(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理システムであって、
複数枚の前記被処理体を収容する処理室内を加熱する加熱手段と、
前記処理室内にポリシリコン膜の成膜用ガスとドープ用ガスとを供給する複数のガス供給手段と、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記ガス供給手段により供給させる成膜用ガスおよびドープ用ガスの流量を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段と、
前記処理室内の温度および前記ドープ用ガスの流量の変化と、前記不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の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、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された熱処理条件で前記被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理手段と、
前記熱処理手段により形成された不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度が所望の範囲に含まれるか否かを判別し、前記所望の範囲に含まれないと判別すると、当該不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度と前記モデル記憶手段により記憶されたモデルとに基づいて、前記所望の範囲に含まれるような処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を算出する算出手段と、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を前記算出手段により算出された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量にそれぞれ変更し、変更した熱処理条件で前記被処理体を熱処理して、前記所望の範囲に含まれる不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度に調整する調整手段と、
を、備えることを特徴とする熱処理システム。
【請求項２】
前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、
前記モデル記憶手段に記憶されたモデルは、ゾーンごとの処理室内の温度およびドープ用ガスの流量の変化と、ゾーンごとの不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示し、
前記加熱手段は、前記処理室内のゾーンごとに温度設定可能であり、
前記ガス供給手段は、前記処理室内のゾーンごとにドープ用ガスの流量を設定可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
【請求項３】
複数枚の被処理体を収容する処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内にポリシリコン膜の成膜用ガスとドープ用ガスとを供給する複数のガス供給手段と、前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記ガス供給手段により供給させる成膜用ガスおよびドープ用ガスの流量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より記憶された熱処理条件で前記被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理手段と、を備える熱処理装置の熱処理方法であって、
前記処理室内の温度および前記ドープ用ガスの流量の変化と、前記不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示すモデルを記憶し、
前記熱処理手段により形成された不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度が所望の範囲に含まれるか否かを判別し、前記所望の範囲に含まれないと判別すると、当該不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度と前記記憶されたモデルとに基づいて、前記所望の範囲に含まれるような処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を算出する算出工程と、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を前記算出工程で算出された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量にそれぞれ変更し、変更した熱処理条件で前記被処理体を熱処理して、前記所望の範囲に含まれる不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度に調整する調整工程と、
を備える、ことを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、
前記モデルは、ゾーンごとの処理室内の温度およびドープ用ガスの流量の変化と、ゾーンごとの不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示し、
前記加熱手段は、前記処理室内のゾーンごとに温度設定可能であり、
前記ガス供給手段は、前記処理室内のゾーンごとにドープ用ガスの流量を設定可能である、ことを特徴とする請求項３に記載の熱処理方法。
【請求項５】
被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理システムとして機能させるプログラムであって、
コンピュータを、
