(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧の酸化雰囲気での熱処理により酸化膜の形成を行う半導体製造システムにおいて、
酸化処理の酸化時間と形成される酸化膜厚との関係を示す第１の線形モデル式を導出する第１の線形モデル式導出部と、
前記第１の線形モデル式の切片を変数とし、過去複数回の酸化処理の酸化時間、酸化膜厚及び酸化処理前の気圧を含むデータを用いて酸化処理前の気圧と前記切片との関係を示す第２の線形モデル式を導出する第２の線形モデル式導出部と、
前記第２の線形モデル式と次回の酸化処理前の気圧とを用いて前記切片を算出する切片算出部と、
算出された前記切片を有する前記第１の線形モデル式と前記次回の酸化処理で得るべき酸化膜厚とを用いて前記次回の酸化処理の酸化時間を算出する酸化時間算出部と、
を有することを特徴とする半導体製造システム。
【請求項２】
算出された前記次回の酸化処理の酸化時間で前記次回の酸化処理を行う酸化処理部と、
前記次回の酸化処理で形成された酸化膜厚を測定する膜厚測定部と、
前記次回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式の導出に用いる前記過去複数回の酸化処理のデータを更新するデータ更新処理部と、
を有し、
前記データ更新処理部での更新後、前記第２の線形モデル式導出部は、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式を導出することを特徴とする請求項１記載の半導体製造システム。
【請求項３】
前記データ更新処理部は、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータの中に、酸化処理前の気圧が予め設定された範囲外であるデータが含まれるように、更新前の前記過去複数回の酸化処理のデータ及び前記次回の酸化処理のデータからいずれかのデータを削除することを特徴とする請求項２記載の半導体製造システム。
【請求項４】
前記データ更新処理部での更新後、前記第２の線形モデル式導出部は、前記第２の線形モデル式の傾きは一定として、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式を導出することを特徴とする請求項２又は３記載の半導体製造システム。
【請求項５】
酸化処理前の気圧と形成される酸化膜厚との関係を示す第３の線形モデル式を導出する第３の線形モデル式導出部を有し、
前記酸化時間算出部は、予め設定された個数の前記過去複数回の酸化処理のデータが存在しない場合に、所定回の酸化処理の酸化時間を、前記第１，第３の線形モデル式、前記所定回の酸化処理前の気圧、及び前回の酸化処理のデータを用いて算出される、前記所定回の酸化処理と前記前回の酸化処理との気圧差に起因した酸化時間変動量により、前記前回の酸化処理の酸化時間を補正することによって求めることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体製造システム。
【請求項６】
常圧の酸化雰囲気での熱処理により酸化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、
酸化処理の酸化時間と形成される酸化膜厚との関係を示す第１の線形モデル式を導出する第１の線形モデル式導出ステップと、
前記第１の線形モデル式の切片を変数とし、過去複数回の酸化処理の酸化時間、酸化膜厚及び酸化処理前の気圧を含むデータを用いて酸化処理前の気圧と前記切片との関係を示す第２の線形モデル式を導出する第２の線形モデル式導出ステップと、
前記第２の線形モデル式と次回の酸化処理前の気圧とを用いて前記切片を算出する切片算出ステップと、
算出された前記切片を有する前記第１の線形モデル式と前記次回の酸化処理で得るべき酸化膜厚とを用いて前記次回の酸化処理の酸化時間を算出する酸化時間算出ステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造システム及び半導体装置の製造方法に関し、特に、ウェハ上への酸化膜形成を行う半導体製造システム及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造においては、常圧の拡散炉等の酸化装置を用いてシリコン基板等のウェハを熱酸化することにより、トランジスタのゲート酸化膜を形成する工程がある。ゲート酸化膜の厚さは、トランジスタの特性や信頼性に大きく影響する。そのため、ゲート酸化膜の厚さの変動を小さく抑制する必要がある。
【０００３】
ところが、常圧の酸化装置を用いた熱酸化では、気圧が変動するとそれに合わせて酸化装置内部の酸素分圧が変動するため、複数枚のウェハに一定の酸化時間で酸化処理を行うと、形成される熱酸化膜の膜厚が変動してしまう。
【０００４】
