JP2023000280A - 温度補正情報算出装置、半導体製造装置、プログラム、温度補正情報算出方法 - Google Patents

温度補正情報算出装置、半導体製造装置、プログラム、温度補正情報算出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】被処理体に対する熱処理の設定温度を調整することができる技術を提供する。【解決手段】本開示は、半導体製造装置の内壁に累積する累積膜厚に応じて補正された設定温度に近づくようにヒーターを使用して温度を制御し、被処理体の成膜処理を実行する半導体製造装置の温度補正情報算出装置であって、前記設定温度を補正するための温度補正値を記憶する記憶部と、前記成膜処理の実行により生成されたログ情報に含まれる前記ヒーターへ印加した第一のヒーターパワーを取得する取得部と、前記第一のヒーターパワーに、前記設定温度の変化によるヒーターパワーの変動量を加算して第二のヒーターパワーを予測するパワー予測部と、前記パワー予測部が予測した前記第二のヒーターパワーにより、前記温度補正値を補正する温度補正情報生成部と、を有する温度補正情報算出装置を提供する。【選択図】図１３

Description

本開示は、温度補正情報算出装置、半導体製造装置、プログラム、及び温度補正情報算出方法に関する。
半導体の製造工程では、例えば、半導体ウエハの成膜処理などを行う熱処理システムが使用される。熱処理システムでは、プロセスに対応したプロセスレシピにより、設定温度、圧力、ガス流量など半導体製造装置が制御する処理条件が決められている。半導体製造装置が熱処理を繰り返すと半導体ウエハに例えば成膜されるが、半導体製造装置の内壁面に付着物が付着する。この付着物の累積膜厚が厚くなると、半導体製造装置がプロセスレシピにしたがった設定温度で制御しても、炉内温度が下がってしまい、半導体ウエハに所望の膜厚で成膜することができなくなってしまう。
そこで、累積膜厚に応じて、設定温度を補正する熱処理システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、累積膜厚に設定温度の補正量が対応付けられた温度補正情報を生成する技術が開示されている。
特開２００８－２１８５５８号公報
本開示は、被処理体に対する熱処理の設定温度を調整することができる技術を提供する。
本開示は、半導体製造装置の内壁に累積する累積膜厚に応じて補正された設定温度に近づくようにヒーターを使用して温度を制御し、被処理体の成膜処理を実行する半導体製造装置の温度補正情報算出装置であって、前記設定温度を補正するための温度補正値を記憶する記憶部と、前記成膜処理の実行により生成されたログ情報に含まれる前記ヒーターへ印加した第一のヒーターパワーを取得する取得部と、前記第一のヒーターパワーに、前記設定温度の変化によるヒーターパワーの変動量を加算して第二のヒーターパワーを予測するパワー予測部と、前記パワー予測部が予測した前記第二のヒーターパワーにより、前記温度補正値を補正する温度補正情報生成部と、を有する。
被処理体に対する熱処理の設定温度を調整することができる技術を提供できる。
熱処理システムの概略構成図の一例 半導体製造装置の概略断面図の一例 区分けられたゾーンの一例 制御部の構成図の一例 温度補正情報算出装置のハードウェア構成図の一例 温度補正情報算出装置が有する機能構成をブロック状に分けて説明する機能ブロック図の一例 温度補正テーブルの一例 モデル記憶部に記憶されているモデルを模式的に説明する図の一例 テーブル記憶部に記憶されている温度パワーテーブル、累積膜厚パワーテーブルを模式的に説明する図の一例 温度補正テーブルを使用して累積膜厚に応じた温度補正を行い成膜処理した場合の成膜結果の一例 温度補正情報生成部が温度補正テーブルを導出する手順を説明するフローチャート図の一例 温度補正テーブルの更新におけるヒーターパワーの役割を説明する図の一例 ヒーターパワーの予測方法を模式的に説明する図の一例 (i)温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量の算出方法を説明する図の一例 (ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量の算出方法を説明する図の一例 温度補正情報生成部が温度補正テーブルを導出する手順を説明するフローチャート図の一例 ヒーターパワーの予測が奏する効果を説明する図の一例
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。本発明を実施するための形態の一例として、熱処理システムと熱処理システムが行う温度補正情報算出方法について図面を参照しながら説明する。
〔累積膜厚に対する温度補正の概略〕
熱処理システムは、１つのサイクルで複数回の成膜処理を行う。また、成膜処理において、熱処理システムは、温度補正テーブルを用いて、プロセスレシピに設定された設定温度を補正する。温度補正テーブルの生成では、ログに記録されたヒーターパワーが考慮される。しかし、考慮されるヒーターパワーは１つのサイクルが有する任意の成膜処理（ユーザーが選択できるが、主に１回目の成膜処理のログが選択される。）で得られたログに基づくため、２回目以降の成膜処理のヒーターパワーが１回目のヒーターパワーとは異なる可能性があった。実際のヒーターパワーとは異なったヒーターパワーで補正された温度補正テーブルで成膜時の温度が補正されると、目標とする膜厚等が得られないおそれがある。
そこで、本実施形態の熱処理システムは、１つのサイクルの２回目以降のヒーターパワーを、１回目（初回の）ヒーターパワーから予測することで、より適切に温度補正テーブルを補正し、目標に近い膜厚等が得られることを可能にする。
以下、詳細を説明する。
〔半導体製造装置を含む熱処理システムの全体構成〕
図１は、熱処理システムの概略構成図の一例を示す。図１に示すように、本実施の形態の熱処理システム１は、複数台の半導体製造装置２（図１では２１～２ｎ）と、ホストコンピュータ３と、温度補正情報算出装置４と、これらを相互に接続するネットワーク５、６と、を有する。また、熱処理システム１は、例えば、半導体製造装置２により処理された被処理体（以下、半導体ウエハという）の状態（膜の状態等）を測定する測定装置６０を備えている。
