(57)【要約】【課題】膜厚プロファイルに変化が生じたときの異常検知を可能とした成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。【解決手段】基板２の温度や基板２の表面近傍の酸素ラジカル濃度分布の変動を検知するため、加熱器３の各ゾーンのランプ電力と反応炉１内の圧力を測定し、測定された加熱器３の各ゾーンのランプ電力と反応炉内の圧力を、モニタリング機器１６のプロセスモデルの予測式へ入力して基板２の膜厚プロファイルを予測し、この予測した膜厚プロファイルに基づいて基板２の熱処理に異常が発生しているかどうかを判断する。そのため、温度測定値は正常値を示しているが、膜厚プロファイルに変化を生じさせる装置異常が発生した場合にも異常検知が可能になる。【選択図】図１
2007123643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に搬送された基板を基板支持部に保持して所望の回転数で回転し、反応炉内にプロセスガスを導入し、基板上方に配置された加熱器の各ゾーンのランプにより加熱することにより、前記基板上に膜を形成する成膜装置であって、
前記基板の半径方向の複数の測位点における基板温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された基板温度に基づいて、前記加熱器の各ゾーンのランプ電力を個別に設定し、前記ランプ電源へ出力して基板表面温度を制御する温度制御手段と、
前記加熱器の各ゾーンのランプへ出力するランプ電力を調整するランプ電源と、
前記反応炉内の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および前記反応炉内の圧力の関数からなる、前記基板の膜厚プロファイルのプロセスモデルを有し、前記基板の熱処理時、前記ランプ電源により出力される加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および前記圧力測定手段により測定される反応炉内の圧力を前記プロセスモデルの予測式へ入力して前記膜厚プロファイルを予測し、この予測した膜厚プロファイルに基づいて前記基板の熱処理に異常が発生しているどうかを判断するモニタリング手段
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記モニタリング手段は、製品用の基板の熱処理の先立ち、モニター用の基板の熱処理が実行されるとき、このモニター基板に対する前記ランプ電源により出力される加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および前記圧力測定手段により測定される反応炉内の圧力を前記プロセスモデルの予測式へ入力して膜厚プロファイルを予測し、この予測したモニター基板の膜厚プロファイルと実測した前記モニター基板の膜厚プロファイルとの間の誤差が所定値以下かどうかを判断し、所定値以下のとき、このプロセスモデルを前記製品用の基板の膜厚プロファイルの予測に使用し、所定値を超えるとき、前記プロセスモデルの予測式を再構築すること
を特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記モニタリング手段は、前記プロセスモデルの予測式を再構築するとき、
モニター用のモニター基板の熱処理と同時に、このモニター基板に対する加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および反応炉内の圧力からなるモニタリングデータを収集し、前記モニター基板の膜厚プロファイルの測定と同時に、この膜厚プロファイルも収集し、この両データのセットをプロセスモデルの未知パラメータ個数以上取得すると取得した両データのセットからプロセスモデルを構築し、
構築したプロセスモデルを使用して前記モニタリングデータからモニター基板の膜厚プロファイルを予測し、予測したモニター基板の膜厚プロファイルと前記収集したモニター基板の膜厚プロファイルとの誤差の値が管理値以下であるかどうかを判断し、前記誤差が管理値以下のとき、プロセスモデルの予測式が完成したとし、誤差が管理値を超えるとき、再度前記モニタリングデータを収集してプロセスモデルの構築をやり直すこと
を特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記基板支持部を、前記基板を所望の回転数で回転可能とするとともに、前記基板の相対位置を変動する構成とし、
前記基板支持部により、前記反応炉内における基板の相対位置を変動させるか、またはほぼ水平に保持された基板表面に対し、基板を回転する回転面を偏芯させることにより、前記基板の表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記反応炉内にプロセスガスを導入する複数のプロセスガス供給口を、前記基板上方に配置された加熱器の各ゾーンのランプ間に設け、
ほぼ水平に保持された基板表面に対し、前記複数のプロセスガス供給口から導入されるプロセスガスの流量または気体組成を変動させることにより、前記基板の表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記反応炉内に導入されるプロセスガスの流量、濃度あるいは組成を制御するマスフロー制御手段と、
