(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記処理ガス供給手段により供給される処理ガスを前記処理室内に供給する前に加熱する予備加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記予備加熱手段により加熱される処理ガスの温度、処理の面内均一性、及び、処理の面間均一性を含む、処理内容に応じた処理条件を記憶する処理条件記憶手段と、
前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件で前記被処理体を処理する処理手段と、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面内均一性を満たすか否かを判別し、該面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度が当該面内均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理ガスの温度を前記算出した処理ガスの温度に変更し、変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理ガスの温度を調整する処理ガス温度調整手段と、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面間均一性を満たすか否かを判別し、該面間均一性を満たさないと判別すると、前記加熱手段により加熱する処理室内の温度が当該面間均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理室内の温度を前記算出した処理室内の温度に変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理室内の温度を調整する処理室温度調整手段と、
を、備え、
前記処理ガス温度調整手段は、前記面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度として、前記面内均一性を満たすとともに当該面内均一性を示す値のズレが最小となるような温度を算出する、ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記処理室温度調整手段は、前記処理ガス温度調整手段により処理ガスの温度が調整されたとき、該処理ガスの温度が調整された処理条件で前記処理手段により処理された処理結果に基づいて処理の面間均一性を満たすか否かを判別する、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記処理内容は成膜処理である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、
前記加熱手段は、前記処理室内のゾーン毎に温度設定可能である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
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、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理ガス供給手段により供給される処理ガスを前記処理室内に供給する前に加熱する予備加熱手段と、前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記予備加熱手段により加熱される処理ガスの温度、処理の面内均一性、及び、処理の面間均一性を含む、処理内容に応じた処理条件を記憶する処理条件記憶手段と、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件で前記被処理体を処理する処理手段と、を備える熱処理装置の温度調整方法であって、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面内均一性を満たすか否かを判別し、該面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度が当該面内均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理ガスの温度を前記算出した処理ガスの温度に変更し、変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理ガスの温度を調整する処理ガス温度調整工程と、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面間均一性を満たすか否かを判別し、該面間均一性を満たさないと判別すると、前記加熱手段により加熱する処理室内の温度が当該面間均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理室内の温度を前記算出した処理室内の温度に変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理室内の温度を調整する処理室温度調整工程と、を備え、
前記処理ガス温度調整工程、及び、前記処理室温度調整工程の一方の工程を行った後に他方の工程を行い、
前記処理ガス温度調整工程では、前記面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度として、前記面内均一性を満たすとともに当該面内均一性を示す値のズレが最小となるような温度を算出する、ことを特徴とする熱処理装置の温度調整方法。
【請求項６】
前記処理ガス温度調整工程を行った後に前記処理室温度調整工程を行う、ことを特徴とする請求項５に記載の熱処理装置の温度調整方法。
【請求項７】
前記処理内容は成膜処理である、ことを特徴とする請求項５または６に記載の熱処理装置の温度調整方法。
【請求項８】
前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、前記加熱手段は前記処理室内のゾーン毎に温度設定可能であり、
前記処理室温度調整工程では、前記処理室内のゾーン毎に温度を調整する、ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の熱処理装置の温度調整方法。
【請求項９】
コンピュータを、
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、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段、
前記処理ガス供給手段により供給される処理ガスを前記処理室内に供給する前に加熱する予備加熱手段、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記予備加熱手段により加熱される処理ガスの温度、処理の面内均一性、及び、処理の面間均一性を含む、処理内容に応じた処理条件を記憶する処理条件記憶手段、