半導体製造装置２には、プロセスに応じた各種の装置が含まれてよい。例えば、半導体ウエハに薄膜を形成する処理を行う成膜装置、半導体ウエハの表面領域を酸化する酸化処理を行う酸化装置、半導体ウエハの表面領域に不純物を拡散（ドープ）する処理を行う拡散装置等がある。以下、半導体製造装置の一例として、図２に示すバッチ式の縦型熱処理装置の場合を例に説明する。また、本実施の形態では、半導体ウエハへの処理として、成膜処理を例にして説明する。
図２は、半導体製造装置２の概略断面図の一例である。図２に示すように、半導体製造装置２は、略円筒状の反応管１１を備えている。反応管１１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１１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。
反応管１１の上側には、反応管１１内のガスを排気するための排気管１２が気密に接続されている。排気管１２には、バルブ、真空ポンプなどからなる圧力調整部１３が設けられており、反応管１１内を所望の圧力（真空度）に調整する。
反応管１１の下側には、略円筒状のマニホールド１４が設けられている。マニホールド１４は、その上端が反応管１１の下端と気密に接合されている。
マニホールド１４（反応管１１）の下方には、蓋体１５が配置されている。蓋体１５は、ボートエレベータ１６により上下動可能に構成され、ボートエレベータ１６により蓋体１５が上昇するとマニホールド１４（反応管１１）の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１６により蓋体１５が下降すると反応管１１の下方側（炉口部分）が開口されるように配置されている。
蓋体１５の上部には、保温筒（断熱体）１７を介して、ウエハボート１８が設けられている。ウエハボート１８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１８に半導体ウエハＷを収容し、ボートエレベータ１６により蓋体１５を上昇させることにより、半導体ウエハＷが反応管１１内にロードされる。
反応管１１の周囲には、反応管１１を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなるヒーター部１９が設けられている。このヒーター部１９により反応管１１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。
ヒーター部１９は、例えば、５段に配置されたヒーター１９１～１９５を有し、各ヒーター１９１～１９５には電力コントローラ１９６～２００より、それぞれ独立して電力が供給され、独立に制御可能である。このように、反応管１１内は、ヒーター１９１～１９５により、図３に示すように５つのゾーン（ＺＯＮＥ１～５）に分けられている。ゾーンの分け方は５つに限られず、２つ以上であればよく、又は、ゾーンに分けなくてもよい。
また、マニホールド１４には、反応管１１内にガスを供給する複数のガス供給管が設けられている。本実施の形態では、３本のガス供給管２０～２２が設けられている。各ガス供給管２０～２２には、それぞれガス流量を調整するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）などからなる流量調整部２３～２５を介して、成膜用の原料ガス及びキャリアガスが供給される。
反応管１１の内壁には、図示しない５つの温度センサー（熱電対）が垂直方向に一列に配置されている。この温度センサーは、半導体ウエハＷの金属汚染を防止するため、石英のパイプ等によりカバーされており、図３に示す各ゾーンにそれぞれ配置されている。
半導体製造装置２は、反応管１１内の処理雰囲気の温度、ガス流量、圧力といった処理パラメータを制御するための制御部５０を備えている。制御部５０は、図示しない温度センサー、圧力センサー等の出力信号を取り込み、ヒーター１９１～１９５の電力コントローラ１９６～２００、圧力調整部１３、流量調整部２３～２５に制御信号を出力する。
〔制御部のハードウェア構成例〕
図４は、制御部５０の構成例を示す図である。制御部５０は、レシピ記憶部５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、Ｉ／Ｏポート５４と、ＣＰＵ５５と、通信部５６と、これらを相互に接続するバス５７と、を備えている。
レシピ記憶部５１には、この半導体製造装置２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レシピが記憶されている。プロセスレシピは、操作者（オペレータ）が実際に行う処理（プロセス）毎に用意される処理情報であり、反応管１１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１１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。このプロセスレシピにより、その熱処理による設定膜厚や、装置各部の設定温度を特定することができる。なお、通常のバッチ式熱処理装置の場合、全半導体ウエハＷについて１つのプロセスレシピが用意されるが、本実施の形態においては、半導体ウエハＷの処理結果が均一になるように、図３に示すゾーン毎に予め定められたプロセスレシピが用意されている。
また、このプロセスレシピには、装置各部の設定温度を温度補正テーブルに基づいて最適な温度（最適化値）に補正し、この補正した温度を設定温度とする最適化値算出レシピが含まれている。このため、半導体製造装置２が最適化値算出レシピに基づいて熱処理を行う場合には、ゾーン１～５の設定温度の最適化値が算出され、最適化値が設定温度となる。
したがって、設定温度の補正は半導体製造装置２が行うことになるが、温度補正情報算出装置４が温度補正テーブルに基づいて設定温度が補正されたプロセスレシピを半導体製造装置２に提供してもよい。この他、設定温度の補正はどの装置が行ってもよく、最終的に半導体製造装置２が補正された設定温度でプロセスレシピを実行できればよい。
