JP2009081260A - 基板処理システム，基板処理装置の制御方法，およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】処理された基板の成膜量の効果的な制御が図られた基板処理システム，基板処理装置の制御方法，およびプログラムを提供する。
【解決手段】基板処理システムが，複数の基板に成膜する基板処理部と，前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンの情報を取得する取得部と，前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルを記憶する記憶部と，前記配置−成膜量モデルに基づいて，前記配置パターンのときの，基板の予測成膜量を算出する算出部と，前記算出される予測成膜量が所定範囲か否かを判断する判断部と，前記算出される予測成膜量が所定範囲であると判断されたときに，前記基板処理部を制御して基板を処理させる制御部と，を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は，基板処理システム，基板処理装置の制御方法，およびプログラムに関する。

半導体製造プロセスにおいて，基板である半導体ウエハ（以下ウエハという）を処理する基板処理装置，例えば，縦型熱処理装置が用いられる。縦型熱処理装置では，多数枚のウエハを棚状に保持する保持具を縦型の熱処理炉内に配置し，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理，酸化処理等により，基板への成膜がなされる（例えば，特許文献１参照）。
特開２００２−１１０５５２

ここで，基板処理装置で処理された基板への成膜量を制御することが必要となる。
上記に鑑み，本発明は処理された基板の成膜量の効果的な制御が図られた基板処理システム，基板処理装置の制御方法，およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る基板処理システムは，積層された複数の基板への加熱およびガス供給の処理によって，前記複数の基板に成膜する基板処理部と，前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンの情報を取得する取得部と，前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルを記憶する記憶部と，前記配置−成膜量モデルに基づいて，前記配置パターンのときの，基板の予測成膜量を算出する算出部と，前記算出される予測成膜量が所定範囲か否かを判断する判断部と，前記算出される予測成膜量が所定範囲であると判断されたときに，前記基板処理部を制御して基板を処理させる制御部と，を具備することを特徴とする。

本発明の一態様に係る基板処理装置の制御方法は，積層された複数の基板への加熱およびガス供給の処理によって，前記複数の基板に成膜する基板処理装置を制御する基板処理装置の制御方法であって，前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンの情報を取得するステップと，前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルに基づいて，前記配置パターンのときの，基板の予測成膜量を算出するステップと，前記算出される予測成膜量が所定範囲か否かを判断するステップと，前記算出される予測成膜量が所定範囲であると判断されたときに，前記基板処理装置を制御するステップと，を具備することを特徴とする。

本発明によれば，処理された基板の成膜量の効果的な制御が図られた基板処理システム，基板処理装置の制御方法，およびプログラムを提供できる。

以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は，本発明の第１実施形態に係る基板処理システム１００を表す図である。
基板処理システム１００は，基板（例えば，半導体ウエハ）を処理するシステムであり，基板処理装置１１０，ホストコンピュータ１２０，サーバコンピュータ１３０，膜厚測定器１４１を有する。これらの装置は，ネットワークで接続される。

基板処理装置１１０は，基板（例えば，半導体ウエハ）を処理する装置であり，制御部１１１，基準膜厚ＤＢ１１２，基板処理部１１３を有する。
制御部１１１は，基板処理部１１３を制御するものである。制御部１１１は，次の１）〜３）として機能する。
１）基板処理部を制御して基板を処理させる制御部
２）複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンを取得する取得部
３）予測成膜量が所定範囲か否かを判断する判断部

基準膜厚ＤＢ１１２は，処理条件の変更要否の判断基準となる基準膜厚テーブルを記憶する記憶装置である。
基板処理部１１３は，積層された基板を反応ガスで処理するものであり，積層された複数の基板への加熱およびガス供給の処理によって，前記複数の基板に成膜する基板処理部として機能する。なお，制御部１１１，基板処理部１１３の詳細は後述する。

ホストコンピュータ１２０は，基板処理装置１１０を制御するコンピュータであり，制御部１２１，基準条件ＤＢ１２２を有する。制御部１２１は，例えば，中央演算装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）であり，ホストコンピュータ１２０全体，さらには，基板処理装置１１０を制御する。基準条件ＤＢ１２２は，処理条件の適用可否の判断基準となる基準温度テーブルを記憶する記憶装置である。

サーバコンピュータ１３０は，ホストコンピュータ１２０による基板処理装置１１０の制御を援助するコンピュータであり，制御部１３１，成膜量モデルＤＢ１３２を有する。
制御部１３１は，例えば，中央演算装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）であり，サーバコンピュータ１３０全体を制御する。制御部１３１は，次の１）〜２）として機能する。
１）基板の予測成膜量を算出する算出部
２）算出される予測成膜量が所定範囲でないと判断されたときに，温度−成膜量モデルに基づいて，処理温度を決定する温度決定部

成膜量モデルＤＢ１３２は，処理条件計算用の成膜量モデルを記憶する記憶装置である。成膜量モデルＤＢ１３２は，次の１），２）として機能する。
１）複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルを記憶する記憶部
２）基板の処理温度が基板の成膜量に与える影響を表す温度−成膜量モデルを記憶する第２の記憶部
膜厚測定器１４１は，基板の膜厚を測定する装置，例えば，エリプソメータである。

