JP2024007897A - 基板処理装置、および温度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の基板同士における膜厚の面間均一性を図ることが可能な温度を効率的に設定できる技術を提供する。【解決手段】基板処理装置は、処理容器と、温調部と、制御部と、を備える。温調部は、処理容器を天井から加熱する天井ヒータと、処理容器よりも下側部分を加熱する下部ヒータとのうち少なくとも一方を有する。制御部は、保有している上部温度モデルおよび／または下部温度モデルを用いて基板処理における複数の基板同士の膜厚を均一化するための複数のゾーン毎の温度条件を算出し、算出した温度条件により基板処理を実施した場合の複数の基板の膜厚を取得し、取得した膜厚と目標膜厚とを比較し、当該取得した膜厚が目標膜厚の許容範囲外にある場合に、比較に基づき複数の基板において基板処理に適用するプロセス領域を設定する。【選択図】図６

Description

本開示は、基板処理装置、および温度調整方法に関する。

特許文献１には、処理容器内において複数の基板（ウエハ）を加熱しながら処理ガスを供給することにより、基板の表面に所望の膜を成膜する基板処理装置が開示されている。この基板処理装置は、処理容器の側方に位置する側方ヒータにより複数の基板を加熱すると共に、処理容器の上方に設置された天井ヒータにより基板を加熱する構成としている。また特許文献２に開示されているように、基板処理装置は、処理容器を支持するマニホールドも下部ヒータにより加熱する場合がある。

この種の基板処理装置は、複数の基板同士の膜厚を詳細に測定すると、複数の基板同士の間で膜厚（面間均一性）がばらついている場合がある。

特開２００３－５９８３７号公報 特開２０２０－４７９１１号公報

本開示は、複数の基板同士における膜厚の面間均一性を図ることが可能な温度を効率的に設定できる技術を提供する。

本開示の一態様によれば、複数の基板に膜を成膜する基板処理を行う処理容器と、前記処理容器の内部に収容された前記複数の基板を、予め設定された複数のゾーン毎に温調する温調部と、前記温調部の動作を制御する制御部と、を備える基板処理装置であって、前記温調部は、前記処理容器を天井から加熱する天井ヒータと、前記処理容器の下部または前記処理容器よりも下側部分を加熱する下部ヒータとのうち、少なくとも一方を有し、前記制御部は、前記温調部が有する前記天井ヒータおよび前記下部ヒータに対応して、前記天井ヒータの温度の変化に基づく膜厚変化量の上部温度モデル、および前記下部ヒータの温度の変化に基づく膜厚変化量の下部温度モデルのうち少なくとも一方を保有しており、保有している前記上部温度モデルおよび／または前記下部温度モデルを用いて前記基板処理における前記複数の基板同士の膜厚を均一化するための前記複数のゾーン毎の温度条件を算出し、算出した前記温度条件により前記基板処理を実施した場合の前記複数の基板の膜厚を取得し、取得した膜厚と目標膜厚とを比較し、当該取得した膜厚が前記目標膜厚の許容範囲外にある場合に、比較に基づき前記複数の基板において前記基板処理に適用するプロセス領域を設定する、基板処理装置が提供される。

一態様によれば、複数の基板同士における膜厚の面間均一性を図ることが可能な温度を効率的に設定できる。

一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す概略説明図である。 図２（Ａ）は、天井ヒータおよび下部ヒータにより基板の温度が影響を受ける状態を示す概略説明図である。図２（Ｂ）は、目標膜厚に対するモデル用の基板の膜厚のずれを示すグラフである。 第１実施形態に係る制御部の機能ブロックを示すブロック図である。 熱モデルを使用した場合の面間均一性調整および面内均一性調整による温度条件の算出を例示する説明図である。 図５（Ａ）は、最適化処理において使用する評価関数を示す説明図である。図５（Ｂ）は、天板比率の上部温度モデルを示す表である。図５（Ｃ）は、下部温度の下部温度モデルを示す表である。 第１実施形態に係る温度調整方法を示すフローチャートである。 図７（Ａ）は、第２実施形態に係る制御部の機能ブロックを示すブロック図である。図７（Ｂ）は、第２実施形態に係る温度調整方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る温度条件のモデルを示す表である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

一実施形態に係る基板処理装置１は、図１に示すように、複数の基板Ｗを鉛直方向（上下方向）に並べて配置し、基板Ｗの表面に所定の膜の成膜する基板処理を行う縦型の成膜装置に構成されている。基板Ｗは、例えば、シリコンウエハ、もしくは化合物半導体ウエハ等の半導体基板、またはガラス基板があげられる。

基板処理装置１は、複数の基板Ｗを収容する処理容器１０と、処理容器１０の周囲に配置される温調部５０と、を有する。また、基板処理装置１は、当該基板処理装置１の各構成の動作を制御する制御部９０を備える。

処理容器１０は、鉛直方向に延在する筒状に形成されている。処理容器１０の内部には、複数の基板Ｗを鉛直方向に並べて配置できる内部空間ＩＳが形成されている。処理容器１０は、例えば、上端（天井）および下端が開放された円筒状の内筒１１と、この内筒１１の外側に配置され天井を有する一方で下端が開放された円筒状の外筒１２と、を含んで構成される。内筒１１および外筒１２は、石英等の耐熱性材料により形成され、互いに同軸上に配置された２重構造を呈している。なお、処理容器１０は、２重構造に限らず、単筒構造でもよく、あるいは３以上の筒からなる多重構造でもよい。

内筒１１は、各基板Ｗの直径よりも大きな直径を有し、また各基板Ｗを収容可能な（例えば、各基板Ｗの配置高さ以上の）軸方向長さを有する。内筒１１の内部には、収容された各基板Ｗにガスを吐出して基板処理を行う処理空間（内部空間ＩＳの一部）が形成されている。内筒１１の上端には、処理空間に連通して、内筒１１と外筒１２の間の流通空間（内部空間ＩＳの他部）にガスを流出させる開口１５が設けられている。

さらに、内筒１１の所定の周方向位置には、ガスノズル３１を収容する収容部１３が鉛直方向に沿って形成されている。一例として、収容部１３は、内筒１１の側壁の一部を径方向外側に突出させた凸部１４の内側に設けられる。なお、内筒１１は、上端の開口１５に代えて、周壁の所定位置（例えば、中心軸を挟んだ収容部１３の反対側）に鉛直方向に長い開口（不図示）を備えてもよい。

外筒１２は、内筒１１よりも大きな直径を有して内筒１１を非接触に覆っており、処理容器１０の外形を構成している。内筒１１と外筒１２との間の流通空間は、内筒１１の上方と側方とに形成され、上方に移動したガスを鉛直方向下側に流通させる。

処理容器１０の下端は、ステンレス鋼により形成された円筒状のマニホールド１７に支持されている。例えば、マニホールド１７は、マニホールド側フランジ１７ｆを上端に有する。マニホールド側フランジ１７ｆは、外筒１２の下端に形成された外筒側フランジ１２ｆを固定および支持している。外筒側フランジ１２ｆとマニホールド側フランジ１７ｆとの間には、外筒１２およびマニホールド１７を気密にシールするシール部材１９が設けられている。

また、マニホールド１７は、環状の支持部１７ｉを上部側の内壁に有する。支持部１７ｉは、径方向内側に突出して内筒１１の下端を固定および支持している。マニホールド１７の下端開口１７ｏには、蓋体２１が離脱可能に装着される。