ＲＯＭ５２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、ＣＰＵ５５の動作プログラムなどを記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５５のワークエリアなどとして機能する。ＲＡＭ５３には、例えば、半導体製造装置２での処理実行回数が記憶される。この処理実行回数と、レシピ記憶部５１に記憶された設定膜厚とにより、半導体製造装置２の装置内部に付着した付着物の累積膜厚を特定することができる。
Ｉ／Ｏポート５４は、温度、圧力、ガスの流量に関する測定信号をＣＰＵ５５に供給すると共に、ＣＰＵ５５が出力する制御信号を各部（電力コントローラ１９６～２００、流量調整部２３～２５、圧力調整部１３）へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート５４には、オペレータが半導体製造装置２を操作する操作パネル５８が接続されている。
ＣＰＵ５５は、制御部５０の中枢を構成し、ＲＯＭ５２に記憶された動作プログラムを実行し、操作パネル５８からの指示にしたがって、レシピ記憶部５１に記憶されているプロセスレシピに沿って、半導体製造装置２の動作を制御する。
通信部５６は、半導体製造装置２と、ホストコンピュータ３、及び、温度補正情報算出装置４との間のＬＡＮ５、６を介した通信を行う。 バス５７は、各部の間で情報を伝達する。
なお、ホストコンピュータ３は、半導体製造装置２それぞれの全体を管理する装置であり、各半導体製造装置２に熱処理の実行等を指示する処理を実行する。ホストコンピュータ３は公知の構成を有するものとし、図示を省略する。
〔温度補正情報算出装置のハードウェア構成例〕
図５は、温度補正情報算出装置のハードウェア構成図の一例を示す。温度補正情報算出装置４は、半導体製造装置２のそれぞれにおいて累積膜厚の影響で生じる炉内温度と設定温度の差を低減するため、累積膜厚（成膜回数）に応じた温度補正テーブルを生成する処理を実行する。
温度補正情報算出装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０２、及び、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０３を有する。ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２及びＲＡＭ５０３は、いわゆるコンピュータを形成する。また、温度補正情報算出装置は、補助記憶装置５０４、操作装置５０５、表示装置５０６、Ｉ／Ｆ（Interface）装置５０７、及び、ドライブ装置５０８を有する。なお、温度補正情報算出装置４の各ハードウェアは、バス５０９を介して相互に接続される。
ＣＰＵ５０１は、補助記憶装置５０４にインストールされた各種プログラムを実行する。
ＲＯＭ５０２は、不揮発性メモリであり、主記憶装置として機能する。ＲＯＭ５０２は、補助記憶装置５０４にインストールされた各種プログラムをＣＰＵ５０１が実行するために必要な各種プログラム、データ等を格納する。
ＲＡＭ５０３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の揮発性メモリであり、主記憶装置として機能する。ＲＡＭ５０３は、補助記憶装置５０４にインストールされた各種プログラムがＣＰＵ５０１によって実行される際に展開される、作業領域を提供する。
補助記憶装置５０４は、各種プログラムを格納する不揮発性の大容量記憶装置である。補助記憶装置５０４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）など、不揮発性の大容量記憶媒体であればよい。
操作装置５０５は、管理者が温度補正情報算出装置４に対して各種指示を入力する際に用いる入力デバイスである。表示装置５０６は、温度補正情報算出装置４の内部情報及び外部から取得した情報を表示する表示デバイスである。
Ｉ／Ｆ装置５０７は、ＬＡＮ６に接続し、半導体製造装置２の制御部５０と通信するための接続デバイスである。Ｉ／Ｆ装置５０７は測定装置６０やホストコンピュータ３とも通信する。
ドライブ装置５０８は記録媒体をセットするためのデバイスである。記録媒体には、ＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等のように情報を光学的、電気的あるいは磁気的に記録する媒体が含まれる。また、記録媒体には、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等のように情報を電気的に記録する半導体メモリ等が含まれていてもよい。
なお、補助記憶装置５０４にインストールされる各種プログラムは、例えば、配布された記録媒体がドライブ装置５０８にセットされ、該記録媒体に記録された各種プログラムがドライブ装置５０８により読み出されることでインストールされる。あるいは、補助記憶装置５０４にインストールされる各種プログラムは所定のサーバーからダウンロードされることでインストールされてもよい。
〔温度補正情報算出装置の機能について〕
次に、図６を参照して、温度補正情報算出装置４が有する情報とその機能構成について説明する。図６は、温度補正情報算出装置４が有する機能構成をブロック状に分けて説明する機能ブロック図の一例である。
温度補正情報算出装置４は、取得部６１、温度補正情報生成部６２、モデル学習部６３、及び、パワー予測部６４を有している。温度補正情報算出装置４が有するこれらの機能は、図５に示すＣＰＵ５０１が、補助記憶装置５０４からＲＡＭ５０３に展開されたプログラムを実行することで実現される機能又は手段である。
取得部６１は、半導体製造装置２の制御部５０からプロセスレシピに基づいて実行された半導体ウエハＷの熱処理プロセスに関するログ情報を取得する。ログ情報には設定温度、ヒーターパワー等が時系列に含まれる。取得部６１は、成膜処理の実行により生成されたログ情報に含まれるヒーターへ印加したヒーターパワーを取得する。また、取得部６１は、測定装置６０からモニターされた半導体ウエハＷのモニター膜厚等を取得できる。ログ情報により半導体製造装置２での処理実行回数が分かるので、この処理実行回数と、プロセスレシピに記憶された設定膜厚とにより、半導体製造装置２の装置内部に付着した付着物の累積膜厚を特定することができる。
