unit is calculated based on the estimated film formation state. Thus, the arithmetic expression used for calculating the characteristic value can be corrected.

本発明は、その特性値にプロセス誤差を含んだ状態で薄膜を形成する薄膜形成装置と、
形成される薄膜の特性値を計測誤差を含んだ状態で計測する計測手段と、
前記薄膜形成装置で薄膜を形成する際の薄膜形成装置の装置条件に基づいて、形成される薄膜の特性値を演算によって求める演算装置と、
演算装置で演算された特性値と、計測手段で計測された特性値とに基づいて、プロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけが計測特性値から除去された予測特性値を演算する計測誤差除去手段と
計測誤差除去手段によって演算される予測特性値に基づいて、次に薄膜を形成する際の薄膜形成装置の新たな装置条件を決定する装置条件決定手段とを有することを特徴とする薄膜形成ユニットである。
The present invention provides a thin film forming apparatus for forming a thin film with a process error included in its characteristic value;
A measuring means for measuring the characteristic value of the formed thin film in a state including a measurement error;
Based on the apparatus conditions of the thin film forming apparatus when forming a thin film with the thin film forming apparatus, an arithmetic device that obtains a characteristic value of the thin film to be formed by calculation,
Measurement error elimination that calculates the predicted characteristic value in which only the measurement error is removed from the measurement characteristic value among the process error and measurement error based on the characteristic value calculated by the arithmetic unit and the characteristic value measured by the measuring means And a device condition determining means for determining a new device condition of the thin film forming device when the thin film is next formed based on the predicted characteristic value calculated by the measurement error removing device. Is a unit.

本発明に従えば、薄膜形成装置が薄膜を形成し、計測手段によって前記形成される薄膜の計測特性値を計測する。薄膜形成装置で形成される薄膜の特性値には、プロセス誤差が含まれ、計測手段によって計測された計測特性値には、計測誤差が含まれる。演算装置は、形成される薄膜の特性値を演算によって求める。計測誤差除去手段は、演算特性値と計測特性値とに基づいて、プロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけを計測特性値から除去した予測特性値を演算される。装置条件決定手段は、予測特性値に基づいて、薄膜形成装置の新たな装置条件を決定することができる。   According to the present invention, the thin film forming apparatus forms a thin film, and the measurement characteristic value of the formed thin film is measured by the measuring means. The process error is included in the characteristic value of the thin film formed by the thin film forming apparatus, and the measurement error is included in the measurement characteristic value measured by the measuring unit. The arithmetic device obtains the characteristic value of the thin film to be formed by calculation. The measurement error removing unit calculates a predicted characteristic value obtained by removing only the measurement error from the process characteristic value and the measurement characteristic value based on the calculation characteristic value and the measurement characteristic value. The apparatus condition determining means can determine a new apparatus condition of the thin film forming apparatus based on the predicted characteristic value.

また本発明は、計測誤差除去手段は、さらに計測特性値と演算特性値とに基づいて、薄膜形成装置の成膜状態を推定し、この推定された薄膜形成装置の成膜状態に基づいて、計測手段で計測された特性値と演算装置で演算された特性値とに基づいて、演算装置で演算特性値を演算するために用いられる演算式を補正することを特徴とする。   Further, in the present invention, the measurement error removing means further estimates the film forming state of the thin film forming apparatus based on the measured characteristic value and the calculated characteristic value, and based on the estimated film forming state of the thin film forming apparatus, Based on the characteristic value measured by the measuring means and the characteristic value calculated by the arithmetic device, the arithmetic expression used for calculating the arithmetic characteristic value by the arithmetic device is corrected.

本発明に従えば、計測誤差除去手段は、さらに計測特性値と演算特性値とに基づいて、薄膜形成装置の成膜状態を推定し、この推定された薄膜形成装置の成膜状態に基づいて、演算装置で演算特性値を演算するために用いられる演算式を補正することができる。   According to the present invention, the measurement error removing means further estimates the film forming state of the thin film forming apparatus based on the measured characteristic value and the calculated characteristic value, and based on the estimated film forming state of the thin film forming apparatus. The arithmetic expression used for calculating the arithmetic characteristic value by the arithmetic device can be corrected.

また本発明は、薄膜形成装置は、基板に複数の分子線を照射して薄膜を形成する分子線エピタキシャル装置であり、
演算装置は、基板に照射される各分子線の分子線強度に基づいて分子線量を演算する分子線量演算部と、前記分子線量に基づいて薄膜の組成比を演算する組成比演算部と、前記組成比に基づいて薄膜の演算特性値を演算する特性値演算部とを含むことを特徴とする。
Moreover, the present invention is a molecular beam epitaxial apparatus in which the thin film forming apparatus forms a thin film by irradiating a substrate with a plurality of molecular beams.
The arithmetic device includes a molecular dose calculator that calculates a molecular dose based on the molecular beam intensity of each molecular beam irradiated on the substrate, a composition ratio calculator that calculates a composition ratio of a thin film based on the molecular dose, And a characteristic value calculation unit for calculating a calculation characteristic value of the thin film based on the composition ratio.

本発明に従えば、分子線エピタキシャル(略称MBE)装置で薄膜の形成を実現することができる。また本発明では、分子線量演算部が各分子線によって基板上に照射された分子線量を演算し、組成比演算部が前記分子線量に基づいて組成比を演算する。特性値演算部は、この組成比に基づいて薄膜の演算特性値を演算する。これによって薄膜の特性値を演算することができる。   According to the present invention, a thin film can be formed with a molecular beam epitaxial (abbreviation MBE) apparatus. In the present invention, the molecular dose calculator calculates the molecular dose irradiated onto the substrate by each molecular beam, and the composition ratio calculator calculates the composition ratio based on the molecular dose. The characteristic value calculation unit calculates the calculated characteristic value of the thin film based on the composition ratio. Thereby, the characteristic value of the thin film can be calculated.

また本発明は、装置条件には、各分子線の蒸着源の温度T、前記各蒸着源の温度上昇幅αおよび各分子線の照射時間tが含まれ、
分子線量演算部は、分子線の材料毎に定められる定数A、アレニウス係数Bおよび装置条件に基づいて、
In the present invention, the apparatus conditions include the temperature T of the vapor deposition source of each molecular beam, the temperature increase width α of each vapor deposition source, and the irradiation time t of each molecular beam.
The molecular dose calculation unit is based on the constant A, the Arrhenius coefficient B, and the apparatus conditions determined for each material of the molecular beam.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

式(1)によって分子線強度Fxを演算し、さらに前記分子線強度Fxを照射時間tで積分することによって、分子線量を演算することを特徴とする。
本発明に従えば、MBE装置の各分子線の分子線量を演算することができる。
The molecular dose is calculated by calculating the molecular beam intensity F x according to the equation (1), and further calculating the molecular dose by integrating the molecular beam intensity F x with the irradiation time t.
According to the present invention, the molecular dose of each molecular beam of the MBE apparatus can be calculated.

本発明によれば、計測特性値からプロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけを除去した予測特性値を演算できる。装置条件決定工程は、演算された予測特性値に基づいて、新たな装置条件を決定する。したがって新たな装置条件に基づいて形成される薄膜の特性値は、従来の技術のように計測誤差を含まないので、所望の特性値との偏差が従来の技術の場合より小さくなる。したがって形成された薄膜の品質を安定させることができ、歩留まりも向上させることができる。さらに前記薄膜を備える半導体素子およびそれを備える装置の品質を安定させ、歩留まりも向上させることができる。また予測値特性値には、計測誤差だけが除去され、プロセス誤差が含まれている。したがって繰り返しフィードバック制御された薄膜の特性値は、所望の特性値に収束する。従来のように所望の特性値に計測誤差を加えた特性値および所望の特性値にプロセス誤差を減算した特性値に収束することがなく、所望の特性値により近似させることができる。   According to the present invention, it is possible to calculate a predicted characteristic value obtained by removing only a measurement error from a process error and a measurement error from the measurement characteristic value. In the apparatus condition determination step, a new apparatus condition is determined based on the calculated predicted characteristic value. Therefore, since the characteristic value of the thin film formed based on the new apparatus conditions does not include measurement errors as in the conventional technique, the deviation from the desired characteristic value is smaller than in the conventional technique. Therefore, the quality of the formed thin film can be stabilized and the yield can be improved. Further, the quality of the semiconductor element including the thin film and the apparatus including the semiconductor element can be stabilized and the yield can be improved. In addition, the predicted value characteristic value includes only a measurement error and includes a process error. Therefore, the characteristic value of the thin film subjected to repeated feedback control converges to a desired characteristic value. The characteristic value obtained by adding the measurement error to the desired characteristic value and the characteristic value obtained by subtracting the process error from the desired characteristic value do not converge as in the conventional case, and can be approximated by the desired characteristic value.

本発明によれば、演算特性値および計測特性値に基づいて、成膜工程での成膜状態を推定し、この成膜状態に基づいて、演算工程で用いられる演算式を補正する。したがって成膜状態が経時的または環境状態によって変化しても、この成膜状態の変化に追従して演算工程で用いられる演算式が補正される。これによって演算特性値は、成膜状態の変動を加味した演算特性値となり、追従させて補正させない場合に比べて、形成された薄膜の特性値により近似した特性値となる。このような演算特性値と計測特性値とに基づいて、予測特性値を演算しているので、予測特性値をより所望の特性値に近づけることができ、この予測特性値に基づいて決定された装置条件によって形成された薄膜を所望の特性値に近づけることができる。   According to the present invention, the film formation state in the film formation step is estimated based on the calculation characteristic value and the measurement characteristic value, and the calculation formula used in the calculation step is corrected based on the film formation state. Therefore, even if the film formation state changes over time or due to environmental conditions, the arithmetic expression used in the calculation process is corrected following the change in the film formation state. As a result, the calculated characteristic value becomes a calculated characteristic value that takes into account fluctuations in the film formation state, and becomes a characteristic value that approximates the characteristic value of the formed thin film as compared with the case where the corrected characteristic value is not followed and corrected. Since the predicted characteristic value is calculated based on such a calculated characteristic value and the measured characteristic value, the predicted characteristic value can be brought closer to a desired characteristic value, and determined based on the predicted characteristic value. The thin film formed according to the apparatus conditions can be brought close to a desired characteristic value.

本発明によれば、計測特性値からプロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけを除去した予測特性値を演算できる。装置条件決定手段は、予測特性値に基づいて、新たな装置条件を決定する。したがって新たな装置条件に基づいて形成される薄膜の特性値は、従来の技術のように計測誤差を含まないので、所望の特性値との偏差が従来の技術の場合より小さくなる。これによって形成された薄膜の品質を安定させることができ、歩留まりも向上させることができる。さらに前記薄膜を備える半導体素子およびそれを備える装置の品質を安定させ、歩留まりも向上させることができる。したがって繰り返しフィードバック制御された薄膜の特性値は、所望の特性値に収束する。従来のように所望の特性値に計測誤差を加えた特性値および所望の特性値にプロセス誤差に収束することがなく、所望の特性値により近似させることができる。   According to the present invention, it is possible to calculate a predicted characteristic value obtained by removing only a measurement error from a process error and a measurement error from the measurement characteristic value. The device condition determining means determines a new device condition based on the predicted characteristic value. Therefore, since the characteristic value of the thin film formed based on the new apparatus conditions does not include measurement errors as in the conventional technique, the deviation from the desired characteristic value is smaller than in the conventional technique. Thereby, the quality of the formed thin film can be stabilized, and the yield can be improved. Further, the quality of the semiconductor element including the thin film and the apparatus including the semiconductor element can be stabilized and the yield can be improved. Therefore, the characteristic value of the thin film subjected to repeated feedback control converges to a desired characteristic value. A characteristic value obtained by adding a measurement error to a desired characteristic value and a desired characteristic value do not converge to a process error as in the past, and can be approximated by a desired characteristic value.

本発明によれば、演算特性値および計測特性値に基づいて、薄膜形成装置の成膜状態を推定し、この成膜状態に基づいて、演算装置で用いられる演算式を補正する。成膜状態が経時的に変化しても、この成膜状態の変化に追従して演算装置で用いられる演算式が補正される。これによって演算特性値は、成膜状態の変動を加味した演算特性値となり、追従させて補正させない場合に比べて、実際に形成された薄膜の特性値により近似した特性値となる。このような演算特性値と計測特性値とに基づいて、予測特性値を演算しているので、予測特性値をより所望の特性値に近づけることができ、この予測特性値に基づいて決定された装置条件によって形成された薄膜を所望の特性値に近づけることができる。   According to the present invention, the film formation state of the thin film forming apparatus is estimated based on the calculation characteristic value and the measurement characteristic value, and the calculation formula used in the calculation apparatus is corrected based on the film formation state. Even if the film formation state changes over time, the arithmetic expression used in the arithmetic device is corrected following the change in the film formation state. As a result, the calculated characteristic value becomes a calculated characteristic value that takes into account fluctuations in the film formation state, and becomes a characteristic value approximated to the characteristic value of the actually formed thin film as compared with the case where the corrected characteristic value is not corrected. Since the predicted characteristic value is calculated based on such a calculated characteristic value and the measured characteristic value, the predicted characteristic value can be brought closer to a desired characteristic value, and determined based on the predicted characteristic value. The thin film formed according to the apparatus conditions can be brought close to a desired characteristic value.