前記反応炉内の圧力を制御する圧力制御手段
を備え、
前記ランプ電源により前記加熱器の各ゾーンのランプ電力を制御するか、またはマスフロー制御手段により前記反応炉内に導入されるプロセスガスの流量、濃度あるいは組成、を制御するか、または前記圧力制御手段により反応炉内の圧力を制御するかにより、前記基板の表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項７】
反応炉内に搬送された基板を基板支持部に保持して所望の回転数で回転し、反応炉内にプロセスガスを導入し、基板上方に配置された加熱器の各ゾーンのランプにより加熱することにより、前記基板上に膜を形成する成膜方法であって、
前記加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および前記反応炉内の圧力の関数からなる、前記基板の膜厚プロファイルのプロセスモデルを有し、前記基板の熱処理時、前記加熱器の各ゾーンのランプ電力と前記反応炉の圧力を求め、加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および反応炉内の圧力を前記プロセスモデルの予測式へ入力して前記膜厚プロファイルを予測し、予測した膜厚プロファイルに基づいて前記基板の熱処理に異常が発生しているかどうかを判断すること
を特徴とする成膜方法。
【請求項８】
製品用の基板の熱処理の先立ち、モニター用の基板の熱処理が実行されるとき、このモニター基板の対する前記加熱器の各ゾーンのランプ電力と前記反応炉の圧力を求め、加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および反応炉内の圧力を前記プロセスモデルの予測式に入力して膜厚プロファイルを予測し、この予測した前記モニター基板の膜厚プロファイルと実測した前記モニター基板の膜厚プロファイルとの間の誤差が所定値以下かどうかを判断し、所定値以下のとき、このプロセスモデルを前記製品用の基板の膜厚プロファイルの予測に使用し、所定値を超えるとき、前記プロセスモデルの予測式を再構築すること
を特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記プロセスモデルの予測式を再構築するとき、
モニター用のモニター基板の熱処理と同時に、このモニター基板に対する加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および反応炉内の圧力からなるモニタリングデータを収集し、前記モニター基板の膜厚プロファイルの測定と同時に、この膜厚プロファイルも収集し、この両データのセットをプロセスモデルの未知パラメータ個数以上取得すると取得した両データのセットからプロセスモデルを構築し、
構築したプロセスモデルを使用して前記モニタリングデータからモニター基板の膜厚プロファイルを予測し、予測したモニター基板の膜厚プロファイルと前記収集したモニター基板の膜厚プロファイルとの誤差の値が管理値以下であるかどうかを判断し、前記誤差が管理値以下のとき、プロセスモデルの予測式が完成したとし、誤差が管理値を超えるとき、再度前記モニタリングデータを収集してプロセスモデルの構築をやり直すこと
を特徴とする請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記基板支持部により前記反応炉内における基板の相対位置を変動させるか、またはほぼ水平に保持された基板表面に対し、基板を回転する回転面を偏芯させることにより、前記基板の表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御すること
を特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１１】
ほぼ水平に保持された基板表面に対し、前記基板上方より複数に分かれてプロセスガスを導入し、これら導入されるプロセスガスの流量または気体組成を変動させることにより、前記基板の表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御すること
を特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記加熱器の各ゾーンのランプ電力を制御するか、または前記反応炉内に導入されるプロセスガスの流量、濃度あるいは組成を制御するか、または前記反応炉内の圧力を制御するかにより、前記基板の表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御すること
を特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項１３】
反応炉内に搬送された基板を基板支持部に保持して所望の回転数で回転し、反応炉内にプロセスガスを導入し、基板上方に配置された加熱器の各ゾーンのランプにより加熱することにより、前記基板上に膜を形成する成膜装置において使用されるモニタリング用プログラムであって、
モニター用の基板の熱処理と同時に、このモニター基板に対する加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および反応炉内の圧力からなるモニタリングデータを収集し、前記モニタリングデータからプロセスモデルの予測式によりモニター基板に形成される膜厚プロファイルを予測する第１ステップと、