複数枚の前記被処理体を収容する処理室内を加熱する加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記処理室内にポリシリコン膜の成膜用ガスとドープ用ガスとを供給する複数のガス供給手段により供給させる成膜用ガスおよびドープ用ガスの流量を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段、
前記処理室内の温度および前記ドープ用ガスの流量の変化と、前記不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶手段、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された熱処理条件で前記被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理手段、
前記熱処理手段により形成された不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度が所望の範囲に含まれるか否かを判別し、前記所望の範囲に含まれないと判別すると、当該不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度と前記モデル記憶手段により記憶されたモデルとに基づいて、前記所望の範囲に含まれるような処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を算出する算出手段、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を前記算出手段により算出された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量にそれぞれ変更し、変更した熱処理条件で前記被処理体を熱処理して、前記所望の範囲に含まれる不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度に調整する調整手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、プログラムに関し、特に、被処理体を多数枚一括して処理するバッチ式の熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、多数枚の被処理体、例えば、半導体ウエハの成膜処理、酸化処理あるいは拡散処理などを一括して行うバッチ式の熱処理システムが用いられている。バッチ式の熱処理システムでは、効率的に半導体ウエハを処理することが可能であるが、多数枚の半導体ウエハの処理について、その処理の均一性を確保することは困難である。
【０００３】
このような問題を解決するため、例えば、特許文献１には、拡散炉内へガスを導入するガスインジェクターを上部用、中央部用、下部用の３本以上複数本有し、各々独立して流量を制御することによりガスの供給量を均一にし、半導体装置の歩留まりを向上させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２１３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、リン（Ｐ）をドープしたポリシリコン膜（Ｄ−ｐｏｌｙ膜）の製造工程では、成膜温度とＰＨ３流量との２つの熱処理条件を変化させることにより、形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚と膜中のＰ濃度とを最適な範囲に調整している。このような調整では、例えば、ＰＨ３流量を変化させるように、１つの熱処理条件を変化させても、Ｄ−ｐｏｌｙ膜の膜厚と膜中のＰ濃度との両方が変化してしまうことから、熱処理システムの操作者の経験や勘に基づいて行われている。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、被処理体への熱処理を容易に調整することができるような熱処理システム及び熱処理方法が求められている。
【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、被処理体への熱処理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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理システムであって、
複数枚の前記被処理体を収容する処理室内を加熱する加熱手段と、
前記処理室内にポリシリコン膜の成膜用ガスとドープ用ガスとを供給する複数のガス供給手段と、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記ガス供給手段により供給させる成膜用ガスおよびドープ用ガスの流量を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段と、
前記処理室内の温度および前記ドープ用ガスの流量の変化と、前記不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の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、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された熱処理条件で前記被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理手段と、