本発明によれば、分子量演算部、組成比演算部および特性値演算部によって、MBE装置で形成される薄膜の演算特性値を演算することができ、薄膜形成ユニットをMBE装置で実現することができる。   According to the present invention, the molecular characteristic calculator, the composition ratio calculator, and the characteristic value calculator can calculate the calculated characteristic value of the thin film formed by the MBE apparatus, and the thin film forming unit can be realized by the MBE apparatus. it can.

本発明によれば、分子線量の演算を実現できる。各材料の組成比は、分子線量に基づいて演算することができ、また薄膜の特性値は、組成比に基づいて演算することができる。したがって分子線量の演算を実現することによって、薄膜の演算特性値を演算することを実現できる。   According to the present invention, calculation of molecular dose can be realized. The composition ratio of each material can be calculated based on the molecular dose, and the characteristic value of the thin film can be calculated based on the composition ratio. Therefore, by calculating the molecular dose, it is possible to calculate the calculation characteristic value of the thin film.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。また実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。   Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping description may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in the preceding section. In addition to the combination of parts specifically described in each embodiment, the embodiments may be partially combined as long as the combination is not particularly troublesome.

図1は、本発明の実施の第1の形態である薄膜形成ユニット10の機能をブロック毎に分けて示すブロック図である。薄膜形成ユニット10は、搬送された基板に薄膜を形成するためのユニットであり、前記薄膜を使用者が入力した特性値に近づけるためのユニットである。薄膜形成ユニット10は、この薄膜の特性値を計測および演算し、この計測結果および演算結果に基づいて、形成される薄膜の特性値をフィードバック制御して、形成される薄膜の特性値を使用者が入力した特性値に近づける。特性値には、たとえば薄膜を構成する材料の組成比、膜厚および光学的特性などがある。薄膜形成ユニット10は、たとえば半導体素子を製造するユニットの一部に含まれ、半導体素子の製造工程の1工程を担っている。薄膜形成ユニット10は、基本的には、薄膜形成装置11、計測部12、仮想的薄膜形成装置13(以下、「仮想装置13」と称する場合がある)、計測誤差除去部14および条件設定部15を含む。   FIG. 1 is a block diagram showing the function of the thin film forming unit 10 according to the first embodiment of the present invention divided into blocks. The thin film forming unit 10 is a unit for forming a thin film on a conveyed substrate, and is a unit for bringing the thin film close to a characteristic value input by a user. The thin film forming unit 10 measures and calculates the characteristic value of the thin film, feedback-controls the characteristic value of the formed thin film based on the measurement result and the calculation result, and uses the characteristic value of the formed thin film to the user. Approaches the entered characteristic value. The characteristic value includes, for example, the composition ratio, the film thickness, and the optical characteristics of the material constituting the thin film. The thin film forming unit 10 is included in a part of a unit for manufacturing a semiconductor element, for example, and is responsible for one step of the manufacturing process of the semiconductor element. The thin film forming unit 10 basically includes a thin film forming device 11, a measuring unit 12, a virtual thin film forming device 13 (hereinafter sometimes referred to as “virtual device 13”), a measurement error removing unit 14, and a condition setting unit. 15 is included.

薄膜形成装置11は、図示しない搬送装置によって搬送される基板を載置し、装置条件に基づいて、複数の材料を基板に結晶成長させて薄膜を形成する装置である。装置条件には、たとえば制御すべき基板および結晶成長させる材料の温度、ならびに結晶成長させる時間が含まれる。薄膜形成装置11は、たとえばCVD装置およびMBE装置であり、本実施の形態ではMBE装置が用いられている。MBE装置は、図示しない搬送装置によって搬送される基板を載置し、複数の坩堝に充填された各材料、本実施の形態ではインジウム(In)、ガリウム(Ga)およびアルミニウム(Al)の3つの材料の分子線を基板に照射して、基板上に前記各材料を結晶成長させて薄膜を形成する装置である。以下では、薄膜形成装置11にMBE装置が適用される場合について説明する。ただしMBE装置が用いられる場合に限定されず、前述のようにCVD装置であってもよい。薄膜形成装置11には、装置条件に基づいて載置される基板の温度および3つの材料In、GaおよびAlの温度の制御を行う温度制御部16、および載置される基板に各分子線を照射し結晶成長させる結晶成長部17を含む。   The thin film forming apparatus 11 is an apparatus that mounts a substrate transported by a transport device (not shown) and forms a thin film by crystal growth of a plurality of materials on the substrate based on the device conditions. The apparatus conditions include, for example, the temperature of the substrate to be controlled and the material for crystal growth, and the time for crystal growth. The thin film forming apparatus 11 is, for example, a CVD apparatus or an MBE apparatus, and an MBE apparatus is used in the present embodiment. In the MBE apparatus, a substrate transported by a transport apparatus (not shown) is placed, and each material filled in a plurality of crucibles, in this embodiment, three materials of indium (In), gallium (Ga), and aluminum (Al). This is an apparatus for forming a thin film by irradiating a substrate with a molecular beam of a material and growing each of the materials on the substrate. Below, the case where an MBE apparatus is applied to the thin film formation apparatus 11 is demonstrated. However, the present invention is not limited to the case where an MBE apparatus is used, and may be a CVD apparatus as described above. The thin film forming apparatus 11 includes a temperature control unit 16 that controls the temperature of the substrate to be placed and the temperatures of the three materials In, Ga, and Al based on the apparatus conditions, and each molecular beam on the substrate to be placed. It includes a crystal growth portion 17 for crystal growth by irradiation.

計測手段である計測部12は、計測誤差除去部14に電気的に接続され、結晶成長部17で形成された薄膜の特性値を計測する機能を有する。計測される薄膜の特性値には、入力すべき特性値と少なくとも同種の特性値が含まれる。計測部12には、たとえば組成比を計測するX線回折装置、膜厚を計測するSEM装置、波長を計測するフォトルミネッセンス測定装置が用いられる。計測部12によって計測された特性値(以下、「計測特性値」と称する場合がある)は、計測誤差除去部14に伝送される。薄膜が形成された基板は、計測部12によって計測された後、図示しない半導体製造工程における次工程の装置に搬送される。   The measuring unit 12 which is a measuring means is electrically connected to the measurement error removing unit 14 and has a function of measuring the characteristic value of the thin film formed by the crystal growing unit 17. The measured characteristic value of the thin film includes at least the same kind of characteristic value as the characteristic value to be input. For the measurement unit 12, for example, an X-ray diffractometer that measures the composition ratio, an SEM device that measures the film thickness, and a photoluminescence measurement device that measures the wavelength are used. A characteristic value measured by the measurement unit 12 (hereinafter sometimes referred to as “measurement characteristic value”) is transmitted to the measurement error removal unit 14. The substrate on which the thin film is formed is measured by the measuring unit 12 and then transferred to an apparatus for a next process in a semiconductor manufacturing process (not shown).

演算装置である仮想装置13は、計測誤差除去部14に電気的に接続され、装置条件に基づいて、形成される薄膜の特性値を演算によって求める機能を有する。仮想装置13は、仮想設定部18および仮想結晶成長部19とを含む。仮想設定部18では、結晶成長すべき材料モデルを設定する機能を有する。仮想結晶成長部19は、基板モデルに材料モデルを結晶成長させて薄膜を形成した場合の薄膜の特性値を演算式を用いて演算する機能を有する。本実施の形態では、MBE装置で仮想的に薄膜を形成した場合の薄膜の特性値を演算式を用いて演算する機能を有する。演算された特性値(以下、「演算特性値」と称する場合がある)は、計測誤差除去部14に伝送される。   The virtual device 13, which is an arithmetic device, is electrically connected to the measurement error removing unit 14, and has a function of calculating the characteristic value of the thin film to be formed based on the device conditions. The virtual device 13 includes a virtual setting unit 18 and a virtual crystal growth unit 19. The virtual setting unit 18 has a function of setting a material model for crystal growth. The virtual crystal growth unit 19 has a function of calculating a characteristic value of a thin film using an arithmetic expression when a thin film is formed by crystal growth of a material model on a substrate model. In the present embodiment, there is a function of calculating the characteristic value of the thin film using the arithmetic expression when the thin film is virtually formed by the MBE apparatus. The calculated characteristic value (hereinafter sometimes referred to as “calculated characteristic value”) is transmitted to the measurement error removing unit 14.

計測誤差除去手段である計測誤差除去部14は、条件設定部15に電気的に接続される。計測特性値には、薄膜形成装置11で薄膜を形成する際のプロセス変動に起因するプロセス誤差、および計測部12の計測器の分解能および計測箇所の再現性などに起因する計測誤差が含まれる。計測誤差除去部14は、計測特性値および演算特性値に基づいて、計測特性値から計測誤差だけを除去した特性値を予測し演算する機能を有する。この予測された特性値を予測特性値と称する場合がある。さらに計測誤差除去部14は、計測特性値および演算特性値に基づいて、仮想結晶成長部19で用いられる演算式を補正する機能を有する。仮想結晶成長部19は、次回基板モデルに仮想的に結晶成長させる際、前記補正された演算式を用いて、演算特性値を演算する。計測誤差除去部14は、予測特性値を条件設定部15に伝送する機能を有する。   A measurement error removal unit 14 that is a measurement error removal unit is electrically connected to the condition setting unit 15. The measurement characteristic value includes a process error caused by process variation when the thin film forming apparatus 11 forms a thin film, and a measurement error caused by the resolution of the measuring instrument of the measurement unit 12 and the reproducibility of the measurement location. The measurement error removal unit 14 has a function of predicting and calculating a characteristic value obtained by removing only the measurement error from the measurement characteristic value based on the measurement characteristic value and the calculation characteristic value. This predicted characteristic value may be referred to as a predicted characteristic value. Further, the measurement error removing unit 14 has a function of correcting the calculation formula used in the virtual crystal growth unit 19 based on the measurement characteristic value and the calculation characteristic value. When the crystal growth unit 19 virtually grows a crystal on the next substrate model, the virtual crystal growth unit 19 calculates a calculation characteristic value using the corrected calculation formula. The measurement error removal unit 14 has a function of transmitting the predicted characteristic value to the condition setting unit 15.

装置条件決定手段である条件設定部15は、薄膜形成装置11および仮想装置13に電気的に接続され、使用者が図示しない操作部によって入力した薄膜の特性値(以下、「入力特性値」と称する場合がある)に基づいて、薄膜形成装置11の装置条件を設定する機能を有する。条件設定部15は、設定した装置条件を薄膜形成装置11および仮想装置13に伝送する。薄膜形成装置11の温度制御部16は、この装置条件に基づいて、載置される基板および各分子線の材料の温度を制御する。結晶成長部17は、基板に前記各材料の分子線を装置条件の成長時間の間、照射し結晶成長させて薄膜を形成する。また仮想装置13は、前記装置条件に基づいて、演算特性値を演算する。条件設定部15は、予測特性値と入力特性値との差に応じて、今回設定された装置条件を補正し、次回の装置条件を決定し設定する機能を有する。薄膜形成装置11は、この装置条件に基づいて、次の薄膜を形成する。換言すると、薄膜形成装置11は、予測特性値に基づいて形成される薄膜の特性をフィードバック制御し、次に形成される薄膜の特性値を入力特性値に近づけていく。また仮想装置13も同様に、前記装置条件に基づいて次に形成される薄膜の特性値を演算する。   The condition setting unit 15 which is an apparatus condition determining means is electrically connected to the thin film forming device 11 and the virtual device 13, and is a thin film characteristic value (hereinafter referred to as "input characteristic value") input by a user through an operation unit (not shown). The thin film forming apparatus 11 has a function of setting the apparatus conditions. The condition setting unit 15 transmits the set apparatus conditions to the thin film forming apparatus 11 and the virtual apparatus 13. The temperature control unit 16 of the thin film forming apparatus 11 controls the temperature of the substrate to be placed and the material of each molecular beam based on the apparatus conditions. The crystal growth unit 17 forms a thin film by irradiating the substrate with the molecular beam of each of the materials for a growth time under apparatus conditions to grow the crystal. Further, the virtual device 13 calculates a calculation characteristic value based on the device condition. The condition setting unit 15 has a function of correcting the apparatus condition set this time according to the difference between the predicted characteristic value and the input characteristic value, and determining and setting the next apparatus condition. The thin film forming apparatus 11 forms the next thin film based on the apparatus conditions. In other words, the thin film forming apparatus 11 feedback-controls the characteristic of the thin film formed based on the predicted characteristic value, and brings the characteristic value of the thin film formed next closer to the input characteristic value. Similarly, the virtual device 13 calculates the characteristic value of the thin film to be formed next based on the device conditions.