温度補正情報生成部６２は、ログ情報に含まれる設定温度と測定装置６０が測定したモニター膜厚との関係に、後述するモデルを使用して、温度補正テーブルを生成する。また、温度補正情報生成部６２は、ヒーターパワーが飽和（０又は１００％）しないように温度補正テーブルの温度補正値を補正する。
モデル学習部６３は、モデル記憶部７２に記憶されているモデルを更新する。モデルの更新とは、成膜結果と目標膜厚に基づいて、半導体製造装置２における設定温度と膜厚の関係をより正確に表すモデルに変更することである。この意味では、更新とは学習と称してよく、本実施形態でも学習と称する場合がある。本実施形態では、モデルの学習は特徴部でないため詳細は省略する。
パワー予測部６４は、１サイクルの１回目の成膜処理でログ情報に記録されているヒーターパワーから、２回目以降の成膜処理のヒーターパワーを予測する。１サイクルの１回目の成膜処理は多くのユーザーが選択するものであり、１サイクルの１回目の成膜処理で得られたログでなくてもよい。予測には、温度パワーテーブルと温度補正テーブルが使用される。更に、予測には、累積膜厚パワーテーブルと累積膜厚の変動量が使用されてよい。
また、温度補正情報算出装置４は、ＲＡＭ５０３や補助記憶装置５０４に形成される記憶部７０を有している。記憶部７０は、温度補正テーブル記憶部７１、モデル記憶部７２、及び、テーブル記憶部７３を有している。
図７は、温度補正テーブルの一例である。温度補正テーブルは、半導体製造装置２内部の温度（設定温度）ごとに、装置内部に付着した付着物の累積膜厚と、温度補正量との関係を示す。図７の温度補正テーブルでは、半導体製造装置２内部の温度が所定温度に設定され、装置内部に所定の累積膜厚の付着物が付着した場合の温度補正値がゾーンごとに対応付けられている。
図７を例にすると、プロセスレシピ実行前の初期状態で半導体ウエハにｔｋ１〔nm〕の膜厚が形成されている。ｔｋ１は例えば１００〔nm〕であるが、プロセスレシピによって様々である。プロセスレシピは６回の成膜処理を含む。この６回の成膜処理が１サイクルの熱処理である。１回の成膜処理で決まった膜厚Δｔｋが成膜される。ｔｋ２＝ｔｋ１＋Δｔｋ、ｔｋ３＝ｔｋ２＋Δｔｋ、……、のように累積膜厚が厚くなり、６回目でｔｋ６＋Δｔｋの膜厚が得られる。なお、１サイクルの熱処理が有する成膜処理の回数は何回でもよく、１回の成膜処理で形成される膜厚はプロセスレシピによって様々である。
半導体製造装置２がゾーン１の設定温度を補正する場合、例えば累積膜厚がｔｋ２〔nm〕の状態では、「プロセスレシピの設定温度＋0.1」℃を、補正された設定温度として算出する。
なお、設定温度及び累積膜厚が温度補正テーブルに定められた値と異なる場合には、半導体製造装置２が補間することにより対応可能である。
また、温度補正テーブルは、設定温度を補正するための温度補正値を記憶した情報の一例であり、温度補正値の記憶形式はテーブルや表形式に限らない。例えば、温度補正テーブルは、関数形式やグラフ形式でもよい。
図８は、モデル記憶部７２に記憶されているモデルを模式的に説明する図である。モデルは、設定温度ごとに用意されるが、図８では任意の設定温度のモデルを示す。モデルとは、事前に設定温度とパワーの変化の関係を調べておき、半導体製造装置２の制御に使用されるデータである。
図８（ａ）のモデルは、ゾーンごとに温度を+１℃したときの各スロットの温度変動量を表したものになる。つまり、あるゾーンの温度を変化させると他のゾーンの温度も変化する。このように、反応管１１の温度分布などにより半導体ウエハの温度が、設定温度と完全に同じにはならない場合がある。図８（ａ）のモデルにより、設定温度が１℃異なる場合の実際の半導体ウエハＷの温度がゾーンごとに算出される。
図８（ｂ）のモデルでは、温度が１℃異なる場合の膜厚の変動量がゾーンごとに定められている。すなわち、温度の変動量と膜厚の変動量が対応付けられている。半導体ウエハＷには熱処理中の実際の半導体ウエハＷの温度（ガス種、圧力等、他のパラメータが一定として）と熱処理時間に応じた膜厚が成膜される。図８（ｂ）のモデルは、各種の知見にしたがって、実際の半導体ウエハＷの温度と膜厚の対応を表したものである。例えば、ゾーン１では、温度が１℃異なる場合（この温度は図８（ａ）で補正済み）の膜厚の変動量がＫ〔nm〕である。
図８（ｂ）のモデルを用いたゾーン１の温度補正テーブルの生成例を説明する。温度補正テーブルの生成には例えば以下のような評価関数が使用される。
評価関数J=f(目標膜厚との残差,温度と膜厚の変動量を表したモデル,温度変動量)
なお、温度と膜厚の変動量を表したモデルは、図８（ａ）の「設定温度vsウエハ温度」のモデルと図８（ｂ）の「ウエハ温度vs成膜量」のモデルを合わせて「設定温度vs成膜量」のモデルにしたものとなる。その上で、ヒーターパワーが飽和しない、ユーザーが指定した温度制約幅を超えない、を制約条件として、制約範囲内で評価関数Jが最小になるような温度変動量の組み合わせを最適値とする。
したがって、図８の２つのモデルは温度補正テーブルを生成する際に参照されるため、可能な限り正確であることが望ましい。このため、温度補正情報算出装置４はモデルを学習する機能を有している。モデル学習部６３は、モニター膜厚と目標膜厚の差に基づいてモデルを更新（学習）する。考え方としては、成膜結果であるモニター膜厚と目標膜厚の差が大きいほど、図８（ａ）のモデルにおいて温度が１℃異なる場合の半導体ウエハＷの温度の変動量を大きくし、図８（ｂ）のモデルにおいて温度が１℃異なる場合の膜厚の変動量を大きくするというものがある。
より詳細には、モデル学習部６３は、モニター膜厚と目標膜厚の差を拡張型カルマンフィルターなどに適用して、２つのモデルを更新する。モデルの更新方法は本願の特徴部ではないため、詳細は省略する。以下では、特に言及しなければモデルには図８の２つのモデルが含まれるものとする。
なお、モデルは、設定温度の変動量に対する半導体ウエハＷの温度の変動量、又は、設定温度の変動量に対する膜厚の変動量を記憶した情報の一例であり、これら情報の記憶形式はテーブルや表形式に限らない。例えば、モデルは、関数形式やグラフ形式でもよい。