さらに、マニホールド１７の側方には、当該マニホールド１７の内側を加熱する下部ヒータ２０が設けられている。下部ヒータ２０は、例えば、半円筒状の部材が２つ用意されて、ガスノズル３１を避けながらマニホールド１７の外周面全周を覆うように配置される。なお図１では、マニホールド１７に下部ヒータ２０が接触した状態を図示しているが、下部ヒータ２０は、マニホールド１７から間隔をあけて配置されてもよい。下部ヒータ２０は、例えば、フレキシブルヒータ、半円筒状の部材に棒状カートリッジヒータを埋め込んだもの、ジャケットヒータ、リボンヒータ等を適用することができる。下部ヒータ２０またはその周囲には、図示しない温度センサが設けられてもよい。この下部ヒータ２０は、図示しない温調ドライバに接続され、制御部９０による温調ドライバの制御下に電力が給電されることで、加熱が制御される。下部ヒータ２０は、基板処理時に、後記の側方ヒータ５２ａおよび天井ヒータ５２ｂと連動して動作するため、温調部５０のヒータ５２の一部を構成していると言える。

蓋体２１は、各基板Ｗを保持するウエハボート１６を処理容器１０内に配置する基板配置ユニット２２の一部となっている。蓋体２１は、例えば、ステンレス鋼により形成され、円板状を呈している。蓋体２１は、各基板Ｗを内部空間ＩＳに配置した状態で、マニホールド１７の下端に設けられたシール部材１８を介して、マニホールド１７の下端開口１７ｏを気密に塞ぐ。

蓋体２１の中心側には、磁性流体シール部２３を介してウエハボート１６を回転自在に支持する回転軸２４が貫通している。回転軸２４の下部は、ボートエレベータ等により構成される昇降機構２５のアーム２５Ａに支持されている。基板処理装置１は、昇降機構２５のアーム２５Ａを昇降することで、蓋体２１とウエハボート１６と一体に上下動させ、処理容器１０内に対してウエハボート１６を挿入および離脱させることができる。

回転軸２４の上端には、回転プレート２６が設けられている。各基板Ｗを保持するウエハボート１６は、この回転プレート２６上に断熱ユニット２７を介して支持される。ウエハボート１６は、鉛直方向に沿って所定間隔毎に基板Ｗを保持可能な棚として構成されている。ウエハボート１６による各基板Ｗの保持状態で、各基板Ｗの表面は、相互に水平方向に延在している。

ガス供給部３０は、マニホールド１７を介して処理容器１０の内部に挿入されている。ガス供給部３０は、処理ガス、パージガス、クリーニングガス等のガスを内筒１１の内部空間ＩＳに導入する。ガス供給部３０は、処理ガス、パージガス、クリーンガス等を導入するガスノズル３１を有する。なお、図１中では、１つのガスノズル３１のみを図示しているが、ガス供給部３０は、複数のガスノズル３１を備えてもよい。例えば、複数のガスノズル３１は、処理ガス、パージガス、クリーンガス等の種類毎に設けられてもよい。

ガスノズル３１は、石英製のインジェクタ管であり、内筒１１内を鉛直方向に沿って延びると共に、下端においてＬ字状に屈曲してマニホールド１７の内外を貫通するように設けられる。また、ガスノズル３１は、マニホールド１７に固定および支持されている。ガスノズル３１は、鉛直方向に沿って所定の間隔毎に複数のガス孔３１ｈを備えており、各ガス孔３１ｈを介して水平方向にガスを吐出する。各ガス孔３１ｈの間隔は、例えば、ウエハボート１６に支持される各基板Ｗの間隔と同じになるように設定される。また、各ガス孔３１ｈの鉛直方向の位置は、鉛直方向に隣り合う基板Ｗ同士の中間に位置するように設定されている。これにより、各ガス孔３１ｈは、各基板Ｗの間の隙間にガスを円滑に流通できる。

ガス供給部３０は、処理容器１０の外部において流量を制御しながら処理ガス、パージガス、クリーニングガス等を処理容器１０内のガスノズル３１に供給する。処理ガスは、基板Ｗに成膜する膜種に応じて適宜のものが選択されるとよい。一例として、シリコン酸化膜を形成する場合、処理ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）ガス等のシリコン含有ガスと、オゾン（Ｏ_３）ガス等の酸化ガスを利用できる。パージガスは、例えば、窒素（Ｎ_２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスを利用できる。

ガス排気部４０は、処理容器１０内のガスを外部に排気する。ガス供給部３０により供給されたガスは、内筒１１の処理空間から流通空間に移動した後、ガス出口４１を介して排気される。ガス出口４１は、マニホールド１７において支持部１７ｉの上方に形成されている。ガス出口４１には、ガス排気部４０の排気路４２が接続されている。ガス排気部４０は、排気路４２の上流から下流に向かって順に、圧力調整弁４３、真空ポンプ４４を備える。ガス排気部４０は、処理容器１０内のガスを真空ポンプ４４により吸引すると共に、圧力調整弁４３により排気するガスの流量を調整することで、処理容器１０内の圧力を調整する。

また、処理容器１０の内部空間ＩＳ（例えば、内筒１１の処理空間）には、処理容器１０内の温度を検出する温度センサ８０が設けられている。温度センサ８０は、複数（本実施形態では５つ）の測温子８１～８５を鉛直方向の異なる位置に有する。複数の測温子８１～８５は、熱電対、測温抵抗体等を適用し得る。各測温子８１～８５は、処理容器１０の鉛直方向に沿って設定された後記の複数のゾーンにそれぞれ対応する位置に設けられている。温度センサ８０は、複数の測温子８１～８５毎に検出した温度を、制御部９０にそれぞれ送信する。

一方、温調部５０は、処理容器１０全体を覆う筒状に形成され、処理容器１０に収容された各基板Ｗを加熱および冷却する。具体的には、温調部５０は、天井を有する円筒状の筐体５１と、筐体５１の内側に設けられるヒータ５２と、を有する。

筐体５１は、処理容器１０よりも大きく形成され、その中心軸が処理容器１０の中心軸と略同じ位置に設置される。例えば、筐体５１は、外筒側フランジ１２ｆが固定されるベースプレート５４の上面に取り付けられる。筐体５１は、処理容器１０の外周面に対して間隔をあけて設置されることで、処理容器１０の外周面と当該筐体５１の内周面との間に温調空間５３を形成している。温調空間５３は、処理容器１０の側方および上方を連続するように設けられる。

筐体５１は、天井部を有して処理容器１０全体を覆う断熱部５１ａと、断熱部５１ａの外周側において断熱部５１ａを補強する補強部５１ｂと、を含む。すなわち、筐体５１の側壁は、断熱部５１ａと補強部５１ｂとの積層構造を呈している。断熱部５１ａは、例えば、シリカ、アルミナ等を主成分として形成され、当該断熱部５１ａ内での熱伝達を抑制する。補強部５１ｂは、ステンレス鋼等の金属により形成されている。また、温調部５０の外部への熱影響を抑制するために、補強部５１ｂの外周側は、図示しない水冷ジャケットで覆われている。

温調部５０のヒータ５２は、処理容器１０の側方に配置される側方ヒータ５２ａと、処理容器１０の上方に配置される天井ヒータ５２ｂと、を含む。この種のヒータ５２には、処理容器１０内の複数の基板Ｗを加熱可能な適宜の構成を採用することができる。例えば、側方ヒータ５２ａとしては、赤外線を放射して処理容器１０を加熱する赤外線ヒータを用いるとよい。この場合、側方ヒータ５２ａは、線状に形成され、図示しない保持手段を介して、螺旋状、環状、円弧状、シャンク形状または蛇行するように断熱部５１ａの内周面に保持される。