（制御部１１１，基板処理部１１３の詳細）
以下，制御部１１１，基板処理部１１３の詳細を説明する。図２は，制御部１１１，基板処理部１１３の一例を表す図である。この図では，基板処理部１１３は，いわゆる縦型熱処理装置によって構成され，その断面が表されている。
基板処理部１１３は，例えば石英で作られた内管２ａ及び外管２ｂよりなる二重管構造の反応管２を備え，反応管２の下部側には金属製の筒状のマニホールド２１が設けられている。

内管２ａは上端が開口されており，マニホールド２１の内側で支持されている。外管２ｂは上端が塞がれており，下端がマニホールド２１の上端に気密に接合されている。

反応管２内には，保持具であるウエハボート２３が配置される。ウエハボート２３は，蓋体２４の上に保温筒（断熱体）２５を介して保持される。ウエハボート２３には，多数枚の基板をなすウエハＷ（製品ウエハＷｐおよびモニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５）が配置される。なお，ウエハボート２３でのウエハＷの配置の詳細は後述する。

蓋体２４は，ウエハボート２３を反応管２内に搬入，搬出するためのボートエレベータ２６の上に搭載されている。蓋体２４は，上限位置にあるときにはマニホールド２１の下端開口部，即ち反応管２とマニホールド２１とで構成される処理容器の下端開口部を閉塞する。

反応管２の周囲には例えば抵抗加熱体よりなるヒータ３が設けられている。ヒータ３は５分割されていて，各ヒータ３１〜３５が電力制御器４１〜４５により独立して発熱量を制御できるようになっている。この例では反応管２，マニホールド２１，ヒータ３により加熱炉が構成される。

内管２ａの内壁には，ヒータ３１〜３５に対応して熱電対等の内側温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎが設置されている。また，外管２ｂの外壁にはヒータ３１〜３５に対応して熱電対等の外側温度センサＳ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔが設置されている。

内管２ａの内部はヒータ３１〜３５に対応して，５つの領域（ゾーン１〜５）に区分して考えることができる。そして，ウエハはその配置された場所（ゾーン１〜５）に対応して，５つの基板群Ｇ１〜Ｇ５に区分することができる。なお，基板群Ｇ１〜Ｇ５全体を含めて，バッチとよぶこととする。即ち，反応管２内に配置されるとともにウエハボート２３に載置されたウエハの全体は，１つのバッチを構成し，一緒に熱処理される。

モニタウエハＷｍは，各基板群Ｇ１〜Ｇ５に一つずつ（各ゾーン１〜５に対応して）モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５として載置されている。即ち，モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５はそれぞれ基板群Ｇ１〜Ｇ５を代表するウエハ（基板）であり，ゾーン１〜５と１対１に対応している。

マニホールド２１には，内管２ａ内にガスを供給するように複数のガス供給管が設けられており，図２では便宜上２本のガス供給管５１，５２を示してある。各ガス供給管５１，５２には，ガス流量をそれぞれ調整するための例えばマスフローコントローラなどの流量調整部６１，６２やバルブ（図示せず）などが介設されている。

更にまたマニホールド２１には，内管２ａと外管２ｂとの隙間から排気するように排気管２７が接続されており，この排気管２７は図示しない真空ポンプに接続されている。排気管２７の途中には反応管２内の圧力を調整するための例えばバタフライバルブやバルブ駆動部などを含む圧力調整部２８が設けられている。

制御部１１１は，反応管２内の処理雰囲気の温度，反応管２内の圧力，ガス流量といった処理パラメータを制御する。この制御部１１１には，温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ，Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔからの測定信号が入力され，ヒータ３の電力制御器４１〜４５，圧力調整部２８，流量調整部６１，６２に制御信号を出カする。

（ウエハＷの配置）
図３は，ウエハボート２３上でのウエハＷの配置の一例を表す模式図である。ウエハボート２３は，ウエハＷを配置するためのスロット（溝）を有する。このスロットにウエハＷが配置されることで，ウエハＷが各々水平な状態で上下に間隔をおいて積層配置される。図３に示す例では，１１７個のスロットそれぞれにウエハＷが配置される。これらのウエハＷの位置は，ウエハボート２３の上から下に向かってスロットに付与したスロット番号（Slot No.）で識別できる。

ここで，ウエハボート２３に配置されるウエハＷには，製品ウエハＷｐ，モニタウエハＷｍ，ダミーウエハＷｄの３種類が有る。

製品ウエハＷｐは，半導体装置の製造に用いられるウエハＷである。この例では，製品ウエハＷｐを未処理ウエハＷｎ（基板処理部１１３で処理されていない（成膜されていない）ウエハＷ）とする。

モニタウエハＷｍは，製品ウエハＷｐに形成される膜の厚さのモニタのためのウエハＷであり，条件を揃えるため，製品ウエハＷｐとほぼ同一のウエハＷが用いられる。この例では，モニタウエハＷｍを未処理ウエハＷｎとする。この例では，スロット番号６，３２，５８，８４，１１０にモニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５が散在して配置される。

ダミーウエハＷｄは，製品ウエハＷｐの均一性の向上のために配置される。即ち，ウエハボート２３の上端，下端の近傍では，積層されたウエハＷと外界との境界となることから，他のウエハＷと膜厚が異なる可能性がある。ウエハボート２３の上端，下端の近傍にダミーウエハＷｄを配置することで，製品ウエハＷｐ間での膜厚の均一性（ウエハ間均一性）の確保が図られる。

