(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理装置の設定温度の作成方法において、
前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体における前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、
前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第１、第２合計の熱処理結果を測定する工程と、前記測定された合計の熱処理結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと
を有することを特徴とする熱処理装置設定温度の作成方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置設定温度の作成方法において、さらに、前記第２の熱処理がなされた前記被処理体に第３の熱処理を行うための第３の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされかつ前記求値された第２の設定温度で第２の熱処理がされた第３の試験被処理体に第３の校正前設定温度で第３の熱処理を行う工程と、前記第１、第２、および第３の熱処理がされた第３の試験被処理体における前記第１、第２、第３の合計の熱処理結果を測定する工程と、前記測定された合計の熱処理結果より前記第３の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップを有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置設定温度の作成方法。
【請求項３】
前記第１、第２の設定温度は、それぞれ対応する熱処理の間一定であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置設定温度の作成方法。
【請求項４】
前記第１、第２の設定温度は、それぞれ対応する熱処理の間変化するものであることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置設定温度の作成方法。
【請求項５】
前記熱処理装置は、複数のヒータそれぞれに対応する複数のゾーンを有してこの複数のゾーンにて前記被処理体を熱処理し、前記第１、第２の設定温度は、前記複数のゾーンそれぞれについて存在し、かつそれぞれ対応する熱処理の間変化しかつ前記各ゾーンでその変化のし方が異なるものであることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置設定温度の作成方法。
【請求項６】
前記熱処理装置は、複数のヒータそれぞれに対応する複数のゾーンを有してこの複数のゾーンにて前記被処理体を熱処理し、前記第１の熱処理は、熱酸化によるゲート酸化膜の形成工程であり、前記第２の熱処理は、前記熱酸化により形成されたゲート酸化膜の酸窒化膜化工程であり、前記第１、第２の設定温度は、前記複数のゾーンそれぞれについて存在することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置設定温度の作成方法。
【請求項７】
被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理装置の設定温度の作成方法において、
前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体に第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第１の試験被処理体において前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、
前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第２の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第２の熱処理の結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと
を有することを特徴とする熱処理装置設定温度の作成方法。
【請求項８】
被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理方法において、
前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体における前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、
前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第１、第２合計の熱処理結果を測定する工程と、前記測定された合計の熱処理結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、
前記求値された第１の設定温度にて前記被処理体上に前記第１の熱処理を行うステップと、
前記第１の熱処理がなされた被処理体上に前記求値された第２の設定温度にて第２の熱処理を行うステップと
を有することを特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
請求項８記載の熱処理方法において、さらに、前記第２の熱処理がなされた前記被処理体に第３の熱処理を行うための第３の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされかつ前記求値された第２の設定温度で第２の熱処理がされた第３の試験被処理体に第３の校正前設定温度で第３の熱処理を行う工程と、前記第１、第２、および第３の熱処理がされた第３の試験被処理体における前記第１、第２、第３の合計の熱処理結果を測定する工程と、前記測定された合計の熱処理結果より前記第３の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、
前記第１の熱処理がなされかつ前記第２の熱処理がなされた被処理体上に前記求値された第３の設定温度にて第３の熱処理を行うステップと
を有することを特徴とする請求項８記載の熱処理方法。
【請求項１０】
前記第１、第２の設定温度は、それぞれ対応する熱処理の間一定であることを特徴とする請求項８記載の熱処理方法。
【請求項１１】
前記第１、第２の設定温度は、それぞれ対応する熱処理の間変化するものであることを特徴とする請求項８記載の熱処理方法。
【請求項１２】
前記熱処理方法は、複数のヒータそれぞれに対応する複数のゾーンを有してこの複数のゾーンにて前記被処理体を熱処理する熱処理装置に適用され、前記第１、第２の設定温度は、前記複数のゾーンそれぞれについて存在し、かつそれぞれ対応する熱処理の間変化しかつ前記各ゾーンでその変化のし方が異なるものであることを特徴とする請求項８記載の熱処理方法。
【請求項１３】
前記熱処理方法は、複数のヒータそれぞれに対応する複数のゾーンを有してこの複数のゾーンにて前記被処理体を熱処理する熱処理装置に適用され、前記第１の熱処理は、熱酸化によるゲート酸化膜の形成工程であり、前記第２の熱処理は、前記熱酸化により形成されたゲート酸化膜の酸窒化膜化工程であり、前記第１、第２の設定温度は、前記複数のゾーンそれぞれについて存在することを特徴とする請求項８記載の熱処理方法。
【請求項１４】
被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理方法において、
前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体に第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第１の試験被処理体において前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、
前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第２の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第２の熱処理の結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、
前記求値された第１の設定温度にて前記被処理体上に前記第１の熱処理を行うステップと、
前記第１の熱処理がなされた被処理体上に前記求値された第２の設定温度にて第２の熱処理を行うステップと
