JP5005388B2 - 熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体を熱処理する熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムに関する。

半導体装置の製造工程では、被処理体、例えば、半導体ウエハの成膜処理などを行う熱処理システムが用いられている。熱処理システムでは、例えば、成膜すべき薄膜の種類、膜厚などに応じて、処理温度、処理圧力、ガス流量などの処理条件が決められており、これらの処理条件を書き込んだレシピが用意されている。そして、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成膜処理などが行われる。

しかし、熱処理システムでは、当初は適切に処理されていても、処理操作を複数回繰り返すことにより炉内壁面に付着物が付着し、この付着物の累積膜厚が厚くなると、同じ処理温度で制御しても、炉内温度が下がってしまう。このように、半導体ウエハを熱処理する処理温度が低下し、処理条件から外れてしまうと、バッチ間での均一性が低下したり、半導体ウエハに所望の膜厚の薄膜を形成することができなくなってしまう。

かかる問題を解決する技術として、例えば、特許文献１には、累積膜厚と膜生成に必要な温度の関係に従って温度制御を行い、バッチ間の均一性を向上させることができる半導体製造装置が提案されている。
特開２００３−１０９９０６号公報

特許文献１では、炉内の５つのゾーンごとに、累積膜厚がＡμｍとなったときには設定温度をＢ℃上げるように、累積膜厚と温度補正値との関係を定め、この関係に従って炉内の各ゾーンの温度制御を行っている。しかし、この温度制御によっても、炉内の温度を指定した処理温度に制御することは困難であり、熱処理システムの操作者が、経験や勘をもとに温度調整を行っている。このため、熱処理システムやプロセスに関する知識や経験のない操作者であっても、処理温度を容易に調整することができる熱処理システム及び熱処理方法が求められている。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、処理温度を容易に調整することができる熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。
また、本発明は、適切な処理を行うことができる熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる熱処理システムは、
処理室内に収容された被処理体の熱処理の内容に応じて、前記処理室内の熱処理温度を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段と、
前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件に従って被処理体を熱処理する熱処理手段と、
前記熱処理手段による熱処理の回数を記憶する熱処理回数記憶手段と、
前記熱処理手段により熱処理された被処理体に成膜された膜厚、累積膜厚、熱処理温度、及び、熱処理時間を含むログ情報を記憶するログ情報記憶手段と、
前記ログ情報記憶手段に記憶された前記累積膜厚と前記被処理体に成膜された膜厚とに基づいて、累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを特定し、前記ログ情報記憶手段に記憶された前記熱処理温度と、前記熱処理時間とに基づいて、前記特定した累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを変換し、累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを作成するモデル作成手段と、
前記モデル作成手段により作成された前記累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶手段と、
前記熱処理手段が前記熱処理条件に従って被処理体を熱処理するとき、前記熱処理回数記憶手段に基づいて現在の付着物の累積膜厚を特定し、該特定した累積膜厚と、前記モデル記憶手段に記憶されたモデルとに基づいて、前記処理室内の温度の最適化値を算出する最適化値算出手段と、
前記熱処理温度を前記最適化値算出手段により算出された最適化値に変更させ、変更した熱処理温度で前記熱処理手段に被処理体を熱処理させる変更処理手段と、
を備える、ことを特徴とする。

前記モデルは、例えば、前記被処理体の熱処理の内容に応じた熱処理条件ごとに作成され、前記モデル記憶手段に記憶されている。

前記処理室を加熱する複数の加熱部と、当該複数の加熱部により加熱された状態の前記処理室内に収容された被処理体の温度との関係を示す温度モデル情報を記憶する温度モデル情報記憶手段を、さらに備えてもよい。この場合、前記変更処理手段は、前記処理室内の被処理体が最適化値に応じた温度となるように、前記加熱部を制御する。

前記処理室は複数のゾーンに区分け可能であってもよい。この場合、前記複数の加熱部は、前記各ゾーンに対応して配置されていることが好ましい。

前記変更処理手段は、前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理温度を、前記最適化値に更新する処理条件更新手段を、さらに備えてもよい。
前記処理室は複数のゾーンに区分け可能であってもよい。この場合、前記熱処理条件記憶手段は、前記ゾーンごとの熱処理温度を記憶する。

前記熱処理条件記憶手段には、前記最適化値算出手段による最適化値の算出を指定した熱処理条件が記憶されていてもよい。この場合、前記最適化値算出手段は、例えば、前記熱処理手段が前記最適化値の算出を指定した熱処理条件に従って被処理体を熱処理する場合に、前記最適化値を算出する。

複数の熱処理装置と、
前記複数の熱処理装置に通信を介して接続され、前記最適化値算出手段を備える最適化値算出装置と、を備えてもよい。この場合、前記最適化値算出装置は、例えば、前記最適化値算出手段により算出された最適化値を対応する熱処理装置に送信する。

