JPH0916654A - 加工装置および最適加工条件の決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工装置の各種内壁の表面状態を化学反応シ
ミュレーションにより同定し、合理的かつ効率的プロセ
ス設計が可能となる加工装置を提供する。 【解決手段】 加工装置の内部の各種内壁の近傍におけ
る気体または液体の成分を測定する成分測定手段と、化
学反応計算手段と、加工装置の各種内壁の表面状態を表
す表面状態データを保存する表面状態記憶装置を備え、
最近実行された加工プロセスにおいて、成分測定手段に
より測定された気体または液体の成分に符合する成分を
発生する加工装置の各種内壁の表面状態を、化学反応計
算手段を用いて、表面状態記憶装置に格納されている表
面状態データの中から選択し、それにより予測される現
在の加工装置の各種内壁の表面状態を同定し、化学反応
予測手段を用いて、同定された加工装置の各種内壁の表
面状態のもとで、被加工基体の表面に所定の材料層を形
成する加工用試薬および加工条件領域を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工装置および最適加
工条件の決定方法に係り、特に、半導体素子、触媒、機
能性材料、光学材料、超伝導材料、磁性材料の製造法開
発、試作、および量産に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある製品の前駆体を、ある与えられた加
工装置を用いて、依頼人によって要求される性質を有す
る製品を製造するためには、それに最も適した加工条件
を決定しなければならない。

【０００３】例えば、ある特性を有する半導体素子を製
造するためには、まず素子設計が行われる。

【０００４】ここで、素子設計とは、半導体素子がＭＯ
ＳＦＥＴ素子の場合には、ソース、ドレイン、ゲート、
電極、絶縁膜等の各構造要素および界面領域の材料と形
状を設計することである。

【０００５】したがって、素子設計により、製造プロセ
スへの要求仕様が決定される。

【０００６】素子の構造要素の形状に関する要求につい
ては、従来のプロセスシミュレータによる形状の時間変
化予測や断面形状の観察により、その要求を満たすプロ
セス条件を見出すことができる。

【０００７】しかしながら、素子の構造要素の材料につ
いては、これまでは、高々、各素子構造要素の母体（バ
ルク）の材料に関する要求を満たすプロセス設計しかで
きなかった。

【０００８】素子の構造要素のサイズが１ミクロン程度
より大きい場合は、このような材料設計で問題はなかっ
たが、素子の高集積化が進むにつれて、素子材料の原子
レベルの同定が必要になってきている。

【０００９】例えば、素子構造要素間の界面の原子種や
原子配置が素子の特性に大きく影響する場合があり、ま
た、このようなデリケートな構造に対しては加工過程に
おける異物侵入が深刻な問題となる。

【００１０】したがって、今後の半導体素子製造プロセ
スの設計においては、界面構造や異物侵入の問題をも考
慮しなければならない。

【００１１】一例として、ある素子構造要素を基板上に
構築するために、基板表面への薄膜成長とレジストパタ
ーン形成とエッチングを行う場合を考える。

【００１２】この場合、素子構造要素の形状は、レジス
トの露光パターンと現像方法とエッチング条件により決
まる。

【００１３】素子構造要素の母体の材料は、主に薄膜成
長プロセスにより決まるが、界面領域の材料について
は、レジストプロセスとエッチングプロセスも考慮しな
ければならない。

【００１４】なぜなら、レジスト材料やエッチャントが
素子構造要素の界面に残存する可能性があり、また、装
置内の雰囲気ガスや異物が界面に付着することもあるか
らである。

【００１５】前記した一例からも理解できるように、全
てのプロセスが素子構造要素やその界面の材料に影響す
る。

【００１６】したがって、プロセス設計では、まず、素
子構造要素やその界面の材料に関する要求を満たす加工
用試薬（原料ガス、レジスト材料、エッチャント等）と
プロセス条件（温度、圧力、電界等）を設計することか
ら始める方が理想的である。

【００１７】各素子構造要素の形状に関する要求を満た
すプロセス条件は、材料に関する要求を満たすプロセス
条件群の中から見だされる。

【００１８】以下、本明細書では、材料に関する要求を
満たすプロセス条件群を「プロセスウィンドウ」と呼ぶ
ことにする。

【００１９】プロセスウィンドウでは、材料に関する情
報が完全に把握されているので、形状に関する要求に対
するプロセス設計をより合理的に行える。

【００２０】例えば、プロセス設計に、下記文献（イ）
に記載されているような形状シミュレータを用いる場
合、シミュレーションのモデルを、加工用試薬およびプ
ロセスウインドウの設計において得られた材料情報に基
づいて構築することが可能である。

【００２１】（イ） Ｗ．Ｆｉｃｈｔｎｅｒ，’Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ’ｉｎ ＶＬＳＩ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ｅｄ．，Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ，ＭｃＧ
ｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８） したがって、極めて予測性能の高い形状シミュレーショ
ンが可能となる。

【００２２】また、プロセスウィンドウでは、同様の理
由で、素子特性不良等の問題にも容易に対処できる。

【００２３】このように、材料に関する要求を満足する
加工用試薬とプロセスウインドウの合理的設計が可能と
なれば、プロセス設計全体を、合理的かつ効率的なもの
とすることが可能となり、不良対策等のプロセス制御に
も、極めて有効な情報を提供することになる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現状の
技術では、プロセス装置内における材料に関する情報を
完全に把握して、プロセス設計やプロセス制御を実行し
ている例は稀である。

【００２５】特に、半導体素子製造プロセスにおけるよ
うに微細素子構造要素を作成する場合、加工プロセスに
おける素子の前駆体および装置内壁の表面の材料情報
（原子種や原子配置）を把握する必要があるが、それを
観測することは、極めて困難である。

【００２６】一方、このような固体表面における材料情
報を第一原理に基づくシミュレーションにより予測する
方法も考えられるが、固体表面が、雰囲気ガス、不純物
ガス等、不確定の要因により変化しており、事実上、固
体表面の初期状態が知られない場合が多い。

【００２７】このような場合、シミュレーションのみで
は、表面の材料情報を得ることは不可能である。

【００２８】このような固体表面同定における技術的困
難性のために、現在、素子材料に関する要求を満足する
加工用試薬やプロセス条件の設計は、ほとんどの場合、
不完全であり、その要求を満たすプロセスウィンドウが
見出されている保証がない場合が多い。

【００２９】したがって、製造される素子の特性が不安
定であったり、不良が発生した際に、その原因を見出す
ことが極めて困難となる。

【００３０】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、加工装
置および最適加工条件の決定方法において、加工装置の
各種内壁の表面状態を化学反応シミュレーションにより
同定し、合理的かつ効率的プロセス設計が可能となる技
術を提供することにある。

【００３１】本発明の前記目的並びにその他の目的およ
び新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によっ
て明らかにする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。

【００３３】（１）被加工基体の表面を加工する加工装
置において、前記加工装置の内部の各種内壁の近傍にお
ける気体または液体の成分を測定する成分測定手段と、
与えられた気体または液体との化学反応により、与えら
れた固体の固体表面における状態変化および前記固体表
面において発生する気体または液体の成分を計算し、か
つ、与えられた気体または液体における化学種の変化を
計算する化学反応計算手段と、前記加工装置の各種内壁
の材質に基づいて予測される前記加工装置の各種内壁の
表面状態を表す表面状態データが予め格納されるととも
に、加工プロセスが実行される毎の前記加工装置の各種
内壁の表面状態を表す表面状態データが格納される表面
状態記憶装置と、最近実行された加工プロセスにおい
て、前記加工装置の各種内壁の近傍で前記成分測定手段
により測定された気体または液体の成分に符合する成分
を発生する前記加工装置の各種内壁の表面状態を表す表
面状態データを、前記表面状態記憶装置内の表面状態デ
ータの中から、前記化学反応計算手段を用いて選択し、
それにより予測される現在の前記加工装置の各種内壁の
表面状態を同定する表面状態同定手段と、前記表面状態
同定手段により同定された前記加工装置の各種内壁の表
面状態を表す表面データを前記表面状態記憶装置に格納
する格納手段と、前記表面状態同定手段により同定され
た前記加工装置の各種内壁の表面状態のもとで、前記化
学反応予測手段を用いて、前記被加工基体の表面に所定
の材料層を形成する加工用試薬および加工条件領域を予
測する予測手段と、前記予測手段により予測された加工
条件領域内の加工条件を前記加工装置に設定する手段と
を具備することを特徴とする。

