JP3497450B2 - バッチ式熱処理装置及びその制御方法 - Google Patents

バッチ式熱処理装置及びその制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体を多数枚一括して熱処理するバッチ式熱処理装
置に関し、特に、収容している半導体ウエハの温度を推
定し、推定結果に基づいて、最適な制御を行う適応制御
型のバッチ式熱処理装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多数の半導体ウエハに対して成膜処理、
酸化処理あるいは拡散処理などの熱処理を一括して行う
バッチ式熱処理装置として、横型熱処理装置や縦型熱処
理装置が知られており、最近では、大気の巻き込みが少
ない等の理由から縦型熱処理装置が主流になりつつあ
る。
【０００３】図５は、縦型熱処理装置の外観を示す図で
あり、この装置は、縦型の加熱炉１１と、ウエハ保持具
であるウエハボート１２とを備えている。加熱炉１１
は、縦型の反応管の周囲にヒータを設けて構成され、ガ
ス供給管１１ａ及び排気管１１ｂが接続されている。
【０００４】ウエハボート１２は、複数の支柱１３を備
え、各支柱１３に形成された溝にウエハＷの周縁部を支
持することにより多数枚のウエハＷが所定のピッチで棚
状に保持されるように構成される。ウエハボート１２
は、多数枚のウエハＷを保持した後に、ボートレベータ
により加熱炉１１の下方開口部を通じて加熱炉１１内に
搬入され、ウエハＷに対して所定の熱処理が行われる。
【０００５】このような熱処理装置の制御系において
は、例えば、成膜すべき薄膜の種類、膜厚などに応じ
て、処理圧力、処理温度、ガス流量などの処理条件（処
理パラメータの目標値）が決められており、これら処理
条件を書き込んだレシピが複数用意されている。各オペ
レータが薄膜の種類及び膜厚に応じたレシピを選択する
ことにより、予め定められた処理条件に基づいて熱処理
装置が運転される。このようなレシピでは、実際にウエ
ハボート１２にウエハＷを満載して熱処理を行い、最適
な処理条件を見つける事により作成される。
【０００６】最近にあっては、多種多様な半導体デバイ
スが要求されることから、小ロットで多品種のウエハに
対して熱処理が必要とされる場合がある。例えば、製品
ウエハとしてフル枚数（満載時枚数）である１５０枚の
処理が必要な時には、ウエハボート１２は満載状態とな
るが、それよりも少ない枚数、例えば、１００枚、５０
枚或いは２５枚の熱処理が必要な場合もある。このよう
な場合、不足枚数だけ、ダミーウエハを用いてウエハボ
ート１２を満載状態とし、ウエハ満載時の通常の処理条
件で熱処理を行うようにしていた。
【０００７】しかし、ダミーウエハはコストが高く、複
数回の処理毎に洗浄されて繰り返し使用されるが、最終
的には廃棄され、このためランニングコストを高騰させ
る要因になっていた。また、製品ウエハの枚数が少ない
にもかかわらず、ダミーウエハの移載に時間を要し、ス
ループットの点でも無駄があった。また、バッチサイズ
が小さい場合（製品ウエハがフル枚数より少ない場
合）、ダミーウエハを用いずに処理を行うとウエハボー
ト１２内にウエハ未載置の空領域ができる。この場合に
は、部分的にウエハ温度やガス濃度が乱れたりして、熱
処理のウエハ面内均一性、面間均一性及び処理速度が変
わって熱処理の再現性が低下してしまう。
【０００８】また、一般に、バッチ式の熱処理装置は、
多数のウエハを一括して処理するため、微妙な制御がで
きず、ウエハの面間、面内でばらつきが発生する場合が
あった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情の下に成されたものであり、保持具に被処理体を保
持しない空き領域があっても良好な処理を行うことがで
きるバッチ式熱処理装置及びその制御方法を提供するこ
とを目的とする。また、本発明は、多品種少量生産に適
したバッチ式熱処理装置及びその制御方法を提供するこ
とを目的とする。また、本発明は、バッチ式でありなが
