JP2002043300A - 熱処理装置の制御条件決定方法、熱処理装置、および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハを熱処理するに際して複数のウエハ間
およびウエハ面内における膜厚分布の均一化を図る。 【解決手段】 複数の基板（基板群）間で定常設定温度
の値を調整することで基板（基板群）間の膜厚分布の均
一化を図る第１の設定温度プロファイルを決定する。そ
して、第１の設定温度プロファイルを基に、成膜中の設
定温度を時間的に変化させた時間変化設定温度を適用
し、設定温度の変化率を調整することによって基板面内
の膜厚分布の均一化を図る第２の設定温度プロファイル
を決定する。その後、第２の設定温度プロファイルを基
に、複数の基板（基板群）間で設定温度の時間平均を調
整することで基板（基板群）間の膜厚分布の均一化を図
る第３の設定温度プロファイルを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板等の被処理体
の熱処理を行う熱処理装置の制御条件を決定する方法に
関し、特に基板に均一な膜を形成するための熱処理装置
の制御条件決定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、基板であ
る半導体ウエハ（以下ウエハという）に対して熱処理を
行う装置の一つにバッチ処理を行う縦型熱処理装置があ
る。この装置は、ウエハボートなどと呼ばれているウエ
ハ保持具に多数枚のウエハを棚状に保持し、この保持具
を縦型の熱処理炉の中に搬入して熱処理、例えばＣＶＤ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）処理や酸化処理を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】熱処理装置でウエハを
熱処理するときにウエハ面内あるいは複数のウエハ間で
熱処理の条件に不均一が生じる場合がある。その結果、
熱処理したウエハのウエハ面内あるいは複数のウエハ間
で、熱処理の結果生成された膜の膜厚の分布に不均一が
生じる。複数のウエハを均一に熱処理するために熱処理
装置内部が均一の状態であるのが理想であるが、熱処理
装置内部を時間的にも空間的にも常に均一な状態にする
のは困難である。そこで、複数のウエハができるだけ均
一に近い条件で熱処理を行われるように、熱処理装置を
精密に制御することが必要になってくる。

【０００４】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、熱処理装置を用いて複数のウエハを均
一に熱処理するための制御条件を決定するための方法を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）上記課題を解決す
るために、次のように熱処理装置の制御条件を決定す
る。複数の基板群から構成されるバッチ内の基板の基板
温度を、時間の経過と設定温度との関係を表した複数の
設定温度プロファイルに従って制御する熱処理装置の制
御条件を決定する方法であって、複数の第１のバッチに
おける基板群に対してそれぞれ規定された設定温度プロ
ファイルであって、処理ガスを導入して基板上に膜を形
成する熱処理中における設定温度が時間の経過と共に変
化する時間変化設定温度である設定温度プロファイルに
従って、該第１のバッチにおける複数の基板群を熱処理
する第１の熱処理工程、および該複数の基板群の基板上
に形成された膜の膜厚を測定する第１の膜厚測定工程と
を含む第１の熱処理・膜厚測定工程と、前記第１の膜厚
測定工程によって測定された前記第１のバッチにおける
基板群の基板上に形成された膜の膜厚に基づいて、熱処
理を行った際にそれぞれの基板群間で基板上に形成され
る膜の膜厚が略同一となるように、それぞれの前記設定
温度プロファイルを修正する第１の設定温度プロファイ
ル修正工程と、を具備することを特徴とする。

【０００６】時間変化設定温度において設定温度プロフ
ァイルを修正することにより、基板間の膜厚分布を均一
化できる。

【０００７】ここで、熱処理中におけるそれぞれの前記
設定温度プロファイルが、第１の設定温度プロファイル
修正工程において修正される前後で、定数項を除き略同
一とすることができる。熱処理中の設定温度プロファイ
ルの形状を同じくすることによって、修正前後で基板内
の膜厚分布に変化が生じにくくなる。

【０００８】また、熱処理中におけるそれぞれの前記設
定温度プロファイルの勾配を、時間的に略一定とでき
る。設定温度プロファイルの勾配の大きさが基板面内の
温度分布を決定する要因の一つであり、これを一定にす
ることで熱処理中の温度分布ひいては成膜レートの分布
状態を時間的に一定にできる。

【０００９】前記第１の設定温度プロファイル修正工程
において、熱処理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依存
関係に基づいて、熱処理中におけるそれぞれの前記設定
温度の平均値を算出し、算出した平均値に基づいて前記
設定温度プロファイルを修正することができる。設定温
度の平均値は、膜の成長速度の平均と対応するファクタ
ーであり、膜厚分布の均一化も設定温度の平均値に基づ
いて行うのが効率的となる。

【００１０】さらに、熱処理中の基板温度と膜厚との膜
厚温度依存関係例えば膜厚温度係数に基づいて、前記設
定温度プロファイルの前記時間変化設定温度の平均値を
算出することができる。この膜厚温度依存関係は理論式
を用いることもできるが、実験的に導出した値を採用す
ることもできる。

【００１１】（２）また、本発明に係る熱処理装置の制
御条件決定方法は、複数の基板群から構成されるバッチ
内の基板の基板温度を、設定温度と時間の経過との関係
を表したそれぞれの設定温度プロファイルに従って制御
する熱処理装置の制御条件を決定する方法であって、複
数の基板群に対してそれぞれ設定され、処理ガスを導入
して基板上に膜を形成する熱処理中における設定温度が
略一定の定常設定温度であって、かつ複数の基板群間で
基板上に略同一の膜厚の膜を形成する第１の設定温度プ
ロファイルを決定する第１の設定温度プロファイル決定
工程と、複数の基板群に対してそれぞれ設定され、処理
ガスを導入して基板上に膜を形成する熱処理中における
設定温度が時間の経過と共に変化する時間変化設定温度
である第２の設定温度プロファイルであって、かつ第１
の設定温度プロファイルを修正してなる第２の設定温度
プロファイルを決定する第２の設定温度プロファイル決
定工程と、複数の基板群に対してそれぞれ設定され、処
理ガスを導入して基板上に膜を形成する熱処理中におけ
る設定温度が時間の経過と共に変化する時間変化設定温
度であり、該複数の基板群間で基板上に略同一の膜厚の
膜を形成する第３の設定温度プロファイルであって、か
つ前記第２の設定温度プロファイルを修正してなる第３
の設定温度プロファイルを決定する第３の設定温度プロ
ファイル決定工程と、を具備することを特徴とする。

【００１２】基板群間の膜厚分布の均一化を図る第１の
設定温度プロファイルの決定、第１の設定温度プロファ
イルを修正して基板面内の膜厚分布の均一化を図る第２
の設定温度プロファイルの決定、第２の設定温度プロフ
ァイルを修正して第１の設定温度プロファイル修正時に
多少劣化した可能性がある基板群間の膜厚分布の微調整
を図る第３の設定温度プロファイルの決定を順に実施す
ることで、基板群間および基板面内の双方で良好な膜厚
分布をもたらす制御条件を容易に決定できる。

【００１３】 前記第１の設定温度プロファイル決定
工程が、熱処理中の定常設定温度が略同一の設定温度プ
ロファイルに従って、第１のバッチにおける複数の基板
群を熱処理する第１の熱処理工程、および該複数の基板
群の基板上に形成された膜の膜厚を測定する第１の膜厚
測定工程とを含む第１の熱処理・膜厚測定工程と、前記
第１の膜厚測定工程によって測定された前記基板群の基
板上に形成された膜の膜厚に基づいて、熱処理を行った
際にそれぞれの前記基板群間で基板上に形成される膜の
膜厚が略同一となるそれぞれの定常設定温度を算出し、
算出した定常設定温度に基づいて設定温度プロファイル
を修正する第１の設定温度プロファイル修正工程と、を
具備することができる。定常設定温度の値を調整するこ
とで、複数の基板群間で基板上の膜厚分布の均一化を図
れる。

【００１４】ここで、前記第１の設定温度プロファイル
修正工程が、基板温度と膜厚との膜厚温度依存関係、例
えば膜厚温度係数に基づいて、熱処理中におけるそれぞ
れの前記設定温度プロファイルの前記定常設定温度を算
出する工程を含むことができる。膜厚温度依存関係は、
理論的に算出したものを用いても良いし実験的に求めて
も差し支えない。

【００１５】 前記第２の設定温度プロファイル決定
工程が、前記第１の設定温度プロファイルに従って、第
３のバッチにおける基板群を熱処理する第３の熱処理工
程、および該基板群の基板面内の膜厚分布を測定する第
３の膜厚測定工程とを含む第３の熱処理・膜厚測定工程
と、前記第３の膜厚測定工程によって測定された前記基
板群の基板面内の膜厚分布に基づいて、前記第１の設定
温度プロファイルを修正する第３の設定温度プロファイ
ル修正工程と、を具備することができる。第１の設定温
度プロファイルを修正することで、複数の基板群間で膜
厚分布の均一性をある程度保ちながら、基板面内の膜厚
分布を均一化できる。

【００１６】ここで、熱処理中におけるそれぞれの前記
第２の設定温度プロファイルの勾配を、時間的に略一定
にできる。設定温度プロファイルの勾配を一定とするこ
とで、基板面上の温度分布、ひいては膜の成長速度の分
布を時間的に略一定とすることができる。

【００１７】設定温度プロファイルの修正に際し、熱処
理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依存関係および前記
第３のバッチにおける基板群の基板面内の膜厚分布に基
づいて、基板面内に略均一な膜厚の膜を形成するために
必要な基板面内の必要温度分布を算出することができ
る。熱処理中の温度は膜の成長速度と関連性の強いファ
クターなので、基板面内の温度分布を制御することで基
板面内の膜厚分布の均一化が可能となる。

【００１８】熱処理中の時間変化設定温度の勾配と基板
面内の温度分布との勾配面内分布依存関係および前記必
要温度分布に基づいて、基板上に略均一な膜厚の膜を形
成するために必要な前記時間変化設定温度の必要勾配を
算出し、該必要勾配に基づいて前記第１の設定温度プロ
ファイルを修正することができる。時間変化設定温度の
勾配を調整することで、基板面内の温度分布を制御で
き、基板面内の膜厚分布の均一化を図れる。

【００１９】熱処理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依
存関係に基づいて、基板面内に略均一な膜厚の膜を形成
するために必要な基板面内の必要温度分布を算出するこ
とができる。膜厚温度依存関係は例えば膜厚温度係数が
あり、理論式による算出あるいは実験による導出を行え
る。このとき温度としては時間変化設定温度の時間平均
値を用いると取扱が容易になる。

【００２０】 前記第３の温度設定プロファイル決定
工程が、前記第２の設定温度プロファイルに従って、第
５のバッチにおける複数の基板群を熱処理する第５の熱
処理工程、および該複数の基板群の基板上に形成された
膜の膜厚を測定する第５の膜厚測定工程とを含む第５の
熱処理・膜厚測定工程と、前記第５の膜厚測定工程によ
って測定されたそれぞれの前記基板群の基板上の膜厚に
基づいて、熱処理を行った際にそれぞれの基板群間で基
板上に形成される膜の膜厚が略同一になるそれぞれの前
記時間経過設定温度の平均値を算出し、算出した平均値
に基づいて前記第２の設定温度プロファイルを修正する
第５の設定温度プロファイル修正工程と、を具備するこ
とができる。第２の設定温度プロファイルを修正するこ
とで、基板面内の膜厚分布の均一性をある程度保ちなが
ら、複数の基板群間で膜厚分布を微調整できる。