図2は、薄膜形成ユニット10の薄膜形成処理の手順を示すフローチャートである。薄膜形成処理は、形成された薄膜を計測部12で計測した計測特性値と仮想装置13で演算した演算特性値とに基づいて、薄膜の特性値をフィードバック制御するものである。薄膜形成ユニット10の電源が入ると、製造処理が開始し、ステップs1へ移行する。特性値入力工程であるステップs1では、使用者が操作部によって入力特性値Rを入力する。入力特性値Rが入力されると、ステップs1からステップs2へ移行する。装置条件決定工程であるステップs2では、条件設定部15が、入力特性値Rに基づいて、分子線の材料、基板の温度、材料の温度および結晶成長させる時間などの装置条件を決定する。条件設定部15は、決定された装置条件を薄膜形成装置11および仮想装置13に伝送し、これらの装置をこの装置条件に設定する。さらに計測誤差除去部14に種々の設定定数を入力し決定する。前記装置を装置条件に設定すると、ステップs2からステップs3およびステップs6へ移行する。ステップs3が薄膜形成装置11で実施される処理であり、ステップs6が仮想装置13でそれぞれ実行される処理である。これらの処理は、同時実行される。ただし同時に実行されることに限らず、別々に実行されてもよい。まず薄膜形成装置11の薄膜の形成および特性値の計測について説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the thin film forming process of the thin film forming unit 10. In the thin film forming process, the characteristic value of the thin film is feedback-controlled based on the measured characteristic value obtained by measuring the formed thin film by the measuring unit 12 and the calculated characteristic value calculated by the virtual device 13. When the power of the thin film forming unit 10 is turned on, the manufacturing process starts and the process proceeds to step s1. In step s1, which is a characteristic value input process, the user inputs an input characteristic value R through the operation unit. When the input characteristic value R is input, the process proceeds from step s1 to step s2. In step s2, which is an apparatus condition determining step, the condition setting unit 15 determines apparatus conditions such as the molecular beam material, the substrate temperature, the material temperature, and the crystal growth time based on the input characteristic value R. The condition setting unit 15 transmits the determined apparatus conditions to the thin film forming apparatus 11 and the virtual apparatus 13, and sets these apparatuses to the apparatus conditions. Further, various setting constants are input to the measurement error removing unit 14 and determined. When the device is set as a device condition, the process proceeds from step s2 to step s3 and step s6. Step s3 is a process executed by the thin film forming apparatus 11, and step s6 is a process executed by the virtual apparatus 13, respectively. These processes are executed simultaneously. However, it is not limited to being executed simultaneously, and may be executed separately. First, formation of a thin film and measurement of characteristic values of the thin film forming apparatus 11 will be described.

温度制御工程であるステップs3では、薄膜形成装置11に搬送された基板を装置条件で設定された温度に制御し、分子線の材料を装置条件で設定された温度に制御する。本実施の形態では、MBE装置のセルの温度を制御することによって、各材料の温度を装置条件で設定された温度に制御する。装置条件で設定される温度に制御されると、ステップs3からステップs4へ移行する。   In step s3, which is a temperature control process, the substrate transported to the thin film forming apparatus 11 is controlled to a temperature set in the apparatus conditions, and the molecular beam material is controlled to a temperature set in the apparatus conditions. In the present embodiment, the temperature of each material is controlled to the temperature set in the apparatus conditions by controlling the temperature of the cell of the MBE apparatus. When the temperature is controlled by the apparatus conditions, the process proceeds from step s3 to step s4.

結晶成長工程であるステップs4では、装置条件で設定された成長時間(照射時間)、前記基板に各材料の分子線を照射して結晶成長させて、基板上に薄膜を形成する。薄膜形成装置11で薄膜を形成する場合、温度および装置の状態の変化などの製造工程におけるプロセス変動によって、形成された薄膜の実際の特性値は、入力特性値Rにならず、プロセス上の誤差であるプロセス誤差wを含んだ特性値になる。ステップs4で形成される薄膜は、このプロセス誤差wを含んだ状態で形成される。薄膜を形成すると、ステップs4からステップs5へ移行する。   In step s4, which is a crystal growth process, the substrate is irradiated with a molecular beam of each material for the growth time (irradiation time) set in the apparatus conditions, and a thin film is formed on the substrate. When a thin film is formed by the thin film forming apparatus 11, the actual characteristic value of the formed thin film does not become the input characteristic value R due to process variations in the manufacturing process such as changes in temperature and the state of the apparatus. Is a characteristic value including a process error w. The thin film formed in step s4 is formed in a state including this process error w. When the thin film is formed, the process proceeds from step s4 to step s5.

計測工程であるステップs5では、計測部12によって、形成された薄膜の計測特性値を計測し、この計測特性値を計測誤差除去部14に伝送する。計測工程で計測される計測特性値には、形成された薄膜の実際の特性値に加えて、計測部12の計測機器の分解能および計測箇所の再現性などに起因する計測誤差νが含まれる。したがって形成された薄膜の計測特性値には、入力特性値Rに対してプロセス誤差wおよび計測誤差νの2つの誤差が含まれる。計測誤差除去部14に計測特性値を伝送すると、ステップs5からステップs8へ移行する。   In step s5, which is a measurement process, the measurement characteristic value of the formed thin film is measured by the measurement unit 12, and this measurement characteristic value is transmitted to the measurement error removal unit 14. In addition to the actual characteristic value of the formed thin film, the measurement characteristic value measured in the measurement process includes a measurement error ν caused by the resolution of the measurement device of the measurement unit 12 and the reproducibility of the measurement location. Accordingly, the measurement characteristic value of the formed thin film includes two errors of the process error w and the measurement error ν with respect to the input characteristic value R. When the measurement characteristic value is transmitted to the measurement error removing unit 14, the process proceeds from step s5 to step s8.

次に仮想装置13による薄膜の特性値の演算について説明する。モデル設定工程であるステップs6では、仮想装置13が、使用者が図示しない操作部によって入力した分子線の材料の種類、材料の温度に基づいて、材料モデルを設定する。材料モデルを設定すると、ステップs6からステップs7へ移行する。   Next, calculation of the characteristic value of the thin film by the virtual device 13 will be described. In step s6, which is a model setting process, the virtual device 13 sets a material model based on the type of material of the molecular beam and the temperature of the material input by the user through an operation unit (not shown). When the material model is set, the process proceeds from step s6 to step s7.

仮想結晶成長工程であるステップs7では、ステップs6で設定された材料モデルに基づいて、演算特性値を演算する。以下では、演算特性値の演算方法について説明する。仮想結晶成長部19は、ステップs6で決定された基板および材料の仮想モデルならびにこれらの温度状態に基づいて、式(2)を演算する。   In step s7, which is a virtual crystal growth process, a calculation characteristic value is calculated based on the material model set in step s6. Below, the calculation method of a calculation characteristic value is demonstrated. The virtual crystal growth unit 19 calculates Equation (2) based on the virtual model of the substrate and material determined in Step s6 and their temperature states.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

Yが演算特性値、Hが伝達関数、そしてXが、薄膜がどうのようにして形成されたかの状態を示す係数、つまりプロセス状態を表す係数である。プロセス状態Xは、薄膜形成のプロセスにおいて生じるプロセスの変動および外乱などによって生じる特性値の変動に、演算特性値を追従させるための係数である。換言すると、プロセス状態Xは、装置条件に基づく理想的な特性値からプロセス誤差wが含まれた演算特性値を演算するための係数である。伝達関数Hは、プロセスの変動および外乱などを観測可能な物性値に変換するための伝達関数であり、本実施の形態では薄膜の特性値に変換するための伝達関数である。伝達関数Hは、演算特性値Yの演算に用いられる物性値によって与えられる関数である。 Y is a calculation characteristic value, H is a transfer function, and X is a coefficient indicating how the thin film is formed, that is, a coefficient indicating the process state. The process state X is a coefficient for causing the calculation characteristic value to follow the process fluctuation and the fluctuation of the characteristic value caused by disturbance or the like that occur in the thin film formation process. In other words, the process state X is a coefficient for calculating a calculation characteristic value including the process error w from an ideal characteristic value based on the apparatus conditions. The transfer function H is a transfer function for converting process fluctuations, disturbances, and the like into observable physical property values, and is a transfer function for converting into characteristic values of a thin film in the present embodiment. The transfer function H is a function given by a physical property value used for calculation of the calculation characteristic value Y.

本実施の形態において、たとえば薄膜のAlの組成比YAlを演算特性値とする場合を考える。まず分子線強度Fxは、定数A、アレニウス係数B、材料のセルの温度T、前記セルの温度上昇幅αおよび照射時間tとして、式(1)で与えられる。 In the present embodiment, for example, consider a case where the thin film Al composition ratio Y Al is used as a calculation characteristic value. First, the molecular beam intensity F x is given by Equation (1) as a constant A, an Arrhenius coefficient B, a temperature T of the material cell, a temperature rise α of the cell, and an irradiation time t.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

分子線強度Fxの下付xは、分子線の材料を示し、本実施の形態では、前述のようにIn、GaおよびAlである。次に分子線量Fx_sumは、分子線強度Fを照射時間tで積分した式で与えられ、時刻t1から時刻t2まで分子線を基板に照射した場合、式(3)で与えられる。 The subscript x of the molecular beam intensity F x indicates the material of the molecular beam, and in this embodiment, it is In, Ga, and Al as described above. Next, the molecular dose F x — sum is given by an expression obtained by integrating the molecular beam intensity F x with the irradiation time t, and is given by the expression (3) when the molecular beam is irradiated on the substrate from time t1 to time t2.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

分子線量Fx_sumの下付xは、分子線の材料を示し、本実施の形態では、前述のようにIn、GaおよびAlである。Alの組成比YAlは、対象材料の分子線量を各材料の分子線量の総和で除したものに比例するので、この分子線量Fx_sumおよびプロセス状態Xを用いて式(4)で与えられる。 The subscript x of the molecular dose F x_sum indicates the material of the molecular beam, and in this embodiment, it is In, Ga, and Al as described above. Since the Al composition ratio Y Al is proportional to the molecular dose of the target material divided by the sum of the molecular doses of the respective materials, this molecular dose F x — sum and the process state X are used to give the equation (4).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

Alの組成比YAlは、Alの分子線量を各材料In、GaおよびAlの分子線量の総和で除したものとプロセス状態Xとの積である。式(4)と式(2)比較すると、Alの組成比YAlを演算する場合の伝達関数HAlが式(5)で与えられる。 The Al composition ratio Y Al is the product of the process state X obtained by dividing the molecular dose of Al by the sum of the molecular doses of the respective materials In, Ga and Al. Comparing equation (4) and equation (2), the transfer function H Al when calculating the Al composition ratio Y Al is given by equation (5).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

伝達関数HAlは、Alの分子線量を各材料n、GaおよびAlの分子線量の総和で除したものとなる。仮想装置13は、この伝達関数HAlおよびプロセス状態Xに基づいて、演算特性値YAlを演算する。演算された演算特性値YAlが計測誤差除去部14に伝送され、伝送されると、ステップs7からステップs8へ移行する。 The transfer function H Al is obtained by dividing the molecular dose of Al by the sum of the molecular dose of each material n, Ga and Al. The virtual device 13 calculates the calculation characteristic value Y Al based on the transfer function H Al and the process state X. The calculated calculation characteristic value Y Al is transmitted to the measurement error removing unit 14, and when transmitted, the process proceeds from step s7 to step s8.

フィルタゲイン演算工程であるステップs8では、計測誤差除去部14が、計測部12で計測された計測特性値と仮想装置13で演算された演算特性値とに基づいて、プロセス状態Xを補正するためのフィルタゲインKを演算する、すなわちプロセス状態Xをフィードバック制御するためのフィルタゲインKを演算する。フィルタゲインKは、仮想装置13の演算式で用いられるプロセス状態Xを真のプロセス状態Xtrueに近づけるためのゲインである。真のプロセス状態Xtrueは、計測演算値に基づくプロセス状態から計測誤差νに起因する誤差を除去したプロセス状態であり、形成された薄膜の薄膜形成工程だけを考慮した実際のプロセス状態である。 In step s8, which is a filter gain calculation step, the measurement error removal unit 14 corrects the process state X based on the measurement characteristic value measured by the measurement unit 12 and the calculation characteristic value calculated by the virtual device 13. Is calculated, that is, the filter gain K for feedback control of the process state X is calculated. The filter gain K is a gain for bringing the process state X used in the arithmetic expression of the virtual device 13 closer to the true process state X true . The true process state X true is a process state in which the error due to the measurement error ν is removed from the process state based on the measurement calculation value, and is an actual process state in consideration of only the thin film forming process of the formed thin film.