ら、個々のウエハを適切に処理できるバッチ式熱処理装
置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点に係るバッチ式熱処理装置
は、複数のヒータと、複数の温度センサとを備え、内部
に被処理体を収容する加熱炉と、前記温度センサの出力
から、前記加熱炉内の被処理体の温度を推定するための
モデルを、被処理体の枚数及び配置に応じて、複数記憶
するモデル記憶手段と、前記モデル記憶手段に記憶され
ている複数のモデルのうち、前記加熱炉内に収容されて
いる被処理体の枚数及び配置に対応するモデルに基づい
て、前記温度センサの出力から前記被処理体の温度を推
定し、この推定に従って、前記複数の加熱炉のヒータを
独立して制御する制御手段と、を備える、ことを特徴と
する。
【００１１】この構成によれば、モデル記憶手段に、被
処理体の処理枚数と配置に応じたモデルが記憶されてい
る。温度センサの出力とこのモデルとにより、被処理体
の温度を推測することができる。すなわち、間接的に、
被処理体の温度を測定することができる。そして、推定
した温度に従って、ヒータを制御することにより、各ウ
エハが適切な温度変化を行うように、加熱・冷却するこ
とができる。従って、被処理体の枚数や配置にかかわら
ず、被処理体を適切に加熱処理することができる。
【００１２】例えば、前記モデルは、推定した被処理体
の温度を目標値に近づけるために、ヒータを制御するた
めのモデルを含んでいてもよい。
【００１３】前記モデルは、温度帯域毎に設定されても
よい。この場合、前記制御手段は、被処理体の温度に応
じたモデルを選択して、制御を行う。
【００１４】前記制御手段は、被処理体に施すべき温度
変化を示すレシピを記憶するレシピ記憶手段を備え、前
記被処理体の温度が、前記レシピ記憶手段に記憶された
レシピに従って変化するように、前記モデルに基づい
て、前記被処理対象の温度を推定し、この推定値に従っ
て、前記ヒータを制御してもよい。
【００１５】前記レシピ記憶手段も、被処理体の枚数及
び配置別の複数のレシピを記憶してもよい。この場合、
前記制御手段は、加熱炉に収容された被処理体の枚数及
び配置に対応するレシピを選択して、選択したレシピに
従って、前記ヒータを制御する。
【００１６】前記レシピ記憶手段は、前記加熱炉内の、
縦方向の複数のゾーン別に、面間の膜厚が均一になるよ
うに修正されたレシピを記憶し、前記制御手段は、各ゾ
ーンのレシピに従って、前記ヒータを制御するようにし
てもよい。
【００１７】前記制御手段は、例えば、前記モデルを参
照して推定したウエハ温度の組と前記複数のゾーンのレ
シピが指示する温度の組とのばらつきが最小となるよう
に、前記ヒータを制御する。
【００１８】また、この発明の第２の観点にかかるバッ
チ式熱処理装置の制御方法は、複数のヒータと、複数の
温度センサとを備え、内部に被処理体を収容する加熱炉
を有するバッチ式熱処理装置の制御方法であって、温度
センサの出力から被処理体の温度を推定するための数学
モデルを、被処理体の枚数及び配置に応じて、複数記憶
し、収容された被処理体の枚数及び配置を特定し、特定
した被処理体の枚数及び配置に対応するモデルを用い
て、温度センサの出力から被処理体の温度を推定し、推
定した温度が目標値に達するように、前記複数のヒータ
を適応制御する、ことを特徴とする。
【００１９】なお、上述のバッチ式熱処理装置の制御方
法を実行するための数学モデルやプログラムをＲＯＭ、
フラッシュメモリなどに記録して、バッチ式熱処理装置
に装着したり配布したりしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明のバッチ式熱処理装置を縦
型熱処理装置に適用した実施の形態について説明する。
この縦型熱処理装置は、図１に示すように、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の下側には金属性の筒状の
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に支持されている。