そこで、従来、気圧と酸化時間の関係式を導出し、気圧の測定結果に基づいて酸化時間を補正することにより、熱酸化膜の膜厚制御を行う方法等が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３１８１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、熱酸化膜の膜厚変動は、気圧変動以外の要因、例えば熱酸化膜形成に用いる装置の状態等にも影響されるため、気圧の情報のみで酸化時間を制御しても、必ずしも十分に熱酸化膜の膜厚変動を抑制することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、気圧変動等に起因した膜厚変動を抑制し、所望の膜厚の熱酸化膜を安定して形成することのできる半導体製造システム及び半導体装置の製造方法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】
上記課題を解決するために、常圧の酸化雰囲気での熱処理による酸化膜の形成を行う次のような半導体製造システムが提供される。すなわち、この半導体製造システムは、酸化処理の酸化時間と形成される酸化膜厚との関係を示す第１の線形モデル式を導出する第１の線形モデル式導出部、前記第１の線形モデル式の切片を変数とし、過去複数回の酸化処理の酸化時間、酸化膜厚及び酸化処理前の気圧を含むデータを用いて、酸化処理前の気圧と前記切片との関係を示す第２の線形モデル式を導出する第２の線形モデル式導出部、前記第２の線形モデル式と次回の酸化処理前の気圧とを用いて前記切片を算出する切片算出部、及び算出された前記切片を有する前記第１の線形モデル式と前記次回の酸化処理で得るべき酸化膜厚とを用いて前記次回の酸化処理の酸化時間を算出する酸化時間算出部を備えた構成を有する。
【０００８】
このような半導体製造システムによれば、気圧以外の要素も含んだ過去の酸化処理のデータを用いて線形モデル式が導出され、次回の酸化処理の酸化時間が、そのような線形モデル式を用いて、その酸化処理前の気圧を基に算出される。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、次回の酸化処理の酸化時間を、そのような線形モデル式を用いて、その酸化処理前の気圧を基に算出する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の半導体製造システム及び半導体装置の製造方法によれば、気圧変動等に起因した膜厚変動を抑制し、所望の膜厚の熱酸化膜を安定して形成することができ、半導体装置の信頼性及び製造歩留まりを向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して詳細に説明する。
図１は半導体製造システムの概略を示す図である。
図１に示す半導体製造システム１は、ウェハに熱酸化膜を形成する酸化処理を行う酸化処理部２、ウェハに形成された熱酸化膜の膜厚（酸化膜厚）を測定する膜厚測定部３、及び酸化処理部２で行われた酸化処理のデータ並びに膜厚測定部３で測定された酸化膜厚等を用いて次に行う酸化処理の条件を算出する処理条件算出部４を有している。
【００１２】
酸化処理部２は、熱酸化膜を形成するウェハがセットされた炉内への反応ガス（酸素又は水蒸気。）とキャリアガス（窒素又はアルゴン。）の導入機構並びに所定温度で所定時間そのウェハの加熱を行う加熱機構等を備えた酸化装置２ａ、及び酸化装置２ａで行われる酸化処理の雰囲気、酸化温度、酸化時間等を制御する制御部２ｂを有している。
【００１３】
さらに、この酸化処理部２には、一定時間間隔で気圧を測定し、その気圧のデータを処理条件算出部４に伝達する気圧測定部５が設けられている。なお、この気圧測定部５は、酸化処理部２の内部のほか、外部に設けられていてもよいが、いずれの場合も酸化装置２ａの近くに設けられていることが好ましい。
【００１４】
膜厚測定部３は、酸化処理部２において形成された熱酸化膜の酸化膜厚を測定し、その酸化膜厚のデータを処理条件算出部４に伝達する。
処理条件算出部４は、膜厚測定部３で測定された酸化膜厚、酸化処理部２で行われた酸化処理の酸化時間、及び気圧測定部５で測定された気圧を用い、次に行う酸化処理において目的の酸化膜厚（狙い酸化膜厚）が得られるように、その酸化処理前の気圧に応じて最適な酸化時間を算出する。算出された酸化時間のデータは、酸化処理部２の制御部２ｂに伝達され、酸化装置２ａでは、その酸化時間で酸化処理が行われる。
【００１５】
ここで、半導体製造システム１における酸化時間の算出原理について説明する。
酸化時間の算出にあたっては、はじめに、酸化時間と酸化膜厚との関係を表すモデル式を導出する。このモデル式は、予め酸化処理部２において酸化時間を変えて複数回の酸化処理を行い、それぞれの処理で形成される熱酸化膜の酸化膜厚を膜厚測定部３で測定することによって取得される、その酸化時間と酸化膜厚との関係を基に求めることができる。ただし、このモデル式を求める際には、気圧の変動による酸化膜厚の変動を避けるよう、できるだけ各酸化処理前の気圧が同じか又は近い条件で酸化処理を行っておくことが望ましい。
【００１６】
図２はモデル式の説明図である。
酸化膜厚をＸ、酸化時間をＴとすると、酸化時間Ｔと酸化膜厚Ｘとの関係は、図２及び次式（１）に示すような線形モデルで表すことができる。
【００１７】
Ｘ＝ＣＴ＋Ｄ・・・（１）
ところで、Ｄｅａｌ−Ｇｒｏｖｅモデルによれば、シリコンの酸化膜厚Ｘと酸化時間Ｔとの間には、次式（２）に示すような関係が成り立つ。
【００１８】