【００２１】（３）本発明に係る熱処理装置は、処理室
内に基板を配置して熱処理を行うための熱処理装置であ
って、前記基板を加熱する加熱部と、前記基板上に膜を
形成するための処理ガスを前記処理室内に導入するガス
導入部と、時間の経過と設定温度との関係を表した設定
温度プロファイルを含み、かつ前記基板上に膜を形成す
る熱処理工程を記述する熱処理工程記述部を少なくとも
有する処理レシピに従って、前記加熱部および前記ガス
導入部を制御する制御部とを具備し、前記設定温度が、
前記熱処理工程中および該熱処理工程以前の一定期間
で、前記時間変化設定温度であるように、前記設定温度
プロファイルが規定されていることを特徴とする。

【００２２】時間変化設定温度が開始して一定期間経過
してから熱処理工程が開始するので、熱処理工程中にお
いて基板面内の温度分布が安定となる。このため、膜の
成長速度が時間的に安定したものとなる。

【００２３】（４）本発明に係る熱処理方法は、設定温
度に従って温度を制御し、基板の熱処理を行う方法であ
って、前記基板面上の温度分布の安定化のための安定化
工程と、処理ガス雰囲気中で前記基板上に膜を形成する
熱処理工程と、を具備し、前記設定温度が、前記熱処理
工程中の期間および前記安定化工程中の少なくとも一部
の該熱処理工程に先立つ期間において、前記時間変化設
定温度であることを特徴とする。

【００２４】時間変化設定温度が開始して一定期間経過
してから熱処理工程が開始するので、熱処理工程中にお
いて基板面内の温度分布が安定となる。このため、膜の
成長速度が時間的に安定したものとなる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１，図２は、それぞれ本
発明に係る縦型熱処理装置の断面図および斜視図であ
る。

【００２６】本発明に係る縦型熱処理装置は、図１に示
すように、例えば石英で作られた内管２ａ及び外管２ｂ
よりなる二重管構造の反応管２を備え、反応管２の下部
側には金属製の筒状のマニホールド２１が設けられてい
る。

【００２７】内管２ａは上端が開口されており、マニホ
ールド２１の内側で支持されている。外管２ｂは上端が
塞がれており、下端がべ一スプレート２２の下側にてマ
ニホールド２１の上端に気密に接合されている。

【００２８】前記反応管２内には、図２に示すように、
多数枚例えば１５０枚の基板をなす半導体ウエハＷ（製
品ウエハ）が各々水平な状態で上下に間隔をおいて保持
具であるウエハボート２３に棚状に載置されており、こ
のウエハボート２３は蓋体２４の上に保温筒（断熱体）
２５を介して保持されている。前記ウエハボート２３に
は、処理の状態をモニタ一するモニタウエハＷ１〜Ｗ５
が散在して置かれる。

【００２９】前記蓋体２４は、ウエハボート２３を反応
管２内に搬入、搬出するためのボートエレベータ２６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２１の下端開口部、即ち反応管２とマニホールド２
１とで構成される処理容器の下端開口部を閉塞する役割
を持つものである。

【００３０】反応管２の周囲には例えば抵抗加熱体より
なるヒータ３が設けられている。ヒータ３は５分割され
ていて、各ヒータ３１〜３５が電力コントローラ４１〜
４５により独立して発熱量を制御できるようになってい
る。この例では反応管２、マニホールド２１、ヒータ３
により加熱炉が構成される。

【００３１】内管２ａの内壁には、ヒータ３１〜３５に
対応して熱電対等の内側温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ
が設置されている。また、外管２ｂの外壁にはヒータ３
１〜３５に対応して熱電対等の外側温度センサＳ１ｏｕ
ｔ〜Ｓ５ｏｕｔが設置されている。

【００３２】内管２ａの内部はヒータ３１〜３５に対応
して、５つの領域（ゾーン１〜５）に区分して考えるこ
とができる。そして、ウエハはその配置された場所（ゾ
ーン１〜５）に対応して、５つの基板群Ｇ１〜Ｇ５に区
分することができる。なお、基板群Ｇ１〜Ｇ５全体を含
めて、バッチとよぶこととする。即ち、反応管２内に配
置されるとともにウエハボート２３に載置されたウエハ
の全体は、１つのバッチを構成し、一緒に熱処理が行わ
れることになる。

【００３３】前述のモニタウエハは、各基板群Ｇ１〜Ｇ
５に一つずつ（各ゾーン１〜５に対応して）モニタウエ
ハＷ１〜Ｗ５として載置されている。即ち、モニタウエ
ハＷ１〜Ｗ５はそれぞれ基板群Ｇ１〜Ｇ５を代表するウ
エハ（基板）であり、ゾーン１〜５と１対１に対応して
いる。このモニタウエハＷ１〜Ｗ５は、通常は製品ウエ
ハと同一のウエハ（半導体ウエハ）が用いられ、その温
度が推定対象となる。後述のように、モニタウエハＷ１
〜Ｗ５の温度は、温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ、Ｓ１
ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔの測定信号から推定される。

【００３４】マニホールド２１には、内管２ａ内にガス
を供給するように複数のガス供給管が設けられており、
図１では便宜上２本のガス供給管５１、５２を示してあ
る。各ガス供給管５１、５２には、ガス流量をそれぞれ
調整するための例えばマスフローコントローラなどの流
量調整部６１、６２やバルブ（図示せず）などが介設さ
れている。

【００３５】更にまたマニホールド２１には、内管２ａ
と外管２ｂとの隙間から排気するように排気管２７が接
続されており、この排気管２７は図示しない真空ポンプ
に接続されている。排気管２７の途中には反応管２内の
圧力を調整するための例えばバタフライバルブやバルブ
駆動部などを含む圧力調整部２８が設けられている。

【００３６】この縦型熱処理装置は、反応管２内の処理
雰囲気の温度、反応管２内の圧力、ガス流量といった処
理パラメータを制御するためのコントローラ１００を備
えている。このコントローラ１００には、温度センサＳ
１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ、Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔからの測定
信号が入力され、ヒータ３の電力制御器４１〜４５、圧
力調整部２８、流量調整部６１、６２に制御信号を出カ
する。

【００３７】図３は、コントローラ１００の内部構成の
うち、ヒータ３の制御に係る部分の詳細を示すブロック
図である。図３に示すようにコントローラ１００は、温
度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ、Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔ
からの測定信号に基づいて推定したモニタウエハＷ１〜
Ｗ５の中央近傍の中央温度Ｔ１ｃ〜Ｔ５ｃ、周縁近傍の
周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅを出力する基板温度推定部１１
０、それぞれのモニタウエハＷ１〜Ｗ５の中央温度Ｔ１
ｃ〜Ｔ５ｃ、周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅからそれぞれのモ
ニタウエハＷ１〜Ｗ５の代表温度Ｔ１ｒ〜Ｔ５ｒを算出
する代表温度算出部１２０、モニタウエハの代表温度Ｔ
１ｒ〜Ｔ５ｒおよび設定温度プロファイル記憶部１３０
に記憶された設定温度プロファイルを基にヒータの出力
ｈ１〜ｈ５を決定するヒータ出力決定部１４０から構成
される。ヒータ出力決定部１４０で決定されたヒータ出
力ｈ１〜ｈ５は、制御信号として電力制御器４１〜４５
に送出される。

【００３８】設定温度プロファイルは、時間の経過と設
定温度（ウエハＷのあるべき温度）との関係を表したも
のである。この１例を図４に示す。図４は、本発明に係
る設定温度プロファイルを時間と温度の関係を表したグ
ラフとして表現している。

【００３９】（Ａ）時刻ｔ０からｔ１までは設定温度が
Ｔ０に保たれている。このとき、ウエハＷを保持したウ
エハボート２０を縦型熱処理炉１０内に搬入される（ロ
ード工程）。 （Ｂ）時刻ｔ１からｔ２までの間に、設定温度は温度Ｔ
０からＴ１まで一定のレートで上昇する（昇温工程）。 （Ｃ）時刻ｔ２からｔ３の間は、設定温度はそのままＴ
１に保たれる。実際のウエハＷの温度は設定温度を一定
にしても熱的な慣性のために温度が一定になるまで多少
の時間がかかる。そのため、ウエハの温度が安定するま
で次の工程に移るのを控える（安定化工程）。

【００４０】（Ｄ）時刻ｔ３からｔ４の間、設定温度は
そのままＴ１に保たれる。このときに、ガス供給管５
１、５２から処理ガス例えばＳｉＨ_２Ｃｌ_２およびＮＨ
_３が縦型熱処理炉１０の内部に導入され、例えばＣＶＤ
によるＳｉＮ膜の形成等が行われる（成膜工程）。即
ち、この設定温度プロファイルは成膜工程の間の設定温
度が一定の定常設定温度である。なお、後述するように
成膜中に設定温度が変化する場合もあり、これは時間変
化設定温度という。 （Ｅ）時刻ｔ４からｔ５の間は、設定温度がＴ１からＴ
０まで一定のレートで低下する（降温工程）。 （Ｆ）時刻ｔ５以降は、設定温度がＴ０に保たれる。こ
のとき、ウエハＷを保持したウエハボート２０が縦型熱
処理炉１０内から搬出される（アンロード工程）。

【００４１】設定温度プロファイルは、以上の様に時間
の経過に対応して（１）温度を直接指定する他に、
（２）昇温レート等の温度の変化率を指定する、あるい
は（３）ヒータ出力を指定する等種々の表現方法が考え
られる。結果として、時間の経過とウエハＷの温度を対
応づけるものであれば、見かけ上の表現方法に拘る必要
はない。

【００４２】設定温度プロファイルは、ウエハＷの熱処
理全体を決定する処理レシピの一部である。処理レシピ
には、設定温度プロファイルの他にも縦型熱処理炉１０
内からの大気の排出や処理ガスの導入等の工程が時間経
過と対応して表されている。熱処理全体で特に重要なの
は成膜工程（熱処理工程）であり、処理レシピのうち成
膜工程を記述する部分を成膜工程記述部（熱処理工程記
述部）とよぶこととする。

【００４３】図５は、コントローラ１００によるヒータ
３の制御手順を表すフロー図である。以下、このフロー
図に基づき縦型熱処理炉１０の温度制御の手順を説明す
る。 （Ａ）熱処理のプロセスが開始されると、温度センサＳ
ｉｎ（Ｓ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ）、Ｓｏｕｔ（Ｓ１ｏｕｔ〜
Ｓ５ｏｕｔ）の測定信号が温度推定部１１０によって読
みとられる（Ｓ１１）。