また、側方ヒータ５２ａは、温調部５０の鉛直方向に沿って複数（本実施形態では５つ）に分割され、それぞれに温調ドライバ５５が接続されている。各温調ドライバ５５は、制御部９０に接続されており、制御部９０の制御下に調整した電力を、接続されている各側方ヒータ５２ａに給電して、各側方ヒータ５２ａを加熱させる。これにより、基板処理装置１は、複数の側方ヒータ５２ａが設けられている複数のゾーン毎に独立して処理容器１０の温度を調整することができる。以下、処理容器１０に設定した複数のゾーンを、上方から下方に向かって順に「ＴＯＰ」、「Ｃ－Ｔ」、「ＣＴＲ」、「Ｃ－Ｂ」および「ＢＴＭ」ともいう。

一方、天井ヒータ５２ｂは、円板状に形成され、面全体を加熱可能なプレートヒータ、シートヒータ等が適用される。この天井ヒータ５２ｂも、温調ドライバ５５を介して制御部９０に接続されている。制御部９０は、ＴＯＰのゾーンを加熱する側方ヒータ５２ａと、天井ヒータ５２ｂとに給電する電力量の比率（天板比率）を算出し、この天板比率に基づき温調ドライバ５５を制御して天井ヒータ５２ｂに給電を行い、天井ヒータ５２ｂを加熱させる。

さらに、温調部５０は、基板処理時に処理容器１０を冷却するために、温調空間５３に冷却ガス（エア、不活性ガス）を流通させる外部流通部６０を備える。具体的には、外部流通部６０は、温調部５０の外部に設けられる外部供給経路６１および流量調整器６２と、補強部５１ｂに設けられる供給流路６３と、断熱部５１ａに設けられる供給孔６４と、を有する。また、外部供給経路６１には、温調空間５３に流入するエアの温度を調整するために温度調整部（熱交換器、ラジエータ等）が設けられてもよい。

外部供給経路６１は、図示しないブロアに接続されており、このブロアが温調部５０に向けてエアを供給する。外部供給経路６１は、途中位置で複数の分岐経路６１ａに分岐している。流量調整器６２は、複数の分岐経路６１ａ毎に設けられ、各分岐経路６１ａを流通するエアの流量を調整する。複数の流量調整器６２は、制御部９０の制御下に、相互に独立してエアの流量を変えることができる。供給流路６３は、補強部５１ｂの軸方向（鉛直方向）に沿って複数箇所に形成され、円筒状の補強部５１ｂ内を周方向に沿って環状に延在している。各供給孔６４は、断熱部５１ａを貫通するように形成されて各供給流路６３と連通し、各供給流路６３に導入されたエアを温調空間５３の複数のゾーン毎に噴出する。

また、外部流通部６０は、温調空間５３内に供給されたエアを排出する排気孔６５を筐体５１の天井に備える。排気孔６５は、筐体５１の外部に設けられた外部排気経路６６に接続されている。外部排気経路６６は、適宜の廃棄部に向けて温調空間５３のエアを排気する。あるいは、外部流通部６０は、外部排気経路６６を外部供給経路６１に接続することで、温調空間５３で使用したエアを循環させる構成でもよい。

基板処理装置１の制御部９０は、プロセッサ９１、メモリ９２、図示しない入出力インタフェース等を有するコンピュータを適用することができる。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、複数のディスクリート半導体からなる回路等のうち１つまたは複数を組み合わせたものである。メモリ９２は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ（例えば、コンパクトディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ハードディスク、フラッシュメモリ等）を適宜組み合わせたものである。

メモリ９２は、基板処理装置１を動作させるプログラムおよび基板処理のプロセス条件等のレシピを記憶している。プロセッサ９１は、メモリ９２のプログラムを読み出して実行することで、基板処理装置１の各構成を制御する。なお、制御部９０は、ネットワークを介して情報通信するホストコンピュータまたは複数のクライアントコンピュータにより構成されてもよい。

また、制御部９０には、入出力インタフェースを介してユーザインタフェース９５が接続されている。ユーザインタフェース９５としては、タッチパネル（入出力装置）、モニタ、キーボード、マウス、スピーカ、マイク等があげられる。制御部９０は、ユーザインタフェース９５を介してユーザが入力した基板処理装置１のレシピを受信し、このレシピに基づき基板処理装置１の各構成を制御する。また、制御部９０は、基板処理等において各構成から情報を受信すると、ユーザインタフェース９５に介して基板処理の情報（状況、エラー等）を適宜報知する。

次に、以上の基板処理装置１による基板処理において、複数の基板Ｗ同士の間に生じる膜厚のずれの原理について、図２を参照しながら説明する。

図２（Ａ）に示すように、基板処理装置１は、基板処理時に、側方ヒータ５２ａ、天井ヒータ５２ｂおよび下部ヒータ２０の各々を加熱して、処理容器１０内の各基板Ｗの温度を調整する。この際、処理容器１０の側方に配置された側方ヒータ５２ａは、鉛直方向に並ぶ各基板Ｗ全体の温度に影響を与える。この側方ヒータ５２ａは、上記したように複数のゾーン（ＴＯＰ、Ｃ－Ｔ、ＣＴＲ、Ｃ－Ｂ、ＢＴＭ）に分割されていることで、各基板Ｗ同士の温度をゾーン毎に調整することが可能である。

一方、天井ヒータ５２ｂは、鉛直方向に並ぶ各基板Ｗにおいて、主に上側に配置された各基板Ｗの温度に影響を与える。また、下部ヒータ２０は、鉛直方向に並ぶ各基板Ｗにおいて、主に下側に配置された各基板Ｗの温度に影響を与える。

制御部９０は、側方ヒータ５２ａ、天井ヒータ５２ｂおよび下部ヒータ２０の各々の温度を調整することにより、各基板Ｗ同士の膜厚の均一化を図る面間均一性調整を行う。しかしながら例えば、膜厚をモニタする基板Ｗを複数のゾーンの各々から取り出して、各基板Ｗの膜厚を詳細に測定すると、膜厚にばらつきが生じることがある。なお、以下では、サンプリングする基板Ｗについて、上方から下方に向かって順に、基板Ｗｓ１～Ｗｓ５ともいう。基板Ｗｓ１は、ＴＯＰのゾーンに位置するモニタ用の基板Ｗである。基板Ｗｓ２は、Ｔ－Ｃのゾーンに位置するモニタ用の基板Ｗである。基板Ｗｓ３は、ＣＮＴのゾーンに位置するモニタ用の基板Ｗである。基板Ｗｓ４は、Ｂ－Ｃのゾーンに位置するモニタ用の基板Ｗである。基板Ｗｓ５は、ＢＴＭのゾーンに位置するモニタ用の基板Ｗである。

モニタ用の基板Ｗｓ１～Ｗｓ５における膜厚は、例えば図２（Ｂ）に示すように、ＴＯＰに位置する基板Ｗｓ１やＢＴＭに位置する基板Ｗｓ５において大きなずれが生じる。基板Ｗｓ１における膜厚のずれは天井ヒータ５２ｂの影響が一因として考えられ、基板Ｗｓ５における膜厚のずれは下部ヒータ２０の影響が一因として考えられる。仮に、膜厚のずれが大きい領域に、基板Ｗを投入した場合には、一部の基板Ｗの面間均一性が得られないことで、その基板Ｗが無駄になる可能性がある。