ここで，製造コストの観点から，ダミーウエハＷｄに処理済ウエハＷｙ（基板処理部１１３で処理された（成膜された）ウエハＷ）を用いることが好ましい。同一のダミーウエハＷｄを繰り返し使用することが可能となり，半導体装置の製造コストの低減が図られる。ダミーウエハＷｄに未処理ウエハＷｎを用いると，製品ウエハＷｐを処理する毎に，新たな未処理ウエハＷｎを用意しなければならず，半導体装置の製造コストが増大する。

この一方，ダミーウエハＷｄに処理済ウエハＷｙを用いると，製品ウエハＷｐの膜厚に影響を与える可能性がある。これは，ウエハＷの表面状態（ウエハＷへの成膜の有無）により，反応ガスの消費量が異なることに起因する。以下の（１），（２）で，この詳細を説明する。

（１）反応ガスの濃度と成膜量の関係
反応ガスは，内管２ａの下部に配置されたガス供給管５１，５２のガス導入口から供給され，内管２ａの上部から排出される。反応ガスが内管２ａの下部から上部に移動する間に，反応ガスがウエハＷでの成膜で消費され，濃度が低下する。この結果，ガス導入口の近傍（内管２ａの下部）での反応ガスの濃度は大きく，ガス導入口から遠ざかるにつれて反応ガスの濃度は低下し，ガス導入口の遠方（内管２ａの上部）での反応ガスの濃度は小さくなる。このため，反応ガスの濃度分布に応じて，ウエハＷの膜厚もガス導入口の近傍で厚く（成膜速度が大きく），ガス導入口の遠方で薄く（成膜速度が小さく）なる傾向がある。

このときのガス濃度の分布は，ガス導入口からの距離，およびガスの経路上での条件（ウエハＷの表面状態，表面積，内管２ａの状態等）によって異なる。ガス導入口の近傍（内管２ａの下部）での反応ガスの濃度はこの条件の影響が小さく，ガス導入口の遠方（内管２ａの上部）での反応ガスの濃度はこの条件の影響が大きい。以上から判るように，反応ガスの経路上に配置されるウエハＷの表面状態が，反応ガスの濃度分布，ひいてはウエハＷに形成される膜の厚さ（ウエハ間膜厚の均一性）に影響を与える。

（２）ウエハＷの表面状態と反応ガスの消費量の関係
ウエハＷの表面状態と反応ガスの消費量の関係の詳細を説明する。未処理ウエハＷｎ，処理済ウエハＷｙでガスの消費量が異なる。通例，未処理ウエハＷｎでは成膜速度が小さく，処理済ウエハＷｙでは成膜速度が大きい。これは，膜の構成材料とウエハＷの表面を構成する材料の親和性に起因する。ウエハＷの表面を構成する材料が膜の構成材料と同一（ウエハＷが処理済ウエハＷｙ）であれば，材料の親和性の関係で，反応ガスから膜への転換が速やかで（成膜速度が大きく），反応ガスの消費量も大きくなる。一方，ウエハＷの表面を構成する材料が膜の構成材料と異種（ウエハＷが未処理ウエハＷｎ）であれば，反応ガスから膜への転換が遅くなり（成膜速度が小さく），反応ガスの消費量も小さくなる。
この結果，未処理ウエハＷｎを積層配置した場合，反応ガスの濃度分布，ひいてはウエハ間での膜厚分布が小さくなる（ウエハ間での膜厚の均一性が良好）。一方，処理済ウエハＷｙを積層配置した場合，反応ガスの濃度分布，ひいてはウエハ間での膜厚分布が大きくなる（ウエハ間での膜厚の均一性が不良）。

以上は，反応ガスがウエハＷの表面で反応して膜を形成する場合（界面律速反応），例えば，ＣＶＤでの成膜処理に特に当てはまる。反応ガスがウエハＷ内等で拡散して膜を形成する場合（拡散律速反応），例えば，酸化処理では，界面律速反応の場合と傾向が必ずしも一致しない。拡散律速反応の場合には，膜の有無に加えて，膜厚もガスの消費量に影響する。
但し，界面律速反応，拡散律速反応の何れでも，未処理ウエハＷｎ，処理済ウエハＷｙでガスの消費量が異なることは変わらない。

（３）ウエハＷの表面状態と膜厚の予測
以上のように，ウエハＷの表面状態（ウエハＷへの成膜の有無）が反応ガスの消費量に影響を与える。これは，積層されたウエハＷ内での処理済ウエハＷｙの配置がウエハＷへの成膜（ウエハ間での膜厚分布）に影響を与えることを意味する。処理済ウエハＷｙの配置を考慮して，膜厚が予測される。この詳細は後述する。

なお，ウエハＷの表面状態の他に，ウエハＷの表面積の大小も反応ガスの消費量に影響を与える。即ち，膜厚を予測するためのファクタとして，ウエハＷの表面積を利用することが可能である。但し，以下では，ウエハＷの表面積を膜厚を予測するためのファクタとして使用しないこととする。

（基板処理システム１００の動作）
以下，基板処理システム１００の動作につき説明する。図４は，基板処理システム１００の動作手順の一例を表すフロー図である。図５は，基板処理システム１００内でのイベントの流れの一例を表すイベントフロー図である。

Ａ．処理の準備
処理の準備がなされる（図５のイベント１〜３）。
（１）ホストコンピュータ１２０の制御部１２１が，基板処理装置１１０の制御部１１１にプロセス実行を指示し（イベント１），実施予定レシピの過去の成膜結果（膜厚）を取得する（イベント２）。
即ち，これから実施するレシピで前回処理した時の成膜結果（モニタウエハＷｍの膜厚の測定値）を取得する。レシピは，ウエハＷの処理条件（設定温度，ガス流量，圧力，処理時間）を意味する。モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５それぞれについて複数の箇所（例えば，９箇所）での膜厚の測定結果が取得される。モニタウエハＷｍの位置および測定箇所は，スロット番号，面内測定位置（x[mm]，y[mm]）で表すことができる。