【００４４】（Ｂ）基板温度推定部１１０は、温度セン
サＳｉｎ、Ｓｏｕｔの測定信号からモニタウエハＷ１〜
Ｗ５それぞれの中央温度Ｔ１ｃ〜Ｔ５ｃおよび周縁温度
Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅを推定する（Ｓ１２）。この推定には制
御工学において知られている以下の式（１）、（２）を
用いることができる。 ｘ（ｔ＋１）＝Ａ・ｘ（ｔ）＋Ｂ・ｕ（ｔ） …… 式（１） ｙ（ｔ）＝Ｃ・ｘ（ｔ）＋ｕ（ｔ） …… 式（２） ここで、ｔ：時間 ｘ（ｔ）：ｎ次元状態ベクトル ｙ（ｔ）：ｍ次元出力ベクトル ｕ（ｔ）：ｒ次元入力ベクトル Ａ，Ｂ，Ｃ：それぞれｎ×ｎ、ｎ×ｒ、ｍ×ｎの定数行
列 である。

【００４５】式（１）が状態方程式、式（２）が出力方
程式と呼ばれ、式（１）、（２）を連立して解くことに
より、入力ベクトルｕ（ｔ）に対応する出力ベクトルｙ
（ｔ）を求めることができる。

【００４６】本実施形態においては入力ベクトルｕ
（ｔ）は温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ、Ｓ１ｏｕｔ〜
Ｓ５ｏｕｔの測定信号であり、出力ベクトルｙ（ｔ）は
中央温度Ｔ１ｃ〜Ｔ５ｃおよび周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅ
である。

【００４７】式（１）、（２）において、温度センサＳ
ｉｎ、Ｓｏｕｔの測定信号と中央温度Ｔｃ、周縁温度Ｔ
ｅは、多入出力の関係にある。即ち、ヒータ３のゾーン
１〜５それぞれはモニタウエハＷ１〜Ｗ５のそれぞれに
対して独立に影響を与えているわけではなく、一つのゾ
ーンのヒータはどのモニタウエハにも何らかの影響を与
えている。

【００４８】状態方程式等は雑音を考慮した式（３）、
（４） ｘ（ｔ＋１）＝Ａ・ｘ（ｔ）＋Ｂ・ｕ（ｔ）＋Ｋ・ｅ（ｔ） ……式（３） ｙ（ｔ）＝Ｃ・ｘ（ｔ）＋Ｄ・ｕ（ｔ）＋ｅ（ｔ） ……式（４） を用いることもできる。 ここで、ｔ：時間 ｘ（ｔ）：ｎ次元状態ベクトル ｙ（ｔ）：ｍ次元出力ベクトル ｕ（ｔ）：ｒ次元入力ベクトル ｅ（ｔ）：ｍ次元雑音ベクトル Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｋ：それぞれｎ×ｎ、ｎ×ｒ、ｍ×
ｎ、ｍ×ｍ、ｎ×ｍの定数行列 である。

【００４９】熱処理装置の熱特性によって定まる定数行
列Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄを求める手法として、例えば部分空間
法を適用することができる。具体的には温度センサＳ１
ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ、Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔの測定信号及
び中央温度Ｔ１ｃ〜Ｔ５ｃおよび周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５
ｅのデータを取得し、そのデータを例えばソフトウェア
Ｍａｔｌａｂ（製造：Ｔｈｅ ＭａｔｈＷｏｒｋｓ．Ｉ
ｎｃ．、販売：サイバネットシステム株式会社）に入力
することで、定数行列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを逆算できる。

【００５０】このデータ取得は、ヒータ３１〜３５の出
力を徐々に変化させ、温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ、
Ｓ１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔの測定信号及び中央温度Ｔ１ｃ
〜Ｔ５ｃおよび周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅの時間的変動を
同時に測定することにより行われる。中央温度Ｔ１ｃ〜
Ｔ５ｃおよび周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅの測定は、熱電対
を設置したモニタウエハを用いることで行える。

【００５１】求められた定数行列Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄの組合
せは、複数存在するのが通例である。この組合せから、
中央温度Ｔ１ｃ〜Ｔ５ｃおよび周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅ
の算出値（（３）、（４）を連立して算出する）と実測
値が一致するものを選択する（モデルの評価）。

【００５２】定数行列Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄの組合せが定まれ
ば、式（１）、（２）または式（３）、（４）を連立し
て解くことにより、温度センサＳ１ｉｎ〜Ｓ５ｉｎ、Ｓ
１ｏｕｔ〜Ｓ５ｏｕｔの測定信号から中央温度Ｔ１ｃ〜
Ｔ５ｃおよび周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅを算出できる。

【００５３】（Ｃ）代表温度算出部１２０は、中央温度
Ｔ１ｃ〜Ｔ５ｃ、周縁温度Ｔ１ｅ〜Ｔ５ｅを基にモニタ
ウエハＷ１〜Ｗ５それぞれの温度を代表する代表温度Ｔ
１ｒ〜Ｔ５ｒを算出する（Ｓ１３）。代表温度Ｔｒの算
出は、例えばつぎの式（５）によって行える。 Ｔｒ＝Ｔｃ・ｘ＋Ｔｅ・（１−ｘ） …… 式（５） ここで、ｘ：重み （０＜ｘ＜１）である。重みｘは、
ウエハＷ上の温度分布を考慮して、代表温度Ｔｒがウエ
ハＷの温度を代表する値としてふさわしくなるような値
を採用する。具体的には、重みｘは、例えば１／３の値
を採用できる。

【００５４】（Ｄ）ヒータ出力決定部１３０は、代表温
度Ｔ１ｒ〜Ｔ５ｒおよび設定温度プロファイルを基に電
力制御器４１〜４５への出力値ｈ１〜ｈ５を決定する
（Ｓ１４）。ヒータ出力値ｈ１〜ｈ５は、例えば設定温
度Ｔｓｐと代表温度Ｔｒの差（Ｔｓｐ−Ｔｒ）に対応し
て決めることができる。あるいは昇温レート等の温度の
変化速度に対応して決めても良い。

【００５５】（Ｅ）ヒータ出力決定部１４０は、最終的
に決定されたヒータ出力値ｈ１〜ｈ５を電力制御器４１
〜４５に制御信号として出力し（Ｓ１５）、ヒータ３１
〜３５それぞれの出力が制御される。 （Ｆ）熱処理プロセスが終了していなければ、ステップ
Ｓ１１に戻って半導体ウエハＷの温度制御が続行される
（Ｓ１６）。なお、このステップＳ１１からＳ１６は多
くの場合、１秒〜４秒程度の周期で繰り返される。

【００５６】続いて本発明に係る熱処理装置の設定温度
プロファイルの決定方法について述べる。図６は、設定
温度プロファイルの決定手順の概略を表したフロー図で
ある。図６に示すように本発明に係る設定温度プロファ
イルの決定手順は大きく３つの工程に分けられる。

【００５７】（Ａ）複数の基板群Ｇ１〜Ｇ５間の膜厚分
布が良好な第１の設定温度プロファイルを決定する（Ｓ
１００）。ここで第１の設定温度プロファイルは、成膜
時を定常設定温度としたものであり、複数の基板群にお
いては、例えばそれらのモニタウエハＷ１〜Ｗ５毎に決
定される。その結果、複数の基板群における基板、例え
ばモニタウエハＷ１〜Ｗ５上への略同一の膜厚の膜の形
成が可能となる。

【００５８】（Ｂ）第１の設定温度プロファイルを修正
し、ウエハ（基板）面内の膜厚分布が良好な第２の設定
温度プロファイルを決定する（Ｓ２００）。ここで第２
の設定温度プロファイルは、成膜時を時間変化設定温度
としたものである。その結果、同一の基板内で均一な膜
厚の膜の形成が可能となる。

【００５９】この第２の設定温度プロファイルは、複数
の基板群における基板例えばモニタウエハＷ１〜Ｗ５毎
に決定されることが好ましいが、代表的な基板例えばモ
ニタウエハＷ３を対象として第２の設定温度プロファイ
ルを決定することも可能である。

【００６０】（Ｃ）第２の設定温度プロファイルを修正
し、複数の基板群間での基板の膜厚分布が良好な第３の
設定温度プロファイルを決定する（Ｓ３００）。ここで
第３の設定温度プロファイルは、第２の設定温度プロフ
ァイルと同様に成膜時を時間変化設定温度としている。
第１の設定温度プロファイルを修正して第２の設定温度
プロファイルとした結果、第１の設定温度プロファイル
では良好であった基板群間での膜厚分布が不均一になる
ことがある。このため、複数の基板群間の基板例えばモ
ニタウエハＷ１〜Ｗ５上への略同一の膜厚の膜の形成を
可能とすべく、第２の設定温度プロファイルを修正す
る。

【００６１】（第１の設定温度プロファイル決定工程の
詳細）次にＳ１００の第１の設定温度プロファイルの決
定の詳細を説明する。図７は、第１の設定温度プロファ
イルの決定手順の詳細を表すフロー図である。

【００６２】（Ａ）所定の設定温度プロファイルに従っ
て、第１のバッチにおける複数の基板群からなる多数の
基板（ウエハＷ−１）を熱処理する（Ｓ１０２）。その
後、複数の基板群間で基板（ウエハＷ−１）上に形成さ
れた膜の膜厚を測定する（Ｓ１０４）。第１のバッチに
おける複数の基板群の基板ウエハＷ−１は、例えばモニ
タウエハＷ１−１〜Ｗ５−１を用いることができる。

【００６３】所定の設定温度プロファイルは、処理ガス
を導入して膜の形成を行う成膜工程中の設定温度が定常
設定温度である。この設定温度プロファイルは、複数の
第１のウエハＷ−１で同一の値の定常設定温度を用い
る。所定の設定温度プロファイルの例として、図４に示
した設定温度プロファイルが挙げられる。

【００６４】膜厚の測定には例えばエリプソメータ等の
膜厚測定器を用いることができる。膜厚の測定は、ウエ
ハＷ−１上の１箇所のみで行うこともできるが、ウエハ
Ｗ−１上の複数の箇所の膜厚を測定して、その平均値を
それぞれのウエハＷ−１の膜厚とすることが好ましい。

【００６５】このときの測定点の１例を図８に示す。図
８では、ウエハＷの中央近傍の測定点Ａ、ウエハＷの中
央と周縁との中間点の４つの測定点Ｂ〜Ｅ、ウエハＷの
周縁近傍の４つの測定点Ｆ〜Ｉの合計９箇所の測定点を
ウエハＷ上に設定している。なお、測定点Ｉ、Ｅ、Ａ、
Ｃ、Ｇ及び測定点Ｆ、Ｂ、Ａ、Ｄ、Ｈはそれぞれ直線上
に配置されている。