図９（ａ）は、テーブル記憶部７３に記憶されている温度パワーテーブルの一例を示す。温度パワーテーブルもモデルの１つである。温度パワーテーブルは、設定温度の変化によるパワーの変動量を算出するためのテーブルである。図９（ａ）に示すように、ゾーンの温度を１℃変化させるために必要な、各ゾーンのヒーターパワーの変動量が設定されている。すなわち、温度の変動量とヒーターパワーの変動量が対応付けられている。実際の値は様々であるが、一例としては千分の一から十分の一のオーダーのパーセンテージ〔％〕である。
図９（ｂ）は、テーブル記憶部７３に記憶されている累積膜厚パワーテーブルの一例を示す。累積膜厚パワーテーブルは、累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量を算出するためのテーブルである。図９（ｂ）の累積膜厚パワーテーブルは、チャンバー壁面の累積膜厚の増加によって熱伝達が変化することでパワーが変化する量を表す。すなわち、累積膜厚の変動量とヒーターパワーの変動量が対応付けられている。累積膜厚が厚くなってくるとヒーターパワーの変動量が飽和していく傾向があるので、ヒーターパワーの出力値も同様の傾向を示す。つまり、累積膜厚に応じてヒーターパワーの変動量の傾きも変化する。使い方の詳細は後述する。なお、図９（ｂ）の値は説明のための一例に過ぎない。
また、温度パワーテーブルや累積膜厚パワーテーブルは、ヒーターパワーの変動量を記憶した情報の一例であり、これら情報の記憶形式はテーブルや表形式に限らない。例えば、温度パワーテーブルや累積膜厚パワーテーブルは、関数形式やグラフ形式でもよい。
〔累積膜厚に応じた温度補正機能の概略〕
図１０は、温度補正テーブルを使用して累積膜厚に応じた温度補正を行い成膜処理した場合の成膜結果の一例を説明する図である。
（１）まず、補正前の温度補正テーブルで、半導体製造装置２による熱処理が行われる。図１０では、「温度の補正前」の熱処理が対応する。「温度の補正前」の熱処理を初回熱処理という（６回の成膜処理が含まれる）。１回の成膜処理で形成される膜厚はΔｔｋ〔nm〕である。図１０（ａ）に示すように、各成膜処理でウエハＷ上にΔｔｋ〔nm〕成膜することを目標に成膜するが、チャンバー壁面に堆積していく累積膜厚によって目標のΔｔｋ〔nm〕からずれている。図１０（ａ）は初回熱処理の成膜処理で得られた成膜結果を示す。
図１０（ａ）では、横軸が累積膜厚、縦軸がモニター膜厚である。モニター膜厚はΔtkを中心にばらつく。図１０（ａ）では１サイクルの成膜処理が６回の成膜処理を有している。６回の成膜処理で累積する累積膜厚に対し、１回分の成膜処理で形成されたモニター膜厚が示されている。また、図１０（ａ）の複数のグラフは、ウエハボート１８における上下方向の位置が異なる半導体ウエハＷのモニター膜厚である。つまり、反応管１１内の高さによってガス濃度が異なるため、異なる高さの半導体ウエハＷがモニター用に予め抽出される。モニター膜厚が測定される半導体ウエハＷは各ゾーンを代表する半導体ウエハＷである。
成膜処理の回数が増えるほど、半導体製造装置の内壁面の累積膜厚も増えて行く。累積膜厚が厚くなると、同じ処理温度で制御しても、炉内温度が下がってしまい、半導体ウエハＷに所望の膜厚の薄膜を形成することができなくなる。図１０（ａ）では、累積膜厚が厚くなるほど、温度の補正前のモニター膜厚が、徐々に厚くなる傾向がある。
（２）温度補正情報生成部６２は、ログ情報に含まれる設定温度と測定装置６０から取得したモニター膜厚との関係に図８のモデルを使用して、図１０（ｂ）に示す温度補正テーブルを生成する。初回熱処理の直後の温度補正テーブルの生成を１回目の計算処理という。図１０では「計算」に対応する処理が温度補正テーブルの生成である。温度補正テーブルが生成された後である２回目以降の計算では、ユーザーの設定で又は自動判断でモデルが更新される場合がある。自動判断とは、例えば、１回目の計算で算出した温度補正テーブルを使用しても結果が改善しない場合、モデルの精度が悪いと判断して、２回目以降の計算でモデルの更新を行い、より目標に近づくような温度補正テーブルを生成することをいう。また、外乱などを検知して自動でモデルを更新してもよい。
なお、モデルの更新（学習）は過去の計算データを使用して行うため、初回熱処理では過去の計算データがなく、１回目の計算処理では、モデルの更新は行われない。
（３）温度補正テーブルを用いて、半導体製造装置２による熱処理が行われる。図１０では、「温度の補正後」の熱処理が対応する。図１０（ｃ）は、温度補正テーブルで設定温度が補正された成膜処理で得られた成膜結果を示す。図１０（ｃ）では、累積膜厚が厚くなっても、温度の補正により、モニター膜厚が安定する傾向が得られた。
〔温度補正テーブルの生成〕
図１１は、温度補正情報生成部６２が温度補正テーブルを導出する手順を説明するフローチャート図の一例である。
まず、成膜実施前に、担当者が成膜を実行するためのプロセスレシピ（温度設定値などの設定）を作成する（Ｓ１）。このとき、温度補正テーブルは最適化する前なのでユーザー任意の値でよい。担当者が設定するのではなく、温度補正情報生成部６２が決まっている初期値を設定してもよい。
ステップＳ１で作成されたプロセスレシピと温度補正テーブルを用いて、半導体製造装置２が１サイクル分（最大２０回の成膜）の成膜を実施する（Ｓ２）。
測定装置６０が１サイクル分のそれぞれの成膜処理で成膜された膜厚を測定する（Ｓ３）。このとき、１サイクルの間で膜厚の再現性が所望の基準を満たした場合、温度補正テーブルの調整は終了する。基準を満たさなかった場合、処理はステップＳ４に進む。
温度補正情報生成部６２が、ステップＳ２で実施した任意の成膜結果のログ（ユーザーが選択したもの）と、ステップＳ３で測定されたプロセス結果、成膜処理で使用した温度補正テーブルの値、及びモデルを用いて、温度補正テーブルを最適化する（Ｓ４）。更に、ステップＳ４では、温度補正情報生成部６２が、ヒーターパワーと「温度１℃の変化に対するパワー変動量のモデル（温度パワーテーブル）」を元に、温度補正テーブルを、ヒーターパワーが飽和しない範囲で実現可能になるように補正する。詳細は図１２にて説明する。
温度補正情報生成部６２は、設定している温度補正テーブルの値をステップＳ４で最適化した値で更新する（Ｓ５）。