フィルタゲインKは、真のプロセス状態Xtru eとその真のプロセス状態Xtrueの推定値である推定プロセス状態Xestと誤差Xtrue−Xestの分散が最小となるように与えられる。誤差Xtrue−Xestの分散が最小になるようにフィルタゲインKを演算することによって、前述のようにフィルタゲインKを用いて演算される推定プロセス状態Xestを真のプロセス状態Xtrueに近づけることができる。以下では、カルマンフィルタ法を用いたフィルタゲインKの演算方法について具体的に説明する。 Filter gain K is given by the variance of the estimated process states X est and the error X true -X est is an estimated value of the true process state X true true process conditions X tru e is minimized. By calculating the filter gain K so that the variance of the error X true −X est is minimized, the estimated process state X est calculated using the filter gain K as described above is brought closer to the true process state X true . be able to. Hereinafter, a method for calculating the filter gain K using the Kalman filter method will be described in detail.

まず推定プロセス状態Xestの演算方法について説明する。薄膜形成処理では、計測毎に推定プロセス状態Xestを演算して、推定プロセス状態Xestを真のプロセス状態Xtrueの変動に追従させている。したがって推定プロセス状態Xestは、計測回数毎にその値が変動している。以下では、計測回数をt回目(t=1,2,3・・・・)における推定プロセス状態Xestの演算方法について説明する。計測回数t回目とは、計測部12で形成された薄膜の特性値を計測される回数と同義である。計測t回目の薄膜のプロセス状態をX、計測t回目から計測t+1回目に移ったときのプロセス状態Xtの経時変化を表す係数をA、プロセス変動をwとして、プロセス状態Xt+1は、式(6)で与えられる。 First, a method for calculating the estimated process state Xest will be described. In the thin film formation process, and calculates the estimated process states X est for each measurement, and the estimated process states X est to follow the variation of the true process conditions X true. Therefore, the value of the estimated process state X est varies with the number of measurements. Hereinafter, a calculation method of the estimated process state Xest at the tth measurement (t = 1, 2, 3,...) Will be described. The number of times of measurement t is synonymous with the number of times the characteristic value of the thin film formed by the measurement unit 12 is measured. The process conditions of the measurement t th thin film X t, measured t-th from the measurement t + 1 th process condition when moved in the X coefficients representing the time course of t A t, the process variations as w t, process state X t + 1 is given by equation (6).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

プロセス状態Xt+1は、計測t回目のプロセス状態Xtと係数Aとの積に、プロセスの変動wを加えた式で与えられる。係数Aは、経時変化がなければ、その値が1である。 Process state X t + 1 is the product of the measurement t th process state X t and the coefficient A t, is given by the formula plus the variation w t of the process. Factor A t, unless aging, its value is 1.

計測t−1回目の推定プロセス状態Xt-1/t-1とすると、これに基づいて、式(6)で演算される計測t回目の演算プロセス状態Xt/t-1は、式(7)で与えられる。 Assuming that the estimated process state X t-1 / t-1 of the measurement t−1 is based on this, the calculation process state X t / t-1 of the measurement t time calculated by the equation (6) is 7).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

計測特性値Yおよび演算特性値Yt/t-1に基づいて、演算プロセス状態Xt/t-1を補正すると、補正されたプロセス状態Xt/tは、フィルタゲインKを用いて、式(8)で与えられる。 When the calculation process state X t / t−1 is corrected based on the measurement characteristic value Y t and the calculation characteristic value Y t / t−1 , the corrected process state X t / t is obtained by using the filter gain K. It is given by equation (8).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

補正されたプロセス状態Xt/tは、演算プロセス状態Xt/t-1および、計測特性値Yと演算特性値Yt/t-1との差Y−Yt/t-1とフィルタゲインKとの積の和で表される。補正されたプロセス状態Xt/tは、真のプロセス状態の推定値であり、計測t回目の推定プロセス状態Xestである。 The corrected process state X t / t includes the calculation process state X t / t−1 and the difference Y t −Y t / t−1 between the measured characteristic value Y t and the calculated characteristic value Y t / t−1. It is expressed as the sum of products with the filter gain K. The corrected process state X t / t is an estimated value of the true process state, and is the estimated process state X est for the t-th measurement.

演算特性値が式(2)に基づいて演算されているので、前記式(8)に式(2)を代入すると、推定プロセス状態Xt/tは、式(9)で与えられる。 Since the calculation characteristic value is calculated based on the equation (2), when the equation (2) is substituted into the equation (8), the estimated process state X t / t is given by the equation (9).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

伝達関数Htは、計測t回目時における装置条件に基づいて決定される伝達関数であり、フィルタゲインKは、計測t回目のフィルタゲインKである。推定プロセス状態Xt/tは、演算プロセス状態Xt/t-1および、計測特性値Yと演算特性値H×Xt/t-1との差Y−Ht/t-1とフィルタゲインKとの積の和で表される。この式によって推定プロセス状態Xt/tが演算される。 The transfer function H t is a transfer function determined based on the apparatus conditions at the time of measurement t, and the filter gain K t is the filter gain K of measurement t. The estimated process state X t / t includes the calculation process state X t / t−1 and the difference Y t −H t X t / t between the measured characteristic value Y t and the calculated characteristic value H t × X t / t−1. It is represented by the sum of products of −1 and the filter gain K. The estimated process state X t / t is calculated by this equation.

次に前記推定プロセス状態Xestに基づいて、フィルタゲインKの演算方法について説明する。フィルタゲインKは、真のプロセス状態Xtrueと推定プロセス状態Xestとの推定誤差Xtrue−Xestの分散E[(Xtrue−Xest2]を最小にする値に決定される。ここでE[A]は、Aの期待値を表す。計測t回目の真のプロセス状態XtrueをXとし、推定プロセス状態XestをXt/tとすると、これらの推定誤差Xerrは、式(9)に基づいて、式(10)のように演算される。 Next, a calculation method of the filter gain K will be described based on the estimation process state Xest . The filter gain K is determined to a value that minimizes the variance E [(X true −X est ) 2 ] of the estimation error X true −X est between the true process state X true and the estimated process state X est . Here, E [A] represents the expected value of A. Assuming that the true process state X true of the t-th measurement is X t and the estimated process state X est is X t / t , these estimated errors X err are expressed by Equation (10) based on Equation (9). Is calculated.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

推定誤差Xerrは、真のプロセス状態Xtから演算プロセス状態Xt/t-1、および計測特性値Ytと演算特性値Htt/t-1との差Yt−Htt/t-1とフィルタゲインKtとの積を減算した値である。 Estimation error X err the difference calculation from the true process state X t process state X t / t-1, and the measured characteristic value Y t and calculating characteristic values H t X t / t-1 Y t -H t X is a value obtained by subtracting the product of the t / t-1 and the filter gain K t.

ここで計測特性値Ytは、真のプロセス状態で形成された薄膜の特性値、すなわち形成された薄膜の実際の特性値に計測誤差νが加わったものであるので、真のプロセス状態Xtおよび伝達関数H、さらに計測誤差νを用いて、式(11)で与えられる。計測誤差νtは、計測t回目の計測での計測誤差である。 Here measured characteristic value Y t, the characteristic values of the thin film formed in a true process conditions, that is, the actual characteristic values of the formed thin film in which measurement error ν is applied, the true process state X t And the transfer function H t and the measurement error ν t are given by equation (11). The measurement error ν t is a measurement error in the measurement at the measurement t.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

計測特性値Ytは、伝達関数Htと真のプロセス状態Xtとの積に計測誤差νtが加算された値である。
この計測特性値Ytを式(10)に代入すると、式(12)が得られる。
The measurement characteristic value Y t is a value obtained by adding a measurement error ν t to the product of the transfer function H t and the true process state X t .
Substituting this measured characteristic value Y t into equation (10) yields equation (12).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

推定誤差Xerrは、1からフィルタゲインKtと伝達関数Htとの積を減算したものと、真のプロセス状態Xから演算プロセス状態Xt/t-1を減算したものとの積からフィルタゲインKtと推定誤差νtとの積を減算した値である。
この推定誤差Xerrに基づいて、分散E[Xerr 2]は、式(13)で与えられる。
The estimated error X err is obtained by subtracting the product of the filter gain Kt and the transfer function Ht from 1 and the filter gain from the product of the true process state X t and the operation process state X t / t−1. This is a value obtained by subtracting the product of K t and the estimation error ν t .
Based on this estimated error X err , the variance E [X err 2 ] is given by equation (13).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

推定誤差Xerrの分散E[Xerr 2]は、真のプロセス状態Xと演算プロセス状態Xt/t-1との分散E[(Xt−Xt/t-12]に1からフィルタゲインKtと伝達関数Htとの積を減算したものを自乗したものとの積、およびフィルタゲインKtを自乗したものと計測誤差νtの分散E[νt 2]との積の和である。 The variance E [X err 2 ] of the estimated error X err is 1 in the variance E [(X t −X t / t−1 ) 2 ] between the true process state X t and the operation process state X t / t− 1. Product of the product of the filter gain K t and the transfer function H t subtracted from the square of the product, and the product of the square of the filter gain K t and the variance E [ν t 2 ] of the measurement error ν t Is the sum of

分散E[Xerr 2]は、フィルタゲインKtの関数であるので、分散E[Xerr 2]が最小となるには、分散E[Xerr 2]に対するフィルタゲインKの微分値が0となる、すなわち式(14)を満たす必要がある。 Distributed E [X err 2] Since a function of filter gain K t, the variance E [X err 2] is minimized, the differential value of the filter gain K t is 0 for distributed E [X err 2] That is, it is necessary to satisfy Expression (14).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

式(13)に基づいて、式(14)を展開すると、式(15)が与えられる。

Figure 2007080963
When formula (14) is expanded based on formula (13), formula (15) is given.
Figure 2007080963

このようにフィルタゲインKtは、伝達関数Ht、分散E[(Xt−Xt/t-12]および[νt 2]を用いて、式(15)で与えられる。式(15)を式(13)に代入すると、式(16)が与えられる。 Thus, the filter gain K t is given by Expression (15) using the transfer function H t , the variance E [(X t −X t / t−1 ) 2 ] and [ν t 2 ]. Substituting equation (15) into equation (13) gives equation (16).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

式(15)を用いて、式(16)からE[νt 2]を消去すると、式(17)が与えられる。

Figure 2007080963
If E [ν t 2 ] is eliminated from equation (16) using equation (15), equation (17) is given.
Figure 2007080963

また分散E[(Xt−Xt/t-1)2]は、式(6)および(7)に基づいて、式(18)で与えられる。 The variance E [(X t −X t / t−1 ) 2 ] is given by equation (18) based on equations (6) and (7).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

計測誤差除去部14は、この式(18)および(15)に基づいて、フィルタゲインKtを演算する。カルマンフィルタ法を用いる場合、プロセス変動および計測誤差が正規分布に従うとする。したがってE[wt 2]は、プロセス変動wtの分散を表す設定定数であり、使用者が操作部によって予め入力する定数となり、式(19)で与えらる。E[νt 2]は、計測誤差νtの分散を表す設定定数であり、使用者が操作部によって予め入力する定数となり、式(20)で与えられる。 Measurement error removal section 14, based on the equation (18) and (15), calculates the filter gain K t. When the Kalman filter method is used, it is assumed that process variation and measurement error follow a normal distribution. Therefore, E [w t 2 ] is a setting constant representing the variance of the process variation w t and is a constant input in advance by the user through the operation unit, and is given by Expression (19). E [ν t 2 ] is a setting constant representing the variance of the measurement error ν t and is a constant input in advance by the user through the operation unit, and is given by Expression (20).

Figure 2007080963
フィルタゲインKtが演算されると、ステップs8からステップs9へ移行する。
Figure 2007080963
When the filter gain K t is calculated, the process proceeds from step s8 to step s9.