ただし、天井ヒータ５２ｂの温度や下部ヒータ２０の温度を単純に調整すると、処理容器１０（各基板Ｗ）全体の温度にも影響が及ぶことになる。このことから、基板処理装置１は、天井ヒータ５２ｂの温度変化および／または下部ヒータ２０の温度変化を加味した膜厚分布の変化をモデル化することにより、基板処理時の膜厚を予測し、各基板Ｗのプロセス領域を設定する。

〔第１実施形態〕
具体的には、第１実施形態に係る制御部９０は、図３に示すように、基板処理を行うための温度調整方法において、初期最適化演算部１００、判定処理部１０１、上部温度最適化部１０２、下部温度最適化部１０３、プロセス領域最適化部１０４を形成する。

初期最適化演算部１００は、各ゾーンにおける各基板Ｗ同士の膜厚の均一化を図る面間均一性調整、および各基板Ｗの面内の膜厚の均一化を図る面内均一性調整を行うことで、初期の温度条件を算出する。すなわち、初期最適化演算部１００は、温度調整方法の最初に、各基板Ｗの温度を最適化した温度条件を算出する機能ブロックである。

初期最適化演算部１００は、例えば実験やシミュレーション等により予め設定された各ゾーンの温度比率に関する情報を有し、面間均一性調整において、基板処理のレシピから目標温度を抽出すると、目標温度に対する各ゾーンの相対的な温度条件を算出する。一例として、制御部９０は、レシピの目標温度に対して、各ゾーンの温度を相対的に０℃～±５℃程度の範囲でずらす調整を行う。これにより、基板処理時には、各ゾーンの温度が異なるように調整され、各基板Ｗに成膜される膜の膜厚の均一化が促される。

また、初期最適化演算部１００は、面内均一性調整において、基板処理で温度を変化させる複数のステップを設定して、各基板Ｗの面内温度分布を調整する。例えば、初期最適化演算部１００は、成膜の準備段階に設定温度まで昇温（または降温）させる変温工程（ＴＶＳ１）、設定温度のまま所定期間待機させる待機工程（ＴＶＳ２）、成膜時に降温（または昇温）させながら処理ガスを供給する成膜工程（ＴＶＳ３）を設定する。図４に示すように、ＴＶＳ１～ＴＶＳ３の温度条件は、ＴＶＳ１の各ゾーンの設定温度、ＴＶＳ２の各ゾーンの設定温度、ＴＶＳ３の各ゾーンの設定温度、およびＴＶＳ１の期間、ＴＶＳ２の期間、ＴＶＳ３の期間等のパラメータとして個別に設定される。

ＴＶＳ１～ＴＶＳ３の温度条件は、レシピ上でユーザが設定した目標温度と、熱モデルとを使用して最適化計算により算出する。面内均一性調整の熱モデルは、ＴＶＳ１の熱モデル、ＴＶＳ２の熱モデルおよびＴＶＳ３の熱モデルとして、複数のゾーン毎にそれぞれ作成される。各熱モデルは、ＴＶＳ１～ＴＶＳ３の各工程において設定温度を１℃～３℃の範囲で変化させた場合（図４の上図）に、ＴＶＳ３の目標温度に対して変化した温度をシミュレーションすることで得られたもの（図４の下図）である。なお、図４の下図は、ＴＯＰからＢＴＭまでの各ゾーンのうち所定のゾーンにおけるＴＶＳ１～ＴＶＳ３の温度の変化量を例示したグラフである。

各熱モデルは、基板処理装置１の製造時に実験やシミュレーション等を行うことで、複数のゾーン毎に設定温度と基板Ｗの温度変化量とを対応付けたマップ情報（テーブル）として作成されて、メモリ９２に記憶される。詳細には、ＴＶＳ１の熱モデルは、ＴＶＳ１の設定温度を１℃～３℃の範囲で変化させた場合における（ＴＶＳ１の単位温度変化量に対する）ＴＶＳ３の平均温度の変化量を調べることで作成される。同様に、ＴＶＳ２の熱モデルは、ＴＶＳ２の温度を１℃～３℃の範囲で変化させた場合における（ＴＶＳ２の単位温度変化量に対する）ＴＶＳ３の平均温度の変化量を調べることで作成される。ＴＶＳ３の熱モデルは、ＴＶＳ３の温度を１℃～３℃の範囲で変化させた場合における（ＴＶＳ３の単位温度変化量に対する）当該ＴＶＳ３の平均温度の変化量を調べることで作成される。制御部９０は、この熱モデルに基づき各ゾーンのＴＶＳ１～ＴＶＳ３の設定温度および期間を算出することで、各基板Ｗに成膜される膜の膜厚分布の均一化を図ることができる。

そして、制御部９０は、初期最適化演算部１００により算出した各ゾーンの温度条件に基づき基板処理を行う。その後、ユーザは、ゾーン毎の各基板Ｗ（モデル用の基板Ｗｓ１～Ｗｓ５）の膜厚を測定し、測定した実測膜厚を制御部９０に入力する。なお、制御部９０は、算出した温度条件に基づく基板処理をシミュレーションして、各ゾーンの基板Ｗの膜厚を予測する構成でもよい。

判定処理部１０１は、測定された各ゾーンの基板Ｗの実測膜厚を初期最適化演算部１００から受信すると、基板Ｗの目標膜厚と各ゾーンの実測膜厚とを比較して、膜厚のずれ（膜厚変化量）を監視する。そして、判定処理部１０１は、例えばＴＯＰのゾーンの実測膜厚が目標膜厚から所定の許容範囲（図２（Ｂ）も参照）以上離れている場合、ＴＯＰの各基板Ｗの温度を最適化する必要性があることを判定する。この判定に伴い、判定処理部１０１は、温度最適化の処理を上部温度最適化部１０２に指令する。また、判定処理部１０１は、例えばＢＴＭのゾーンの実測膜厚が目標膜厚から所定の許容範囲以上離れている場合、ＢＴＭの各基板Ｗの温度を最適化する必要性があることを判定する。この判定に伴い、判定処理部１０１は、温度最適化の処理を下部温度最適化部１０３に指令する。

上部温度最適化部１０２は、上部側の温度最適化の指令に基づき動作して、最適化の計算を行う。本実施形態において、上部温度最適化部１０２は、ＴＯＰのゾーンの側方ヒータ５２ａに給電する電力に対する天井ヒータ５２ｂに給電する電力の比率（天板比率）を算出して、この天板比率の最適化を計算する。上記したように、制御部９０は、基板Ｗの加熱時に、天板比率に基づきＴＯＰのゾーンの側方ヒータ５２ａおよび天井ヒータ５２ｂに給電する電力を制御しているからである。そして、ＴＯＰのゾーンの側方ヒータ５２ａおよび天井ヒータ５２ｂが、上部側の各基板Ｗ同士の面間均一性に大きな影響を与える。

具体的には、上部温度最適化部１０２は、図５（Ａ）に示す評価関数Ｊを用いて天板比率の最適化を計算する。評価関数Ｊを算出する右辺の複数のパラメータのうち、目標膜厚との残差、モデル、微修正係数は、計算前に決定されるパラメータである。一方、調整ノブ変化量は、評価関数Ｊの計算において変動可能なパラメータである。天板比率の最適化の計算では、評価関数Ｊが最小となる調整ノブ変化量を二次計画法により算出する。