実測した前記モニター基板の膜厚プロファイルと第２ステップで予測した前記モニター基板の膜厚プロファイルとの誤差の値が管理値以下であることを判断する第２ステップと、
前記第２ステップで誤差の値が管理規格より大きい場合は、前記プロセスモデルの予測式を再構築し、予測式の再構築が出来あがるまでの間、予測と判断を停止し、前記第１ステップへ戻る第３ステップと、
前記第２ステップで誤差の値が管理規格内であれば、製品用の基板の熱処理を実行する間、製品基板毎にモニタリングデータを収集し、製品基板毎に膜厚プロファイルの予測値を決定する第４ステップと、
前記製品基板の膜厚プロファイルの予測値が管理値以下であるかを判断する第５ステップと、
第５ステップで予測値が管理値以下であれば、引き続き製品基板の熱処理を続け、管理値を超えた場合には、製品基板の熱処理を停止しメンテナンスを指示する第６ステップ
を含む成膜装置のモニタリングプログラム。
【請求項１４】
前記請求項１５の第３ステップにおけるプロセスモデルの予測式を再構築するプログラムを、
モニター用のモニター基板の熱処理と同時に、このモニター基板に対する加熱器の各ゾーンのランプ電力、またはこれらランプ電力および反応炉内の圧力からなるモニタリングデータを収集し、前記モニター基板の膜厚プロファイルの測定と同時に、この膜厚プロファイルも収集し、この両データのセットをプロセスモデルの未知パラメータ個数以上取得する第１ステップと、
ステップ１で取得した両データのセットからプロセスモデルを作成する第２ステップと、
前記第２ステップで構築したプロセスモデルを使用して前記モニタリングデータからモニター基板の膜厚プロファイルを予測する第３ステップと、
前記第１ステップで得たモニター基板の膜厚プロファイルと第３ステップで予測したモニター基板の膜厚プロファイルとの誤差の値が管理値以下であるかどうかを判断する第４ステップと、
第４ステップで誤差が管理値を越える場合は、プロセスモデルの予測式を再構築するため、第１ステップへ戻り、予測式の再構築が出来あがるまでの間、膜厚プロファイルの予測と判断を停止し、第４ステップで誤差が管理値内となった場合には、プロセスモデルの予測式が完成したとする第５ステップと
により形成すること
を特徴とする請求項１３に記載の成膜装置のモニタリングプログラム。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４記載のモニタリングプログラムを使用し、前記モニター基板の膜厚プロファイルを測定するとき、反応炉を少なくとも１回以上大気開放する処理期間を含むこと、
を特徴とする成膜方法。
【請求項１６】
請求項１３または請求項１４記載のプログラムを記録したこと
を特徴とするコンピュータ読みとり可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造における熱処理工程の枚葉式迅速熱処理装置（ＲＴＰ装置）における成膜装置、成膜方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の枚葉式ＲＴＰ装置を使用した成膜装置及び成膜方法では、高温度領域において基板温度を測定するために、個々の温度センサー間のバラツキと反応炉（チャンバー）内のある特定の基板に関する温度センサー位置の違いが温度測定の精度に影響を与える可能性があることから、例えば、特許文献１では、基板処理中、個々の温度センサー間の変動と特定の基板に対するそれぞれの位置の差に補正を行うことにより、高温度領域において精度の高い温度測定値を得ている。
【０００３】
以下、特許文献１に記載されている従来の成膜装置及び成膜方法について、図１０を参照しながら説明する。図１０は従来の成膜装置の要部と基板を所望の温度に加熱するための制御ループを示す。
【０００４】
１は反応炉、２は成膜対象の基板、３は反応炉１上部に複数放射状のゾーンに設置されたランプから構成され、基板２を加熱する加熱器、４は基板２を支持し毎分１００回転程度の一定の回転数で回転する機構を備えている基板支持部である。また５は１０００℃付近の高温度領域の温度測定が可能なパイロメータ（温度計）であり、反応炉１下部に設置され、基板２の裏面の半径方向の異なる位置の温度を計測する。６は、予め所望の基板温度を設定している温度レシピ（温度サイクル・プロファイル）であり、時間とともに設定基板温度を変化させている。７は基板２の被膜の厚さ（膜厚）を測定する測定デバイスであり、例えば偏光解析器を使用する。８はプロセッサであり、測定デバイス７で測定した膜厚と予め設定された処理条件から温度補正値を算出する。９は温度制御器であり、パイロメータ５により計測された基板２の裏面温度と、温度レシピ６により設定された温度と、プロセッサ８により算出された温度補正値からランプ電源１０の出力を補正する。ランプ電源１０は、温度制御器９からの指令により放射状のゾーンに配置された加熱器３の個々のゾーンのランプへ印加する電圧（ランプ電圧）を調整する。
【０００５】
また１１は反応炉１側面に配置され基板２表面にプロセスガスを導入するプロセスガス供給口（吸気口）、１２は反応炉１側面のプロセスガス供給口１１の反対側に接続されプロセスガスを排気する排気口、１３は排気口１２の途中に設置され反応炉１内の圧力を測定する圧力計、１４は排気口１２の途中に設置され反応炉１内の圧力を調整する圧力制御バルブである。