【００３４】（２）前記（１）の手段において、前記表
面状態記憶装置に格納される前記表面状態データに対し
て、前記表面状態同定手段により当該表面状態データが
選択された採択頻度を記憶する手段を備え、前記表面状
態同定手段において、前記採択頻度の大きなものから順
に、前記表面状態データを取上げ、前記取り上げられた
前記表面状態データが表現する表面状態を初期状態とし
て、前記化学反応計算手段を用いて発生する気体または
液体成分を予測し、予測された成分と前記成分測定手段
により測定された気体または液体の成分とが符合するま
で、前記表面状態データの取り上げと前記符合の評価を
続けることを特徴とする。

【００３５】（３）前記（２）の手段において、前記表
面状態記憶装置の空き容量がある一定の値よりも小さく
なった時、前記採択頻度の低い前記加工装置の各種内壁
の表面状態のデータから順に、前記表面状態記憶装置か
ら消去する手段を有することを特徴とする。

【００３６】（４）被加工基体の表面を加工する加工装
置の最適加工条件決定方法において、前記加工装置の内
部の各種内壁の近傍における気体または液体の成分を測
定する成分測定手段と、与えられた気体または液体との
化学反応により、与えられた固体の固体表面における状
態変化および前記固体表面において発生する気体または
液体の成分を計算し、かつ、与えられた気体または液体
における化学種の変化を計算する化学反応計算手段と、
前記加工装置の各種内壁の材質に基づいて予測される前
記加工装置の各種内壁の表面状態を表す表面状態データ
が予め格納されるとともに、加工プロセスが実行される
毎の前記加工装置の各種内壁の表面状態を表す表面状態
データが格納される表面状態記憶装置とを備え、最近実
行された加工プロセスにおいて、前記加工装置の各種内
壁の近傍で前記成分測定手段により測定された気体また
は液体の成分に符合する成分を発生する前記加工装置の
各種内壁の表面状態を表す表面状態データを、前記表面
状態記憶装置内の表面状態データの中から、前記化学反
応計算手段を用いて選択し、それにより予測される現在
の前記加工装置の各種内壁の表面状態を同定し、前記同
定された前記加工装置の各種内壁の表面状態を表す表面
状態データを前記表面状態記憶装置に格納し、前記同定
された前記加工装置の各種内壁の表面状態のもとで、前
記化学反応予測手段を用いて、前記被加工基体の表面に
所定の材料層を形成する加工用試薬および加工条件領域
を決定することを特徴とする。

【００３７】（５）前記（４）の手段において、前記表
面状態記憶装置に格納されている前記表面状態データに
対して、該表面状態データが選択される採択頻度を計算
し、前記採択頻度の大きなものから順に、前記表面状態
データを取上げ、前記取り上げられた表面状態データが
表現する表面状態を初期状態として、前記化学反応計算
手段を用いて発生する気体または液体成分を予測し、予
測された成分と前記測定された成分とが符合するまで、
表面状態の取り上げと前記符合の評価を繰り返すことを
特徴とする。

【００３８】

【作用】始めに、加工装置内に、材質の異なる内壁が、
全部でＮ種類あるとする。

【００３９】あらかじめ、それぞれの材質から期待され
る、各種内壁の表面状態を、

【００４０】

【数１】Ｓ0＝｛Ｓ10，Ｓ20，…，ＳN0｝とおく。

【００４１】ここで、表面状態の表現の例としては、数
ナノメータ四方の表面における各原子の原子種と（適当
な座標系における）位置座標の集合による表現、

【００４２】

【数２】 ＳIJ＝ ｛ＡIJ（１），ＸIJ（１），ＹIJ（１），ＺIJ（１）； ＡIJ（２），ＸIJ（２），ＹIJ（２），ＺIJ（２）； ………………………； ＡIJ（ｉ），ＸIJ（ｉ），ＹIJ（ｉ），ＺIJ（ｉ）； ………………………｝ が挙げられる。

【００４３】ここで、表面に属する原子は、例えば、最
表面から数ナノメータの深さまでの原子とする。

【００４４】さらに、加工用試薬、雰囲気ガス、不純物
等との相互作用により、前記期待される表面状態がどの
ように変化するかは、第一原理に基づく原子レベルのシ
ミュレーションにより知ることができる。

【００４５】例えば、シュレジンガーの方程式を断熱近
似で解くことにより、ある原子配置におけるポテンシャ
ルと各原子に作用する力を計算することができ、その力
に基づいて、その系の原子配置の時間変化を予測するこ
とが可能である。

【００４６】したがって、加工用試薬、雰囲気ガス、不
純物分子等と表面原子を合わせて一つの系と見做し、そ
の原子配置の時間変化を予測でき、原理的に、雰囲気ガ
スや不純物分子と相互作用した後の定常的表面状態を予
測することができる。

【００４７】また、気相や液相における化学種の原子配
置の時間変化も同様に予測することができる。

【００４８】以下、本明細書では、このような系の原子
配置の時間変化の計算手段を、「化学反応計算手段」と
呼ぶことにする。

【００４９】化学反応計算手段により予測される雰囲気
ガス、不純物分子等との相互作用後の各種内壁の表面状
態を

【００５０】

【数３】 Ｓ1＝｛Ｓ11，Ｓ21， …，ＳN1｝， Ｓ2＝｛Ｓ12，Ｓ22， …，ＳN2｝， ………………………………， ＳM＝｛Ｓ1M，Ｓ2M， …，ＳNM｝， ………………………………， とおくことにする。

【００５１】ここで、雰囲気ガスとしては、酸素分子、
窒素分子、Ａｒ原子、水分子、二酸化炭素等が挙げられ
る。

【００５２】前記したような各種内壁の表面状態の集合
を表面状態集合（Σ）と表現し、表面状態集合（Σ）に
は追加が可能であるとする。

【００５３】また、加工装置に導入される直前の、製品
の前駆体の各種の表面状態は、知られているとして、そ
れを

【００５４】

【数４】｛ｓ１，ｓ２， …，ｓｎ｝とおく。

【００５５】一般に、加工装置内部の内壁表面には、単
なる容器の内壁表面と、原料ガス、エッチャント等の加
工用試薬を、製品前駆体に到達する前に、加工用に変換
するための加工用試薬変換用の内壁表面がある。

【００５６】単なる容器の内壁表面では、加工用試薬は
化学反応が起きてはならず、加工用試薬変換用の内壁表
面では、目的の試薬が生成されるように、化学反応が起
こらねばならない。

【００５７】また、加工用試薬は、製品前駆体に到達す
る前に、電界等で、気相または液相で変換されることが
要求される場合もある。

【００５８】最終的に、製品の前駆体の表面に到達した
加工用試薬および変換された加工用試薬は、製品の前駆
体の各種表面｛ｓ１，ｓ２， …，ｓｎ｝において、堆
積、エッチング等により、素子設計により要求される材
料の構造要素（または界面）が生成するように反応しな
ければならない。

【００５９】以上のように、加工装置のしかるべき機能
を発現すべき、また、素子設計により要求される材料を
生成すべき、プロセス条件または加工用試薬を設計する
必要がある。