を有することを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体に膜を形成するなどの熱処理を行うための熱処理装置設定温度の作成方法、および熱処理方法に係り、特に、特定の熱処理によって膜を精度よく形成するのに適する熱処理装置設定温度の作成方法、および熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などを製造するプロセスにおいて、ウエハを熱処理しその表面に特定の膜を形成する工程は欠かせない。このような工程で比較的高温（例えば７５０℃から９００℃程度）の熱処理装置内でなされるものには、例えば、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス、酸化・拡散プロセスなどがある。
【０００３】
熱処理装置は、通常、複数のウエハを棚状に配列して保持するウエハボートと呼ばれる保持具と、この保持具を収納し取り囲む筒状の反応管と、この反応管の側面を囲む環体上でその軸方向に分割された複数のヒータとを有し、さらに反応管に反応ガスを導入するガス導入管と、反応管から排ガスを除去するための排気管とを備えている。
【０００４】
ヒータには、所定のパワーが供給されて、成膜のためのウエハ温度を保つよう制御がなされている。ここで、実際には、膜形成途上におけるウエハ温度そのものを測定することが困難であることから、その代替となる部位の測定温度を用いるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなヒータ出力の制御は、精度を確保してウエハ上に成膜などの熱処理を行うための必須条件である。以下では、熱処理の代表として、成膜工程を例に挙げ説明する。
【０００６】
成膜工程では、ウエハ温度が設定とわずかでも異なることにより、膜厚、膜質が変化する。例えば、ある成膜工程では、その温度の１℃の違いは形成膜厚の０．１ｎｍの違いになる。したがって、ある膜の厚さが全体で数ｎｍから数十ｎｍ程度の場合では、数百℃に対して少なくとも数℃以内の制御が必要である。
【０００７】
また、熱処理する複数のウエハの配列方向に分割された複数のヒータそれぞれの制御は、その設定温度を含めて異なるようにするのが普通である。これは、例えば、反応ガスの濃度がガス導入側から排気側へ一定の流れが与えられていることから反応管内において均一にはならず、このため、反応管のいずれの部位においても同一の温度制御を行うと反応管内での各ウエハ上の膜厚がかえって不均一になるからである。
【０００８】
このように、反応管内のウエハに一様かつ高精度の膜厚形成を行うためには複数のヒータに対応する反応管内の設定温度を最適化（校正を何度か行い許容範囲内の膜厚が得られるようにすること）することが必要である。
【０００９】
設定温度を最適化するには、例えば、反応管内に複数の試験ウエハを載置してある設定温度で膜形成を行い、その成膜結果を測定器で測定し、所望の膜厚からの誤差により複数のヒータに対応する反応管内の設定温度をシフトする方法を用いることができる。シフトされた設定温度により再び試験ウエハを用いて同様に行い、所望の膜厚からの誤差が仕様内に収まるまで繰り返す。このようにして収束した設定温度が、複数のヒータに対応する反応管内の最適化された設定温度である。
【００１０】
ところで、半導体製造プロセスにおいては異種の膜を積層して形成することがなされる。このような場合、それぞれの膜形成プロセスについて複数のヒータに対応する反応管内の最適化された設定温度を求めればよい。
【００１１】
すなわち、例えば、第１の膜を形成しその上に第２の膜を形成する場合でいえば、まず、第１の膜形成について、上記の手法で複数のヒータに対応する反応管内の最適化された設定温度を求める。次に、その最適化された設定温度で第１の膜が形成されたウエハを用いて、第２の膜形成について、上記の手法で複数のヒータに対応する反応管内の最適化された設定温度を求める。このように形成する膜ごとに独立して設定温度の最適化を行うことができる。
【００１２】
しかしながら、半導体製造プロセスにおいては第１の膜と第２の膜とが連続的に形成されなければならない場合がある。「連続的に」とは、熱処理装置にウエハをロードして第１の膜を成長させたあと、熱処理装置からウエハを一旦アンロードさせることなく引き続き第２の膜を形成することをいう。
【００１３】
このような場合は、第１および第２の膜が形成されたウエハについてしか成膜結果を測定器で測定することができない。したがって、上記に述べた形成する膜ごとの独立しての設定温度の最適化手法を用いることができない。
【００１４】
さらに、この場合において、第１の膜と第２の膜との成膜結果の測定には２通りの場合が考えられる。すなわち、ひとつは、第１の膜と第２の膜とが形成されたウエハにおいて、個々の膜厚を区別して測定することができずそれら２つの膜を合計した膜厚のみ測定できる場合である（例えば、窒化膜上にもうひとつの窒化膜を形成する場合）。もうひとつは、第１の膜と第２の膜とが形成されたウエハにおいて、いずれの膜も区別して膜厚を測定できる場合である（例えば、酸化膜上に窒化膜を形成する場合）。
【００１５】
前者では、成膜結果を第１か第２かいずれかの膜形成のための設定温度の最適化に用いることができるが、これによっては、第１の膜と第２の膜の合計膜厚については管理することができるようになるが個々の膜については膜厚管理がなされないことになる。また、成膜結果を第１および第２の膜形成の温度設定に適当に分配して設定温度の最適化をすることも考えられるが、実際には、その分配が適切であるかは不明であり、結果的に個々の膜について膜厚管理をしたことにはならない。
【００１６】
後者では、最適化する順序を適切に行う必要がある。すなわち、第１および第２の膜の形成に続いて第２の膜について設定温度の最適化を行い、その後第１の膜について設定温度の最適化を行うと、第１の膜についての設定温度の最適化が第２の膜についての設定温度の最適化の結果に影響を及ぼすおそれがある。それによっては、再び第２の膜について設定温度の最適化を行う必要があり、効率的な設定温度の最適化がなされなくなる。
【００１７】
以上では、熱処理として成膜工程を例に挙げ説明したが、これは、かかる熱処理装置で行う熱処理一般について言える。
【００１８】
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたもので、被処理体に成膜するなどの熱処理を行うための熱処理装置設定温度の作成方法、熱処理方法において、連続的に熱処理を行うことによる結果、例えば形成膜厚それぞれについて、反応管内の設定温度の最適化が可能な熱処理装置設定温度の作成方法、および熱処理方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、連続的に熱処理を行うことによる結果、例えば形成膜それぞれについての複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化が、熱処理装置内の被処理体同士の熱処理結果、例えば形成膜厚のばらつきが小さくなるよう考慮するものである熱処理装置設定温度の作成方法、および熱処理方法を提供することを目的とする。
【００２０】
また、連続的に熱処理を行うことによる結果、例えば形成膜それぞれについての複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化が、熱処理装置内の各被処理体間の熱処理結果、例えば形成膜厚のばらつきが小さくなりかつ各被処理体内の熱処理結果、例えば形成膜厚のばらつきも小さくなるよう考慮するものである熱処理装置設定温度の作成方法、および熱処理方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る熱処理装置設定温度の作成方法は、被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理装置の設定温度の作成方法において、前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体における前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第１、第２合計の熱処理結果を測定する工程と、前記測定された合計の熱処理結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップとを有することを特徴とする。
【００２２】
すなわち、まず、連続的に行う第１および第２の熱処理のうち第１のもののみを抜き出して処理を行い、第１の熱処理がされた被処理体の熱処理結果を測定することによりこの第１の熱処理について反応管内の設定温度の最適化を行う。
【００２３】
次に、その最適化された設定温度を適用して、第１および第２の熱処理を連続して行い、その第１および第２の熱処理がされた被処理体の合計の熱処理結果を測定する。これにより、第２の熱処理について設定温度の最適化を行う。第１の熱処理については、その設定温度はすでに最適化されたものであるので、結果的に第２の熱処理についても反応管内の設定温度の最適化がなされることになる。
【００２４】
したがって、連続的に形成される膜それぞれについての複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化が可能になる。