【０００６】
以上のように構成された成膜装置について、以下その動作を説明する。
反応炉１内に搬送された基板２は、基板支持部４に保持され毎分１００回転で回転される。放射状のゾーンに配置された加熱器３の各ゾーンのランプ電圧は、パイロメータ５からサンプリングされた基板２の裏面温度等に基づいて温度制御器９によって個別に設定される。
【０００７】
温度測定は基板２の裏面の半径方向の異なる位置で行われるので、各パイロメータ５は、この基板２の異なる環状領域上の平均温度を生成（計測）する。これらの環状領域は、加熱器３の各ゾーンと一致する。
【０００８】
温度制御器９は、基板２の温度を、温度レシピ６より入力する、時間により変化する設定基板温度に制御することにより、基板２上の各位置に形成される被膜の厚さ、すなわち基板の膜厚プロファイルを制御しようとするものである。まず、温度制御器９は、各パイロメータ５により計測された温度測定値を、温度修正アルゴリズムに基づいて修正する。この温度修正アルゴリズムは、各パイロメータ５から得られた温度測定値にある一定の調整を行う。一般に、パイロメータ５から得られた温度と実際の基板温度との間には僅かな不一致が存在するので、このような調整が必要となる。次に、温度制御器９は、温度レシピ６より入力した設定基板温度を達成するように、加熱器３の各ゾーンのランプ出力（電力設定値；パワーレベル）を決定し、ランプ電圧を調整する。加熱器３の電力設定値を決定するために、温度制御器９は、特定のゾーンの加熱器３のランプに供給される電力の所望の変化と、対応する温度変化との間の数学的関係を記述したマトリックスを使用する。温度制御器９に設けられるプロセスサイクルを通じて、温度制御器９は所望の温度レシピ６からの如何なる温度偏差も修正するように、異なる各ゾーンのランプに伝達される電力設定値を自動的に調整する。
【０００９】
次に、従来の成膜装置において実行される熱処理の全体の流れ（処理フロー）を、図１１のフローチャートにしたがって説明する。
最初にメンテナンス等を行った後をスタート時点と考える。製品とする基板（以下、製品基板と称す）の熱処理に先立ち、形成される被膜の状態をモニターするために、モニター用の基板（以下、モニター基板と称す）の熱処理を実行する（ステップＳ１）。その後、モニター基板の処理結果、すなわち基板上の半径方向の異なる位置の膜厚（膜厚プロファイル）を測定して、データとして蓄積する（ステップＳ２）。次に例えば、酸化膜成長レートの基板面内不均一性ＷＩＷＮＵ（Ｗｉｔｈｉｎ  Ｗａｆｅｒ  Ｎｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を標準偏差σ値により管理値Ａ以下で規定している場合など、ステップＳ２において測定・蓄積した処理結果（膜厚プロファイル）のσ値が管理値Ａ以下であることを判断する（ステップＳ３）。もし、モニター基板の処理結果（膜厚プロファイル）が管理値Ａ以内であれば、このモニターで管理される管理周期（メンテナンス周期）が来るまで、実際の製品基板の熱処理を繰り返し実行する（ステップＳ４）。また、管理周期になった時は、ステップＳ１からの処理を繰り返し、メンテナンス周期になるまで繰り返し、前記したステップを繰り返すことになる。
【００１０】
もし、ステップＳ３で装置状態が悪く、モニターの処理結果が管理値Ａを超えた場合には、製品基板の熱処理を行わず、メンテナンス、例えば反応炉１内の再クリーニングやパイロメータ５の再クリーニング、再調整などを実施し（ステップＳ５）、再びステップＳ１からの処理に戻る。
【特許文献１】特表２００２−５２２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の成膜装置の構成では、各パイロメータの温度測定値を一定にする事により基板２の膜厚プロファイルを制御しようとしているので、例えば測定点以外の基板温度が変動した場合や基板表面近傍の酸素ラジカル濃度分布が変動した場合、すなわち膜厚プロファイルに変化を生じさせる装置状態変動が発生しても、温度測定値は正常値を示し、膜厚プロファイルの異常の検知が困難であるという問題点を有していた。
【００１２】
そこで、本発明は、基板の膜厚プロファイルに変化が生じたときに、その異常をリアルタイムで検知可能とした成膜装置および成膜方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するために、本発明の成膜装置および成膜方法は、基板の熱処理時、基板温度や基板表面近傍の酸素ラジカル濃度分布の変動を検知するために、加熱用ランプの消費電力分布｛加熱器の各ゾーンのランプ電力｝と反応炉内の圧力を測定し、前記測定された加熱器の各ゾーンのランプ電力と反応炉内の圧力を、基板の膜厚プロファイルのプロセスモデルの予測式へ入力して膜厚プロファイルを予測し、この予測した膜厚プロファイルに基づいて、膜厚プロファイルに異常が発生しているかどうかを判断するという構成を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の成膜装置および成膜方法は、加熱器の各ゾーンのランプ電力と反応炉内の圧力を測定し、その結果から膜厚プロファイルを予測することにより、膜厚プロファイルの異常をリアルタイムで検知することができ、よって温度測定値は正常値を示しているが膜厚プロファイルに変化を生じさせる装置異常が発生した場合にも異常検知が可能になる、という効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第１の要旨は、加熱器の各ゾーンのランプ群が熱処理に寄与する度合いが、反応炉毎で一定の特性を持っていることを利用し、熱処理時の各ゾーンにおけるランプ電力を主とするモニタリングデータを使って熱処理のプロセス処理結果（膜厚プロファイル）を予測することである。