（２）基板処理装置１１０の制御部１１１が，ダミーウエハＷｄの配置およびそれぞれの累積膜厚の情報を取得する（イベント３）。これは，複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンの情報を取得することを意味する。ダミーウエハＷｄの累積膜厚は，ダミーウエハＷｄの総処理時間や使用回数等から概算できる。累積膜厚は，膜厚測定器１４１により自動測定しても良い。また，作業者が測定結果を制御部１１１に入力しても良い。

ここでは，これから実施するレシピを用いて前回処理した時のダミーウエハＷｄの累積膜厚Ｄと次回のダミーウエハＷｄの累積膜厚Ｄを取得する。全てのダミーウエハＷｄの累積膜厚Ｄが取得される。ダミーウエハＷｄそれぞれの位置を表すためにスロット番号を用いることができる。

累積膜厚Ｄは，ダミーウエハＷｄ上に堆積した膜厚であり，繰り返し使用（処理）されたダミーウエハＷｄでは，処理の度に累積膜厚Ｄが増加する。ダミーウエハＷｄには，未処理ウエハＷｎ，処理済ウエハＷｙの双方が使用される可能性がある。新たなダミーウエハＷｄは，通例，未処理ウエハＷｎである。一回使用されたダミーウエハＷｄは，処理済ウエハＷｙとなり，通例，繰り返し使用される。

Ｂ．膜厚の予測
サーバコンピュータ１３０の制御部１３１が，次の処理条件等膜厚の予測に必要な情報を取得し，ゾーン１〜５毎の膜厚を予測し，この結果を基板処理装置１１０の制御部１１１に通知する（図４のステップＳ１１，Ｓ１２，図５のイベント４〜８）。以下，この詳細を説明する。

制御部１１１は，制御部１２１に次回処理時の膜厚の予測を指示する（イベント４）。制御部１２１は，制御部１１１から次回処理時の膜厚の予測に必要なデータ（膜厚予測用データ）を（イベント５），成膜量モデルＤＢ１３２から膜厚の予測に必要なモデル（膜厚予測用モデル）を取得する（イベント６）。制御部１２１は，予測膜厚を算出し（イベント７），その結果を制御部１１１に通知する（イベント８）。

（１）膜厚予測用データについて
膜厚予測用データは，次の１）〜４）を挙げることができる。
１）前回処理時でのダミーウエハＷｄの累積膜厚
２）次回処理時でのダミーウエハＷｄの累積膜厚
これら１），２）のデータは，イベント３で取得される累積膜厚に対応する。

３）前回処理時のレシピ（設定温度，ガス流量，圧力，処理時間）
設定温度［℃］は，成膜処理時の温度を意味し，ゾーン毎に規定される。ガス流量［ｓｃｃｍ］は，反応ガスのガス種（例えば，ＳｉＨ_２Ｃｌ_２，ＮＨ_３，Ｎ_２，Ｏ_２）毎に規定される。圧力［Torr］は全圧である。処理時間［min］は，成膜処理の時間である。なお，成膜処理は，ウエハＷが加熱され，かつ反応ガスに晒されることで，ウエハＷ上に膜が形成されることを意味する。
４）次回処理時のレシピ（設定温度，ガス流量，圧力，処理時間）および目標膜厚Ｄｔ
次回処理時のレシピの具体的内容は前回処理時のレシピと同様に指定される。また，目標膜厚Ｄｔが指示される。

（２）膜厚予測用モデル
膜厚予測用モデルは，ダミーウエハＷｄの表面状態の変動による膜厚の変動を予測するためのものであり，複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルと対応する。膜厚予測用モデルによって，ダミーウエハＷｄ中での処理済ウエハＷｙの配置に応じたモニタウエハＷｍの膜厚を予測できる。

ここでは，次に定義する影響度α（Ｓ，Ｎ）によって，モニタウエハＷｍの膜厚を予測する。即ち，影響度α（Ｓ，Ｎ）が膜厚予測用モデルの実体である。
影響度α（Ｓ，Ｎ）は，ガス導入口からモニタウエハＷｍに至るまでに処理済ウエハＷｙが配置されたときに，その処理済ウエハＷｙの1枚当たりがモニタウエハＷｍの膜厚に与える影響を表すパラメータであり，次の式（１）で表される。

α（Ｓ，Ｎ）＝（Ｄ０−ＤＮ）／Ｎ ……式（１）
Ｓ： モニタウエハＷｍの位置を識別する識別子（例えば，スロット番号）
Ｎ： ガス導入口からモニタウエハＷｍに至るまでのガスの経路上での処理済ウエハＷｙの枚数（経路上処理済枚数）
ＤＮ： 経路上処理済枚数ＮのときのモニタウエハＷｍの膜厚
Ｄ０： 経路上処理済枚数が０のとき（経路上のスロット全てに未処理ウエハＷｎを配置）のモニタウエハＷｍの膜厚