外管２ｂは有天井に形成され、下端がマニホールド２１
の上端に気密に接合されている。
【００２１】反応管２内には、多数枚、例えば、１５０
枚の被処理体を成すウエハＷ（製品ウエハ）が水平な状
態で、上下に間隔をおいてウエハ保持具であるウエハボ
ート２３に棚状に配置されている。このウエハボート２
３は蓋体２４の上に保温筒（断熱体）２５を介して保持
されている。
【００２２】反応管２の周囲には、例えば、抵抗体より
成るヒータ３が設けられている。ヒータ３は、５段に配
置されたヒータ３１〜３５から構成される。ヒータ３１
〜３５には、電力コントローラ３６〜４０より、それぞ
れ独立して電力が供給される。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。
【００２３】また、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１では、理解を容易にするため、３本のガス供
給管４１，４２，４３を示している。各ガス供給管４
１，４２，４３には、ガス流量を調整するためのマスフ
ローコントローラ（ＭＦＣ）などの流量調整部４４，４
５，４６を介してジクロルシラン、アンモニア、窒素が
それぞれ供給される。さらにマニホールド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２
７が接続されている。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には、反応管２
内の圧力を調整するための、コンビネーションバルブ、
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。
【００２４】内管２ａの内面には、垂直方向に一列に５
つの熱電対（温度センサ）Ｓinが配置されている。熱電
対Ｓinは、半導体ウエハＷの金属汚染を防止するため、
例えば、石英のパイプ等によりカバーされている。
【００２５】また、外管２ｂの外面には、垂直方向に一
列に複数の熱電対（温度測定部）Ｓoutが配置されてい
る。
【００２６】この縦型熱処理装置は、反応管２内の処理
雰囲気の温度、ガス流量、圧力といった処理パラメータ
を制御するための制御部１００を備えており、この制御
部１００は、熱電対ＳinとＳoutの検出信号を取り込
み、ヒータ３の電力コントローラ３６〜４０、圧力調整
部２８，流量調整部４４〜４６に制御信号を出力する。
【００２７】図２は、制御部１００の構成を示す。図２
に示すように、制御部１００は、モデル記憶部１１１
と，レシピ記憶部１１２と、ＲＯＭ１１３と、ＲＡＭ１
１４と，Ｉ／Ｏポート１１５と、ＣＰＵ１１６と、これ
らを相互に接続するバス１１７とから構成される。
【００２８】モデル記憶部１１１は、熱電対Ｓin及びＳ
outの出力信号（測定温度）からウエハボート２３に載
置されているウエハＷの温度を推定（計算）し、さら
に、推定した温度を目標値に設定するためにヒータ３１
〜３５に供給すべき電流を指示するために設計されたモ
デル（数学モデル；高次・多次元関数）を記憶してい
る。なお、モデルの設計手法については後述する。
【００２９】ウエハボート２３には、例えば、図３にお
ける（ａ）〜（ｄ）に模式的に示すように、全ての棚に
ウエハＷが載置される場合、一部の棚にしかも位置を変
えてウエハＷが載置される場合がある。さらには、ダミ
ーウエハＤＷが配置される場合もある。そこで、モデル
は、この熱処理装置で処理されるウエハＷの枚数及び配
置パターン毎にウエハＷの温度を正確に推定し、且つ、
その温度を目標値に誘導することができるように予め設
計され、記憶される。
【００３０】例えば、図３における（ａ）〜（ｄ）に示
すようにウエハＷが配置された場合には、それぞれ、そ
の処理枚数及び配置用に設計されたモデルを使用する事
により、温度を正確に推定することができる。
【００３１】レシピ記憶部１１２には、この熱処理装置
で実行される成膜処理の種類に応じて、制御手順を定め