予測特性値演算工程であるステップ9では、計測誤差除去部14が、ステップs8で演算されたフィルタゲインKtに基づいて、予測特性値Yestを演算する。ここでも、計測回数をt回目(t=1,2,3・・・・)の予測特性値Yestの演算方法について説明する。まずステップs8で演算されたフィルタゲインKtを式(8)に代入し、計測t回目の推定プロセス状態Xt/tを演算する。これによって計測誤差が除去されている推定プロセス状体Xt/tを演算することができる。次にこの推定プロセス状態Xt/t、計測t回目の伝達関数Hおよび式(2)に基づいて、計測t回目の予測特性値YestであるYt/tを演算すると、式(21)が得られる。 In step 9, which is a predicted characteristic value calculation step, the measurement error removing unit 14 calculates a predicted characteristic value Y est based on the filter gain K t calculated in step s8. Here, the calculation method of the prediction characteristic value Y est at the t-th measurement (t = 1, 2, 3,...) Will be described. First, the filter gain K t calculated in step s8 is substituted into equation (8), and the estimated process state X t / t for the t-th measurement is calculated. Thus, the estimated process state X t / t from which the measurement error is removed can be calculated. Next, based on the estimated process state X t / t , the t-th transfer function H t measured and the equation (2), Y t / t that is the predicted characteristic value Y est for the measurement t is calculated. ) Is obtained.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

予測特性値Yt/tは、伝達関数Htと推定プロセス状態Xt/tの積であり、計測誤差が除去されている特性値である。このようにして予測特性値Yestを演算すると、ステップs9からステップs10へ移行する。 The predicted characteristic value Y t / t is a product of the transfer function H t and the estimated process state X t / t and is a characteristic value from which measurement errors are removed. This way to calculate the predicted characteristic value Y est, the program proceeds from step s9 to step s10.

再施行確認工程であるステップs10では、薄膜形成を再施行するか否かを判定する。電源が切られるなどして、薄膜の形成を終了する場合は、薄膜形成処理が終了する。薄膜形成を再施行する場合、演算された予測特性値Yestを条件設定部15に伝送して、ステップs10からステップs11へ移行する。 In step s10 which is a re-execution confirmation process, it is determined whether or not to re-execute thin film formation. When the formation of the thin film is finished due to power being turned off, the thin film forming process is finished. When the thin film formation is re-executed, the calculated predicted characteristic value Y est is transmitted to the condition setting unit 15, and the process proceeds from step s10 to step s11.

プロセス状態演算工程であるステップs11では、推定プロセス状態Xt/tに基づいて、式(7)を用いて計測t+1回目の演算プロセス状態Xt+1/tを演算する。この演算プロセス状態Xt+1/tを仮想装置13に伝送する。仮想装置13は、計測t+1回目において、前記演算プロセス状態Xt+1/tを用いて、演算特性値Yt+1/tを演算する。演算プロセス状態Xt+1/tを仮想装置13に伝送すると、ステップs11からステップs2へ戻る。 In step s11, which is a process state calculation step, the calculation process state X t + 1 / t of the measurement t + 1 time is calculated using Expression (7) based on the estimated process state X t / t . This calculation process state X t + 1 / t is transmitted to the virtual device 13. The virtual device 13 calculates the calculation characteristic value Y t + 1 / t using the calculation process state X t + 1 / t at the measurement t + 1. When the computation process state X t + 1 / t is transmitted to the virtual device 13, the process returns from step s11 to step s2.

ステップs11からステップs2に戻ると、条件設定部15は、入力特性値Rと予測特性値Yestとに基づいて、次回の薄膜形成における装置条件を決定する。この決定された装置条件に基づいて、ステップs3以降の工程が進む。このようにして形成される薄膜の特性値をフィードバック制御し、形成される薄膜の特性値を入力特性値Rに近づけていく。 When returning from step s11 to step s2, the condition setting unit 15 determines the apparatus conditions for the next thin film formation based on the input characteristic value R and the predicted characteristic value Y est . Based on the determined apparatus conditions, the processes after step s3 proceed. The characteristic value of the thin film formed in this way is feedback-controlled, and the characteristic value of the formed thin film is brought closer to the input characteristic value R.

本実施の形態において、結晶成長工程が成膜工程に相当し、仮想結晶成長工程が演算工程に相当する。またフィルタゲイン演算工程および予測特性値演算工程が計測誤差除去工程に相当する。   In the present embodiment, the crystal growth process corresponds to a film formation process, and the virtual crystal growth process corresponds to a calculation process. The filter gain calculation step and the predicted characteristic value calculation step correspond to the measurement error removal step.

以下では、フィルタゲインK、予測特性値Yt/tおよび推定プロセス状態Xt/tの演算の流れについて具体的に説明する。まずステップs2で、使用者が操作部によって、計測誤差の分散E[νt 2]、プロセス変動の分散E[wt 2]および係数At、ならびに計測回数1回目の予測値である演算プロセス状態X1/0および分散E[(X1−X1/0)2]として、予め定められる値が入力される。ここで計測誤差の分散E[νt 2]およびプロセス変動の分散E[wt 2]は、フィルタゲインKのチューニングパラメータである。計測誤差の分散E[νt 2]の値を大きく設定すると、フィルタゲインKが小さくなり、プロセス変動の分散E[wt 2]の値を大きく設定すると、フィルタゲインKが大きくなる。たとえば計測精度が低い場合、計測誤差の分散E[νt 2]の値を大きく設定する。またたとえばプロセス変動が頻繁に起こる場合、プロセス変動の分散E[wt 2]の値を大きく設定する。また計測回数1回目の予測値である演算プロセス状態X1/0および分散E[(X1−X1/0)2]は、条件出し時の特性に基づいて決定する。 Hereinafter, the flow of calculation of the filter gain K t , the predicted characteristic value Y t / t and the estimated process state X t / t will be specifically described. First, in step s2, the user operates the operation unit with a measurement error variance E [ν t 2 ], a process variation variance E [w t 2 ] and a coefficient A t , and an arithmetic process that is a predicted value for the first measurement count. Predetermined values are input as the state X 1/0 and the variance E [(X 1 −X 1/0 ) 2 ]. Here, the measurement error variance E [ν t 2 ] and the process variation variance E [w t 2 ] are tuning parameters of the filter gain K t . When the value of the measurement error variance E [ν t 2 ] is set large, the filter gain K t decreases, and when the value of the process variation variance E [w t 2 ] is set large, the filter gain K t increases. For example, when the measurement accuracy is low, the value of the measurement error variance E [ν t 2 ] is set large. Further, for example, when the process fluctuation frequently occurs, the value of the process fluctuation variance E [w t 2 ] is set large. In addition, the calculation process state X 1/0 and the variance E [(X 1 −X 1/0 ) 2 ], which are the predicted values of the first measurement, are determined based on the characteristics at the time of condition determination.

ステップs8では、前記入力された値に基づいて、フィルタゲインK1が式(22)で与えられる。 In step s8, the filter gain K 1 is given by equation (22) based on the input value.

Figure 2007080963
フィルタゲインKtが演算されると、ステップs8からステップs9へ移行する。
Figure 2007080963
When the filter gain K t is calculated, the process proceeds from step s8 to step s9.

ステップs9では、式(22)で与えられるフィルタゲインK1および式(8)に基づいて、推定プロセス状態X1/1が演算され、推定プロセス状態X1/1は式(23)で与えられる。 In step s9, an estimated process state X 1/1 is calculated based on the filter gain K 1 given by equation (22) and equation (8), and the estimated process state X 1/1 is given by equation (23). .

Figure 2007080963
Figure 2007080963

この式(23)で与えられる推定プロセス状態X1/1と式(21)に基づいて、予測特性値Y1/1を演算すると、予測特性値Y1/1は式(24)で与えられる。 When the predicted characteristic value Y 1/1 is calculated based on the estimated process state X 1/1 given by the expression (23) and the expression (21), the predicted characteristic value Y 1/1 is given by the expression (24). .

Figure 2007080963
Figure 2007080963

このようにして予測特性値Y1/1が演算されると、ステップs9からステップs10へ移行し、ステップs10で再施行と判断するとステップs11へ移行する。 When the predicted characteristic value Y 1/1 is calculated in this way, the process proceeds from step s9 to step s10, and when it is determined that re-enforcement is performed in step s10, the process proceeds to step s11.

ステップs11では、推定プロセス状態X1/1に基づいて、演算プロセス状態X2/1が演算され、演算プロセス状態X2/1は式(25)で与えられる。 In step s11, based on the estimated process state X 1/1, calculation process state X 2/1 is calculated, the arithmetic process state X 2/1 is given by Equation (25).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

演算プロセス状態X2/1を演算し、仮想装置13に伝送すると、ステップs11からステップs2へ戻る。再度ステップs2で装置条件が決定され、結晶成長および仮想結晶成長などしてステップs8へ移行すると、ステップs8では、分散E[(X1−X1/0)2]に基づいて、推定誤差Xerrの分散E[Xerr 2]を演算する。推定誤差の分散E[Xerr 2]は、式(26)で与えられる。 When the calculation process state X 2/1 is calculated and transmitted to the virtual device 13, the process returns from step s11 to step s2. When the apparatus conditions are determined again in step s2, and the process proceeds to step s8 through crystal growth and virtual crystal growth, in step s8, the estimation error X is based on the variance E [(X 1 −X 1/0 ) 2 ]. calculates the err of variance E [X err 2]. The variance E [X err 2 ] of the estimation error is given by equation (26).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

この式(26)で与えられる分散E[Xerr 2]と式(18)とに基づいて、
分散E[(X2−X2/1)2]を演算すると、分散E[(X2−X2/1)2]は式(27)で与えられる。
Based on the variance E [X err 2 ] given by the equation (26) and the equation (18),
When the variance E [(X 2 −X 2/1 ) 2 ] is calculated, the variance E [(X 2 −X 2/1 ) 2 ] is given by Equation (27).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

この式(27)で与えられる分散E[(X2−X2/1)2]に基づいて、フィルタゲインK2を演算する。このフィルタゲインK2に基づいて、予測特性値Y2/2、演算プロセス状態X3/2を各工程で演算して、ステップs2へ戻る。同様にしてフィルタゲインKt(t=3,4,5・・・)に基づいて、予測特性値Yt/t、演算プロセス状態Xt+1/tを各工程で演算して、薄膜の特性値を入力特性値に近づける。 Based on the variance E [(X 2 −X 2/1 ) 2 ] given by this equation (27), the filter gain K 2 is calculated. Based on the filter gain K 2 , the predicted characteristic value Y 2/2 and the calculation process state X 3/2 are calculated in each step, and the process returns to step s2. Similarly, based on the filter gain K t (t = 3, 4, 5...), The predicted characteristic value Y t / t and the calculation process state X t + 1 / t are calculated in each step, and the thin film Move the characteristic value closer to the input characteristic value.