一例として，スロット１１０に配置されたモニタウエハＷｍについて考える。このとき，ガスの経路上のスロット（スロット１１１〜１１７）全てに未処理ウエハＷｎを配置した場合のモニタウエハＷｍの膜厚Ｄ０が２９．２１ｎｍであったとする。一方，ガスの経路上のスロット（スロット１１１〜１１７）全てに処理済ウエハＷｙを配置した場合のモニタウエハＷｍの膜厚ＤＮが２９．００ｎｍであったとする。
この場合，影響度α［ｎｍ／枚］（スロット１１０のモニタウエハＷｍの膜厚に対する処理済ウエハＷｙの１枚当たりの影響度α）は以下のようにして算出される。
α＝（２９．２１［ｎｍ］−２９．００［ｎｍ］）／７［枚］
＝０．０３［ｎｍ／枚］

この影響度α（Ｓ，Ｎ）は，モニタウエハＷｍが配置される箇所（識別子Ｓ）および経路上処理済枚数Ｎによって変化する。即ち，全てのモニタウエハＷｍ（モニタウエハＷｍが配置される全スロット）および全ての経路上処理済枚数Ｎについて，影響度α（Ｓ，Ｎ）を求めることで，処理済ウエハＷｙの配置に応じたモニタウエハＷｍの膜厚を予測可能となる。

ところで，ウエハＷの全数が多い（例えば，１１７枚）ので，影響度α（Ｓ，Ｎ）の全てを求めるのは容易でない。このため，経路上処理済枚数Ｎを複数に区分し，この区分された範囲で，影響度α（Ｓ，Ｎ）を一定とする。影響度α（Ｓ，Ｎ）は，経路上処理済枚数Ｎによって変化する（一般に，経路上処理済枚数Ｎの増加と共に増加する）が，その変化はそれほど大きなものでないので，区分された範囲内それぞれで一定としても，膜厚の予測値に大きな影響は無い。

例えば，次のように処理済ウエハＷｙの配置パターン（配置数）を規定することで，効率的に影響度α（Ｓ，Ｎ）を導出できる。
図３に示したように，スロット番号６，３２，５８，８４，１１０にモニタウエハＷｍが散在して配置され，スロット番号１〜５，７〜３１，３３〜５７，５９〜８３，８５〜１０９，１１１〜１１７に未処理ウエハＷｎまたは処理済ウエハＷｙが配置されるとする。また，スロット番号１〜５，７〜３１，３３〜５７，５９〜８３，８５〜１０９，１１１〜１１７の範囲をそれぞれ，エリア６〜１とする。即ち，反応ガスの導入口に近い側からエリア１〜６とする。

配置パターンＡ： エリア１〜６の全てに未処理ウエハＷｎを配置
配置パターンＢ： エリア１に処理済ウエハＷｙをエリア２〜６に未処理ウエハＷｎを配置
配置パターンＣ： エリア１〜２に処理済ウエハＷｙをエリア３〜６に未処理ウエハＷｎを配置
配置パターンＤ： エリア１〜３に処理済ウエハＷｙをエリア４〜６に未処理ウエハＷｎを配置
配置パターンＥ： エリア１〜４に処理済ウエハＷｙをエリア５〜６に未処理ウエハＷｎを配置
配置パターンＦ： エリア１〜５に処理済ウエハＷｙをエリア６のみに未処理ウエハＷｎを配置

以上のように配置パターンをＡ〜Ｆと限ることは，経路上処理済枚数Ｎを０〜７，８〜３２，３３〜５７，５８〜８２，８３〜１０７と５つの範囲に区分したことを意味する。

次の１）〜４）の手順で，簡略化した膜厚予測用モデルを作成できる。
１）配置パターンＡ〜Ｆについて同一のレシピ（処理条件）でウエハＷを処理する。

２）配置パターンＡ〜ＦのそれぞれのモニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５の膜厚を測定する。但し，モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５の一部について，測定の省略が可能である。例えば，スロット番号６のモニタウエハＷｍでは，配置パターンＡ，Ｂのみの測定で足り，配置パターンＣ〜Ｆでの測定は不要である。配置パターンＣ〜Ｆでは，経路上処理済枚数Ｎが配置パターンＢと同一であり，モニタウエハＷｍの膜厚もほぼ同一と考えられる。

３）区分された経路上処理済枚数Ｎ１〜Ｎ２それぞれについて，影響度α（Ｓ，Ｎ１〜Ｎ２）を算出する。
例えば，スロット５８のモニタウエハＷｍについての経路上処理済枚数８〜３２での影響度α（Ｓ５８，８〜３２）［ｎｍ／枚］は次のように算出される。
α（Ｓ５８，８〜３２）
＝（スロット５８でのパターンＡ，Ｃ間膜厚差／スロット５８での経路上処理済枚数）
＝（２９．９０［ｎｍ］−２８．９４［ｎｍ］）／３２［枚］
＝０．０３［ｎｍ／枚］

４）算出された影響度α（Ｓ，Ｎ１〜Ｎ２）を纏めることで，膜厚予測用モデルが作成される。
作成された膜厚予測用モデルの一例を図６に示す。ここでは，三角行列によって，膜厚予測用モデル（配置−成膜量モデル）が表現されている。

（４）膜厚の予測
膜厚予測用モデルを用いて，次回処理時のモニタウエハＷｍの予測膜厚を算出する。
一例として，モニタウエハＷｍがスロット６，３２，５８，８４，１１０に配置され，前回，次回それぞれで未処理ウエハＷｎ，処理済ウエハＷｙが次のように配置されるとする。
前回） 未処理ウエハＷｎ： スロット１〜１０９
処理済ウエハＷｙ： スロット１１１〜１１７
次回） 未処理ウエハＷｎ： スロット１〜９６
処理済ウエハＷｙ： スロット９６〜１０９，１１１〜１１７