【００６０】以下、本明細書では、このようなプロセス
条件の設計を、プロセスウィンドウの設計と呼ぶことに
する。

【００６１】このプロセスウィンドウは、化学反応計算
手段を用いて、次のようにして設計され得る。

【００６２】（Ｗ１）加工用試薬（原料、エッチャン
ト、キャリヤーガス、溶媒等）を取り上げる。

【００６３】（Ｗ２）取上げられた加工用試薬が、輸送
途中の気相または液相において化学変化しない条件（流
量比、気体温度、液体温度等）を決めるために、様々の
プロセス条件で、化学反応計算手段を用い、化学反応の
シミュレーションを行い、化学変化しない条件の範囲を
決める。

【００６４】ただし、この条件は、既存の物理化学デー
タに基づいて決めてもよい。

【００６５】（Ｗ３）輸送管、容器等の内壁表面で、加
工用試薬が反応しない条件（該内壁温度等）の範囲を、
化学反応シミュレーションにより、同様の方法で決め
る。

【００６６】（Ｗ４）加工用試薬を加工用に変換する加
工用試薬変換用の内壁表面において、しかるべき変換
（化学反応）が起こるような条件（該内壁温度等）の範
囲を、化学反応シミュレーションにより、同様の方法で
決める。

【００６７】（Ｗ５）気相または液相において、電界等
により加工用試薬を変換する場合は、しかるべき化学反
応が起こる条件（電界、圧力等）の範囲を、化学反応シ
ミュレーションにより、同様の方法で決める。

【００６８】（Ｗ６）次に、加工用試薬または加工用に
変換された試薬が、製品の前駆体の各種表面｛ｓ１，ｓ
２， …，ｓｎ｝に到達した際、各表面において素子設
計から要求される材料が生成するような条件（圧力、表
面温度等）の範囲を、化学反応シミュレーションによ
り、同様の方法で決める。

【００６９】以上のステップ（Ｗ１−Ｗ６）により、仮
定された加工装置の内壁表面の状態｛Ｓ1L，Ｓ2L，
…，ＳNL｝について、取上げられた加工用試薬に対する
条件の領域（プロセスウィンドウ）が決まる。

【００７０】ただし、プロセスウインドウが狭かった
り、見いだされなかった場合は、また、ステップＷ１に
戻り、加工用試薬を選び直す必要がある。

【００７１】以上説明したように、加工用試薬とプロセ
スウインドウを設計するには、加工装置の内壁表面の現
在の状態（ＳL＝｛Ｓ1L，Ｓ2L， …，ＳNL｝）が知ら
れていなければならない。

【００７２】しかし、この表面状態は、前記したよう
に、容易に測定できるものではなく、通常、未知であ
る。

【００７３】前記（１）または（４）の手段によれば、
加工装置の内壁表面の現在の状態（ＳL＝｛Ｓ1L，Ｓ2
L， …，ＳNL｝）が未知の場合、加工装置内の各種内
壁表面および製品の前駆体の表面の近傍の気体または液
体の成分（化学種）を測定する装置を取り付けて、以下
の手順で、加工装置内壁の表面状態を同定し、加工用試
薬とプロセスウィンドウを設計する。

【００７４】（１）現在の加工装置内壁の表面状態を
（Ｓ0＝｛Ｓ10, Ｓ20, …, ＳN0｝）とするか、雰囲気
ガスと相互作用後の状態と仮定する。

【００７５】（２）仮定した現在の加工装置内壁の表面
状態において、十分広いプロセスウィンドウを与える加
工用試薬が見つかるまで、ステップＷ１〜Ｗ６を繰返す
ことにより、加工用試薬およびプロセスウィンドウを設
計する。

【００７６】（３）ステップ２で設計された加工用試薬
を用い、ステップ２で設計されたプロセスウィンドウ内
の代表的なプロセス条件において、与えられた製品前駆
体の加工を実行すると共に、加工プロセス最終時におけ
る各種表面近傍の気体または液体の成分を測定する。

【００７７】（４）測定された気体または液体に、ステ
ップ２で設計されたプロセスウィンドウにおける（ステ
ップ２で設計された加工用試薬の）化学反応シミュレー
ションにおいて予想されなかった成分が含まれていた場
合、または、ある成分が予想されたのにもかかわらず、
測定された気体または液体に含まれていなかった場合
は、ステップ５に進む。

【００７８】測定された気体または液体の成分が、ステ
ップ２で設計された加工用試薬およびプロセスウィンド
ウにおいて予想された通りであった場合は、プロセス用
試薬の設計とプロセスウィンドウの設計は終了したと見
做せるので、ステップ７に進む。

【００７９】（５）前記定義した表面状態集合（Σ）の
中から、一定の基準に基づき、一個の加工装置内壁の表
面状態を取り出す。

【００８０】それを初期の表面状態として、ステップ３
の実プロセスのプロセス条件において、化学反応シミュ
レーションを行い、各位置における気体成分又は液体成
分を予測し、ステップ３で測定された成分と一致するか
否かを判定する。

【００８１】一致する場合は、今の化学反応シミュレー
ションの結果、同定された最終の表面状態を現在の加工
装置内壁の表面状態（ＳL＝｛Ｓ1L, Ｓ2L, …, ＳN
L｝）とし、表面状態集合（Σ）に登録する。

【００８２】この登録処理により、加工装置が実施した
加工プロセスにより生じる内壁の全ての表面状態が、表
面状態集合（Σ）に登録される。

【００８３】一致しない場合は、別の加工装置内壁の表
面状態を、一定の基準に基づき、表面状態集合（Σ）か
ら取り出し、それを初期の表面状態として、同様に、成
分の予測を行い、測定成分と符合するか否かを判定す
る。

【００８４】このような処理を、成分が符合するまで繰
り返し、符合した場合は、前記と同様の登録処理を行
う。

【００８５】（６）ステップ５において、実測成分を再
現すると判断された加工装置内壁の表面状態における、
各位置（加工装置内壁の表面、気相または液相、および
製品の前駆体の表面）における化学反応のシミュレーシ
ョン結果が、加工装置の機能発現のための条件および素
子設計からの材料に関する要求を満たすものか否かを判
定する。

【００８６】満たす場合は、現在の加工装置の内壁の表
面状態（ＳL＝｛Ｓ1L，Ｓ2L， …，ＳNL｝）におい
て、ステップ２で選ばれた加工用試薬についてステップ
Ｗ１−Ｗ６を実行し、ステップ７に進む。

【００８７】満たさない場合は、加工装置内のクリーニ
ング処理を行い、クリーニング後の加工装置内壁の表面
状態を化学反応シミュレーションにより同定し、現在の
装置内壁の表面状態（ＳL＝｛Ｓ1L，Ｓ2L， …，ＳN
L｝）とし、かつ、表面状態集合（Σ）に登録し、ステ
ップ２に戻る。

【００８８】本ステップの登録処理により、本加工装置
が実施したクリーニング処理により生じる内壁の全ての
表面状態が、表面状態集合（Σ）に登録される。

【００８９】（７）選ばれた加工用試薬を用い、素子構
造要素の形状に関する要求を満たすように、設計された
プロセスウィンドウにおけるプロセス条件の探索（プロ
セス条件の最適化）に進む。

【００９０】前記手段においては、表面状態集合（Σ）
の中から、現在の加工装置の内壁の表面状態を探し出す
ステップ（５）を含んでいる。

【００９１】加工装置の内壁の表面状態を表面に属する
原子の原子種および座標で表現し、記憶する場合、人間
が物理化学的に評価すると、同種の表面状態であって
も、この表現を用いると、前記手段を採用する製造装置
やシステムでは、座標が完全に一致しない限り、異なる
状態として扱われる。

【００９２】したがって、前記ステップ５およびステッ
プ６において、加工プロセス実行後およびクリーニング
処理後の加工装置内壁の表面状態を同定した後、加工装
置内壁の表面状態を表面状態集合（Σ）へ登録すること
により、表面状態集合（Σ）に含まれる表面状態の数
は、際限なく増大していくことになる。