本発明の第２の観点にかかる熱処理方法は、
処理室内に収容された被処理体の熱処理の内容に応じて、前記処理室内の熱処理温度を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶工程と、
前記熱処理条件記憶工程で記憶された熱処理条件に従って被処理体を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程による熱処理の回数を記憶する熱処理回数記憶工程と、
前記熱処理工程により熱処理された被処理体に成膜された膜厚、累積膜厚、熱処理温度、及び、熱処理時間を含むログ情報を記憶するログ情報記憶工程と、
前記ログ情報記憶工程で記憶された前記累積膜厚と前記被処理体に成膜された膜厚とに基づいて、累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを特定し、前記ログ情報記憶工程で記憶された前記熱処理温度と、前記熱処理時間とに基づいて、前記特定した累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを変換し、累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを作成するモデル作成工程と、
前記モデル作成工程で作成された前記累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶工程と、
前記熱処理工程で前記熱処理条件に従って被処理体を熱処理するとき、前記熱処理回数記憶工程により記憶された処理回数に基づいて現在の付着物の累積膜厚を特定し、該特定した累積膜厚と、前記モデル記憶工程で記憶されたモデルとに基づいて、前記処理室内の温度の最適化値を算出する最適化値算出工程と、
前記熱処理温度を前記最適化値算出工程で算出された最適化値に変更させ、変更した熱処理温度で前記熱処理手段に被処理体を熱処理させる変更処理工程と、
を備える、ことを特徴とする。

本発明の第３の観点にかかるプログラムは、
コンピュータを、
処理室内に収容された被処理体の熱処理の内容に応じて、前記処理室内の熱処理温度を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段、
前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件に従って被処理体を熱処理する熱処理手段、
前記熱処理手段による熱処理の回数を記憶する熱処理回数記憶手段、
前記熱処理手段により熱処理された被処理体に成膜された膜厚、累積膜厚、熱処理温度、及び、熱処理時間を含むログ情報を記憶するログ情報記憶手段、
前記ログ情報記憶手段に記憶された前記累積膜厚と前記被処理体に成膜された膜厚とに基づいて、累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを特定し、前記ログ情報記憶手段に記憶された前記熱処理温度と、前記熱処理時間とに基づいて、前記特定した累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを変換し、累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを作成するモデル作成手段、
前記モデル作成手段により作成された前記累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶手段、
前記熱処理手段が前記熱処理条件に従って被処理体を熱処理するとき、前記熱処理回数記憶手段に基づいて現在の付着物の累積膜厚を特定し、該特定した累積膜厚と、前記モデル記憶手段に記憶されたモデルとに基づいて、前記処理室内の温度の最適化値を算出する最適化値算出手段、
前記熱処理温度を前記最適化値算出手段により算出された最適化値に変更させ、変更した熱処理温度で前記熱処理手段に被処理体を熱処理させる変更処理手段、
として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、処理温度を容易に調整することができる熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムについて説明する。

図１に示すように、本実施の形態の熱処理システム１は、複数台の熱処理装置２（２_１〜２_ｎ）と、ホストコンピュータ３と、温度算出用コンピュータ４と、これらを相互に接続するネットワーク５、６と、を備えている。また、熱処理システム１は、例えば、熱処理装置２により被処理体に形成した薄膜の膜厚、濃度などを測定する測定装置を備えていてもよい。

本発明の熱処理装置２には、各種の熱処理装置が含まれ、例えば、被処理体に薄膜を形成する処理を行う成膜装置、被処理体の表面領域を酸化する酸化処理を行う酸化装置、被処理体の表面領域に不純物を拡散（ドープ）する処理を行う拡散装置がある。以下、熱処理装置２の一例として、図２に示すバッチ式の縦型熱処理装置の場合を例に説明する。また、本実施の形態では、被処理体への処理として、成膜処理を例に本発明を説明する。

図２に示すように、熱処理装置２は、略円筒状の反応管１１を備えている。反応管１１は、その長手方向が垂直方向に向くように配置されている。反応管１１は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。

反応管１１の上側には、反応管１１内のガスを排気するための排気管１２が気密に接続されている。排気管１２には、バルブ、真空ポンプなどからなる圧力調整部１３が設けられており、反応管１１内を所望の圧力（真空度）に調整する。

反応管１１の下側には、略円筒状のマニホールド１４が設けられている。マニホールド１４は、その上端が反応管１１の下端と気密に接合されている。

マニホールド１４（反応管１１）の下方には、蓋体１５が配置されている。蓋体１５は、ボートエレベータ１６により上下動可能に構成され、ボートエレベータ１６により蓋体１５が上昇するとマニホールド１４（反応管１１）の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１６により蓋体１５が下降すると反応管１１の下方側（炉口部分）が開口されるように配置されている。

蓋体１５の上部には、保温筒（断熱体）１７を介して、ウエハボート１８が設けられている。ウエハボート１８は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容（保持）するウエハ保持具であり、本実施の形態では、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、例えば、１５０枚収容可能に構成されている。そして、ウエハボート１８に半導体ウエハＷを収容し、ボートエレベータ１６により蓋体１５を上昇させることにより、半導体ウエハＷが反応管１１内にロードされる。