前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件で前記被処理体を処理する処理手段、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面内均一性を満たすか否かを判別し、該面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度が当該面内均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理ガスの温度を前記算出した処理ガスの温度に変更し、変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理ガスの温度を調整する処理ガス温度調整手段、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面間均一性を満たすか否かを判別し、該面間均一性を満たさないと判別すると、前記加熱手段により加熱する処理室内の温度が当該面間均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理室内の温度を前記算出した処理室内の温度に変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理室内の温度を調整する処理室温度調整手段、
として機能させ、
前記処理ガス温度調整手段は、前記面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度として、前記面内均一性を満たすとともに当該面内均一性を示す値のズレが最小となるような温度を算出する、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装置、熱処理装置の温度調整方法、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、被処理体、例えば、半導体ウエハの成膜処理などを行う熱処理装置が用いられている。この熱処理装置では、例えば、成膜すべき薄膜の種類、膜厚などに応じて、処理温度、処理圧力、ガス流量などの処理条件を書き込んだレシピが用意されており、このレシピを選択することにより、予め定められた処理条件に基づいた熱処理が行われる。
【０００３】
ところで、このような処理条件に基づいた熱処理を行っても、例えば、成膜ガスが供給されるノズル近傍では、その温度が低くなりやすいことから、成膜ガスが十分な活性状態にならない場合がある。このように、成膜ガスが十分な活性状態にならないと、半導体ウエハに対する膜付きが悪くなり、例えば、半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚均一性が悪くなってしまう。
【０００４】
かかる問題を解決するため、例えば、特許文献１には、成膜ガスを処理容器内へ供給する直前に予備加熱装置による予備加熱を行うことにより、半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚均一性を向上させることができる成膜方法及び成膜装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０９０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような装置を用い、予め定められた処理条件に基づいた熱処理を行っても、装置の個体差の影響や、処理する半導体ウエハの種別によって、半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚均一性が悪くなる場合がある。このため、装置の操作者は、経験や勘に基づいてヒータ及び予備加熱装置の温度を調整し、半導体ウエハの表面に成膜される薄膜の膜厚均一性を確保している。
【０００７】
このように、成膜処理において、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が、半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚均一性を確保することは困難である。このため、これらの者であっても半導体ウエハに形成される薄膜の膜厚均一性を確保できるように、温度調整を容易に行うことができる熱処理装置等が求められている。
【０００８】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、温度調整を容易に行うことができる熱処理装置、熱処理装置の温度調整方法、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】
【０００９】
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装置は、
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、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記処理ガス供給手段により供給される処理ガスを前記処理室内に供給する前に加熱する予備加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記予備加熱手段により加熱される処理ガスの温度、処理の面内均一性、及び、処理の面間均一性を含む、処理内容に応じた処理条件を記憶する処理条件記憶手段と、
前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件で前記被処理体を処理する処理手段と、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面内均一性を満たすか否かを判別し、該面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度が当該面内均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理ガスの温度を前記算出した処理ガスの温度に変更し、変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理ガスの温度を調整する処理ガス温度調整手段と、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面間均一性を満たすか否かを判別し、該面間均一性を満たさないと判別すると、前記加熱手段により加熱する処理室内の温度が当該面間均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理室内の温度を前記算出した処理室内の温度に変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理室内の温度を調整する処理室温度調整手段と、