【００９３】これは、本発明の手順を利用し続けること
により、ステップ５において検索対象となる表面状態の
数が際限なく増大することを意味する。

【００９４】したがって、検索の方法を工夫しないと、
本発明の設計処理速度は、利用回数と共に、低下してゆ
くことになる。

【００９５】また、一個の表面の状態を記憶するため
に、少なくとも、数万個の原子の座標を記憶する必要が
あり、数メガバイト程度の記憶領域を占めるので、現状
の記憶装置を用いる場合、その空き容量を配慮しなけれ
ばならない。

【００９６】前記（２）または（４）の手段によれば、
表面状態集合（Σ）に含まれる各表面状態データ（Ｓ
J）の採択頻度Ｆ（J）を、ステップ５で初期の表面状態
として同定された回数に基づき、定義する。

【００９７】この採択頻度が高ければ、経験的に再び採
択される確率が高いと見做せるので、採択頻度の高いも
のから順に検索を行なえば、検索速度の低下を抑制する
ことができる。

【００９８】前記（５）の手段によれば、表面状態集合
（Σ）の空き容量が小さくなった場合、前記採択頻度の
低い表面状態データから順に、記憶装置外に排除する。

【００９９】この場合に、表面状態集合（Σ）には採択
頻度の高い表面状態が格納されているので、ステップ５
における表面状態の同定機能の低下を最小限に抑えるこ
とができる。

【０１００】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【０１０１】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【０１０２】図１は、本発明の一実施例である加工装置
の概略構成を示すブロック図である。

【０１０３】本実施例の加工装置は、シリコン基板等の
製品の前駆体上へ、金属、半導体、あるいは絶縁膜をＣ
ＶＤ薄膜形成加工する際に、加工装置内の気相における
幾つかの位置における成分測定結果と化学反応シミュレ
ーション結果とに基づいて、最適加工条件の領域（加工
用試薬およびプロセスウィンドウ）を決定する加工装置
である。

【０１０４】図１において、１０１はＣＶＤ装置、１０
２，１０３，１０４は加工装置内の気相成分測定手段、
１０５は被加工基体であるシリコン基板等の基板、１０
６は加工装置内壁の表面状態同定用コンピュータ、１０
７は表面状態記憶装置、１０８は化学反応シミュレーシ
ョン用コンピュータ、１０９は採択頻度記憶装置、１１
０は加工用試薬およびプロセスウインドウの設計用コン
ピュータ、１１１はプロセス条件最適化用コンピュー
タ、１１２は試薬成分流量設定装置、１１３は内壁温度
設定装置、１１４は温度制御設定装置、１１５は圧力制
御設定装置、１１６は気相成分同定用コンピュータであ
る。

【０１０５】なお、図１に示す各コンピュータ（１０
６，１０８，１１０，１１１，１１６）は、単一のコン
ピュータで構成してもよいし、別々のコンピュータで構
成してもよい。

【０１０６】ＣＶＤ装置１０１には、加工用試薬、本実
施例では、原料ガス、キャリヤーガス等の加工試薬成分
の混合ガスをＣＶＤ装置１０１まで輸送する管が取付け
られており、この輸送管の出口付近には、加工用試薬の
成分を測定するための気相成分測定装置１０２が取付け
られている。

【０１０７】さらにＣＶＤ装置１０１自体にも、反応容
器内の気体成分および内部に設置された製品の前駆体
（基板）１０５の表面付近の気体成分を測定するための
気相成分測定装置（１０３，１０４）が取り付けられて
いる。

【０１０８】このような気相成分測定装置（１０２，１
０３，１０４）としては、光路を測定位置に有する赤外
線吸収分光法、ラマン分光法、光吸収、または発光によ
る測定装置、測定位置付近の気体をサンプリングする機
能を有する質量分析法による分光計、ガスクロマトグラ
フィーによる分析装置等が挙げられる。

【０１０９】ここで、気相成分測定装置１０２は、主
に、輸送管内の気相および輸送管内壁の表面での化学反
応の結果生成する化学種を測定するために設けられてお
り、気相成分測定装置１０３は、主に、ＣＶＤ装置容器
の内壁表面での化学反応の結果生成する化学種を測定す
るために設けられており、気相成分測定装置１０４は、
主に、基板１０５の表面での化学反応の結果生成する化
学種を測定するために設けられている。

【０１１０】これらの気相成分測定装置（１０２，１０
３，１０４）により得られたスペクトル等は気相成分同
定用コンピュータ１１６により、各成分の分子構造デー
タ、例えば、その化学種（分子）内の全原子の原子種
と、適当な座標系における位置に変換され、加工装置内
壁の表面状態同定用コンピュータ１０６に入力される。

【０１１１】表面状態同定用コンピュータ１０６では、
表面状態記憶装置１０７内から加工装置内壁の初期の表
面状態の候補を取上げ、その加工装置内壁の表面状態お
よび基板の初期表面状態において、化学反応シミュレー
ション用コンピュータ１０８を用いて化学反応シミュレ
ーションを実行し、生成物、表面状態の変化等を予測
し、その生成物が、気相成分測定結果と符合するか否か
を判定する。

【０１１２】この操作は、符合するまで繰り返され、加
工装置内壁の初期の表面状態の同定が終了する。

【０１１３】この表面状態記憶装置１０７内データの検
索による同定処理は、採択頻度記憶装置１０９の内の採
択頻度データを利用することにより、効率的に実行する
ことができる。

【０１１４】また、表面状態同定用コンピュータ１０６
は、同定された加工装置内壁の初期の表面状態から、化
学反応シミュレーション用コンピュータ１０８を用いた
化学反応シミュレーションにより予測された現在の加工
装置内壁および基板の表面状態を、加工用試薬およびプ
ロセスウインドウの設計用コンピュータ１１０に渡す。

【０１１５】設計用コンピュータ１１０では、主に、表
面状態同定用コンピュータ１０６から渡された現在の加
工装置内壁の表面状態および基板の表面状態を初期状態
として、化学反応シミュレーション用コンピュータ１０
８を用いて化学反応シミュレーションを実行し、要求を
満たす化学反応が起こるような、本実施例では、輸送管
内の気相、その内壁表面、ＣＶＤ容器の内壁では、化学
反応は定常的に進行せず、基板表面では、所望の材料の
薄膜が形成するような化学反応が進行するような加工用
試薬およびプロセス条件の領域（プロセスウインドウ）
を探索し、決定する。

【０１１６】このプロセス条件の領域（プロセスウイン
ドウ）は、プロセス条件最適化用コンピュータ１１１に
渡される。

【０１１７】プロセス条件最適化用コンピュータ１１１
では、従来のプロセスシミュレーション、実験データ等
を用いて、設計用コンピュータ１１０から渡されたプロ
セスウインドウの中で、要求される薄膜の形状を形成す
る最適プロセス条件を決定する。

【０１１８】決定された最適プロセス条件は、新たに、
前と同一の製品の前駆体をＣＶＤ装置１０１内に設置し
た後に、加工条件設定手段、本実施例では、加工用試薬
成分流量設定装置１１２、内壁温度設定装置１１３、基
板温度設定装置１１４、圧力設定装置１１５に設定さ
れ、製品の製造が実行される。

【０１１９】図２は、本実施例の加工装置における処理
手順を示すフローチャートである。

【０１２０】次に、図２を用いて、本実施例の加工装置
における処理手順を説明する。

【０１２１】ここで、被加工基体である製品の前駆体の
表面状態は、次の理由により、知られているものとす
る。

【０１２２】まず、この加工プロセスの前に、別の加工
プロセスがなかった場合は、製品の前駆体は原料であ
り、一般に、原料は単純な構造を有しており、その表面
状態の測定は容易であるからである。