スロット１１０のモニタウエハＷｍの膜厚を計算する場合，前回処理時も次回処理時も経路上処理済枚数Ｎは同一（７枚）である。このため，前回，次回の双方において，影響度α（Ｓ１１０，０〜７）は同一である。一方，スロット８４のモニタウエハＷｍの膜厚を計算する場合，前回処理時，次回処理時それぞれの経路上処理済枚数Ｎは７枚および２１枚と異なる。このため，前回，次回それぞれにおいて，影響度α（Ｓ８４，０〜７），α（Ｓ１１０，８〜３２）となる。

一般的に，モニタウエハＷｍの予測膜厚Ｄ_ｎ＋１は次式で算出できる。
Ｄ_ｎ＋１＝Ｄ_ｎ＋α（Ｓ，Ｎ１_ｎ〜Ｎ２_ｎ）＊Ｎ_ｎ
−α（Ｓ，Ｎ１_ｎ＋１〜Ｎ２_ｎ＋１）＊Ｎ_ｎ＋１
Ｄ_ｎ： 前回処理時のモニタウエハＷｍの膜厚
Ｎ_ｎ： 前回処理時の経路上処理済枚数（Ｎ１_ｎ＜Ｎ_ｎ＜Ｎ２_ｎ）
Ｎ_ｎ＋１： 次回処理時の経路上処理済枚数（Ｎ１_ｎ＋１＜Ｎ_ｎ＋１＜Ｎ２_ｎ＋１）

例えば，次回処理時のスロット８４のモニタウエハＷｍでの予測膜厚Ｄ_ｎ＋１は次のように算出できる。
Ｄ_ｎ＋１＝Ｄ_ｎ＋α（Ｓ８４，０〜７）＊Ｎ_ｎ
−α（Ｓ８４，８〜３２）＊Ｎ_ｎ＋１
＝２９．９０［ｎｍ］＋０．０３［ｎｍ／枚］＊７［枚］
−０．０３［ｎｍ／枚］＊２１［枚］
＝２９．４８［ｎｍ］

他のモニタウエハＷｍでの予測膜厚Ｄ_ｎ＋１も同様に算出できる。
図７に算出された予測膜厚Ｄ_ｎ＋１を表す。

Ｃ．処理条件の変更要否の判断
基板処理装置１１０の制御部１１１が処理条件の変更要否（予測膜厚の均一性が許容範囲か否か）を判断する（図４のステップＳ１３，図５のイベント９〜１１）。この判断結果に応じて，次の処理が開始され，または処理条件の変更（新たな処理条件の選定（算出））が指示される（図４のステップＳ１５，図５のイベント１２〜１６）。以下，この詳細を説明する。

制御部１３１から予測膜厚を通知された制御部１１１は，基準膜厚ＤＢ１１２から基準膜厚テーブルを取得し（イベント９），次処理時での処理条件の変更の要否を判断する（イベント１０）。処理条件の変更が不要であれば，次の処理が開始される（イベント２６）。一方，処理条件の変更が必要であれば（イベント１１），制御部１１１が制御部１３１に次回処理条件の選定を指示する（イベント１２）。

図８は，基準膜厚テーブルの一例を表す模式図である。
この例では，基準膜厚として，次の１）〜５）の項目を用いている。
１）モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５の平均膜厚Ｄｍの上限Ｄｍｕ[ｎｍ]
２）モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５の平均膜厚Ｄｍの下限Ｄｍｄ[ｎｍ]
３）モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５それぞれの膜厚（平均膜厚）Ｄの上限Ｄｕ[ｎｍ]
４）モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５それぞれの膜厚（平均膜厚）Ｄの下限Ｄｄ[ｎｍ]
５）面間均一性Ｕｆ（＝（Ｄ１max−Ｄ１min）＊１００／（Ｄ１ｍ＊２））[％]
Ｄ１max: モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５の膜厚の最大値
Ｄ１min: モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５の膜厚の最小値
Ｄ１ｍ : モニタウエハＷｍ１〜Ｗｍ５の膜厚の平均値
ここで，１）〜５）の項目全てを，判断基準としても良いし，一部のみを判断基準としても良い。即ち，１）〜５）の項目全てまたは所定の一部が満たされない（抵触する）ときに，処理条件の変更が必要と判断される。

Ｄ．処理条件の変更（ゾーン１〜５毎の設定温度の算出）
処理条件の変更が必要な場合（膜厚が許容範囲外の場合），サーバコンピュータ１３０の制御部１３１が次の処理条件（ゾーン１〜５毎の設定温度）を算出し，その結果を基板処理装置１１０の制御部１１１に報告する（図４のステップＳ１５，図５のイベント１３〜１９）。以下，この詳細を説明する。

（１）膜厚の予測
制御部１３１は，制御部１１１から次回処理時の膜厚の予測および設定温度の算出に必要なデータ（膜厚予測・温度算出用データ）を（イベント１３），成膜量モデルＤＢ１３２から膜厚の予測に必要なモデル（膜厚予測用モデル）を取得する（イベント１４）。制御部１３１は，予測膜厚を算出する（イベント１５）。予測膜厚の算出には，ステップＳ１２，イベント７と同様の手法を用いることができる。