温度補正情報算出装置４は、上記ステップＳ２～Ｓ５の成膜処理、最適化計算、及び温度補正テーブルの更新を所望の膜厚再現性を満たすまで繰り返す。
〔ヒーターパワーの飽和による不都合について〕
温度補正テーブルの補正におけるヒーターパワーの役割と、ステップＳ２でユーザーが選択したヒーターパワーを使用した温度補正テーブルの補正の不都合について説明する。
図１２は、温度補正テーブルの更新におけるヒーターパワーの役割を説明する図である。図１１のステップＳ２のように、半導体製造装置２が成膜処理を行うと、成膜処理におけるパワー出力状態（ヒーターパワー）などのログが残る（図１２（ａ））。比較例（例えば従来技術）の手法では、１サイクルの中の１回目の成膜処理のログをユーザーが選択し、温度補正情報算出装置４（ソフトウェア）に入力する。１サイクル中の残りの成膜処理のヒーターパワーは、選択したログのヒーターパワーと同じと仮定される。
温度補正情報生成部６２は、図１１のステップＳ４の計算の際、ログのヒーターパワーの値から上下に何%までヒーターパワーを変動させて良いか決定する。例えば、ログのヒーターパワーが１０％であれば、下限は0.1％まで、上限は99.9％まで余裕があることになる（図１２（ｂ））。なお、上下の0.1％はオフセットである。
次に、温度補正情報生成部６２は、決定した「パワーの変動幅」と「温度1℃の変化に対するパワー変動量のモデル（温度パワーテーブル）」を組み合わせることで、変動させて良い温度設定値の幅を決定する（図１２（ｃ））。温度補正情報生成部６２は、仮にログから読み込んだパワーの値が100%だった場合は、必ずヒーターパワーが下がる方向に温度を変動させ、反対にヒーターパワーが0%だった場合は必ずパワーが上がる方向に温度を変動させる。すなわち、温度補正情報生成部６２は、パワー予測部６４が予測したヒーターパワーにより、温度補正テーブルを補正する。このように、ヒーターパワーが飽和している場合は温度を変動させる方向も一方向になる。
しかし、比較技術のように１サイクル全ての成膜処理のヒーターパワーを同じと仮定してしまうと、以下のような不都合が生じる。
選択された成膜処理のログのパワーが「1%」だった→１サイクル中の他の成膜処理のパワーも全て「１%」と仮定される→１サイクル全ての成膜処理でパワーを「－0.9～98.9％」の範囲なら増減させてもヒーターパワーは飽和しない→しかし、選択した成膜処理以外の成膜処理のヒーターパワーが実は「0.5%」だった場合、「－0.4%」までしか下限は動かせないのに、「－0.9%」まで動かす可能性がある→「－0.9%」まで動かすような補正値を使用して成膜処理を実施した場合、ヒーターパワーが「0.5%」だった成膜処理ではヒーターパワーが飽和し改善効果が見られない。
このため、本実施形態では、温度補正情報生成部６２が、各成膜処理のヒーターパワーを予測して、温度補正テーブルを生成する。
なお、１サイクルの全ての成膜処理のログをユーザーが選択してもよいが、ユーザービリティが低下する。温度補正情報生成部６２が１サイクルの全ての成膜処理のログを自動選択することも可能だが、ソフトが誤選択する可能性もあり、プロセスログ選択後に自動選択された１サイクル分のログをユーザーが確認（場合によっては修正）する必要が生じるおそれがある。
〔ヒーターパワーの予測〕
図１３は、ヒーターパワーの予測方法を模式的に説明する図である。パワー予測部６４は、ユーザーが１サイクル中で選択した成膜処理のログ（例えば１回目の成膜処理のログ）のヒーターパワー（これをＰｗ０とする。第一のヒーターパワーの一例。）に基づいて、次の成膜処理のヒーターパワー（これをＰｗｎとする。ｎ＝２……最大２０。第二のヒーターパワーの一例。）を予測する。
Ｐｗｎ＝Ｐｗ０＋(i)温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量＋(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量 ……（１）
(i)については温度パワーテーブルと成膜処理で使用された温度補正テーブルにより算出される。(ii)については累積膜厚パワーテーブルと累積膜厚の変動量により算出される。
図１４は、(i)温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量の算出方法を説明する図である。図１４（ａ）は温度パワーテーブルを示し、図１４（ｂ）は温度補正テーブルを示す。ヒーターパワーの変動量は、対応するゾーンごとに、温度パワーテーブルの１列分のヒーターパワーと、温度補正テーブルの温度補正値を乗じて求める。例えば、累積膜厚１００〔ｎｍ〕の場合のゾーン４については、温度パワーテーブルのゾーン４の１列に、温度補正テーブルのゾーン４の温度補正値が乗じられる。
Ｄ１×0.2、Ｄ２×0.2、Ｄ３×0.2、Ｄ４×0.2、Ｄ５×0.2
ゾーン１～３，ゾーン５の温度補正値についても同様に算出される。次に、パワー予測部６４は、温度パワーテーブルの行方向に乗算した値を加算して、ゾーンごとのヒーターパワーの変動量を算出する。例えば、ゾーン１～５のヒーターパワーの変動量は以下のようになる。
(i) 温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量（ゾーン１）＝Ａ１×0.1＋Ｂ１×（－0.3）＋Ｃ１×（0.0）＋Ｄ１×0.2＋Ｅ１×（－0.1）
(i) 温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量（ゾーン２）＝Ａ２×0.1＋Ｂ２×（－0.3）＋Ｃ２×（0.0）＋Ｄ２×0.2＋Ｅ２×（－0.1）
(i) 温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量（ゾーン３）＝Ａ３×0.1＋Ｂ３×（－0.3）＋Ｃ３×（0.0）＋Ｄ３×0.2＋Ｅ３×（－0.1）
(i) 温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量（ゾーン４）＝Ａ４×0.1＋Ｂ４×（－0.3）＋Ｃ４×（0.0）＋Ｄ４×0.2＋Ｅ４×（－0.1）