を、備え、
前記処理ガス温度調整手段は、前記面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度として、前記面内均一性を満たすとともに当該面内均一性を示す値のズレが最小となるような温度を算出する、ことを特徴とする。
【００１０】
前記処理室温度調整手段は、例えば、前記処理ガス温度調整手段により処理ガスの温度が調整されたとき、該処理ガスの温度が調整された処理条件で前記処理手段により処理された処理結果に基づいて処理の面間均一性を満たすか否かを判別する。
【００１１】
前記処理内容としては、例えば、成膜処理がある。
前記処理室は、例えば、複数のゾーンに区分けされている。この場合、前記加熱手段は、前記処理室内のゾーン毎に温度設定可能である。
【００１２】
本発明の第２の観点にかかる熱処理装置の温度調整方法は、
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、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理ガス供給手段により供給される処理ガスを前記処理室内に供給する前に加熱する予備加熱手段と、前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記予備加熱手段により加熱される処理ガスの温度、処理の面内均一性、及び、処理の面間均一性を含む、処理内容に応じた処理条件を記憶する処理条件記憶手段と、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件で前記被処理体を処理する処理手段と、を備える熱処理装置の温度調整方法であって、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面内均一性を満たすか否かを判別し、該面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度が当該面内均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理ガスの温度を前記算出した処理ガスの温度に変更し、変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理ガスの温度を調整する処理ガス温度調整工程と、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面間均一性を満たすか否かを判別し、該面間均一性を満たさないと判別すると、前記加熱手段により加熱する処理室内の温度が当該面間均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理室内の温度を前記算出した処理室内の温度に変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理室内の温度を調整する処理室温度調整工程と、を備え、
前記処理ガス温度調整工程、及び、前記処理室温度調整工程の一方の工程を行った後に他方の工程を行い、
前記処理ガス温度調整工程では、前記面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度として、前記面内均一性を満たすとともに当該面内均一性を示す値のズレが最小となるような温度を算出する、ことを特徴とする。
【００１３】
前記処理ガス温度調整工程を行った後に前記処理室温度調整工程を行うことが好ましい。
前記処理内容としては、例えば、成膜処理がある。
【００１４】
前記処理室は複数のゾーンに区分けされ、前記加熱手段は前記処理室内のゾーン毎に温度設定可能であってもよい。この場合、前記処理室温度調整工程では、前記処理室内のゾーン毎に温度を調整する。
【００１５】
本発明の第３の観点にかかるプログラムは、
コンピュータを、
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、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段、
前記処理ガス供給手段により供給される処理ガスを前記処理室内に供給する前に加熱する予備加熱手段、
前記加熱手段により加熱される処理室内の温度、前記予備加熱手段により加熱される処理ガスの温度、処理の面内均一性、及び、処理の面間均一性を含む、処理内容に応じた処理条件を記憶する処理条件記憶手段、
前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件で前記被処理体を処理する処理手段、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面内均一性を満たすか否かを判別し、該面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度が当該面内均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理ガスの温度を前記算出した処理ガスの温度に変更し、変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理ガスの温度を調整する処理ガス温度調整手段、
前記処理手段により処理された処理結果が前記処理条件記憶手段に記憶された処理の面間均一性を満たすか否かを判別し、該面間均一性を満たさないと判別すると、前記加熱手段により加熱する処理室内の温度が当該面間均一性を満たすような温度を算出し、前記処理条件記憶手段により記憶された処理条件の処理室内の温度を前記算出した処理室内の温度に変更した処理条件で前記被処理体を処理して処理室内の温度を調整する処理室温度調整手段、
として機能させ、
前記処理ガス温度調整手段は、前記面内均一性を満たさないと判別すると、前記予備加熱手段により加熱する処理ガスの温度として、前記面内均一性を満たすとともに当該面内均一性を示す値のズレが最小となるような温度を算出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、温度調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】反応管内のゾーンを示す図である。
【図４】予備加熱部の温度と各半導体ウエハの膜厚との関係を示す図である。
【図５】温度調整処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】プロセス用レシピの一例を示す図である。