（２）設定温度の算出
制御部１３１は，成膜量モデルＤＢ１３２から設定温度の算出に必要なモデル（設定温度算出用モデル）を取得して（イベント１６，１７），設定温度を算出し（イベント１８），その結果を制御部１１１に通知する（イベント１９）。設定温度算出用モデルは，基板の処理温度が基板の成膜量に与える影響を表す温度−成膜量モデルに対応する。

ここでは，モニタウエハＷｍの膜厚を目標膜厚Ｄｔ（基準膜厚）に対応させるための，「温度」，特に，ゾーン１〜５毎の設定温度を算出する。
設定温度は成膜速度に大きな影響を与える。一般に，温度が高いと成膜速度が大きく，温度が低いと成膜速度が小さい。従って，目標膜厚Ｄｔよりも薄い膜厚のモニタウエハＷｍでは，温度を上げ，目標膜厚Ｄｔよりも厚い膜厚のモニタウエハＷｍでは，温度を下げることで，ウエハＷ全体での膜厚の均一性を向上できる。

膜厚の成長速度（成膜速度）Ｖは，例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）のような膜の表面で行われる過程によって成膜速度が定まる界面律速過程においては，下記（１０）式の理論式（アレニウスの式）で表わされることが知られている。
Ｖ＝Ｃ・ｅｘｐ（−Ｅａ／（ｋＴ）） …… 式（１０）
Ｃ：プロセス定数（成膜プロセスによって定まる定数）
Ｅａ：活性化エネルギー（成膜プロセスの種類によって定まる定数），例えば，反応ガスＳｉＨ_２Ｃｌ_２およびＮＨ_３からＳｉＮ膜を形成する場合では，１．８［ｅＶ］
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：絶対温度

式（１０）を温度Ｔで偏微分し変形すると式（１１）が得られる。
ｄＤ／ｄＴ＝Ｄ＊（Ｅａ／（ｋ・Ｔ^２））［ｎｍ／℃］ ……式（１１）
Ｄ：膜厚
ｄＤ／ｄＴ： 膜厚温度係数Ｋ（温度を１℃変化させたときの膜厚の変化量）
以上のように，式（１１）に活性化エネルギーＥａと絶対温度Ｔを代入すると膜厚温度係数Ｋ（＝ｄＤ／ｄＴ）が定まる。

設定温度が７６０℃，活性化エネルギーが１．８ｅＶ，目標膜厚Ｄｔが３０［ｎｍ］の場合を想定する。式（１１）に上記を代入すると，膜厚温度係数Ｋは０．６［ｎｍ／℃］となる。
スロット６で考えると，設定温度が同一の場合，予想膜厚は２９．６８［ｎｍ］であり，目標膜厚Ｄｔの３０［ｎｍ］には０．３２［ｎｍ］の差がある。これを埋めるための温度変化量（＝Ｔ１−Ｔ０）を求めるには，膜厚差を上記で求めた０．６［ｎｍ／℃］で除算する。（＝０．５３［℃］）ここで得られた０．５３℃分，温度を変化させることで次回処理時の膜厚を目標膜厚Ｄｔに一致させることができる。

スロット６と同様にモニタウエハＷｍ毎に最適な温度変化量を求めた結果を図９に表す。また，設定温度を図１０に示す。即ち，前回処理時に全ゾーンで同一（７６０℃）だった設定温度をゾーン１〜５毎に変化させている。

一般的には，次のようにして，設定温度Ｔ１を算出できる。
目標膜厚Ｄｔとし，前回の処理において，設定温度Ｔ０，膜厚Ｄ０であった場合，次回の処理時の設定温度Ｔ１を算出する。
このときの膜厚温度係数Ｋ（＝ｄＤ／ｄＴ）は，次の式（１２）によって表される。
Ｋ＝（Ｄｔ−Ｄ０）／（Ｔ１−Ｔ０） ……式（１２）

式（１１）と式（１２）を等しいとし，式（１２）の絶対温度Ｔを前回の設定温度Ｔ０と置くと，以下の式（１３）が導ける。
Ｔ１＝Ｔ０＋［（Ｄｔ−Ｄ０）／Ｄｔ］・［ｋ・Ｔ０^２／Ｅａ］
… 式（１３）
Ｅａ，ｋ，Ｔ０，Ｄｔ，Ｄ０は，既知であるから次回の設定温度Ｔ１を求めることができる。

膜厚Ｄを目標膜厚Ｄｔに一致させるために，設置温度Ｔをゾーン毎に調整している。ここでは，膜厚温度係数Ｋ（＝ｄＤ／ｄＴ）を式（１１）によって算出している。言い換えれば，アレニウスの式（式（１０））が常に成り立つことを前提としている。しかしながら，処理条件や装置状態によっては，活性化エネルギーＥａに代入する値が最適でない等の理由で，アレニウスの式が誤差を有する場合もある。この誤差を是正するために，学習機能を用いることが考えられる。即ち，実測値を用いて計算を繰り返すことで，実際の温度と膜厚の関係を把握し，それに応じて計算で使用するパラメータを微調節する。この学習にカルマンフィルタを用いることができる。

Ｅ．次回処理条件の適用許可判断
基板処理装置１１０の制御部１１１からの依頼により，ホストコンピュータ１２０の制御部１２１が処理条件の適用要否（設定温度が許容範囲か否か）を判断する（図４のステップＳ１６，図５のイベント２０〜２４）。以下，この詳細を説明する。