(i) 温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量（ゾーン５）＝Ａ５×0.1＋Ｂ５×（－0.3）＋Ｃ５×（0.0）＋Ｄ５×0.2＋Ｅ５×（－0.1）
なお、(i)の算出に使用される温度補正テーブルＩは、成膜処理を実施する際に使用した温度補正テーブルである。すなわち、温度補正テーブルＩは最適化計算を行う前の温度補正テーブルである。
一方、(i)の算出に使用される温度補正テーブルＩ、成膜結果、成膜時のログから得たヒーターパワーなどの情報により、最適化した温度補正テーブルIIが得られる。最適化した温度補正テーブルIIは、次のサイクルの成膜処理に使用する温度補正テーブルになる。
つまり、パワー予測部６４は古い温度補正テーブルIを使用してヒーターパワーを予測し、温度補正情報生成部６２が新しい温度補正テーブルIIを生成する。
図１５は、(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量の算出方法を説明する図である。図１５（ａ）は累積膜厚パワーテーブルを示し、図１５（ｂ）は温度が１℃異なる場合の膜厚の変動量（図８（ｂ）と同じもの）である。ヒーターパワーの変動量は、ゾーン別に、図１５（ａ）の値と図１５（ｂ）の値を乗じて求める。例えば、累積膜厚１００〔ｎｍ〕の場合、ゾーン１～ゾーン５のヒーターパワーの変動量は下記のように算出される。
ゾーン１の(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量＝0.03×Ｋ
ゾーン２の(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量＝0.03×Ｌ
ゾーン３の(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量＝0.02×Ｍ
ゾーン４の(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量＝0.02×Ｎ
ゾーン５の(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量＝0.03×Ｏ
なお、図１５では累積膜厚に応じたパワーの変動量に温度に応じた膜厚の変動量が乗じられているが、正確には「(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量」は、累積膜厚の増加と共に飽和してくる傾向にあると考えられる。したがって、事前に「パワー変動量=f(累積膜厚)」となるように関係性を取得しておき、予測したい累積膜厚のパワー変動量をその関係性から補間して求めるとよい。
また、図１５（ｂ）の温度が１℃異なる場合の膜厚の変動量は、累積膜厚によって使い分けてもよい。また、（１）式の(ii)の項は、ヒーターパワーに与える影響が少ないので、必ずしもヒーターパワーの予測に使用しなくてもよい。
〔動作手順〕
図１６は、温度補正情報生成部６２が温度補正テーブルを導出する手順を説明するフローチャート図の一例である。なお、図１６の説明では主に図１１との相違を説明する。ステップＳ１～Ｓ３の処理は図１１と同様になる。
ステップＳ３において、１サイクルの間で膜厚の再現性が所望の基準を満たさない場合、処理はステップＳ３－２に進む。
ステップＳ３－２において、パワー予測部６４は、温度パワーテーブル、及び、成膜処理で使用した温度補正テーブルを用いて、(i) 温度設定値の変化によるヒーターパワーの変動量、を算出する。また、パワー予測部６４は、累積膜厚パワーテーブルと累積膜厚の変動量（１５（ｂ））を用いて、(ii)累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量、を算出する。パワー予測部６４は(i)と(ii)を、ステップＳ２で実施した任意の成膜結果のログ（ユーザーが選択したもの）のヒーターパワーＰｗ０に加算することで、選択した成膜処理以外の成膜処理（例えば、累積膜厚が０［nm］の成膜処理が選択された場合、５０と１００［nm］の成膜処理）のヒーターパワーを予測する。
次のステップＳ４では、図１２で説明したように、温度補正情報生成部６２は、決定した「パワーの変動幅」と「温度１℃の変化に対するパワー変動量のモデル（温度パワーテーブル）」を組み合わせることで、変動させて良い温度設定値の幅を決定する。温度補正情報生成部６２は、予測したヒーターパワーの値が100%だった場合は、必ずヒーターパワーが下がる方向に温度補正テーブルの温度補正値を変動させ、反対にヒーターパワーが0%だった場合は必ずパワーが上がる方向に温度補正テーブルの温度補正値を変動させる。
このように、本実施形態の温度補正情報算出装置４は、ユーザーが選択した成膜処理のヒーターパワーでなく、予測したヒーターパワーで温度補正テーブルを補正できるので、成膜時の温度制御の精度を向上できる。
〔本実施形態の温度補正情報算出装置による効果〕
図１７は、本実施形態で説明したヒーターパワーの予測が奏する効果を説明する図である。
(1) 操作性
まず、比較技術において、ユーザーが１サイクル中の１つの成膜処理のログを選択すればよいので、ユーザービリティがよい。本実施形態においても、ユーザービリティが良好であることが維持できる。
(2) 計算精度
比較技術では、１サイクル中の１つの成膜処理のヒーターパワーを全ての成膜処理のヒーターパワーとみなしていたため、温度補正テーブルの計算精度が低下するおそれがあった。本実施形態では、１サイクルの全ての成膜処理においてヒーターパワーを予測するので、温度補正テーブルの計算精度を向上できる。
〔主な効果〕
以上説明したように、本実施形態の熱処理システムは、１サイクルの成膜処理ごとにヒーターパワーを予測するので、ヒーターパワーが飽和している場合に飽和しないように温度補正テーブルを補正できる。したがって、半導体製造装置２は、成膜時の温度を制御した状態で成膜することができ、目標とする膜厚等を得られやすくなる。
〔その他〕
本実施形態では、図1に示した温度補正情報算出装置４がモデルの学習や温度補正テーブルの生成を行ったが、温度補正情報算出装置４の機能を半導体製造装置２が有していてもよい。