Ｘ2＋ＡＸ＝Ｂ（Ｔ＋τ）・・・（２）
この式（２）は、酸化膜厚Ｘが薄い場合には、次式（２ａ）のように変形することができる。
【００１９】
Ｘ＝Ｂ（Ｔ＋τ）／Ａ・・・（２ａ）
この場合、酸化膜厚Ｘが酸化時間Ｔに比例する関係が得られる。τは、酸化処理前からウェハ上に存在する酸化膜（自然酸化膜等。）の膜厚の補正値である。Ｂ／Ａは、酸化種の分圧に比例する。
【００２０】
一方、式（２）は、酸化膜厚Ｘが厚い場合には、次式（２ｂ）のように変形することができる。
Ｘ2＝Ｂ（Ｔ＋τ）・・・（２ｂ）
この場合は、酸化膜厚Ｘが酸化時間Ｔの１／２乗に比例するようになる。
【００２１】
実際の気圧の変動によるゲート酸化膜の酸化膜厚Ｘの変動は、その変動量が熱酸化膜全体の膜厚に比べて十分小さい。そのため、ゲート酸化膜用の薄い熱酸化膜の形成においては、変動前後の酸化膜厚Ｘに関わらず、酸化時間Ｔと酸化膜厚Ｘとの関係を図２及び式（１）に示したような線形モデルで表すことができる。
【００２２】
ゲート酸化膜用の薄い熱酸化膜の形成に適用する式（１）と上記の式（２ａ）とを単純に比較した場合には、式（１）の傾きＣは、式（２ａ）のＢ／Ａに対応しており、気圧によって変動することになる。ただし、切片Ｄについては、酸化処理前からウェハ上に存在する自然酸化膜厚に相当するため、気圧によって変動しない。
【００２３】
このように、本来は式（１）の傾きＣが気圧により変動することによって同じ酸化時間Ｔでも酸化膜厚Ｘが変動するが、上記のように気圧の変動による酸化膜厚Ｘの変動が小さいことから、図２に点線で示したように、傾きＣが一定で切片Ｄのみが気圧により変動して酸化膜厚Ｘが変動するとみなすことができる。
【００２４】
このようなことから、酸化処理前の気圧が同じか又は近い条件で酸化時間Ｔを変えた酸化処理により得られる、酸化時間Ｔ及び酸化膜厚Ｘを用い、例えば最小二乗法により、傾きＣ及び切片Ｄが求められ、式（１）の線形モデル式（第１の線形モデル式）が求められる。
【００２５】
次いで、上記のように、式（１）の傾きＣが一定で、切片Ｄが気圧によって変動するとした場合における、切片Ｄと酸化処理前の気圧Ｐとの関係を表すモデル式を導出する。
図３は酸化処理前の気圧と切片との関係を模式的に示す図である。
【００２６】
気圧をＰとすると、気圧Ｐと式（１）の切片Ｄとの関係は、図３及び次式（３）のような線形モデルで表すことができる。
Ｄ＝ＥＰ＋Ｆ・・・（３）
式（３）のモデル式は、過去複数回の酸化処理のデータから求めることができる。この場合、過去複数回の酸化処理は、式（１）の場合とは異なり、同じか又は近い気圧条件で行われているものでなくても構わない。具体的には、先に求めた式（１）の傾きＣを用い、過去複数回（Ｎ回）の酸化処理のデータから、式（１）を変形したＤ＝Ｘ−ＣＴの式に、膜厚測定部３で実測した酸化膜厚Ｘとそれを得たときの実際の酸化時間Ｔを代入して、過去Ｎ回分の酸化処理についてそれぞれ切片Ｄの値を算出する。これにより、各酸化処理前の気圧Ｐと算出された各切片Ｄの値との関係を取得し、その関係から次式（４），（５）に従って傾きＥ及び切片Ｆを求め、式（３）の線形モデル式（第２の線形モデル式）を求める。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
ここで、図４は半導体装置製造フローの一部を示す図、図５及び図６は酸化処理前の気圧と切片との関係を取得した結果の一例を示す図である。
半導体装置製造におけるゲート酸化膜及びゲート電極の形成は、ウェハ（半導体基板）１０への素子分離領域１１の形成（図４（Ａ））、酸化処理によるゲート酸化膜（熱酸化膜）１２の形成（図４（Ｂ））、及びゲート電極材料１３の堆積並びに加工（図４（Ｃ））、といった流れで実施される。この図５には、図４（Ｂ）に示したゲート酸化膜１２の形成工程において取得された、酸化処理部２での過去１０回分の酸化処理の切片Ｄと、各酸化処理前の気圧Ｐとの関係を示している。
【００２９】
図５の場合、ゲート酸化膜１２の狙い酸化膜厚は６５Åに設定している。切片Ｄは、酸化処理終了後に測定した酸化膜厚Ｘ（ウェハ１０上の複数箇所で実測した酸化膜厚の平均値。）、酸化時間Ｔ及び一定の傾きＣを用い、Ｄ＝Ｘ−ＣＴに従って求めた値である。気圧Ｐは、気圧測定部５で一定時間間隔（例えば１０分間隔。）で測定されたもののうち酸化処理開始前の直近のものを使用している。図５より、酸化処理前の気圧Ｐと切片Ｄとの関係は、上記のように線形近似が可能になっているということができる。また、図６には、ゲート酸化膜１２よりもずっと狙い酸化膜厚が厚い２５００Åの膜厚の場合を示している。このように酸化膜厚Ｘが厚い場合であっても、酸化処理前の気圧Ｐと切片Ｄとの関係については、上記のような線形近似が可能であるということができる。
【００３０】
このように、酸化処理前の気圧Ｐ及び切片Ｄのデータが用いられ、式（３）の第２の線形モデル式が導出される。式（３）の第２の線形モデル式は、過去Ｎ回分の酸化処理の気圧依存性の平均値を表している。そのため、この式（３）は、気圧Ｐの変動以外の要因による変動（装置の状態変動等。）も含めた気圧依存性を表す最適な近似式になっている。
【００３１】
上記のようにして導出された式（１），（３）より、酸化時間Ｔは、次式（６）のように表すことができる。