【００６６】ウエハＷ−１上に膜厚分布がある場合には
測定点Ａを膜厚分布の中心点と一致させた方が好まし
い。ウエハＷの膜厚分布の１例を図９に示す。図９では
ウエハＷの形状からみた形状中心Ｐ０とウエハＷの膜厚
分布からみた膜厚分布中心Ｐ１が一致していない。ここ
で、Ｌｃは膜厚の等高線である。このような形状の中心
Ｐ０と膜厚分布の中心Ｐ１の不一致は、ウエハＷの配置
された位置が熱処理装置の熱的な中心からずれているこ
とに起因して生じることが多い。このような場合はウエ
ハＷを配置する位置を熱処理装置の熱的な中心と一致さ
せるか、あるいは測定点Ａの位置をウエハＷの形状の中
心から動かし、膜厚分布の中心点Ｐ０と一致させるのが
好ましい。以下の膜厚測定の全てで測定点Ａは膜厚分布
の中心Ｐ１と一致しているものとする。

【００６７】（Ｂ）測定した複数の基板群間でウエハＷ
−１の膜厚分布が予め設定した許容範囲にあるか否かを
判断する（Ｓ１０６）。これは例えば、次の式（１０）
に基づき膜厚分布比Δを算出することで行える。 Δ＝｜Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ｜／［（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２］ ……式（１０） ここで、 Ｄｍａｘ：ウエハＷ１−１〜Ｗ５−１の膜厚のうちの最
大値 Ｄｍｉｎ：ウエハＷ１−１〜Ｗ５−１の膜厚のうちの最
小値 である。

【００６８】算出した膜厚分布比Δと設定した許容値と
を比較し、膜厚分布比Δが許容値以下のときを膜厚分布
が許容範囲内とし、そうでなければ許容範囲内でないと
判断する。Ｓ１０６の判断がＹｅｓのときは所定の設定
温度プロファイルは修正の必要がない。従って、これを
第１の設定温度プロファイルとして、第１の設定温度プ
ロファイル決定工程は終了する。

【００６９】（Ｃ）Ｓ１０６の判断がＮＯのときは、膜
の成長速度と温度との関係を表した膜厚温度係数を基に
それぞれの基板群の基板（ウエハＷ−１）毎に成膜中の
定常設定温度の適切な値を算出する（Ｓ１０８）。そし
て、算出した定常設定温度に基づいて設定温度プロファ
イルが修正される。定常設定温度の算出は１バッチの基
板群間でウエハＷ−１（例えば、モニタウエハＷ１−１
〜Ｗ５−１）の膜厚を揃え、基板群間の膜厚分布を均一
にするために行われる。

【００７０】このときはまずウエハＷ−１の膜厚をどの
膜厚に揃えるかが決定される。揃えるべき目標膜厚Ｄｔ
は予め決定しておいても良いし、あるいはモニタウエハ
Ｗ１−１〜Ｗ５−１の膜厚の平均値を採用しても良い。

【００７１】そして、この目標膜厚Ｄｔとそれぞれの基
板群でのウエハの膜厚Ｄ１（例えば、モニタウエハＷ１
−１〜Ｗ５−１それぞれの膜厚Ｄ１１〜Ｄ１５）の実測
値との差および膜厚温度係数に基づいて、ウエハＷ−１
の膜厚Ｄ１を目標膜厚Ｄｔに一致させるために必要なそ
れぞれの定常設定温度Ｔｓｐ１（Ｔｓｐ１１〜Ｔｓｐ１
５）を算出する。

【００７２】次に、膜厚温度係数について説明する。膜
厚の成長速度（成膜速度）Ｖは、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のよ
うな膜の表面で行われる過程によって成膜速度が定まる
表面律速過程においては、下記（２０）式の理論式で表
わされることが知られている。 Ｖ＝Ｃ・ｅｘｐ（−Ｅａ／（ｋＴ）） …… 式（２０） ここで、 Ｃ：プロセス定数（成膜プロセスによって定まる定数） Ｅａ：活性化エネルギー（成膜プロセスの種類によって
定まる定数） ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 である。

【００７３】式（２０）を温度Ｔで偏微分すると式（２
１）が得られる。 ｛∂Ｖ／∂Ｔ｝／Ｖ＝（Ｅａ／（ｋ・Ｔ＾２））［１／℃］……式（２１） ここで、｛∂Ｖ／∂Ｔ｝／Ｖが膜厚温度係数Ｓであり、
温度の変化によって成膜速度が変化する割合を表してい
る。活性化エネルギーは成膜プロセスの種類、例えば、
反応ガスＳｉＨ_２Ｃｌ_２およびＮＨ_３からのＳｉＮ膜の
形成のような反応過程によって定まり、この例では１．
８［ｅＶ］をとることが知られている。以上のように、
式（２１）に活性化エネルギーＥａと絶対温度Ｔを代入
すると膜厚温度係数Ｓ（＝｛∂Ｖ／∂Ｔ｝／Ｖ）が定ま
る。

【００７４】ウエハＷ−１のＳ１０２における定常設定
温度をＴ０、ウエハＷ−１の膜厚を目標膜厚Ｄｔに一致
するのに必要な定常設定温度をＴｓｐ１とする。このと
きの膜厚温度係数Ｓ（＝｛∂Ｖ／∂Ｔ｝／Ｖ）は、次の
式（２２）によって表される。 Ｓ＝（Ｄｔ−Ｄ０）／［Ｄ０・（Ｔｓｐ１−Ｔ０）］ ……式（２２）

【００７５】式（２１）と式（２２）を等しいとし、式
（２２）の絶対温度Ｔを定常設定温度Ｔ０と置くと、以
下の式（２３）が導ける。 Ｔｓｐ１＝Ｔ０＋［（Ｄｔ−Ｄ０）／Ｄ０］・［ｋ・Ｔ０＾２／Ｅａ］ … 式（２３） Ｅａ、ｋ、Ｔ０、Ｄｔ，Ｄ０は、既知であるから定常設
定温度Ｔｓｐ１を求めることができる。

【００７６】そして、ウエハＷ−１毎に求められた定常
設定温度Ｔｓｐ１に基づいて設定温度プロファイルを修
正する。修正された設定温度プロファイルの例を図１０
に示す。図１０（Ａ）は修正された設定温度プロファイ
ルの１例を表すグラフであり、図１０（Ｂ）はこのとき
の定常設定温度Ｔｓｐ１の値とウエハの位置との関係の
１例を表したグラフである。モニタウエハＷ１〜Ｗ５そ
れぞれの成膜中（時刻ｔ３〜ｔ４）の定常設定温度Ｔｓ
ｐ１の値が、Ｔ（１）〜Ｔ（５）となっていることが判
る。

【００７７】この例では、モニタウエハＷ１〜Ｗ５の定
常設定温度Ｔｓｐ１がそれぞれＴ（１）〜Ｔ（５）に到
達する時刻（ｔ２）が同一であり、従いそれぞれのモニ
タウエハＷ１〜Ｗ５の安定化時間（ｔ３−ｔ２）が同一
となっている。しかし、それぞれのウエハＷで安定化時
間は必ずしも同一でなくても差し支えない。例えば、モ
ニタウエハＷ１〜Ｗ５の昇温速度（昇温勾配）が同一だ
とすると、モニタウエハＷ１〜Ｗ５の定常設定温度Ｔｓ
ｐ１がそれぞれＴ（１）〜Ｔ（５）に到達する時刻（ｔ
２）は異なり、従ってそれぞれのモニタウエハＷ１〜Ｗ
５について安定化時間が異なることになる。どのモニタ
ウエハＷ１〜Ｗ５でもある程度以上の安定化時間がとれ
れば、成膜中の温度の安定化を図る安定化工程の目的か
らして充分である。要するに重要なのは成膜工程（熱処
理工程）における設定温度プロファイルであり、その前
後の設定温度プロファイルが多少変わっても差し支えな
い。

【００７８】（Ｄ）修正された設定温度プロファイルに
基づいて、第２のバッチにおける複数の基板群における
ウエハＷ−２の熱処理を行い（Ｓ１１０）、複数の基板
群のウエハＷ−２上に形成された膜の膜厚を測定する
（Ｓ１１２）。そして、測定した複数の基板群間でのウ
エハＷ−１の膜厚分布が予め設定した許容範囲にあるか
否かを判断する（Ｓ１１４）。この熱処理、膜厚測定、
許容範囲内判断はＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６と同様
に行うことができる。Ｓ１１４の判断がＹｅｓなら、修
正した設定温度プロファイルを第１の設定温度プロファ
イルとして決定し、第１の設定温度プロファイル決定工
程は終了する。

【００７９】（Ｅ）Ｓ１１４の判断がＮｏであるなら、
第１のバッチにおけるウエハＷ−１および第２のバッチ
におけるウエハＷ−２の膜厚の測定結果に基づき膜厚温
度係数を算出し（Ｓ１１６）、この算出値に基づきそれ
ぞれの基板群におけるウエハＷ−２毎に成膜中の定常設
定温度の適切な値を算出する（Ｓ１１８）。そして、算
出した定常設定温度に基づいて設定温度プロファイルが
修正される。

【００８０】膜厚温度係数および定常設定温度の算出は
以下のようにして行われる。ゾーンｉについて、第２の
バッチにおける基板群のウエハＷｉ−２、第１のバッチ
における基板群のウエハＷｉ−１上それぞれの膜厚をＤ
２、Ｄ１とし、このときの定常設定温度をそれぞれＴ
２、Ｔ１とし、ウエハＷ−２の膜厚を目標膜厚Ｄｔに一
致するのに必要な定常設定温度をＴｓｐとする。

【００８１】膜厚温度係数Ｓ（＝｛∂Ｖ／∂Ｔ｝／Ｖ）
の実測値は以下の式（３０）で表される。 Ｓ＝（Ｄ２−Ｄ１）／［Ｄ１・（Ｔ２−Ｔ１）］ ……式（３０） また、この膜厚温度係数Ｓと目標膜厚Ｄｔの関係は、以
下の式（３１）で表される。 Ｓ＝（Ｄｔ−Ｄ２）／［Ｄ２・（Ｔｓｐ−Ｔ２）］ ……式（３１） この式（３０）と（３１）を連立させることで、適切な
定常設定温度Ｔｓｐを算出する式（３２）を導出でき
る。 Ｔｓｐ＝Ｔ２＋（Ｔ２−Ｔ１）・（Ｄｔ−Ｄ２）・Ｄ１ ／［（Ｄ２−Ｄ１）・Ｄ２ ……式（３２）

【００８２】（Ｆ）その後Ｓ１１０〜Ｓ１１８が繰り返
され基板群間でのウエハの膜厚分布が許容範囲以内にな
るまで定常設定温度の算出（設定温度プロファイルの修
正）が行われ、その結果第１の設定温度プロファイルが
決定される。

【００８３】（第２の設定温度プロファイル決定工程の
詳細）次に、図６におけるＳ２００の第２の設定温度プ
ロファイルの決定の詳細を説明する。図１１は、第２の
設定温度プロファイルの決定手順の詳細を表すフロー図
である。

【００８４】（Ａ）第１の設定温度プロファイルに従っ
て、第３のバッチにおけるウエハＷ−３を熱処理する
（Ｓ２０２）。その後、第３のバッチにおけるウエハＷ
−３上に形成された膜の膜厚を測定する（Ｓ２０４）。
このときはウエハＷ−３の面内の膜厚分布の均一化を目
的とするため必ずしもウエハＷ−３を複数使用する必要
はない。しかし、最終的に多数のウエハで基板群間およ
び面内膜厚分布の均一化を図るのが本願の目的であるか
ら、基板群に応じてウエハＷ−３を複数用いてそのそれ
ぞれに対して、第２の設定温度プロファイルを決定する
ことが好ましい。