また、温度補正情報算出装置４がネットワークに接続されたサーバーでもよい。半導体製造装置２が温度補正情報算出装置４と通信し、温度補正テーブルを取得することができる。温度補正情報算出装置４はオンプレミスに存在してもクラウドに存在してもよい。
また、図１の熱処理システム１は一例であり、用途や目的に応じて様々なシステム構成例があることは言うまでもない。図１のホストコンピュータ３、半導体製造装置２、測定装置６０、及び温度補正情報算出装置４のような装置の区分は一例である。
例えば熱処理システム１は、ホストコンピュータ３、半導体製造装置２、測定装置６０、及び温度補正情報算出装置４の少なくとも２つが一体化された構成や、更に分割された構成など、様々な構成が可能である。例えば温度補正情報算出装置４は、各半導体製造装置２ごとに用意されてもよい。
本明細書に開示の半導体製造装置２は、バッチ処理装置に限らず、一枚ずつ基板を処理する枚葉装置、又は、セミバッチ装置のいずれにも適用できる。
本明細書に開示の半導体製造装置が行う基板処理は、成膜処理だけでなく、半導体ウエハの表面領域を酸化する酸化処理を行う酸化装置、半導体ウエハの表面領域に不純物を拡散（ドープ）する処理を行う拡散装置、アニール装置、エッチング装置等に適用してもよい。
本明細書に開示の半導体製造装置２は、プラズマを用いて基板を処理する装置であってもよい。
１ 熱処理システム
２ 半導体製造装置
４ 温度補正情報算出装置
６１ 取得部
６２ 温度補正情報生成部
６３ モデル学習部
６４ パワー予測部

Claims (10)

  1. 半導体製造装置の内壁に累積する累積膜厚に応じて補正された設定温度に近づくようにヒーターを使用して温度を制御し、被処理体の成膜処理を実行する半導体製造装置の温度補正情報算出装置であって、
    前記設定温度を補正するための温度補正値を記憶する記憶部と、
    前記成膜処理の実行により生成されたログ情報に含まれる前記ヒーターへ印加した第一のヒーターパワーを取得する取得部と、
    前記第一のヒーターパワーに、前記設定温度の変化によるヒーターパワーの変動量を加算して第二のヒーターパワーを予測するパワー予測部と、
    前記パワー予測部が予測した前記第二のヒーターパワーにより、前記温度補正値を補正する温度補正情報生成部と、
    を有する温度補正情報算出装置。
  2. 前記パワー予測部は、前記第一のヒーターパワーに、更に、累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量を加算して前記第二のヒーターパワーを予測する請求項１に記載の温度補正情報算出装置。
  3. 前記パワー予測部は、前記成膜処理で使用された、累積膜厚に対応付けられている前記温度補正値と、温度の変動量とヒーターパワーの変動量が対応付けられている温度パワーテーブルとを用いて、前記設定温度の変化によるヒーターパワーの変動量を算出する請求項１又は２に記載の温度補正情報算出装置。
  4. 前記パワー予測部は、温度の変動量と膜厚の変動量が対応付けられているモデルと、累積膜厚の変動量とヒーターパワーの変動量が対応付けられている累積膜厚パワーテーブルとを用いて、前記累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量を算出する請求項２に記載の温度補正情報算出装置。
  5. 前記半導体製造装置の反応管は複数のゾーンに区分されており、
    前記ゾーンごとに前記温度補正値を有する温度補正テーブルを備え、前記温度パワーテーブルは１列に各ゾーンのヒーターパワーの変動量を有すると共に、１行に各ゾーンのヒーターパワーの変動量を有し、
    前記パワー予測部は、ゾーンに対応する前記温度補正値と該ゾーンに対応する１列のヒーターパワーの変動量を乗じ、乗じた値を前記温度パワーテーブルの行方向に加算してゾーンごとに、前記設定温度の変化によるヒーターパワーの変動量を算出する請求項３に記載の温度補正情報算出装置。
  6. 前記半導体製造装置の反応管は複数のゾーンに区分されており、
    前記モデルはゾーンごとに膜厚の変動量を有し、前記累積膜厚パワーテーブルは累積膜厚に対応付けて、ゾーンごとにヒーターパワーの変動量を有し、
    前記パワー予測部は、ゾーンに対応する前記膜厚の変動量と該ゾーンに対応するヒーターパワーの変動量を乗じることで、前記累積膜厚の変化によるヒーターパワーの変動量を算出する請求項４に記載の温度補正情報算出装置。
  7. 前記パワー予測部はゾーン及び累積膜厚ごとに、前記第二のヒーターパワーを予測する請求項１～６のいずれか１項に記載の温度補正情報算出装置。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の温度補正情報算出装置を有する半導体製造装置。
  9. 半導体製造装置の内壁に累積する累積膜厚に応じて補正された設定温度に近づくようにヒーターを使用して温度を制御し、被処理体の成膜処理を実行する半導体製造装置の温度補正情報算出方法であって、
    前記成膜処理の実行により生成されたログ情報に含まれる前記ヒーターへ印加した第一のヒーターパワーを取得する工程と、
    前記第一のヒーターパワーに、前記設定温度の変化によるヒーターパワーの変動量を加算して第二のヒーターパワーを予測する工程と、
    予測された前記第二のヒーターパワーにより、記憶部に記憶されている温度補正値を補正する工程と、
    を有する温度補正情報算出方法。
  10. 半導体製造装置の内壁に累積する累積膜厚に応じて補正された設定温度に近づくようにヒーターを使用して温度を制御し、被処理体の成膜処理を実行する半導体製造装置の温度補正情報算出装置を、
    前記成膜処理の実行により生成されたログ情報に含まれる前記ヒーターへ印加した第一のヒーターパワーを取得する取得部と、
    前記第一のヒーターパワーに、前記設定温度の変化によるヒーターパワーの変動量を加算して第二のヒーターパワーを予測するパワー予測部と、
    前記パワー予測部が予測した前記第二のヒーターパワーにより、記憶部に記憶されている温度補正値を補正する温度補正情報生成部、
    として機能させるためのプログラム。
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