【００１６】
本発明の第２の要旨は、反応炉へ供給されたガスの酸素濃度と温度によって酸素ラジカルが生成され、気体分子との衝突によって酸素ラジカルが消滅する原理を利用し、基板温度や基板表面の酸素ラジカル濃度分布を能動的に変化させることにより、所望の熱処理のプロセス処理結果（膜厚プロファイル）に合わせることである。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１における成膜装置の要部構成図である。図１０に示した従来の成膜装置の構成と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１８】
本発明の実施の形態１は、従来の反応炉（処理チャンバー）１、加熱器３、基板支持部４、パイロメータ（温度計）５、温度レシピ（温度サイクル・プロファイル）６、測定デバイス７、プロセッサ８、温度制御器９、ランプ電源１０、プロセスガス供給口（吸気口）１１、排気口１２、圧力計１３、圧力制御バルブ１４に加えて、マスフローコントローラ１５、モニタリング機器１６、データサーバー１７およびデータベース１８を設けている。
【００１９】
前記マスフローコントローラ１５は、プロセスガス供給口１１より供給されるプロセスガスの流量および組成濃度を調整するコントローラであり、Ｎ２（窒素）ガスやＯ２（酸素）ガスやＨ２（水素）ガスなどのプロセスガスは、レギュレータ（図示せず）、このマスフローコントローラ１５を通してその流量および組成濃度を調整し、プロセスガス供給口１１から反応炉１内へ導入され、基板２上を通過後、排気口１２より排気される。また圧力制御バルブ１４により、反応炉１内の圧力が、圧力計１３の測定値が設定圧力に対して同じになるように制御される。このとき、基板２表面のプロセスガスに含まれる酸素は加熱によりラジカル化し、加熱された基板２表面で酸化膜を形成する。
【００２０】
また前記モニタリング機器１６は、パイロメータ５、ランプ電源１０、圧力計１３、圧力制御バルブ１４、マスフローコントローラ１５、およびデータサーバー１７に接続されており、成膜装置の通信ポートあるいは装置センサーの出力端子からモニタリングデータとして、パイロメータ５からは基板２の複数の測定点における温度を、圧力計１３からは反応炉（チャンバー）１内圧力を、圧力制御バルブ１４からは圧力制御バルブ１４のバルブ開度を、マスフローコントローラ１５からはＮ２（窒素）あるいはＯ２（酸素）などのプロセスガス流量を、ランプ電源１０からは加熱器３の各ゾーンのランプ電力を取得している（サンプリングしている）。モニタリング機器１６により取得されたモニタリングデータ（センサー情報）はデータサーバー１７へ送られ、ロット毎、基板毎の情報として参照できるファイル形式に整理され、データベース１８へ保管される。
【００２１】
次に、本実施の形態１における成膜装置において実行される熱処理の処理フローを、図２（ａ）（ｂ）のフローチャートにしたがって説明する。なお、ステップＳ１〜ステップＳ５は、図１１の従来の成膜装置において実行される熱処理の処理フローと同一であり、説明を省略する。
【００２２】
本実施の形態１では、成膜装置にモニタリング装置１６が接続されているため、モニタリング装置１６は、ステップＳ１の「モニター基板の処理」と同時に成膜装置からモニターの基板２のモニタリングデータを収集し、モニタリングデータからプロセスモデルの予測式（詳細は後述する）を使用してモニター基板２の処理結果（膜厚プロファイル）を予測する（ステップＳ６）。
【００２３】
次にステップＳ２において得た、測定したモニター基板２の膜厚プロファイルの偏差値σとステップＳ６において予測したモニター基板２の膜厚プロファイルの偏差値（予測値）σｅを算出し、その誤差ε＝|σ−σｅ|の値が管理値Ｂ以下であるかどうかを判断する（ステップＳ７）。もし、ステップＳ７において誤差εが管理値Ｂを越えた場合は、膜厚プロファイル（処理結果）の予測式を再構築するステップＳ１０へと進み、予測式構築フロー（詳細は後述する）へ移行し、予測式の再構築が出来あがるまでの間、処理結果の予測と判断は行われない。
【００２４】
ステップＳ７において誤差εが管理値Ｂ以下であれば、ステップＳ４において成膜装置が実際に製品基板２の熱処理を実行する間、モニタリング装置１６は製品基板２毎にモニタリングデータを収集し、前記予測式を使用して基板２毎に膜厚プロファイル（処理結果）を求め、予測値σｅを算出する（ステップＳ８）。そして処理結果の予測値σｅが管理値Ａ以下であるかどうかを判断する（ステップＳ９）。ステップＳ９において処理結果の予測値σｅが管理値Ａ以下であれば、成膜装置は引き続き製品基板２の処理を続け、管理値Ａを超えた場合には、ステップＳ５へ進み、製品基板２の処理を停止して成膜装置のメンテナンスを実行する。
【００２５】