反応管１１の周囲には、反応管１１を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなるヒータ部１９が設けられている。このヒータ部１９により反応管１１の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。

ヒータ部１９は、例えば、５段に配置されたヒータ１９１〜１９５を有し、各ヒータ１９１〜１９５には電力コントローラ１９６〜２００より、それぞれ独立して電力が供給され、独立に制御可能である。このように、反応管１１内は、ヒータ１９１〜１９５により、図３に示すように５つのゾーン（ＺＯＮＥ１〜５）に分けられている。

また、マニホールド１４には、反応管１１内にガスを供給する複数のガス供給管が設けられている。本実施の形態では、３本のガス供給管２０〜２２が設けられている。各ガス供給管２０〜２２には、それぞれガス流量を調整するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）などからなる流量調整部２３〜２５を介して、成膜用の原料ガス及びキャリアガスが供給される。

反応管１１の内壁には、図示しない５つの温度センサ（熱電対）が垂直方向に一列に配置されている。この温度センサは、半導体ウエハＷの金属汚染を防止するため、石英のパイプ等によりカバーされており、図３に示す各ゾーンにそれぞれ配置されている。

熱処理装置２は、反応管１１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５０を備えている。制御部５０は、図示しない温度センサ、圧力センサ等の出力信号を取り込み、ヒータ１９１〜１９５の電力コントローラ１９６〜２００、圧力調整部１３、流量調整部２３〜２５に制御信号を出力する。図４にコントローラ５０の構成を示す。

図４に示すように、制御部５０は、レシピ記憶部５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、Ｉ／Ｏポート５４と、ＣＰＵ５５と、通信部５６と、これらを相互に接続するバス５７と、を備えている。

レシピ記憶部５１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、制御手順を定めるプロセス用レシピが記憶されている。プロセス用レシピは、操作者（オペレータ）が実際に行う処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管１１への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管１１内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。このレシピにより、その熱処理による設定膜厚や、装置各部の設定温度を特定することができる。なお、通常のバッチ式熱処理装置の場合、全半導体ウエハＷについて１つの温度レシピが用意されるが、本実施の形態においては、半導体ウエハＷの処理結果が均一になるように、図３に示すゾーン毎に予め定められた温度レシピが用意されている。

また、このプロセス用レシピには、装置各部の設定温度について、後述する熱処理方法において最適な温度（最適化値）を計算し、この計算した値を設定温度とする最適化値算出レシピが含まれている。このため、最適化値算出レシピに基づいて熱処理を行う場合には、後述する熱処理方法において、装置各部の設定温度の最適化値が算出され、最適化値が設定温度となる。

ＲＯＭ５２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、ＣＰＵ５５の動作プログラムなどを記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５５のワークエリアなどとして機能する。ＲＡＭ５３には、例えば、その熱処理装置での処理実行回数が記憶される。この処理実行回数と、レシピ記憶部５１に記憶された設定膜厚とにより、熱処理装置２の装置内部に付着した付着物の累積膜厚を特定することができる。

Ｉ／Ｏポート５４は、温度、圧力、ガスの流量に関する測定信号をＣＰＵ５５に供給すると共に、ＣＰＵ５５が出力する制御信号を各部（電力コントローラ１９６〜２００、流量調整部２３〜２５、圧力調整部１３）へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート５４には、オペレータが熱処理装置２を操作する操作パネル５８が接続されている。

ＣＰＵ（Central Processing Unit)５５は、制御部５０の中枢を構成し、ＲＯＭ５２に記憶された動作プログラムを実行し、操作パネル５８からの指示に従って、レシピ記憶部５１に記憶されているプロセス用レシピに沿って、熱処理装置２の動作を制御する。

通信部５６は、熱処理装置２と、ホストコンピュータ３、及び、温度算出用コンピュータ４との間のＬＡＮ５、６を介した通信を行う。
バス５７は、各部の間で情報を伝達する。

ホストコンピュータ３は、熱処理装置２_１〜２_ｎ全体を管理する装置であり、各熱処理装置２_１〜２_ｎに熱処理の実行等を指示する処理を実行する。図５にホストコンピュータ３の構成例を示す。

図５に示すように、ホストコンピュータ３は、通信部３１と、表示部３２と、入力部３３と、装置データベース（ＤＢ）３４と、記憶部３５と、制御部３６と、を備えている。

通信部３１は、熱処理装置２_１〜２_ｎとの間のＬＡＮ５を介した通信を行う。
表示部３２は、ホストコンピュータ３の様々な情報をオペレータに提供する。
入力部３３は、オペレータの指示やデータを制御部３６に入力する。

装置ＤＢ３４は、ハードディスク装置などから構成され、熱処理装置２_１〜２_ｎについて、処理装置の種類別に、各装置を管理するために必要なデータが登録された管理テーブルを記憶する。管理テーブルには、例えば、本システムに接続された熱処理装置２ごとに、装置ＩＤ、レシピなどが記憶されている。装置ＩＤは、本システムに接続された熱処理装置２の識別情報である。レシピは、その熱処理装置２に現在格納されているレシピをいう。