【０１２３】また、この加工プロセスの前に、別の加工
プロセスがあった場合は、その加工プロセス条件が、本
実施例の方法を用いて決定されていれば、製品の前駆体
の表面状態は知られているはずであるからである。

【０１２４】始めに、表面状態記憶装置１０７から、現
在の加工装置内壁の表面状態として、最も可能性の高い
ものを選ぶ（ステップ２０１）。

【０１２５】選ばれた（あるいは与えられた）加工装置
内壁の表面状態、および、加工しようとする製品の前駆
体の表面状態を初期の表面状態と仮定し、加工用試薬お
よびプロセスウインドウ（製品の材料に関する要求仕様
を満足する加工条件の領域）を、設計用コンピュータ１
１０により設計する（ステップ２０２）。

【０１２６】この時、化学反応シミュレーション用コン
ピュータ１０８を用いて、様々の加工用試薬を用い、様
々の加工条件において、各化学反応シミュレーションを
行なう。

【０１２７】また、選ばれた加工用試薬を用い、かつ、
選ばれたプロセス条件において、加工プロセスを実行し
た場合に、加工プロセス最終段階における、加工装置内
気相の成分を予測する。

【０１２８】ステップ２０２で選ばれた加工用試薬を用
いて、ステップ２０２で決められたプロセスウインドウ
の中の代表的な加工条件において、加工プロセスを実行
し、加工プロセス最終段階における、加工装置内気相の
成分を気相成分測定装置１０２、気相成分測定装置１０
３、および気相成分測定装置１０４を用いて測定する
（ステップ２０３）。

【０１２９】測定されたデータは、成分同定用コンピュ
ータ１１６において分子構造データに変換され、表面状
態同定用コンピュータ１０６に送られる。

【０１３０】表面状態同定用コンピュータ１０６は、ス
テップ２０３で測定された気相成分とステップ２０２で
予測された気相成分と符合するか否かを判定する（ステ
ップ２０４）。

【０１３１】符合する場合は、プロセスウインドウ設計
前に、仮定された加工装置内壁の表面状態が正しかった
証拠であるので、プロセス条件最適化用コンピュータ１
１１にプロセスウインドウのデータを渡し、プロセス条
件の最適化（ステップ２０９）に進む。

【０１３２】符合しない場合は、プロセスウインドウ設
計前に、加工装置内壁の初期表面状態が正しく仮定され
ていなかった場合であるので、ステップ２０３の実測気
相成分を正しく再現するような初期表面状態を探す（ス
テップ２０５）。

【０１３３】このステップ２０５では、表面状態記憶装
置１０７内の表面状態データの中の１つを取り出し、取
り出した表面状態データにより表現される表面状態を、
加工装置内壁の初期の表面状態とし、前記加工装置内壁
の初期の表面状態および前記被加工基体である製品の前
駆体の表面状態を初期の表面状態と仮定し、化学反応シ
ミュレーション用コンピュータ１０８を用いて、ステッ
プ２０３における加工用試薬と加工条件を採用した場合
の化学反応シミュレーションを実行し、気相成分を予測
する。

【０１３４】この場合に、化学反応シミュレーション用
コンピュータ１０８を用いた化学反応シミュレーション
を実行する位置は、加工装置内の指定された位置とす
る。

【０１３５】このような加工装置内壁の初期の表面状態
の取上げと、化学反応シミュレーション用コンピュータ
１０８を用いた化学反応のシミュレーションを、予測気
相成分が実測気相成分と符合するまで繰り返す。

【０１３６】次に、ステップ２０５において、加工装置
内壁の初期の表面状態を同定できたか否かを判断する
（ステップ２１２）。

【０１３７】ステップ２１２において、ステップ２０５
で、加工装置内壁の初期の表面状態を同定できた場合に
は、ステップ２０５で、同定された加工装置内壁の初期
の表面状態における化学反応シミュレーション用コンピ
ュータ１０８を用いた化学反応シミュレーションの結果
予測された、現在の加工装置内壁の表面状態を表面状態
記憶装置１０７に登録する（ステップ２０６）。

【０１３８】次に、ステップ２０５において同定された
初期表面状態のもとでの、化学反応シミュレーション用
コンピュータ１０８を用いた化学反応シミュレーション
により予測された気相および基板の各種表面での化学反
応は、材料に関する要求仕様を満たすか否かを判定する
（ステップ２０７）。

【０１３９】要求仕様を満たさない場合は、加工装置内
壁のクリーニング処理を行なう（ステップ２１０）。

【０１４０】また、ステップ２１２において、加工装置
内壁の初期の表面状態を同定できなかった場合にも、加
工装置内壁のクリーニング処理を行なう（ステップ２１
０）。

【０１４１】クリーニング処理としては、フッ素系のガ
スによる内壁表面のエッチング等が挙げられる。

【０１４２】クリーニング処理後の加工装置内壁の表面
状態を化学反応シミュレーション用コンピュータ１０８
を用いた化学反応シミュレーションにより予測し、その
結果を表面状態記憶装置１０７に登録し（ステップ２１
１）、ステップ２０２に戻る。

【０１４３】要求仕様を満たす場合は、ステップ２０６
で登録された加工装置内壁の表面状態を初期の表面状態
と仮定し、ステップ２０３と同一の加工用試薬を用いる
場合のプロセスウインドウを、ステップ２０２と同様の
手続きで、設計用コンピュータ１１０により、設計する
（ステップ２０８）。

【０１４４】最後に、ステップ２０８で設計されたプロ
セスウインドウにおけるプロセス条件の最適化（ステッ
プ２０９）に進む。

【０１４５】プロセス条件の最適化は、プロセス条件最
適化用コンピュータ１１１を用いて行なう。

【０１４６】プロセス条件最適化用コンピュータ１１１
の例としては、加工プロセスにおけるデバイス構造要素
の断面形状の時間変化を予測するプロセスシミュレータ
が挙げられる。

【０１４７】また、この最適化プロセスでは、シミュレ
ーションのみだけでなく、実験データを用いてもよい。

【０１４８】なお、ステップ２１２において、加工装置
内壁の初期の表面状態を同定できなかった場合に、加工
装置内壁のクリーニング処理を行なう代わりに、表面状
態記憶装置１０７に新たな加工装置内壁の表面状態をマ
ニュアルで補充し、ステップ２０１の処理を行うように
することも可能である。

【０１４９】図３は、図１に示す気相成分測定手段（１
０２，１０３，１０４）として赤外線吸収分光計を用い
た場合の図１に示す成分同定用コンピュータ１１６の処
理手順を示すフローチャートである。

【０１５０】次に、図３を用いて、図１に示す成分同定
用コンピュータ１１６の処理手順を説明する。

【０１５１】始めに、気相成分測定手段（１０２，１０
３，１０４）からスペクトル（赤外線波長の関数として
気体の赤外線吸収度）を読み取る（ステップＡ０１）。

【０１５２】次に、伸縮振動領域（短波長側）のスペク
トルにおける吸収ピークの波長から気体中に存在する可
能性のある化学結合を予測し（ステップＡ０２）、種々
の標準気体分子の単位濃度のスペクトルを格納する記憶
装置から、ステップＡ０２で予測された化学結合を含む
気体の分子の集合を選び出す（ステップＡ０３）。

【０１５３】次に、Ｎ＝１として、ステップＡ０３で選
ばれた気体分子の集合からＮ種類の成分を選び、そのス
ペクトル、または、その線型結合が、ステップＡ０１で
読み取られたスペクトルと許容誤差範囲内で一致するか
否かを判定する（ステップＡ０４）。

【０１５４】ステップＡ０４で、そのスペクトル、また
は、その線型結合が、ステップＡ０１で読み取られたス
ペクトルと許容誤差範囲内で一致した場合には、各成分
（分子）の分子構造（分子内の各原子の原子種と内部座
標系における位置）を種々の分子の構造を格納する記憶
装置から読み取り（ステップＡ０５）、同定された気体
の各成分の名前、分子構造および濃度（＝線型結合係
数）を出力する（ステップＡ０６）。