Ｔ＝（Ｘ−Ｄ）／Ｃ＝［Ｘ−（ＥＰ＋Ｆ）］／Ｃ・・・（６）
この式（６）において、酸化膜厚Ｘを次に行う酸化処理の狙い酸化膜厚とし、気圧Ｐを次に行う酸化処理前の気圧とすれば、傾きＣ，Ｅ及び切片Ｆを用い、次に行う酸化処理前の気圧Ｐに基づく最適な酸化時間Ｔを求めることができる。
【００３２】
上記の半導体製造システム１は、以上のような原理に従い、処理条件算出部４において酸化時間Ｔの算出を行う。
図７は処理条件算出部の構成例を示す図である。
【００３３】
この図７に例示する処理条件算出部４は、データ記憶部４ａ、第１，第２の線形モデル式導出部４ｂ，４ｃ、切片算出部４ｄ、酸化時間算出部４ｅ、データ更新処理部４ｆ及び第３の線形モデル式導出部４ｇを有している。
【００３４】
データ記憶部４ａには、酸化処理部２で行われた酸化処理の酸化時間Ｔ、膜厚測定部３で実測された酸化膜厚Ｘ、気圧測定部５で測定された気圧Ｐといったデータのほか、狙い酸化膜厚、次回の酸化処理の酸化時間Ｔの算出処理に伴って取得されるデータ等が記憶される。
【００３５】
第１の線形モデル式導出部４ｂは、データ記憶部４ａに記憶されている所定のデータ、すなわち酸化処理前の気圧Ｐが同じか又は近い条件で酸化時間Ｔを変えて複数回行われた酸化処理のデータ（酸化時間Ｔ及び酸化膜厚Ｘ。）を用いて、式（１）の第１の線形モデル式を導出する。ただし、第１の線形モデル式は別の手段で求めてもよく、その傾きＣをデータ記憶部４ａに記憶させておけば、第１の線形モデル式導出部４ｂはなくてもよい。
【００３６】
第２の線形モデル式導出部４ｃは、第１の線形モデル式導出部４ｂにより導出された第１の線形モデル式、及びデータ記憶部４ａに記憶されている過去複数回（Ｎ回）の酸化処理のデータ（酸化時間Ｔ及び酸化膜厚Ｘ。）を用い、その傾きＣを一定とし切片Ｄを変数として算出される各酸化処理についての切片Ｄとそれぞれの酸化処理前の気圧Ｐとの関係から、式（３）の第２の線形モデル式を導出する。なお、この式（３）の第２の線形モデル式を導出するために用いる過去の酸化処理のデータ数Ｎは、予め設定しておくことができるようになっている。
【００３７】
切片算出部４ｄは、第２の線形モデル式導出部４ｃにより導出された第２の線形モデル式、及びデータ記憶部４ａに記憶されている次の酸化処理前の気圧Ｐを用い、第１の線形モデル式の切片Ｄ（ＥＰ＋Ｆ）を算出する。
【００３８】
酸化時間算出部４ｅは、第１の線形モデル式導出部４ｂにより導出された第１の線形モデル式の傾きＣと、その切片Ｄを切片算出部４ｄにより算出された値を用いて、狙い酸化膜厚を得るための酸化時間Ｔを算出する。
【００３９】
また、この酸化時間算出部４ｅは、第２の線形モデル式導出部４ｃによる第２の線形モデル式の導出に用いる過去複数回の酸化処理のデータが所定数に達するまでの間は、後述の線形モデル式（第３の線形モデル式）を用いて、狙い酸化膜厚を得るための酸化時間Ｔを算出することができるようになっている。
【００４０】
データ更新処理部４ｆは、第２の線形モデル式導出部４ｃによる第２の線形モデル式の導出に用いる過去複数回の酸化処理のデータを更新する処理を行う。
第３の線形モデル式導出部４ｇは、過去複数回の酸化処理のデータを用いて第３の線形モデル式を導出する。
【００４１】
なお、図７に例示したような構成を有する処理条件算出部４の処理は、例えば、酸化処理部２及び膜厚測定部３、その他の半導体製造装置等とネットワーク接続されているＡＰＣ（Advanced Process Control）システムのコンピュータを用いて実現することが可能である。そのほか、そのようなＡＰＣシステム外のコンピュータを用いて、そのコンピュータに酸化処理部２、膜厚測定部３及び気圧測定部５から必要なデータを取り込み、最終的に算出した酸化時間Ｔを次の酸化処理を行う酸化処理部２に伝達するようにすることにより、上記の処理を実現することが可能である。
【００４２】
また、データ記憶部４ａは、図７に例示したように処理条件算出部４が備える構成とするほか、処理条件算出部４の外部に設けた構成とすることもできる。例えば、酸化処理部２及び膜厚測定部３がそれぞれ所定のデータを保有する構成とし、それらの保有データを必要に応じて抽出し、その抽出したデータを用いて第１，第２の線形モデル式の導出を行う構成としてもよい。
【００４３】
半導体製造システム１は、このような構成を有する処理条件算出部４を用いて、酸化時間Ｔの算出を行う。
図８は半導体製造システムの処理フローの一例を示す図である。
【００４４】
半導体製造システム１の酸化処理部２では、酸化処理前の気圧Ｐが同じか又は近い条件で酸化時間Ｔを変えて複数回の酸化処理が行われ、各酸化処理後に膜厚測定部３でそれぞれ酸化膜厚Ｘが測定される。このとき取得される酸化時間Ｔ、酸化膜厚Ｘ及び酸化処理前の気圧Ｐを含むデータは、データ記憶部４ａに記憶される。
【００４５】
処理条件算出部４は、第１の線形モデル式導出部４ｂにより、データ記憶部４ａに記憶されているその酸化時間Ｔと酸化膜厚Ｘとを用い、それらの関係を示す式（１）の第１の線形モデル式を導出する（ステップＳ１）。このような所定気圧条件で取得される酸化処理のデータが用いられ、式（１）の第１の線形モデル式における傾きＣが求められる。