【００２５】
また、さらに、前記第２の熱処理がなされた前記被処理体に第３の熱処理を行うための第３の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされかつ前記求値された第２の設定温度で第２の熱処理がされた第３の試験被処理体に第３の校正前設定温度で第３の熱処理を行う工程と、前記第１、第２、および第３の熱処理がされた第３の試験被処理体における前記第１、第２、第３の合計の熱処理結果を測定する工程と、前記測定された合計の熱処理結果より前記第３の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップを有することを特徴とする。
【００２６】
これは、連続的に３つの熱処理を行う場合の方法であり、考え方は同様である。
すなわち、第１の熱処理結果について反応管内の設定温度の最適化が行われ、これを適用して第１および第２の熱処理結果について反応管内の設定温度の最適化が行われ、さらに、これを適用して第１、第２、および第３の熱処理結果について反応管内の設定温度の最適化が行われる。結果的に、第１、第２、第３の熱処理結果ともに管理できるようになる。なお、連続的に４つ以上の熱処理を行う場合についても同様に対処することが可能である。
【００２７】
また、前記第１、第２、または第３の設定温度は、それぞれ対応する熱処理の間一定とすることができる。これによれば、熱処理装置内の被処理体同士の熱処理結果、例えば形成膜厚のばらつきを小さくすることができる。各被処理体内での平均的な膜厚は、その温度の高低に依存して決定されるからである。
【００２８】
また、前記第１、第２、または第３の設定温度は、それぞれ対応する熱処理の間変化するものであるとすることができる。これによれば、熱処理装置内の被処理体同士の熱処理結果、例えば形成膜厚のばらつきを小さくすることに加えて、各被処理体内での熱処理結果、例えば形成膜厚のばらつきをも小さくすることができる。設定温度を熱処理中に変化させることにより、被処理体中を伝わる熱の伝導速度を利用し被処理体の外周部と中心部とで適切な温度勾配を生じさせられるからである。すなわち、被処理体の外周部と中心部とでは、成膜ガスの濃度など成膜条件が異なるのを適切な温度勾配により相殺しようとするものである。
【００２９】
また、前記第１、第２、または第３の設定温度は、それぞれ対応する熱処理の間変化しかつ複数のヒータそれぞれに対応する各ゾーンでその変化のし方が異なるものであるとすることができる。これは、上記の場合の加えて、熱処理条件が、棚状に載置された被処理体の配列方向でさらに異なる場合にも対応するものである。
【００３０】
また、好ましい実施態様として、請求項１記載の熱処理装置設定温度の作成方法において、前記熱処理装置は、複数のヒータそれぞれに対応する複数のゾーンを有してこの複数のゾーンにて前記被処理体を熱処理し、前記第１の熱処理は、熱酸化によるゲート酸化膜の形成工程であり、前記第２の熱処理は、前記熱酸化により形成されたゲート酸化膜の酸窒化膜化工程であり、前記第１、第２の設定温度は、前記複数のゾーンそれぞれについて存在する方法を挙げることができる。
【００３１】
また、本発明に係る熱処理装置設定温度の作成方法は、被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理装置の設定温度の作成方法において、前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体に第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第１の試験被処理体において前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第２の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第２の熱処理の結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップとを有することを特徴とする。
【００３２】
すなわち、まず、連続的に第１および第２の熱処理を行い、第１および第２の熱処理がされた被処理体の第１の熱処理結果を測定することによりこの第１の熱処理について反応管内の設定温度の最適化を行う。
【００３３】
次に、その最適化された設定温度を適用して、第１および第２の熱処理を連続して行い、その第１および第２の熱処理がされた被処理体の第２の熱処理結果を測定する。これにより、第２の熱処理について反応管内の設定温度の最適化を行う。
【００３４】
したがって、連続的になされる熱処理結果それぞれについての反応管内の設定温度の最適化が可能になる。この場合において、先になされる第１の熱処理について設定温度の最適化がまずなされ、次に、後からなされる第２に熱処理について設定温度の最適化がなされているので、再び第１の熱処理について設定温度の最適化をする必要が生ずることがなく、効率的に反応管内の設定温度の最適化がなされる。
【００３５】
また、本発明に係る熱処理方法は、被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理方法において、前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体における前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第１、第２合計の熱処理結果を測定する工程と、前記測定された合計の熱処理結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、前記求値された第１の設定温度にて前記被処理体上に前記第１の熱処理を行うステップと、前記第１の熱処理がなされた被処理体上に前記求値された第２の設定温度にて第２の熱処理を行うステップとを有することを特徴とする。
【００３６】
この熱処理方法は、先に述べた熱処理装置設定温度の作成方法により得られた設定温度を用いて熱処理装置を運転し被処理基板に熱処理するものである。
【００３７】
この場合において、連続的に３つ以上の熱処理をする場合も上記と同様になすことができる。
【００３８】
また、前記第１、第２、または第３の設定温度の設定温度についても上記と同様に、それぞれ対応する熱処理の間一定とする、それぞれ対応する熱処理の間変化する、それぞれ対応する熱処理の間変化しかつ前記各ゾーンでその変化のし方が異なるのいずれも用いることができる。
【００３９】
また、好ましい実施態様として、請求項８記載の熱処理方法は、複数のヒータそれぞれに対応する複数のゾーンを有してこの複数のゾーンにて前記被処理体を熱処理する熱処理装置に適用され、前記第１の熱処理は、熱酸化によるゲート酸化膜の形成工程であり、前記第２の熱処理は、前記熱酸化により形成されたゲート酸化膜の酸窒化膜化工程であり、前記第１、第２の設定温度は、前記複数のゾーンそれぞれについて存在することを特徴とする方法を挙げることができる。
【００４０】
また、本発明に係る熱処理方法は、被処理体に連続的に第１、第２の熱処理を行う熱処理方法において、前記被処理体に第１の熱処理を行うための第１の設定温度を、第１の試験被処理体に第１の校正前設定温度で第１の熱処理を行う工程と、前記第１の熱処理がされた第１の試験被処理体に第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第１の試験被処理体において前記第１の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第１の熱処理結果より前記第１の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、前記第１の熱処理がなされた前記被処理体に第２の熱処理を行うための第２の設定温度を、前記求値された第１の設定温度で第１の熱処理がされた第２の試験被処理体に第２の校正前設定温度で第２の熱処理を行う工程と、前記第１および第２の熱処理がされた第２の試験被処理体における前記第２の熱処理の結果を測定する工程と、前記測定された第２の熱処理の結果より前記第２の校正前設定温度を校正する工程とから求値するステップと、前記求値された第１の設定温度にて前記被処理体上に前記第１の熱処理を行うステップと、前記第１の熱処理がなされた被処理体上に前記求値された第２の設定温度にて第２の熱処理を行うステップとを有することを特徴とする。
【００４１】
この熱処理方法も、先に述べた熱処理装置設定温度の作成方法により得られた設定温度を用いて熱処理装置を運転し被処理基板に熱処理するものである。
【００４２】