るレシピが複数種類記憶されている。各レシピは温度レ
シピを含んでいる。通常のバッチ処理の場合、全ウエハ
について１通りの温度レシピが用意される。これに対
し、この実施の形態においては、個々の熱処理装置の特
性に応じて、面間及び面内で膜厚が均一になるように、
図４（ａ）に示すように、反応管２内をウエハＷの配列
方向（縦方向）に５つのゾーン（ヒータ３１〜３５によ
って定義される５つの空間）に分け、（ｂ）に示すよう
に、ゾーン毎に調整された温度レシピ（温度目標軌道）
が用意されている。調整された温度レシピは、ガスの流
量の差等の要因による膜厚のばらつきを温度制御で吸収
できるように調整されている。温度レシピの設計手法に
ついては後述する。
【００３２】ＲＯＭ１１３は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシ
ュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１
１６の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。Ｒ
ＡＭ１１４は、ＣＰＵ１１６のワークエリアなどとして
機能する。Ｉ／Ｏポート１１５は、熱電対Ｓin及びＳou
tの測定信号をＣＰＵ１１６に供給すると共に、ＣＰＵ
１１６が出力する制御信号を各部へ出力する。また、Ｉ
／Ｏポート１１５には、操作パネル１１８が接続されて
いる。バス１１７は、各部の間で情報を伝達する。
【００３３】ＣＰＵ１１６は、ＤＳＰなどでもよく、Ｒ
ＯＭ１１３に記憶された制御プログラムを実行し、操作
パネル１１８からの指示に従って、レシピ記憶部１１２
に記憶されているレシピに沿って、熱処理装置の動作を
制御する。具体的には、ＣＰＵ１１６は、操作パネル１
１８から入力されたウエハボート２３上のウエハＷの処
理枚数及び配置に応じて、モデル記憶部１１１に記憶さ
れている複数のモデルの内から該当するものを選択して
読み出し、また、レシピ記憶部１１２に記憶されている
複数のレシピの内から該当するものを選択して読み出
す。そして、レシピに従って処理動作を実行する。特
に、この実施の形態においては、熱電対Ｓin及びＳout
からの測定値及び電力コントローラ３６〜４０への指示
値（又は電力コントローラ３６〜４０がヒータ３１〜３
５に供給した電力を示す値）を取り込んで、ウエハの温
度を刻一刻と推定し、選択したレシピに含まれている温
度レシピが指示する値とこの推定値とが一致するよう
に、電力コントローラ３６〜４０に供給電力を指示す
る。
【００３４】なお、ウエハＷの搬送部からの情報によ
り、ウエハＷの処理枚数と配置とを把握することも可能
である。また、ＣＰＵ１１６は、通常の熱処理装置の制
御と同様に、流量コントローラ４４〜４６への指示、圧
力調整部２８への指示なども行う。
【００３５】次に、上記構成のバッチ式熱処理装置によ
る成膜処理について説明する。まず、ウエハボート２３
に、製品ウエハ（処理対象のウエハ）Ｗが必要枚数載置
される。この例では、図３（ｂ）に示すように、１００
枚のウエハＷが下詰めされたとする。このウエハボート
２３が反応管２内にロードされると、オペレータは、ウ
エハＷの枚数（１００）と配置（下詰め）及び処理の内
容（窒化膜の形成）を、操作パネル１１８より入力す
る。ＣＰＵ１１６は、指示に応答し、図３（ｂ）の配置
用のモデルとレシピをモデル記憶部１１１とレシピ記憶
部１１２からそれぞれ読み出す。なお、ＣＰＵ１１６
は、ウエハＷの処理枚数と配置とをウエハ搬送部から取
得するようにしてもよい。
【００３６】次に、読み出したレシピに従って、ヒータ
３に通電して昇温を開始する。さらに、ＣＰＵ１１６
は、熱電対Ｓin及びＳoutの出力信号を、読み出したモ
デルに適用し、上段、中上段、中段、中下段、下段の５
つのゾーンのウエハの温度を推定し、推定した温度が全
体として温度レシピが設定している温度の組み合わせに
最も近づくように、刻一刻とヒータ３１〜３５に供給す
る電力を電力コントローラ３６〜４０を介して制御す
