JPS6132432A - 酸化膜厚均一化制御方式 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体製造プロセスの酸化工程における制御方
式に係り、特ら処理毎のバッチ間での酸化膜厚ばらつき
の低減化、均一化の制御方式に関する。

〔発明の背景〕

従来の酸化処理法では酸化装置の運転条件を全く同一に
しているにもかかわらず、環境の変化、装置の経時変化
等の原因により、ウェハのバッチ間での酸化膜厚にばら
つきを生じていた。このような理由により、最終的に完
成した半導体特性にばらつきを生じさせ、歩留りを減少
させる結果となる欠点を持つ。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ウェハのバッチ間での酸化膜厚のばら
つきを低減し、目標の膜厚に均一化するための、酸化膜
厚均一化制御を提供することにある。

〔発明の概要〕

従来、酸化装置の置かれている環境の変化や装置の経時
変化などを考慮しないで、酸化処理を行っていたので、
バッチ間での酸化膜厚のばらつきを生じていた６本発明
ではこのような外乱を考慮し、バッチ間での膜厚ばらつ
きをなくし常に目標酸化膜厚にするため、カルマン・フ
ィルターに基づいて制御方式を与える。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明による酸化膜厚均一化制御装置の一実施
例の全体構成図である。本図において、１３は酸化装置
を示し、Ｐ、１．Ｄ、コントローラー１２によりフィー
ドバック制御される。Ｐ、１．Ｄ。

コントローラー１２へ与える操作量は、以下に述べるよ
うに、目標酸化膜厚１０１が入力されたときに操作量を
決定する酸化膜厚均一化制御装置１１で設定される。酸
化膜厚均一化制御装置１１には、酸化処理工程後の酸化
膜厚検査装置１４から酸化膜厚検査データ１０２が、酸
化装置１３から酸化時間、酸化炉の加熱温度や注入ガス
流量などの操作量１０５が入力される。

以上のように、目標酸化膜厚１０１で与えられると、酸
化膜厚均一化制御装置１１で最適操作量１０３を決定し
、Ｐ、１．Ｄ、コントローラー１２にわたす。その最適
操作量１０４　（１０３）に基づいて酸化装置１３を制
御する。

第２図は酸化膜厚均一化制御装置１１の詳細な構成図で
ある。酸化膜厚モデル作成部２１では、一般に酸化膜厚
Ｈは酸化時間ｔ、加熱温度θ、注入ガス流量Ｑなどの関
数； Ｈ＝Ｈ（ｔ、　０．Ｑ・・・）　　　　　　　　・・・
（１）となるので、すべての量をある適切な基準値の周
りで展開し、さらに−次の項までとり ΔＨ＝ａ−Ａｔ＋ｂ−Ａθ＋ｃ−Ａ　Ｑ　＋　−＝　・
＝　ｔｉ　　−（２）を作成する。

ここに、Ａは変動量を示し、ａ−Ｃは定数で、ηは観測
などに伴う誤差である。（２）式をまとめると ΔＨ＝Ａ−Ａｘ＋η　　　　　　　　　　・・・（３）
を得る。ここに、Ａ”　［ａ＋　ｂｒ　Ｃ＋　”’］　
ｔ　ＡＸ＝［Δｔ＝　ｌｏｔ　ＡＱ・・・］Ｔである。

モデル係数Ａ、には酸化装置が置かれている環境や装置
の経時変化に伴い変動するものと考えられるので、可能
な限り最新の検査データを用いて推定する必要がある。

いま、処理順のバッチに従って番号ｉ′を附す。いまか
ら処理しようとするバッチの番号をｉとすると ＪＨｉ＝Ａ＋”／Ｉｘｉ＋ｔｙｉ　　　　　　　　　−
Ｃ４）となる。もし、Ａ、が決定されれば（その値をＡ
、とする）、（４）式から目標の酸化膜厚Ｈ８＝Ｈｌｌ
＋　ＡＨ”　（Ｈｎは基準値）が与えられると、最適操
作量ｘ’＝Ｘｎ＋Δｘ”　（ｘｏは基準値）を求めるの
は簡単である。たとえば、酸化時間のみで制御すること
を考えると、最適酸化時間はｔ’＝ｔｏ＋（ＡＨ’−η
１）／ａ、・・・（５）と求まる。〒１はη、の平均値
である。

したがって、問題はモデル係数Ａ、を指定することに帰
着される。モデル係数はもともと（２）式に現われる。

線型化係数に他ならず、もし環境等の外乱がないならは
やはり一定であるはずである。

このことを考慮すると、次のような方程式を仮定しても
よいであろう。

Ａ、＝Ａ、、＋ξ、−１　　　　　　　　　　・・・（
６）ここに２　ξ、−１はＡ、の変化を表わすモデル誤
差である。η、とξ、を互いに独立なガウス分布的ノイ
ズとすると、（４）、（６）式からまず、ΔＨａ−ｔｔ
Δｘ１−．の測定値が得られたときのモデル係数Ａ　、
、の推定値Ａ、−１を求めるのは、次のいわゆるカルマ
ン・フィルターを用いることにより得られる。

一ΔＸ、−０・Ｔ□−２’７ｌ−３） ここに、Ｔ□、〒１はξ１．η、の平均値を、ＷｉｔＵ
、はξ皿、η、の共分散行列を表わし　ｆＪ　、はＡ。

とＡ、の誤差分散行列を表わす。モデル係数Ａ、−１が
決定されると、日時のＡ　ｉ　は（６）式よりＡユニＡ
、−１＋ξ、−、（８） と求まる。

最適操作板決定部２３では、たとえば（５）式のような
Ｈ１算が行なわれる。

第３図はＰ、１．Ｄ、コントローラー１２による酸化炉
の制御の具体例を示す。酸化時間は時刻測定データ３２
２に基づいてポート３６の挿入引出し装置３２をＰ、１
．Ｄ、制御することにより得られる。あるいは、ガスの
注入時間番こより酸化時間を制御する。加熱温度は熱電
対の温度計測データ３３２に基づいてヒーター電源３３
１をＰ　、１．　Ｄ　。

制御することにより得られる。注入ガス流量は流量計の
流量計測データ３４２に基づいて真空ポンプ３４１をＰ
、１．Ｄ、制御することにより得られる。

〔発明の効果〕

本発明の酸化膜厚均一化制御によれば、酸化装置のおか
れた環境変化、あるいは装置の経時変化等の外乱を考慮
した上で、ウェハのバッチ間での酸化膜厚のばらつきを
低減し、目標の酸化膜厚に均一化できる。

したがって、半導体素子の歩留りを向上させることが可
能となり、大きな経済的効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による酸化膜厚均一化制御装置の全体構
成図、第２図は酸化膜厚均一化制御装置のブロック構成
図、第３図は酸化膜厚均一化制御の具体例を示す図であ
る。 １３・・・酸化装置、３１・・・酸化炉、３５・・・ウ
ェハ。 第　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体製造プロセスの酸化工程において、ウェハのバッ
   チ間での酸化膜厚ばらつきを低減し、均一化するために
   、酸化膜厚を酸化時間、加熱温度、注入ガス流量などの
   関数として表わし、この関数に含まれる係数は処理済バ
   ッチの酸化膜厚からカルマン・フィルターにより推定す
   ることにより酸化膜厚制御モデルを構築し、本モデルに
   基づいて、単一な酸化膜厚を得るための最適な酸化時間
   、加熱温度、注入ガス流量などを決定する酸化膜厚均一
   化制御方式。