さらに、熱処理方法における各ステップを実行する物理的構成を有することにより熱処理装置を得ることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図１は、本発明のひとつの実施形態を説明するための構成図である。同図に示すように、この実施形態は、反応管１１およびその付帯部、状態推定部３７、制御部３８、並びにオフラインで使用する最適化部３９を有するひとつのシステムである。反応管１１およびその付帯部は正面断面図で示してあり、状態推定部３７、制御部３８、および最適化部３９はブロック図で示してある。
【００４５】
反応管１１は、上端がふさがれており、下端がベースプレート１７の下側でマニホールド１６の上端に気密に接合されている。内管１２は、上端が開口されており、下端がマニホールド１６の内方側に支持されている。
【００４６】
反応管１１では、多数枚例えば１５０枚の被処理体であるウエハ１４がおのおの水平の状態で上下方向に間隔をおいて保持具であるウエハボート１３に棚状に載置されて配列され、このウエハボート１３は蓋体１８の上に保温筒（断熱体）１５を介して保持されている。蓋体１８は、ウエハボート１３を反応管１１内に搬入、搬出するためのボートエレベータ１９の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマニホールド１６の下端開口部、すなわち反応管１１とマニホールド１６とで構成される処理容器の下端開口部を閉塞する。
【００４７】
反応管１１の周囲には例えば抵抗加熱体よりなるヒータ２２〜２６が環体状に設けられており、ヒータ２２〜２６は図示のようにその軸方向（ウエハ１４の配列方向）に分割されている。これらのヒータ２２〜２６は、制御部３８によりそれぞれ独立に発熱量を制御され得る。
【００４８】
マニホールド１６には、内管１２内にガスを供給するためのガス供給管２０が設けられ、また、マニホールド１６には、内管１２と反応管１１との間隙から排気するように排気管２１が接続されている。ガス供給管２０は、異種のガスを供給するため、通常、複数設けられるが、簡略のためひとつのみ表示している。排気管２１の途中には圧力調整部（図示せず）が設けられ、これにより反応管１１内の圧力が調整される。
【００４９】
ヒータ２２〜２６の内側面には、外部熱電対２７〜３１がそれぞれ設けられその部位の温度を検出する。また、内管１２の内面には内部熱電対３２〜３６がそれぞれ外部熱電対２７〜３１に対応するように設けられ、その部位の温度を検出する。
【００５０】
外部熱電対２７〜３１、および内部熱電対３２〜３６により検出された温度は状態推定部３７に導かれる。また、状態推定部３７には、制御部３８により各ヒータ２２〜２６を制御する制御量も導かれている。状態推定部３７は、これらの温度および制御量から反応管１１で熱処理されているウエハ１４の状態（この場合は温度）を推定するものである。このような推定を行うのは、実際にウエハ１４に熱処理を施している間のその温度を直接測定することが非常に困難であり、かつ、ウエハ１４の温度はそこに形成される膜の成長に直接関与するパラメータでありしたがってこれを制御することが本来的に必要だからである。
【００５１】
この推定のためには、ヒータ２７〜３１への制御量、外部熱電対２７〜３１の検出温度、および内部熱電対３２〜３６の検出温度を基にウエハ１４の温度を推定するモデルをあらかじめ求めておき、このモデルを状態推定部３７に保持させておく。これにより、状態推定部３７は、反応管１１およびその付帯部の熱的モデル部となり、ヒータ２７〜３１への制御量、外部熱電対２７〜３１の検出温度、および内部熱電対３２〜３６の検出温度の入力によりウエハ１４の温度を推定することができる。
【００５２】
なお、推定されるウエハ１４の温度は、上記モデルの設定のし方によりウエハボート１３に載置されるウエハ１４のうち任意の位置に載置される複数のものについて、推定対象とすることができる。以下の説明では、推定対象の数（位置）を５とし、その位置をウエハボート１３のそれぞれ上部、中上部、中部、中下部、下部のものとする。
【００５３】
さらに、推定されるウエハ１４の温度は、上記モデルの設定のし方により、ウエハ１４内の特定の２箇所以上の位置についてその対象とすることもできる。特定の位置には、例えばウエハ１４の外周部と中心部の２箇所とするのを例示することができる。このような２箇所を選ぶと、被処理体中を伝わる熱の伝導速度を利用しウエハ１４の外周部と中心部とで適切な温度勾配を生じさせる場合に有用となる。
【００５４】
推定されたウエハ１４の温度は制御部３８に導かれる。制御部３８では、設定温度と比較し、適切な制御量を算出し、算出された制御量を各ヒータ２２〜２６、および状態推定部３７に与える。
【００５５】
この設定温度は、通常の半導体製造においては最適化されたものを用いる。最適化とは、上記でも述べたように、校正を何度か行い許容範囲内の熱処理結果、例えば所定の膜厚の膜が得られるようにすることをいう。本発明では、この最適な設定温度を求める手法に特徴がある。このため、通常の半導体製造に先立ち、図１（ａ）に示す装置に試験のためのウエハを載置し膜形成プロセスを実際に動作させ、その試験ウエハの成膜結果を得る。成膜結果は、同図（ｂ）に示すように、オフラインの最適化部３９に入力され、これにより最適化部３９は、修正設定温度を出力する。この修正設定温度を同図（ａ）に示す装置に適用し再び同様にして成膜結果を得る。なお、最適化部３９には、パーソナルコンピュータに所定のプログラムを組み込んだものを用いることができる。
【００５６】
なお、図１（ａ）に示す装置の実際は、これ以外に制御すべきものとしてガス供給管２０からのガス流量、反応管１１内の圧力などがあり、これらの制御もなされる。これらの部分は、本発明としての動作に直接は関係しないので図示を省略する。
【００５７】
ちなみに、上記の設定温度、ガス流量、反応管１１内の圧力などは、熱処理たる成膜工程の成膜すべき膜の種類・膜厚によりおのおの異なり、特定の成膜それぞれにおける設定温度、ガス流量、反応管１１内の圧力などについての処理手順をレシピと呼んでいる。本発明の説明には、ガス流量、反応管１１内の圧力などは直接関係せず、設定温度についての処理手順が関係する。
【００５８】
ここで、図１に示した実施形態における装置の設定温度の作成方法について図２ないし図４を参照して説明する。図２ないし図４は、連続的に形成されるふたつの膜それぞれについて、複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化を行う手順を示す流れ図である。このふたつの膜は積層され連続的に形成される。ここでの例では、積層された膜の厚さを個々に測定することはできず、合計の膜厚が測定できるのみである場合とする（例えば、窒化層にもうひとつの窒化層を積層する場合がこれに当たる。）。
【００５９】
このような積層膜について、膜厚仕様は、まず、合計膜厚である値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること（たとえば、中心値４ｎｍでそのばらつき０．５％以内）が課されているものとする。さらに、下層である第１の膜についてもある値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること（例えば、中心値１．５ｎｍでそのばらつき１％以内）が課されているものとする。
【００６０】
このような仕様が課されるときには、図２に示すように、まず下層である第１の膜を形成するための設定温度を最適化し（ステップ１２１）、次に上層の膜である第２の膜を形成するための設定温度を最適化する（ステップ１２２）。
【００６１】
第１の膜を形成する設定温度の最適化のためには、図３に示すように、まず、図１（ａ）に示した装置内の複数のウエハ（試験ウエハ）に第１の膜を成膜する（ステップ１３１）。複数のウエハには、上記に述べたウエハボート１３のそれぞれ上部、中上部、中部、中下部、下部のもの（計５枚）が含まれる。また、通常は、第１の膜の形成に引き続き（すなわち装置からウエハを一旦アンロードすることなく）第２の膜を形成するが、ここでは、第１の膜の成膜のみで止め、装置から試験ウエハをアンロードする。なお、ここでの第１の膜の成膜設定温度は、ごく標準的なもの（例えば制御すべき上記５つのウエハに対して同一の温度）を用いる。
【００６２】
アンロードされた試験ウエハは、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第１の膜の厚さが測定される（ステップ１３２）。この成膜結果を図１（ｂ）に示した最適化部３９に入力し（ステップ１３３）、これに対し最適化部３９は修正された設定温度を算出し出力する（ステップ１３４）。
【００６３】
この算出のためには、温度などのパラメータの値に対して成長する膜厚の物理的モデルをあらかじめ最適化部３９に組み込んでおき、これを用いて成膜結果と現在の設定温度とから適切と考えられる新たな設定温度を導出する手法を採ることができる。
【００６４】
修正設定温度を得たならば、これを適用して再び別の試験ウエハを用いて装置で第１の膜を成膜する（ステップ１３５）。そして、第１の膜の成膜のみで止めてその試験ウエハを装置からアンロードする。アンロードされた試験ウエハは、上記と同様に、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第１の膜の厚さが測定される（ステップ１３６）。