前記熱処理手段により形成された不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度が所望の範囲に含まれるか否かを判別し、前記所望の範囲に含まれないと判別すると、当該不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度と前記モデル記憶手段により記憶されたモデルとに基づいて、前記所望の範囲に含まれるような処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を算出する算出手段と、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を前記算出手段により算出された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量にそれぞれ変更し、変更した熱処理条件で前記被処理体を熱処理して、前記所望の範囲に含まれる不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度に調整する調整手段と、
を、備えることを特徴とする。
【０００８】
前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、
前記モデル記憶手段に記憶されたモデルは、ゾーンごとの処理室内の温度およびドープ用ガスの流量の変化と、ゾーンごとの不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示し、
前記加熱手段は、前記処理室内のゾーンごとに温度設定可能であり、
前記ガス供給手段は、前記処理室内のゾーンごとにドープ用ガスの流量を設定可能であることが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の観点にかかる熱処理方法は、
複数枚の被処理体を収容する処理室内を加熱する加熱手段と、前記処理室内にポリシリコン膜の成膜用ガスとドープ用ガスとを供給する複数のガス供給手段と、前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記ガス供給手段により供給させる成膜用ガスおよびドープ用ガスの流量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より記憶された熱処理条件で前記被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理手段と、を備える熱処理装置の熱処理方法であって、
前記処理室内の温度および前記ドープ用ガスの流量の変化と、前記不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示すモデルを記憶し、
前記熱処理手段により形成された不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度が所望の範囲に含まれるか否かを判別し、前記所望の範囲に含まれないと判別すると、当該不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度と前記記憶されたモデルとに基づいて、前記所望の範囲に含まれるような処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を算出する算出工程と、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を前記算出工程で算出された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量にそれぞれ変更し、変更した熱処理条件で前記被処理体を熱処理して、前記所望の範囲に含まれる不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度に調整する調整工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、
前記モデルは、ゾーンごとの処理室内の温度およびドープ用ガスの流量の変化と、ゾーンごとの不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示し、
前記加熱手段は、前記処理室内のゾーンごとに温度設定可能であり、
前記ガス供給手段は、前記処理室内のゾーンごとにドープ用ガスの流量を設定可能であることが好ましい。
【００１１】
本発明の第３の観点にかかるプログラムは、
被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理システムとして機能させるプログラムであって、
コンピュータを、
複数枚の前記被処理体を収容する処理室内を加熱する加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記処理室内にポリシリコン膜の成膜用ガスとドープ用ガスとを供給する複数のガス供給手段により供給させる成膜用ガスおよびドープ用ガスの流量を含む熱処理条件を記憶する熱処理条件記憶手段、
前記処理室内の温度および前記ドープ用ガスの流量の変化と、前記不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度の変化との関係を示すモデルを記憶するモデル記憶手段、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された熱処理条件で前記被処理体に不純物ドープポリシリコン膜を形成する熱処理手段、
前記熱処理手段により形成された不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度が所望の範囲に含まれるか否かを判別し、前記所望の範囲に含まれないと判別すると、当該不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度と前記モデル記憶手段により記憶されたモデルとに基づいて、前記所望の範囲に含まれるような処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を算出する算出手段、
前記熱処理条件記憶手段により記憶された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量を前記算出手段により算出された処理室内の温度およびドープ用ガスの流量にそれぞれ変更し、変更した熱処理条件で前記被処理体を熱処理して、前記所望の範囲に含まれる不純物ドープポリシリコン膜の膜厚および膜中に含まれる不純物濃度に調整する調整手段、