制御部１３１から変更した処理条件（例えば，設定温度）を通知された制御部１１１は，変更した処理条件をレシピに取り込み（イベント２０），処理条件の適用可否（設定温度が許容範囲か否か）を制御部１２１に依頼する（イベント２１）。制御部１２１は基準条件ＤＢ１２２から基準条件テーブルを取得し（イベント２２），変更した処理条件の適用の可否を判断する（イベント２３，２４）。また，変更した処理条件の適用が可能と判断したときは，制御部１２１から制御部１１１に処理開始を指示し，基板処理装置１１０による基板の処理が開始される。

図１１は，基準温度テーブルの一例を表す模式図である。
この例では，基準温度として，ゾーン１〜５での温度の上限，下限を用いている。
ここで，これらの項目全てを，判断基準としても良いし，一部のみを判断基準としても良い。即ち，これらの項目全てまたは所定の一部が満たされた（抵触しない）ときに，処理条件の適用が可能と判断される。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば，ヒータの区分の数は５には限られない。また，基板処理装置１１０，ホストコンピュータ１２０，サーバコンピュータ１３０の役割分担は適宜に変更可能である。例えば，基板処理装置１１０のみ，あるいは基板処理装置１１０およびホストコンピュータ１２０によって，図４，図５で示した処理内容を実質的に実現可能である。

本発明の第１実施形態に係る基板処理システムを表す図である。 基板処理装置の制御部，基板処理部の一例を表す図である。 ウエハボート上でのウエハの配置の一例を表す模式図である。 基板処理システムの動作手順の一例を表すフロー図である。 基板処理システム内でのイベントの流れの一例を表すイベントフロー図である。 膜厚予測用モデルの一例を表す模式図である。 算出された予測膜厚を表す模式図である。 基準膜厚テーブルの一例を表す模式図である。 モニタウエハ毎の最適な温度変化量を表す模式図である。 算出された設定温度を表す模式図である。 基準温度テーブルの一例を表す模式図である。

符号の説明

１００ 基板処理システム
１１０ 基板処理装置
１１１ 制御部
１１２ 基準膜厚ＤＢ
１１３ 基板処理部
２（２ａ，２ｂ） 反応管
３（３１-３５） ヒータ
２１ マニホールド
２３ ウエハボート
２４ 蓋体
２６ ボートエレベータ
２７ 排気管
２８ 圧力調整部
４１-４５ 電力制御器
５１，５２ ガス供給管
６１，６２ 流量調整部
Ｓ１-Ｓ５ 温度センサ
１２０ ホストコンピュータ
１２１ 制御部
１２２ 基準条件ＤＢ
１３０ サーバコンピュータ
１３１ 制御部
１３２ 成膜量モデルＤＢ
１４１ 膜厚測定器

Claims (6)

1. 積層された複数の基板への加熱およびガス供給の処理によって，前記複数の基板に成膜する基板処理部と，
   前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンの情報を取得する取得部と，
   前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルを記憶する記憶部と，
   前記配置−成膜量モデルに基づいて，前記配置パターンのときの，基板の予測成膜量を算出する算出部と，
   前記算出される予測成膜量が所定範囲か否かを判断する判断部と，
   前記算出される予測成膜量が所定範囲であると判断されたときに，前記基板処理部を制御して基板を処理させる制御部と，
   を具備することを特徴とする基板処理システム。
2. 前記算出部が，前記複数の基板中に分散して配置される複数のモニタ用基板の予測成膜量を算出し，
   前記判断部が，複数のモニタ用基板それぞれの予測成膜量およびこれらの均一性が所定範囲か否かを判断する
   ことを特徴とする請求項１記載の基板処理システム。
3. 前記基板の処理温度が基板の成膜量に与える影響を表す温度−成膜量モデルを記憶する第２の記憶部と，
   前記算出される予測成膜量が所定範囲でないと判断されたときに，前記温度−成膜量モデルに基づいて，処理温度を決定する温度決定部と，
   前記決定された処理温度に基づいて，前記制御部が前記基板処理部を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理システム。
4. 前記基板処理部が，前記基板を加熱する複数の加熱部を有し，
   前記算出される予測成膜量の均一性が所定範囲でないと判断されたときに，前記温度−成膜量モデルに基づいて，前記温度決定部が，前記複数の加熱部それぞれに対応する処理温度を決定する，
   ことを特徴とする請求項３記載の基板処理システム。
5. 積層された複数の基板への加熱およびガス供給の処理によって，前記複数の基板に成膜する基板処理装置を制御する基板処理装置の制御方法であって，
   前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンの情報を取得するステップと，
   前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルに基づいて，前記配置パターンのときの，基板の予測成膜量を算出するステップと，
   前記算出される予測成膜量が所定範囲か否かを判断するステップと，
   前記算出される予測成膜量が所定範囲であると判断されたときに，前記基板処理装置を制御するステップと，
   を具備することを特徴とする基板処理装置の制御方法。
6. 積層された複数の基板への加熱およびガス供給の処理によって，前記複数の基板に成膜する基板処理装置を制御するためのプログラムであって，
   前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置を表す配置パターンの情報を取得するステップと，
   前記複数の基板内での未処理基板および処理済基板の配置が基板の成膜量に与える影響を表す配置−成膜量モデルに基づいて，前記配置パターンのときの，基板の予測成膜量を算出するステップと，
   前記算出される予測成膜量が所定範囲か否かを判断するステップと，
   前記算出される予測成膜量が所定範囲であると判断されたときに，前記基板処理装置を制御するステップと，
   をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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