【図７】測定されたＳｉＯ２膜の膜厚データの一例を示す図である。
【図８】膜厚データの加工を説明するための図である。
【図９】加工された膜厚データの一例を示す図である。
【図１０】予備加熱部の温度調整を説明するための図である。
【図１１】ヒータの温度変化量を説明するための図である。
【図１２】ヒータの温度調整を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の熱処理装置、熱処理装置の温度調整方法、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、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）と一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とを用いて、半導体ウエハにＳｉＯ２膜を形成する場合を例に本発明を説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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、その上端と反応管２の下端とが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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、５段に配置されたヒータ１１〜１５から構成され、ヒータ１１〜１５には、それぞれ電力コントローラ１６〜２０が接続されている。このため、この電力コントローラ１６〜２０にそれぞれ独立して電力を供給することにより、ヒータ１１〜１５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１１〜１５により、後述する図３に示すような５つのゾーンに区分されている。
【００２４】
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処理ガス供給管２１が設けられている。処理ガス供給管２１には、流量調整部２２と、予備加熱部２３とが設けられている。流量調整部２２は、処理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。予備加熱部２３は、例えば、処理ガス供給管２１に接続された石英容器の外部に加熱ヒータ等を巻回した構造に形成されている。このため、処理ガス供給管２１から供給される処理ガスは、流量調整部２２により所望の流量に調整され、予備加熱部２３により所望の温度に加熱されて、反応管２内に供給される。
【００２５】
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２２、圧力調整部５、電力コントローラ１６〜２０等に制御信号を出力する。図２に制御部５０の構成を示す。
【００２６】
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。
【００２７】
モデル記憶部５１には、ヒータ１１〜１５の温度、及び、予備加熱部２３の温度を算出するのに必要なモデルが記憶されている。具体的には、モデル記憶部５１には、ヒータ１１〜１５の温度と半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルと、予備加熱部２３の温度と各半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルとが記憶されている。なお、これらのモデルの詳細については後述する。
【００２８】
レシピ記憶部５２には、この熱処理装置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と供給量などを規定する。また、プロセス用レシピには、成膜された薄膜の面内均一性（面内膜厚差）、面間均一性（面間膜厚差）、平均膜厚に関する制約条件が記憶されている。
【００２９】
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。
【００３０】
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（電力コントローラ１６〜２０、流量調整部２２、圧力調整部５）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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、ＣＰＵ５６は、モデル記憶部５１に記憶されているモデルと、半導体ウエハＷの膜厚データ及び必要な半導体ウエハＷの膜厚とに基づいて、ヒータ１１〜１５の温度と、予備加熱部２３の温度とを算出する。そして、ヒータ１１〜１５及び予備加熱部２３の温度が算出した温度となるように、電力コントローラ１６〜２０等に制御信号を出力し、これらの温度を調整する。また、ＣＰＵ５６は、対応するレシピ記憶部５２に記憶されているヒータ１１〜１５、及び、予備加熱部２３の温度を、算出した温度に更新する。
バス５７は、各部の間で情報を伝達する。
【００３３】
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、ヒータ１１〜１５の温度と半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルと、予備加熱部２３の温度と各半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルとが記憶されている。
【００３４】
ヒータ１１〜１５の温度と半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルとして、本実施の形態では、ヒータ１１〜１５の温度と半導体ウエハＷの膜厚との関係式（後述する式（２））が記憶されている。この関係式は、ヒータの温度を１℃変えたとき、半導体ウエハＷの膜厚がどれだけ変化するかを示した式である。
【００３５】
一般に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）のような成膜処理における反応速度（成膜速度）は、以下の式（１）で表される。
Ｖ＝Ａ×ｅｘｐ−Ｅａ／ｋＴ  ・・・式（１）
ここで、Ｖは反応速度（成膜速度）、Ａは頻度因子、Ｅａは活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。なお、活性化エネルギーＥａとは、成膜プロセスの種類によって決定され、本例の反応では、１．８（ｅＶ）である。
【００３６】
この式（１）を温度Ｔで偏微分すると、以下の式（２）が得られる。
ｄThickness／ｄｔ＝thickness×Ｅａ／ｋＴ２  ・・・式（２）