評価関数Ｊのパラメータのうち「目標膜厚との残差」とは、初期最適化演算部１００において算出した実測膜厚と、目標膜厚との差分である。この目標膜厚との残差は、各ゾーン（ＴＯＰ、Ｔ－Ｃ、ＣＮＴ、Ｔ－Ｂ、ＢＴＭ）におけるそれぞれの実測膜厚を用いてもよく、ＴＯＰのゾーンのみの実測膜厚を用いてもよい。また、評価関数Ｊのパラメータのうち「微修正係数」は、変動する調整ノブ変化量のパラメータに対して、変動しない決定係数である。

また、評価関数Ｊのパラメータのうち「モデル」とは、天板比率の最適化を計算するために、実験やシミュレーション等を行うことで事前に設定されたものである。天板比率のモデルは、この天板比率を変化した場合における各基板Ｗの膜厚変化量（または温度変化量）の関係を示す上部温度モデルである。このモデルによって、膜厚がずれるゾーンおよびずれ度合が分かるようになる。例えば、図５（Ｂ）に示すように、天板比率のモデルは、天板比率が０．１倍変化した場合における各ゾーンの基板Ｗの膜厚変化量を示すマップ情報としてメモリ９２に記憶される。

上部温度最適化部１０２は、以上の事前に設定されたパラメータを用いて二次計画法の適宜のアルゴリズムによって評価関数Ｊを解く。これにより、評価関数Ｊが最小となる調整ノブ変化量を決定することができる。このように得られた調整ノブ変化量は、天板比率を変えた場合に各ゾーンの基板Ｗ同士の温度（または膜厚）の差が最も小さくなる値（温度条件）を示す。したがって、上部温度最適化部１０２は、得られた調整ノブ変化量から、最適化した天板比率に基づく予測膜厚をさらに算出することができる。予測膜厚の算出は、例えば、予め記憶した基板Ｗの温度と膜厚との関係を示すプロセスモデルを用いる、温度条件に基づきシミュレーションを行う等があげられる。

また、下部温度最適化部１０３も、下部側の温度最適化の指令に基づき動作して、上部温度最適化部１０２と同様の最適化の計算を行う。この際、下部温度最適化部１０３は、ＢＴＭのゾーンの側方ヒータ５２ａの電力に対する下部ヒータ２０の電力の比率ではなく、下部ヒータ２０の温度（下部温度）そのものを変えた場合の最適化を計算する。制御部９０は、ＢＴＭのゾーンの側方ヒータ５２ａとは別に、下部ヒータ２０の温度を制御するためである。

下部温度最適化部１０３は、図５（Ａ）に示す評価関数Ｊを用いて下部温度の最適化を計算する。評価関数Ｊのパラメータのうち「目標膜厚との残差」については、先に上部温度最適化部１０２の演算を行うことで予測膜厚を算出している場合、その予測膜厚と目標膜厚の差分を用いる。あるいは、目標膜厚との残差については、初期最適化演算部１００において算出した予測膜厚と目標膜厚の差分を用いてもよい。ＢＴＭ側の各基板Ｗの温度は、ＴＯＰのゾーンの側方ヒータ５２ａまたは天井ヒータ５２ｂの加熱の影響を殆ど受けないからである。

一方、評価関数Ｊのパラメータのうち「モデル」は、下部ヒータ２０の温度を変えた場合における基板Ｗの膜厚分布（または温度分布）の関係を示す下部温度モデルである。例えば、図５（Ｃ）に示すように、下部温度のモデルは、下部温度が１℃変化した場合における各ゾーンの基板Ｗの膜厚変化量を示すマップ情報としてメモリ９２に記憶される。なお、下部温度のモデルの作成時には、下部温度だけを変化させて各ゾーンの基板Ｗの膜厚変化量を測定することが好ましく、また天板比率のモデル作成時には、天板比率だけ変化させて各基板Ｗの膜厚変化量を測定することが好ましい。ただし、天板比率と下部温度は、互いに離れた領域の温度を調整するため、一度の基板処理において天板比率および下部温度の両方を変えて、その膜厚変化量を測定してもよい。

下部温度最適化部１０３は、これらのパラメータを用いて二次計画法の適宜のアルゴリズムによって評価関数Ｊを解くことで、評価関数Ｊが最小となる調整ノブ変化量を決定することができる。そして、この調整ノブ変化量は、下部温度を変えた場合に各ゾーンの基板Ｗ同士の温度（または膜厚）の差が最も小さくなる値（温度条件）を示す。したがって、下部温度最適化部１０３は、得られた調整ノブ変化量から、最適化した下部温度に基づく予測膜厚をさらに算出することができる。

図３に戻り、判定処理部１０１は、上部温度最適化部１０２において温度最適化を行った場合に、上部温度最適化部１０２で算出された各ゾーンの基板Ｗの予測膜厚と、基板Ｗの目標膜厚とを比較する。同様に、判定処理部１０１は、下部温度最適化部１０３において温度最適化を行った場合に、下部温度最適化部１０３で算出された各ゾーンの基板Ｗの予測膜厚と、基板Ｗの目標膜厚とを比較する。そして、判定処理部１０１は、最適化された天板比率の予測膜厚が目標膜厚から所定の許容範囲以上離れている場合、および／または最適化された下部温度の予測膜厚が目標膜厚から所定の許容範囲以上離れている場合に、基板処理のプロセス領域の変更が必要と判定する。この判定に伴い、判定処理部１０１は、基板処理のプロセス領域の最適化を図る領域最適化指令をプロセス領域最適化部１０４に出力する。

領域最適化指令には、上部温度最適化部１０２および下部温度最適化部１０３のうち、最終的に予測膜厚を算出したほうの各ゾーンの予測膜厚が含まれる。例えば、最適化の処理において、先に下部温度を最適化した後に、天板比率を最適化した場合は、天板比率を最適化した場合の各ゾーンの予測膜厚が領域最適化指令に含まれる。

プロセス領域最適化部１０４は、この領域最適化指令に基づき、基板処理時に使用するゾーンを設定し直す処理を行う。プロセス領域の最適化は、最適化した天板比率および下部温度の予測膜厚と、天板比率のモデルおよび下部温度のモデルとを用いて、膜厚変化量を線形補間して鉛直方向に並ぶ各基板Ｗの膜厚変化量を算出するとよい（図２（Ｂ）も参照）。

そして、プロセス領域最適化部１０４は、各基板Ｗの膜厚変化量が許容範囲以上離れている領域について、基板処理を行わない領域に設定する。例えば、ＴＯＰ側において各基板Ｗの最頂部から１枚または複数枚の基板Ｗについて膜厚変化量が大きい場合、プロセス領域最適化部１０４は、その基板Ｗを省いて基板処理を行うことを決定する。また例えば、ＢＴＭ側において各基板Ｗの最底部から１枚または複数枚の基板Ｗについて膜厚変化量が大きい場合、プロセス領域最適化部１０４は、その基板Ｗを省いて基板処理を行うことを決定する。

以上の処理によって、制御部９０は、天板比率および下部温度を含む温度調整を行うことが可能となる。また、制御部９０は、最適化を行っても膜厚のずれが大きい基板Ｗがある場合に、その基板Ｗの領域を基板処理で使用しないように設定して、この情報をユーザに報知する。これにより、ユーザは、基板処理の実施前に、当該基板処理で使用しない範囲を認識できるため、そのゾーンに各基板Ｗを配置しないようにすることができる。なお、基板処理装置１は、基板処理に使用しない（予測膜厚がずれる）範囲に、ダミー基板を配置して基板処理を行ってもよい。

本実施形態に係る基板処理装置１は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、温度調整方法の処理フローについて図６を参照しながら説明する。