【００６５】
この測定結果は、上記で述べたウエハ対ウエハの仕様（例えば、中心値１．５ｎｍでそのばらつき１％以内）と比較される（ステップ１３７）。この仕様に収まれば第１の膜を形成するための第１の設定温度の最適化は終了する。ここで用いた設定温度が最適化された第１の設定温度である。
【００６６】
この仕様に収まらない場合は、ステップ１３３に戻りその測定結果を最適化部３９に入力しやり直す。このようにして、最終的に仕様内に収まる第１の膜を形成するための第１の設定温度が得られる。
【００６７】
このように、連続して形成されるふたつの膜のうち第１の工程のみを抜き出して成膜・測定し、第１の膜に課される仕様を満足できる第１の設定温度を決定することができる。
【００６８】
次に、上層の膜である第２の膜を形成するための設定温度を最適化する。このためには、図４に示すように、まず、装置内の複数のウエハ（試験ウエハ）に上記のように最適化された設定温度で第１の膜を成膜し、引き続き（すなわちアンロードすることなく）第２の膜を成膜する（ステップ１４１）。複数のウエハには、上記に述べたウエハボート１３のそれぞれ上部、中上部、中部、中下部、下部のものが含まれる。第２の膜を成膜する設定温度は、ごく標準的なもの（例えば制御すべき上記４つのウエハに対して同一の温度）を用いる。このようにして第１、第２の膜が積層的に形成されたら装置から試験ウエハをアンロードする。
【００６９】
アンロードされた試験ウエハは、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第１および第２の膜の合計厚が測定される（ステップ１４２）。上記で述べたように、この状態において、第１の膜、あるいは第２の膜を個別に膜厚測定はできない。この成膜結果を図１（ｂ）に示した最適化部３９に入力し（ステップ１４３）、これに対し最適化部３９は修正された設定温度を算出し出力する（ステップ１４４）。
【００７０】
この算出のためには、温度などのパラメータの値に対して成長する膜厚の物理的モデルをあらかじめ最適化部３９に組み込んでおき、これにより成膜結果と現在の設定温度とから適切と考えられる新たな設定温度を導出する手法を採ることができる。これは、第１の設定温度の最適化と同様である。
【００７１】
修正設定温度を得たならば、これを第２の膜形成に適用して再び別の試験ウエハを用いて装置で第１および第２の膜を連続的に成膜する（ステップ１４５）。このようにして第１、第２の膜が積層的に形成されたら装置から試験ウエハをアンロードする。
【００７２】
アンロードされた試験ウエハは、上記と同様に、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第１、第２の膜の合計厚が測定される（ステップ１４６）。
【００７３】
この測定結果は、上記で述べたウエハ対ウエハの仕様（例えば、中心値４ｎｍでそのばらつき０．５％以内）と比較される（ステップ１４７）。この仕様に収まれば第２の膜を形成するための第２の設定温度の最適化は終了する。ここで第２の膜形成に用いた設定温度が最適化された第２の設定温度である。
【００７４】
この仕様に収まらない場合は、ステップ１４３に戻りその測定結果を最適化部３９に入力しやり直す。このようにして、最終的に仕様内に収まる第２の膜を形成するための第２の設定温度が得られる。
【００７５】
以上のように、膜厚仕様（熱処理仕様）が、合計膜厚（合計熱処理結果）である値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、および下層である第１の膜（第１の熱処理結果）についてもある値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、が課される場合において、これらを満足する第１の設定温度、および第２の設定温度を求める（最適化する）ことができる。この場合、結果的に第２の膜の膜厚（第２の熱処理結果）についても管理されていることになる。
【００７６】
また、これらの設定温度を図１（ａ）に示す装置に適用すれば、このような仕様の膜を形成する半導体製造が可能になる。
【００７７】
なお、連続的に３つ以上の膜を積層的に形成する場合であって、これらの積層膜においては個々の膜厚を測定できない場合も、同様にしてそれぞれの設定温度を求める（最適化する）ことができる。
【００７８】
すなわち、３つの膜であれば、まず第１の膜の形成工程のみ抜き出し、第１の設定温度を最適化する。次に、最適化された第１の設定温度を適用して第１および第２の膜の形成工程のみを抜き出し、第２の設定温度を最適化する。最後に、最適化された第１および第２の設定温度を適用して第１、第２、および第３の膜の形成工程を実行し、第３の設定温度を最適化するという手順である。４つ以上の膜についても同様である。
【００７９】
次に、以上で説明した第１の設定温度、および第２の設定温度の最適化で用いる図１（ａ）に示した装置での試験ウエハの制御された温度変化について図５、図６を参照して説明する。
【００８０】
図５は、第１の膜を成膜する第１の設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラムである。同図（ａ）は、被処理ウエハに第１、第２の膜を形成するための名目的な温度変化を示している。すなわち、まず、被処理ウエハを８００℃に昇温して、ある程度の時間（例えば数分程度）で温度を安定化させ、次に、プロセス工程で第１の膜を成長させる。第１の膜を成長させたらアニールする。安定、プロセス、アニールの工程を通し制御温度は８００℃で一定である。
【００８１】
次に、温度を７６０℃に降下し、同様に、安定、プロセス、アニールの各工程を行う。この間、プロセス工程において第２の膜を成長させる。ここでも、安定、プロセス、アニールの工程を通じ制御温度は７６０℃で一定である。アニールを終えたら降温し、ウエハを装置からアンロードできる状態にする。
【００８２】
このような名目的な温度制御ダイヤグラムを有する第１および第２の膜の形成工程における、第１の膜を成膜する第１の設定温度（ここでは名目８００℃で一定）の最適化を、この温度制御ダイヤグラムで説明すると以下のようになる。
【００８３】
すなわち、同図（ｂ）に示すように、第１の膜を形成する工程のみを抜き出して、名目的な温度を設定温度として成膜する。この成膜結果に基づいて、「成膜結果を最適化部３９（図１に図示）に入力し、設定温度を修正し、修正された設定温度で成膜する」の手順を膜厚の仕様に収まるまで繰り返し、最終的に得られた設定温度が図５（ｃ）である。このように、例えば、ウエハボート１３の上部が８１０℃、中上部が８０５℃、中部が８０２℃、中下部が８００℃、下部が７９８℃と求められる。なお、図５（ｃ）においては、上部、中上部、中部、中下部、下部の温度の違いについて説明のため図示を誇張してある。以下の図においても同様の表示を行う。
【００８４】
このように、連続して形成されるふたつの膜のうち第１の工程のみを抜き出して成膜・測定し、第１の膜に課される仕様を満足できる第１の設定温度を決定することができる。
【００８５】
図６は、第２の膜を成膜する第２の設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラムである。この第２の膜を成膜する第２の設定温度（ここでは名目７６０℃で一定）の最適化を、この温度制御ダイヤグラムで説明すると以下のようになる。
【００８６】
すなわち、同図（ａ）に示すように、最適化された第１の膜を形成する工程に引き続き、第２の膜を形成する工程を名目的な温度を設定温度として成膜する。この成膜結果に基づいて、「成膜結果を最適化部３９（図１に図示）に入力し、設定温度を修正し、修正された設定温度で成膜する」の手順を膜厚の仕様に収まるまで繰り返し、最終的に得られた設定温度が図６（ｂ）である。このように、例えば、第２の膜を形成する工程はウエハボート１３の上部が７５５℃、中上部が７５８℃、中部が７５９℃、中下部が７６０℃、下部が７６２℃と求められる。
【００８７】
以上のように、膜厚仕様（熱処理仕様）が、合計膜厚（合計熱処理結果）である値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、および下層である第１の膜（第１の熱処理結果）についてもある値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、が課される場合において、これらを満足する第１の設定温度、および第２の設定温度を求める（最適化する）ことができる。この場合、結果的に第２の膜の膜厚（第２の熱処理結果）についても管理されていることになる。
【００８８】
次に、上記で述べた第１の設定温度、および第２の設定温度の最適化で用いる図１（ａ）に示した装置での試験ウエハの制御された温度変化であって、図５、図６に示したものとは異なるものについて図７、図８を参照して説明する。
