JPH0245918A - 炉内での半導体の物理的／化学的処理時のプロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体の公称値を得るために炉のパラメータ
および／または炉に供給される量のパラメータを制御す
るコンピュータを有し、このプロセス制御コンピュータ
は所定のパラメータ値を測定パラメータ値と比較するよ
うにした、炉内での半導体の物理的／化学的処理時のプ
ロセス制御装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体を炉内で処理するこのようなプロセスは、例えば
、なかんずく拡散、酸化、エピタキシーおよび化学気相
堆積である。例えば、酸化プロセスによって絶縁層を形
成することができ、エピタキシープロセスによって所定
の抵抗を有する半導体層を形成することができる。この
ようなプロセスの公称値（ｎｏｍｉｎａｌνａ　ｌ　ｖ
ｅ）は例えば層の所定の厚さである。公称値は、炉のパ
ラメータおよび／または炉に供給される量のパラメータ
の制御によって得ることができる。例えば、ガスが炉に
供給され、その流量がプロセス制御コンピュータで制御
される。炉のパラメータは例えば炉の温度である。

所定の温度−時間−流量プログラム（制御プログラム）
によって、所定のパラメータ値がプロセス制御コンピュ
ータによって調節される。これ等のパラメータ値は測定
され、所定のパラメータと比較され、プロセス制御コン
ピュータによって所定値に調節される。

第１図は酸化プロセスに対する典型的なプログラムを示
す。時点ｔＱ迄は、８００°Ｃに加熱され且つ半導体ウ
ェーハが入れられた炉に窒素ガス（Ｎ２）が流される。

時点ｔｏで、窒素ガスの供給がｌｊ’、／ｍｉｎから５
ｆｆｉ／ｍｉｎに増加され、酸素ガス（０□）が０．１
　ｆｆｉ／ｍｉｎで附加的に導入される。次いで温度が
時点Ｌ１から引き続き９５０°Ｃ迄増される。時点ｔ２
で炉は９５０°Ｃの温度を有する。この時酸素ガスの供
給が３２／ｍｉｎに増加され、窒素ガスの供給は停止さ
れる。

時点ｔ３において酸素ガスの供給は停止され、窒素ガス
の供給が５ｆｆ／ｍｉｎに調節される。温度は８００°
Ｃに減少される。この時点ｔ３から冷却段階が始まり、
この冷却段階では酸化層の成長は実際上最早や生じない
。時点ｔ４で窒素ガスの供給が１１／ｍｉｎに減少され
る。次いで半導体ウェーハは炉から取出されることがで
きる。

冒頭に記載した装置は米国特許第３９８００４２号より
知られている。この場合半導体ロンドは石英炉内でガス
状シリコン化合物よりのシリコンで被覆される。このシ
リコン含有ガスは、キャリヤーガス源よりのキャリヤー
ガスと共に炉に供給される。

ガス流はプロセス制御コンピュータで制御され、このプ
ロセス制御コンピュータは炉の温度も制御する。測定値
のサンセは、炉の温度と該炉に供給されるガスの流れを
測定する。プロセス制御コンピュータはプログラム発生
器と接続され、このプログラム発生器は、プログラムを
記憶しこれをプロセス制御コンピュータに供給する。

炉内で行われる前述の半導体プロセスでは、プロセスの
間公称値の測定を行うことができない。

したがって、従来は実際には経験的にまたはシミュレー
シゴンにより決められた制御プログラムが与えられた。

例えば、炉内に温度変動が生じると、プロセスが妨害を
受け、制御プログラムが指示通りに実行されないために
公称値（例えば酸化の場合には層の厚さ）が得られない
。半導体の物理的／化学的処理の間に起きる妨害の結果
、処理された半導体は再処理するかまたは選り分けられ
るのが普通である。このことは、材料の損失およびプロ
セス時間の延長を意味する。

（発明が解決しようとする課Ｂ） したがって、本発明の目的は、妨害があった場合でも公
称値が得られる、炉内での半導体の物理的／化学的処理
時のプロセス制御装置を得ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、冒頭記載の種類の装置において、プロセス制
御コンピュータが、予じめ選定した時点において、プロ
セスモデル計算により測定パラメータから実際の出力値
を決め、この実際出力値が公称値と等しい場合に処理を
終えるようにすることによって前記の目的を達成したも
のである。

本発明の装置によれば、プロセス制御コンピュータは、
予じめ選定した時点においてプロセスモデル計算（シミ
ュレーション）により公称値を決める。モデル計算にお
いては、プロセスは、炉内で行われる同じプロセスがモ
デル計算によりシミュレートされるようにシミュレート
される。このようなモデル計算は例えば“ＳＵＰＲＥＭ
　ＩＩ［”プログラム（ａ　ＰＲＯＧＲＡＭ　ｆｏｒ　
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃ４ｒｃｕｉｔ　Ｐｒｏｃｅｓ
ｓＭｏｄｅｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
　ｂｙ　Ｃ，Ｐ、ｌｌｏ、Ｓ、Ｅ、Ｈａｎｓｅｎａｎｄ
　Ｐ、Ｍ、Ｆａｈｅｙ、ＴＨＣＨＮＩＣＡＬ　ＲＥＰＯ
ＲＴ　ＮＯ，ＳＥＬ　８４−００１゜５ｔａｎｆｏｒｄ
　Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ、Ｊｕｌｙ　１９８４）によっ
て行うことができる。計算の後、プロセス制御コンピュ
ータは実際（測定）出力値を公称値と比較し、実際出力
値が公称値に等しい場合に処理を終える。若しプロセス
中に何等の妨害も起きなければ、正常な制御プログラム
が実行される、すなわち、実際出力値が公称値と等しい
ため従来の制御プログラムの場合がそうであったように
処理が終えられる。