【００８５】以下は分かり易さのためにウエハＷ−３は
単一のものを使用するものとして説明する。第１の設定
温度プロファイルは、Ｓ１００によって決定された設定
温度プロファイルを使用する。膜厚の測定には例えばエ
リプソメータ等の膜厚測定器を用いることができる。膜
厚の測定は、ウエハＷ−３上の複数の箇所で行う。この
ときの測定点は、例えば図８で示した中央近傍の測定点
Ａ、中央と周縁の中間点の４つの測定点Ｂ〜Ｅ、周縁近
傍の４つの測定点Ｆ〜Ｉの合計９箇所を設定できる。

【００８６】（Ｂ）測定したウエハ面内の膜厚分布が許
容範囲内か否かが判断される（Ｓ２０６）。図１２
（Ａ）は、ウエハＷ−３上の膜厚測定結果の１例をウエ
ハＷ−３中央からの距離と対応して表したグラフであ
る。

【００８７】図１２（Ａ）の横軸はウエハ中心からの距
離を、縦軸は膜厚を表す。ウエハの中心付近で膜厚が小
さく、周縁に行くに従って膜厚が大きくなっていること
が判る。測定点によって多少のバラツキはあるが、この
グラフではウエハ面上の膜厚Ｄを中心からの距離ｘの２
次関数として次の式（３５）に従って表している。 Ｄ＝ａ・ｘ＾２＋ｂ ……式（３５） ここで、ａ、ｂ：定数である。この式（３５）で距離ｘ
の１次の項がないのは、膜厚の面内分布がウエハの中心
に対して対称であると想定していることによる（距離ｘ
の１次の項は、中心に対して逆対称成分）。

【００８８】この定数ａ、ｂは例えば最小２乗法を用い
て算出することができる。その結果、ウエハＷ−３の中
央での膜厚ｄ０，中間点（中央と周縁の中間）での膜厚
ｄ１、周縁での膜厚ｄ２を算出できる。そして、ウエハ
面内の膜厚分布の大きさを表す量として式（１０）と同
様の膜厚分布比Δを採用できる。 Δ＝｜ｄ２−ｄ０｜／［（ｄ２＋ｄ０）／２］ ……式（４０） この膜厚分布比Δと所定の許容値との大小を比較するこ
とで、面内膜厚分布が許容範囲内か否かの判断を行え
る。

【００８９】（Ｃ）Ｓ２０６の判断がＹｅｓ（膜厚分布
が所定の許容範囲内）であれば、第１の設定温度プロフ
ァイルは修正の必要がなく、そのまま第２の設定温度プ
ロファイルとして良い。一方、Ｓ２０６の判断がＮｏで
あれば、膜厚温度係数の理論値を用いて、ウエハ面内で
の膜厚分布を均一にするために必要なウエハ面内の温度
分布が算出される（Ｓ２０８）。

【００９０】ウエハＷ−３面内で膜厚分布が出現するの
は次の２つの要因があり得る。しかし、要因がそのいず
れであってもウエハ面内での温度分布を制御することで
面内の膜厚分布の均一化が可能である。 ウエハ面内で温度分布があることによるもの。 ウエハ面内で処理ガスの濃度分布がある等温度分布
以外の要因によるもの。

【００９１】要因は、後述のように、時間変化設定温
度を適用することで制御可能である。要因は、特に減
圧ＣＶＤ等のように処理ガスが希薄な場合に大きな要因
になり得る。即ち、ウエハ周縁で処理ガスが消費される
ことでウエハ中央に到達する処理ガスの濃度が低下し、
このために周縁よりも中央で膜厚が薄くなる。これに対
して例えば熱酸化等常圧の熱処理では処理ガスの消費に
よる処理ガスの濃度変化は小さいので膜厚分布の要因と
しては小さくなる。

【００９２】この要因を直接取り除くことは困難であ
るが、ウエハ面内の温度分布を制御することで膜厚分布
を均一にすることが可能である。これを示すのが図１２
（Ｂ）である。図１２（Ｂ）はウエハの中心からの距離
と平均温度との関係を表すグラフである。図１２（Ａ）
ではウエハ上の膜厚がウエハの中心から周縁に向かうに
つれて厚くなっているのに対して、図１２（Ｂ）では平
均温度が中心から周縁に向かうにつれて低下している。
図１２（Ａ）のグラフの膜厚とは逆の傾向の温度分布を
ウエハ上に作り出すことで、ウエハ上の膜厚分布の均一
性を向上できる。

【００９３】ウエハＷ−３面内での膜厚分布は、以上の
要因が絡み合ったものと考えられるが、いずれにし
ろウエハの温度分布の制御により均一性の向上が可能で
ある。

【００９４】次に面内膜厚分布を均一化するために必要
な面内温度分布を算出する方法について述べる。まず、
時間変化設定温度では、成膜レートは成膜中における温
度の時間平均（平均温度）によって定まることを示す。
即ち、時間変化設定温度における面内温度分布は、基板
面内のそれぞれの箇所における平均温度に基づいて表す
ことができる。時間変化設定温度では温度が時間的に変
化するため、最終的な膜厚は膜の成長レートを時間的に
積分する必要がある。しかしながら膜の成長レートの平
均値は温度の時間平均によって定まる。これを以下に示
す。

【００９５】ウエハ上に形成される膜の膜厚Ｄは、成膜
レート（膜の成長速度）Ｖおよび時間ｔから次の式（５
０）のように表される。 Ｄ＝∫_ｔｓ ^ｔｅ Ｖ（Ｔ） ｄｔ …… 式（５０） ここで、∫：積分記号 ｔｓ：成膜工程の開始時間 ｔｅ：成膜工程の終了時間 Ｖ（Ｔ）：成膜レートＶ（温度Ｔの関数） である。

【００９６】成膜レートＶ（Ｔ）は次式（５１）のよう
に温度の定数値Ｔ０で展開できる。 Ｖ（Ｔ）＝Ｖ（Ｔ０）＋Ｖ１（Ｔ０）＊（Ｔ−Ｔ０） ……式（５１） ここで、 Ｖ１（Ｔ０）：ｄＶ（Ｔ０）／ｄｔ （成膜レートＶの
時間微分） である。

【００９７】式（５０）に式（５１）を代入すると次の
式（５２）が導ける。 Ｄ＝Ｖ（Ｔ０）＊（ｔｅ−ｔｓ）＋Ｖ１（Ｔ０）＊∫_ｔｓ ^ｔｅ（Ｔ−Ｔ０）ｄｔ …式（５２） ここで、温度Ｔの時間平均値（平均温度）Ｔ（Ａｖ）を
次の式（５３）により定義する。 Ｔ（Ａｖ）＝∫_ｔｓ ^ｔｅ Ｔ（ｔ）ｄｔ／（ｔｅ−ｔｓ） ……式（５３）

【００９８】そして、式（５３）で、Ｔ０＝Ｔ（Ａｖ）
とおくと次の式（５４）が得られる。 Ｄ／（ｔｅ−ｔｓ）＝Ｖ（Ｔ（Ａｖ）） ……式（５４） ここで、 Ｄ／（ｔｅ−ｔｓ）：成膜中における成膜レートの平均
値（平均成膜レート） である。即ち、式（５４）は、成膜中に温度が変動する
場合の平均成膜レートは、平均温度Ｔ（Ａｖ）によって
定まることを意味する。

【００９９】以上から、成膜中の中央温度の時間平均値
（平均中央温度）Ｔｃ（Ａｖ）と周縁温度の時間平均値
（平均周縁温度）Ｔｅ（Ａｖ）を制御することで、ウエ
ハ面内膜厚分布の均一化を図ることができる。なお、平
均中央温度Ｔｃ（Ａｖ）と平均周縁温度Ｔｅ（Ａｖ）は
次の式で表される。 Ｔｃ（Ａｖ）＝∫_ｔｓ ^ｔｅ Ｔｃ（ｔ）ｄｔ／（ｔｅ−ｔｓ）……式（５５） Ｔｅ（Ａｖ）＝∫_ｔｓ ^ｔｅ Ｔｅ（ｔ）ｄｔ／（ｔｅ−ｔｓ）……式（５６）

【０１００】ウエハＷ−３の平均中央温度をＴｃ１、平
均周縁温度をＴｅ１、中央の膜厚をＤｃ１，周縁の膜厚
をＤｅ１とし、ウエハＷ−３の目標膜厚をＤｔ、このと
きの平均中央温度をＴｃ２、平均周縁温度をＴｅ２とす
る。すると目標とすべき面内温度差ΔＴ２（＝Ｔｅ２−
Ｔｃ２）は以下のように算出できる。

【０１０１】ウエハ中央の膜厚温度係数をＳｃ、ウエハ
周縁の膜厚温度係数をＳｅ、これらは以下の式（５
７）、（５８）によって表される。 Ｓｃ＝（Ｄｔ−Ｄｃ１）／［Ｄｃ１・（Ｔｃ２−Ｔｃ１）］ ……式（５７） Ｓｅ＝（Ｄｔ−Ｄｅ１）／［Ｄｅ１・（Ｔｅ２−Ｔｅ１）］ ……式（５８）

【０１０２】ここで、Ｓｃ＝Ｓｅ＝Ｓ、かつ Ｄｔ＝２・Ｄｃ１・Ｄｅ１・（Ｄｃ１＋Ｄｅ１） ……式（５９） とおくと、 Ｔｃ２−Ｔｃ１＝−（Ｔｅ２−Ｔｅ１） …… 式（６０） が導き出される。

【０１０３】式（５７）に式（５９）、（６０）を代入
し、 ΔＴ１＝Ｔｅ１−Ｔｃ１：ウエハＷ−３の平均面内温度
差 ΔＴ２＝Ｔｅ２−Ｔｃ２：目標とする平均面内温度差 とおくと、目標とする平均面内温度差ΔＴ２は次の式
（６１）で表される。 ΔＴ２＝ΔＴ１＋２（Ｄｃ１−Ｄｅ１）／［（Ｄｃ１＋Ｄｅ１）・Ｓ］ …… 式（６１）

【０１０４】膜厚温度係数Ｓの理論値は、式（２１）よ
り次の式（６２）で表される。 Ｓ＝（Ｅａ／（ｋ・Ｔ＾２）） ［１／℃］ …… 式（６２） Ｅａ、ｋ、膜厚Ｄｃ１、Ｄｅ１は既知であり、絶対温度
ＴをウエハＷ−３の設定温度Ｔｓｐ１の時間平均値Ｔｓ
ｐ１（Ａｖ）とすると式（６１）、（６２）より目標と
する平均面内温度差ΔＴ２を算出できる。

【０１０５】（Ｄ）算出した面内温度差ΔＴを基に時間
変化設定温度の時間勾配が算出される（Ｓ２１０）。そ
して、この時間勾配を基に第１の設定温度プロファイル
が修正される。