記憶部３５は、制御部３６の動作プログラム等を記憶し、また、制御部３６のワークエリアとして機能する。
制御部３６は、記憶部３５に記憶された制御プログラムに従って動作し、ホストコンピュータ３全体を管理する。

温度算出用コンピュータ４は、熱処理装置２_１〜２_ｎのそれぞれが、所定の累積膜厚（処理回数）毎に、適切な処理が実行されるように、処理温度を算出する処理を実行する。図６に温度算出用コンピュータ４の構成例を示す。

図６に示すように、温度算出用コンピュータ４は、通信部４１と、装置データベース（ＤＢ）４２と、記憶部４３と、制御部４４と、を備えている。

通信部４１は、熱処理装置２_１〜２_ｎとの間のＬＡＮ６を介した通信を行う。

装置ＤＢ４２は、ハードディスク装置などから構成され、熱処理装置２_１〜２_ｎのそれぞれについて、その熱処理装置２内部の温度（処理温度）ごとに、装置内部に付着した付着物の累積膜厚と、温度補正量との関係を示す温度補正テーブルを記憶する。温度補正テーブルは、例えば、図７に示すように、熱処理装置２内部の温度が所定温度に設定され、装置内部に所定の累積膜厚の付着物が付着した場合の温度補正量がゾーンごとに定められている。なお、処理温度及び累積膜厚が温度補正テーブルに定められた値と異なる場合には、補間することにより対応可能である。

記憶部４３は、制御部４４の動作プログラム等を記憶し、また、制御部４４のワークエリアとして機能する。
制御部４４は、記憶部４３に記憶された制御プログラムに従って動作する。また、制御部４４は、各熱処理装置２_１〜２_ｎの処理実行回数に応じて、適切な処理が実行されるように、最適な処理温度を算出する、後述する最適化値算出処理を行う。

ネットワーク５、６は、各部の間で情報を伝達する。

次に、以上のように構成された熱処理システム１を用いた熱処理方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、熱処理システム１のオペレータが、ホストコンピュータ３の入力部３３を操作して、処理の内容（例えば、半導体ウエハＷに○○ｎｍ厚の酸化膜を成膜する成膜処理を××回（△△枚）行う）、及び、処理を行う熱処理装置２を指定すると、ホストコンピュータ３の制御部３６は、指定された熱処理装置２に、指定された熱処理を実行する旨の情報を送信し、熱処理の実行を指示する（ステップＳ１）。

熱処理を実行する旨の情報を受信した（指示を受けた）熱処理装置２のＣＰＵ５５は、受信した内容に基づいて、レシピ記憶部５１に記憶されているプロセス用レシピの中から、熱処理に用いるレシピを読み出す（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ５５は、読み出したレシピが最適化値算出レシピであるか否かを判別する（ステップＳ３）。ＣＰＵ５５は、読み出したレシピが最適化値算出レシピでないときは（ステップＳ３；Ｎｏ）、ステップＳ９に進む。

ＣＰＵ５５は、読み出したレシピが最適化値算出レシピであるときは（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、レシピに示す情報、現在の累積膜厚等の最適化値の算出に必要な情報を温度算出用コンピュータ４に送信し、温度算出用コンピュータ４に最適化値の算出を指示する（ステップＳ４）。

温度算出用コンピュータ４の制御部４４は、最適化値の算出に必要な情報を受信すると、受信した情報と、温度補正テーブルとに基づいて、ゾーンごとに、最適化値を算出する最適化値算出処理を実行する（ステップＳ５）。図９は、最適化値算出処理を説明するためのフローチャートである。

まず、制御部４４は、送信された熱処理装置２に基づいて温度補正テーブルを特定する（ステップＳ２１）。次に、制御部４４は、受信した情報から熱処理装置２内の温度（処理温度）及び累積膜厚を特定する（ステップＳ２２）。続いて、制御部４４は、各ゾーンごとに、特定した処理温度、累積膜厚の値が、特定した温度補正テーブルの処理温度、累積膜厚の値があるか否かを判別する（ステップＳ２３）。制御部４４は、温度補正テーブルに値があるとき（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、温度補正テーブルより、温度補正量を抽出する（ステップＳ２４）。制御部４４は、温度補正テーブルに値がないとき（ステップＳ２３；Ｎｏ）、その値付近の複数の値を用いて補間することにより温度補正量を算出する（ステップＳ２５）。そして、この温度補正量と、受信したレシピに示す情報により特定された初期温度とを合計し、各ゾーンの最適化値を算出し（ステップＳ２６）、この処理を終了する。

制御部４４は、ゾーン１〜５の最適化値を求めると、求めたゾーン１〜５の最適化値に関する情報を熱処理装置２に送信する（ステップＳ６）。

熱処理装置２のＣＰＵ５５は、受信した最適化値と、現在の値（なお、第１回目は初期値）とが一致するか否かを判別する（ステップＳ７）。ＣＰＵ５５は、両者が一致するとき（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、ステップＳ９に進む。ＣＰＵ５５は、両者が一致しないとき（ステップＳ７；Ｎｏ）、現在の値を受信した最適化値に変更し、レシピを更新する（ステップＳ８）。