妨害が生じた場合には、処理は、実際出力値が公称値に
等しくなる迄延ばされるか或は短縮される。

けれども、このプロセスは、公称値よりの実際出力値の
偏差に依存してパラメータの制御によって行うこともで
きる。この場合他のパラメータの値が与えられる。

本発明の装置により、プロセスの妨害があっても公称値
を得ることができる。したがって、処理された半導体の
再処理や選り分けの必要がない。

かくして材料が節約され、プロセス時間の延長が避けら
れる。

モデルプロセスによる技術的プロセスの自己調節制御は
ドイツ国特許第３１３３２２２号より知られていること
は注目に値する。この場合、プロセスの電気的シミュレ
ーションが、制御量（基準値）を決め且つ補正するため
にプロセスに平行して行われる。この制御により、制御
量の最適値が得られる。技術的プログラムの出力量は、
本発明の装置の出力量とちがって測定可能である。した
がって、前記のドイツ国特許は、プロセスモデル計算に
よって可変出力値を決める問題を開示したものではない
。

本発明の別の実施態様によれば、プロセス制御コンピュ
ータは、パラメータ値が所定範囲以下になるかまたは以
上になると処理を中断することを保証される。例えば、
炉内の加熱が故障すると、パラメータ値が所定の範囲以
下になり或はまた所定の範囲を越える状態をきたすこと
がある。この所定の範囲は、半導体の完全な処理が保証
される範囲である。パラメータ値がこの範囲外にあると
中断が行われる。プロセスが文書（ドキュメント）化さ
れ、プロセス内に測定パラメータ値が記憶されると有利
である。プロセス中断の場合、その時迄測定されたパラ
メータ値のために、半導体の再処理を再処理プロセスで
簡単に行うことができる。

半導体の物理的／化学的処理は層の形成にある。

例えば絶縁層としての役をする酸化層を酸化によって形
成することができ、或は抵抗層をエピタキシーで形成す
ることができる。公称値は、何れの場合も層の厚さであ
る。層はこの場合キャリヤーガスと少なくとも１つの別
のガスにより形成される。例えば酸化プロセスの場合に
は、キャリヤーガスは窒素で、別のガスは酸素である。

プロセス制御コンピュータは、ガスの流れと炉の温度を
制御する。

（実施例） 以下に本発明を添付の図面を参照して実施例により更に
詳しく説明する。

第２図に略図的に示された炉１内には、酸化により生ず
る絶縁層で被覆さるべき幾つかのウェーハ２が垂直に一
列に配されている。この炉の加熱は、ここには略図的に
加熱コイルとして示しである３つの加熱部３によって行
われる。加熱部３のアクチュエータ４がその都度プロセ
ス制御コンピュータ５により制御される。前記の加熱部
３の温度はその都度センサ６で測定され、測定された値
はプロセス制御コンピュータ５に与えられる。所定の温
度値と測定温度値を比較することにより、プロセス制御
コンピュータ５は加熱部を所望の温度に制御する。

炉ｌは更にガス人口８を有し、このガス入口はガス通路
９に連結されている。このガス通路は２つの流量計１０
と１１に連結されている。弁１２と流量計１０を通って
窒素ガス（Ｎ２）がガス通路９に供給される。別のガス
供給源から酸素ガス（０□）が弁１３と流量計１１を通
ってガス通路９に供給される。弁１２と１３は、流量計
１０と１１で測定された流量により該弁１２と１３の調
節を制御するプロセス制御コンピュータ５で制御される
。更に、炉１にはガス出口１４が設けられている。

プロセス制御コンピュータ５は入力装置と接続され、こ
の入力装置を通して、酸化プロセスに必要なすべてのデ
ータが入力される。更に、現在のプロセスデータが出力
される出力装置１７がプロセス制御コンピュータ５に接
続されている。このような出力装置１７は例えばプリン
タまたは表示スクリーンでよい。

プロセス制御コンピュータ５は、半導体ウェーハ２上に
酸化層をつくる所定の制御プログラムを実行する。この
ような制御プログラムは、既に説明した第１図に示した
酸化プロセスの制御プログラムである。このような制御
プログラムによって、公称値、すなわち酸化層の厚さが
得られねばならない。プロセス制御コンピュータ５は、
プロセスモデル計算によって、予じめ選定した時点にお
ける実際出力値を測定されたパラメータ値より計算する
。このパラメータは、温度センサ６の温度および流量計
１０と１１で測定されたガスの流量である。