基板処理装置１の制御部９０は、基板処理における各基板Ｗの温度を調整するために、まず初期の最適化計算として、初期最適化演算部１００により面間均一性調整および面内均一性調整を実施する（ステップＳ１）。これにより、制御部９０は、処理容器１０の各ゾーンの相対的な設定温度を得ると共に、各ゾーンにおけるＴＶＳ１～ＴＶＳ３の温度条件（補正温度、実施期間等）が得られる。そして、ユーザは、算出された温度条件における基板処理において、各ゾーンの基板Ｗ（基板Ｗｓ１～Ｗｓ５）の実測膜厚を測定して、この実測膜厚を制御部９０に入力する。

次に、判定処理部１０１は、基板処理後に測定された実測膜厚と、レシピ等により予め定められた目標膜厚とに基づき、実測膜厚が目標膜厚の許容範囲外にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。実測膜厚が目標膜厚の許容範囲外（目標膜厚の許容範囲以内）にある場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、算出された温度条件によって基板処理を実施しても、各基板Ｗ同士の間の膜厚に均一性があることになる。このため、判定処理部１０１は今回の温度調整方法を終了する。一方、実測膜厚が目標膜厚の許容範囲外にある場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、算出された温度条件によって基板処理を実施すると、各基板Ｗ同士の間の膜厚にずれが生じることになる。よって、判定処理部１０１は、各基板Ｗの膜厚のずれの原因がどこにあるかを特定し、その箇所の温度の最適化を図るようにする。

具体的には、判定処理部１０１は、ＴＯＰのゾーンおける各基板Ｗの膜厚にずれがあるか否かを判定する（ステップＳ３）。上部側の基板Ｗの膜厚にずれがある場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）は、ステップＳ４に進み、上部温度最適化部１０２により天板比率の最適化計算を行う。天板比率の最適化計算は、上記したように、天板比率のモデルを有する評価関数Ｊ（図５参照）を用いて二次計画法を解くことにより調整ノブ変化量を取得する。そして、上部温度最適化部１０２は、取得した調整ノブ変化量に基づく予測膜厚を算出する。一方、上部側の基板Ｗの膜厚にずれがない場合（ステップＳ３：ＮＯ）は、ステップＳ４を飛ばす。

次に、判定処理部１０１は、上部温度最適化部１０２で算出した予測膜厚、または初期最適化演算部１００で算出した予測膜厚において、ＢＴＭのゾーンおける各基板Ｗの膜厚にずれがあるか否かを判定する（ステップＳ５）。下部側の基板Ｗの膜厚にずれがある場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）は、ステップＳ６に進み、下部温度最適化部１０３により下部温度の最適化計算を行う。下部温度の最適化計算は、上記したように、下部温度のモデルを有する評価関数Ｊ（図５参照）を用いて二次計画法を解くことにより調整ノブ変化量を取得する。そして、下部温度最適化部１０３は、取得した調整ノブ変化量に基づく予測膜厚を算出する。一方、下部側の基板Ｗの膜厚にずれがない場合（ステップＳ５：ＮＯ）は、ステップＳ６を飛ばす。なお、制御部９０は、ステップＳ３およびＳ４とステップＳ５およびＳ６の順序を逆にしてもよいことは勿論である。

その後、判定処理部１０１は、ステップＳ６で算出した予測膜厚と、目標温度とを比較して、各基板Ｗの膜厚が目標膜厚に近づかないか否か（すなわち、予測膜厚が目標膜厚の許容範囲外にあるか否か）を判定する（ステップＳ７）。この際の予測膜厚は、天板比率および／または下部温度を最適化したものである。したがって、各基板Ｗの予測膜厚が許容範囲以内にある場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ８を飛ばして今回の温度調整方法を終了する。

一方、各基板Ｗの予測膜厚が許容範囲外にある場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、プロセス領域最適化部１０４により基板処理において膜厚がずれる領域を除外する範囲を算出する（ステップＳ８）。例えば上記したように、プロセス領域最適化部１０４は、天板比率および／または下部温度を最適化した際の予測膜厚を線形補間することで、膜厚がずれる基板Ｗの範囲を算出し、その範囲の基板Ｗについて基板処理を行わないことを設定する。これにより、制御部９０は、ユーザインタフェース９５を介して基板処理を行う範囲をユーザに報知する。その結果、ユーザは、基板処理に有効な範囲をスムーズに認識でき、ウエハボート１６に対する各基板Ｗのセット位置を調整することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る温度調整方法によれば、天井ヒータ５２ｂまたは下部ヒータ２０を有する構成でも、これらを加味した温度条件を良好に導出できる。そのため、基板処理装置１は、温度の最適化を図るために行う基板処理を繰り返して行わずに済み、スムーズに基板処理を開始することができる。そのため、基板処理装置１は、処理の効率化および低コスト化が促される。また、基板処理装置１は、基板処理において膜厚のずれが生じる領域を識別することで、その領域への基板の投入を事前に防ぐことが可能となり、基板処理の歩留まりを大幅に向上させることができる。

なお、本開示に係る基板処理装置１および温度調整方法は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、下部ヒータ２０は、処理容器１０よりも下方のマニホールド１７を加熱するもの限定されず、ガスの流通等により温度低下し易い箇所である処理容器１０の下部（例えば、ＢＴＭのゾーンの下側）を加熱するものでもよい。

また例えば、本実施形態に係る制御部９０は、処理容器１０の上部の温度を調整する際に、ＴＯＰの側方ヒータ５２ａの電力と、天井ヒータ５２ｂの電力の比率である天板比率を算出し、天板比率に基づき制御を行っている。しかしながら、制御部９０は、ＴＯＰの側方ヒータ５２ａの温度と天井ヒータ５２ｂの温度を独立して制御してもよい。この場合、制御部９０、処理容器１０の上部の温度を最適化する計算において、天井ヒータ５２ｂの温度を変化させた場合の膜厚変化量を示すモデルを用いればよい。

また、上記の実施形態では、基板処理装置１が天井ヒータ５２ｂおよび下部ヒータ２０の両方を有する構成について説明した。しかしながら、基板処理装置１は、天井ヒータ５２ｂおよび下部ヒータ２０のうちいずれか一方のみを有する構成としてもよい。この場合、制御部９０は、備えているヒータ（天井ヒータ５２ｂあるいは下部ヒータ２０）に応じて、天板比率の最適化計算および下部温度の最適化計算のうち一方を実施すればよい。そして、制御部９０は、天板比率の最適化計算および下部温度の最適化計算のうち一方を実施した後に、プロセス領域最適化部１０４によりプロセス領域の最適化を図る処理に移行する。この場合でも、基板処理装置１は、基板処理の温度条件を効率的かつ低コストで調整することができる。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る基板処理装置１（制御部９０Ａ）および温度調整方法について、図７および図８を参照しながら説明する。図７（Ａ）に示すように、基板処理装置１の制御部９０Ａは、統合最適化演算部１１０、判定処理部１０１およびプロセス領域最適化部１０４を内部に構築する。そして、統合最適化演算部１１０は、面間均一性調整および面内均一性調整の計算において、予め天板比率および／または下部温度を加味した計算を行う。

具体的には、基板処理装置１は、ＴＯＰのゾーンからＢＴＭのゾーンまでの温度を順番に一定量変化させることで生じる、ＴＶＳ３の各パラメータの変化（温度、電力）の熱モデルを作成する。さらに図８に示すように、基板処理装置１は、この熱モデルに対して、温度を変化させるパラメータとして天板比率のモデル（上部温度モデル）と下部温度のモデル（下部温度モデル）とを加えた温度条件のモデルを作成する。すなわち、温度条件のモデルは、ＴＯＰのゾーンからＢＴＭのゾーンまでの設定温度、天板比率、下部温度を加味したモデルとなる。