このように、製品基板２の熱処理に先立ち、モニター基板２の処理結果（膜厚プロファイル）の予測が正常かどうかを判断し、正常のとき、実際の製品基板２の熱処理を実行し、そのとき製品基板２毎に熱処理結果の予測値σｅを求めて、実際の製品基板２の処理結果が良好かどうかを判断している。
【００２６】
次に、上記ステップＳ１０において予測式構築フローへの移行判断が発生した場合、または装置の立上げ時やオーバーホール、メンテナンス等により反応炉１内の状態が変更された場合をスタート時点として実行する予測式構築のフローを、図２（ｃ）のフローチャートにしたがって説明する。
【００２７】
本実施の形態１では、成膜装置（熱処理装置）にモニタリング装置１６が接続されているため、ステップＳ１の「モニター基板の処理」と同時に、成膜装置から成膜時のモニター基板のモニタリングデータを収集し、ステップＳ２におけるモニター基板の処理結果測定によって熱処理の結果（実測されたモニター基板の膜厚プロファイルのデータ）を収集する。この両データのセットを複数個取得する（ステップＳ１１）。
【００２８】
その後、モニタリングデータと実測膜厚プロファイルのデータからプロセスモデルの予測式のパラメータ（詳細は後述する）を求める（ステップＳ１２）。次にパラメータを求めた予測式、すなわち構築したプロセスモデルと収集したモニタリングデータを使用してモニター基板２の熱処理結果を予測し、予測値σｅを求める（ステップＳ１３）。次にステップＳ２で得た、測定したモニター基板２の膜厚プロファイルの偏差値σとステップＳ１３で得たモニター基板２の処理結果の予測値σｅとの誤差ε＝|σ−σｅ|の値が管理値Ｂ以下であるかどうかを判断する（ステップＳ１４）。
【００２９】
もし、ステップＳ１４で誤差εが管理値Ｂを越える場合は、処理結果の予測式を再構築するため、ステップＳ１１へと戻り、予測式の再構築が出来あがるまでの間、処理結果の予測と判断は行われない。また、ステップＳ１４で誤差が管理値Ｂ以下となった場合には、処理結果（膜厚プロファイル）の予測式が完成し、プロセスモデルの予測式が図２のステップＳ６とステップＳ８の処理フローに反映される。
【００３０】
ここで、ステップＳ１１で収集するデータのセットは少なくとも、プロセスモデルの未知パラメータの個数以上が必要となる。さらに、装置状態を精度良く予測するために、出来ればメンテナンス周期が1回以上またがる長期間のデータが取得できることが望ましい。
【００３１】
上記ステップＳ６〜ステップＳ１４により、基板２上に膜を形成する成膜装置において使用されるモニタリング用プログラムが作成され、コンピュータ読みとり可能な記録媒体を形成することができる。なお、モニター基板２の膜厚プロファイルを測定デバイス７により測定するとき、通常モニター基板２は、反応炉１で処理された後、大気へ搬出された状況で処理される。
【００３２】
次に、本実施の形態１で予測式の構築に使用する上記プロセスモデルの一例について、図３の熱処理プロセスの原理図を用いて説明する。
ＲＴＰ装置の中で、特に迅速熱酸化のプロセスでは、反応炉１内にＯ２(酸素)分子が導入された状態で、上部の加熱器３の各ゾーンのランプにより基板２が加熱される。このとき、Ｏ２(酸素)は加熱エネルギーによって活性化し、Ｏ（酸素）ラジカルとなる。酸素ラジカルは基板２のＳｉ（シリコン：珪素）と反応し、ＳｉＯ２（二酸化珪素）となって、基板の酸化が進行する。上部のランプは基板２上におよそ同心円状にゾーン分割されており、ある程度拡がりを持った形で、基板２を加熱している。また、基板２は同心円状に配置されたランプの中心軸を回転軸として加熱された状態で回転されるため、基板２上の任意の位置ｉは、各ゾーンのランプ電力の平均値ＬＰ１〜ＬＰ６が一定の寄与率を持って加熱していると考えられる。つまり基板位置ｉでの酸化膜成長レートＤｉは、各ゾーンのランプ電力の平均値ＬＰ１〜ＬＰ６の関数として、式１で近似できる。
【００３３】
Ｄｉ＝ａｉ１×ＬＰ１＋ａｉ２×ＬＰ２＋ａｉ３×ＬＰ３＋ａｉ４×ＬＰ４＋ａｉ５×ＬＰ５＋ａｉ６×ＬＰ６＋Ｂｉ                      ・・・（１）
（ここで、ａｉ１〜ａｉ６、Ｂｉは一定の定数）
基板２の処理結果は、例えば、図３（ｂ）に示す基板２上の９つの測定点について酸化膜厚を測定した。９つの測定点は、基板２の直径を両端部の境界部を除いて８等分した測定点としている。
【００３４】
結果として与えられる、この９点の測定データで基板２の中心から半径方向に同じ距離のデータに関しては、平均値を求めることにより、５点のデータに集約できる。従って、式１を半径方向に５点の位置について、拡張すると下記に示す式２となる。
【数２】
2007123643.tif 000003
【００３５】
式２における、ａｉ１〜ａｉ６、Ｂｉ、（ただしｉ＝１、２、３、４、５）に対して、
１）モニター基板２のモニター処理を行って測定される９点に対しウエハ中心から同一距離となる酸化膜厚を平均化した５点の成長レートを算出（Ｄｉ）し、
２）酸化膜形成ステップの各ゾーンのランプ電力の平均値ＬＰ１〜ＬＰ６を算出し、
３）長期間（本実施の形態では１週間以上）の管理データを元に重回帰分析により、式２の係数ａｉ１〜ａｉ６と定数Ｂｉを処理レシピ毎に算出すること
により式２の各パラメータを重回帰分析により求めることが出来る。
【００３６】