この式（２）の｛ｄThickness／ｄｔ｝が温度と膜厚との関係を表し、ヒータ１１〜１５の温度を１℃変えたときの膜厚変化量となる。この式（２）により、半導体ウエハＷの膜厚を所望の膜厚にするためのヒータ１１〜１５の温度が算出される。
【００３７】
予備加熱部２３の温度と各半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルは、予備加熱部２３の温度を１℃変えたとき、各半導体ウエハＷの膜厚がどれだけ変化するかを示したモデルである。図４に、このモデルの一例を示す。
【００３８】
一般に、予備加熱部２３の温度を高くすると成膜しやすくなる。この傾向は半導体ウエハＷの中心と端部に形成される薄膜の膜厚にも影響を及ぼす。さらに、半導体ウエハＷの収容位置（ＺＯＮＥ）によっても半導体ウエハＷに形成される薄膜の膜厚に影響を及ぼす。このため、このモデルでは、図４に示すように、予備加熱部２３の温度を４００℃、５００℃、６００℃、及び、７００℃から１℃上昇させたときの薄膜の膜厚変化量を示している。また、このモデルでは、半導体ウエハＷの中心（センター：Ｃｔｒ）、及び、中心からの距離１５０ｍｍ（エッジ：Ｅｄｇｅ）に形成された薄膜の膜厚変化量を示している。さらに、このモデルでは、ＺＯＮＥ１〜５に収容された半導体ウエハＷ（スロット）ごとに、半導体ウエハＷに形成される膜厚の変化量を示している。なお、予備加熱部２３の温度が、例えば、５５０℃のように、これ以外の温度の場合には、膜厚変化量のデータを加重平均することによりこのモデルを使用することができる。
【００３９】
このモデルの作成においては、予備加熱部２３の温度以外の条件を固定して、予備加熱部２３の温度を変化させ、形成された薄膜について、センタ、及び、エッジに形成された薄膜の膜厚を測定し、１℃当たりの膜厚変化量を算出した。例えば、予備加熱部２３の温度が７００℃の場合、予備加熱部２３の温度を６９５℃と７０５℃とにして形成された薄膜について、センタ、及び、エッジに形成された薄膜の膜厚を測定し、両者の差（膜厚変化量）を１０（℃）で割ることにより、１℃当たりの膜厚変化量を算出した。
【００４０】
なお、予備加熱部２３の温度と各半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルやヒータ１１〜１５と半導体ウエハＷの膜厚との関係を示すモデルは、ヒータ１１〜１５、及び、予備加熱部２３の温度調整ができるように、これらの温度を１℃変えたときに各半導体ウエハＷの膜厚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、これら以外の種々のモデルを用いることが可能である。
【００４１】
また、これらのモデルは、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、温度を計算するソフトウエアに拡張カルマンフィルターなどを付加し、学習機能を搭載し、膜厚−温度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。
【００４２】
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いて、ヒータ１１〜１５及び予備加熱部２３の温度を調整する温度調整方法（温度調整処理）について説明する。この温度調整処理は、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、温度調整処理を説明するためのフローチャートである。
【００４３】
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、ジクロロシランと一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）とのＳｉＯ２膜の成膜（ＤＣＳ−ＨＴＯ）を選択するとともに、ターゲットとするＳｉＯ２膜の膜厚を入力する。
【００４４】
なお、操作者は、成膜における制約条件があれば、操作パネル５８を操作して、制約条件を入力してもよい。制約条件としては、例えば、プロセス時間（例えば、２０〜３０分）、予備加熱部２３やヒータ１１〜１５の温度の範囲（例えば、６００〜８００℃）、目標とする面内均一性（面内膜厚差）、面間均一性（面間膜厚差）、平均膜厚などがある。
【００４５】
制御部５０（ＣＰＵ５６）は、まず、プロセス種別等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、図６に示すように、ジクロロシランと一酸化二窒素とを用いた一般的なＳｉＯ２膜のプロセス条件等が記憶されている。
【００４６】
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ＺＯＮＥ１〜５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、電力コントローラ１６〜２０、流量調整部２２、圧力調整部５等を制御して、モニターウエハにＳｉＯ２膜を成膜する（ステップＳ３）。
【００４７】
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、ＳｉＯ２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ＳｉＯ２膜の膜厚を測定させる（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ＳｉＯ２膜の膜厚を測定すると、測定したＳｉＯ２膜の膜厚データを熱処理装置１（ＣＰＵ５６）に送信する。
【００４８】
ＣＰＵ５６は、測定されたＳｉＯ２膜の膜厚データを受信すると、この膜厚データを加工する（ステップＳ５）。これは、測定されたＳｉＯ２膜の膜厚データが、図７に示すように、半導体ウエハＷの中心の１点と端部側の８点との計９点と多いためである。本実施の形態では、測定されたＳｉＯ２膜の膜厚データを、半導体ウエハＷの中心と端部との計２点にデータを加工する。
【００４９】
具体的には、取得した膜厚データのウエハ面内の膜厚分布曲線を最小二乗法により算出する。すなわち、半導体ウエハＷに形成された膜厚Ｙを、半導体ウエハＷの中心からの距離Ｘの二次関数（Ｙ＝ａＸ２＋ｂ）として表し、受信した膜厚データからａ、ｂを求めることにより、図８に示す近似曲線を算出する。
【００５０】
続いて、算出した近似曲線から、各スロットについて、半導体ウエハＷの中心（Ｃｔｒ）の膜厚ｄ０と、半導体ウエハＷの中心からの距離１５０ｍｍ（Ｅｄｇｅ）の膜厚ｄ１とを算出する。これにより、図７に示す膜厚データを、図９に示すような中心（Ｃｔｒ）１点と端部（Ｅｄｇｅ）１点との計２点からなる膜厚データに加工する。
【００５１】