【００４６】
次いで、処理条件算出部４は、第２の線形モデル式導出部４ｃにより、データ記憶部４ａに記憶されている過去Ｎ回分の酸化時間Ｔ、酸化膜厚Ｘ及び酸化処理前の気圧Ｐを含む各酸化処理のデータを用い、酸化処理前の気圧Ｐと、式（１）の第１の線形モデル式の切片Ｄとの関係を示す式（３）の第２の線形モデル式を導出する（ステップＳ２）。
【００４７】
すなわち、第２の線形モデル式導出部４ｃは、ステップＳ１で求められた傾きＣ、酸化処理部２で行われた過去Ｎ回分の各酸化処理の酸化時間Ｔ、及び各酸化処理後に膜厚測定部３で測定された酸化膜厚Ｘを用い、Ｄ＝Ｘ−ＣＴに従って各酸化処理について切片Ｄを求める。さらに、第２の線形モデル式導出部４ｃは、求めた切片Ｄと各酸化処理の際の気圧Ｐとを用い、式（４），（５）に従って、式（３）の第２の線形モデル式の傾きＥ及び切片Ｆを求める。
【００４８】
次いで、半導体製造システム１では、次に行う酸化処理の際に、処理条件算出部４が、切片算出部４ｄにより、その酸化処理前に気圧測定部５で測定された気圧Ｐを用い、ステップＳ２で傾きＥ及び切片Ｆを求めた式（３）の第２の線形モデル式に従って、式（１）の切片Ｄ（ＥＰ＋Ｆ）の値を求める（ステップＳ３）。
【００４９】
そして、処理条件算出部４は、酸化時間算出部４ｅにより、ステップＳ１で求めた傾きＣ、ステップＳ３で算出した切片Ｄ（ＥＰ＋Ｆ）、及び予め設定されている狙い酸化膜厚（Ｘ）を用い、式（６）に従って、次に行う酸化処理前の気圧Ｐに基づく最適な酸化時間Ｔを算出する（ステップＳ４）。
【００５０】
酸化処理部２では、処理条件算出部４で算出された酸化時間Ｔが制御部２ｂに伝達され、制御部２ｂが、その酸化時間Ｔで酸化処理が行われるよう、酸化装置２ａの動作を制御する（ステップＳ５）。
【００５１】
半導体製造システム１は、このように過去Ｎ回分の酸化処理のデータを用いて次に行う酸化処理前の気圧Ｐに基づく最適な酸化時間Ｔを算出し、その酸化時間Ｔで酸化処理を行う。その酸化処理後には、膜厚測定部３によって、形成された熱酸化膜の酸化膜厚Ｘが測定される（ステップＳ６）。これにより、このときの酸化処理の酸化時間Ｔと酸化膜厚Ｘのほか、この酸化処理前の気圧Ｐ及び切片Ｄ（ＥＰ＋Ｆ）の値を含むデータが取得される。この酸化処理について取得されたデータは、データ記憶部４ａに記憶される。
【００５２】
処理条件算出部４は、データ更新処理部４ｆにより、このとき取得されたデータをその酸化時間Ｔの算出に用いた過去Ｎ回分のデータに追加し、そのＮ＋１回分のデータのうち、いずれか１回分のデータを、次の酸化時間Ｔの算出に用いるＮ回分のデータから削除するデータ更新処理を実行する（ステップＳ７）。
【００５３】
そして、さらに次の酸化処理を行う際には、データ更新処理部４ｆによって更新された過去Ｎ回分の酸化処理のデータを用い、ステップＳ２以降の処理が行われる。このように、半導体製造システム１では、常に過去Ｎ回分の酸化処理のデータを用いて第２の線形モデル式の導出が行われ、導出されたその第２の線形モデル式を用いて酸化時間Ｔが算出されるようになっている。
【００５４】
データ更新処理部４ｆは、例えば、過去Ｎ回の酸化処理のデータを用いたＮ＋１回目の酸化処理の酸化時間Ｔの算出及びその酸化処理の実施後、そのＮ＋１回目の酸化処理のデータを加え、過去Ｎ回の酸化処理のデータのうち最も古い回のデータを削除することによって、次に行う酸化処理の酸化時間Ｔの算出に用いるＮ回分の酸化処理のデータを更新する。
【００５５】
ただし、このように常に直近の過去Ｎ回の酸化処理のデータを用いるような更新を行っていく場合、複数回の酸化処理にわたって気圧Ｐがあまり変動していないときには、式（３）の第２の線形モデル式を求める際の気圧Ｐの範囲が狭くなり、次に行う酸化処理の気圧Ｐが大きく変化したときに、傾きＥ及び切片Ｆや算出する酸化時間Ｔの誤差が大きくなってしまう場合がある。
【００５６】
このような状況にも対応するためには、削除するデータを選択するときに、それらのデータに含まれる気圧Ｐについて制約条件を設けておき、設定した範囲外の気圧Ｐのデータが含まれるようにデータ更新処理を行うようにすればよい。例えば、データ更新処理後のＮ回分の酸化処理のデータの中に１０ｈＰａ以上の差がある気圧Ｐのデータが残るように、データ更新処理を行う。
【００５７】
図９はデータ更新処理フローの一例を示す図である。
過去Ｎ回分の酸化処理のデータが存在しており、それらのデータを用いて酸化時間Ｔが算出され、最新の酸化処理が行われると、それらのデータに、その酸化処理前の気圧Ｐと算出された切片Ｄ（ＥＰ＋Ｆ）を含むデータが新たに加えられ、Ｎ＋１回分の酸化処理のデータが得られる。
【００５８】
データ更新処理部４ｆは、まず、このＮ＋１回分のデータから、最も古い回のデータを除いたＮ回分のデータで、気圧Ｐの最大値ＰMAXと最小値ＰMINの差ＰMAX−ＰMINを計算する（ステップＳ１０）。
【００５９】
次いで、データ更新処理部４ｆは、その気圧Ｐの差ＰMAX−ＰMINが予め設定した値以上であるか否かを判定し（ステップＳ１１）、気圧Ｐの差ＰMAX−ＰMINが予め設定した値以上である場合には、Ｎ＋１回分のデータの中で最も古い回のデータを、次の酸化時間Ｔの算出に用いるデータの群から削除する（ステップＳ１２）。