る。即ち、推定したウエハ温度に基づいて、ウエハ温度
を適応（アダプティブ）制御する。
【００３７】例えば、５つのゾーンのウエハの温度がＷ
t1、Ｗt2、Ｗt3、Ｗt4、Ｗt5であると推測（計算）さ
れ、レシピが指示する温度がＴt1、Ｔt2、Ｔt3、Ｔt4、
Ｔt5である場合には、実際の温度（推測温度）と目標温
度（レシピ指示温度）との差が全体として最も小さくな
るように制御が行われる。例えば、最小２乗法を用い
て、（Ｗt1−Ｔt1）２＋（Ｗt2−Ｔt2）２＋（Ｗt3−Ｔ
t3）２＋（Ｗt4−Ｔt4）２＋（Ｗt5−Ｔt5）２が最小に
なるように、ヒータ３１〜３５に供給する電力を個々に
制御する。
【００３８】表現を変えれば、熱電対Ｓin及びＳoutの
出力に従って各ウエハＷの温度を刻一刻と推測して求
め、求めたウエハＷの温度が予め定められているレシピ
が指定する温度となるよう５つのヒータ３１〜３５を個
別に適応制御（アダプティブ制御）する。
【００３９】昇温が終了すると、各ゾーン（上段、中上
段、中段、中下段、下段）の温度をそれぞれ一定に維持
するように適応制御を続ける。仮に、図４（ｂ）に示す
温度変化が、図３（ｂ）の配置用の温度レシピ（温度軌
道）が示す温度の軌道であるとすると、ＣＰＵ１１６
は、上段（ゾーン１）が８５２℃、中上段（ゾーン２）
が８５０℃、中段（ゾーン３）が８４９℃、中下段（ゾ
ーン４）が８４８℃、下段（ゾーン５）が８４６℃とな
るように制御する。
【００４０】反応管２内の温度が安定するのに十分な時
間が経過すると、反応管２に処理ガスを供給し、成膜を
開始する。成膜処理の間も、上段、中上段、中段、中下
段、下段の各ゾーンのウエハＷの温度が全体として温度
レシピの設定温度に最も近づくように温度制御を行う。
このため、上段、中上段、中段、中下段、下段の各ゾー
ンのウエハＷは、見かけ上、異なる温度で成膜処理が成
される。ただし、モデル及びレシピが、後述するよう
に、均一な膜が形成できるように調整された値（成膜ガ
スの濃度や、ウエハの処理枚数や配置のばらつきの影響
などを、熱に換算して調整された値）であるので、面間
及び面内で比較的均一な厚さの膜が成長する。
【００４１】成膜が終了すると、成膜ガスの供給を停止
し、反応管２内を冷却し、処理済のウエハボート２３を
アンロードする。
【００４２】このバッチ式熱処理装置では、制御部１０
０内に、ウエハボート２３に載置されるウエハＷの処理
枚数及び配置に応じたモデルとレシピが予め用意されて
いる。従って、制御部１００は、ロードされたウエハボ
ート２３に載置されたウエハＷの処理枚数及び配置に対
応するモデルとレシピを読み出して、適応制御により適
切に成膜処理（熱処理）を行うことができる。この適応
制御により、ダミーウエハなどを使用しなくても、各ウ
エハの温度を適切に制御することができる。また、ダミ
ーウエハを使用する場合でも、高価なダミーウエハの使
用枚数を従来よりも減らして、かつ、適切な温度制御を
行うことができる。従って、ウエハの処理枚数や配置に
かかわらず、安定して、一定の厚さの膜を形成すること
ができる。従って、少量生産品にも臨機応変に対応でき
る。
【００４３】また、膜厚が面間及び面内で均一となるよ
うに温度レシピがゾーン毎に調整されているので、ガス
の流れ、ガス密度の分布、温度勾配等による膜厚の差の
発生を抑えることができる。
【００４４】図３における（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示
すような処理枚数と配置が選択された場合の動作は、モ
デル記憶部１１１及びレシピ記憶部１１２から読み出さ
れる（選択される）モデル及びレシピが上記説明のもの
と異なる点以外は、実質的に同一の処理動作が行われ
る。
【００４５】次に、モデルとレシピの設計手法につい
て、説明する。モデルは、熱電対Ｓin及びＳoutの出力
（測定値）及びヒータ３１〜３５への供給電力などか
ら、ウエハＷの温度を推測し、さらに、推測した５つの
温度を全体として目的温度に近接させるために、ヒータ