以上のように本実施の形態１によれば、加熱器３の各ゾーンのランプの消費電力分布を求め、その結果から予測式（式２）により膜厚プロファイルを算出するという構成を設けることにより、膜厚プロファイル変化を検知し、異常を検知することができる。そのため、温度測定値は正常値を示しているが膜厚プロファイルに変化を生じさせる装置異常が発生した場合にも異常検知が可能になる。
【００３７】
なお、本実施の形態１では加熱器３としてハロゲンランプを使用し、加熱用ランプの消費電力により膜厚プロファイルの変化を検出したが、加熱器の形態にかかわらず、消費エネルギーの検出により膜厚プロファイルの変化を検出可能である。
［実施の形態２］
本実施の形態２では、上記実施の形態１におけるプロセスモデルの予測式を、反応炉１内圧力を加えて、形成する方法を説明する。なお、本実施の形態２の成膜装置及び成膜方法の要部は実施の形態１と同一であるので省略する。
【００３８】
図４は酸化膜の成膜レシピで反応炉１内力を高い状態と低い状態とでモニター基板２を酸化した場合の酸化膜厚プロファイルである。反応炉１内圧力が低い状態よりも、反応炉１内圧力が高い状態の方が、基板２の中心部分での膜厚が薄くなっていることがわかる。これは、酸化に寄与する酸素ラジカルの濃度に関係していると考えられ、図５のような酸素ラジカル分布となっていることが推測される。本実施の形態２では、反応炉１内圧力によって酸素ラジカルの濃度分布が変化する性質を利用し、プロセスモデルに反応炉１内圧力を加える。
【００３９】
つまり、基板２上の任意の位置ｉは、各ゾーンのランプ電力の平均値ＬＰ１〜ＬＰ６が一定の寄与率を持って加熱しており、ｉの位置での酸素ラジカル濃度は反応炉１内圧力の平均値Ｐに一定の係数を掛けた値と考えられる。したがって、基板位置ｉでの酸化膜成長レートＤｉは、式３で近似できる。
【００４０】
Ｄｉ＝ａｉ１×ＬＰ１＋ａｉ２×ＬＰ２＋ａｉ３×ＬＰ３＋ａｉ４×ＬＰ４＋ａｉ５×ＬＰ５＋ａｉ６×ＬＰ６＋ａｉ７×Ｐ＋Ｂｉ        ・・・（式３）
（ここで、ａｉ１〜ａｉ７、Ｂｉは一定の定数）
基板２の処理結果は、本実施の形態２では図３（ｂ）に示す基板２上の測定点について酸化膜厚を測定した結果として与えられる。この９点の測定データで基板２の中心から半径方向に同じ距離のデータに関しては、平均値を求めることにより、５点のデータに集約できる。従って、式３を半径方向に５点の位置について、拡張すると下記に示す式４となる。
【数４】
2007123643.tif 000004
【００４１】
式４における、ａｉ１〜ａｉ７、Ｂｉ、（ただしｉ＝１、２、３、４、５）に対して、
１）モニター基板２のモニター処理を行って測定される９点に対しウエハ中心から同一距離となる酸化膜厚を平均化した５点の成長レートを算出（Ｄｉ）し、
２）酸化膜形成ステップの各ゾーンのランプ電力の平均値ＬＰ１〜ＬＰ７，反応炉１内圧力の平均値Ｐを算出し、
３）長期間（本実施の形態では１週間以上）の管理データを元に重回帰分析により、式２の係数ａｉ１〜ａｉ７と定数Ｂｉを処理レシピ毎に算出すること
により式４の各パラメータを重回帰分析により求めることが出来る。
【００４２】
図６に、本予測式による膜厚プロファイルの検証結果を示す。また、予測結果と実測値の長期トレンドを図７に示す。図６から膜厚プロファイルの特徴が良く近似されており、また図７より長期にわたって、成膜の面内不均一性データの予測値と実績値が一致していることが判る。
【００４３】
以上のように本実施の形態２によれば、基板温度や基板表面近傍のガス濃度分布の変動を検知する手段として、加熱器３のランプの消費電力（パワー）分布と反応炉（チャンバー）１内の圧力を測定し、その結果から予測式（式４）により膜厚プロファイルを算出するという構成を設けることにより、膜厚プロファイル変化を検知することができる。そのため、温度測定値は正常値を示しているが膜厚プロファイルに変化を生じさせる装置異常が発生した場合にも異常検知が可能になる。
【００４４】
なお、本実施の形態２では、反応炉１内圧力を用いたが、本発明の趣旨は基板２上の酸素ラジカルの分布を変動させることに有るので、ランプ電源１０による加熱器３の各ゾーンのランプ電力の制御、圧力制御バルブ（圧力制御手段）１４による反応炉１内の圧力を制御に加えて、マスフローコントローラ（マスフロー制御手段）１５による反応炉１内に導入されるプロセスガスの流量の制御、レギュレータ（マスフロー制御手段）によるプロセスガス中の酸素濃度、あるいは気体組成を制御しても良い。
【００４５】
また、所望の膜厚プロファイルに近づけるため、各パラメータを制御し変動させても良い。
［実施の形態３］
本実施の形態３では、図８に示すように、基板支持部４を、基板２を支持し加熱中毎分１００回転程度の一定の回転数で回転するとともに、基板２の平面方向に移動可能としており、基板支持部４をＸ方向駆動軸３０とＹ方向駆動軸３１で駆動することができることとしている。なお、図８において図１の実施の形態１の構成と同一の構成には同一の符号を付している。
【００４６】
この構成により、反応炉１内に搬送され基板保持部４で保持される基板２の熱処理時に、基板保持部４は回転もしくは静止状態において、Ｘ方向駆動軸３０及びＹ方向駆動軸３１の駆動により、基板２は反応炉１内を所望の位置に移動する。
【００４７】
この動作により基板２表面上のプロセスガスによる酸素ラジカル分布状況が変動し、膜厚プロファイルを変動させる。
前記実施の形態１または実施の形態２により得られた予測式（プロセスモデル）に基板２位置を組み込むことにより、能動的に変動を与えることが可能となる。