【０１５５】ステップＡ０４で、そのスペクトル、また
は、その線型結合が、ステップＡ０１で読み取られたス
ペクトルと許容誤差範囲内で一致しない場合には、Ｎ＝
Ｎ＋１として、ステップＡ０４の処理を繰り返す。

【０１５６】図４、図５は、図１に示す表面状態同定用
コンピュータ１０６の処理手順を示すフローチャートで
ある。

【０１５７】次に、図４、図５を用いて、図１に示す表
面状態同定用コンピュータ１０６の処理手順を説明す
る。

【０１５８】図４に示すステップＢ０１の処理は、表面
状態記憶装置１０７に表面状態データが残っているか否
かを判定する処理であり、表面状態記憶装置１０７に表
面状態データが残っていない場合には、ステップＢ１１
で、加工装置内壁面の初期表面状態の同定が不能と判断
する。

【０１５９】表面状態記憶装置１０７に表面状態データ
が残っている場合には、残存する表面状態データの中か
ら、採択頻度Ｆ(J) に基づいて表面状態（Ｓj＝｛Ｓ1
j，Ｓ2j｝）を表現する表面状態データを選択し、表面
状態（Ｓj）を初期表面状態として選択する（ステップ
Ｂ０２）。

【０１６０】なお、本実施例では、加工装置の内壁とし
ては、輸送管の内壁（Ｓ1j）と、加工装置の容器内壁
（Ｓ2j）との２つになる。

【０１６１】次に、最近のステップ２０３における温度
・流量で供給される加工用試薬が加工試薬輸送管内気相
および表面状態（Ｓ1j）の輸送管内壁表面において化学
反応することにより生成される気体の成分（分子）を、
化学反応シュミレーション用コンピュータ１０８を用い
た化学反応シミュレーションにより予測し（ステップＢ
０３）、その気体の成分が気相成分測定手段１０２で実
測された気体の成分と一致するか否かを判断する（ステ
ップＢ０３）。

【０１６２】ステップＢ０３で一致しない場合には、前
記ステップＢ０１ないしステップＢ０２の処理を繰り返
す。

【０１６３】ステップＢ０３で一致した場合には、最近
のステップ２０３において気相成分測定手段１０２によ
り実測された気体の成分が、ステップ２０３の加工条件
の時の加工装置容器内気相および表面状態（Ｓ2j）の容
器内壁面と化学反応することにより生成される気体の成
分（分子）を、化学反応シュミレーション用コンピュー
タ１０８を用いた化学反応シミュレーションにより予測
し（ステップＢ０４）、その気体の成分が気相成分測定
手段１０３で実測された気体の成分と一致するか否かを
判断する（ステップＢ０５）。

【０１６４】ステップＢ０５で一致しない場合には、前
記ステップＢ０１ないしステップＢ０４の処理を繰り返
す。

【０１６５】ステップＢ０５で一致した場合には、最近
のステップ２０３において気相成分測定手段１０３によ
り実測された気体の成分が、ステップ２０３の加工条件
の時の基板１０５の表面と化学反応することにより生成
される気体の成分（分子）を、化学反応シュミレーショ
ン用コンピュータ１０８を用いた化学反応シミュレーシ
ョンにより予測し（ステップＢ０６）、その気体の成分
が気相成分測定手段１０４で実測された気体の成分と一
致するか否かを判断する（ステップＢ０７）。

【０１６６】ステップＢ０７で一致しない場合には、前
記ステップＢ０１ないしステップＢ０６の処理を繰り返
す。

【０１６７】ステップＢ０７で一致した場合には、最近
のステップＢ０２およびステップＢ０４において、化学
反応シュミレーション用コンピュータ１０８を用いた化
学反応シュミレーションにより予測された現在の表面状
態（ＳL＝｛Ｓ1L，Ｓ2L｝）を表面状態記憶装置１０７
に登録する（ステップＢ０８）。

【０１６８】次に、最近のステップ２０３の初期の表面
状態は、最近のステップＢ０１で選択された表面状態で
あるという判断に基づいて、表面状態記憶装置１０７に
格納されている各表面状態（Ｓj）を表す表面状態デー
タをの採択頻度（Ｆj）を計算しなおす（ステップＢ０
９）。

【０１６９】次に、最近のステップステップＢ０２、ス
テップＢ０４およびステップＢ０６において行われた化
学反応シュミレーション用コンピュータ１０８を用いる
化学反応シュミレーションにより予測された表面（加工
装置内壁面または基板表面）の最終状態および（気相お
よび表面における）化学反応生成物を出力する（ステッ
プＢ１０）。

【０１７０】図６は、図１に示す化学反応シミュレーシ
ョン用コンピュータ１０８の処理手順を示すフローチャ
ートである。

【０１７１】次に、図６を用いて、図１に示す化学反応
シミュレーション用コンピュータ１０８の処理手順を説
明する。

【０１７２】始めに、与えられた反応場（気相または表
面）における、可能な反応の初期状態（化学反応系を構
成する各原子の原子種、その初期座標および初速度）の
代表（Ｎ個）を、与えられた反応系の温度、気体の圧力
および各成分の流速かた統計力学を用いて決定する（ス
テップＣ０１）。

【０１７３】次に、Ｉ＝１とおいて、第１番目の化学反
応の初期状態を時刻ｔ＝０における反応系の状態（原子
配置および速度）とし（ステップＣ０２）、時刻ｔの原
子配置において化学反応系の原子に働く力Ｆ（ｔ）を第
一原理に基づいて、即ち、電子のSchroedinger方程式を
解くことにより計算する（ステップＣ０３）。

【０１７４】化学反応系の原子に働く力Ｆ（ｔ）に基づ
いて、次のタイム・ステップ（時間幅δｔだけ未来）で
の原子配置（必要ならば速度も）を予測し（ステップＣ
０４）、そのタイム・ステップにおいて化学反応系が定
常状態に到達したか否かを判断する（ステップＣ０
５）。

【０１７５】ステップＣ０５で化学反応系が定常状態に
到達していない場合には、化学反応系が定常状態に到達
するまで前記ステップＣ０２ないしステップＣ０３の処
理を繰り返す。

【０１７６】ステップＣ０５で化学反応系が定常状態に
到達した場合には、Ｉ＝Ｉ＋１として前記ステップＣ０
２ないしステップＣ０５の処理を、Ｉ＞Ｎになるまで繰
り返す（ステップＣ０６）。

【０１７７】Ｉ＞Ｎとなったら、前記ステップＣ０２な
いしステップ０６の処理で得られる、異なるＮ個の初期
状態に対する化学反応系の（初期状態から定常状態に至
るまでの期間における）原子配置、速度、力およびポテ
ンシャルにデータから与えられた加工時間中に生成する
気体分子および表面状態を統計力学的に予測する（ステ
ップ０７）。

【０１７８】図２に示す処理手順の中の、ステップ２０
２およびステップ２０８において、加工装置内壁の与え
られた初期表面状態における、与えられた加工用試薬を
用いる場合に、設計用コンピュータ１１０を用いて、プ
ロセスウインドウ（製品の材料に関する要求仕様を満た
すプロセス条件群）の設計の処理があった。

【０１７９】この設計処理は、基本的には、化学反応シ
ミュレーション用コンピュータ１０８を用いて、気相お
よび表面における化学反応シミュレーションを様々の条
件で実行し、要求仕様に適合する結果を与える条件を選
び出すという形をとる。