そして、ＣＰＵ５５は、レシピに従って、熱処理（成膜処理）を実行する（ステップＳ９）。具体的には、ＣＰＵ５５は、ウエハボート１８に半導体ウエハＷを収容し、ボートエレベータ１６により蓋体１５を上昇させ、半導体ウエハＷを熱処理装置２（反応管１１）内にロードする。ＣＰＵ５５は、熱処理装置２の各ゾーン１〜５の温度がレシピに定められた温度となるように、電力コントローラ１９６〜２００を制御する。また、ＣＰＵ５５は、熱処理装置２に供給する処理ガスの流量、及び、熱処理装置２内の圧力がプロセスレシピに定められた流量、及び、圧力となるように流量調整部２３〜２５、及び、圧力調整部１３を制御する。そして、半導体ウエハＷに所定厚の薄膜が形成されると、ボートエレベータ１６により蓋体１５を下降させ、熱処理装置２から半導体ウエハＷをアンロードする。

次に、ＣＰＵ５５は、１回の処理プロセス（レシピ）が終了したか否かを判別する（ステップＳ１０）。ＣＰＵ５５は、レシピが終了したと判別すると（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ＲＡＭ５３に記憶される処理実行回数を「＋１」する（ステップＳ１１）。続いて、ＣＰＵ５５は、ホストコンピュータ３から受信した熱処理を実行する旨の情報に定められた処理回数を実行したか否かを判別する（ステップＳ１２）。ＣＰＵ５５は、定められた処理回数を実行していないとき（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ステップＳ３に戻り、熱処理を実行する。ＣＰＵ５５は、定められた処理回数を実行しているとき（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、この処理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、温度補正テーブルを用いて最適化値を算出し、算出した最適化値により熱処理をしているので、熱処理システムやプロセスに関する知識や経験のないオペレータであっても、処理温度を容易に調整することができる。

また、実施の形態によれば、温度算出用コンピュータ４により最適化値を算出しているので、各熱処理装置２のソフトウエア構成及びハードウエア構成を複雑にすることなく、処理温度を容易に調整することができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、温度補正テーブルを用いて最適化値を算出する場合を例に本発明を説明した。
第２の実施の形態では、累積膜厚と半導体ウエハＷの温度変化との関係を示すモデル作成、校正し、このモデルを用いて最適化値を算出する場合を例に本発明を説明する。

このため、第２の実施の形態では、温度算出用コンピュータの構成が第１の実施の形態の温度算出用コンピュータ４と異なっている。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

図１０に示すように、本実施の形態の温度算出用コンピュータ４は、通信部４１と、記憶部４３と、制御部４４と、モデル記憶部４５と、ログ情報記憶部４６と、温度モデル情報記憶部４７と、を備えている。

通信部４１は、第１の実施の形態と同様に、熱処理装置２_１〜２_ｎとの間のＬＡＮ６を介した通信を行う。
記憶部４３は、第１の実施の形態と同様に、制御部４４の動作プログラム等を記憶し、また、制御部４４のワークエリアとして機能する。

モデル記憶部４５は、装置内部に付着した付着物の累積膜厚と半導体ウエハＷの温度変化との関係を示すモデルを記憶する。モデル記憶部４５には、熱処理装置２_１〜２_ｎの各装置について、その熱処理の種類ごとに作成された複数のモデルが記憶されている。このモデルは、ログ情報記憶部４６に記憶されたログ情報に基づいて作成される。なお、このモデルの作成、校正については後述する。

ログ情報記憶部４６は、過去に実行した熱処理条件、及び、結果に関するログ情報を記憶する。ログ情報記憶部４６には、例えば、図１１に示すように、熱処理の種類、処理に使用した熱処理装置、累積膜厚、処理温度、ゾーンごとの設定温度、半導体ウエハＷ上に成膜された膜厚などが記憶されている。

温度モデル情報記憶部４７は、熱処理装置２の各ヒータ１９１〜１９５の温度変化と、各ゾーンに収容された半導体ウエハＷの温度変化との関係に関する情報を記憶する。例えば、ヒータ１９１の設定温度を１℃上げると、ゾーン１に収容された半導体ウエハＷの温度が○○℃上がり、ゾーン２に収容された半導体ウエハＷの温度が××℃上がるという関係が記憶されている。

制御部４４は、記憶部４３に記憶された制御プログラムに従って動作する。また、制御部４４は、各熱処理装置２_１〜２_ｎの処理実行回数に応じて適切な処理が実行されるように、最適な処理温度を算出する、後述する最適化値算出処理等を実行する。

次に、モデル記憶部４５に記憶されるモデル作成方法（処理）について説明する。本実施の形態では、熱処理装置２_１を用いたＳｉＮ膜の成膜処理におけるモデル作成処理を例に説明する。図１２はモデル作成処理を説明するためのフローチャートである。