３１〜３５に供給する電力を特定可能な数学モデルであ
るならば任意のモデル（多変数、多次元、多出力関数）
を利用可能である。このようなモデルとしては、例え
ば、米国特許第５，５１７，５９４号公報に開示された
モデルを使用することができる。
【００４６】以下、米国特許第５，５１７，５９４号公
報に開示されたモデルを例に説明する。まず、図１に示
す熱処理装置に、中心と中心から例えば６mm離れた位置
とに熱電対ＳwcとＳweを組み込んだ５枚のテスト用ウエ
ハを用意する。次に、これらの５枚のテスト用ウエハ
が、図４（ｂ）の５つのゾーンに１つずつ位置するよう
に、テスト用ウエハと通常のウエハとをウエハボート２
３に載置する。次に、このウエハボート２３を反応管２
にロードする。次に、ヒータ３１〜３５に高周波帯域の
信号及び低周波帯域の信号を印加し、熱電対Ｓin、Ｓou
tの出力、テスト用ウエハ上の熱電対ＳwcとＳweの出力
（ウエハ温度）、ヒータに供給される電流などのデータ
を、例えば、１〜５秒のサンプリング周期で取得する。
【００４７】次に、一定の温度範囲、例えば４００℃〜
１１００℃の範囲で、１００℃間隔で温度帯域を設定す
る（広温度帯域を１つのモデルでカバーすると温度の推
定などが不正確になってしまうため）。取得したデータ
から、各温度帯域について、数式１に示すＡＲＸ（自動
回帰）モデルを設定する。
【００４８】
【数１】ｙt＋ＡＡ1ｙt-1＋ＡＡ２ｙt-2＋...＋ＡＡnｙ
t-n＝ＢＢ1ｕt-1＋ＢＢ２ｕt-2＋...＋ＢＢnｕt-n ＋ｅ
ｔ ｙt：時点ｔでの以下の内容を成分とするｐ行１列のベ
クトル 内容：熱電対Ｓinの出力の変動量（この例では５つの熱
電対Ｓinが存在するため、５成分）、熱電対Ｓoutの出
力の変動量（この例では５つの熱電対Ｓoutが存在する
ため、５成分）、ウエハの中心部にセットした熱電対Ｓ
wcの出力の変動量（この例では５つ）、ウエハの周縁部
にセットした熱電対Ｓweの出力の変動量（この例では５
つ）。従って、この例では、ｙｔは２０行１列のベクト
ルとなる。 ｕt：時点ｔでのヒータ電力の変動量を成分とするｍ行
１列のベクトル（この例では、ヒータが５台のため、５
行１列）。 ｅｔ：ホワイトノイズを成分とするｍ行１列のベクト
ル。 ｎ：遅れ（例えば８）。 ＡＡ1〜ＡＡn：ｐ行ｐ列の行列（この例では、２０行２
０列）。 ＢＢ1〜ＢＢn：ｐ行ｍ列の行列（この例では、２０行５
列）。
【００４９】ここで、各係数ＡＡ1〜ＡＡnとＢＢ1〜Ｂ
Ｂnn を、最小二乗法などを用いて決定する。
【００５０】このＡＲＸモデル関係を、状態空間法に適
用すると、その基本方程式は数式２で表すようになる。
【数２】ｘt＋１＝Ａｘt＋Ｂｕt ＋Ｋfｅｔ ｙt＝Ｃｘt＋１＋ｅｔ ここで、ｘは状態変数、Ｋはカルマンフィルタのフィー
ドバック系Ａ，Ｂ，Ｃは、行列である。
【００５１】実際の成膜時の処理速度を向上するため、
次数を１０次程度まで低次元化し、数式２から温度帯域
毎に数式モデルを作成する。
【００５２】こうして、温度帯域毎に、入力（Ｓin及び
Ｓout、及びヒータ電力Ｐ）からウエハの温度を導く数
式３を導く。
【数３】ｘ＾t＋１＝Ａｘ＾t＋Ｂ（Ｐinput,t＋ｕbias
）＋Ｌ（Ｔthermocouple,t−Ｃsｘ＾t＋Ｓbias） Ｔmodel,t＝Ｃwｘ＾t＋Ｗbias
【００５３】次に、再度、テスト用ウエハを処理し、数
式３に基づいて推定されたウエハ温度Ｔmodelと実測値
Ｔwaferとを比較し、モデルをチューニングする。この
チューニング動作を必要に応じて複数回繰り返す。
【００５４】一方、ＣＰＵ１１６の動作プログラムに関
しては、温度の設定値から推測したウエハ温度の変動の
時間平均を最小化するように動作を設定する。
【００５５】さらに、成膜処理の種類に応じて、各ゾー
ン内で均一な成膜が可能となるような温度目標軌道Ｔtr
aj（ｔ）、すなわち、温度レシピを設計する。続いて、
５つのゾーンが全てこの温度目標軌道を追従するように
制御を行ってテスト的に成膜処理を実行する。処理後、
成膜された膜の厚さを測定し、膜厚のばらつき等をチェ