以下では、本実施の形態の薄膜形成ユニット10が奏する効果について説明する。本実施の形態の薄膜形成ユニット10によれば、計測特性値からプロセス誤差wおよび計測誤差νのうち計測誤差νだけを除去した予測特性値を演算できる。装置条件決定工程では、演算された予測特性値に基づいて、新たな装置条件を決定する。したがって新たな装置条件に基づいて形成される薄膜の特性値は、従来の技術のように計測誤差νを含まないので、入力特性値Rとの偏差が従来の技術の場合より小さくなる。したがって形成された薄膜の品質を安定させることができ、歩留まりも向上させることができる。さらに前記薄膜を備える半導体素子およびそれを備える装置の品質を安定させ、歩留まりも向上させることができる。予測値特性値には、計測誤差νだけが除去され、プロセス誤差wが含まれている。したがって繰り返しフィードバック制御された薄膜の特性値は、入力特性値Rに近づけることができる。従来のように入力特性値Rに計測誤差νを加算した特性値および入力特性値Rにプロセス誤差wを減算した特性値に収束することがなく、入力特性値Rにより近似させることができる。   Below, the effect which the thin film formation unit 10 of this Embodiment has is demonstrated. According to the thin film forming unit 10 of the present embodiment, a predicted characteristic value obtained by removing only the measurement error ν from the process error w and the measurement error ν can be calculated from the measurement characteristic value. In the device condition determination step, a new device condition is determined based on the calculated predicted characteristic value. Therefore, since the characteristic value of the thin film formed based on the new apparatus conditions does not include the measurement error ν as in the conventional technique, the deviation from the input characteristic value R is smaller than that in the conventional technique. Therefore, the quality of the formed thin film can be stabilized and the yield can be improved. Further, the quality of the semiconductor element including the thin film and the apparatus including the semiconductor element can be stabilized and the yield can be improved. In the predicted value characteristic value, only the measurement error ν is removed and the process error w is included. Therefore, the characteristic value of the thin film subjected to repeated feedback control can be close to the input characteristic value R. The input characteristic value R can be approximated by the input characteristic value R without converging to the characteristic value obtained by adding the measurement error ν to the input characteristic value R and the characteristic value obtained by subtracting the process error w from the input characteristic value R.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10によれば、演算特性値および計測特性値に基づいて、プロセス状態演算工程でのプロセス状態を推定し、このプロセス状態に基づいて、仮想結晶成長工程で用いられる演算式(2)のプロセス状態Xを補正する。プロセス状態が経時的に変化しても、このプロセス状態の変化に追従して演算工程で用いられる演算式(2)のプロセス状態Xが補正される。これによって演算特性値は、プロセス状態の変動を加味した演算特性値となり、追従させて補正させない場合に比べて、実際に形成された薄膜の特性値により近似した特性値となる。このような演算特性値と計測特性値とに基づいて、予測特性値を演算しているので、予測特性値をより入力特性値Rに近づけることができ、この予測特性値に基づいて決定された装置条件によって形成された薄膜を入力特性値Rに近づけることができる。   According to the thin film formation unit 10 of the present embodiment, the process state in the process state calculation step is estimated based on the calculation characteristic value and the measurement characteristic value, and is used in the virtual crystal growth step based on this process state. The process state X of the calculation formula (2) is corrected. Even if the process state changes with time, the process state X of the calculation formula (2) used in the calculation step is corrected following the change in the process state. As a result, the calculation characteristic value becomes a calculation characteristic value that takes into account variations in the process state, and becomes a characteristic value approximated to the characteristic value of the actually formed thin film as compared with the case where the correction is not performed by following the calculation characteristic value. Since the predicted characteristic value is calculated based on the calculated characteristic value and the measured characteristic value, the predicted characteristic value can be made closer to the input characteristic value R, and determined based on the predicted characteristic value. The thin film formed according to the apparatus conditions can be brought close to the input characteristic value R.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10によれば、計測特性値からプロセス状態および計測誤差νのうち計測誤差νだけを除去した予測特性値を演算できる。条件設定部15は、予測特性値に基づいて、新たな装置条件を決定する。したがって新たな装置条件に基づいて形成される薄膜の特性値は、従来の技術のように計測誤差νを含まないので、入力特性値Rとの偏差が従来の技術のものより小さくなる。これによって形成された薄膜の品質を安定させることができ、歩留まりも向上させることができる。さらに前記薄膜を備える半導体素子およびそれを備える装置の品質を安定させ、歩留まりも向上させることができる。したがって繰り返しフィードバック制御された薄膜の特性値は、入力特性値Rに近づけることができる。従来のように入力特性値Rに計測誤差νを加えた特性値および入力特性値Rにプロセス誤差wを減算した特性値に収束することがなく、入力特性値Rにより近似させることができる。   According to the thin film forming unit 10 of the present embodiment, a predicted characteristic value obtained by removing only the measurement error ν from the process state and the measurement error ν can be calculated. The condition setting unit 15 determines a new device condition based on the predicted characteristic value. Therefore, since the characteristic value of the thin film formed based on the new apparatus condition does not include the measurement error ν as in the conventional technique, the deviation from the input characteristic value R is smaller than that of the conventional technique. Thereby, the quality of the formed thin film can be stabilized, and the yield can be improved. Further, the quality of the semiconductor element including the thin film and the apparatus including the semiconductor element can be stabilized and the yield can be improved. Therefore, the characteristic value of the thin film subjected to repeated feedback control can be close to the input characteristic value R. The input characteristic value R can be approximated by the input characteristic value R without converging to the characteristic value obtained by adding the measurement error ν to the input characteristic value R and the characteristic value obtained by subtracting the process error w from the input characteristic value R.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10によれば、演算特性値および計測特性値に基づいて、計測誤差除去部14でプロセス状態を推定し、このプロセス状態に基づいて、仮想装置13で用いられる演算式(2)のプロセス状態Xを補正する。プロセス状態が経時的に変化しても、このプロセス状態の変化に追従して演算工程で用いられる演算式(2)のプロセス状態Xが補正される。これによって演算特性値は、プロセス状態の変動を加味した演算特性値となり、追従させて補正させない場合に比べて、実際に形成された薄膜の特性値により近似した特性値となる。このような演算特性値と計測特性値とに基づいて、予測特性値を演算しているので、予測特性値をより入力特性値Rに近づけることができ、この予測特性値に基づいて決定された装置条件によって形成された薄膜を入力特性値Rに近づけることができる。   According to the thin film forming unit 10 of the present embodiment, the process state is estimated by the measurement error removing unit 14 based on the calculation characteristic value and the measurement characteristic value, and the calculation used in the virtual device 13 is based on the process state. The process state X of equation (2) is corrected. Even if the process state changes with time, the process state X of the calculation formula (2) used in the calculation step is corrected following the change in the process state. As a result, the calculation characteristic value becomes a calculation characteristic value that takes into account variations in the process state, and becomes a characteristic value approximated to the characteristic value of the actually formed thin film as compared with the case where the correction is not performed by following the calculation characteristic value. Since the predicted characteristic value is calculated based on the calculated characteristic value and the measured characteristic value, the predicted characteristic value can be made closer to the input characteristic value R, and determined based on the predicted characteristic value. The thin film formed according to the apparatus conditions can be brought close to the input characteristic value R.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10によれば、フィルタゲインKを真のプロセス状態Xtrueと推定プロセス状態Xestとの分散が最小になるように決定する。したがってフィルタゲインKを用いて演算される推定プロセス状態Xestによって演算される予測特性値は、計測特性値から計測誤差νを除去した特性値であり、プロセス誤差wが含まれる特性値となる。計測誤差νが含まれていない薄膜の特性値、すなわち真の特性値には、その特性値にプロセス誤差wを含んだ状態で形成される。したがって予測特性値にプロセス誤差wを含ませることによって、形成された薄膜の特性値をより入力特性値Rに近づけることができる。 According to the thin film forming unit 10 of the present embodiment, the filter gain K is determined so that the variance between the true process state X true and the estimated process state X est is minimized. Therefore, the predicted characteristic value calculated by the estimated process state Xest calculated using the filter gain K is a characteristic value obtained by removing the measurement error ν from the measurement characteristic value, and is a characteristic value including the process error w. The characteristic value of the thin film that does not include the measurement error ν, that is, the true characteristic value, is formed with the process value w included in the characteristic value. Therefore, the characteristic value of the formed thin film can be made closer to the input characteristic value R by including the process error w in the predicted characteristic value.

また本発明では、フィルタゲインKが真のプロセス状態Xtrueと推定プロセス状態Xestとの分散が最小になるように決定されるので、このフィルタゲインKに基づいて推定される推定プロセス状態Xestは、真のプロセス状態Xtrueに近似している。したがってこの推定プロセス状態Xestに基づいて、演算される予測特性値Yestは、本来の特性値である真の特性値に近似している。このような予測特性値Yestと入力特性値Rとに基づいて装置条件を設定するので、形成された薄膜の特性値は、入力特性値Rに近似させることができる。 In the present invention, since the filter gain K is determined so that the variance between the true process state X true and the estimated process state X est is minimized, the estimated process state X est estimated based on the filter gain K is determined. Is close to the true process state X true . Therefore, based on the estimated process state X est , the calculated predicted characteristic value Y est approximates the true characteristic value that is the original characteristic value. Since the apparatus conditions are set based on the predicted characteristic value Y est and the input characteristic value R, the characteristic value of the formed thin film can be approximated to the input characteristic value R.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10によれば、計測回数毎に推定プロセス状態を演算し、この推定プロセス状態に基づいて次回の演算プロセス状態を演算する。仮想装置13は、この演算プロセス状態を用いて次回の演算特性値を演算する。つまり計測回数毎に演算プロセス状態を真のプロセス状態に追従させて、演算特性値を演算している。このようにして演算された演算特性値は、演算プロセス状態を真のプロセス状態に追従させていない場合より、真の特性値に近似している。このように真の特性値により近似している演算特性値に基づいて予測特性値を演算するので、より真の特性値に近似する予測特性値を演算できる。   According to the thin film forming unit 10 of the present embodiment, the estimated process state is calculated for each number of measurements, and the next calculation process state is calculated based on the estimated process state. The virtual device 13 calculates the next calculation characteristic value using this calculation process state. That is, the calculation characteristic value is calculated by causing the calculation process state to follow the true process state every number of times of measurement. The calculation characteristic value calculated in this way is closer to the true characteristic value than when the calculation process state does not follow the true process state. As described above, since the predicted characteristic value is calculated based on the calculated characteristic value approximated by the true characteristic value, it is possible to calculate the predicted characteristic value that is more approximate to the true characteristic value.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10によれば、カルマンフィルタ法を用いて計測誤差νの除去を行っている。これによって予測測定値の演算を実現することができ、この演算によって形成される薄膜の特性値を安定させることができ、薄膜の品質を安定させることができる。   According to the thin film forming unit 10 of the present embodiment, the measurement error ν is removed using the Kalman filter method. Thereby, the calculation of the predicted measurement value can be realized, the characteristic value of the thin film formed by this calculation can be stabilized, and the quality of the thin film can be stabilized.

図3は、本発明の実施の第2の形態の薄膜形成ユニット10Aの機能をブロック毎に分けて示すブロック図である。本発明の実施の第2の形態の薄膜形成ユニット10Aは、実施の第1の形態の薄膜形成ユニット10に構成が類似している。したがって薄膜形成ユニット10Aについては、実勢の第1の形態の薄膜形成ユニット10と異なる構成についてだけ説明し、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。   FIG. 3 is a block diagram showing the functions of the thin film forming unit 10A according to the second embodiment of the present invention divided into blocks. The thin film forming unit 10A according to the second embodiment of the present invention is similar in configuration to the thin film forming unit 10 according to the first embodiment. Accordingly, the thin film forming unit 10A will be described only with respect to the configuration different from the actual thin film forming unit 10 of the first embodiment, and the same configuration will be denoted by the same reference numeral and description thereof will be omitted.

仮想装置13Aは、計測誤差除去部14に電気的に接続され、装置条件に基づいて、形成される薄膜の特性値を演算し、前記薄膜の仮想モデルを作成する機能を有する。仮想装置13Aは、仮想設定部18、分子線量演算部20、組成比演算部21および特性値演算部22とを含む。   The virtual device 13A is electrically connected to the measurement error removing unit 14, and has a function of calculating a characteristic value of a thin film to be formed based on device conditions and creating a virtual model of the thin film. The virtual device 13A includes a virtual setting unit 18, a molecular dose calculation unit 20, a composition ratio calculation unit 21, and a characteristic value calculation unit 22.

分子線量演算部20は、仮想設定部18および組成比演算部21に電気的に接続され、装置条件および仮想設定部18で設定される基板の仮想モデルおよび材料の仮想モデルに基づいて、分子線量を演算する機能を有する。分子線量演算部20で演算された分子線量は、組成比演算部21に伝送される。組成比演算部21は、特性値演算部22に電気的に接続され、分子線量演算部20で演算された分子線量に基づいて、薄膜の組成比を演算する機能を有する。組成比演算部21で演算された薄膜の組成比は、特性値演算部22に伝送される。   The molecular dose calculation unit 20 is electrically connected to the virtual setting unit 18 and the composition ratio calculation unit 21 and is based on the virtual model of the substrate and the virtual model of the material set by the apparatus conditions and the virtual setting unit 18. It has a function to calculate. The molecular dose calculated by the molecular dose calculation unit 20 is transmitted to the composition ratio calculation unit 21. The composition ratio calculation unit 21 is electrically connected to the characteristic value calculation unit 22 and has a function of calculating the composition ratio of the thin film based on the molecular dose calculated by the molecular dose calculation unit 20. The composition ratio of the thin film calculated by the composition ratio calculation unit 21 is transmitted to the characteristic value calculation unit 22.

特性値演算部22は、組成比演算部21で演算された薄膜の組成比に基づいて、薄膜の演算特性値を演算する。薄膜の特性値は、たとえば膜厚および光の発振波長など材料の組成比に基づいて演算可能な特性値である。特性値演算部22で演算された演算特性値は、計測誤差除去部14に伝送される。特性値演算部22は、第1の実施の形態の仮想装置13Aと同様に、演算特性値を演算式に基づいて演算する。この演算式も、第1の実施の形態の薄膜形成ユニット10Aと同様に、計測誤差除去部14によって補正される。   The characteristic value calculator 22 calculates the calculated characteristic value of the thin film based on the composition ratio of the thin film calculated by the composition ratio calculator 21. The characteristic value of the thin film is a characteristic value that can be calculated based on the composition ratio of the material such as the film thickness and the oscillation wavelength of light. The calculated characteristic value calculated by the characteristic value calculation unit 22 is transmitted to the measurement error removal unit 14. The characteristic value calculation unit 22 calculates a calculation characteristic value based on an arithmetic expression, similarly to the virtual device 13A of the first embodiment. This arithmetic expression is also corrected by the measurement error removing unit 14 as in the thin film forming unit 10A of the first embodiment.