まず、温度算出用コンピュータ４の制御部４４は、ログ情報記憶部４６に記憶されたログ情報から、図１３（ａ）に示すように、熱処理装置２_１を用いたＳｉＮ膜の成膜処理における、累積膜厚データと半導体ウエハＷ上に成膜された膜厚データとを対応付けて抽出する（ステップＳ３１）。次に、制御部４４は、この対応付けて抽出した累積膜厚データ及び膜厚データ（累積膜厚データ−膜厚データ）を、図１３（ａ）の膜厚変動に示すように、累積膜厚データ−膜厚変動データに変換する（ステップＳ３２）。

続いて、制御部４４は、ログ情報記憶部４６に記憶されたログ情報から、ＳｉＮ膜の成膜処理の処理温度、処理時間データを抽出する（ステップＳ３３）。次に、制御部４４は、抽出した処理温度、処理時間データから活性化エネルギーを求め、プロセス感度を算出する（ステップＳ３４）。なお、処理温度は、形成する膜、処理ガスの種類ごとに予め特定してもよい。

プロセス感度とは、半導体ウエハＷの温度が１℃ずれたときの膜厚変動をいい、以下の式で表すことができる。
プロセス感度（％）＝（Ｅａ）／（Ｋ×Ｔ^２）
ここで、Ｅａは、活性化エネルギーであり、熱処理の温度、及び、時間により定められる。Ｋはボルツマン係数（１．３８０４９×１０^−２３（J/mole・K））であり、Ｔは絶対温度である。

次に、制御部４４は、算出したプロセス感度を用いて、累積膜厚データ−膜厚変動データを、累積膜厚データ−ウエハ温度変動データに変換する（ステップＳ３５）。例えば、本実施の形態のＳｉＮ膜の成膜処理におけるウエハ温度変動は、図１３（ａ）の温度変動に示すように、ウエハの温度が１℃下がると、膜厚が１ｎｍ薄くなる。

続いて、制御部４４は、所定の近似法、例えば、最小二乗法を用いて、図１３（ｂ）に示すように、累積膜厚−ウエハ温度変動の関係を示すモデルを作成し（ステップＳ３６）、この処理を終了する。

次に、モデル記憶部４５に記憶されたモデルのモデル校正方法（処理）について説明する。モデル校正処理は、新たな熱処理が行われ、この熱処理のログ情報がログ情報記憶部４６に記憶された場合に、モデル記憶部４５に記憶された対応するモデルを校正する処理である。図１４はモデル校正処理を説明するためのフローチャートである。

制御部４４は、ログ情報記憶部４６に新たなログ情報が記憶されたか否かを判別する（ステップＳ４１）。制御部４４は、新たなログ情報が記憶されると（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）、前述のモデル作成処理のステップＳ３１〜ステップＳ３５の処理を実行する。そして、制御部４４は、累積膜厚とモデルから必要なウエハ温度の補正量を計算し、図１３（ｂ）の点線で示すように、モデルを校正し（ステップＳ４２）、この処理を終了する。

次に、以上のように構成された本実施の形態の熱処理システム１を用いた熱処理方法について説明する。なお、温度算出用コンピュータ４の制御部４４が実行する最適化値算出処理以外は、第１の実施の形態の熱処理方法と同様であるため、以下、制御部４４が実行する最適化値算出処理について説明する。図１５は、最適化値算出処理を説明するためのフローチャートである。

まず、制御部４４は、送信された熱処理装置２と、受信した情報の処理の種類とに基づいて、モデル記憶部４５に記憶されたモデルを抽出する（ステップＳ５１）。次に、制御部４４は、受信した情報から累積膜厚を特定する（ステップＳ５２）。続いて、制御部４４は、抽出したモデルと、特定した累積膜厚とに基づいて、ウエハの温度変化量を算出する（ステップＳ５３）。そして、制御部４４は、算出したウエハの温度変化量から、ウエハの温度補正量を算出する（ステップＳ５４）。

次に、制御部４４は、熱処理装置２内に収容される半導体ウエハＷの温度が算出した温度補正量だけ変化するように、各ゾーンの最適化値を算出する（ステップＳ５５）。具体的には、制御部４４は、温度モデル情報記憶部４７に記憶されたヒータ１９１〜１９５の温度変化と、各ゾーンに収容された半導体ウエハＷの温度変化との関係に関する情報を用いて、熱処理装置２のヒータ１９１〜１９５の設定温度、すなわち、各ゾーンの最適化値を算出する。そして、この処理を終了する。

本実施の形態の熱処理方法を用いた場合の効果を確認するため、熱処理の処理回数と、成膜された膜厚、累積膜厚との関係を図１６（ｂ）に示す。また、比較のため、本実施の形態の熱処理方法を用いない場合を図１６（ａ）に示す。なお、図１６では、累積膜厚が１．５μｍに達した時点で熱処理装置２のクリーニングを行っている。