ックする。例えば、上段のウエハの膜厚が下段のウエハ
の膜厚よりも小さい場合、直接的な原因は不明でも、上
段の温度を相対的に上昇させることにより、膜厚をほぼ
等しくすることができる。そこで、最小二乗法等を用い
て、ばらつきが最も小さくなるように、温度目標軌道Ｔ
traj（ｔ）を修正する。これが、図４（ｂ）に示すよう
なゾーン毎の温度レシピである。この温度レシピをさら
にチューニングすることも可能である。
【００５６】このようにして、ウエハの処理枚数及びそ
の配置に応じて、ウエハの温度推定及びウエハ温度を目
標温度とするための出力を定義するモデルと、レシピが
それぞれ設定され、モデル記憶部１１１とレシピ記憶部
１１２に記憶される。
【００５７】その後、実際の成膜時に、これらのモデル
及びレシピは適宜選択されまた読み出されて制御に使用
される。
【００５８】以上、この発明の実施の形態に係るバッチ
式の熱処理装置及びその適応制御方法、さらに、制御に
使用するモデル及びレシピの設計手法を説明したが、こ
の発明は上記実施の形態に限定されず種々の変形及び応
用が可能である。例えば、上記実施の形態では、窒化膜
形成用の熱ＣＶＤ装置を例にこの発明を説明したが、処
理の種類は任意であり、他種類の膜を形成するＣＶＤ装
置、酸化装置、エッチング装置、等の様々なバッチ式熱
処理装置に適用可能である。ただし、種類毎に、モデル
とレシピを設計する。
【００５９】また、機器構成や動作も上記実施の形態に
限定されない。例えば、上記実施の形態では、ヒータの
数を５つとし、反応管２内のゾーンを５つとしたが、ヒ
ータの数や温度ゾーンの数は任意である。また、ヒータ
は、電気抵抗型のものに限定されず、ランプなどでもよ
い。また、温度を測定するための構成も熱電対に限定さ
れず、任意の温度センサを適用可能である。
【００６０】また、モデルやその設計手法も、米国特許
５，５１７，５９４に開示されたモデルやその設計手法
に限定されるものではなく、任意のモデル及び任意の設
計手法を採用可能である。また、全ての装置について、
モデルを個々に設計するのは煩雑であり、同一仕様の熱
処理装置について１つのモデル及び／又はレシピを作成
し、これを装置毎に最適化処理することにより、モデル
及びレシピを共通化してもよい。この方法によれば、モ
デルの作成とチューニングを効率よく行うことができ
る。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、バッチ式の熱処理装置において、加熱炉内に処理枚
数や配置が異なる被処理体が収容された場合でも、適切
に処理を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る熱処理装置の構造
を示す図である。
【図２】制御部の構成例を示す回路図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、ウエハボートへのウエハの
配置例を示す図である。
【図４】（ａ）は反応管内のゾーンを示し、（ｂ）はゾ
ーン別の目標温度軌道の例を示す図である。
【図５】従来の熱処理装置の構成図である。
【符号の説明】
２ 反応管 ３ ヒータ ２１ マニホールド ２３ ウエハボート ２４ 蓋体 ２５ 保温筒（断熱体） ３１ 上段ヒータ ３２ 上中段ヒータ ３３ 中段ヒータ ３４ 下中段ヒータ ３５ 下段ヒータ ３６〜４０ 電力コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 浩一 神奈川県津久井郡城山町１丁目２番41号 東京エレクトロン東北株式会社 相模 事業所内 (72)発明者 安原 もゆる 東京都港区赤坂五丁目３番６号 東京エ レクトロン株式会社内 (72)発明者 プラディープ パンディ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ンノゼ、ブルックトリーコート7169 (72)発明者 スニル シャー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ロ スアルトス、リンデンアベニュー637 (56)参考文献 特開 平10−189465（ＪＰ，Ａ) 特開2000−195809（ＪＰ，Ａ) 特開2001−144019（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 H01L 21/31