【００８９】
図７は、第１の膜を成膜する第１の動的な設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラムである。同図（ａ）は、被処理ウエハ（被処理体）に第１、第２の膜を形成するための名目的な温度変化を示している。すなわち、まず、被処理ウエハを昇温して、ある程度の時間で温度を安定化させ、次に、プロセス工程で第１の膜を成長させる。第１の膜を成長させたらアニールする。
【００９０】
ここで、プロセスの工程においては、温度を多少降下させながら膜を成長させている。すなわち、ここでの温度設定は一定ではなく時間的に変化する動的なものであり、この動的な設定温度を最適化することを意図する。温度を多少降下させながら膜を成長させる目的は、ウエハの中心部の温度を高くし、これより温度が低い外周部を作り出すためである。
【００９１】
これによれば、装置内のウエハ同士の形成膜厚のばらつきを小さくすることに加えて、各ウエハ内での形成膜厚のばらつきをも小さくすることができる。設定温度を膜形成中に変化させることにより、ウエハ中を伝わる熱の速度を利用しウエハの外周部と中心部とで適切な温度勾配を生じさせられるからである。すなわち、ウエハの外周部と中心部とでは、成膜ガスの濃度など成膜条件が異なるのを適切な温度勾配により相殺しようとするものである。
【００９２】
つまり、このような膜形成中における降温を行わない場合は、ひとつのウエハ内における形成膜厚は、例えば、図９（ａ）に示すようになる。図９は、ウエハ内の膜厚が膜形成中における降温により均一化するのを説明する図である。図９（ａ）に示すように、通常、ウエハの中心部に形成される膜厚は外周部より薄くなる。これは、成膜ガス濃度の違いが主たる原因であり、成膜ガスがウエハの外周部より中心部に流れその間に成膜に消費され、ウエハの外周部から中心部にいくに従って徐々に成膜ガスの濃度が希薄になるためである。したがって、中心部において多少（例えば１ｎｍの数分の一程度）膜厚が薄くなる。（なお、以降において、図９（ａ）のような特性をカップ（ｃｕｐ）特性という。）
【００９３】
そこで、ウエハの温度を図９（ｂ）に示すようにその中心部が多少高く（例えば数℃高く）なるように制御する。このためには、図７（ａ）におけるプロセス１に示すように、膜形成中において多少降温する制御を行う（第１の膜形成）。熱は暖められたウエハの中心部から外周部に向かって伝導し、ウエハの中心部から外周部に向かって温度が下降する温度勾配が作り出される。この結果として、図９（ｃ）に示すように成膜される結果、すなわち形成膜厚は、ウエハ内において均一性の高い膜厚を得ることができる。
【００９４】
図７（ａ）の説明に戻り、次に、温度を第２の膜形成のため降下し、同様に、安定、プロセス、アニールの各工程を行う。ここでも、プロセス２の工程においては、温度を多少降下させながら膜を成長させている。すなわち、この動的な設定温度を最適化することを意図する。アニールを終えたら降温し、ウエハを装置からアンロードできる状態にする。
【００９５】
このような名目的な温度制御ダイヤグラムを有する第１および第２の膜の形成工程における、第１の膜を成膜する第１の動的な設定温度の最適化を、この温度制御ダイヤグラムで説明すると以下のようになる。
【００９６】
すなわち、図７（ｂ）に示すように、第１の膜を形成する工程のみを抜き出して、名目的な温度を動的な設定温度として成膜する。この成膜結果に基づいて、「成膜結果を最適化部３９（図１に図示）に入力し、動的な設定温度を修正し、修正された動的な設定温度で成膜する」の手順を膜厚の仕様に収まるまで繰り返し、最終的に得られた動的な設定温度が図７（ｃ）である。このように、例えば、ウエハボート１３の上部がダイヤグラム１７１、下部がダイヤグラム１７２と求められる。なお、ここでは、中上部、中部、中下部についての設定温度のダイヤグラムの表示を省略してあるが同様に決定することができる。
【００９７】
このように、連続して形成されるふたつの膜のうち第１の工程のみを抜き出して成膜・測定し、第１の膜に課される仕様（この場合では、ウエハ同士の膜厚ばらつきの仕様と、ウエハ内における膜厚ばらつきの仕様）を満足できる第１の動的な設定温度を決定することができる。
【００９８】
図８は、第２の膜を成膜する第２の動的な設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラムである。この第２の膜を成膜する第２の動的な設定温度の最適化を、この温度制御ダイヤグラムで説明すると以下のようになる。
【００９９】
すなわち、同図（ａ）に示すように、最適化された第１の膜を形成する工程に引き続き、第２の膜を形成する工程を名目的な温度を動的な設定温度として成膜する。この成膜結果に基づいて、「成膜結果を最適化部３９（図１に図示）に入力し、動的な設定温度を修正し、修正された動的な設定温度で成膜する」の手順を膜厚の仕様に収まるまで繰り返し、最終的に得られた動的な設定温度が図８（ｂ）である。このように、例えば、ウエハボート１３の上部がダイヤグラム１８１、下部がダイヤグラム１８２と求められる。なお、ここでは、中上部、中部、中下部についての設定温度のダイヤグラムの表示を省略してあるが同様に決定することができる。
【０１００】
以上のように、膜厚仕様（熱処理仕様）が、合計膜厚（合計熱処理結果）である値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、および下層である第１の膜（第１の熱処理結果）についてもある値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、が課され、かつ、ウエハ内における膜厚ばらつきがある値以内であることが課される場合において、これらを満足する第１の動的な設定温度、および第２の動的な設定温度を求める（最適化する）ことができる。この場合、結果的に第２の膜の膜厚（第２の熱処理結果）についても管理されていることになる。
【０１０１】
なお、このような動的な設定温度の最適化は、設定温度を動的にしない場合に形成される膜厚が、ウエハボート１３（図１に図示）の上方部では図１０（ａ）に示すようになり、中間部では図１０（ｂ）に示すようになり、下方部では図１０（ｃ）に示すようになる場合においても、これらの膜厚がより均一に形成されるように行うことができる。なお、図１０は、ウエハボート内のウエハ上における膜厚の分布の一例を示す図である。
【０１０２】
ここで、このような膜厚の形成は、成膜条件の反応管内における違いが複合的である場合に生じる。例えば、図９（ａ）に示した通常生じるカップ特性の要因に加え、反応管の上方からもガスを導入する場合において、このガスが反応管内で徐々に分解されることにより膜形成に寄与するものになるときに生じる。
【０１０３】
すなわち、このときは、ウエハの外周部より中心部で膜厚が厚くなる（これを以降、キャップ（ｃａｐ）特性という。）要因が付加されるが、それもウエハボートの下方に向かっては外周部と中心部とで膜厚の違いにあまり影響を与えなくなるものである。このような付加要因を図１に示す熱処理装置のもともとのカップ特性と重畳すると、ウエハボート上方では、キャップ特性が優り重畳してキャップ特性となる（図１０（ａ））。ウエハボート中間部では、キャップ特性とカップ特性とが相殺してほぼ平坦な特性となる（図１０（ｂ））。ウエハボート下方部では、カップ特性が優り重畳してカップ特性となる（図１０（ｃ））。
【０１０４】
図１０（ａ）〜（ｃ）に示した膜厚の分布を見てわかるように、これらの膜厚を均一にするには、ウエハボート上方のウエハに対しては、膜の成長時において多少昇温するような動的な温度設定を行う。ウエハボート中間部のウエハに対しては、膜の成長時においてほぼ静的な温度設定を行う。また、ウエハボート下方のウエハに対しては、膜の成長時において多少降温するような動的な温度設定を行う。
【０１０５】
これらの温度設定においても、上述したように、膜厚仕様（熱処理仕様）が、合計膜厚（合計熱処理結果）である値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、および下層である第１の膜（第１の熱処理結果）についてもある値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、が課され、かつ、ウエハ内における膜厚ばらつきがある値以内であることが課される場合において、これらを満足する第１の動的な設定温度、および第２の動的な設定温度を求める（最適化する）ことができる。この場合、結果的に第２の膜の膜厚（第２の熱処理結果）についても管理されていることになる。
【０１０６】