【０１８０】図７は、図１に示す設計用コンピュータ１
１０によりプロセスウインドウを設計する際の処理手順
の一例を示すフローチャートである。

【０１８１】次に、図７を用いて、図１に示す設計用コ
ンピュータ１１０によりプロセスウインドウを設計する
際の処理手順の一例を説明する。

【０１８２】なお、ここでは、製品の材料に関する要求
仕様は、基板表面に所望の材料の薄膜が形成されること
以外に、加工プロセスの制御を容易にするために、加工
用試薬は基板表面以外では反応しない、即ち、化学的に
変化しないことも要求されているものとする。

【０１８３】まず、与えられた加工用試薬成分、本実施
例では、原料ガス、キャリヤーガス等が混合した際に、
化学反応が起こらない条件の領域、本実施例では、全流
量と各成分の流量比の領域を、化学反応シミュレーショ
ン用コンピュータ１０８を用いた化学反応シミュレーシ
ョンにより、本実施例の加工装置において許されている
条件領域において探す（ステップ３０１）。

【０１８４】ステップ３０１において、この化学反応に
ついて実験データが十分あれば、それを使ってもよい。

【０１８５】次に、与えられた加工用試薬が、試薬輸送
管内壁表面において反応しない条件領域を、化学反応シ
ミュレーション用コンピュータ１０８を用いた化学反応
シミュレーションにより、ステップ３０１において得ら
れた条件領域から探し出す（ステップ３０２）。

【０１８６】次に、与えられた加工用試薬が、ＣＶＤ反
応容器の内壁の表面で反応しない条件の領域、本実施例
では、流量比、圧力および内壁温度の領域を、ステップ
３０２で得られた条件（流量比）領域から、化学反応シ
ミュレーション用コンピュータ１０８を用いた化学反応
シミュレーションにより探し出す（ステップ３０３）。

【０１８７】次に、与えられた加工用試薬が、製品の前
駆体（基板）の表面で、所望の材料の薄膜を成長させる
ように、反応する条件領域、本実施例では、流量比、圧
力および基板温度の領域を探し出す（ステップ３０
４）。

【０１８８】前記した、ステップ３０２で決められた全
流量の領域、ステップ３０３で決められた流量比と内壁
温度の領域、ステップ３０４で最終的に決められた圧力
と基板温度の領域が、求められたプロセスウインドウと
なる。

【０１８９】図２に示すステップ２０１およびステップ
２０５において、表面状態記憶装置１０７内の表面状態
データが検索され利用され、また、ステップ２０６およ
びステップ２１１では、化学反応シミュレーション用コ
ンピュータ１０８を用いた化学反応シミュレーションに
より予測された加工装置内壁の表面状態を表す表面状態
データが登録された。

【０１９０】このようにして、本実施例の加工装置の利
用と共に、表面状態記憶装置１０７の表面状態データは
増大してゆくが、利用前の段階においても、十分な数の
データが表面状態記憶装置１０７に格納されている必要
がある。

【０１９１】例えば、加工装置内壁、本実施例では、Ｃ
ＶＤ装置１０１のＣＶＤ容器およびガス輸送管の内壁の
材質に基づいて、初期の表面状態を予想し、そのデータ
（表面原子の原子種および位置座標）を、予め、格納す
る。

【０１９２】また、雰囲気ガス、例えば、酸素、窒素、
アルゴン、水蒸気および二酸化炭素等との相互作用によ
り、それらの表面状態がどのように変化するかを、化学
反応シミュレーション用コンピュータ１０８を用いた化
学反応シミュレーションにより予測し、その結果を格納
しておく。

【０１９３】さらに、その装置特有の環境において予想
される表面状態を格納しておいてもよい。

【０１９４】一方、本実施例の加工装置の利用と共に、
表面状態記憶装置１０７の表面状態データが増大するこ
とから、ステップ２０１およびステップ２０５における
表面状態データの検索時間が際限なく増大してゆく可能
性がある。

【０１９５】特に、ステップ２０５では、表面状態記憶
装置１０７内の表面状態データを取り上げた後に、化学
反応シミュレーション用コンピュータ１０８を用いた化
学反応シミュレーション結果と実測との対応を試験する
ため、無作為に取り上げると、深刻な検索速度の低下が
もたらされる。

【０１９６】本実施例では、表面状態記憶装置１０７の
各表面状態データに次のような検索の優先順位をつけ、
検索速度の低下を防いでいる。

【０１９７】すなわち、表面状態データ（ＳJ）に対し
て、ステップ２０５において初期表面状態として採択さ
れた頻度Ｆ（J）を定義し、これを検索優先順位とす
る。

【０１９８】Ｆ(J）は、例えば、次のように定義され
る。

【０１９９】Ｆ(J）＝（ｎJ＋１）／（ＮJ＋１） ここで、ｎJは、ステップ２０５で、表面状態（ＳJ）が
初期表面状態として採択された回数であり、ＮJは、表
面状態（ＳJ）が表面状態記憶装置１０７に登録されて
から、表面の状態の同定処理（図２に示すステップ２０
５の処理）が行なわれた回数を表わす。

【０２００】したがって、ステップ２０６またはステッ
プ２１１において、または、オペレータにより、表面状
態（ＳJ）が、初めて表面状態記憶装置１０７に登録さ
れたとき、 Ｆ（J）＝１．０ となる。

【０２０１】したがって、ある表面状態が登録されて
も、それが、現在の表面状態として採択されないと、そ
の検索優先順位が徐々に低くなっていき、逆に、採択さ
れる回数が多いと、検索優先順位が高くなる。

【０２０２】即ち、加工装置内壁の表面状態の履歴を考
慮した検索が可能となる。

【０２０３】また、本実施例の加工装置では、表面状態
記憶装置１０７の空き容量がある一定の値よりも小さく
なると、前記の採択頻度の低い表面状態データ順に、記
憶装置外に排除する機能も有している。

【０２０４】この機能により、表面状態データのメモリ
ー管理を意識せずに、本発明の製造装置を利用すること
ができる。

【０２０５】なお、本実施例では、加工装置として、Ｃ
ＶＤ装置を取り上げたが、その他、レジスト塗布装置、
パターン露光装置、現像装置、およびエッチング装置
に、本発明を適用することも可能である。

【０２０６】また、本実施例では、一装置のみを取り上
げたが、本発明は、製品前駆体を順次加工するために、
複数の加工装置が、直列にされたモジュールを一つの加
工装置とした場合でも、適用可能である。

【０２０７】例えば、ＣＶＤ装置、レジスト塗布装置、
パターン露光装置、現像装置、およびエッチング装置が
順次直列に連結したモジュールに適用してもよい。

【０２０８】以上の実施例からもわかるように、本発明
の加工用試薬およびプロセスウインドウの設計方法ある
いはその方法による製造装置を用いれば、従来では、ほ
とんどの場合不可能であった加工装置内壁および基板の
表面状態の同定が可能となり、加工用試薬およびプロセ
スウインドウの合理的設計が可能となる。

【０２０９】また、加工装置には、加工装置の内壁から
の異物、あるいは、侵入経路が不明である異物等による
不良発生にも迅速に対応することができる。

【０２１０】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ること
は言うまでもない。

【０２１１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。

【０２１２】（１）本発明によれば、半導体素子製造プ
ロセスや精密加工プロセスにおける素子の材料に関する
要求を満足する加工用試薬やプロセス条件を、加工装置
の内壁の表面状態、被加工基体の表面状態および化学反
応の情報に基づいて、合理的に設計することが可能とな
り、従来のような試行錯誤的なプロセス設計を避けるこ
とができる。