として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被処理体への熱処理を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本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】図１の制御部の構成例を示す図である。
【図３】反応管内のゾーン（ＺＯＮＥ）を示す図である。
【図４】所定ＺＯＮＥの温度またはＰＨ３の流量の変化と、各ＺＯＮＥに形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度との関係を示す図である。
【図５】調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】操作者が入力したＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚、Ｐ濃度を示す図である。
【図７】プロセス用レシピの一例を示す図である。
【図８】測定されたＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚、Ｐ濃度を示す図である。
【図９】算出された温度および流量を示す図である。
【図１０】調整後のＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚、Ｐ濃度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラムを、図１に示すバッチ式の縦型の熱処理装置に適用した場合を例に本実施の形態を説明する。また、本実施の形態では、成膜用ガスとして、ＳｉＨ４ガスを用い、ドープ用ガスとしてＰＨ３ガスを用いてリンドープポリシリコン膜（Ｄ−ｐｏｌｙ膜）を形成する場合を例に本発明を説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態の熱処理装置１は、略円筒状で有天井の反応管２を備えている。反応管２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２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。
【００１６】
反応管２の下側には、略円筒状のマニホールド３が設けられている。マニホールド３は、その上端が反応管２の下端と気密に接合されている。マニホールド３には、反応管２内のガスを排気するための排気管４が気密に接続されている。排気管４には、バルブ、真空ポンプなどからなる圧力調整部５が設けられており、反応管２内を所望の圧力（真空度）に調整する。
【００１７】
マニホールド３（反応管２）の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、ボートエレベータ７により上下動可能に構成され、ボートエレベータ７により蓋体６が上昇するとマニホールド３（反応管２）の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ７により蓋体６が下降すると反応管２の下方側（炉口部分）が開口されるように配置されている。
【００１８】
蓋体６の上部には、保温筒（断熱体）８を介して、ウエハボート９が設けられている。ウエハボート９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９に半導体ウエハＷを収容し、ボートエレベータ７により蓋体６を上昇させることにより、半導体ウエハＷが反応管２内にロードされる。
【００１９】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなるヒータ部１０が設けられている。このヒータ部１０により反応管２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１０は、例えば、３段に配置されたヒータ１１〜１３から構成され、ヒータ１１〜１３には、それぞれ電力コントローラ１６〜１８が接続されている。このため、この電力コントローラ１６〜１８にそれぞれ独立して電力を供給することにより、ヒータ１１〜１３をそれぞれ独立に所望の温度に加熱することができる。このように、反応管２内は、このヒータ１１〜１３により、図３に示すような３つのゾーンに区分されている。例えば、反応管２内のＴＯＰ（ＺＯＮＥ）を加熱する場合には、電力コントローラ１６を制御してヒータ１１を所望の温度に加熱する。反応管２内のＣＴＲ（ＺＯＮＥ）を加熱する場合には、電力コントローラ１７を制御してヒータ１２を所望の温度に加熱する。反応管２内のＢＴＭ（ＺＯＮＥ）を加熱する場合には、電力コントローラ１８を制御してヒータ１３を所望の温度に加熱する。
【００２０】
また、マニホールド３には、反応管２内に処理ガスを供給する複数の処理ガス供給管が設けられている。本例では、不純物（Ｐ）でドープされたポリシリコン膜（Ｄ−ｐｏｌｙ膜）を形成することから、処理ガス供給管から供給される処理ガスとしては、成膜用ガスとしてのＳｉＨ４ガス、ドープ用ガスとしてのＰＨ３ガスなどがある。なお、図１では、マニホールド３にＰＨ３ガスを供給する３つのＰＨ３ガス供給管２１〜２３を図示している。
【００２１】
ＰＨ３ガス供給管２１は、マニホールド３の側方からウエハボート９の上部（ＴＯＰ）付近まで延びるように形成されている。ＰＨ３ガス供給管２２は、マニホールド３の側方からウエハボート９の中央（ＣＴＲ）付近まで延びるように形成されている。ＰＨ３ガス供給管２３は、マニホールド３の側方からウエハボート９の下部（ＢＴＭ）付近まで延びるように形成されている。このため、反応管２内のＴＯＰ（ＺＯＮＥ）からＰＨ３ガスを供給する場合にはＰＨ３ガス供給管２１を介して反応管２内に供給し、反応管２内のＣＴＲ（ＺＯＮＥ）からＰＨ３ガスを供給する場合にはＰＨ３ガス供給管２２を介して反応管２内に供給し、反応管２内のＢＴＭ（ＺＯＮＥ）からＰＨ３ガスを供給する場合にはＰＨ３ガス供給管２３を介して反応管２内に供給する。
【００２２】