【００４８】
以上のように本実施の形態３によれば、基板２温度や基板２表面近傍のガス濃度分布の変動を変化させる手段（基板表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御する手段）として、基板支持部４の位置を移動させる構成、または基板２を回転する回転面を偏芯させる構成とすることにより、膜厚プロファイル変化を能動的に実施することができる。そのため、所望の膜厚プロファイルから予測値が変動した場合でも、所望の膜厚プロファイルに合わせ込むことが可能である。
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４では、成膜装置の加熱器とプロセスガス供給口を変更している。
【００４９】
図９において、４０は、反応炉１上部に複数放射状のゾーンに設置された加熱器３を構成するランプであり、加熱器の各ランプ４０間に、基板２表面にプロセスガスを導入するプロセスガス供給口４１が設置され、その結果、プロセスガス供給口４１は、基板２上面に位置している。
【００５０】
次にその動作を説明する。
熱処理時において、基板２上面に位置するプロセスガス供給口４１よりプロセスガスが供給され、側面の排気口１２より排気される。その間、基板保持部４が回転もしくは静止している状態において、所望のプロセスガスによるラジカル分布を形成するために、各供給口４１よりそれぞれ導入されるプロセスガス供給量を変動させる。また気体組成（ガス濃度や組成）を変動させても良い。
【００５１】
この動作により基板２表面上のプロセスガスによるラジカル分布状況が変動し、膜厚プロファイルを変動させる。
前記実施の形態１または実施の形態２により得られた予測式（プロセスモデル）に各プロセスガス供給口４１よりそれぞれ導入されるプロセスガス供給量を組み込むことにより、能動的に変動を与えることが可能となる。
【００５２】
以上のように本実施の形態４によれば、基板温度や基板表面近傍のガス濃度分布の変動を変化させる手段（基板表面近傍の酸素ラジカル濃度を制御する手段）として、加熱器の各ランプ４０間にプロセスガス供給口４１を設置し、各プロセスガス供給口４１よりそれぞれ導入されるプロセスガスの流量（供給量）を変動させること、またはプロセスガス吸気口４１より導入されるプロセスガスの気体組成を変動させることにより、膜厚プロファイル変化を能動的に実施することができる。そのため、所望の膜厚プロファイルから予測値が変動した場合でも、所望の膜厚プロファイルに合わせ込むことが可能である。
【００５３】
上記実施の形態１〜４で説明したプロセスガスとして、酸素の例を取り上げたが、酸素に水素を加えたスチーム酸化プロセスや、さらに窒素等の希釈ガスを加えたプロセスに関しても同様の実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の成膜装置及び成膜方法は、加熱器の各ゾーンのランプの消費電力分布を測定しその結果から膜厚プロファイルを算出するという構成を有し、半導体製造における成膜工程の成膜装置及び成膜方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における成膜装置の要部構成図である。
【図２】同成膜装置の処理フローおよび予測式構築フローである。
【図３】同成膜装置の熱処理プロセスの原理および基板上の測定点を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における成膜装置による酸化膜厚面内プロファイルである。
【図５】同成膜装置による酸素ラジカル分布図である。
【図６】同成膜装置の予測式による成膜プロファイルの検証結果を示す図である。
【図７】同成膜装置の予測結果と実測値の長期トレンドを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３における成膜装置の基板保持部の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態４における成膜装置の加熱器とプロセスガス供給口の構成図である。
【図１０】従来の成膜装置の要部構成図である。
【図１１】従来の成膜装置の処理フローである。
【符号の説明】
【００５６】
１    反応炉
２    基板
３    加熱器
４    基板支持部
５    パイロメータ
９    温度制御器
１０  ランプ電源
１１，４１  プロセスガス供給口
１２  排気口
１３  圧力計
１４  圧力制御バルブ
１５  マスフローコントローラ
１６  モニタリング機器
１７  データサーバー
１８  データベース
４０  ランプ
【図１】
2007123643.tif 000005
【図２】
2007123643.tif 000006
【図３】
2007123643.tif 000007
【図４】
2007123643.tif 000008
【図５】
2007123643.tif 000009
【図６】
2007123643.tif 000010
【図７】
2007123643.tif 000011
【図８】
2007123643.tif 000012
【図９】
2007123643.tif 000013
【図１０】
2007123643.tif 000014
【図１１】
2007123643.tif 000015