【００６０】
気圧Ｐの差ＰMAX−ＰMINの値が予め設定した値未満の場合には、データ更新処理部４ｆは、Ｎ＋１回分のデータ中の最大値ＰMAXと最小値ＰMINが何回目のデータであるかを特定する（ステップＳ１３）。
【００６１】
そして、データ更新処理部４ｆは、最大値ＰMAXと最小値ＰMINが、最も古い回のデータと２番目に古い回のデータであるか否かを判定する（ステップＳ１４）。最大値ＰMAXと最小値ＰMINが、最も古い回のデータと２番目に古い回のデータである場合には、データ更新処理部４ｆは、３番目に古い回のデータを、次の酸化時間Ｔの算出に用いるデータの群から削除する（ステップＳ１５）。それ以外の場合には、データ更新処理部４ｆは、２番目に古い回のデータを、酸化時間Ｔの算出に用いるデータの群から削除する（ステップＳ１６）。
【００６２】
このようにして新しい酸化処理が行われるごとに、データ更新処理部４ｆにより、次に行う酸化処理の酸化時間Ｔの算出に用いるＮ回分の酸化処理のデータを更新していくようにする。そして、このようにして更新されたＮ回分の酸化処理のデータを用いて、式（３）の第２の線形モデル式が更新される。
【００６３】
なお、以上の説明では、上記ステップＳ２において、酸化処理前の気圧Ｐと式（１）の第１の線形モデル式の切片Ｄとの関係を示す式（３）の第２の線形モデル式を求めるのに、式（４），（５）を用いて傾きＥ及び切片Ｆを算出するようにした。このほか、過去の実績から傾きＥが一定とみなせる場合には、傾きＥを固定値としてもよい。その場合、切片Ｆについては、式（５）を用いて算出すればよい。これにより、演算に伴う負荷の軽減、演算の高速化等を図ることができる。また、定期的に、例えば所定回数の酸化処理が行われるごとに、式（４）を用いて傾きＥを求め、次に所定回数の酸化処理が経過するまではその傾きＥを固定値として用いるようにすることも可能である。
【００６４】
また、式（１）の第１の線形モデル式についても、適当なタイミングで更新していくようにしてもよい。
また、ここまでは、予め過去複数回分の酸化処理のデータが存在している場合を例に説明した。しかし、実際の製造ラインでの運用では、炉を洗浄した後にテスト処理を１回程度行い、すぐに製品の酸化処理が行えることが望ましい。そこで、例えば、炉の洗浄後、所定回数分の酸化処理のデータが取得されるまでは、次のような方法で酸化時間Ｔの算出を行う。
【００６５】
図１０は酸化処理前の気圧と酸化膜厚との関係を模式的に示す図である。
ただし、この場合、酸化時間が一定のデータを使用する必要がある。
まず、過去に行われた酸化処理のデータを用いて、図２に示したような酸化時間Ｔと酸化膜厚Ｘとの関係を示す式（１）の第１の線形モデル式を取得するとともに、新たに酸化処理前の気圧Ｐと酸化膜厚Ｘとの関係を示すモデル式を求める。酸化処理前の気圧Ｐと酸化膜厚Ｘとの関係は、次式（７）のような線形モデルで表すことができる。
【００６６】
Ｘ＝ＧＰ＋Ｈ・・・（７）
この式（７）の第３の線形モデル式では、傾きＧが重要なパラメータとなる。行う酸化処理の酸化時間（次回の酸化時間）は、その酸化処理前の気圧Ｐ、式（１）の第１の線形モデル式の傾きＣ、式（７）の第３の線形モデル式の傾きＧ、前回の酸化処理（例えば、炉の洗浄前の酸化処理。）のデータ（前回の酸化時間、酸化膜厚、酸化処理前の気圧等。）、及び狙い酸化膜厚を用い、次式（８）によって算出することができる。
【００６７】
次回の酸化時間＝前回の酸化時間＋［狙い酸化膜厚−（前回の酸化膜厚−Ｇ×△Ｐ）］／Ｃ・・・（８）
ただし、この式（８）において、△Ｐは、前回の酸化処理前の気圧と次回の酸化処理前の気圧Ｐとの差（△Ｐ＝前回の酸化処理前の気圧−次回の酸化処理前の気圧）である。
【００６８】
式（８）において、Ｇ×△Ｐは、前回と次回の酸化処理前の気圧差に起因した酸化膜厚の変動量を示し、前回酸化膜厚との差分により、気圧を基に予測される次回の酸化膜厚が得られる。さらに、狙い酸化膜厚との差分を求め、その差を補償する分の酸化時間を傾きＣを用いて求め、これを前回の酸化時間に加えることで、次回の酸化時間を算出する。このように、次回の酸化時間を、前回の酸化処理のデータを用い、それらの気圧差に起因した酸化時間の変動量により前回の酸化時間を補正することによって求めていく。
【００６９】
ただし、第３の線形モデル式（７）の傾きＧは、第２の線形モデル式（３）の傾きＥで代用することもできる。
この式（８）に従って３回分の酸化処理のデータが取得できれば、以後は式（４），（５）に従って式（３）の第２の線形モデル式の傾きＥ及び切片Ｆを求め、上記のようにして酸化時間Ｔを算出していくことができる。したがって、例えば、炉の洗浄後、３回分の酸化処理のデータが取得されるまでは、処理条件算出部４により式（８）に従って酸化時間Ｔを算出するようにすればよい。
【００７０】
以上説明したように、半導体製造システム１では、過去複数回の酸化処理のデータ及び式（１），（３）の第１，第２の線形モデル式を用い、必要に応じて式（８）の第３の線形モデル式を用いて、次に行う酸化処理の際の気圧Ｐを基に最適な酸化時間Ｔを求める。これにより、気圧Ｐの変動による熱酸化膜の膜厚変動を効果的に抑制することができる。この酸化時間Ｔの算出に用いるデータには、気圧Ｐが異なる条件で取得された過去複数回分の酸化処理のデータが含まれているため、次に行う酸化処理の気圧Ｐだけでなく、気圧Ｐの変動以外の要因（装置の状態変動等。）も含めて、最適な酸化時間Ｔを算出することができる。その結果、半導体装置の信頼性及び製造歩留まりを向上させることが可能になる。