各ＰＨ３ガス供給管２１〜２３には、それぞれ、流量調整部２４〜２６が設けられている。流量調整部２４〜２６は、ＰＨ３ガス供給管２１〜２３内を流れるＰＨ３ガスの流量を調整するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）などから構成されている。このため、ＰＨ３ガス供給管２１〜２３から供給されるＰＨ３ガスは、流量調整部２４〜２６により所望の流量に調整されて、それぞれ反応管２内に供給される。
【００２３】
また、熱処理装置１は、反応管２内のガス流量、圧力、処理雰囲気の温度といった処理パラメータを制御するための制御部（コントローラ）５０を備えている。制御部５０は、流量調整部２４〜２６、圧力調整部５、ヒータ１１〜１３の電力コントローラ１６〜１８等に制御信号を出力する。図２に制御部５０の構成を示す。
【００２４】
図２に示すように、制御部５０は、モデル記憶部５１と、レシピ記憶部５２と、ＲＯＭ５３と、ＲＡＭ５４と、Ｉ／Ｏポート５５と、ＣＰＵ５６と、これらを相互に接続するバス５７と、から構成されている。
【００２５】
モデル記憶部５１には、反応管２内の温度およびＰＨ３の流量の変化と、Ｄ−ｐｏｌｙ膜の膜厚および膜中に含まれるＰ濃度の変化との関係を示すモデルとが記憶されている。なお、このモデルの詳細については後述する。
【００２６】
レシピ記憶部５２には、この熱処理装置１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、ユーザが実際に行う処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２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２内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミング、供給量などを規定する。
【００２７】
ＲＯＭ５３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、ＣＰＵ５６の動作プログラムなどを記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５６のワークエリアなどとして機能する。
【００２８】
Ｉ／Ｏポート５５は、温度、圧力、ガスの流量に関する測定信号をＣＰＵ５６に供給すると共に、ＣＰＵ５６が出力する制御信号を各部（圧力調整部５、ヒータ１１〜１３の電力コントローラ１６〜１８、流量調整部２４〜２６等）へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート５５には、操作者が熱処理装置１を操作する操作パネル５８が接続されている。
【００２９】
ＣＰＵ（Central Processing Unit)５６は、制御部５０の中枢を構成し、ＲＯＭ５３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５２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１の動作を制御する。
【００３０】
また、ＣＰＵ５６は、モデル記憶部５１に記憶されているモデルと、反応管２内の温度およびＰＨ３の流量とに基づいて、Ｄ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびこの膜中に含まれるＰ濃度を算出する。そして、Ｄ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびこの膜中に含まれるＰ濃度が算出した膜厚およびＰ濃度となるように、電力コントローラ等に制御信号を出力し、反応管２内の温度およびＰＨ３の流量を調整する。また、ＣＰＵ５６は、対応するレシピ記憶部５２に記憶されている反応管２内の温度およびＰＨ３の流量を、算出した膜厚およびＰ濃度となる反応管２内の温度およびＰＨ３の流量に更新する。
バス５７は、各部の間で情報を伝達する。
【００３１】
次に、モデル記憶部５１に記憶されているモデルについて説明する。前述のように、モデル記憶部５１には、反応管２内の温度およびＰＨ３の流量の変化と、Ｄ−ｐｏｌｙ膜の膜厚および膜中に含まれるＰ濃度の変化との関係を示すモデルが記憶されている。
【００３２】
一般に、反応管２内の温度を高くすると、形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚が増加し、Ｄ−ｐｏｌｙ膜中に含まれるＰ濃度が減少する。また、ＰＨ３の流量を上げると、形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚が減少し、Ｄ−ｐｏｌｙ膜中に含まれるＰ濃度が増加する。さらに、反応管２内の１つの収容位置（ＺＯＮＥ）の温度またはＰＨ３の流量を変化させると、そのＺＯＮＥだけでなく、他のＺＯＮＥについても、半導体ウエハＷに形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚、膜中に含まれるＰ濃度に影響を及ぼす。図４に、このモデルの一例を示す。
【００３３】
図４に示すように、このモデルは、所定ＺＯＮＥの温度を１℃またはＰＨ３の流量を１ｓｃｃｍ上げたとき、各ＺＯＮＥに形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚および膜中に含まれるＰ濃度がどれだけ変化するかを示している。
【００３４】
例えば、図４中の破線で囲まれた箇所は、電力コントローラ１６を制御することによりヒータ１１を加熱して、Ｓｌｏｔ５近傍のＴＯＰの温度設定値を１℃上げると、Ｓｌｏｔ５に形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚が２ｎｍ増加し、Ｓｌｏｔ８５に形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚が０．１ｎｍ減少し、Ｓｌｏｔ５に形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜中に含まれるＰ濃度が０．２（Ｅ＋２０）ａｔｏｍｓ／ｃｍ３減少することを示している。