次に、ＣＰＵ５６は、読み出したレシピに記憶された面内均一性を満たしている（面内均一性ＯＫ）か否かを判別する（ステップＳ６）。具体的には、ＣＰＵ５６は、加工された膜厚データの端部（Ｅｄｇｅ）と中心（Ｃｔｒ）との膜厚差がレシピに記憶された面内膜厚差より小さいか否かを判別する。ＣＰＵ５６は、面内均一性を満たしていないと判別すると（ステップＳ６；Ｎｏ）、予備加熱部２３の温度を算出（調整）する（ステップＳ７）。
【００５２】
予備加熱部２３の温度の算出は、線形計画法や２次計画法などの最適化アルゴリズムを利用して、読み出したレシピに記憶された面内均一性より小さくさせつつ、この条件下で全ポイントの膜厚のズレが最小になるような温度を算出する。具体的には、図１０に示すように、全てのスロットの面内膜厚差が読み出したレシピに記憶された面内膜厚差より小さくなり、かつ、最も各スロットの面内膜厚差が小さくなるような予備加熱部２３の温度を算出する。すなわち、この予備加熱部２３の温度の算出においては、各スロットの膜厚や、後述する面間均一性及び平均膜厚を考慮する必要はなく、例えば、各スロットの膜厚がかなり薄くなってもよい。なお、これらについては、後述するように、ヒータ１１〜１５の温度を調整することにより改善される。続いて、ＣＰＵ５６は、読み出したレシピの予備加熱部２３の温度を算出した温度に更新し（ステップＳ８）、ステップＳ３に戻る。
【００５３】
ＣＰＵ５６は、面内均一性を満たしていると判別すると（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、読み出したレシピに記憶された面間均一性及び平均膜厚を満たしている（面間均一性、平均膜厚ＯＫ）か否かを判別する（ステップＳ９）。ＣＰＵ５６は、面間均一性及び平均膜厚を満たしていないと判別すると（ステップＳ９；Ｎｏ）、ヒータ１１〜１５の温度を算出（調整）する（ステップＳ１０）。
【００５４】
ヒータ１１〜１５の温度の算出は、目標とする膜厚との差を求め、この差を埋めるためのヒータの温度変化量を、モデル記憶部５１に記憶されている式（２）を用いて算出する。モデル記憶部５１に記憶されている式（２）に、本例のプロセス条件である温度７８０℃、膜厚５ｎｍ、活性化エネルギー１．８ｅＶ等を代入すると、ヒータ１１〜１５の温度を１℃変えたときの膜厚変化量は０．１（ｎｍ／℃）となる。例えば、Ｓｌｏｔ１１５の場合、図１１に示すように、そのＣｔｒが２．５７ｎｍ、Ｅｄｇｅが３．０７ｎｍであり、その平均は２．８２ｎｍである。目標の５ｎｍには、２．１８ｎｍの差があるため、ヒータ１５の温度変化量は、２．１８（ｎｍ）／０．１（ｎｍ／℃）＝２１．８℃となる。このため、図１２に示すように、ヒータ１５の温度を従来より２１．８℃高い、７５１．８℃にすることにより、膜厚を５ｎｍにすることができる。
【００５５】
同様の手順により、ヒータ１１〜１４の温度変化量を求め、ヒータ１１〜１４の温度を算出する。続いて、ＣＰＵ５６は、読み出したレシピのヒータ１１〜１５の温度を、図１２に示すように、算出した温度に更新し（ステップＳ８）、ステップＳ３に戻る。ＣＰＵ５６は、面間均一性及び平均膜厚を満たしていると判別すると（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、この処理を終了する。
【００５６】
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、ターゲットとする薄膜の膜厚を入力するだけで、ヒータ１１〜１５及び予備加熱部２３の温度を調整し、半導体ウエハＷの表面に成膜されるＳｉＯ２膜の膜厚均一性を確保することができる。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温度調整を容易に行うことができる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、半導体ウエハＷに形成されるＳｉＯ２膜の面内均一性を予備加熱部２３の温度で調整し、面間均一性及び膜厚（平均膜厚）をヒータ１１〜１５の温度で調整している。このため、ヒータ１１〜１５と、予備加熱部２３の温度調整を同時に行っておらず、外乱が低減され、比較的安定した調整を行うことができる。
【００５８】
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。
【００５９】
上記実施の形態では、予備加熱部２３の温度を調整した後にヒータ１１〜１５の温度を調整した場合を例に本発明を説明したが、本発明は予備加熱部２３の温度調整とヒータ１１〜１５の温度調整とを別々に行っていればよく、例えば、ヒータ１１〜１５の温度を調整した後に予備加熱部２３の温度を調整してもよい。
【００６０】
上記実施の形態では、測定されたＳｉＯ２膜の膜厚データを加工した場合を例に本発明を説明したが、測定されたＳｉＯ２膜の膜厚データを加工することなく、予備加熱部２３、及び、ヒータ１１〜１５の温度を調整してもよい。
【００６１】
上記実施の形態では、ＳｉＯ２膜形成用の熱処理装置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。
【００６２】
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処理結果の適正化に用いてもよい。
【００６３】
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、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。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。
【００６４】
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。
【００６５】
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】
【００６６】
本発明は、熱処理装置の温度調整に有用である。
【符号の説明】
【００６７】
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
１１〜１５  ヒータ
１６〜２０  電力コントローラ
２１        処理ガス供給管
２２        流量調整部
２３        予備加熱部
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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【図１１】
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【図１２】
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