図１６に示すように、本実施の形態の熱処理方法を用いることにより、半導体ウエハＷ上に形成された膜厚のばらつきが小さくなることが確認できた。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、モデル記憶部４５に記憶されたモデルと累積膜厚とを用いて各ゾーンの最適化値を算出し、算出した最適化値により熱処理をしているので、さらに適切な熱処理を行うことができる。また、熱処理システムやプロセスに関する知識や経験のないオペレータであっても、処理温度を容易に調整することができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。

上記実施の形態では、ホストコンピュータ３と温度算出用コンピュータ４とがネットワーク５、６を介して、複数の熱処理装置２に接続されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、ホストコンピュータ３に温度算出用コンピュータ４に記憶された装置ＤＢ４２を記憶し、温度算出用コンピュータ４の処理をホストコンピュータ３が行うようにしてもよい。

上記実施の形態では、熱処理に用いるレシピが最適化値算出レシピのときに最適化値算出処理を行う場合を例に本発明を説明したが、例えば、累積膜厚が所定の厚さ以上となったときに最適化値算出処理を行ってもよい。また、常に最適化値算出処理を行ってもよい。

上記実施の形態では、第１の実施の形態において、処理温度と、累積膜厚と、温度補正量との関係を示す温度補正テーブルを用いた場合を例に本発明を説明したが、温度補正テーブルは、他のプロセス条件の変更にも対応可能なものであってもよい。

上記実施の形態では、第２の実施の形態において、最小二乗法でモデルを作成した場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、線間補間でＬＯＯＫＵＰテーブル形式のモデルを作成してもよい。

上記実施の形態では、第２の実施の形態において、温度モデル情報記憶部４７に記憶された情報に基づいて各ゾーンの最適化値を算出する場合を例に本発明を説明したが、さらに、温度調整の範囲を限定したり、優先して変更するゾーンを設定する等の最適化制約条件を定め、この条件に従って、各ゾーンの最適化値を算出してもよい。

上記実施の形態では、各ゾーンの最適化値を算出し、この最適化値により温度調整する場合を例に本発明を説明したが、さらに、各種の調整方法と組み合わせてもよい。

また、上記実施の形態では、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、枚葉式の熱処理装置にも同様に適用可能である。

また、ヒータの段数（ゾーンの数）や、各ゾーンから抽出するモニタウエハの数などは任意に設定可能である。また、複数のゾーンに区分けされていなくてもよい。

また、本発明は、半導体ウエハの処理に限定されず、例えば、半導体基板や、ＰＤＰ基板の処理などにも適用可能である。

本発明の実施の形態にかかる制御部４４等は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部４４等を構成することができる。

そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱処理システムの構成を示す図である。 図１の熱処理装置の構造を示す図である。 反応管内のゾーンを示す図である。 図２の制御部の構成例を示すブロック図である。 図１のホストコンピュータの構成を示す図である。 図１の温度算出用コンピュータの構成を示す図である。 温度補正テーブルの一例を示す図である。 熱処理方法を説明する図である。 図８の最適化値算出処理を説明するためのフローチャートである。 第２の実施の形態の温度算出用コンピュータの構成を示す図である。 図１０のログ情報記憶部の一例を示す図である。 モデル作成処理を説明するためのフローチャートである。 モデル作成処理を説明するための図である。 モデル校正処理を説明するためのフローチャートである。 最適化値算出処理を説明するためのフローチャートである。 処理回数と、膜厚及び累積膜厚との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 熱処理システム
２ 熱処理装置
３ ホストコンピュータ
４ 温度算出用コンピュータ
１１ 反応管
１８ ウエハボート
１９ ヒータ部
１９１〜１９５ ヒータ
３４、４２ 装置ＤＢ
４５ モデル記憶部
４６ ログ情報記憶部
４７ 温度モデル情報記憶部
５０ 制御部
５１ レシピ記憶部
５５ ＣＰＵ
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (10)