図4は、薄膜形成ユニット10Aの薄膜形成処理の手順を示すフローチャートである。薄膜形成処理は、計測部12で計測した計測特性値と仮想装置13Aで演算した演算特性値とに基づいて、形成される薄膜の特性値をフィードバック制御するものである。実施の第2の形態の薄膜形成ユニット10Aの薄膜形成処理は、実施の第1の形態の薄膜形成ユニット10Aの薄膜形成処理と類似している。したがって薄膜形成処理の説明については、実施の第1の形態の薄膜形成ユニット10Aの薄膜形成処理の手順と異なる手順についてだけ説明し、同一の手順については、同一の符号を付してその説明を省略する。   FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the thin film forming process of the thin film forming unit 10A. In the thin film forming process, the characteristic value of the thin film to be formed is feedback-controlled based on the measured characteristic value measured by the measurement unit 12 and the calculated characteristic value calculated by the virtual device 13A. The thin film forming process of the thin film forming unit 10A of the second embodiment is similar to the thin film forming process of the thin film forming unit 10A of the first embodiment. Therefore, the description of the thin film forming process will be made only with respect to the procedure different from the thin film forming process of the thin film forming unit 10A of the first embodiment, and the same procedure will be denoted by the same reference numeral. Omitted.

ステップs6で基板モデルおよび材料モデルを設定すると、ステップa1へ移行する。分子線量演算工程であるステップa1では、分子量演算部が、ステップs6で決定された基板および材料の仮想モデルならびにこれらの温度状態に基づいて、基板に照射された分子線量を演算する。各材料の分子線強度Fxは、定数A、アレニウス係数B、材料の蒸発源のセルの温度T、前記セルの温度上昇幅αおよび照射時間tとして、前記式(1)で与えられる。   When the substrate model and the material model are set in step s6, the process proceeds to step a1. In step a1, which is a molecular dose calculation step, the molecular weight calculation unit calculates the molecular dose irradiated to the substrate based on the virtual model of the substrate and material determined in step s6 and their temperature states. The molecular beam intensity Fx of each material is given by the above equation (1) as a constant A, an Arrhenius coefficient B, a temperature T of the material evaporation source cell, a temperature rise width α of the cell, and an irradiation time t.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

分子線強度Fxの下付xは、分子線の材料を示し、本実施の形態では、前述のようにIn、GaおよびAlである。分子線量Fx_sumは、分子線強度Fを照射時間tで積分した式で与えられ、時刻t1から時刻t2まで分子線を基板に照射した場合、前記式(3)で与えられる。 The subscript x of the molecular beam intensity F x indicates the material of the molecular beam, and in this embodiment, it is In, Ga, and Al as described above. The molecular dose F x — sum is given by an equation obtained by integrating the molecular beam intensity F x with the irradiation time t, and is given by the above equation (3) when the molecular beam is irradiated on the substrate from the time t1 to the time t2.

Figure 2007080963
Figure 2007080963

分子線量Fx_sumの下付xは、分子線の材料を示し、本実施の形態では、前述のようにIn、GaおよびAlである。各材料の分子線量が演算されると、ステップa1からステップa2へ移行する。 The subscript x of the molecular dose F x_sum indicates the material of the molecular beam, and in this embodiment, it is In, Ga, and Al as described above. When the molecular dose of each material is calculated, the process proceeds from step a1 to step a2.

組成比演算工程であるステップa2では、組成比演算部21が各材料の分子線量に基づいて、薄膜の組成比を演算する。たとえばAlの組成比RAlは、In、GaおよびAlの分子線量FIn_sum、FGa_sumおよびFAl_sumとすると、各材料の組成比Rは、式(17)で与えられる。組成比Rは、実施の第1の形態における式(4)で与えられるAlの組成比YAlと異なり、プロセス状態Xが加味されていない演算上の組成比である。 In step a2, which is a composition ratio calculation step, the composition ratio calculation unit 21 calculates the composition ratio of the thin film based on the molecular dose of each material. For example the composition ratio R Al of Al, In, Ga and Al molecules dose F In_sum, when the F Ga_sum and F Al_sum, the composition ratio R x of each material is given by equation (17). The composition ratio R x is an arithmetic composition ratio not including the process state X, unlike the Al composition ratio Y Al given by the expression (4) in the first embodiment.

Figure 2007080963
各材料の組成比を演算すると、ステップa2からステップa3へ移行する。
Figure 2007080963
When the composition ratio of each material is calculated, the process proceeds from step a2 to step a3.

特性値演算工程であるステップa3では、ステップa2で演算された組成比に基づいて、演算特性値を演算する。特性値演算部22は、ステップa1で演算される分子線量およびステップa2で演算される材料の組成比Rxに基づいて、膜厚および光の発振波長などの特性値を演算する。一例として、結晶成長によって半導体を製造した場合、この半導体から発振される光の発振波長λについて具体的に説明する。光の発振波長λである演算特性値Yは、式(29)で与えられる。 In step a3, which is a characteristic value calculation step, a calculated characteristic value is calculated based on the composition ratio calculated in step a2. The characteristic value calculator 22 calculates characteristic values such as film thickness and light oscillation wavelength based on the molecular dose calculated in step a1 and the material composition ratio Rx calculated in step a2. As an example, when a semiconductor is manufactured by crystal growth, the oscillation wavelength λ of light oscillated from the semiconductor will be specifically described. The calculation characteristic value Y which is the oscillation wavelength λ of light is given by the equation (29).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

ここでhはプランク定数、cは光速、Egはバンドギャップである。ここでバンドギャップEgは、組成比に基づいて決定される値である。この式(29)を用いて演算特性値が演算される。前記特性値が演算されるとステップa3からステップs8へ移行する。 Here, h is the Planck constant, c is the speed of light, and E g is the band gap. Here, the band gap E g is a value determined based on the composition ratio. The calculation characteristic value is calculated using this equation (29). When the characteristic value is calculated, the process proceeds from step a3 to step s8.

図5は、形成された薄膜の特性値と入力特性値Rとの偏差を示すグラフである。図5において、形成されたの薄膜の特性値および入力特性値Rは、フォトルミネッセンス波長であり、図5は、前記特性値のバッチ毎の偏差を示す。図5は、縦軸が偏差を示し、横軸にバッチ番号、いわゆるロット番号を示す。図5のバッチ番号1〜20(以下、「従来グループ」と称する場合がある)には、従来の技術の薄膜形成ユニット10Aで形成された薄膜の特性値が示され、バッチ番号21〜40(以下、「本実施グループ」)には、本実施の形態の薄膜形成処理で形成された薄膜の特性値が示されている。従来グループでは、計測t回目で形成された薄膜にバッチ番号tを付与し、本実施グループでは、計測t回目で形成された薄膜にバッチ番号(t+20)を付与している。   FIG. 5 is a graph showing the deviation between the characteristic value of the formed thin film and the input characteristic value R. In FIG. 5, the characteristic value and the input characteristic value R of the formed thin film are photoluminescence wavelengths, and FIG. 5 shows the deviation of the characteristic value for each batch. In FIG. 5, the vertical axis indicates the deviation, and the horizontal axis indicates the batch number, so-called lot number. In batch numbers 1 to 20 (hereinafter sometimes referred to as “conventional group”) in FIG. 5, characteristic values of the thin films formed by the conventional thin film forming unit 10A are shown, and batch numbers 21 to 40 ( Hereinafter, “this working group”) shows characteristic values of the thin film formed by the thin film forming process of the present embodiment. In the conventional group, a batch number t is given to the thin film formed at the measurement t-th time, and in this working group, a batch number (t + 20) is given to the thin film formed at the measurement t-th time.

従来グループでは、薄膜の特性値が入力特性値Rに収束するようにフィードバック制御されているけれども、フィードバック制御の回数を重ねても偏差がばらついている。したがって薄膜の特性値にばらつきが生じ、薄膜の品質に安定性がない。また偏差が0に向かって収束していないので、入力特性値Rに近似する特性値を有する薄膜が安定して形成されているとは言えない。これに対して、本実施のグループでは、従来グループに対して、フィードバック制御の回数を重ねるごとに偏差が0へ収束していく。従来グループに対し、薄膜の特性値のばらつきが少なく、薄膜の品質が安定性している。また偏差が0へ収束していくので、入力特性値Rに近似する特性値を有する薄膜が安定して形成されている。   In the conventional group, feedback control is performed so that the characteristic value of the thin film converges to the input characteristic value R, but the deviation varies even if the number of feedback control is repeated. Therefore, the characteristic value of the thin film varies, and the quality of the thin film is not stable. Further, since the deviation does not converge toward 0, it cannot be said that a thin film having a characteristic value approximate to the input characteristic value R is formed stably. On the other hand, in the present embodiment, the deviation converges to 0 each time the number of feedback control is repeated as compared with the conventional group. Compared with the conventional group, there is little variation in the characteristic value of the thin film, and the quality of the thin film is stable. Further, since the deviation converges to 0, a thin film having a characteristic value that approximates the input characteristic value R is stably formed.

図6は、形成された薄膜の特性値と入力特性値Rとの偏差の頻度分布を示すグラフである。図6は、縦軸が頻度を示し、横軸が偏差を示す。図6は、一点鎖線が従来グループの偏差の頻度を示し、実線が本実施グループの偏差の頻度を示している。従来グループでは、偏差−3から偏差3までの範囲に分布しており、本実施グループでは、偏差−1から偏差1までの範囲に分布している。この結果から従来グループより本実施グループの方が、その薄膜の特性値が入力特性値Rに追従させて形成されていることがわかる。   FIG. 6 is a graph showing the frequency distribution of the deviation between the characteristic value of the formed thin film and the input characteristic value R. In FIG. 6, the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents deviation. In FIG. 6, the alternate long and short dash line indicates the frequency of deviation of the conventional group, and the solid line indicates the frequency of deviation of the present working group. In the conventional group, it is distributed in the range from deviation-3 to deviation-3, and in this working group, it is distributed in the range from deviation-1 to deviation-1. From this result, it can be seen that the characteristic value of the thin film is formed to follow the input characteristic value R in the present working group than in the conventional group.

図7は、各時刻に、薄膜形成ユニット10Aによって、形成された薄膜の特性値を示すグラフである。図8は、各時刻に、薄膜形成ユニット10Aによって、形成された薄膜の特性値を示すグラフである。図7は、プロセス変動が大きく、計測誤差が小さい場合の、真の特性値30、計測特性値31および推定特性値32の時刻変化を示すグラフであり、縦軸が特性値の偏差を示し、横軸が時刻を示す。図8は、プロセス変動が小さく、計測誤差が大きい場合の真の特性値33、計測特性値34および推定特性値35の時刻変化を示すグラフであり、縦軸が特性値の偏差を示し、横軸が時刻を示す。図7で示されるように、プロセス変動にともなって、真の特性値30、観測特性値31および推定特性値32が大きく変動し、これらの特性値30,31,32がプロセス変動の影響を受けていることが見れる。これに対して、図8で示されるように、プロセス変動が小さく計測誤差が大きい場合、計測特性値34は、計測誤差にともなって、大きく変動しているけれども、推定特性値31は、計測誤差が除去されているので、計測誤差の影響を受けず、あまり変動していない。また推定特性値35は、真の特性値33を追従している。このように計測誤差だけを除去し、形成される薄膜の特性値を真の特性値に近づけるようにフィードバック制御することができる。   FIG. 7 is a graph showing the characteristic values of the thin film formed by the thin film forming unit 10A at each time. FIG. 8 is a graph showing the characteristic values of the thin film formed by the thin film forming unit 10A at each time. FIG. 7 is a graph showing the time change of the true characteristic value 30, the measured characteristic value 31, and the estimated characteristic value 32 when the process variation is large and the measurement error is small, and the vertical axis indicates the deviation of the characteristic value. The horizontal axis indicates time. FIG. 8 is a graph showing the time changes of the true characteristic value 33, the measured characteristic value 34, and the estimated characteristic value 35 when the process variation is small and the measurement error is large. The vertical axis indicates the deviation of the characteristic value. The axis indicates the time. As shown in FIG. 7, with the process variation, the true characteristic value 30, the observed characteristic value 31, and the estimated characteristic value 32 vary greatly, and these characteristic values 30, 31, 32 are affected by the process variation. I can see that. On the other hand, as shown in FIG. 8, when the process variation is small and the measurement error is large, the measurement characteristic value 34 varies greatly with the measurement error. However, the estimated characteristic value 31 is the measurement error. Has been removed, so it is not affected by measurement errors and does not vary much. The estimated characteristic value 35 follows the true characteristic value 33. In this way, it is possible to perform feedback control so that only the measurement error is removed and the characteristic value of the formed thin film is brought close to the true characteristic value.