プロセス制御コンピュータ５は、例えば１秒おきに、測
定パラメータ値から実際出力値を計算する。

このようなモデル計算は、例えば前述のプログラム“Ｓ
ＵＰＲＥＭ　　ＩＩＩ’“によって行うことができる。

プロセス制御コンピュータは、実際出力値の計算の後、
公称値を実際出力値と比較し、この実際出力値が公称値
と一敗した時酸化プロセスを終える。

その結果、公称値は、制御プログラムの妨害（例えば温
度変動）の場合でも得られる。

第１図を参照して以下に制御プログラムをより詳しく説
明する。公称値すなわち酸化層の厚さと別のプロセスパ
ラメータとが入力装置１６を経て入力された後、半導体
２を入れられた炉１は時点ｔ。

迄８００　”Ｃに加熱される。この時点１０において、
窒素（Ｎ２）のガス供給はｌ　Ｉ！、／ｍｉｎから５２
／ｌｌ１ｉｎに増加され、酸素（０□）が０．１１　／
ｍｉｎの流量で付加的に供給される。時点１０からｔｌ
の経過時間は１０分である。

時点ｔ１から、温度は３０分以内に時点ｔ２迄９５０°
Ｃに増加される。窒素ガスの供給は時点ｔ２より停止さ
れ、酸素のガス供給は３１７ｍ１ｎに増加される。時点
ｔ３で、公称値すなわち絶縁層（酸化層）の厚さが得ら
れるべきである。したがって、ｔ２とｔ３間の経過時間
は、何時公称値になるかに依存する。時点ｔｏから、例
えば１秒おきに、実際出力値例えば酸化層の厚さがプロ
セス制御コンピュータ５のプロセスモデル計算によって
計算される。各計算後に、公称値と実際出力値との比較
が行われる。プロセス制御コンピュータ５が、実際出力
値が公称値に達したことを確めた時時点ｔ３に達し、酸
素の供給が終結される。ｔ２とｔ３間の経過時間は、通
常の制御プログラムでは約３５分である。温度は次いで
引続き８００°Ｃに減少される。窒素の供給は５２／ｍ
ｉｎに調節される。時点ｔ３より始まった冷却段階が終
了すると、被覆されたウェーハ２を炉１より取出すこと
ができる。

酸化プロセスの間、各測定値はプロセス制御コンピュー
タ５で記憶され、出力装置７を経て出力されることがで
きる。

公称値を得ることを不可能にするプロセスの妨害が起き
た場合にはプロセスは中断される。プロセス制御コンピ
ュータにはパラメータ値に対する成る範囲が与えられて
いて、この範囲は、パラメータ値が該範囲以下または以
上になるとプロセスを中断する。この所定の範囲は、半
導体ウェーへの欠陥のないプロセスが可能であるように
選ばれる。例えば若し加熱部３が故障すると、パラメー
タ値が所定の範囲以下に落ちたことがプロセス制御コン
ピュータで確められ、プロセスは終了される。すべての
測定値がプロセス中に記憶されているので、加熱部３が
修繕された後半導体ウェーハの後のプロセスを簡単に行
うことができる。

例えば集積回路の製造には炉内における幾つかの物理的
／化学的処理が必要なので、プロセス中の測定値の記憶
は、全製造プロセスの間補正を行うことを可能にする。

プロセスは、パラメータ例えば酸素の流量の制御によっ
て制御することもできる。酸素の流量以外のその他のパ
ラメータは前述の通りのもので、酸素の流量のみが、計
算値と公称値との比較によって制御される。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化プロセスに対する従来よりの典型的な制御
プログラム 第２図は炉内で半導体に酸化層を形成する装置の路線図
である。 ■・・・炉　　　　　　　２・・・半導体３・・・加熱
部　　　　　　４・・・アクチュエータ５・・・プロセ
ス制御コンピュータ ６・・・センサ　　　　　　９・・・ガス通路１０．１
１・・・流量計　　　　１２．１３・・・弁特許出願人
　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイランペンファ
ブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体（２）の公称値を得るために炉のパラメータ
   および／または炉に供給される量のパラメータを制御す
   るコンピュータ（５）を有し、このプロセス制御コンピ
   ュータは所定のパラメータ値を測定パラメータ値と比較
   するようにした、炉（１）内での半導体の物理的／化学
   的処理時のプロセス制御装置において、プロセス制御コ
   ンピュータ（５）は、予じめ選定した時点において、プ
   ロセスモデル計算により測定パラメータから実際の出力
   値を決め、この実際出力値が公称値と等しい場合に処理
   を終えることを特徴とするプロセス制御装置。 ２、プロセス制御コンピュータ（５）はパラメータ値が
   所定範囲以下になるか以上になると処理を中断する請求
   項１記載のプロセス制御装置。 ２、半導体（２）の処理は、キャリヤーガスと少なくと
   も１つの別のガスによる炉（１）内での層の形成にあり
   、プロセス制御コンピュータ（５）はガスの流量と炉の
   温度を制御する請求項１または２記載のプロセス制御装
   置。