【０１０６】まず、時間変化設定温度の適用によってウ
エハ面内の温度分布を制御可能なことを示す。図１３
（Ａ）は、設定温度Ｔｓｐとウエハの中央近傍の中央温
度Ｔｃ、ウエハ周縁近傍の周縁温度Ｔｅの時間変化を表
したグラフであり、図１３（Ｂ）はウエハ面内の面内温
度差ΔＴ（＝Ｔｅ−Ｔｃ）の時間変化を表したグラフで
ある。

【０１０７】これらのグラフは、時刻ｔ０からｔ１の定
温工程、時刻ｔ１からｔ２の降温工程、時刻ｔ２からｔ
３の定温工程、時刻ｔ３からｔ４の昇温工程、時刻ｔ４
以降の定温工程に区分できる。そして、昇温工程および
降温工程では面内温度差ΔＴが生じ、この温度差は昇温
工程と降温工程で逆になっていることが判る。即ち、時
間変化設定温度の勾配の正負と面内温度差の正負は対応
する。

【０１０８】この温度勾配と面内温度差の関係はウエハ
Ｗが積層した状態でその周縁がヒータ３１〜３５に対向
していることによって生じている。即ち、ウエハの周縁
は中央よりも加熱されやすく、また放熱しやすい状態と
なっている。このため、降温時にはウエハは中央温度が
周縁温度よりも高くなり、昇温時には周縁温度が中央温
度より高くなり温度差ΔＴが生じる。そして、温度差Δ
Ｔは定温、降温、昇温等の切替時に多少の時間遅れ（Δ
ｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４）はあるもののそれぞれ
の工程中では絶対値がほぼ一定値ΔＴ１であることが判
る。

【０１０９】図１４は、設定温度の変化率（＝ｄＴｓｐ
／ｄｔ）と面内温度差ΔＴ（＝Ｔｅ−Ｔｃ）の関係を表
したグラフである。設定温度の変化率（設定温度の時間
勾配）と面内温度差はほぼ比例することが判る。熱処理
炉毎に具体的な設定温度の変化率Ｖと面内温度差ΔＴと
の関係（比例定数）は異なるが、これは実験的に求める
ことができる。即ち、所定の昇温レート（または降温レ
ート）でウエハＷを昇温し、このときの面内温度差ΔＴ
を実測すればよい。

【０１１０】以上から、時間変化設定温度の勾配を変化
することによって温度分布（面内温度差ΔＴ）の大小及
び正負を制御できることが判った。このように前述の図
１４等の時間変化設定温度の勾配ｄＴｓｐ／ｄｔと面内
温度差ΔＴの関係を用いて、算出した必要面内温度差Δ
Ｔ２から時間変化設定温度の勾配ｄＴｓｐ／ｄｔを算出
できる。

【０１１１】そして、算出された時間変化設定温度の勾
配に基づいて、第１の設定温度プロファイルが修正され
る。この例を図１５に表す。図１５は、修正後の第１の
設定温度プロファイルＴｓｐ２を修正前の第１の設定温
度プロファイルＴｓｐ１と対比して示したグラフであ
る。修正前は成膜中が定常設定温度であったのに対し、
修正後は時間変化設定温度となっている。ここで、成膜
中の設定温度の平均値は修正の前後で同一の温度Ｔ２と
している。これは、ウエハ上の膜厚の平均値を変化させ
ないためであり、式（５４）で示したように膜の成長速
度の時間平均は温度の時間平均で定まることに基づく。

【０１１２】第１の設定温度プロファイルの修正にあた
って重要なことは、成膜中の設定温度をどのように規定
するかであり、成膜前後の条件は多少変化させても差し
支えない。例えば、時刻ｔ１からｔ２の昇温時の昇温レ
ート、昇温時間、安定化時間（ｔ３−ｔ２）が、設定温
度プロファイルの修正前後で多少異なっても差し支えな
い。

【０１１３】（Ｅ）修正後の第１の設定温度プロファイ
ルに従って、第４のバッチにおけるウエハＷ−４を熱処
理し（Ｓ２１２）、ウエハＷ−４面内の膜厚分布を測定
する（Ｓ２１４）。そして、測定したウエハＷ−４面内
の膜厚分布が許容範囲か否かが判断される（Ｓ２１
６）。

【０１１４】図１６は、図１５に示した設定温度プロフ
ァイルに従って熱処理を行った場合の温度の時間変化を
表している。図１６（Ａ）は、設定温度とウエハ中央近
傍の中央温度Ｔｃ、ウエハ周縁の周縁温度Ｔｅの時間変
化を、図１６（Ｂ）は温度差ΔＴ（＝Ｔｅ−Ｔｃ）の時
間変化をそれぞれ表すグラフである。

【０１１５】図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、時刻
ｔ３からｔ５の成膜中（熱処理中）のウエハＷ−４はウ
エハ中央近傍の中央温度Ｔｃが周縁近傍の周縁温度Ｔｅ
より高くなっている。これは既に述べたように時間変化
設定温度に勾配があることによる。このように、Ｓ２０
４で測定された膜厚分布とは逆の温度分布（もし、Ｗ−
３が中央より周縁で膜厚が大きければ、Ｗ−４では中央
が周縁より高温とする）を与えることにより、ウエハＷ
−４面内での膜厚分布の均一化を図ることができる。

【０１１６】次に第１の設定温度プロファイルに図１５
とは別の修正を加えた例を示す。図１７は、第１の設定
温度プロファイルを修正する際に図１５とは成膜工程の
前後の工程を変えた設定温度プロファイルにおける温度
の時間変化を示す。図１７（Ａ）は設定温度とウエハ中
央近傍の中央温度Ｔｃ、ウエハ周縁の周縁温度Ｔｅの時
間変化を、図１７（Ｂ）は温度差ΔＴ（＝Ｔｅ−Ｔｃ）
の時間変化を１例として表すグラフである。

【０１１７】ここでは、成膜工程（時刻ｔ４〜ｔ６）の
前後それぞれに昇温工程（時刻ｔ３〜ｔ４，時刻ｔ６〜
ｔ７）が入り、時刻ｔ７以降が安定化工程となってい
る。この結果、第１の安定化工程（時刻ｔ２〜ｔ３）、
第２の安定化工程（時刻ｔ７以降）の設定温度と成膜工
程（時刻ｔ４〜ｔ６）での設定温度の平均とがＴ２と一
致している。このように基準となる設定温度を定めてお
くと熱処理工程の明確化を図ることができる。例えば、
一連の熱処理工程毎に基準となる設定温度を異ならせる
ことで、それぞれの熱処理工程を相互に区別しやすくな
る。このように成膜工程の前後に多少の工程を付加して
も、成膜工程に与える影響が大きくなければ第１の設定
温度プロファイルを修正する上で問題はない。

【０１１８】（Ｆ）Ｓ２１６の判断がＹｅｓなら、修正
した第１の設定温度プロファイルは第２の設定温度プロ
ファイルとされ、第２の設定温度プロファイル決定工程
は終了する。

【０１１９】なお、成膜の開始と時間変化設定温度の開
始が同時に行われた結果、図１６（Ｂ）に示すように成
膜の初期（ｔ３〜ｔ３＋Δｔ３）で温度分布に過渡的な
状態が生じている。従って、時間変化設定温度の開始か
ら処理ガスの導入等成膜の開始に至るまで少し時間的に
遅らせることが、成膜期間中の膜の均一な成長を図る上
でより好ましい。

【０１２０】（Ｇ）Ｓ２１６の判断がＮｏであるなら第
３のバッチにおけるウエハＷ−３および第４のバッチに
おけるＷ−４の実測膜厚から膜厚温度係数Ｓを算出する
（Ｓ２１８）。この算出は、式（３０）を用いることに
よって行える。但し、このときの温度Ｔ１，Ｔ２は成膜
中の温度の時間平均値Ｔ（Ａｖ）を使用する。

【０１２１】（Ｈ）その後、膜厚温度係数の算出値を基
に、ウエハ面内の膜厚分布を均一にするために必要なウ
エハ面内の温度分布を算出し（Ｓ２２０）、これを基に
時間変化設定温度の勾配を算出して、修正した第１の設
定温度プロファイルに更なる修正を加える。これらの工
程はＳ２０８、Ｓ２１０とほぼ対応するものであるの
で、重複した説明は省略する。 （Ｉ）そして、ウエハ面内の膜厚分布が許容範囲になる
までＳ２１２，Ｓ２１４等のステップが繰り返され、第
２の設定温度プロファイルが決定される。

【０１２２】（第３の設定温度プロファイル決定工程の
詳細）次にＳ３００の第３の設定温度プロファイルの決
定の詳細を説明する。第３の設定温度プロファイルの決
定は、第２の設定温度プロファイルの決定（第１の設定
温度プロファイルの修正）によって基板群間での基板の
膜厚分布が低下することがあるため、これを是正するた
めに行われる。即ち、第３の設定温度プロファイルを決
定する目的は第１の温度設定プロファイルを決定する目
的と同様である。基本的な相違は、第１の設定温度プロ
ファイルが成膜中に定常設定温度であるのに対し、第３
の設定温度プロファイルが成膜中に時間変化設定温度で
ある点にある。

【０１２３】図１８は、第３の設定温度プロファイルの
決定手順の詳細を表すフロー図である。図１８に示すフ
ロー図は図７に示す第１の設定温度プロファイルの決定
工程と対応している。図７では、Ｓ１０８、Ｓ１１６等
の算出に定常設定温度を用いていたのに対し、図１８で
は時間変化設定温度の時間平均を用いていることが相違
する。

【０１２４】図１９にＳ１０８、Ｓ１１８において修正
された第２の設定温度プロファイル（第３の設定温度プ
ロファイル）の１例を示す。ここでは、図１７に示した
第２の設定温度プロファイルを修正する例を示してい
る。図１９（Ａ）に基板群Ｇ１〜Ｇ５における基板（モ
ニタウエハＷ１〜Ｗ５）それぞれの設定温度プロファイ
ルを、図１９（Ｂ）に成膜中の時間変化設定温度の平均
値をモニタウエハＷ１〜Ｗ５の位置と対応して示してい
る。この図１９は、第１の設定温度プロファイルを示す
図１０と対応するものである。

【０１２５】図１９では、第２の設定温度プロファイル
の決定において時間変化設定温度の勾配がただ一つのみ
規定されているものとする。その結果、縦型熱処理炉１
０のゾーン１〜５に設置された基板群Ｇ１〜Ｇ５（モニ
タウエハＷ１〜Ｗ５）の時間変化設定温度プロファイル
は、成膜中（時刻ｔ４〜ｔ６）において定数項のみが異
なっている（時間変化設定温度の形状自体は変化させて
いない）。