【００７１】
なお、以上説明したような半導体製造システム１が有する処理機能は、コンピュータを用いて実現可能である。その場合、そのような半導体製造システム１が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、所定の処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。
【００７２】
以上説明した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）  常圧の酸化雰囲気での熱処理により酸化膜の形成を行う半導体製造システムにおいて、
酸化処理の酸化時間と形成される酸化膜厚との関係を示す第１の線形モデル式を導出する第１の線形モデル式導出部と、
前記第１の線形モデル式の切片を変数とし、過去複数回の酸化処理の酸化時間、酸化膜厚及び酸化処理前の気圧を含むデータを用いて酸化処理前の気圧と前記切片との関係を示す第２の線形モデル式を導出する第２の線形モデル式導出部と、
前記第２の線形モデル式と次回の酸化処理前の気圧とを用いて前記切片を算出する切片算出部と、
算出された前記切片を有する前記第１の線形モデル式と前記次回の酸化処理で得るべき酸化膜厚とを用いて前記次回の酸化処理の酸化時間を算出する酸化時間算出部と、
を有することを特徴とする半導体製造システム。
【００７３】
（付記２）  前記第１の線形モデル式導出部で求めた前記第１の線形モデル式、或いは予め求めておいた前記第１の線形モデル式の傾きを記憶させておく記憶部を有する付記１記載の半導体製造システム。
【００７４】
（付記３）  算出された前記次回の酸化処理の酸化時間で前記次回の酸化処理を行う酸化処理部と、
前記次回の酸化処理で形成された酸化膜厚を測定する膜厚測定部と、
前記次回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式の導出に用いる前記過去複数回の酸化処理のデータを更新するデータ更新処理部と、
を有し、
前記データ更新処理部での更新後、前記第２の線形モデル式導出部は、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式を導出することを特徴とする付記１又は２記載の半導体製造システム。
【００７５】
（付記４）  前記データ更新処理部は、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータの中に、酸化処理前の気圧が予め設定された範囲外であるデータが含まれるように、更新前の前記過去複数回の酸化処理のデータ及び前記次回の酸化処理のデータからいずれかのデータを削除することを特徴とする付記３記載の半導体製造システム。
【００７６】
（付記５）  前記データ更新処理部での更新後、前記第２の線形モデル式導出部は、前記第２の線形モデル式の傾きは一定として、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式を導出することを特徴とする付記３又は４記載の半導体製造システム。
【００７７】
（付記６）  酸化処理前の気圧と形成される酸化膜厚との関係を示す第３の線形モデル式を導出する第３の線形モデル式導出部を有し、
前記酸化時間算出部は、予め設定された個数の前記過去複数回の酸化処理のデータが存在しない場合に、所定回の酸化処理の酸化時間を、前記第１，第３の線形モデル式、前記所定回の酸化処理前の気圧、及び前回の酸化処理のデータを用いて算出される、前記所定回の酸化処理と前記前回の酸化処理との気圧差に起因した酸化時間変動量により、前記前回の酸化処理の酸化時間を補正することによって求めることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の半導体製造システム。
【００７８】
（付記７）  前記第３の線形モデル式導出部で求めた前記第３の線形モデル式、或いは予め求めておいた前記第３の線形モデル式の傾きを記憶させておく記憶部を有する付記６記載の半導体製造システム。
【００７９】
（付記８）  前記第１の線形モデル式導出部は、酸化処理前の気圧が同じ又は近い条件で取得された酸化時間と酸化膜厚とを用いて、前記第１の線形モデル式を導出することを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の半導体製造システム。
【００８０】
（付記９）  常圧の酸化雰囲気での熱処理により酸化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、
酸化処理の酸化時間と形成される酸化膜厚との関係を示す第１の線形モデル式を導出する第１の線形モデル式導出ステップと、
前記第１の線形モデル式の切片を変数とし、過去複数回の酸化処理の酸化時間、酸化膜厚及び酸化処理前の気圧を含むデータを用いて酸化処理前の気圧と前記切片との関係を示す第２の線形モデル式を導出する第２の線形モデル式導出ステップと、