【００３５】
なお、このモデルは、所定ＺＯＮＥの温度またはＰＨ３の流量を変化させたときに、各ＺＯＮＥに形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚および膜中に含まれるＰ濃度がどれだけ変化するかを示すことができるものであればよく、これ以外の種々のモデルを用いてもよい。
【００３６】
また、このモデルは、プロセス条件や装置の状態によってデフォルトの数値が最適でない場合も考えられることから、ソフトウエアに拡張カルマンフィルターなどを付加して学習機能を搭載することにより、モデルの学習を行うものであってもよい。このカルマンフィルターによる学習機能については、例えば、米国特許第５ ，９９１，５２５号公報などに開示されている手法を利用することができる。
【００３７】
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いて、形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度を調整する調整方法（調整処理）について説明する。この調整処理は、成膜処理を行う前のセットアップの段階で行っても、成膜処理と同時に行ってもよい。図５は、本例の調整処理を説明するためのフローチャートである。
【００３８】
この調整処理においては、操作者は、操作パネル５８を操作して、プロセス種別（本例では、ＳｉＨ４ガスとＰＨ３ガスとを用いたＤ−ｐｏｌｙ膜の成膜）を選択するとともに、図６に示すように、ターゲットとするＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚、Ｐ濃度をゾーンごとに入力する。
【００３９】
制御部５０（ＣＰＵ５６）は、プロセス種別等の必要な情報が入力されたか否かを判別する（ステップＳ１）。ＣＰＵ５６は、必要な情報が入力されていると判別すると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、入力されたプロセス種別に対応するプロセス用レシピをレシピ記憶部５２から読み出す（ステップＳ２）。プロセス用レシピには、反応管２内の圧力、温度、ＳｉＨ４ガスの流量、ＰＨ３ガスの流量などのプロセス条件が記憶されている。このプロセス用レシピには、図７に示すように、反応管２内のＺＯＮＥごとに、その温度（図７（ａ））、ＰＨ３ガスの流量（図７（ｂ））などが記憶されている。
【００４０】
次に、ＣＰＵ５６は、ボートエレベータ７（蓋体６）を降下させ、少なくとも各ＺＯＮＥに半導体ウエハＷ（モニターウエハ）を搭載したウエハボート９を蓋体６上に配置する。続いて、ＣＰＵ５６は、ボートエレベータ７（蓋体６）を上昇して、ウエハボート９（モニターウエハ）を反応管２内にロードする。そして、ＣＰＵ５６は、レシピ記憶部５２から読み出したレシピに従って、圧力調整部５、ヒータ１１〜１３の電力コントローラ１６〜１８、流量調整部２４〜２６等を制御して、モニターウエハにＤ−ｐｏｌｙ膜を成膜する（ステップＳ３）。
【００４１】
ＣＰＵ５６は、成膜処理が終了すると、ボートエレベータ７（蓋体６）を降下させ、Ｄ−ｐｏｌｙ膜が成膜されたモニターウエハをアンロードし、このモニターウエハを、例えば、図示しない測定装置に搬送し、モニターウエハに成膜されたＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚および膜中のＰ濃度を測定させる（ステップＳ４）。測定装置では、各モニターウエハに形成されたＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚および膜中のＰ濃度を測定すると、例えば、図８に示すような測定したＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚データおよびＰ濃度データを熱処理装置１（ＣＰＵ５６）に送信する。なお、操作者が操作パネル５８を操作して、測定結果を入力してもよい。
【００４２】
ＣＰＵ５６は、測定されたＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚データおよびＰ濃度データを受信すると、受信した膜厚データおよびＰ濃度データが、入力されたＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度と一致するか否かを判別する（ステップＳ５）。
【００４３】
ＣＰＵ５６は、両者が一致しないと判別すると（ステップＳ５；Ｎｏ）、反応管２内の各ＺＯＮＥの温度およびＰＨ３ガスの流量を算出（調整）する（ステップＳ６）。
【００４４】
各ＺＯＮＥの温度およびＰＨ３ガスの流量の算出は、例えば、図４に示す所定ＺＯＮＥの温度、ＰＨ３の流量と、各ＺＯＮＥに形成されるＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚および膜中に含まれるＰ濃度との関係を示すモデルから、目標膜厚、目標Ｐ濃度となるような所定ＺＯＮＥの温度およびＰＨ３の流量を最適化アルゴリズムを利用して算出する。例えば、図８に示す測定結果の場合、各ＺＯＮＥの温度、ＰＨ３の流量は、図９に示す値（温度および流量）が算出される。
【００４５】