【０２１３】したがって、多種多様な製造依頼に迅速に
対応でき、また、不良発生原因の究明が容易な製造装置
を提供することが可能となる。

【０２１４】（２）本発明によれば、加工装置の内壁か
らの異物、あるいは、侵入経路が不明である異物等によ
る不良発生にも迅速に対応することが可能となる。

【０２１５】（３）本発明によれば、表面状態記憶装置
に格納される表面状態データに採択頻度を定義し、この
採択頻度が高いものから順に検索し、また、表面状態記
憶装置に空き容量が小さくなった場合に、採択頻度の低
い表面データを排除するようにしたので、検索速度の低
下を防止し、表面状態記憶装置の有効利用が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である加工装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図２】本実施例の加工装置における処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図３】図１に示す気相成分測定手段として赤外線吸収
分光計を用いた場合の図１に示す成分同定用コンピュー
タの処理手順を示すフローチャートである。

【図４】図１に示す表面状態同定用コンピュータの処理
手順を示すフローチャートである。

【図５】図１に示す表面状態同定用コンピュータの処理
手順を示すフローチャートである。

【図６】図１に示す化学反応シュミレーション用コンピ
ュータの処理手順を示すフローチャートである。

【図７】図１に示す設計用コンピュータによりプロセス
ウインドウを設計する際の処理手順の一例を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０１…ＣＶＤ装置、１０２，１０３，１０４…加工装
置内の気相成分測定手段、１０５…被加工基体であるシ
リコン基板等の基板、１０６…加工装置内壁の表面状態
同定用コンピュータ、１０７…表面状態記憶装置、１０
８…化学反応シミュレーション用コンピュータ、１０９
…採択頻度記憶装置、１１０…加工用試薬およびプロセ
スウインドウの設計用コンピュータ、１１１…プロセス
条件最適化用コンピュータ、１１２…試薬成分流量設定
装置、１１３…内壁温度設定装置、１１４…温度制御設
定装置、１１５…圧力制御設定装置、１１６…気相成分
同定用コンピュータ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工基体の表面を加工する加工装置に
   おいて、前記加工装置の内部の各種内壁の近傍における
   気体または液体の成分を測定する成分測定手段と、与え
   られた気体または液体との化学反応により、与えられた
   固体の固体表面における状態変化および前記固体表面に
   おいて発生する気体または液体の成分を計算し、かつ、
   与えられた気体または液体における化学種の変化を計算
   する化学反応計算手段と、前記加工装置の各種内壁の材
   質に基づいて予測される前記加工装置の各種内壁の表面
   状態を表す表面状態データが予め格納されるとともに、
   加工プロセスが実行される毎の前記加工装置の各種内壁
   の表面状態を表す表面状態データが格納される表面状態
   記憶装置と、最近実行された加工プロセスにおいて、前
   記加工装置の各種内壁の近傍で前記成分測定手段により
   測定された気体または液体の成分に符合する成分を発生
   する前記加工装置の各種内壁の表面状態を表す表面状態
   データを、前記表面状態記憶装置内の表面状態データの
   中から、前記化学反応計算手段を用いて選択し、それに
   より予測される現在の前記加工装置の各種内壁の表面状
   態を同定する表面状態同定手段と、前記表面状態同定手
   段により同定された前記加工装置の各種内壁の表面状態
   を表す表面データを前記表面状態記憶装置に格納する格
   納手段と、前記表面状態同定手段により同定された前記
   加工装置の各種内壁の表面状態のもとで、前記化学反応
   予測手段を用いて、前記被加工基体の表面に所定の材料
   層を形成する加工用試薬および加工条件領域を予測する
   予測手段と、前記予測手段により予測された加工条件領
   域内の加工条件を前記加工装置に設定する手段とを具備
   することを特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】 前記表面状態記憶装置に格納される前記
   表面状態データに対して、前記表面状態同定手段により
   当該表面状態データが選択された採択頻度を記憶する手
   段を備え、前記表面状態同定手段において、前記採択頻
   度の大きなものから順に、前記表面状態データを取上
   げ、前記取り上げられた前記表面状態データが表現する
   表面状態を初期状態として、前記化学反応計算手段を用
   いて発生する気体または液体成分を予測し、予測された
   成分と前記成分測定手段により測定された気体または液
   体の成分とが符合するまで、前記表面状態データの取り
   上げと前記符合の評価を続けることを特徴とする請求項
   １に記載された加工装置。
3. 【請求項３】 前記表面状態記憶装置の空き容量がある
   一定の値よりも小さくなった時、前記採択頻度の低い前
   記加工装置の各種内壁の表面状態のデータから順に、前
   記表面状態記憶装置から消去する手段を有することを特
   徴とする請求項２に記載された加工装置。
4. 【請求項４】 前記成分測定手段が、赤外線吸収（Ｉ
   Ｒ）、ラマン分光法、電子スピン共鳴（ＥＳＲ），核磁
   気共鳴（ＮＭＲ）、光吸収、発光、質量分析法、また
   は、クロマトグラフィーを用いて、気体または液体の成
   分を測定する手段であることを特徴とする請求項１ない
   し請求項３のいずれか１項に記載された加工装置。
5. 【請求項５】 前記加工装置が、半導体素子製造および
   精密加工において用いられる加工装置であることを特徴
   とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載さ
   れた加工装置。
6. 【請求項６】 前記加工装置が、分子線エピタキシャル
   成長（ＭＢＥ）装置、化学気相薄膜成長（ＣＶＤ）装
   置、真空蒸着装置、スパッタ装置、イオンクスタービー
   ム（ＩＣＢ）装置、熱酸化装置、表面拡散装置、ドライ
   ・エッチング装置、ラングミュア・ブロジェット（Ｌ
   Ｂ）膜形成装置、レジスト薄膜形成装置、リソグラフィ
   ー露光装置、ウェット・エッチング装置、イオン・イン
   プランテーション装置、表面処理装置、アニーリング装
   置のいずれか一つである、または、これらの任意の組合
   せからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の
   いずれか１項に記載された加工装置。
7. 【請求項７】 被加工基体の表面を加工する加工装置の
   最適加工条件決定方法において、前記加工装置の内部の
   各種内壁の近傍における気体または液体の成分を測定す
   る成分測定手段と、与えられた気体または液体との化学
   反応により、与えられた固体の固体表面における状態変
   化および前記固体表面において発生する気体または液体
   の成分を計算し、かつ、与えられた気体または液体にお
   ける化学種の変化を計算する化学反応計算手段と、前記
   加工装置の各種内壁の材質に基づいて予測される前記加
   工装置の各種内壁の表面状態を表す表面状態データが予
   め格納されるとともに、加工プロセスが実行される毎の
   前記加工装置の各種内壁の表面状態を表す表面状態デー
   タが格納される表面状態記憶装置とを備え、最近実行さ
   れた加工プロセスにおいて、前記加工装置の各種内壁の
   近傍で前記成分測定手段により測定された気体または液
   体の成分に符合する成分を発生する前記加工装置の各種
   内壁の表面状態を表す表面状態データを、前記表面状態
   記憶装置内の表面状態データの中から、前記化学反応計
   算手段を用いて選択し、それにより予測される現在の前
   記加工装置の各種内壁の表面状態を同定し、前記同定さ
   れた前記加工装置の各種内壁の表面状態を表す表面状態
   データを前記表面状態記憶装置に格納し、前記同定され
   た前記加工装置の各種内壁の表面状態のもとで、前記化
   学反応予測手段を用いて、前記被加工基体の表面に所定
   の材料層を形成する加工用試薬および加工条件領域を決
   定することを特徴とする加工装置の最適加工条件の決定
   方法。
8. 【請求項８】 前記表面状態記憶装置に格納されている
   前記表面状態データに対して、該表面状態データが選択
   される採択頻度を計算し、前記採択頻度の大きなものか
   ら順に、前記表面状態データを取上げ、前記取り上げら
   れた表面状態データが表現する表面状態を初期状態とし
   て、前記化学反応計算手段を用いて発生する気体または
   液体成分を予測し、予測された成分と前記測定された成
   分とが符合するまで、表面状態の取り上げと前記符合の
   評価を繰り返すことを特徴とする請求項７に記載された
   加工装置の最適加工条件の決定方法。