例えば、温度条件のモデルは、ＴＶＳ１～ＴＶＳ３を１℃変化させた場合における各ゾーンの膜厚変化量を、複数のスロット毎に記述したマップ情報としてメモリ９２に記憶される。そして、このマップ情報には、天板比率を０．１倍上昇させた場合の膜厚変化量が複数のスロット毎に記載されると共に、下部温度を１℃上昇させた場合の膜厚変化量が複数のスロット毎に記載される。

統合最適化演算部１１０は、この温度条件のモデルを使用して、最適なＴＯＰのゾーンからＢＴＭのゾーンまでの温度条件（設定温度、天板比率、下部温度）を二次計画法により演算する。この場合、統合最適化演算部１１０は、天板比率のモデル、ＴＶＳ１～ＴＶＳ３の熱モデル、下部温度のモデルを、それぞれｍ１、ｍ２、ｍ３とした場合、図８の表は、行列上の行のパラメータとして表せる。そして、天板比率、温度条件、下部温度の変化量をそれぞれ行列上の列のパラメータｕ１、ｕ２、ｕ３（調整ノブ変化量）とすることで、第１実施形態と同様に評価関数Ｊ（図５（Ａ）参照）を用いることができる。すなわち、統合最適化演算部１１０は、二次計画法を解くことにより評価関数Ｊが最小となるｕ１、ｕ２、ｕ３を得ることができる。

さらに、統合最適化演算部１１０は、算出された調整ノブ変化量（温度条件）に基づき基板処理を実施した際の実測膜厚を取得する。なお、取得する膜厚は、算出された調整ノブ変化量に基づくシミュレーションを行うことで、各基板Ｗの膜厚を予測した予測膜厚であってもよい。そして、判定処理部１０１は、ＴＯＰ側の予測膜厚および／またはＢＴＭ側の予測膜厚が目標膜厚から離れている（許容範囲外にある）場合は、プロセス領域最適化部１０４によるプロセス領域の最適化を判定する。このプロセス領域の最適化の処理は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

第２実施形態に係る制御部９０Ａは、基本的には以上のように構成され、以下、温度調整方法について説明する。制御部９０Ａは、図７（Ｂ）に示すように温度調整方法において、まず統合最適化演算部１１０により天板比率および下部温度を加味した最適化計算を行う（ステップＳ１１）。これにより、統合最適化演算部１１０は、最初から天板比率および下部温度を最適化した調整ノブ変化量が得られ、この調整ノブ変化量に基づき基板処理の予測膜厚を算出することができる。

その後、判定処理部１０１は、統合最適化演算部１１０が算出した予測膜厚と、目標膜厚とを比較することで、各基板Ｗの予測膜厚が目標膜厚の許容範囲外にあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、各基板Ｗの予測膜厚が目標膜厚の許容範囲以内にある場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、鉛直方向に並ぶ各基板Ｗ同士の膜厚の均一化が図られていると見なして、ステップＳ１３を飛ばし、この温度調整方法を終了する。

一方、各基板Ｗの予測膜厚が目標膜厚の許容範囲外にある場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、プロセス領域最適化部１０４により基板処理において膜厚がずれる領域を除外する範囲を算出する（ステップＳ１３）。そして、制御部９０は、ユーザインタフェース９５を介して基板処理を行う範囲をユーザに報知する。これにより第２実施形態の温度調整方法でも、ユーザは、基板処理に有効な範囲をスムーズに認識でき、ウエハボート１６に対する各基板Ｗのセット位置を調整することが可能となる。

このように、第２実施形態に係る基板処理装置１および温度調整方法は、面間均一性調整および面内均一性調整と共に、天板比率、下部温度の最適化を実施する。特に、制御部９０は、測定された実測膜厚を入力として各基板Ｗの膜厚を監視することで、天井ヒータ５２ｂおよび／または下部ヒータ２０の温度条件をより精度よく算出できる。また、各基板Ｗの膜厚にずれが生じた場合には、プロセス領域の最適化を良好に行うことができる。

以上の実施形態で説明した本開示の技術的思想および効果について以下に記載する。

本開示の第１の態様は、複数の基板Ｗに膜を成膜する基板処理を行う処理容器１０と、処理容器１０の内部に収容された複数の基板Ｗを、予め設定された複数のゾーン毎に温調する温調部５０と、温調部５０の動作を制御する制御部９０と、を備える基板処理装置１であって、温調部５０は、処理容器１０を天井から加熱する天井ヒータ５２ｂと、処理容器１０の下部または処理容器１０よりも下側部分を加熱する下部ヒータ２０とのうち、少なくとも一方を有し、制御部９０は、温調部５０が有する天井ヒータ５２ｂおよび下部ヒータ２０に対応して、天井ヒータ５２ｂの温度の変化に基づく膜厚変化量の上部温度モデル、および下部ヒータ２０の温度の変化に基づく膜厚変化量の下部温度モデルのうち少なくとも一方を保有しており、保有している上部温度モデルおよび／または下部温度モデルを用いて基板処理における複数の基板同士の膜厚を均一化するための複数のゾーン毎の温度条件を算出し、算出した温度条件により基板処理を実施した場合の複数の基板Ｗの膜厚を取得し、取得した膜厚と目標膜厚とを比較し、当該取得した膜厚が目標膜厚の許容範囲外にある場合に、比較に基づき複数の基板Ｗにおいて基板処理に適用するプロセス領域を設定する。

上記によれば、基板処理装置１は、基板処理の温度条件の設定において、複数の基板Ｗ同士における膜厚の面間均一性を図ることが可能な温度を効率的に設定できる。特に、基板処理装置１は、算出した温度条件による基板処理でも膜厚に大きなずれが生じる場合には、その領域を基板処理から省いたプロセス領域に設定することで、基板Ｗの無駄をなくすことができる。

また、制御部９０は、予め保有する熱モデルに基づき複数のゾーン毎の初期の温度条件を算出し、初期の温度条件に基づき取得した膜厚が目標膜厚に対してずれている場合に、保有している上部温度モデルおよび／または下部温度モデルを用いて温度条件を最適化する。これにより、基板処理装置１は、複数の基板Ｗにおいて必要な箇所（上部温度や下部温度）の温度のみを良好に最適化することができる。

また、制御部９０は、温度条件の最適化において、上部温度モデルおよび／または下部温度モデルと、取得した膜厚と目標膜厚の残差と、微修正係数と、調整ノブ変化量とを有する評価関数が最小となる調整ノブ変化量を算出する。これにより、制御部９０は、上部温度モデルおよび／または下部温度モデルを用いた場合の温度条件をスムーズに算出することができる。

また、制御部９０は、算出した調整ノブ変化量に基づき複数の基板Ｗの予測膜厚を演算し、予測膜厚と目標膜厚とを比較して、予測膜厚が目標膜厚の許容範囲外にあるか否かを判定する。これにより、制御部９０は、天井ヒータ５２ｂや下部ヒータ２０を加味した最適化を行った場合に、膜厚のずれが解消しているか否かを簡単に判断することができる。

また、制御部９０は、複数のゾーン毎の温度を調整するための熱モデルに対して上部温度モデルおよび／または下部温度モデルを加えた温度条件のモデルを予め保有しており、当該温度条件のモデルに基づき、複数のゾーン毎の温度条件を最適化する。このように温度条件のモデルを用いることで、制御部９０は、複数のゾーン毎の温度条件の最適化をより迅速に行うことができる。