前記第２の線形モデル式と次回の酸化処理前の気圧とを用いて前記切片を算出する切片算出ステップと、
算出された前記切片を有する前記第１の線形モデル式と前記次回の酸化処理で得るべき酸化膜厚とを用いて前記次回の酸化処理の酸化時間を算出する酸化時間算出ステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００８１】
（付記１０）  算出された前記次回の酸化処理の酸化時間で前記次回の酸化処理を行う酸化処理ステップと、
前記次回の酸化処理で形成された酸化膜厚を測定する膜厚測定ステップと、
前記次回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式の導出に用いる前記過去複数回の酸化処理のデータを更新するデータ更新処理ステップと、
を有し、
前記データ更新処理ステップでの更新後は、前記第２の線形モデル式導出ステップにおいて、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式を導出することを特徴とする付記９記載の半導体装置の製造方法。
【００８２】
（付記１１）  前記データ更新処理ステップにおいては、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータの中に、酸化処理前の気圧が予め設定された範囲外であるデータが含まれるように、更新前の前記過去複数回の酸化処理のデータ及び前記次回の酸化処理のデータからいずれかのデータを削除することを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法。
【００８３】
（付記１２）  前記データ更新処理ステップでの更新後、前記第２の線形モデル式導出ステップにおいては、前記第２の線形モデル式の傾きは一定として、更新後の前記過去複数回の酸化処理のデータを用いて前記第２の線形モデル式を導出することを特徴とする付記１０又は１１記載の半導体装置の製造方法。
【００８４】
（付記１３）  酸化処理前の気圧と形成される酸化膜厚との関係を示す第３の線形モデル式を導出する第３の線形モデル式導出ステップを有し、
前記酸化時間算出ステップにおいては、予め設定された個数の前記過去複数回の酸化処理のデータが存在しない場合に、所定回の酸化処理の酸化時間を、前記第１，第３の線形モデル式、前記所定回の酸化処理前の気圧、及び前回の酸化処理のデータを用いて算出される、前記所定回の酸化処理と前記前回の酸化処理との気圧差に起因した酸化時間変動量により、前記前回の酸化処理の酸化時間を補正することによって求めることを特徴とする付記９から１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【００８５】
（付記１４）  前記第１の線形モデル式導出ステップにおいては、酸化処理前の気圧が同じ又は近い条件で取得された酸化時間と酸化膜厚とを用いて、前記第１の線形モデル式を導出することを特徴とする付記９から１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】半導体製造システムの概略を示す図である。
【図２】モデル式の説明図である。
【図３】酸化処理前の気圧と切片との関係を模式的に示す図である。
【図４】半導体装置製造フローの一部を示す図である。
【図５】酸化処理前の気圧と切片との関係を取得した結果の一例を示す図（その１）である。
【図６】酸化処理前の気圧と切片との関係を取得した結果の一例を示す図（その２）である。
【図７】処理条件算出部の構成例を示す図である。
【図８】半導体製造システムの処理フローの一例を示す図である。
【図９】データ更新処理フローの一例を示す図である。
【図１０】酸化処理前の気圧と酸化膜厚との関係を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  半導体製造システム
２  酸化処理部
２ａ  酸化装置
２ｂ  制御部
３  膜厚測定部
４  処理条件算出部
４ａ  データ記憶部
４ｂ  第１の線形モデル式導出部
４ｃ  第２の線形モデル式導出部
４ｄ  切片算出部
４ｅ  酸化時間算出部
４ｆ  データ更新処理部
４ｇ  第３の線形モデル式導出部
５  気圧測定部
１０  ウェハ
１１  素子分離領域
１２  ゲート酸化膜
１３  ゲート電極材料
【図１】
0004983608.tif 000003
【図２】
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【図３】
0004983608.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004983608.tif 000008
【図７】
0004983608.tif 000009
【図８】
0004983608.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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