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のヒータと、複数の温度センサとを備
    え、内部に被処理体を収容する加熱炉と、 前記温度センサの出力から、前記加熱炉内の被処理体の
    温度を推定するためのモデルを、被処理体の処理枚数及
    び配置に応じて、複数記憶するメモリと、 前記メモリに記憶されている複数のモデルのうち、前記
    加熱炉内に収容されている被処理体の処理枚数及び配置
    に対応するモデルに基づいて、前記温度センサの出力か
    ら前記被処理体の温度を推定し、この推定に従って、前
    記複数のヒータを制御する制御手段と、を備える、こと
    を特徴とするバッチ式熱処理装置。
  2. 【請求項２】前記モデルは、推定した被処理体の温度を
    目標値に近づけるために、ヒータを制御するためのモデ
    ルを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のバッチ式
    熱処理装置。
  3. 【請求項３】前記モデルは、温度帯域毎に設定されてお
    り、 前記制御手段は、被処理体の温度に応じたモデルを選択
    する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバッチ
    式熱処理装置。
  4. 【請求項４】前記制御手段は、被処理体に施すべき温度
    変化を示すレシピを記憶するレシピ記憶手段を備え、 前記被処理体の温度が前記レシピ記憶手段に記憶された
    レシピに従って変化するように、前記モデルに基づい
    て、前記被処理対象の温度を推定し、この推定値に従っ
    て前記ヒータを制御する、ことを特徴とする請求項１、
    ２又は３に記載のバッチ式熱処理装置。
  5. 【請求項５】前記レシピ記憶手段は、被処理体の処理枚
    数及び配置別の複数のレシピを記憶し、 前記制御手段は、加熱炉に収容された被処理体の処理枚
    数及び配置に対応するレシピを選択して、選択したレシ
    ピに従って前記ヒータを制御する、ことを特徴とする請
    求項４に記載のバッチ式熱処理装置。
  6. 【請求項６】前記レシピ記憶手段は、前記加熱炉内の、
    被処理体の配列方向の複数のゾーン別に、修正されたレ
    シピを記憶し、 前記制御手段は、各ゾーンのレシピに従って前記ヒータ
    を制御する、ことを特徴とする請求項５に記載のバッチ
    式熱処理装置。
  7. 【請求項７】前記制御手段は、前記モデルを参照して推
    定したウエハ温度の組と前記複数のゾーンのレシピが指
    示する温度の組とのばらつきが最小となるように、前記
    ヒータを制御する、ことを特徴とする請求項６に記載の
    バッチ式熱処理装置。
  8. 【請求項８】複数のヒータと、複数の温度センサとを備
    え、内部に被処理体を収容する加熱炉を有するバッチ式
    熱処理装置の制御方法であって、 温度センサの出力から被処理体の温度を推定するための
    モデルを、被処理体の処理枚数及び配置に応じて複数記
    憶し、 収容された被処理体の処理枚数及び配置を特定し、 特定した被処理体の処理枚数及び配置に対応するモデル
    に基づいて、温度センサの出力から被処理体の温度を推
    定し、 推定した温度が目標値に達するように、前記複数のヒー
    タを適応制御する、ことを特徴とするバッチ式熱処理装
    置の制御方法。
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