また、制御部９０は、温度条件の最適化において、温度条件のモデルと、取得した膜厚と目標膜厚の残差と、微修正係数と、調整ノブ変化量とを有する評価関数が最小となる調整ノブ変化量を算出する。これにより、制御部９０は、上部温度モデルおよび／または下部温度モデルを有する温度条件のモデルでも、温度条件をスムーズに算出することができる。

また、制御部９０は、プロセス領域の設定において、取得した膜厚に基づき線形補間を行うことで、目標膜厚の許容範囲外に存在する基板を抽出する。これにより、制御部９０は、複数の基板Ｗのうち基板処理を行わない基板Ｗの範囲を精度よく設定することができる。

また、制御部は、複数のゾーンのうち天井ヒータ５２ｂに最も近いゾーンを加熱する側方ヒータ５２ａに給電する電力と、天井ヒータ５２ｂに給電する電力との比率である天板比率に基づき天井ヒータ５２ｂの温度を制御し、上部温度モデルは、天板比率を変化させた場合における膜厚変化量を表す情報である。これにより、基板処理装置１は、天井ヒータ５２ｂ側の温度の最適化をより精度よく行うことができる。

また、本開示の第２の態様は、複数の基板Ｗに膜を成膜する基板処理を行う処理容器１０と、処理容器１０の内部に収容された複数の基板Ｗを、予め設定された複数のゾーン毎に温調する温調部５０と、を備える基板処理装置１の温度調整方法であって、温調部５０は、処理容器１０を天井から加熱する天井ヒータ５２ｂと、処理容器１０の下部または処理容器１０よりも下側部分を加熱する下部ヒータ２０とのうち、少なくとも一方を有するものであり、温度調整方法は、保有している温調部５０が有する天井ヒータ５２ｂおよび下部ヒータ２０に対応して、天井ヒータ５２ｂの温度の変化に基づく膜厚変化量の上部温度モデル、および下部ヒータ２０の温度の変化に基づく膜厚変化量の下部温度モデルのうち少なくとも一方を用いて、基板処理における複数の基板Ｗ同士の膜厚を均一化するための複数のゾーン毎の温度条件を算出し、算出した温度条件により基板処理を実施した場合の複数の基板Ｗの膜厚を取得し、取得した膜厚と目標膜厚とを比較し、当該取得した膜厚が目標膜厚の許容範囲外にある場合に、比較に基づき複数の基板において基板処理に適用するプロセス領域を設定する。この場合でも、温度調整方法は、複数の基板Ｗ同士における膜厚の面間均一性を図ることが可能な温度を効率的に設定できる。

今回開示された実施形態に係る基板処理装置１および温度調整方法は、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１ 基板処理装置
１０ 処理容器
２０ 下部ヒータ
５０ 温調部
５２ｂ 天井ヒータ
９０、９０Ａ 制御部
Ｗ 基板

Claims (9)

1. 複数の基板に膜を成膜する基板処理を行う処理容器と、
   前記処理容器の内部に収容された前記複数の基板を、予め設定された複数のゾーン毎に温調する温調部と、
   前記温調部の動作を制御する制御部と、を備える基板処理装置であって、
   前記温調部は、前記処理容器を天井から加熱する天井ヒータと、前記処理容器の下部または前記処理容器よりも下側部分を加熱する下部ヒータとのうち、少なくとも一方を有し、
   前記制御部は、前記温調部が有する前記天井ヒータおよび前記下部ヒータに対応して、前記天井ヒータの温度の変化に基づく膜厚変化量の上部温度モデル、および前記下部ヒータの温度の変化に基づく膜厚変化量の下部温度モデルのうち少なくとも一方を保有しており、
   保有している前記上部温度モデルおよび／または前記下部温度モデルを用いて前記基板処理における前記複数の基板同士の膜厚を均一化するための前記複数のゾーン毎の温度条件を算出し、
   算出した前記温度条件により前記基板処理を実施した場合の前記複数の基板の膜厚を取得し、取得した膜厚と目標膜厚とを比較し、
   当該取得した膜厚が前記目標膜厚の許容範囲外にある場合に、比較に基づき前記複数の基板において前記基板処理に適用するプロセス領域を設定する、
   基板処理装置。
2. 前記制御部は、予め保有する熱モデルに基づき前記複数のゾーン毎の初期の温度条件を算出し、
   前記初期の温度条件に基づき前記取得した膜厚が前記目標膜厚に対してずれている場合に、保有している前記上部温度モデルおよび／または前記下部温度モデルを用いて温度条件を最適化する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記制御部は、前記温度条件の最適化において、前記上部温度モデルおよび／または前記下部温度モデルと、前記取得した膜厚と前記目標膜厚の残差と、微修正係数と、調整ノブ変化量とを有する評価関数が最小となる前記調整ノブ変化量を算出する、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記制御部は、算出した前記調整ノブ変化量に基づき前記複数の基板の予測膜厚を演算し、前記予測膜厚と前記目標膜厚とを比較して、前記予測膜厚が前記目標膜厚の許容範囲外にあるか否かを判定する、
   請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記制御部は、前記複数のゾーン毎の温度を調整するための熱モデルに対して前記上部温度モデルおよび／または前記下部温度モデルを加えた温度条件のモデルを予め保有しており、
   当該温度条件のモデルに基づき、前記複数のゾーン毎の温度条件を最適化する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記制御部は、前記温度条件の最適化において、前記温度条件のモデルと、前記取得した膜厚と前記目標膜厚の残差と、微修正係数と、調整ノブ変化量とを有する評価関数が最小となる前記調整ノブ変化量を算出する、
   請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記制御部は、前記プロセス領域の設定において、前記取得した膜厚に基づき線形補間を行うことで、前記目標膜厚の許容範囲外に存在する前記基板を抽出する、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
8. 前記制御部は、前記複数のゾーンのうち前記天井ヒータに最も近いゾーンを加熱する側方ヒータに給電する電力と、前記天井ヒータに給電する電力との比率である天板比率に基づき前記天井ヒータの温度を制御し、
   前記上部温度モデルは、前記天板比率を変化させた場合における前記膜厚変化量を表す情報である、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
9. 複数の基板に膜を成膜する基板処理を行う処理容器と、
   前記処理容器の内部に収容された前記複数の基板を、予め設定された複数のゾーン毎に温調する温調部と、を備える基板処理装置の温度調整方法であって、
   前記温調部は、前記処理容器を天井から加熱する天井ヒータと、前記処理容器の下部または前記処理容器よりも下側部分を加熱する下部ヒータとのうち、少なくとも一方を有するものであり、
   前記温度調整方法は、
   保有している前記温調部が有する前記天井ヒータおよび前記下部ヒータに対応して、前記天井ヒータの温度の変化に基づく膜厚変化量の上部温度モデル、および前記下部ヒータの温度の変化に基づく膜厚変化量の下部温度モデルのうち少なくとも一方を用いて、前記基板処理における前記複数の基板同士の膜厚を均一化するための前記複数のゾーン毎の温度条件を算出し、
   算出した前記温度条件により前記基板処理を実施した場合の前記複数の基板の膜厚を取得し、取得した膜厚と目標膜厚とを比較し、
   当該取得した膜厚が前記目標膜厚の許容範囲外にある場合に、比較に基づき前記複数の基板において前記基板処理に適用するプロセス領域を設定する、
   温度調整方法。

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