次に、図１に示した実施形態における熱処理装置の設定温度の作成方法であって図２ないし図４により説明したものとは異なる方法について図１１ないし図１３を参照して説明する。図１１ないし図１３は、連続的に形成されるふたつの膜それぞれについて、複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化を行う手順を示す流れ図であって、図２ないし図４に示したものとは異なるものである。このふたつの膜は積層され連続的に形成されるが、積層された膜の厚さを個々に測定することができる（例えば、酸化層に窒化層を積層する場合がこれに当たる。）。
【０１０７】
このような積層膜について、膜厚仕様は、まず、第１の膜の膜厚である値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること（たとえば、中心値１．５ｎｍでそのばらつき１％以内）が課されているものとする。さらに、上層である第２の膜についてもある値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること（例えば、中心値２．５ｎｍでそのばらつき１％以内）が課されているものとする。
【０１０８】
このような仕様が課されるときには、図１１に示すように、まず第１の膜を形成するための設定温度を最適化し（ステップ２２１）、次に上層の膜である第２の膜を形成するための設定温度を最適化する（ステップ２２２）。
【０１０９】
第１の膜を形成する設定温度の最適化のためには、図１２に示すように、まず、図１（ａ）に示した熱処理装置内の複数のウエハ（試験ウエハ）に第１および第２の膜を連続して成膜する（ステップ２３１）。複数のウエハには、上記に述べたウエハボート１３のそれぞれ上部、中上部、中部、中下部、下部のものが含まれる。成膜が終了したら装置から試験ウエハをアンロードする。なお、ここでの第１および第２の膜の成膜設定温度は、ごく標準的なもの（例えば制御すべき上記５つのウエハに対して同一の温度）を用いる。
【０１１０】
アンロードされた試験ウエハは、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第１の膜の厚さが測定される（ステップ２３２）。この成膜結果を図１（ｂ）に示した最適化部３９に入力し（ステップ２３３）、これに対し最適化部３９は修正された設定温度を算出し出力する（ステップ２３４）。
【０１１１】
この算出のためには、温度などのパラメータの値に対して成長する膜厚の物理的モデルをあらかじめ最適化部３９に組み込んでおき、これを用いて成膜結果と現在の設定温度とから適切と考えられる新たな設定温度を導出する手法を採ることができる。これは、図３においての説明と同様である。
【０１１２】
修正設定温度を得たならば、これを適用して再び別の試験ウエハを用いて装置で第１の膜および第２の膜を成膜する（ステップ２３５）。成膜が終了したらその試験ウエハを装置からアンロードする。アンロードされた試験ウエハは、上記と同様に、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第１の膜の厚さが測定される（ステップ２３６）。
【０１１３】
この測定結果は、上記で述べた第１の膜に関するウエハ対ウエハの仕様（例えば、中心値１．５ｎｍでそのばらつき１％以内）と比較される（ステップ２３７）。この仕様に収まれば第１の膜を形成するための第１の設定温度の最適化は終了する。ここで用いた設定温度が最適化された第１の設定温度である。
【０１１４】
この仕様に収まらない場合は、ステップ２３３に戻りその測定結果を最適化部３９に入力しやり直す。このようにして、最終的に仕様内に収まる第１の膜を形成するための第１の設定温度が得られる。
【０１１５】
このように、連続してふたつの膜を成膜した後、そのうち第１の膜を測定し、第１の膜に課される仕様を満足できる第１の設定温度を決定することができる。
【０１１６】
次に、上層の膜である第２の膜を形成するための設定温度を最適化する。このためには、図１３に示すように、まず、熱処理装置内の複数のウエハ（試験ウエハ）に上記のように最適化された設定温度で第１の膜を成膜し、引き続き第２の膜を成膜する（ステップ２４１）。複数のウエハには、上記に述べたウエハボート１３のそれぞれ上部、中上部、中部、中下部、下部のものが含まれる。第２の膜を成膜する設定温度は、ごく標準的なもの（例えば制御すべき上記５つのウエハに対して同一の温度）を用いる。このようにして第１、第２の膜が積層的に形成されたら装置から試験ウエハをアンロードする。
【０１１７】
アンロードされた試験ウエハは、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第２の膜の厚さが測定される（ステップ２４２）。この成膜結果を図１（ｂ）に示した最適化部３９に入力し（ステップ２４３）、これに対し最適化部３９は修正された設定温度を算出し出力する（ステップ２４４）。
【０１１８】
この算出のためには、温度などのパラメータの値に対して成長する膜厚の物理的モデルをあらかじめ最適化部３９に組み込んでおき、これにより成膜結果と現在の設定温度とから適切と考えられる新たな設定温度を導出する手法を採ることができる。これは、第１の設定温度の最適化と同様である。
【０１１９】
修正設定温度を得たならば、これを第２の膜形成に適用して再び別の試験ウエハを用いて装置で第１、および第２の膜を連続的に成膜する（ステップ２４５）。このようにして第１、第２の膜が積層的に形成されたら装置から試験ウエハをアンロードする。
【０１２０】
アンロードされた試験ウエハは、上記と同様に、エリプソメータ等の膜厚測定器を用いて第２の膜の厚さが測定される（ステップ１４６）。
【０１２１】
この測定結果は、上記で述べたウエハ対ウエハの仕様（例えば、中心値２．５ｎｍでそのばらつき１％以内）と比較される（ステップ２４７）。この仕様に収まれば第２の膜を形成するための第２の設定温度の最適化は終了する。ここで第２の膜形成に用いた設定温度が最適化された第２の設定温度である。
【０１２２】
この仕様に収まらない場合は、ステップ２４３に戻りその測定結果を最適化部３９に入力しやり直す。このようにして、最終的に仕様内に収まる第２の膜を形成するための第２の設定温度が得られる。
【０１２３】
以上のように、膜厚仕様（熱処理仕様）が、第１の膜の膜厚（第１の熱処理結果）である値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、および上層である第２の膜（第２の熱処理結果）についてもある値を中心としてウエハ対ウエハでのばらつきがある値以内であること、が課される場合において、これらを満足する第１の設定温度、および第２の設定温度を求める（最適化する）ことができる。
【０１２４】
この場合において、先に形成される第１の膜について設定温度の最適化がまずなされ、次に、後から形成される第２に膜について設定温度の最適化がなされているので、再び第１の膜について設定温度の最適化をする必要が生ずることがなく、効率的に複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化がなされる。
【０１２５】
なお、この場合においても、第１、第２の設定温度は、それぞれ対応する膜形成の間変化するものであるとすることができる。また、第１、第２の設定温度は、それぞれ対応する膜形成の間変化しかつ各ゾーンでその変化のし方が異なるものであるとすることもできる。
【０１２６】
ちなみに、これらの設定温度を図１（ａ）に示す熱処理装置に適用すれば、このような仕様の膜を形成する半導体製造が可能になる。すなわち、図１４に示すように、図１（ａ）に示す熱処理装置において最適化された第１の設定温度で第１の膜を形成し（ステップ２５１）、引き続き最適化された第２の設定温度で第２の膜を形成する（ステップ２５２）。なお、図１４は、図１（ａ）に示す熱処理装置で、連続的に膜を形成する場合を示す流れ図である。
【０１２７】
【実施例】
図５、図６を用いて説明したタイプの最適化を行った例を具体的な半導体製造プロセスに基づいて説明する。ここで説明する半導体製造プロセスは、ゲート酸化膜の形成である。
【０１２８】
ゲート酸化膜の形成は、一般的に、半導体基板上に熱酸化により酸化膜を形成するプロセスであり、形成された酸化膜（絶縁膜）に接してその上にはゲート電極層として多結晶シリコン膜が形成される。多結晶シリコンには、電極として導電性を増すため例えばＢ（ホウ素）が注入される。近年、半導体デバイスの高集積、微細化に伴いゲート酸化膜は、薄膜化される傾向にあり、何ら対処を行わないと、あとのプロセスにおける熱処理で、形成されたゲート酸化膜にゲート電極層内に注入されたＢが侵入あるいは半導体基板まで突き抜けるという現象が生じる。このような現象が生じるとデバイスとして必要な特性が保てなくなる。
【０１２９】
このようなＢの突き抜けを防止するには、形成された酸化膜を改質し酸窒化膜化する手法が有効であることが知られている。ここでは、このような改質を含めて連続的に熱処理を行う工程を例に挙げる。
【０１３０】