【０１２６】但し、それぞれの基板群Ｇ１〜Ｇ５（モニ
タウエハＷ１〜Ｗ５）毎に時間変化設定温度プロファイ
ルの形状を異ならせることも可能である。このときでも
基板群Ｇ１〜Ｇ５（モニタウエハＷ１〜Ｗ５）のそれぞ
れの設定温度プロファイルは、修正の前後で形状が同一
であるものとする。要するに基板群Ｇ１〜Ｇ５（モニタ
ウエハＷ１〜Ｗ５）毎に、ウエハ上の膜厚の平均値を目
標膜厚Ｄｔに近づけるべく、適正な時間変化設定温度の
時間平均値の算出、これに基づく設定温度プロファイル
の修正を行えば良いのである。

【０１２７】なお、既に述べたように成膜工程（時刻ｔ
４〜ｔ６）の前後の工程では設定温度プロファイルを相
互に多少変更することが許容され、また、時間変化設定
温度の開始より少し時間が経過してから処理ガス導入等
の成膜工程を開始した方が良いのはいうまでもない。そ
の他の点では図７と本質的に相違する点はないので、重
複した説明は省略する。

【０１２８】（その他の実施形態）以上の発明の実施形
態は、本発明の技術的思想の範囲内で、拡張、変更が可
能である。

【０１２９】まず、第１、第２、第３の設定温度プロフ
ァイルの決定工程は必ずしもこの３つの工程が必須では
なく、それぞれを単独で実施しても差し支えない。第１
および第３の設定温度プロファイル決定工程は基板群が
複数であることが前提であるが、第２の設定温度プロフ
ァイル決定工程は基板群が単数であっても差し支えな
い。

【０１３０】基板は半導体ウエハには限られず、例えば
ガラス基板であってもよい。時間変化設定温度の勾配は
必ずしも時間的に一定である必要はない。勾配が一定で
なくても基板面内の膜厚分布の均一化を図ることができ
る。

【０１３１】ヒータの区分の数は５には限られない。ま
た、ヒータの制御には常に中央温度Ｔｃと周縁温度Ｔｅ
から代表温度Ｔｒを算出して行わなければならないとい
うものではなく。何らかの形で基板を代表する温度を適
宜用いることができる。

【０１３２】中央温度Ｔｃおよび周縁温度Ｔｅは、温度
センサＳｉｎ、Ｓｏｕｔの測定信号から推定するのでは
なく、直接測定しても差し支えない。この測定には、例
えば（ａ）熱電対等の温度センサをモニタウエハＷ１〜
Ｗ５に設置する方法、あるいは（ｂ）放射温度計等によ
る非接触測定を用いることができる。このときには、温
度センサＳｉｎ、Ｓｏｕｔは外しても差し支えない。

【０１３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板間（基板群間）あるいは基板面内において膜厚分布
の均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る縦型熱処理装置を示す断面図で
ある。

【図２】 本発明に係る縦型熱処理装置を示す斜視図で
ある。

【図３】 本発明に係る縦型熱処理装置のコントローラ
の詳細を示すブロック図である。

【図４】 本発明に係る縦型熱処理装置の設定温度プロ
ファイルの１例を示すグラフである。

【図５】 本発明に係る縦型熱処理装置のコントローラ
による制御手順を表すフロー図である。

【図６】 本発明に係る設定温度プロファイルの決定手
順の概略を表したフロー図である。

【図７】 本発明に係る第１の設定温度プロファイルの
決定手順の詳細を表したフロー図である。

【図８】 ウエハ上で膜厚を測定する測定点の１例を示
す正面図である。

【図９】 ウエハ上の膜厚分布の１例を示す正面図であ
る。

【図１０】 修正された設定温度プロファイルの１例お
よび定常設定温度Ｔｓｐ１の値とウエハの位置との関係
を表したグラフである。

【図１１】 第２の設定温度プロファイルの決定手順の
詳細を表すフロー図である。

【図１２】 ウエハ面内の膜厚とウエハからの距離の関
係、およびウエハ面内膜厚を均一にするためのウエハ面
内の温度分布の１例を表したグラフである。

【図１３】 設定温度Ｔｓｐと中央温度Ｔｃ、周縁温度
Ｔｅおよび面内温度差ΔＴの時間変化の１例を表したグ
ラフである。

【図１４】 設定温度の変化率（勾配）と面内温度差Δ
Ｔの関係を表したグラフである。

【図１５】 修正後の第１の設定温度プロファイルＴｓ
ｐ２を修正前の設定温度プロファイルＴｓｐ１と対比し
て示したグラフである。

【図１６】 修正後の第１の設定温度プロファイルＴｓ
ｐ２に基づく、設定温度と中央温度Ｔｃ、周縁温度Ｔｅ
および温度差ΔＴの時間変化の１例をそれぞれ表すグラ
フである。

【図１７】 他の修正後の第１の設定温度プロファイル
Ｔｓｐ２に基づく、設定温度と中央温度Ｔｃ、周縁温度
Ｔｅおよび温度差ΔＴの時間変化の他の例をそれぞれ表
すグラフである。

【図１８】 第３の設定温度プロファイルの決定手順の
詳細を表すフロー図である。

【図１９】 修正された第２の設定温度プロファイルお
よび成膜中の時間変化設定温度の平均値をモニタウエハ
Ｗ１〜Ｗ５の位置と対応して示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 縦型熱処理炉 ２ 反応管 ２ｂ 外管 ２ａ 内管 ２０ ウエハボート ２１ マニホールド ２２ フェースプレート ２３ ウエハボート ２４ 蓋体 ２６ ボートエレベータ ２７ 排気管 ２８ 圧力調整部 ３，３１〜３５ ヒータ ４１〜４５ 電力制御器 ５１、５２ ガス供給管 ６１、６２ 流量調整部 １００ コントローラ １１０ 基板温度推定部 １２０ 代表温度算出部 １３０ 設定温度プロファイル記憶部 １４０ ヒータ出力決定部

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 富士雄 神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号 東京エレクトロン東北株式会社相模事 業所内 (72)発明者 安原 もゆる 東京都港区赤坂五丁目３番６号 東京エレ クトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 AA24 EA01 EA08 4K030 HA13 JA01 JA10 5F045 AA06 AA20 AB32 AB33 AF01 AF07 BB02 BB03 DP19 EK22 EK27 EK30 GB01 GB05 GB09 GB17