以下では、薄膜形成ユニット10Aが奏する効果について説明する。本実施の形態の薄膜形成ユニット10Aによれば、分子量演算部、組成比演算部21および特性値演算部22によって、MBE装置で形成される薄膜の演算特性値を演算することができ、薄膜形成ユニット10AをMBE装置で実現することができる。   Below, the effect which 10A of thin film formation units show | plays is demonstrated. According to the thin film formation unit 10A of the present embodiment, the molecular weight calculation unit, the composition ratio calculation unit 21 and the characteristic value calculation unit 22 can calculate the calculation characteristic value of the thin film formed by the MBE apparatus. The unit 10A can be realized by an MBE device.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10Aによれば、分子線量Fx_sumの演算を実現できる。各材料の組成比Rxは、分子線量Fx_sumに基づいて演算することができ、また薄膜の特性値Yは、組成比Rxに基づいて演算することができる。したがって分子線量Fx_sumの演算を実現することによって、薄膜の演算特性値Yを演算することを実現できる。 According to the thin film forming unit 10A of the present embodiment, the calculation of the molecular dose F x_sum can be realized. The composition ratio Rx of each material can be calculated based on the molecular dose Fx_sum, and the characteristic value Y of the thin film can be calculated based on the composition ratio Rx . Therefore, by calculating the molecular dose Fx_sum , it is possible to calculate the calculation characteristic value Y of the thin film.

本実施の形態の薄膜形成ユニット10Aによれば、実施の第1の形態の薄膜形成ユニット10Aと同様の効果を奏する。   According to the thin film forming unit 10A of the present embodiment, the same effects as the thin film forming unit 10A of the first embodiment are produced.

本実施の形態では、結晶成長部17にMBE装置が用いられているけれども、MBE装置に限定されない。MBE装置に換えて化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:略CVD)装置を用いてもよい。この場合の装置条件などを表1に示す。   In the present embodiment, although an MBE apparatus is used for the crystal growth unit 17, it is not limited to the MBE apparatus. A chemical vapor deposition (substantially CVD) apparatus may be used instead of the MBE apparatus. Table 1 shows the apparatus conditions in this case.

Figure 2007080963
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装置条件としてセル温度に換えてガス流量が用いられる。またMBE装置の制御対象は、分子線強度であるのに対して、CVD装置の制御対象は、ガス流量である。またMBE装置およびCVD装置の計測項目は、計測すべき特性値を意味し、ともに膜厚または発振波長λである。   As an apparatus condition, a gas flow rate is used instead of the cell temperature. The control target of the MBE apparatus is the molecular beam intensity, whereas the control target of the CVD apparatus is the gas flow rate. The measurement items of the MBE apparatus and the CVD apparatus mean characteristic values to be measured, and both are the film thickness or the oscillation wavelength λ.

CVD装置を用いた場合について具体的に説明すると、仮想装置13における仮想モデルの膜厚Yは、単位時間当たりのガス流量をF(t)、伝達関数をH、プロセス状態をXとすると、式(30)で与えられる。   The case where a CVD apparatus is used will be described in detail. The film thickness Y of the virtual model in the virtual apparatus 13 is expressed as follows, assuming that the gas flow rate per unit time is F (t), the transfer function is H, and the process state is X. (30).

Figure 2007080963
Figure 2007080963

したがって伝達関数Hは、式(31)で与えられる。

Figure 2007080963
Therefore, the transfer function H is given by equation (31).
Figure 2007080963

この伝達関数Hを用いて、薄膜形成ユニット10,10Aで薄膜形成処理を行うことによって、結晶成長部17にCVD装置を用いた場合であっても、薄膜形成ユニット10,10Aを実現することができる。ただしCVD装置を用いた場合も、特性値は、膜厚に限定されず、単位時間当たりの成膜量および光の発振波長λであってもよい。 Using this transfer function H, the thin film forming unit 10, 10 </ b> A performs the thin film forming process, so that the thin film forming unit 10, 10 </ b> A can be realized even when the CVD apparatus is used for the crystal growth unit 17. it can. However, even when a CVD apparatus is used, the characteristic value is not limited to the film thickness, and may be the film formation amount per unit time and the light oscillation wavelength λ.

本発明の実施の第1の形態である薄膜形成ユニット10の機能をブロック毎に分けて示すブロック図である。It is a block diagram which divides | segments and shows the function of the thin film formation unit 10 which is the 1st Embodiment of this invention for every block. 薄膜形成ユニット10の薄膜形成処理の手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a procedure of a thin film forming process of the thin film forming unit 10. 本発明の実施の第2の形態の薄膜形成ユニット10Aの機能をブロック毎に分けて示すブロック図である。It is a block diagram which divides and shows the function of 10 A of thin film formation units of the 2nd Embodiment of this invention for every block. 薄膜形成ユニット10Aの薄膜形成処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the thin film formation process of 10 A of thin film formation units. 形成された薄膜の特性値と入力特性値Rとの偏差を示すグラフである。It is a graph which shows the deviation of the characteristic value of the formed thin film, and the input characteristic value R. 形成された薄膜の特性値と入力特性値Rとの偏差の頻度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency distribution of the deviation of the characteristic value of the formed thin film, and the input characteristic value R. 各時刻に、薄膜形成ユニット10Aによって、形成された薄膜の特性値を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic value of the thin film formed by 10 A of thin film formation units at each time. 各時刻に、薄膜形成ユニット10Aによって、形成された薄膜の特性値を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic value of the thin film formed by 10 A of thin film formation units at each time. 従来の第1の技術の薄膜形成ユニット1の構成を概略示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of the thin film formation unit 1 of the conventional 1st technique.

符号の説明Explanation of symbols

10,10A 薄膜形成ユニット
11 薄膜形成装置
12 計測部
13 仮想的薄膜形成装置
14 計測誤差除去部
15 条件設定部
20 分子量演算部
21 組成比演算部
22 特性値演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,10A Thin film formation unit 11 Thin film formation apparatus 12 Measurement part 13 Virtual thin film formation apparatus 14 Measurement error removal part 15 Condition setting part 20 Molecular weight calculation part 21 Composition ratio calculation part 22 Characteristic value calculation part

Claims (6)

薄膜形成装置を用いて薄膜が形成される成膜工程であって、薄膜が、その特性値にプロセス誤差を含んだ状態で形成される成膜工程と、
形成される薄膜の計測特性値を計測する計測工程であって、計測特性値が、計測誤差を含んだ状態で計測される計測工程と、
前記成膜工程における薄膜形成装置の装置条件に基づいて、形成される薄膜の演算特性値を演算によって求める演算工程と、
演算工程で演算された演算特性値と、前記計測工程で計測された計測特性値とに基づいて、プロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけが計測特性値から除去された予測特性値を演算する計測誤差除去工程と、
計測誤差除去工程で演算された予測特性値に基づいて、次に薄膜を形成する際の成膜工程における薄膜形成装置の新たな装置条件を決定する装置条件決定工程とを有することを特徴とする薄膜の形成方法。
A film forming process in which a thin film is formed using a thin film forming apparatus, wherein the thin film is formed in a state in which a process error is included in the characteristic value;
A measurement process for measuring a measurement characteristic value of a thin film to be formed, wherein the measurement characteristic value is measured in a state including a measurement error; and
Based on the apparatus conditions of the thin film forming apparatus in the film forming step, a calculation step for calculating a calculation characteristic value of the thin film to be formed by calculation,
Based on the calculation characteristic value calculated in the calculation step and the measurement characteristic value measured in the measurement step, a predicted characteristic value obtained by removing only the measurement error from the measurement characteristic value out of the process error and the measurement error is calculated. A measurement error elimination process;
And an apparatus condition determining step for determining a new apparatus condition of the thin film forming apparatus in the film forming process when the thin film is formed next based on the predicted characteristic value calculated in the measurement error removing process. Method for forming a thin film.
計測誤差除去工程では、さらに計測特性値と演算特性値とに基づいて、成膜工程での成膜状態を推定し、この推定された成膜工程での成膜状態に基づいて、演算工程で演算特性値を演算するために用いられる演算式が補正されることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成ユニット。   In the measurement error elimination process, the film formation state in the film formation process is further estimated based on the measurement characteristic value and the calculation characteristic value, and the film formation state in the estimated film formation process is estimated in the calculation process. 2. The thin film forming unit according to claim 1, wherein an arithmetic expression used for calculating the arithmetic characteristic value is corrected. その特性値にプロセス誤差を含んだ状態で薄膜を形成する薄膜形成装置と、
形成される薄膜の特性値を計測誤差を含んだ状態で計測する計測手段と、
前記薄膜形成装置で薄膜を形成する際の薄膜形成装置の装置条件に基づいて、形成される薄膜の特性値を演算によって求める演算装置と、
演算装置で演算された特性値と、計測手段で計測された特性値とに基づいて、プロセス誤差および計測誤差のうち計測誤差だけが計測特性値から除去された予測特性値を演算する計測誤差除去手段と
計測誤差除去手段によって演算される予測特性値に基づいて、次に薄膜を形成する際の薄膜形成装置の新たな装置条件を決定する装置条件決定手段とを有することを特徴とする薄膜形成ユニット。
A thin film forming apparatus for forming a thin film with a process error included in the characteristic value;
A measuring means for measuring the characteristic value of the formed thin film in a state including a measurement error;
Based on the apparatus conditions of the thin film forming apparatus when forming a thin film with the thin film forming apparatus, an arithmetic device that obtains a characteristic value of the thin film to be formed by calculation,
Measurement error elimination that calculates the predicted characteristic value in which only the measurement error is removed from the measurement characteristic value among the process error and measurement error based on the characteristic value calculated by the arithmetic unit and the characteristic value measured by the measuring means And a device condition determining means for determining a new device condition of the thin film forming device when the thin film is next formed based on the predicted characteristic value calculated by the measurement error removing device. unit.
計測誤差除去手段は、さらに計測特性値と演算特性値とに基づいて、薄膜形成装置の成膜状態を推定し、この推定された薄膜形成装置の成膜状態に基づいて、計測手段で計測された特性値と演算装置で演算された特性値とに基づいて、演算装置で演算特性値を演算するために用いられる演算式を補正することを特徴とする請求項2記載の薄膜形成ユニット。   The measurement error removing means further estimates the film forming state of the thin film forming apparatus based on the measured characteristic value and the calculated characteristic value, and is measured by the measuring means based on the estimated film forming state of the thin film forming apparatus. 3. The thin film forming unit according to claim 2, wherein an arithmetic expression used for calculating the arithmetic characteristic value by the arithmetic device is corrected based on the obtained characteristic value and the characteristic value calculated by the arithmetic device. 薄膜形成装置は、基板に複数の分子線を照射して薄膜を形成する分子線エピタキシャル装置であり、
演算装置は、基板に照射される各分子線の分子線強度に基づいて分子線量を演算する分子線量演算部と、前記分子線量に基づいて薄膜の組成比を演算する組成比演算部と、前記組成比に基づいて薄膜の演算特性値を演算する特性値演算部とを含むことを特徴とする請求項3または4記載の薄膜形成ユニット。
The thin film forming apparatus is a molecular beam epitaxial apparatus that forms a thin film by irradiating a substrate with a plurality of molecular beams.
The arithmetic device includes a molecular dose calculator that calculates a molecular dose based on the molecular beam intensity of each molecular beam irradiated on the substrate, a composition ratio calculator that calculates a composition ratio of a thin film based on the molecular dose, The thin film forming unit according to claim 3, further comprising a characteristic value calculation unit that calculates a calculation characteristic value of the thin film based on the composition ratio.
装置条件には、各分子線の蒸着源の温度T、前記各蒸着源の温度上昇幅αおよび各分子線の照射時間tが含まれ、
分子線量演算部は、分子線の材料毎に定められる定数A、アレニウス係数Bおよび装置条件に基づいて、
Figure 2007080963
式(1)によって分子線強度Fxを演算し、さらに前記分子線強度Fxを照射時間tで積分することによって、分子線量を演算することを特徴とする請求項5記載の薄膜形成ユニット。
The apparatus conditions include the temperature T of each molecular beam deposition source, the temperature rise α of each deposition source and the irradiation time t of each molecular beam,
The molecular dose calculation unit is based on the constant A, the Arrhenius coefficient B, and the apparatus conditions determined for each material of the molecular beam.
Figure 2007080963
Calculating the molecular beam intensity F x by equation (1), further by integrating the irradiation time t the molecular beam intensity F x, the thin film forming unit according to claim 5, wherein computing the molecular dose.
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