1. 処理室内に収容された被処理体の熱処理の内容に応じて、前記処理室内の熱処理温度を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段と、
   前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件に従って被処理体を熱処理する熱処理手段と、
   前記熱処理手段による熱処理の回数を記憶する熱処理回数記憶手段と、
   前記熱処理手段により熱処理された被処理体に成膜された膜厚、累積膜厚、熱処理温度、及び、熱処理時間を含むログ情報を記憶するログ情報記憶手段と、
   前記ログ情報記憶手段に記憶された前記累積膜厚と前記被処理体に成膜された膜厚とに基づいて、累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを特定し、前記ログ情報記憶手段に記憶された前記熱処理温度と、前記熱処理時間とに基づいて、前記特定した累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを変換し、累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを作成するモデル作成手段と、
   前記モデル作成手段により作成された前記累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶手段と、
   前記熱処理手段が前記熱処理条件に従って被処理体を熱処理するとき、前記熱処理回数記憶手段に基づいて現在の付着物の累積膜厚を特定し、該特定した累積膜厚と、前記モデル記憶手段に記憶されたモデルとに基づいて、前記処理室内の温度の最適化値を算出する最適化値算出手段と、
   前記熱処理温度を前記最適化値算出手段により算出された最適化値に変更させ、変更した熱処理温度で前記熱処理手段に被処理体を熱処理させる変更処理手段と、
   を備える、ことを特徴とする熱処理システム。
2. 前記モデルは、前記被処理体の熱処理の内容に応じた熱処理条件ごとに作成され、前記モデル記憶手段に記憶されている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
3. 前記処理室を加熱する複数の加熱部と、当該複数の加熱部により加熱された状態の前記処理室内に収容された被処理体の温度との関係を示す温度モデル情報を記憶する温度モデル情報記憶手段を、さらに備え、
   前記変更処理手段は、前記処理室内の被処理体が最適化値に応じた温度となるように、前記加熱部を制御する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理システム。
4. 前記処理室は複数のゾーンに区分け可能であり、
   前記複数の加熱部は、前記各ゾーンに対応して配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の熱処理システム。
5. 前記変更処理手段は、前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理温度を、前記最適化値に更新する処理条件更新手段を、さらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱処理システム。
6. 前記処理室は複数のゾーンに区分け可能であり、
   前記熱処理条件記憶手段は、前記ゾーンごとの熱処理温度を記憶する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱処理システム。
7. 前記熱処理条件記憶手段には、前記最適化値算出手段による最適化値の算出を指定した熱処理条件が記憶され、
   前記最適化値算出手段は、前記熱処理手段が前記最適化値の算出を指定した熱処理条件に従って被処理体を熱処理する場合に、前記最適化値を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱処理システム。
8. 複数の熱処理装置と、
   前記複数の熱処理装置に通信を介して接続され、前記最適化値算出手段を備える最適化値算出装置と、を備え、
   前記最適化値算出装置は、前記最適化値算出手段により算出された最適化値を対応する熱処理装置に送信する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱処理システム。
9. 処理室内に収容された被処理体の熱処理の内容に応じて、前記処理室内の熱処理温度を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶工程と、
   前記熱処理条件記憶工程で記憶された熱処理条件に従って被処理体を熱処理する熱処理工程と、
   前記熱処理工程による熱処理の回数を記憶する熱処理回数記憶工程と、
   前記熱処理工程により熱処理された被処理体に成膜された膜厚、累積膜厚、熱処理温度、及び、熱処理時間を含むログ情報を記憶するログ情報記憶工程と、
   前記ログ情報記憶工程で記憶された前記累積膜厚と前記被処理体に成膜された膜厚とに基づいて、累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを特定し、前記ログ情報記憶工程で記憶された前記熱処理温度と、前記熱処理時間とに基づいて、前記特定した累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを変換し、累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを作成するモデル作成工程と、
   前記モデル作成工程で作成された前記累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶工程と、
   前記熱処理工程で前記熱処理条件に従って被処理体を熱処理するとき、前記熱処理回数記憶工程により記憶された処理回数に基づいて現在の付着物の累積膜厚を特定し、該特定した累積膜厚と、前記モデル記憶工程で記憶されたモデルとに基づいて、前記処理室内の温度の最適化値を算出する最適化値算出工程と、
   前記熱処理温度を前記最適化値算出工程で算出された最適化値に変更させ、変更した熱処理温度で前記熱処理手段に被処理体を熱処理させる変更処理工程と、
   を備える、ことを特徴とする熱処理方法。
10. コンピュータを、
    処理室内に収容された被処理体の熱処理の内容に応じて、前記処理室内の熱処理温度を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段、
    前記熱処理条件記憶手段に記憶された熱処理条件に従って被処理体を熱処理する熱処理手段、
    前記熱処理手段による熱処理の回数を記憶する熱処理回数記憶手段、
    前記熱処理手段により熱処理された被処理体に成膜された膜厚、累積膜厚、熱処理温度、及び、熱処理時間を含むログ情報を記憶するログ情報記憶手段、
    前記ログ情報記憶手段に記憶された前記累積膜厚と前記被処理体に成膜された膜厚とに基づいて、累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを特定し、前記ログ情報記憶手段に記憶された前記熱処理温度と、前記熱処理時間とに基づいて、前記特定した累積膜厚と膜厚変動との関係を示すモデルを変換し、累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを作成するモデル作成手段、
    前記モデル作成手段により作成された前記累積膜厚と被処理体の温度変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶手段、
    前記熱処理手段が前記熱処理条件に従って被処理体を熱処理するとき、前記熱処理回数記憶手段に基づいて現在の付着物の累積膜厚を特定し、該特定した累積膜厚と、前記モデル記憶手段に記憶されたモデルとに基づいて、前記処理室内の温度の最適化値を算出する最適化値算出手段、
    前記熱処理温度を前記最適化値算出手段により算出された最適化値に変更させ、変更した熱処理温度で前記熱処理手段に被処理体を熱処理させる変更処理手段、
    として機能させるプログラム。

Images