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の基板群から構成されるバッチ内の
   基板の基板温度を、時間の経過と設定温度との関係を表
   した複数の設定温度プロファイルに従って制御する熱処
   理装置の制御条件を決定する方法であって、 第１のバッチにおける複数の基板群に対してそれぞれ規
   定された設定温度プロファイルであって、処理ガスを導
   入して基板上に膜を形成する熱処理中における設定温度
   が時間の経過と共に変化する時間変化設定温度である設
   定温度プロファイルに従って、前記第１のバッチにおけ
   る複数の基板群を熱処理する第１の熱処理工程、および
   該複数の基板群の基板上に形成された膜の膜厚を測定す
   る第１の膜厚測定工程とを含む第１の熱処理・膜厚測定
   工程と、 前記第１の膜厚測定工程によって測定された前記第１の
   バッチにおける基板群の基板上の膜の膜厚に基づいて、
   熱処理を行った際にそれぞれの基板群間で基板上に形成
   される膜の膜厚が略同一となるように、それぞれの前記
   設定温度プロファイルを修正する第１の設定温度プロフ
   ァイル修正工程と、 を具備することを特徴とする熱処理装置の制御条件決定
   方法。
2. 【請求項２】 前記熱処理中におけるそれぞれの前記設
   定温度プロファイルの勾配が、時間的に略一定であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の熱処理装置の制御条件決
   定方法。
3. 【請求項３】 前記第１の膜厚測定工程が、それぞれ前
   記基板群の基板上の複数箇所で膜の膜厚を測定し、その
   平均値としてそれぞれの基板の膜厚を算出する工程を含
   むことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置の制御条
   件決定方法。
4. 【請求項４】 前記第１の設定温度プロファイル修正工
   程が、熱処理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依存関係
   に基づいて、それぞれの前記設定温度の平均値を算出
   し、算出した平均値に基づいて前記設定温度プロファイ
   ルを修正する工程を含むことを特徴とする請求項１記載
   の熱処理装置の制御条件決定方法。
5. 【請求項５】 前記第１の設定温度プロファイル修正工
   程で修正された前記第１の設定温度プロファイルに従っ
   て、第２のバッチにおける複数の基板群を熱処理し、該
   複数の基板群の基板上に形成された膜の膜厚を測定する
   第２の熱処理・膜厚測定工程と、 前記第２の熱処理・膜厚測定工程によって測定されたそ
   れぞれの前記基板群の基板上の膜の膜厚に基づいて、熱
   処理を行った際にそれぞれの基板群間で基板上に形成さ
   れる膜の膜厚を略同一とするための、それぞれの前記設
   定温度プロファイルを修正する第２の設定温度プロファ
   イル修正工程と、 を具備することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置
   の制御条件決定方法。
6. 【請求項６】 前記第２の設定温度プロファイル修正工
   程が、熱処理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依存関係
   に基づいて、それぞれの前記設定温度プロファイルの前
   記時間変化設定温度の平均値を算出する工程を含むこと
   を特徴とする請求項５記載の熱処理装置の制御条件決定
   方法。
7. 【請求項７】 前記第２の設定温度プロファイル修正工
   程が、 前記第２の膜厚測定工程において測定された前記第２の
   バッチにおける基板群の基板上の膜の膜厚および前記第
   ２の熱処理工程における熱処理中の前記時間変化設定温
   度の時間平均値と、前記第１の膜厚測定工程において測
   定された前記第１のバッチにおける基板群の基板上の膜
   の膜厚および前記第１の熱処理工程における熱処理中の
   前記時間変化設定温度の時間平均値に基づいて、前記膜
   厚温度依存関係を算出する工程を含むことを特徴とする
   請求項６記載の熱処理装置の制御条件決定方法。
8. 【請求項８】 前記第２の熱処理・膜厚測定工程と、前
   記第２の設定温度プロファイル修正工程を繰り返すこと
   を特徴とする請求項５記載の熱処理装置の制御条件決定
   方法。
9. 【請求項９】 複数の基板群から構成されるバッチ内の
   基板の基板温度を、 設定温度と時間の経過との関係を表したそれぞれの設定
   温度プロファイルに従って制御する熱処理装置の制御条
   件を決定する方法であって、 複数の基板群に対してそれぞれ設定され、処理ガスを導
   入して基板上に膜を形成する熱処理中における設定温度
   が略一定の定常設定温度であって、かつ複数の基板群間
   で基板上に略同一の膜厚の膜を形成する第１の設定温度
   プロファイルを決定する第１の設定温度プロファイル決
   定工程と、 複数の基板群に対してそれぞれ設定され、処理ガスを導
   入して基板上に膜を形成する熱処理中における設定温度
   が時間の経過と共に変化する時間変化設定温度である第
   ２の設定温度プロファイルであって、かつ第１の設定温
   度プロファイルを修正してなる第２の設定温度プロファ
   イルを決定する第２の設定温度プロファイル決定工程
   と、 複数の基板群に対してそれぞれ設定され、処理ガスを導
   入して基板上に膜を形成する熱処理中における設定温度
   が時間の経過と共に変化する時間変化設定温度であり、
   該複数の基板群間で基板上に略同一の膜厚の膜を形成す
   る第３の設定温度プロファイルであって、かつ前記第２
   の設定温度プロファイルを修正してなる第３の設定温度
   プロファイルを決定する第３の設定温度プロファイル決
   定工程と、 を具備することを特徴とする熱処理装置の制御条件決定
   方法。
10. 【請求項１０】 前記第１の設定温度プロファイル決定
    工程が、 熱処理中の定常設定温度が略同一の設定温度プロファイ
    ルに従って、第１のバッチにおける複数の基板群を熱処
    理する第１の熱処理工程、および該複数の基板群の基板
    上に形成された膜の膜厚を測定する第１の膜厚測定工程
    とを含む第１の熱処理・膜厚測定工程と、 前記第１の膜厚測定工程によって測定された前記基板群
    の基板上に形成された膜の膜厚に基づいて、熱処理を行
    った際にそれぞれの前記基板群間で基板上に形成される
    膜の膜厚が略同一となるそれぞれの定常設定温度を算出
    し、算出した定常設定温度に基づいて設定温度プロファ
    イルを修正する第１の設定温度プロファイル修正工程
    と、 を具備することを特徴とする請求項９記載の熱処理装置
    の制御条件決定方法。
11. 【請求項１１】 前記第１の設定温度プロファイル修正
    工程が、熱処理中における基板温度と膜厚との膜厚温度
    依存関係に基づいて、それぞれの前記設定温度プロファ
    イルの前記定常設定温度を算出する工程を含むことを特
    徴とする請求項１０記載の熱処理装置の制御条件決定方
    法。
12. 【請求項１２】 前記第１の膜厚測定工程が、前記第１
    のバッチにおける基板群の基板上の複数箇所で膜の膜厚
    を測定し、その平均値としてそれぞれの該基板の膜厚を
    算出する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の
    熱処理装置の制御条件決定方法。
13. 【請求項１３】 前記第１の設定温度プロファイル決定
    工程が、 前記第１の設定温度プロファイル修正工程で修正された
    前記設定温度プロファイルに従って、第２のバッチにお
    ける複数の基板群を熱処理し、該複数の基板群の基板上
    に形成された膜の膜厚を測定する第２の熱処理・膜厚測
    定工程と、 前記第２の熱処理・膜厚測定工程によって測定されたそ
    れぞれの前記基板群の基板上に形成された膜の膜厚に基
    づいて、熱処理を行った際にそれぞれの該基板群間で基
    板上に形成される膜の膜厚が略同一になるように、それ
    ぞれの前記設定温度プロファイルを修正する第２の設定
    温度プロファイル修正工程とをさらに具備することを特
    徴とする請求項１０記載の熱処理装置の制御条件決定方
    法。
14. 【請求項１４】 前記第２の設定温度プロファイル修正
    工程が、熱処理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依存関
    係に基づいて、それぞれの前記設定温度プロファイルの
    定常設定温度を算出する工程を含むことを特徴とする請
    求項１３記載の熱処理装置の制御条件決定方法。
15. 【請求項１５】 前記第２の設定温度プロファイル修正
    工程が、 前記第２の膜厚測定工程において測定された前記第２の
    バッチにおける基板群の基板上に形成された膜の膜厚お
    よび前記第２の熱処理工程における熱処理中の定常設定
    温度と、前記第１の膜厚測定工程において測定された前
    記第１のバッチにおける基板群の基板上に形成された膜
    の膜厚および前記第１の熱処理工程における熱処理中の
    定常設定温度に基づいて、前記膜厚温度依存関係を算出
    する工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の熱処
    理装置の制御条件決定方法。
16. 【請求項１６】 前記第２の熱処理・膜厚測定工程と、
    前記第２の設定温度プロファイル修正工程を繰り返すこ
    とを特徴とする請求項１３記載の熱処理装置の制御条件
    決定方法。
17. 【請求項１７】 熱処理中におけるそれぞれの前記第２
    の設定温度プロファイルの前記時間変化設定温度の時間
    平均値と前記第１の設定温度プロファイルの定常設定温
    度が略等しいことを特徴とする請求項９記載の熱処理装
    置の制御条件決定方法。
18. 【請求項１８】 熱処理中におけるそれぞれの前記第２
    の設定温度プロファイルの勾配が、時間的に略一定であ
    ることを特徴とする請求項９記載の熱処理装置の制御条
    件決定方法。
19. 【請求項１９】 前記第２の設定温度プロファイル決定
    工程が、 前記第１の設定温度プロファイルに従って、第３のバッ
    チにおける基板群を熱処理する第３の熱処理工程、およ
    び該基板群の基板面内の膜厚分布を測定する第３の膜厚
    測定工程とを含む第３の熱処理・膜厚測定工程と、 前記第３の膜厚測定工程によって測定された前記基板面
    内の膜厚分布に基づいて、前記第１の設定温度プロファ
    イルを修正する第３の設定温度プロファイル修正工程
    と、 を具備することを特徴とする請求項９記載の熱処理装置
    の制御条件決定方法。
20. 【請求項２０】 前記第３の膜厚測定工程が、前記基板
    上の中央近傍および複数の周縁近傍箇所で膜の膜厚を測
    定する工程を含むことを特徴とする請求項１９記載の熱
    処理装置の制御条件決定方法。
21. 【請求項２１】 前記第３の膜厚測定工程が、前記基板
    の中央近傍からの距離の関数として前記基板面内の膜厚
    分布を算出する工程を含むことを特徴とする請求項１９
    記載の熱処理装置の制御条件決定方法。
22. 【請求項２２】 前記第３のバッチにおける基板面内の
    膜厚分布が、前記基板の中央近傍からの距離の２乗の関
    数で表されることを特徴とする請求項２１記載の熱処理
    装置の制御条件決定方法。
23. 【請求項２３】 前記基板面内の膜厚分布が、基板の中
    央近傍の膜厚と周縁近傍の膜厚の差で表されることを特
    徴とする請求項１９記載の熱処理装置の制御条件決定方
    法。
24. 【請求項２４】 前記第３の設定温度プロファイル修正
    工程が、熱処理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依存関
    係および前記基板面内の膜厚分布に基づいて、基板上に
    略均一な膜厚の膜を形成するために必要な基板面内の必
    要温度分布を算出する工程を含むことを特徴とする請求
    項１９記載の熱処理装置の制御条件決定方法。
25. 【請求項２５】 前記必要温度分布が、基板の中央近傍
    の温度と周縁近傍の温度の差で表されることを特徴とす
    る請求項２４記載の熱処理装置の制御条件決定方法。
26. 【請求項２６】 前記第３の設定温度プロファイル修正
    工程が、熱処理中の時間変化設定温度の勾配と基板面内
    の温度分布との勾配面内分布依存関係および前記必要温
    度分布に基づいて、基板上に略均一な膜厚の膜を形成す
    るために必要な前記時間変化設定温度の必要勾配を算出
    し、該必要勾配に基づいて前記第１の設定温度プロファ
    イルを修正する工程を含むことを特徴とする請求項２４
    記載の熱処理装置の制御条件決定方法。
27. 【請求項２７】 前記第２の設定温度プロファイル決定
    工程が、 前記第３の設定温度プロファイル修正工程で修正された
    前記第１の設定温度プロファイルに従って、第４のバッ
    チにおける基板群を熱処理する第４の熱処理工程、およ
    び該基板群の基板面内の膜厚分布を測定する第４の膜厚
    測定工程とを含む第４の熱処理・膜厚測定工程と、 をさらに具備することを特徴とする請求項１９記載の熱
    処理装置の制御条件決定方法。
28. 【請求項２８】 前記第４の設定温度プロファイル修正
    工程が、熱処理中の基板温度と膜厚との膜厚温度依存関
    係に基づいて、基板上に略均一な膜厚の膜を形成するた
    めに必要な基板面内の必要温度分布を算出する工程を含
    むことを特徴とする請求項２７記載の熱処理装置の制御
    条件決定方法。
29. 【請求項２９】 前記第４の設定温度プロファイル修正
    工程が、 前記第４の膜厚測定工程において測定された前記第４の
    バッチにおける基板群の基板上に形成された膜の膜厚お
    よび第２の熱処理工程における熱処理中の前記時間変化
    設定温度の時間平均値と、前記第３の膜厚測定工程にお
    いて測定された前記第３のバッチにおける基板群の基板
    上に形成された膜の膜厚および第３の熱処理工程におけ
    る熱処理中の前記時間変化設定温度の時間平均値に基づ
    いて、前記膜厚温度依存関係を算出する工程を含むこと
    を特徴とする請求項２８記載の熱処理装置の制御条件決
    定方法。
30. 【請求項３０】 前記第４の熱処理・膜厚測定工程と、
    前記第４の設定温度プロファイル修正工程を繰り返すこ
    とを特徴とする請求項２７記載の熱処理装置の制御条件
    決定方法。
31. 【請求項３１】 前記第３の温度設定プロファイル決定
    工程が、 前記第２の設定温度プロファイルに従って、第５のバッ
    チにおける複数の基板群を熱処理する第５の熱処理工
    程、および該複数の基板群の基板上に形成された膜の膜
    厚を測定する第５の膜厚測定工程とを含む第５の熱処理
    ・膜厚測定工程と、 前記第５の膜厚測定工程によって測定されたそれぞれの
    前記基板群の基板上に形成された膜の膜厚に基づいて、
    熱処理を行った際にそれぞれの基板群間で基板上に形成
    される膜の膜厚が略同一になるそれぞれの前記時間経過
    設定温度の平均値を算出し、算出した平均値に基づいて
    前記第２の設定温度プロファイルを修正する第５の設定
    温度プロファイル修正工程と、 を具備することを特徴とする請求項１０記載の熱処理装
    置の制御条件決定方法。
32. 【請求項３２】 処理室内に基板を配置して熱処理を行
    うための熱処理装置であって、 前記基板を加熱する加熱部と、 前記基板上に膜を形成するための処理ガスを前記処理室
    内に導入するガス導入部と、 時間の経過と設定温度との関係を表した設定温度プロフ
    ァイルを含み、かつ前記基板上に膜を形成する熱処理工
    程を記述する熱処理工程記述部を少なくとも有する処理
    レシピに従って、前記加熱部および前記ガス導入部を制
    御する制御部とを具備し、 前記設定温度が、前記熱処理工程中および該熱処理工程
    以前の一定期間で、前記時間変化設定温度であるよう
    に、前記設定温度プロファイルが規定されていることを
    特徴とする熱処理装置。
33. 【請求項３３】 設定温度に従って温度を制御し、基板
    の熱処理を行う方法であって、 前記基板面上の温度分布の安定化のための安定化工程
    と、 処理ガス雰囲気中で前記基板上に膜を形成する熱処理工
    程と、 を具備し、 前記設定温度が、前記熱処理工程中の期間および前記安
    定化工程中の少なくとも一部の該熱処理工程に先立つ期
    間において、前記時間変化設定温度であることを特徴と
    する基板の熱処理方法。