次に、ＣＰＵ５６は、読み出したレシピの各ＺＯＮＥの温度およびＰＨ３ガスの流量を、算出した温度および流量に更新し（ステップＳ７）、再び、ステップＳ３〜ステップＳ５を実行する。すなわち、ＣＰＵ５６は、反応管２内の温度について、ヒータ１１の温度を５８２．８℃、ヒータ１２の温度を５７９．９℃、ヒータ１３の温度を５７７．１℃となるように、電力コントローラ１６〜１８を制御する。また、ＣＰＵ５６は、ＰＨ３ガスの供給時に、ＰＨ３ガス供給管２１から４２．２ｓｃｃｍ、ＰＨ３ガス供給管２２から２８．９ｓｃｃｍ、ＰＨ３ガス供給管２３から７７．０ｓｃｃｍのＰＨ３ガスが供給できるように流量調整部２４〜２６を制御する。そして、ＣＰＵ５６は、モニターウエハにＤ−ｐｏｌｙ膜を成膜し（ステップＳ３）、図示しない測定装置にＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度を測定させた後（ステップＳ４）、入力されたＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度と一致するか否かを判別する（ステップＳ５）。本例の場合、図１０に示すように、測定したＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度と入力されたＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度とが一致した。このように、熱処理装置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半導体ウエハＷの表面に目標通りのＤ−ｐｏｌｙ膜を形成することができた。なお、ＣＰＵ５６は、両者が一致しないと判別すると（ステップＳ５；Ｎｏ）、再び、ステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ３〜ステップＳ５を実行する。
【００４６】
そして、ＣＰＵ５６は、両者が一致すると判別すると（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、この処理を終了する。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、プロセス種別と、ターゲットとするＤ−ｐｏｌｙ膜の目標膜厚およびＰ濃度を入力するだけで、各ＺＯＮＥの温度およびＰＨ３ガスの流量を調整し、半導体ウエハＷの表面に目標通りのＤ−ｐｏｌｙ膜を形成することができる。このため、熱処理装置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を容易に調整することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
上記実施の形態では、測定したＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度と、目標とするＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度とを一致させる場合を例に本発明を説明したが、例えば、目標とするＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度に許容可能な範囲、例えば、±１％程度の範囲を設け、この範囲内に測定したＤ−ｐｏｌｙ膜の膜厚およびＰ濃度が含まれる場合に調整処理を終了させてもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、成膜用ガスとしてＳｉＨ４ガスを用い、ドープ用ガスとしてＰＨ３ガスを用いてリンドープポリシリコン膜（Ｄ−ｐｏｌｙ膜）を形成する場合を例に本発明を説明したが、ドープさせる不純物はリンに限定されるものではなく、例えば、ボロン（Ｂ）であってもよい。また、成膜ガスはＳｉＨ４に限定されるものではなく、例えば、Ｓｉ２Ｈ６ガスであってもよい。さらに、形成する膜はポリシリコン膜に限定されるものではなく、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜などの各種の成膜に本発明を適用可能である。
【００５１】
上記実施の形態では、各ＺＯＮＥの温度およびＰＨ３ガスの流量を調整することにより、目標とする膜厚およびＰ濃度のＤ−ｐｏｌｙ膜を形成する場合を例に本発明を説明したが、例えば、目標とする膜の特性として、シート抵抗のような膜質であってもよい。
【００５２】
上記実施の形態では、Ｄ−Ｐｏｌｙ膜の成膜処理の場合を例に本発明を説明したが、処理の種類は任意であり、他種類の膜を形成するＣＶＤ装置、酸化装置などの様々なバッチ式の熱処理装置に適用可能である。
【００５３】
また、上記実施の形態では、成膜処理により形成された膜の膜厚と不純物濃度を調整する場合を例に本発明を説明したが、例えば、不純物拡散処理での拡散濃度或いは拡散深さ、エッチングレート、反射率、埋め込み特性、ステップカバレッジなどの様々な熱処理結果の適正化に用いてもよい。
【００５４】
上記実施の形態では、熱処理装置１に３つのＰＨ３ガス供給管が設けられている場合を例に本発明を説明したが、ＰＨ３ガス供給管の数は２つであっても、４つ以上であってもよく、任意に設定可能である。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ーウエハの数などは任意に設定可能である。
【００５５】
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、本発明は、半導体ウエハの処理に限定されるものではなく、例えば、ＦＰＤ基板、ガラス基板、ＰＤＰ基板などの処理にも適用可能である。
【００５６】
本発明の実施の形態にかかる制御部５０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５０を構成することができる。
【００５７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１          熱処理装置
２          反応管
３          マニホールド
６          蓋体
９          ウエハボート
１０        ヒータ部
１１〜１３  ヒータ
１６〜１８  電力コントローラ
２１〜２３  処理ガス供給管
２４〜２６  流量調整部
５０        制御部
５１        モデル記憶部
５２        レシピ記憶部
５３        ＲＯＭ
５４        ＲＡＭ
５６        ＣＰＵ
Ｗ          半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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