第１の熱処理は、水蒸気による熱酸化工程であり、第２の熱処理は、ＮＯ雰囲気下における熱酸化膜の改質（酸窒化膜化）である。したがって、最適化の対象は、熱酸化工程におけるウエハボートの各ゾーンにおける設定温度、および、改質工程におけるウエハボートの各ゾーンにおける設定温度である。なお、ここでは、ゾーンの数を４つとする。
【０１３１】
まず、比較例として、熱酸化膜形成工程と改質工程とを連続的に行なうようにして、形成膜厚の目標値を１．５ｎｍとした場合を説明する。各工程のプロセス条件（ガス圧力、ガス流量、処理時間など）を温度を除き動かさないようにして、工程連続で形成された膜厚を測定し何度かやり直すことにより、ウエハボートの上部、中上部、中下部、下部の４ゾーンについて適切な設定温度を求める。
【０１３２】
これにより、その設定温度は、それぞれ、８５５℃、８５５℃、８４０℃、８３０℃と求められた。この設定温度により形成されたゲート酸化膜は、ウエハボート内で平均膜厚１．５５９ｎｍ、ウエハ同士の膜厚ばらつきとして±０．６５％が得られた。これに対して、膜中の窒素濃度を測定したところ、０．９１ないし１．２６［ａｔｏｍｓ％］であった（０．９１がウエハボート上部のウエハ、１．２６がウエハボート下部のウエハ）。なお、この測定は、膜中のピーク濃度をＳＩＭＳ（secondary ion-mass spectrography）を用いて行ったものである。
【０１３３】
このように、比較例では、熱酸化膜形成工程と改質工程とを連続的に行う工程において、ウエハボート内のウエハについて膜厚の均一性を得ることができるが、膜中の窒素濃度はばらつきの大きい（約±１６％）ものとなり各ウエハについて均質な酸窒化膜の形成ができない。
【０１３４】
次に、図５、図６を用いて説明したタイプの最適化を適用した結果を述べる。まず、熱酸化工程のみを取り出し、その最適化を行う。熱酸化工程による形成膜厚の目標値を１．６５ｎｍとし、プロセス条件（ガス圧力、ガス流量、処理時間など）を温度を除き動かさないようにして、形成された膜厚を測定し、すでに述べたように最適化してウエハボートの上部、中上部、中下部、下部の４ゾーンについて適切な設定温度を求める。
【０１３５】
これにより、その設定温度は、それぞれ、８０５℃、８０１℃、７９９℃、７９６℃と求められた。この設定温度により形成された熱酸化膜（すなわち改質前の膜）は、ウエハボート内で平均膜厚１．６６７ｎｍ、ウエハ同士の膜厚ばらつきとして±０．４７％が得られた。ちなみに、温度以外のプロセス条件は、使用ガス種およびその流量を、Ｈ２が０．４［ｓｌｍ］、Ｏ２が０．４［ｓｌｍ］、Ｎ２が３０［ｓｌｍ］とし、酸化時間を４０秒、圧力を大気圧とした。
【０１３６】
次に、この得られた設定温度を適用し、さらに連続して改質工程を、そのプロセス条件（ガス圧力、ガス流量、処理時間など）を温度を除き動かさないようにして、工程連続で行う。そして、形成された改質膜の膜厚を測定し、すでに述べたように最適化してウエハボートの上部、中上部、中下部、下部の４ゾーンについて改質工程についての適切な設定温度を求める。このとき、改質膜の膜厚目標値を１．８ｎｍとした。この値は、１．６５ｎｍ厚の酸化膜に対して十分な改質効果が得られると見込んで決めたものである（膜中に窒素を供給するＮＯの酸素により膜厚が増加しそれに応じて窒素も膜中に取り込まれる）。ちなみに、温度以外のプロセス条件は、使用ガス種およびその流量をＮＯを１［ｓｌｍ］とし、処理時間を３分、圧力を１［ｋＰａ］とした。
【０１３７】
この結果、改質工程の設定温度は、ウエハボートの上部、中上部、中下部、下部の４ゾーンについて、それぞれ、８４８℃、８５０℃、８５１℃、８５２℃と求められた。この設定温度により形成された改質膜は、ウエハボート内で平均膜厚１．７６２ｎｍ、ウエハ同士の膜厚ばらつきとして±０．６４％が得られた。また、膜中の窒素濃度を測定したところ１．０５ないし１．１５［ａｔｏｍｓ％］であった（１．０５がウエハボート上部のウエハ、１．１５がウエハボート下部のウエハ）。なお、この測定は、膜中のピーク濃度をＳＩＭＳを用いて行ったものである。
【０１３８】
このように、この実施例では、熱酸化膜形成工程と改質工程とを連続的に行う工程において、ウエハボート内のウエハについて膜厚の均一性を得るとともに、膜中の窒素濃度のばらつきも比較例に比べ相当に小さく（約±４．５％）各ウエハについて均質な酸窒化膜の形成が達成された。
【０１３９】
なお、この例では、改質工程の結果の測定として、改質膜の膜厚を用いている。改質膜の膜厚は、第１の工程としての熱酸化膜形成と第２の工程としての改質工程との両方により決まるものであり、第２の工程の最適化のため第２の工程のみの結果測定をしていない。すなわち、第１および第２の工程の結果である改質膜の膜厚を測定して第２の工程を最適化することにより、結果的に第２の工程の管理を適切に行うことができるという本発明の特長が現れている。以上の実施例を比較例と対比して示したものが図１５である。図１５は、本発明の実施例としてゲート酸化膜形成工程の諸元を比較例と対比して示す表である。
【０１４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、まず、連続的になされる第１および第２の熱処理のうち第１のもののみを抜き出して処理を行い、第１の熱処理がされた被処理体の熱処理結果を測定することによりこの第１の熱処理結果について反応管内の設定温度の最適化を行い、次に、その最適化された設定温度を適用して、第１および第２の熱処理を連続して行い、その第１および第２の熱処理がされた被処理体の合計の熱処理結果を測定することにより、第２の熱処理について反応管内の設定温度の最適化を行うので、連続的になされる熱処理の結果それぞれについての反応管内の設定温度の最適化が可能になる。
【０１４１】
また、まず、連続的になされる第１および第２の熱処理を行い、第１および第２の熱処理がなされた被処理体の第１の熱処理結果を測定することによりこの第１の熱処理について反応管内の設定温度の最適化を行い、次に、その最適化された設定温度を適用して、第１および第２の熱処理を連続して行い、その第１および第２の熱処理がなされた被処理体の第２の熱処理結果を測定することにより、第２の熱処理について反応管内の設定温度の最適化を行うので、連続的になされる熱処理それぞれについての反応管内の設定温度の最適化が可能になる。この場合において、先になされる第１の熱処理について設定温度の最適化がまずなされ、次に、後からなされる第２に熱処理について設定温度の最適化がなされているので、再び第１の熱処理について設定温度の最適化をする必要が生ずることがなく、効率的に反応管内の設定温度の最適化がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のひとつの実施形態を説明するための構成図。
【図２】連続的に形成されるふたつの膜それぞれについて、複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化を行う手順を示す流れ図。
【図３】図２におけるステップ１２１を詳述する流れ図。
【図４】図２におけるステップ１２２を詳述する流れ図。
【図５】第１の膜を成膜する第１の設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラム。
【図６】第２の膜を成膜する第２の設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラム。
【図７】第１の膜を成膜する第１の動的な設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラム。
【図８】第２の膜を成膜する第２の動的な設定温度の最適化操作を説明するためのウエハの温度を示す制御ダイヤグラム。
【図９】ウエハ内の膜厚が膜形成中における降温により均一化するのを示すための説明図。
【図１０】ウエハボート内のウエハ上における膜厚の分布の一例を示す図。
【図１１】連続的に形成されるふたつの膜それぞれについて、複数のヒータに対応する反応管内の設定温度の最適化を行う手順を示す流れ図であって、図２ないし図４に示したものとは異なる流れ図。
【図１２】図１１におけるステップ２２１を詳述する流れ図。
【図１３】図１１におけるステップ２２２を詳述する流れ図。
【図１４】図１（ａ）に示す装置で連続的に膜を形成する場合を示す流れ図。
【図１５】本発明の実施例としてのゲート酸化膜形成工程の諸元を比較例と対比して示す表。
【符号の説明】
１１…反応管  １２…内管  １３…ウエハボート  １４…ウエハ  １５…保温筒  １６…マニホールド  １７…ベースプレート  １８…蓋体  １９…ボートエレベータ  ２０…ガス供給管  ２１…排気管  ２２、２３、２４、２５、２６…ヒータ  ２７、２８、２９、３０、３１…外部熱電対  ３２、３３、３４、３５、３６…内部熱電対  ３７…状態推定部  ３８…制御部  ３９…最適化部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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